基于人眼视觉感知的增强显示模拟

摘要

基于计算机真实感图形的虚拟现实(VR)技术在军事仿真训练、大型复杂装备设计、影视特技合成制作、数字游戏娱乐、文物保护和展示、科普教育、城市规划等领域有着广泛的应用价值。然而现有VR系统的显示技术普遍存在着与人眼实际感知不相符合的不少缺陷。这些缺陷阻碍了VR技术的普及和推广。本文提出了一种基于人眼视觉感知的增强显示新方法来改进现有显示技术的不足。本文综合了人眼视觉感知的心理学、生理学知识及图像高动态范围处理技术，模拟出人眼在明暗适应过程和凝视过程中的动态感知效果。
　　 本文第一章介绍了虚拟现实技术的发展历史、应用领域和现状，指出了其目前存在的问题，简述了本文的主要研究内容和全文的组织。
　　 第二章介绍了与本文相关的涉及类视觉系统的生理学和心理学理论基础知识，为此后算法模型的设计和建立提供了依据。
　　 第三章我们提出了一个基于人眼亮度响应机制的明暗适应过程模拟新算法．算法针对视锥和视杆细胞不同的生理反应机制，在不同亮度环境下建立起亮度与响应的变化；再结合图像高动态范围处理技术及实验心理学中间视觉因子模型，模拟明暗视觉之间的中间视觉的过渡适应过程；然后通过逆响应变换及颜色适应变换，最终在三维场景中较逼真地模拟出入眼明暗适应过程中的动态感知变化。
　　 第四章我们提出了一种有效的基于Mipmap金字塔的Foveation滤波算法来模拟人眼凝视效果。算法首先计算临界频率，得到空间变化的高斯核半径；然后用逐像素最小均方差方法进行匹配，将其关联到对应的Mipmap等级；再利用双边滤波模式实现非线性Mipmap插值获得最终颜色显示，从而实时地模拟出人眼的动态凝视效果。
　　 在论文的最后，作者对本文工作进行了总结，并对将来的研究做出了展望。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

第1章绪论

1.1课题背景

1.1.1虚拟现实发展与应用

1.1.2目前存在的问题

1.2本文工作

1.3本文内容组织

第2章生理学心理学理论基础

2.1生理学基础

2.2心理物理学基础

2.2.1视觉敏锐度

2.2.2对比度

2.3色彩学基础

2.4视觉感知基础

2.5本章小结

第3章基于亮度响应的明暗适应过程模拟

3.1引言

3.2相关工作

3.2.1空域不变的时变算子

3.2.2空域变化的时变算子

3.3基于亮度响应的明暗适应过程模拟算法

3.3.1算法框架

3.3.2亮度响应模型

3.3.3适应状态的计算

3.3.4逆响应模型

3.3.5时间变化模型

3.3.6颜色适应过程

3.4实验结果

3.5本章小结

第4章基于Foveation滤波的人眼凝视效果模拟

4.1引言

4.2相关工作

4.2.1几何映射方法

4.2.2滤波方法

4.2.3层次化方法

4.3本文方法

4.3.1传统的人眼中心凹模型

4.3.2基于非线性Mipmap插值的Foveation滤波

4.4实验结果与分析

4.5本章小结

第5章总结与展望

5.1本文工作总结

5.2未来工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间主要的研究成果

致谢