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虚拟三维立体影像引起的眼动态屈光度变化迟蕙谢培英宫尾·克【摘要】目的：观察虚拟三维立体影像引起眼的动态屈光度变化。.设计：随意选择科室工作人员和学生16人、32只眼进行观察。将电脑验光仪与两个平面反光镜结合使被检查者通过镜面反射观察到液晶电脑屏幕上的虚拟三维立体影像其主体为一个由远及近再由近及远的运动着的小球，电脑同时记录受试者屈光度的动态变化。观察：检查单眼分别进行。1.使受试者注视液晶电脑屏幕上经镜面反射的虚拟三维立体影像并同时电脑记录受试者屈光度的变化规律。影像中主体运动的距离相当于30~500厘米，观察时间为40秒。2.利用实物（手机屏幕）代替电脑屏幕，使受试者注视眼前30~500厘米不同距离运动的实物，观察时间为40秒，电脑记录受试者屈光度的变化。使用MicrosoftExcel软件对检查数据进行分析。结果1.随着虚拟三维立体影像中目标的周期性运动，受试者的屈光度呈周期性变化，其调节幅度依不同年龄而各有不同，年龄越小调节幅度越大，其中10~30岁调节幅度为0.5~4.5D，30~50岁调节幅度为0.5~3.5D，50岁以上调节幅度为0.5~2.0D。2。随着实物（手机屏幕）的周期运动，受试者的屈光度也呈周期性变化。结论：虚拟三维立体影像可以引起眼的动态屈光度变化并与实际运动目标引起的眼的动态屈光度变化大致相同。【关键词】虚拟环境；三维深度感知；屈光度；ObservedonDummythree-dimensionaldynamicimagingcausedeyesdiopterchangesCHIHui,XIEPei-ying,PekingUniversityOptometryandophthalmolegycenter,Beijing100083,ChinaCorrespondingauthor:CHIhui,Email:ch@b-d.ac.cn【Abstract】ObjectiveToinvestigatethethree-dimensionaldummydynamicimagingcauseddynamicdiopterchangesoftheeye.MethodsChoosethedepartmentstaffandstudents32eyestobeobserved.Computeroptometryapparatusandtwoplanemirrorformedanewequipment.1.Infrontoftheobserverweputacomputerscreenwithdummy3Ddynamicimaging.3Ddynamicimagingisaathleticsmallball.Enableobservertoseeacomputerscreenandrecorddiopterchange.Themovementdistanceofdummyimagingsonthecomputerscreenwas30~500cm,observerobserved30~40seconds.2.Infrontoftheobserverputacellphonescreen,thecellphonescreenmovementdistancewas30~500cm,observerobserved30~40seconds.Results1.Withthecyclicalmovementofdummythree-dimensionalimagingsthediopterofobserverwascyclicalchanges.Thediopterchangealonewithage,which10-30agethediopterchangewas0.5~4.5D，30-50agethediopterchangewas0.5~3.5D，50+agethediopterchangewas0.5~2.0D.2.Withcellphonescreencyclicalmovement,thediopterofobserverwasalsocyclicalchanges.Conclusionsdummy3Ddynamicimagingcancauseeyesdynamicdiopterchangesassameaswithcellphonescreen.【Keywords】Dummyenvironment；three-dimensionalDynamicImaging；Diopter立体视觉是由多幅图像获取物体三维几何信息而产生的视觉。当动物用两只眼睛同时观察物体时双眼所获取的信息在视网膜对应点上形成视差，使产生深度和远近的感觉从而获得立体视觉。虚拟三维环境立体视觉技术是用双摄像机从不同角度同时获得周围景物的两幅数字图像然后用计算机进行重建后获得三维立体影像的技术【3】。据报道【1】如同现实世界一样，虚拟三维环境立体视觉技术可以让视线聚焦于虚拟环境中的任意虚拟对象上，并在一定程度上因调节辐辏联动而引起相应的晶体调节。为了证实虚拟三维环境立体影像可以引起晶状体调节我们与日本名古屋大学宫尾克教授合作，对虚拟三维立体影像引起的眼动态屈光度变化进行观察，现报告如下。资料与方法一．观察对象随意选择除近视眼外无其他眼疾的科室工作人员和学生16人32眼，其中男性5人、女性11人，平均年龄为28岁，正视眼8人，近视眼8人（球镜≤-2.00DS，柱镜≤-1.50DC）。有屈光不正的受试者要在框架眼镜矫正下进行观察。视远矫正视力≥1.0。二．观察设备将电脑验光仪与两个平面反光镜结合使被检查者通过镜面反射观察到液晶电脑屏幕上的虚拟三维立体影像，电脑同时记录受试者屈光度的动态变化。图1是观察方法的示意图，图2是实际检查的情况。图1观察方法示意图图2医生用电脑验光仪记录屈光度变化虚拟三维立体影像选择虚拟天空为背景，背景中的运动主体为一个由远及近再由近及远的运动着的小球（图3）。