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(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—“人類觀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，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的細(xì)活，往往看上去好像線已經(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。

既然通過(guò)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(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)專門的課題，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，偏光片會(huì)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(guò)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。現(xiàn)在看偏振形式的3D電影時(shí)，觀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(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。

色分法俗稱紅藍(lán)3D，它的兩個(gè)鏡片顏色不同，利用有色光線只能穿透對(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)俗稱液晶快門式，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、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(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。

擺脫眼鏡的困擾：裸眼3D技術(shù)解析

從技術(shù)上來(lái)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(shì)便是擺脫了眼鏡的束縛。

微位相差板法是臺(tái)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(lái)達(dá)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(diǎn)：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(shì)

缺點(diǎn)：畫面亮度低，分辨率會(huì)隨著顯示器在同一時(shí)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(shì)便是其亮度不會(huì)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(diǎn)：3D技術(shù)顯示效果更好，亮度不受到影響

缺點(diǎn)：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(duì)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(dòng)方法，讓3D內(nèi)容以排序方式進(jìn)入觀看者的左右眼互換影像產(chǎn)生視差，進(jìn)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(shí)現(xiàn)了無(wú)需佩戴 3D 眼鏡，就可以在手機(jī)，游戲機(jī)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(qiáng)了基于移動(dòng)設(shè)備的交流和互動(dòng)。

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

缺點(diǎn)：技術(shù)尚在開(kāi)發(fā)，產(chǎn)品不成熟

科幻未來(lái)：揭開(kāi)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(gè)最為神秘，也是最富科幻色彩的技術(shù)—全息投影。這個(gè)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(lái)越多的出現(xiàn)在現(xiàn)實(shí)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(guó)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(gè)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(lái)源海市蜃樓的原理，將圖像投射在水蒸氣上，由于分子震動(dòng)不均衡，可以形成層次和立體感很強(qiáng)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(lái)投射實(shí)體的3D影像，這種技術(shù)是利用氮?dú)夂脱鯕庠诳諝庵猩㈤_(kāi)時(shí)，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(gè)短暫的3D圖像。這種方法主要是不斷在空氣中進(jìn)行小型爆破來(lái)實(shí)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(shí)景的半空中成像，營(yíng)造了亦幻亦真的氛圍，效果奇特，具有強(qiáng)烈的縱深感，真假難辯。形成空中幻象中間可結(jié)合實(shí)物，實(shí)現(xiàn)影像與實(shí)物的結(jié)合。也可配加觸摸屏實(shí)現(xiàn)與觀眾的互動(dòng) ?？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_(tái)，產(chǎn)品立體360度的演示；真人和虛幻人同臺(tái)表演；科技館的夢(mèng)幻舞臺(tái)等。

適合表現(xiàn)細(xì)節(jié)或內(nèi)部結(jié)構(gòu)較豐富的個(gè)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(jué)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(guò)金字塔的四個(gè)平面反射出來(lái)，就讓人產(chǎn)生了投影物懸浮在金字塔中空部分的幻象。因?yàn)樗膫€(gè)平面分別投射了物體的四個(gè)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(shí)感甚至比真3D還強(qiáng)。