偏振/裸眼/全息！主流3D視覺(jué)技術(shù)揭秘

揭秘立體電影：3D立體放映技術(shù)解析

短短幾年時(shí)間，3D電影已經(jīng)從鳳毛麟角變的大量普及，現(xiàn)在幾乎所有大大小小的電影院都支持3D播放，最近的科幻動(dòng)作大片《環(huán)太平洋》更是再創(chuàng)了3D視覺(jué)的高峰。3D電影成了最受歡迎的大眾娛樂(lè)項(xiàng)目之一，但喜歡3D電影的你知道其中的原理嗎？

本文將逐一介紹3D放映技術(shù)，裸眼3D和全息成像這些讓人興奮不已的科技，而要解釋3D如何成像，還得從眼睛說(shuō)起……。

除了神話(huà)中的獨(dú)眼巨人，自然界中的動(dòng)物至少都有兩只眼睛，就連怪獸或者機(jī)器人也不例外，這是為什么呢？

世界因雙眼而立體：平面圖像無(wú)法躍然紙上

早在1839年，英國(guó)著名的科學(xué)家溫特斯頓就在思考一個(gè)問(wèn)題—“人類(lèi)觀(guān)察到的世界為什么是立體的？”進(jìn)過(guò)一系列研究發(fā)現(xiàn)：因?yàn)槿碎L(zhǎng)著兩只眼睛。人雙眼大約相隔6.5厘米，觀(guān)察物體(如一排重疊的保齡球瓶)時(shí)，兩只眼睛從不同的位置和角度注視著物體，左眼看到左側(cè)，右眼看到右側(cè)。這排球瓶同時(shí)在視網(wǎng)膜上成像，而我們的大腦可以通過(guò)對(duì)比這兩副不同的“影像”自動(dòng)區(qū)分出物體的距離遠(yuǎn)近，從而產(chǎn)生強(qiáng)烈的立體感。引起這種立體感覺(jué)的效應(yīng)叫做“視覺(jué)位移”。用兩只眼睛同時(shí)觀(guān)察一個(gè)物體時(shí)物體上每一點(diǎn)對(duì)兩只眼睛都有一個(gè)張角。物體離雙眼越近，其上每一點(diǎn)對(duì)雙眼的張角越大，視差位移也越大。

正是這種視差位移，使我們能區(qū)別物體的遠(yuǎn)近，并獲得有深度的立體感。對(duì)于遠(yuǎn)離我們的物體，兩眼的視線(xiàn)幾乎是平行的，視差位移接近于零，所以我們很難判斷這個(gè)物體的距離，更不會(huì)對(duì)它產(chǎn)生立體感覺(jué)了，夜望星空你會(huì)感覺(jué)到天上所有的星星似乎都在同一球面上，分不清遠(yuǎn)近，這就是視差位移為零造成的結(jié)果。

當(dāng)然，只有一只眼的話(huà)，也就無(wú)所謂視差位移了，其結(jié)果也是無(wú)法產(chǎn)生立體感。例如，閉上一只眼睛去做穿針引線(xiàn)的細(xì)活，往往看上去好像線(xiàn)已經(jīng)穿過(guò)針孔了，其實(shí)是從邊上過(guò)去的，并沒(méi)有穿進(jìn)去。而現(xiàn)在我們所看到的圖片、電影、玩的游戲都是平面景物，雖然圖像效果非常逼真，但由于雙眼看到的圖像完全相同，自然就沒(méi)有立體感可言。

如果要從一幅平面的圖像中獲得立體感，那么這幅平面的圖像中就必須包含具有一定視差的兩幅圖像的信息，再通過(guò)適當(dāng)?shù)姆椒ê凸ぞ叻謩e傳送到我們的左右眼睛。

立體拍攝機(jī)

既然通過(guò)雙眼觀(guān)察世界才能獲得立體感，那么想要獲得立體的圖像也需要兩臺(tái)照相機(jī)或攝像機(jī)，由此就誕生了“虛擬立體顯示”技術(shù)，最早引入該技術(shù)的是立體電影。立體電影從拍攝開(kāi)始，就模擬人眼觀(guān)察景物的方法，用兩臺(tái)并列安置的攝影機(jī)，同步拍攝出兩條略帶水平視差的電影畫(huà)面，這樣影片所包含的信息就與人的雙眼親臨拍攝現(xiàn)場(chǎng)所看到的畫(huà)面毫無(wú)二致了。

