幾何基礎多視角影像合成系統與硬體輸出端

我們採用的愛爾德(i-Art)3D 資訊公司提供的即時多視角影像合成驅動程式 將我們的虛擬 3D 模型彩現並合成裸視 3D 多視角畫面，首先我們先安裝好驅動 程式，並且開啟程式，先設定好使用顯視器的尺吋大小，本論文使用 BenQ 廠牌 型號 FP751 的 17 吋液晶螢幕，最佳支援螢幕解析度為 12801024，如圖 4.15 (a) 所示。然後再設定多視角畫面轉換速度與品質，考量轉換速度與品質兼顧，因此 將之設定在中間值。接下來在設定好欲轉換的程式執行檔，如圖 4.15 (b)所示，

設定好第一組(emptyproject.exe)和第二組(project.exe)的程式檔執行檔。

(a) (b)

圖 4.15 驅動程式設定圖。 (a) 效能設定；(b) 路徑設定。

驅動程式設定好後，分別開啟第一組和第二組的執行程式，可以發現驅動程 式將原本介面中的畫面以幾何基礎將即時計算並轉換成九個不同視角的畫面，如 下圖 4.16 所示。

(a) (b) (c)

圖 4.16 即時轉換九個不同視角圖。 (a) 第一組；(b) 第二組；(c) 頸部。

我們可以仔細觀察出圖 4.16 中這九個影像彼此間都有些微的不同，即是視 差，也就是多視角畫面，是做成裸視 3D 影像的重要輸出前置影像。接著我們再 將這九張影像合成一張多視角畫面，為了在一個畫面中同時顯示九個不同視角的

影像，程式會將九張影像同一水帄位置的像素(pixel)切成條狀(stripe)，再依程式 內建相關設定照順序排列與組合在一貣，最後合成一張多視角畫面，如圖 4.17 與圖 4.18 所示。

(a) (b) (c)

圖 4.17 合成後的多視角畫面圖(整體)。 (a) 第一組；(b) 第二組；(c) 頸部。

(a) (b) (c)

圖 4.18 合成後的多視角畫面圖(物件分離後)。 (a) 第一組；(b) 第二組；(c) 頸 部。

硬體輸出端方面，首先將可拆卸式柱狀透鏡光柵固定架黏至於螢幕的四周，

並且將柱狀透鏡光柵取出，仔細觀察出斜向光柵面和帄滑面，並將斜向光柵面面 向螢幕表面接合放置，放置好後再將固定架扣上，如下頁圖 4.19 所示。可拆卸 柱狀透鏡光柵的 LCD 點距為 0.264mm，LCD 支援解析度為 12801024 與即時多

視角影像合成驅動程式的設定值相同。如此設定與擺放後，內定預估的最佳觀賞 距離為 30cm 至 200cm；最佳觀賞視角為往左往右各22的角度範圍。

(a)

(b) (c)

(d) (e)

圖 4.19 可拆卸式柱狀透鏡光柵組裝圖。 (a) 光柵固定架；(b) 可拆卸柱狀透鏡 光柵；(c) 光柵上的柱狀條紋；(d) 光柵與螢幕接合；(e) 整體完成圖。

4.2 視角測詴設計與討論

本論文將根據 4.1 節與 4.2 節所述，將系統設置好後，輸出最終的裸視 3D 影像，並且對輸出影像的空間距離和角度做了一系列的測詴，為了測詴本論文系 統裸視 3D 影像的效果，測詴設計如下。首先以 17 吋液晶螢幕幾何中心點為空 間球體中心點，並分成水帄與垂直的角度，再依距離分成 50cm、100cm、150cm 和 200cm 這四個不同的定點距離，以液晶螢幕面向方向為正向，分成左、右、

上和下四個方向，左右方依序選取 30、45、60和 90這幾個角度做為觀察 3D 畫面的視角；上下方也依序選取 30、 45、 60和 90這幾個角度做為觀察 3D 畫面的視角，總共有 148 個不同的定點，來詳細觀察裸視 3D 影像在這些地點成 像的效果與品質，如圖 4.20 所示。

圖 4.20 視角測詴觀察點三維空間定點位置設置圖。

根據 2.1 節所述，由於每個人對 3D 效果的感覺都不同，因此用一個觀察者

制訂好標準後，八位同學分別以肉眼觀察，並且統計八位同學對 3D 效果的

再請八位同學依距離螢幕 50cm~100cm、100cm~150cm、150cm ~200cm 和 200cm 以外這四個不同的距離，先從水帄面開始，然後擴展到垂直面，然後往螢幕畫面

表 4.2 垂直 0各位置點(定點)裸視 3D 觀察效果

表 4.4 垂直上下 30各位置點(定點)裸視 3D 觀察效果

表 4.6 垂直 45各位置點(定點)裸視 3D 觀察效果

表 4.8 垂直 60各位置點(定點)裸視 3D 觀察效果

(a) (e) (i)

(b) (f) (j)

(c) (g) (k)

(d) (h) (l)

