圖1 人的左右兩眼觀看不同距離的物體時，看到的側(cè)面是不一樣的
圖2 要在平面上構(gòu)造出距離，就要合理利用人眼的視差來造成錯覺
1977年拍攝的著名電影《星球大戰(zhàn)》中，盧克第一次見到萊婭公主是通過一段影像。然而，與我們今天在屏幕上看到的圖像不同，這段影像是立體的。
事實上，雖然我們一直在屏幕上欣賞電影和電視節(jié)目，并在游戲世界中放松，但是，我們始終無法獲得能和真實世界相媲美的視覺體驗。平面與立體的感受是完全不同的。
不過，在2009年，人們已經(jīng)能更加容易地欣賞到3D影像。一方面，像《閃電狗》這樣的立體電影已經(jīng)越來越多；另一方面，如優(yōu)派在2009年初推出的 VX2265wm這樣的立體顯示器也開始出現(xiàn)，并將逐漸達到一個合理的價位。現(xiàn)在，普通用戶只需要6000多元就可以擁有一套3D顯示設(shè)備。
但是，人類并非剛剛開始研究3D技術(shù)。早在1850年，對制作立體照片的研究就已經(jīng)開始了。為何經(jīng)過了150年，人們才能開始更容易地欣賞3D圖像？實現(xiàn)立體顯示為何比制造航天飛機還難？這一切要從人類的視覺特性說起。
立體影像的3個條件
也許有人嘗試過這樣一個游戲：閉上一只眼睛，僅用另一只眼睛視物，并試圖將兩個指尖對到一起。如果你這樣做了，你會發(fā)現(xiàn)，這是非常困難的。實際上，雙眼視物正是人們具有立體感的關(guān)鍵所在。交替開閉左右眼，你會發(fā)現(xiàn)你看到的物體會發(fā)生位移，這就是視差。當左右眼的圖像返回大腦的時候，大腦會根據(jù)兩眼所看到圖像的不同自動合成分析出所看到物體與自己的距離。因此，一個3D顯示裝置必須能夠產(chǎn)生一個左翼和右翼的鳥瞰圖，并分別提交給適當?shù)难劬?。這是3D顯示最重要的一個方面。人們對3D顯示的研發(fā)也是更多地圍繞這一點展開的。
需要注意的是，雙眼看到的物體不僅僅是位置不同，角度也不同——左眼只能看到鼻子的左側(cè)，右眼卻只能看到右側(cè)。因此，兩幅圖片中需要包含更多的細節(jié)。這也是制約3D電影發(fā)展的重要因素。
人們判斷距離的第二個因素就是著色和陰影。遠處的物體并不明顯、亮度較差，且有朦朧感，而近處的物體更為清晰，在同等光照下也會更亮。
另外，人們還會利用線性角度和運動視差來判斷距離。對越遠的物體，人們的視差越小，直到很難判斷真正的距離。例如，人們觀看云彩的時候，視差因素很小，人們只能通過線性角度——也就是近大遠小，以及人們擺動頭所獲得的不同場景和參照物來判斷距離。在這種情況下，人們可以判斷出兩個物體相對的遠近，但判斷的精確度非常差。這也是為何“看山容易上山難”的原因。
成功的3D顯示，必須兼顧到視差、著色和陰影、線性角度和運動視差3個因素。這需要硬件能夠給兩眼帶來不同的畫面，同時需要影像內(nèi)容中具備更多的細節(jié)（不同側(cè)面、不同的明暗度），因此，對硬件和軟件都是一個考驗。
3D設(shè)備的嘗試
幾十年前，也許有人已經(jīng)看過了立體電影。觀看這種電影時，你會領(lǐng)到一個一邊是紅色鏡片、一邊是綠色鏡片的眼鏡。通過這個奇怪的眼鏡，你看到屏幕上的的世界發(fā)生了質(zhì)的變化——飛機、坦克不可思議地從平板式的銀幕里“沖”了出來，幾乎觸手可及。
紅綠眼鏡是最簡單的分離左右眼的方式之一。它利用的是紅色鏡片只能透過紅光，綠色鏡片只能透過綠光的特性，將左右眼進行了分離。這是實現(xiàn)3D的第一種方式：左右眼所看到的光線的分離。
紅綠眼鏡的成本非常低廉，在很多兒童圖書上會用紅綠眼鏡來實現(xiàn)圖片的立體化，讓兒童欣喜不已。然而，紅綠眼鏡也存在先天的缺陷，那就是，你看到的色彩總有一些不真實的感覺，尤其是物體的邊緣（這些地方往往左右眼看到的細節(jié)不同）會只有一種色彩，使人產(chǎn)生一種暈眩的感覺。它的好處是，兩眼看到的場景在時間上是并行并且連貫的，不會產(chǎn)生閃爍感，因而不會帶來真正意義上的頭暈和頭痛。
隨著技術(shù)的進步，人們現(xiàn)在已經(jīng)通過類似的思路開發(fā)出了不需要眼鏡的3D顯示設(shè)備。這種設(shè)備采取的是另一種思路：控制光線的方向，將不同的光線分別投入左右眼中。三洋電機公司設(shè)計的3D顯示器的原理就是這樣。在該設(shè)備上，三洋公司設(shè)計了多個條狀遮光“圖像分割棒（Image Splitter）”，通過有條件地遮擋光線，控制光線的方向，使用戶的右眼和左眼分別只能看到右眼圖像和左眼圖像，以此實現(xiàn)立體效果。
這種方式的缺點在于，只有在某個合適的距離和合適的角度范圍內(nèi)，才能實現(xiàn)較好的觀賞效果。為了解決這一問題，三洋添加了可檢測用戶頭部位置的“頭部跟蹤系統(tǒng)”，即使用戶移動到了立體可視范圍之外，也能相應(yīng)地改變圖像分割棒的開口部以便用戶在移動后的位置上也能獲得立體視覺效果。
與此類似，飛利浦設(shè)計的3D液晶顯示器，采用雙凸透鏡設(shè)計，使用戶的左右眼可以選擇性地看到9個視角的影像。不過，由于像素被分配到不同的眼睛，用戶所看到物體的分辨率要小于屏幕的實際分辨率。
實現(xiàn)3D的另一種方式是再造一個3D的屏幕。美國馬薩諸塞州貝德福德市的實境系統(tǒng)公司（Actuality Systems）開發(fā)的“透視者”系統(tǒng)就是這樣一個設(shè)備。它的外觀酷似一個水晶球，球的最外部是一個透明的聚碳酸酯圓頂，內(nèi)部則是一塊直徑約10英寸的圓形屏幕。它能以每分鐘900圈的速度繞豎軸轉(zhuǎn)動，從而形成一個完整的立體影像面——你從不同角度可以看物體的不同側(cè)面，立體感也是非常真實的。你看到的深度實際上正是銀幕轉(zhuǎn)動過程中在不同的位置發(fā)出的光線，當然會有很好的立體感。
不過，真實的立體影像需要非常強大的運算能力支持。平面需要展現(xiàn)的像素數(shù)是尺寸的平方，而立體影像需要展現(xiàn)的像素數(shù)是尺寸的立方。實境公司的首席技術(shù)官格雷格·E·法瓦洛羅（Gregg E. Favalora）說：“光是開發(fā)影像數(shù)據(jù)切片的算法，就花了我們?nèi)哪陼r間。[!--empirenews.page--]
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