物理學畢業論文：人眼模擬3D成像原理的透視理論研究

　　畢業論文，是每一個大學生結業的必經之路，一篇好的畢業論文也是對自己大學四年學習生涯的總結，下面文書幫小編給大家帶來一篇論文范文，歡迎閱讀！

人眼模擬3D成像原理的透視理論研究

　　摘要：繪畫的再現性要求觀者在讀畫時有一種身臨其境的狀態。和許多從事繪畫的人一樣，我也致力于在畫面中能夠表現出極其真實的空間，用畫面把觀者與畫者的共鳴上升到最高點。尤其在涉足山水畫以后，這種向往更加強烈。為此，我懷疑過線性透視，研究過弧面透視，現在正在研究的是雙眼模擬雙側放映機的3D成像透視……為了這種“人在畫中”的形式創新，我做了無數次嘗試，并樂此不疲。在試驗中取得了些許經驗，現以此文做具體描述。

　　關鍵詞：3D成像　線性透視　弧面透視　雙眼交替定視距　固定視點移動焦點透視

　　隨著一部《阿凡達》票房的攀高，3D電影又被掀起了一個高潮。記得小時候在電影院里帶著小眼鏡看《孟良崮戰役》，每到射擊近鏡頭時就覺得槍口正對著我的眉心，那種身臨其境的真實感常常讓我從睡夢中驚醒。

　　高中開始學習繪畫，造型課上老師總是在強調構圖、比例、透視……老師講的透視分為一點(平行)、兩點(成角)、三點(俯視或仰視)、散點等等，當時覺得很難以接受。但無奈找不到更有效的解決二度虛擬三度空間的方法，每次畫完都不免覺得畫面呆板，沒能將自己對對象的感受淋漓盡致地表現出來。

　　大學時在圖書館翻閱了大量的生物學資料，對人眼成像原理做了深入的研究學習。脫掉近視鏡，裸眼，拿起望遠鏡，站在學校最高的建筑物上做了無數次的試驗觀察，終于得到了一些弧面透視方面的經驗。用這種方法畫場景、畫靜物、畫風景得到了較好的效果，雖不能達到身臨其境的境界，但真實可觸性已經有了一些進步。

　　工作后有幸隨恩師學習水墨山水。小時侯的槍口、戰壕、丘陵再一次浮現在眼前，巍巍太行的雄渾磅礴讓我一次次的早出晚歸奔走其間，為的只是用筆尖觸摸那份“仰望天一線，俯窺千仞壁”的氣勢恢弘，用心靈傾聽那份“千里豐碑望不斷，無情風雨任吹灑”的寬厚，然而無論怎樣的意境總難以表現出太行“山峽十九轉，奇峰當面立”的真實感受。

　　看過《阿凡達》后，我深入研究了一些雙鏡頭模擬雙眼的時差拍攝原理、雙側放映機偏振垂直播放膠片的成像原理以及部分有合成3D影像功能的軟件和芯片控電眼鏡等的工作原理，并且從中獲得了啟示。簡單理解就是把兩眼看到的圖像分別記錄，再通過左眼所見圖像僅傳入左眼、右眼所見圖像僅傳入右眼來實現人腦的3D立體合成圖像功能。這與人的定點觀察所得圖像理論上應該一致。

　　不同的是電影可以利用人眼視覺暫留的1/24秒的時間差，左右放映機交替工作，使人所看到的影像還是集中在同一屏幕上，而靜態的繪畫作品不能利用時間差，因此在實驗的初級階段我只能借助單鏡頭照相機在左右眼(為了使試驗效果更加明顯，我選擇了比左眼更左一點、比右眼更右一點的視點)處分別對同一組對象進行拍照記錄，然后打印成等幅照片，分別在左眼和右眼的最佳視距處垂直于視線放置。觀察過程中始終用一不透明隔板放在雙眼連線的中垂線上，以分隔雙眼的視域范圍。這有點像馬的眼睛會出現盲區，但并不影響實驗結果。結果表明這樣做大腦合成的圖像立體感甚至要超出人的正常觀察結果，我想大概是因為人眼觀察對象時雙側眼球的游移導致的。

　　左右視點的成像拼合在一起。簡單的電腦對疊處理后，就會出現像脫掉專用眼鏡直接看幕布3D電影一樣的模糊重影的圖像。我們要的當然不是必須戴上專用眼鏡才能欣賞的平面藝術，于是我帶著如何合成左右視點圖片的困惑又做了很多試驗。

　　一系列試驗的無果而終，使我最后又不得不回到平面透視的起點上來。初學透視時，由于找不準焦點，老師經常督促我閉上一只眼睛用鉛筆量靜物結構線的方向，而每次閉上的眼睛都必須相同。這實際上就是跟單鏡頭攝像機的鏡頭一樣，是單焦點透視。而我最初想要的只是真實感而已，跟焦點在哪、視心點在哪并無大的關聯。又想起正方體平行透視講解示意圖中標示的視心點(焦點)多在靜物外側。而視心點的定義為：視點到視平線的垂心，即從視點(人眼睛)向視平線做垂線得到的垂足。視線的定義為：以人眼為頂點的射線——視點與物體任何部位的假想連線，非阻擋則延伸。視平線的定義為：與人眼等高的一條水平線。我們不妨坐下來演示一下：觀者保持靜止狀態則視點不變;在觀者的左前方、正前方、右前方分別放置三個物體，在觀察三個物體時會產生三個方向的視線、視平線。線性透視理論中對視平線的羅盤方向并沒有嚴格的規定，僅對高度和水平做了明確規定。也就是說總有一個方向的水平線會與視線相垂直，那么視心點也一定將會出現在物體左右剪影切線的延長線之間，也就等于是在同一視點分別直視三個物體，而得到的是各自獨立的三張透視成像圖。根據這一結果，我在對太行山寫生中嘗試運用了這種視點不變移動焦點的透視方法，打破了原來的以組排列單一視點的構圖方式，取得了較為真實的畫面二維假設三維空間的效果。在具體測繪焦點的過程中，我沒有始終閉起一只眼睛，而是采取交替用左右眼測試最后取中點的方式。這種方法可以使視距延長，就像炮兵用大拇指測視距一樣，會得到較為準確的距離。

　　當然，這種用雙眼交替測視距，在雙眼疊加視域范圍內視點不變移動視心點(焦點參照)，把每個物體或每段距離都當作獨立的再現對象獨立進行線透視的方法仍然沒有進行到最后階段，我將繼續用試驗論證此法的可行性。在此暫且稱其為模擬3D成像原理的透視理論研究，愿與同樣追求平面再現三維真實性的朋友共同探討。

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