請用兩只眼睛看世界

2008 年，北京奧運會開幕式卷軸上，那些美輪美奐圖像的神奇變換，相信給大家留下了極為震撼的印象。但是，給視覺帶來更為震撼的是，英國王儲查爾斯在參加世界未來能源峰會時，用三維全息影像技術進行的5 分鐘演講。舞臺上神采奕奕的查爾斯正在進行精彩的演講，但您一定仔細看清楚了，這并非是查爾斯本人，而是他的虛擬替身。這是一種新型影像技術，被稱為全息影像，視頻放映機在地面上打出一束查爾斯的影像，創造出一個幻像。這樣查爾斯就成為一個三維圖像出現在舞臺上演講了。

當人類發明照相機，繼而又發明電影時，大家的想法很簡單：紀錄并再現眼睛所看到的現實。雖然，當年法國的盧米埃爾兄弟把世界上最早一部電影《火車進站》放映給觀眾時，不少觀眾被迎面駛來的火車嚇得逃離座位。但人們很快就發現，這東西跟現實還是有很大差距。難怪后來人們干脆稱電影為“移動的畫”，從本質上與我們所生活的現實有差異和距離感。如何顯示立體畫面，是一個在20世紀初就有人開始研討的課題。

3D的前世今生

什么是3D 電影？D 是英文維的字頭，3D是指三維空間。國際上是以3D 電影來表示立體電影。其實3D 影像并不神秘，早在幾十年前就曾出現過，其生物學基礎很容易被理解。人的視覺之所以能分辨遠近，是靠兩只眼睛的差距。人的兩眼分開約5 厘米，兩只眼睛除了瞄準正前方以外，看任何一樣東西，兩眼的角度都不會相同。雖然差距很小，但經視網膜傳到大腦里，腦子就用這微小的差距，產生遠近的深度，從而產生立體感。一只眼睛雖然能看到物體，但對物體遠近的距離卻不易分辨。根據這一原理，如果把同一景像，用兩只眼睛視角的差距制造出兩個影像，然后讓兩只眼睛一邊一個，各看到自己一邊的影像，透過視網膜就可以使大腦產生景深的立體感了。各式各樣的立體演示技術，也多是運用這一原理，我們稱其為“偏光原理”。

3D 立體電影的制作其中較為廣泛采用的是偏光眼鏡法。它以人眼觀察景物的方法，利用兩臺并列安置的電影攝影機，分別代表人的左、右眼，同步拍攝出兩條略帶水平視差的電影畫面。放映時，將兩條電影影片分別裝入左、右電影放映機，并在放映鏡頭前分別裝置兩個偏振軸互成90度的偏振鏡。

兩臺放映機需同步運轉，同時將畫面投放在金屬銀幕上，形成左像右像雙影。當觀眾戴上特制的偏光眼鏡時，由于左、右兩片偏光鏡的偏振軸互相垂直，并與放映鏡頭前的偏振軸相一致；致使觀眾的左眼只能看到左像、右眼只能看到右像，通過雙眼匯聚功能將左、右像疊在視網膜上，由大腦神經產生三維立體的視覺效果。展現出一幅幅連貫的立體畫面，使觀眾感到景物撲面而來，或進入銀幕深處，能產生強烈的“身臨其境”感。

兩只眼睛的奧秘

兩只眼睛看世界？這話聽來有些奇怪。難道我們每天不都如此嗎？沒錯。不過，你可曾想過，當你走進電影院或是打開影碟機時，你其實僅僅使用了一只眼睛呢？

這要從人的視覺原理說起。當看物體時，因為兩只眼睛的角度不同，同一個物體在視網膜上形成的像并不完全相同。比如，左眼看到物體的左側面較多，右眼看到物體的右側面較多。這兩個不同的像經過大腦綜合以后，就能區分物體的前后、左右、遠近——從而產生立體視覺。

可是，通常電影中的畫面，都是用“一只眼睛”拍攝的——你什么時候見過長成望遠鏡那模樣的攝影機或者照相機呢？所以，立體感當然就相去甚遠。為了更好地說明，大家不妨做個小實驗：分別蒙上左右眼，再看看你眼前的這本雜志，左右眼看到的其實是不同的側面和不同的背景，兩個不同的實像(生物學稱之為視差)通過視網膜進入大腦，于是人就獲得了空間的“立體印象”。如果主動向你的雙眼展現模擬視差的膠片動畫，雙眼被欺騙之后，同樣會產生景深錯覺。

下面，我們一起來做個小游戲：閉上您的左眼或者右眼，分別用左右手各持1 支鉛筆，讓它們停在離眼睛大約30 厘米左右的地方筆芯相對，將兩手向中間緩緩靠近，您是否每次都能將兩支筆芯準確地碰在一起呢？是不是總會相錯而過？然后，睜開您的雙眼，重復上面的動作，您是否發現很輕松地就能讓兩支筆芯準確地碰在一起了呢？