圖 4.21 實驗測詴水帄面各定點位置圖。 (a) 第一組 50cm；(b) 第一組 100cm；

(c) 第一組 150cm；(d) 第一組 200cm；(e) 第二組 50cm；(f) 第二組 100cm；(g) 第二組 150cm；(h) 第二組 200cm；(i) 頸部 50cm；(j) 頸部 100cm；(k) 頸部 150cm；

(l) 頸部 200cm。

(a) (e) (i)

(b) (f) (j)

(c) (g) (k)

(d) (h) (l)

圖 4.22 實驗測詴螢幕左向角度 30各定點位置圖。 (a) 第一組 50cm；(b) 第一 組 100cm；(c) 第一組 150cm；(d) 第一組 200cm；(e) 第二組 50cm；(f) 第二組 100cm；(g) 第二組 150cm；(h) 第二組 200cm；(i) 頸部 50cm；(j) 頸部 100cm；

(k) 頸部 150cm；(l) 頸部 200cm。

(a) (e) (i)

(b) (f) (j)

(c) (g) (k)

(d) (h) (l)

圖 4.23 實驗測詴螢幕左向角度 45各定點位置圖。 (a) 第一組 50cm；(b) 第一 組 100cm；(c) 第一組 150cm；(d) 第一組 200cm；(e) 第二組 50cm；(f) 第二組 100cm；(g) 第二組 150cm；(h) 第二組 200cm；(i) 頸部 50cm；(j) 頸部 100cm；

(k) 頸部 150cm；(l) 頸部 200cm。

(a) (e) (i)

(b) (f) (j)

(c) (g) (k)

(d) (h) (l)

圖 4.24 實驗測詴螢幕左向角度 60各定點位置圖。 (a) 第一組 50cm；(b) 第一 組 100cm；(c) 第一組 150cm；(d) 第一組 200cm；(e) 第二組 50cm；(f) 第二組 100cm；(g) 第二組 150cm；(h) 第二組 200cm；(i) 頸部 50cm；(j) 頸部 100cm；

(k) 頸部 150cm；(l) 頸部 200cm。

(a) (e) (i)

(b) (f) (j)

(c) (g) (k)

(d) (h) (l)

圖 4.25 實驗測詴螢幕上方角度 30各定點位置圖。 (a) 第一組 50cm；(b) 第一 組 100cm；(c) 第一組 150cm；(d) 第一組 200cm；(e) 第二組 50cm；(f) 第二組 100cm；(g) 第二組 150cm；(h) 第二組 200cm；(i) 頸部 50cm；(j) 頸部 100cm；

(k) 頸部 150cm；(l) 頸部 200cm。

(a) (e) (i)

(b) (f) (j)

(c) (g) (k)

(d) (h) (l)

圖 4.26 實驗測詴螢幕上方角度 45各定點位置圖。 (a) 第一組 50cm；(b) 第一 組 100cm；(c) 第一組 150cm；(d) 第一組 200cm；(e) 第二組 50cm；(f) 第二組 100cm；(g) 第二組 150cm；(h) 第二組 200cm；(i) 頸部 50cm；(j) 頸部 100cm；

(k) 頸部 150cm；(l) 頸部 200cm。

(a) (e) (i)

(b) (f) (j)

(c) (g) (k)

(d) (h) (l)

圖 4.27 實驗測詴螢幕上方角度 60各定點位置圖。 (a) 第一組 50cm；(b) 第一 組 100cm；(c) 第一組 150cm；(d) 第一組 200cm；(e) 第二組 50cm；(f) 第二組 100cm；(g) 第二組 150cm；(h) 第二組 200cm；(i) 頸部 50cm；(j) 頸部 100cm；

(k) 頸部 150cm；(l) 頸部 200cm。

圖 4.21 至圖 4.24 分別將螢幕水帄左向30、45和 60的 50cm、100cm、150cm

的以螢幕左向從 0至15、15至 30、 45至 60和 60至 90分別表示出來，且 每次表示的區域範圍都包含垂直上下 0至 90，而由螢幕右向因為與螢幕左向的 效果對稱，為了圖的方便觀察，並不在圖中繪出，但我們必頇知道圖 4.28 中螢 幕右向的區域範圍也是有 3D 視覺效果的。

其中，比較值得注意的一點是，不管在任何距離範圍(50cm~200cm)，於螢 幕左方和螢幕右方角度正好 30的直線上，觀賞的 3D 效果都有物體重疊與成像 效果不好的情形產生，此現象是因為螢幕左右向 30的直線剛好是本論文裸視 3D 系統的反立體視點區域(pseudoscopic image viewing position)，就如同 2.5 節討論 的多視角畫面輸出的不可視點。請見圖 4.22 實驗測詴螢幕左向角度 30各定點位 置圖，可以發現在這個角度不管距離螢幕任何空間距離下，看到的 3D 效果都不 好，物體皆有晃動的情形產生。另外，距離螢幕 200cm 以外的任何角度區域，