指导受试者的目光随小球而运动。图3虚拟三维立体影像三．观察方法：（检查单眼分别进行）1.使受试者注视液晶电脑屏幕上经镜面反射的虚拟三维立体影像并同时电脑记录受试者屈光度的变化规律。影像中主体往复运动的距离相当于30~500厘米，观察时间为40秒，约每10秒为一个往复运动。2.为了与实际距离改变引起的屈光度变化相比较，我们利用实物（手机屏幕）代替电脑屏幕，使受试者注视眼前30~200厘米不同距离运动的手机屏幕，观察时间为40秒，电脑TargetdisplaySmallmirrorDichroicmirrorEye记录受试者屈光度的变化。3．为了使测试曲线更具真实性，我们对每一位受试者都进行反复多次的测试，尽量排除外界的干扰和主观诱导。四．统计学方法将每一次观察目标的运动距离、运动时间以及相对应的屈光度的变化值详细记录在Excel表格中，最后使用MicrosoftExcel软件对检查数据进行分析并做出相应的观察目标运动曲线和屈光度变化曲线。结果一．随着虚拟三维立体影像中运动目标的周期性运动，受试者的屈光度呈周期性变化，其调节幅度依不同年龄而各有不同，其中10~30岁调节幅度为0.5~4.5D，30~50岁调节幅度为0.5~3.5D，50岁以上调节幅度为1.0~2.0D。图4是一例20岁受试者在观察影像背景中运动小球时的屈光度变化，随着小球运动的周期性变化受试者的屈光度也呈周期性变化且与小球的运动频率相一致。二．用实物代替虚拟影像时，随着实物（手机屏幕）的周期运动，受试者的屈光度也呈周期性变化。图5是同一个20岁的志愿者当注视运动着的手机屏幕时其屈光度也呈现相应的变化（约3~4.5D）。从图中比较来看，虚拟场景引起的屈光度变化要小于实际目标引起的屈光度变化（差值约为1.4D）。liuyang20y2m37leftjjitubutumobile010020030040050060070080090010000257912141619212326283032353739Time(sec)cm图420岁观察天空图520岁观察手机屏幕讨论生物视觉系统的认知过程是一种复杂的与外界交互作用的主动性过程，感知凭借着光线的遮挡与消隐、透视、运动线索及视觉心理学等影响而产生，它是一种行动而不仅仅是一种波动性反应【3】。liuyang20yleftsky2200.511.522.533.5403610131619222629323538Time(sec)Diopterliuyang20y2m37cmleftjjitubutumobile-0.500.511.522.533.50257912141619212326283032353739Time(sec)Diopterliuyang20yleftsky2201002003004005006007000247911131618202225272931343638Time(sec)cm人的双眼具有辐辏和调节两种功能。为看清物体而改变眼的屈光力的现象称为调节，注视近处目标时,双眼同时内收的现象称辐辏也叫集合。正常情况下,调节和辐辏互相协同、联合运动，调节随辐辏的增加而增加,亦随辐辏的减小而减小。同时两者又各自保持较微弱程度的独立性,存在着相对调节和相对辐辏【2】。现实世界是真正的三维立体世界，它具有三个特征：(1)为双眼提供了两幅具有位差的图象,映入双眼后即形成立体视觉所需的视差。(2)视标所发出光线的散开度与眼物距以及双眼所处的状态相辅相成。(3)三维世界中的非主视对象所发出的光线都分别以其各自不同的散开度射入眼睛,并以其该有的清晰度或模糊度成像于视网膜上【1】。虚拟三维环境立体视觉技术是采用双摄像机或多摄像机从不同角度同时获得周围景物的两幅或多幅数字图像从而实现模拟现实世界的方式获得虚拟环境的立体影像。虚拟环境视觉影像给左右眼提供两幅有位差的不完全一样的平面图像且能满足视觉融像功能（Panum融像区）的规则，因此映射入双眼视网膜的两幅图像在神经中枢融合后便产生了三维深度感知【1】。如同现实世界一样，虚拟三维环境立体视觉技术可以让视线聚焦于虚拟环境中的任意虚拟对象上，这样在一定程度上因调节辐辏联动而引起相应的晶体调节。我们观察结果显示，虚拟影像可以引起眼动态屈光度的变化，且与虚拟场景中物体运动的远近周期相一致，与实际目标运动时引起的眼动态屈光度的变化相比较也有相似的变化趋势，这种屈光度的变化与调节辐辏的协同联动相关。虚拟环境立体影像的成像特点是介于现实世界与平面图像之间，他为眼睛提供信息的是平面图像，同时又是两幅，实际上运动着的虚拟影像无论是远还是近其焦平面是固定的，在视网膜上都形成清晰的像，这样就改变了正常的视觉生理机能,会导致调节和辐辏关系的不和谐,甚至相互冲突。因此虚拟环境立体影像引起调节的机理还有待于进一步探讨和证实。我们需要进一步比较实际目标与虚拟环境立体影像引起的调节，进一步证实虚拟环境立体影像焦点调节的存在，进一步研究辐辏角度的测量以及和调节的相关性，并需要想办法证实虚拟环境立体影像是否改善调节近点等等。虚拟环境立体影像引起的调节与实际目标引起的调节有着相似的趋势，他符合现实世界中真正三维立体世界的特征。从我们的观察结果中观察到了虚拟场景可以引起晶体调节，那么怎样才能将虚拟环境立体影像应用于临床？比如是否可以利用虚拟环境立体影像的训练缓解视疲劳、减缓老视的发生，做集合功能训练、立体视训练、弱视训练等等，这些都有待于我们进一步的探讨和实践，希望能与眼科和眼视光的各位老师们商榷。参考文献1．李书印，万明习.虚拟环境中的视觉感知.中国图象图形学报，2000，11：906.2．王光霁.双眼视觉学.第1版.北京：人民卫生出版社，2004,147-150.3.马颂德，张正友主编.计算机视觉.第一版.北京：科学出版社，2003,72.作者单位：100083北京海淀区学院路38号北京大学医学部眼视光学研究中心通讯作者：迟蕙，Email:ch@b-d.ac.cn电话：13121590168