自動雙眼聚合視覺呈現

人在真實世界中，判斷距離的遠近，除了單眼視覺線索外，另外尚有雙眼視差、雙 眼聚合(convergence)與水晶體調節等三因素(Kaufman, 1974; Schiffman, 2000)，然而在 虛擬空間中所呈現的立體視覺，目前大多只有呈現單眼視覺線索的視覺影像，或只 是雙眼間距 6.5 公分所產生的左右視差影像，對於雙眼聚合角度所產生的視差沒有 被考慮或只是以一個固定的雙眼聚合呈現立體視覺，即雙眼與目標物之間所形成的 角度是固定的(Shibano et al, 2003；Fukuda et al., 2005)，無法像人類雙眼聚合，是根據

4. 空間視覺化系統

注視的目標物之遠近做自動調整。因此，雙眼的聚合的有無，也會影響到人類判斷 空間的準確性，尤其距離在二公尺以內的判斷(Howard, 2002)。而且，在第 3.4.１與 3.4.2 節對於「設計者」與「觀看者」在「立體動畫」與「立體虛擬實境」中的空間 尺度之主要落差現象為：

現象八與現象十八、立體視覺之雙眼視差過大易產生雙眼不適。

所以對於空間尺度的判斷雖有建築設計經驗者比無建築設計經驗者的判斷較準確，

但與實際精確尺寸相較，兩位受測者都沒有較準確的透過兩種呈現媒材判斷實際的 尺度。另外，也因為雙眼聚合角度設定為 0 度，左右眼之影像相對沒產生較大的視 差影像，但這樣的設定同時也減弱了空間立體感的呈現，且更無法讓空間瀏覽者因 動態的雙眼聚合所產生的視差影像得以較準確的判斷近距離的空間。因此，除了 4.1.2 節中，我們在整合系統中增加了自動測距的功能外，在此，我們亦再增加能像人類 具有動態雙眼聚合的能力，讓立體虛擬實境的視覺呈現更接近人眼對真實環境的感 受(圖 4.30)，以精進虛擬空間中對空間距離的判斷。

圖 4.30：目標物遠近與左右雙眼攝影機之關係

雙眼聚合角度推算

人類雙眼之瞳孔距離平均約為 6.5 公分，因為這個距離，造成人類在觀看近距離的 東西時，產生左右不同視點的影像而有了所謂的雙眼視差，而雙眼視差的大小則取 決於觀看物體的遠近，如果觀看的物體是遠到幾公里外的一座山，兩顆眼球幾乎呈 現平行，投射到左右眼裡的影像視差則也會小到無法讓人察覺，且常時間的觀看那 座山時，雙眼也不會覺得不舒服。但如果觀看的物體是近到快貼到人臉的一根手指，

兩顆眼球同時向內轉動，投射到左右眼裡的影像視差則大到讓人看了馬上覺得不舒 服。因此，人類雙眼聚合的角度如以雙眼距離 6.5 公分為一個邊長時，雙眼往內轉 30 度注視一物體時，則形成左右兩眼與注視物體呈現邊長為 6.5 公分的正三角形(圖 4.31)，注視物體則會位在鼻樑的 6.5 公分位置內，所以為能在本系統中能呈現出如

人類雙眼注視物體時，根據物體的遠近調整雙眼向內轉動的角度，我們必須在知道 注視物距離的情況下，自動調整攝影機的角度，圖 4.32 則是在 3D Max 裡透過注視 物之遠近，了解攝影機之角度的變化，表 4.3 則是根據注視物之固定距離的變化，

記錄相對應的內轉角度，其量測的距離從 5 公分到 200 公分，角度的變化的差值則 從前面近 15 度之差，到注視物距離大於 30 公分以後，角度變化的差值開始從 1.23(7.41-6.18)趨向於 0。

圖 4.31：雙眼向內聚合角度

圖 4.32：觀看物與攝影機角度之量測

表 4.3 注視物距離與攝影機相對內轉角度 距離

(公分)

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

內轉 角度

33.02 18 12.23 9.23 7.41 6.18 5.31 4.65 4.13 3.72

距離 (公分)

60 70 80 90 100 120 140 160 180 200

內轉 角度

3.1 2.66 2.33 2.07 1.86 1.55 1.33 1.16 1.03 0.93

自動聚合設計

在 Quest 3D 中立體視覺的呈現可以透過 Stereo Render channel 將影像分割成左右眼兩 個影像(圖 4.33)，圖 4.34 為其節點所連接的參數 value channel，左邊第二個節點所連

4. 空間視覺化系統

結的參數為雙眼距離，因為 Quest 3D 裡的單位為公尺，所以此參數設定為 0.065。左 邊第三個參數則是本節所要解決的自動雙眼聚合問題，在 4.1.2 自動空間測距節中，

能即時的偵測視點位置與注視目標的距離，本節之自動雙眼聚合將此距離參數用來 做為兩部攝影機向內轉動的參數。圖 4.31 所顯示的是人類雙眼球從直視到聚合時，

眼球最大的轉動角度很少會超過 30 度，除非我們雙眼所注視的目標物之距離小於 6.5 公分，所以在 Quest 3D 裡的雙眼聚合角度我們將限制在 30 度以內，而 30 度轉成 Quest 3D 裡的參數則為 0.52，圖 4.34 左邊為 Envelope Properties 視窗，主要是將圖右 方 Focusing Distance 的參數對應到 Envelope Properties 視窗裡的圖表，只要 Focusing Distance 參數低於 2 公尺，便會傳遞相對應的聚合角度參數到 Stereo Render channel 的第三節點。

圖 4.33：由 Stereo Render channel 產生的左右視差影像

圖 4.34：距離參數透過 Envelope channel 轉換成對應的聚合參數