3D立體顯示技術發(fā)展史

 早在五千多年前的古埃及，人們就已經有了對三維成像技術的追求。當時對人物形象的畫法造型，大部分都把臉表達成側面的姿態(tài)，而眼睛和軀體的位置都是正面的，整個人物從頭到腳有兩次90°的轉向。真人或站或坐都無法保持這種姿勢，但這種奇特的造型卻可使人物具有立體感和厚重感。

到了15世紀初的歐洲的文藝復興時期，意大利建筑師Bruneselleschi 對“繪畫透視” 進行了首次論證。達芬奇(Leonardo da Vinci)也曾在他的著作"Trattato della Pittura"中引用了"透視框"的概念作為他研究遠景透視的依據(jù)。如附圖所示，藝術家需要將一張畫紙夾在玻璃板上，再通過一個目鏡觀察畫紙上場景的投影畫面，然后在畫紙上描繪下場景的輪廓，就可以得到一幅具有真實透視的草圖(具體操作是否如此未作考證)。另外，達芬奇還創(chuàng)造了一套名為"空氣透視"的理論，描述的是由于空氣薄霧對視覺的影響，使得場景的色彩逐漸消失在遠景之中。作為素描和油畫這些平面(2D)畫布中唯一能表現(xiàn)立體感效應的手法,透視畫法就這樣一直延續(xù)下來了。

繪畫透視和雕塑藝術研究和實踐就表明：只有給兩只眼睛分別提供相對獨立的圖像，在恢復了雙眼視差的情況下，才可能獲得真實的立體視覺。早期出現(xiàn)的雙眼立體視覺技術采用的是通過有色眼鏡和立體鏡觀察立體圖像的方法。

在16世紀，人們就已經開始用不同的顏色為左右眼繪制有一定規(guī)律差異的圖像，然后通過濾光鏡觀察來產生立體視覺。17世紀末18世紀初出現(xiàn)的“立體鏡”，為每只眼睛提供獨立的視覺通道，立體視覺感非常強烈，這種“立體鏡”至今仍然是觀察立體圖像的有效手段。19世紀有科學家曾嘗試構造一種不借助輔助裝置就能觀察到立體畫面的方法，但以失敗告終。

直到1838年英國科學家查爾斯?惠斯通Sir Charles Wheatstone(1802-1875)發(fā)表了"雙目并用視覺"(binocularVision)理論的演講?；菟雇òl(fā)明了一種名為"反光式立體鏡"("Reflecting Mirror Stereoscope")的裝置，用來觀看他的3D立體畫(這個裝置原件如今保存在科學博物館)。但是在這之后又過了整整十二年，才由英國科學家蘇格蘭人大衛(wèi)?布魯斯特Sir DAVID Brewster(1781-1868)發(fā)明了第一臺可用于攝影領域的立體觀片裝置，名為"透鏡式立體鏡"("Lenticular Stereoscope")(亦有說法是他發(fā)明了第一臺具有實用意義的立體相機)。1851年在水晶宮(the Crystal Palace)舉辦的博覽會上，布魯斯特將他的一臺立體鏡(亦說立體相機)贈送給了維多利亞女王(Queen Victoria)。

19世紀末，電影發(fā)明后，科學家嘗試用電影來表現(xiàn)運動的立體視覺圖像。首先采用兩部攝影機模擬人類雙眼進行拍攝，然后將制好的影片用放映機通過偏光濾光鏡投射到電影熒幕上，觀眾通過配戴偏振光眼鏡觀察運動的立體圖像。這種立體電影技術一直沿用至今。與此同時，也誕生了立體眼鏡。

立體眼鏡起源于1953年5月24日立體電影首次出現(xiàn)，為了把觀眾從電視奪回來，好萊塢推出了一種新玩藝兒--立體電影。戴著特殊眼鏡的觀眾像在觀看《布瓦那魔鬼》及《蠟屋》這類驚險片那樣，發(fā)現(xiàn)自己躲在逃跑的火車及魔鬼的后面。從而為我們帶入了立體電影的時代。

20世紀初電視技術出現(xiàn)后，人們就開始著手研制立體電視，傳統(tǒng)的用于觀察靜止圖像或電影圖像的立體顯示方法幾乎全部被應用到立體電視技術中。 在早期黑白電視時代，比較成功的立體電視是由兩部電視攝像機拍攝影像并用兩個獨立的視頻信道傳輸?shù)絻刹侩娨暀C，每部電視機的屏幕上安置一塊偏光板，然后用偏光眼鏡去觀察，這樣的立體電視系統(tǒng)可以獲得較好的立體圖像。這種雙信道偏光分像立體電視技術至今仍然是公認的一種質量較好的立體電視系統(tǒng)。

