主流3D顯示技術(shù)大揭秘：偏振、裸眼、全息

揭秘立體電影：3D立體放映技術(shù)解析

短短幾年時間，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，最近的科幻動作大片《環(huán)太平洋》更是再創(chuàng)了3D視覺的高峰。3D電影成了最受歡迎的大眾娛樂項目之一，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，還得從眼睛說起……。

除了神話中的獨眼巨人，自然界中的動物至少都有兩只眼睛，就連怪獸或者機器人也不例外，這是為什么呢？

世界因雙眼而立體：平面圖像無法躍然紙上

早在1839年，英國著名的科學(xué)家溫特斯頓就在思考一個問題—“人類觀察到的世界為什么是立體的？”進過一系列研究發(fā)現(xiàn)：因為人長著兩只眼睛。人雙眼大約相隔6.5厘米，觀察物體(如一排重疊的保齡球瓶)時，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)。這排球瓶同時在視網(wǎng)膜上成像，而我們的大腦可以通過對比這兩副不同的“影像”自動區(qū)分出物體的距離遠近，從而產(chǎn)生強烈的立體感。引起這種立體感覺的效應(yīng)叫做“視覺位移”。用兩只眼睛同時觀察一個物體時物體上每一點對兩只眼睛都有一個張角。物體離雙眼越近，其上每一點對雙眼的張角越大，視差位移也越大。

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

當然，只有一只眼的話，也就無所謂視差位移了，其結(jié)果也是無法產(chǎn)生立體感。例如，閉上一只眼睛去做穿針引線的細活，往往看上去好像線已經(jīng)穿過針孔了，其實是從邊上過去的，并沒有穿進去。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，再通過適當?shù)姆椒ê凸ぞ叻謩e傳送到我們的左右眼睛。

既然通過雙眼觀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照相機或攝像機，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。立體電影從拍攝開始，就模擬人眼觀察景物的方法，用兩臺并列安置的攝影機，同步拍攝出兩條略帶水平視差的電影畫面，這樣影片所包含的信息就與人的雙眼親臨拍攝現(xiàn)場所看到的畫面毫無二致了。

不過，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？這就涉及到另一個專門的課題，立體影像放映，而這才是3D視覺播放的重點！

揭秘3D技術(shù)：主流立體影像放映探索

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

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

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?，F(xiàn)在看偏振形式的3D電影時，觀眾佩戴的偏振眼鏡片一個是左旋偏振片，另一個是右旋偏振片，也就是說觀眾的左右眼分別看到的是左旋偏振光和右旋偏振光帶來的不同畫面，通過人的視覺系統(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損失，但色彩更接近其原始值。鑒于眼鏡的透鏡本身幾乎沒有任何顏色，對用于偏振光系統(tǒng)的節(jié)目內(nèi)容進行色彩糾正也更為容易。尤其是膚色，在一個偏振光系統(tǒng)中，看上去更為真實可信。缺點是放映設(shè)備比較貴，必須用含銀幕。

電影院放映采用的是偏振法，通過兩個放映機，把兩個攝影機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。這時如果用眼睛直接觀看，看到的畫面是重影模糊不清的，要看到立體電影，就要在每架電影機前裝一塊偏振片。從兩架放映機射出的光，通過偏振片后，就成了偏振光。左右兩架放映機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。

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

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

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

它的優(yōu)點是放映設(shè)備便宜，缺點是眼鏡較貴、而且構(gòu)造復(fù)雜所以佩戴舒適感最差，并且影片亮度降低50%以上。[!--empirenews.page--]

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所，比如家用。但無論是哪種實現(xiàn)手段，必須佩帶相應(yīng)的3D眼鏡才能達到3D效果，有些人并不能忍受這種限制，對于佩帶近視鏡的人群來說也不是很舒服，所以傳說中的裸眼3D就更具魅力了。

擺脫眼鏡的困擾：裸眼3D技術(shù)解析

從技術(shù)上來看，裸眼式3D可分為微位相差板、柱狀透鏡技術(shù)和指向光源三種。裸眼式3D技術(shù)最大的優(yōu)勢便是擺脫了眼鏡的束縛。

微位相差板法是臺灣光電研究院研究成功的一種裸眼立體顯示技術(shù)。使用微位相差板改變光的偏極態(tài)來達到左、右視圖的分離。微位相差板立體顯示器不需要戴眼鏡，但是視角很小，需和頭部跟蹤裝置配合使用。