不過(guò)，想要把立體圖像顯示給人眼看可不容易，如何才能做到左眼只看左攝像頭的圖像、右眼只看右攝像頭的圖像呢？這就涉及到另一個(gè)專(zhuān)門(mén)的課題，立體影像放映，而這才是3D視覺(jué)播放的重點(diǎn)！

揭秘3D技術(shù)：主流立體影像放映探索

雖然統(tǒng)稱(chēng)3D放映，但目前主流的實(shí)現(xiàn)方法分三個(gè)流派，分別是“光分法”、“色分法”和“時(shí)分法”，它們都能實(shí)現(xiàn)3D效果，但實(shí)現(xiàn)原理卻大相徑庭。

光分法是利用偏光片（通過(guò)如百葉窗般排列的矽晶體涂料薄膜（偏光膜））來(lái)過(guò)濾原本朝向不同方向震動(dòng)的光線(xiàn)，偏光片會(huì)擋住與偏光膜方向垂直的光線(xiàn)，只讓與偏光膜方向相同的光線(xiàn)通過(guò)從而產(chǎn)生視差。

偏振光的產(chǎn)生

偏振光原理

左旋和右旋偏振光波示意圖

圓偏振光偏振方向是有規(guī)律的旋轉(zhuǎn)著的，它可分為左旋偏振光和右旋偏振光，它們相互間的干擾非常小，它的通光特性和阻光特性基本不受旋轉(zhuǎn)角度的影像。現(xiàn)在看偏振形式的3D電影時(shí)，觀(guān)眾佩戴的偏振眼鏡片一個(gè)是左旋偏振片，另一個(gè)是右旋偏振片，也就是說(shuō)觀(guān)眾的左右眼分別看到的是左旋偏振光和右旋偏振光帶來(lái)的不同畫(huà)面，通過(guò)人的視覺(jué)系統(tǒng)產(chǎn)生立體感。Real-D和Masterimage的3D放映輔助系統(tǒng)主要采用的就是這種技術(shù)。

偏振光3D放映原理

光分法雖然有一些源于眼鏡的光線(xiàn)損失，但色彩更接近其原始值。鑒于眼鏡的透鏡本身幾乎沒(méi)有任何顏色，對(duì)用于偏振光系統(tǒng)的節(jié)目?jī)?nèi)容進(jìn)行色彩糾正也更為容易。尤其是膚色，在一個(gè)偏振光系統(tǒng)中，看上去更為真實(shí)可信。缺點(diǎn)是放映設(shè)備比較貴，必須用含銀幕。

電影院放映采用的是偏振法，通過(guò)兩個(gè)放映機(jī)，把兩個(gè)攝影機(jī)拍下的兩組膠片同步放映，使這略有差別的兩幅圖像重疊在銀幕上。這時(shí)如果用眼睛直接觀(guān)看，看到的畫(huà)面是重影模糊不清的，要看到立體電影，就要在每架電影機(jī)前裝一塊偏振片。從兩架放映機(jī)射出的光，通過(guò)偏振片后，就成了偏振光。左右兩架放映機(jī)前的偏振片的偏振化方向互相垂直，因而產(chǎn)生的兩束偏振光的偏振方向也互相垂直。

色分法俗稱(chēng)紅藍(lán)3D，它的兩個(gè)鏡片顏色不同，利用有色光線(xiàn)只能穿透對(duì)應(yīng)顏色鏡片的原理，讓左右兩只眼睛看到不同的影像，經(jīng)過(guò)大腦合成得到立體效果。

它的優(yōu)點(diǎn)很多，比如放映設(shè)備和眼鏡的都最為廉價(jià)，但缺點(diǎn)也比較明顯，那就是色彩還原較差。

時(shí)分發(fā)俗稱(chēng)液晶快門(mén)式，它是通過(guò)120Hz的放映設(shè)備將左右兩眼的圖像分別顯示，然后通過(guò)和放映設(shè)備同步的快門(mén)式液晶眼鏡遮住其中一只眼睛，達(dá)到左右眼看到圖像不同的目的。

它的優(yōu)點(diǎn)是放映設(shè)備便宜，缺點(diǎn)是眼鏡較貴

綜上所述，光分法最適合影院放映，而其他兩種則比較適合小型場(chǎng)所，比如家用。但無(wú)論是哪種實(shí)現(xiàn)手段，必須佩帶相應(yīng)的3D眼鏡才能達(dá)到3D效果，有些人并不能忍受這種限制，對(duì)于佩帶近視鏡的人群來(lái)說(shuō)也不是很舒服，所以傳說(shuō)中的裸眼3D就更具魅力了。