2004

20世紀50年代，彩色電視技術發(fā)展到接近實用的階段，“互補色立體分像電視技術”開始應用于立體電視?；痉椒ㄊ怯脙刹跨R頭前端加裝濾光鏡的攝像機去拍攝同一場景圖像，在彩色電視機的屏幕上觀眾看到的是兩副不同顏色的圖像相互疊加在一起，當觀眾通過相應的濾光鏡觀察時就可以看到立體電視圖像。這種立體電視成像技術兼容性好，在立體電視技術領域曾經風靡一時。但存在的問題也十分明顯：由于通過濾光鏡去觀察電視圖像，彩色信息損失極大;另一個問題是彩色電視機本身的“串色”現(xiàn)象引起干擾;同時由于左、右眼的入射光譜不一致，易引起視覺疲勞。

2010

20世紀70年代末由于陶瓷光開關新材料的出現(xiàn)，人們可以制成光開關眼鏡，此時就出現(xiàn)了時分式的立體電視技術。時分式的立體電視技術采用彩色電視信號的奇場和偶場進行立體電視信號的編碼。80年代初，東芝公司研制出時分式立體電視投影機，戴偏光鏡觀看。1985年，松下公司首推時分式液晶眼鏡立體電視樣機獲得成功?，F(xiàn)在，具有雙屏顯示器的頭盔觀看設備有很理想的立體觀看效果。在國內，清華大學已研制出高透光率的新型液晶光閥眼鏡，并于2001年研制成功時分式液晶眼鏡立體電視機。

1970

目前，時分式的立體電視技術相對成熟，具有明顯的優(yōu)點：能提供逼真的彩色立體圖像;當電視場頻較高時，圖像穩(wěn)定無閃爍;同目前的彩色電視系統(tǒng)、計算機顯示器相兼容;能順利地向數(shù)字電視系統(tǒng)過渡。

1922

2000年國內出現(xiàn)了第一個實時立體顯示系統(tǒng)。用一張普通的VCD碟片播放出重影畫面，戴上無線紅外眼鏡觀看，即可獲得具有強烈立體感的畫面。這種立體顯示系統(tǒng)能夠實時將現(xiàn)有信號源的二維圖像在顯示器上轉換成三維圖像。但是從技術上講，這種立體影像效果還停留在利用光學或信號處理的辦法進行畫面轉換的層面上。

目前正在加緊研制新型立體攝像機和立體顯示裝置。新型立體攝像機具有雙鏡頭，綜合計算機、測控、圖像處理技術，拍攝過程符合人的視覺機理。新型立體顯示裝置分時或同時輸入左右圖像，采用光學技術，實現(xiàn)左右圖像以正確的視差投射到人的雙眼，不用戴眼鏡，即可在屏幕前直接看到立體圖像。2003年在日本東京召開的3D聯(lián)盟成立大會上，三洋電機就展示了不用戴眼鏡觀看立體圖像的顯示器;而索尼則展示了立體圖像的拍攝和演播系統(tǒng)。但上述產品的立體效果，還受到觀看角度和距離的限制。

20世紀90年代以來，隨著液晶顯示技術的成熟，以液晶、等離子為代表的新一代顯示設備以其全彩色精致影像畫質、節(jié)省能源、無輻射、無閃爍等優(yōu)點獲得了快速發(fā)展。立體顯示技術的研究方向也已經集中于基于液晶平板顯示器的裸眼立體顯示技術。2004年，經過多年研發(fā)，SuperD立體影像工作站正式問世，實現(xiàn)商用。它成功的實現(xiàn)了液晶顯示器和裸眼立體顯示技術的巧妙結合，具有近乎完美的自由立體圖像顯示功能，給人們帶來一場全新的視覺盛宴。

進入21世紀，3D已成為當前最受歡迎的顯示技術，這已成不爭的事實。可是，當人們沉浸過“身臨其境”感后，頭暈目眩的感覺也令人倍感不安。我們暫且不考慮3D眼鏡給消費者所帶來的成本，對于近視觀眾來說，在近視眼鏡上再加上一副眼鏡，想想都是一件很累、很復雜的事情?？萍嫉谋举|就是把好的東西帶給人類，并使之一切更加容易、更加簡單、更加便捷，因此，裸眼3D是未來顯示技術發(fā)展的必然趨勢。