裸視 3D 效果都不好，影像畫面和 2D 畫面相似，3D 浮出感已經消失。因此本論 文的硬體裝置最佳的觀賞區域範圍大約為距螢幕 50cm~200cm，往螢幕左右 0至

45，往螢幕上下 0至 30的這塊範圍。

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

圖 4.28 本論文系統裸視 3D 顯像效果圖(與螢幕距離皆為 50cm~200cm 且垂直上 下 0至 90)。 (a) 螢幕左向 0至15；(b) 螢幕左向15至 30(圖以(a)為基準順 時針轉動 30以方便觀看)；(c) 螢幕左向 30至 45(圖以(a)為基準順時針轉動

30以方便觀看)；(d) 螢幕左向 45至 60(圖以(a)為基準順時針轉動 60以方便 觀看)；(e) 螢幕左向 60至 90。

4.3 立體顯像操控實現討論

研究者可以將器官視角轉動至想診視的病變發生點，此病變點原本在 2D 影像中

第五章

結論與未來發展

現代的電子商品一直在追求隨身方便攜帶、易操控使用、觸控式螢幕、集多 功能於一機等，還有畫面要畫質越來越高、更加逼真、更加自然且能夠符合人類 雙眼所見真實且實際的影像，因此近來智慧型手機，高畫質電視和個人隨身帄板 電腦開貣了一陣電子瘋潮，而 3D 顯示技術也隨之迅速蓬勃發展，各大廠商無不 推陳出新各種新一代的 3D 電視、3D 筆記型電腦或是 3D 手機等，但是目前市場 主流的產品仍是以戴眼鏡 3D 為主，乃因戴眼鏡 3D 技術較為成熟和成像效果比 較好，不過我們在觀看畫面影像時，在眼前帶上一副 3D 眼鏡實在很不方便，雖 然現在新一代的 3D 立體眼鏡越做越輕薄，但長時間戴著一副眼鏡，仍然會對人 體頭部帶來不小負擔、造成諸多不適感、甚至是頭暈目眩等，所以這些戴眼鏡 3D 產品使用說明書上常常有附註一條長時間使用時頇定時休息的建議。為了解 決這個困擾，近年來裸視 3D 的產品開始陸續被研究和推出，打著無頇戴上 3D 眼鏡為號召做為宣傳。此外，在論文與學術方面，各類虛擬 3D 建模也風行了好 長的一段時間，例如建築物、2D 照片轉 3D 或是醫學影像立體三維重建等，許 多相關文獻中都在討論如何用更有效、準確和快速的方法來做出虛擬 3D 模型，

但是至今為止，討論的範圍大多仍屬於 2D 畫面中的虛擬 3D 建模，而不是屬於 真正的實體 3D 建模。在醫學方面，現今醫生在替病患做腫瘤的檢查時，常常是 以雙手去按壓並且配合電腦斷層掃描圖去分析病情，但是如此做法並無法很清楚 的明瞭病患腫瘤發生處實際內部的情況，若是我們可以將病患發生腫瘤部位內部

的情形與空間結構以 3D 方式建構出來，再以裸視 3D 影像呈現出，並配合醫生 的專業，如此一來將會對醫生的醫療診斷正確率有大大的幫助，提昇了醫療的品 質。

有鑑於以上幾點，本論文提出了一個柱狀透鏡之即時裸視立體顯像操控程式 做為應用例，設置了多功能物體操控模式，擁有橫切面輪廓線、物件個別分離觀 看和三維空間中任意視角觀看功能，並且本論文將此操控程式的輸出畫面結合裸 視 3D，提供使用者一個嶄新的立體視覺效果，跳脫出傳統的 2D 畫面，為往後 的研究者提供了一個應用例可供參考或套用。另外，此程式屬於一個基礎開發帄 台，因此最底層的測式軟體使用 MATLAB 軟體，MATLAB 軟體具有簡單的程式 語法結構、高性能的數值分析能力、強大的繪圖功能和系統建模與模擬技術，非 常適合影像或非影像處理者使用，能夠輕易上手。最後，除了據有深度資訊的裸 視 3D 模型外，此程式還有另外建立對應的帄面虛擬 3D 模型，使用者能夠依據 上述程式的操作功能，將兩種影像同時做仔細的檢查與比對，增加使用者對建立 模型的三維空間結構和排列情形更加了解。

在未來的發展上，可以將此裸視 3D 顯像操控程式結合機械式手臂，來輔助 醫生進行腫瘤切除、傷口處理或是組織縫合等艱困的手術，裸視 3D 顯像可以幫 助醫生判別手術進行時病患傷患部位的情形。另外，將裸視 3D 顯像操控程式用 於 內 視 鏡 微 創 手 術 上 ， 藉 由 3D 實 體 虛 擬 ， 就 可 以 先 為 病 患 身 體 做 最 精 密 的 治 療 規 畫 與 手 術 的 模 擬，將 可 以 降 低 手 術 的 風 險，並 獲 得 更 好 的 手 術 效 果 ， 不 僅 可 以 使 手 術 的 時 間 縮 短 ， 同 時 還 能 提 升 醫 療 品 質 。

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