偏振3D显示技术在沉浸式游戏开发中的应用文献综述

一、文献综述

（一）国内外研究现状

近年来，计算机图形技术与硬件水平不断提高，游戏娱乐行业快速崛起，沉浸式游戏应运而生。单台PC的传统游戏视角窄、沉浸感差，已经不能满足用户对沉浸式游戏的要求。为满足用户对游戏真实感的需求，当前在沉浸式游戏开发中常用的技术有虚拟现实技术（VR）和增强现实技术（AR）。

VR技术出现相对较早，它通过计算机立体显示技术、计算机图形与仿真技术等打造出一个虚拟环境，为用户提供身临其境的体验感。在2016年VR游戏已拥有较为完备的技术体系，在市场中所推出的VR游戏受到了许多人的喜爱，因此这一年也被人们称作是“VR元年^[4]”。VR具有沉浸性、交互性和构想性这三大基本特征。张婷婷等认为VR以其特有的沉浸感、交互性和构想性革新了影视游戏领域，并显著提升了用户的体验效果^[7]。施佳指出：“以技术创新的VR游戏，真正吸引消费者和市场投资者的其实在于它的概念^[8]。”VR打造的三维游戏可以为用户带来身临其境的游戏体验，但VR产品成本非常高。高价又笨重的头显设备、不完全成熟的技术体系等限制条件，制约了VR游戏的发展。

AR技术给游戏带来了很大的影响，与传统游戏相比，AR游戏能够给用户带来更真实的感受和体验，具有更强的互动性，并且大大提升了游戏的趣味性和真实性，能够吸引用户参与到游戏中^[11]。AR技术的应用离不开AR设备的支持，常见的设备主要有头戴式、手持式、投影式等。头戴式AR通过头盔显示器进行显示。与VR不同的是AR的头显设备是将虚拟世界叠加在现实世界进行显示，不会割裂虚拟世界与现实世界。和VR相比AR能够带来接近真实世界的感官体验，但是头戴式AR与VR一样存在价格高昂、不适宜长时间佩戴等问题。手持式AR主要包括平板电脑和智能手机，只要这些设备有摄像头，就能够给人们带来现实增强的体验。手持式AR非常便捷，人们可以随时随地通过手机屏幕等观看，但也存在着屏幕小、视觉沉浸感弱等问题。投影式AR是将图像投影到大范围的环境中进行显示的一种增强现实方式，与头戴式的显示设备相比，投影设备更适合室内AR应用环境，其生成图像的焦点不会随着使用者视角的改变而变化^[12]，拥有较高的视觉沉浸感。

全息投影是一种裸眼式立体显示。该技术是利用干涉和衍射原理记录并再现物体真实的三维图像的记录和再现的技术。全息投影可以全方位无死角观看影像的任意面。全息立体投影设备不是利用数码技术实现的，而是投影设备将不同角度影像投影至一种全息膜上，让你看不到不属于你自身角度的其他图像，因而实现了真正的全息立体影像^[14]。由于技术和设备的限制，目前全息投影在游戏中的运用较少。

在沉浸式游戏开发的过程中，最关键的部分是玩家所追求的游戏真实性与游戏提供的沉浸感之间的平衡关系。VR的发明基于提供个人体验的头戴式耳机，但当玩家需要将多人置于同一地点与场景时，如何对整个集体进行可视化表达成为了研究重点。用大屏幕取代头显设备，既能向所有受众1:1展现模型、场景，又能提高用户沉浸感，成为了新的选择。“现实中心”就是基于这样的想法所提出的，具体操作是在三分之一圆柱体的曲面上进行显示^[3]，用户佩戴3D眼镜进行观看，即可获得高品质的沉浸感体验。吕伟振认为投影显示技术相对于其他大屏幕显示技术，无论是从成本还是技术上考虑都占据着绝对优势。它可以提供“全视场角”的观看体验，大大增强了现实的沉浸感^[18]。

良好的沉浸感离不开计算机立体视觉的发展。20世纪80年代, 美国麻省理工学院的学者MARR 提出了一种视觉计算理论，并将其应用在双目匹配上, 使两张有视差的平面图产生具有深度的立体图形, 从而奠定了双目立体视觉发展的理论基础^[6]。立体匹配是立体视觉中最核心的技术，其目的是确定立体图像之间所有像素的对应关系，以此通过对应像素之间的视差来恢复深度信息^[5]。双目视差是一种深度线索，在观察立体视标时，因视角距离不同导致图像位置不同，从而产生微小的水平像位差被称为双目视差^[9]。基于双目视差，产生了在双目相机模型，只需要同时对两幅图像进行采集即可，简单方便、操作性强^[10]。