優(yōu)點：與既有的LCD液晶工藝兼容，因此在量產(chǎn)性和成本上較具優(yōu)勢

缺點：畫面亮度低，分辨率會隨著顯示器在同一時間播出影像的增加呈反比降低

柱狀透鏡—柱狀透鏡技術(shù)也被稱為雙凸透鏡或微柱透鏡3D技術(shù)，其最大的優(yōu)勢便是其亮度不會受到影響。柱狀透鏡3D技術(shù)的原理是在液晶顯示屏的前面加上一層柱狀透鏡，

優(yōu)點：3D技術(shù)顯示效果更好，亮度不受到影響

缺點：相關(guān)制造與現(xiàn)有LCD液晶工藝不兼容，需要投資新的設(shè)備和生產(chǎn)線

指向光源—對指向光源3D技術(shù)投入較大精力的主要是3M公司，指向光源3D技術(shù)搭配兩組LED，配合快速反應(yīng)的LCD面板和驅(qū)動方法，讓3D內(nèi)容以排序方式進入觀看者的左右眼互換影像產(chǎn)生視差，進而讓人眼感受到3D三維效果。前不久，3M公司剛剛展示了其研發(fā)成功的3D 光學(xué)膜，該產(chǎn)品的面試實現(xiàn)了無需佩戴 3D 眼鏡，就可以在手機，游戲機及其他手持設(shè)備中顯示真正的三維立體影像，極大地增強了基于移動設(shè)備的交流和互動。

優(yōu)點：分辨率、透光率方面能保證，不會影響既有的設(shè)計架構(gòu)，3D顯示效果出色

缺點：技術(shù)尚在開發(fā)，產(chǎn)品不成熟

科幻未來：揭開全息技術(shù)神秘面紗

可能前面的技術(shù)比較貼近生活，大家或多或少都有了解，但除了這些3D放映技術(shù)以外，還有一個最為神秘，也是最富科幻色彩的技術(shù)—全息投影。這個技術(shù)在很多科幻題材的電影中大量使用，近幾年隨著技術(shù)的不斷完善，越來越多的出現(xiàn)在現(xiàn)實生活中。

全息投影技術(shù)同樣分為三種類型：

1、空氣投影和交互技術(shù)

這是美國麻省名叫Chad Dyne的理工研究生發(fā)明的，是顯示技術(shù)上的一個里程碑，它可以在氣流形成的墻上投影出具有交互功能的圖像。 此技術(shù)來源海市蜃樓的原理，將圖像投射在水蒸氣上，由于分子震動不均衡，可以形成層次和立體感很強的圖像。

2、激光束技術(shù)

激光束技術(shù)是日本Science and Technology公司發(fā)明了一種可以用激光束來投射實體的3D影像，這種技術(shù)是利用氮氣和氧氣在空氣中散開時，混合成的氣體變成灼熱的漿狀物質(zhì)，并在空氣中形成一個短暫的3D圖像。這種方法主要是不斷在空氣中進行小型爆破來實現(xiàn)的。

3、360度幻影成像

360度幻影成像是一種將三維畫面懸浮在實景的半空中成像，營造了亦幻亦真的氛圍，效果奇特，具有強烈的縱深感，真假難辯。形成空中幻象中間可結(jié)合實物，實現(xiàn)影像與實物的結(jié)合。也可配加觸摸屏實現(xiàn)與觀眾的互動 ?？梢愿鶕?jù)要求做成四面窗口，每面最大2-4米?？勺龀扇⒒糜拔枧_，產(chǎn)品立體360度的演示；真人和虛幻人同臺表演；科技館的夢幻舞臺等。

適合表現(xiàn)細節(jié)或內(nèi)部結(jié)構(gòu)較豐富的個體物品， 如名表、名車、珠寶、工業(yè)產(chǎn)品、也可表現(xiàn)人物、卡通等，給觀眾感覺是完全立體的。

這種顯示方式需要使用金字塔形的投射玻璃，在金字塔塔尖處放置屏幕，通過金字塔的四個平面反射出來，就讓人產(chǎn)生了投影物懸浮在金字塔中空部分的幻象。因為四個平面分別投射了物體的四個角度的圖像，加上一般刻意讓物體保持旋轉(zhuǎn)，所以雖然這種顯示方式也為2D，但真實感甚至比真3D還強。