這就是立體成像所要向人們證實的——人的兩只眼睛單獨看物體時是從不同角度去看的，因此所看物體在視網膜上形成的像并不完全相同，但這兩個像經過視覺神經中樞的融合反射，就能在人們的視覺意識里形成空間縱深感，從而產生立體視覺，繼而我們能區分物體的前后遠近關系，準確把握物體方位。通俗地講，立體成像技術就是利用人們兩眼天生存在視覺位差這一生理現象，配合光學折射原理，使人們在一個平面內可直接看到一幅三維立體畫，畫中事物既可以“凸出”于畫面之前，也可以“凹退”畫面之后。

僅僅這樣還不夠。因為這時你只能看到一團模糊的像，還要借助光學原理，在放映機前面安裝偏光設備，改變光射出時光波的振動方式。當這兩束偏振光投射到銀幕上再反射到觀眾處時，配合專用的立體眼鏡，人的每只眼睛就只能看到相應一側的像。用這種方法“欺騙”我們的大腦后，你就會得到立體感很強的圖像。

觀看立體電影是一種奇妙的體驗，無法用語言描述。想象一下，當長著獠牙的怪獸沖破銀幕向你撲來，當射出的子彈仿佛直沖你的腦門……這絕對是一個嶄新的世界。

即便這樣，還是有許多消費者表現出不適，這也屬于正常的反應。人在通過聽覺、視覺、觸覺獲取外界信息時，各種感覺器官是高度協調合作的，如內耳中的“前庭器”器官就負責感受運動方向和加速度等身體的平衡。而3D 畫面有強立體感，視角切換頻繁，這使人眼向大腦傳達“自己真的在動”這一訊息。但與此同時，大腦卻沒收到肌肉運動的信號。這時，頭腦就會發生“知覺錯誤”矛盾，加上耳前庭器的平衡感被打亂，人就可能出現頭暈、惡心、冒汗、臉色蒼白等不適。

裸眼看3D

立體顯示技術的關鍵是解決怎樣讓一幅圖像生成兩個略有差別的圖像，并把這略有差別的兩幅圖像分別投送到我們左右兩個眼睛的問題。這個問題看起來很簡單，但是解決起來卻很不容易。是的，現在已經可以了!傳統3D成像系統始終受制于其過低的成像質量，以及必須使用3D 眼鏡才能看到的繁瑣操作，改變勢在必行。

目前研發結果表明，經過角度計算，將不同的角度拍攝的影像組合，便可不加立體眼鏡，實現裸視立體成像。使觀眾不再需要帶繁瑣的立體眼鏡便能享受立體電影帶來的美妙感受。

目前，民用級3D 影像產品已經進入實質性成品銷售階段。我們已經能看到三星標價1 199 美元的42 英寸（102 厘米）等離子電視機，其產品標明“具備3D 播放功能”；三菱和飛利浦也緊隨其后。一旦立體顯示終端進入家庭，立體影像節目的受眾就會進入廣大的電視觀眾，這是一個巨大的市場。日本已開播3D 電視節目，我國的一些收費數字電視也早就開始這方面的嘗試。

無需佩戴特殊眼鏡的新一代3D影像技術一經面世，便宛若打開了潘多拉的魔盒，新一輪市場狂潮將被引爆已毋庸置疑。以往，我們在接觸立體影像技術產品的時候，往往對于其是否能夠最終應用到實際產品中去有所懷疑。而新興3D立體影像技術卻完全無需擔心這個問題，因為人們對無需借助外界器材的3D 顯示夢想由來已久。是的，它是完全有別于現有3D 的下一代影像技術，無需配戴特殊眼鏡，即可實現與人的自然視覺最接近的特定影像的突出感及透視感，它不但能改變原有的影像文化，并隨著技術的發展將替代原有巨大的2D 影像市場，是一個高度整合的具有高附加價值的下一代影像產業。

眾所周知，立體攝像機需要至少兩個鏡頭捕捉物體。這樣產生的數據量非常巨大。按照理論計算，一個60 分鐘的光柵立體電影文件的數據量大約為80GB。怎樣將龐大的數據進行壓縮便于傳輸、接收，成為擺在研發人員面前的問題。目前，從前期拍攝到終端顯示再到最終生產出立體照片，都有完整的解決方案和現實產品。據美國計算機協會圖形圖像分會的統計，3D技術應用發展迅猛，僅3D顯示器一項，2010 年的市場規模將擴大到20 億美元以上，整個市場相當可觀。