裸眼3D視頻廣告顯示系統影像設計研究

劉順利

（天津體育學院運動與文化藝術學院，天津 301901）

當前，人們越來越注重視覺感官的享受，對數字影像的顯示方面有了更高的需求，在追求“更真實地還原所見世界”的道路上從未止步。與此同時，人們對真實顯示效果孜孜不倦的追求推動了顯示技術的不斷更新。與以往觀看立體影像時需要觀眾佩戴特殊眼鏡等助視設備的情況不同，裸眼3D（Naked-eye Three-dimensional）顯示技術使觀眾無需佩戴眼鏡，就能觀看到真實的立體影像。目前國內裸眼3D顯示系統首先在廣告傳媒領域得到應用，并且作為一種新型信息載體在地鐵、機場、商場等公共場所開始使用。（圖1）

一、裸眼3D廣告展示系統的設計要求

為滿足當今人們對“更真實地還原所見世界”的視覺期待，在觀看視頻時將真實的視覺體驗融入其中，為視頻廣告的展示創設了新穎的傳播環境，激發了觀眾觀看廣告的興趣。因此，在裸眼3D視頻廣告的設計制作中，須將視頻的視覺深度感體驗融入其中。具體來看，本文將裸眼3D廣告展示系統的總體設計要求歸納分為六個方面，分別是：清晰表達產品的細節、視頻畫面具有空間深度感、主體形象能夠“跑”出屏幕、可視角度最大化、優化視頻畫面的清晰度以及技術和藝術結合等。

（一）清晰表達產品的細節

視頻廣告需要清晰表達產品的細節。優秀的視頻廣告作為對產品的一種間接展示方式，有可能在短時間內讓企業收益得到提升，耳濡目染地使用戶接受其品牌信息。無論是何種廣告類型與廣告表達方式，只要內容和實際產品保持一致，消費者就會愿意接受；內容失實的廣告會讓消費者對該品牌或產品失望。要想讓視頻廣告內容和實際產品保持一致，最好的選擇就是廣告中能清晰表達產品的細節，這是因為細節代表了品質與信賴。隨著顯示技術的發展，這一使命則落在了裸眼3D顯示技術上。目前，除實物展示形式外，裸眼3D視頻展示是對產品進行真實性“描述”的最佳方案之一，令觀者有身臨其境的真實感。

（二）視頻畫面具有空間深度感

裸眼3D視頻廣告應滿足人們對空間深度的心理暗示。裸眼3D展示視頻是一種能獲得具有空間感和深度感的逼真立體形象的顯示系統，對一些復雜且不便進行實物展示的產品，可通過裸眼3D視頻形式對產品進行形象而生動的深度感展示。立體視覺可以讓人們感受到空間深度，從而更好的認識世界。而雙眼視差則是產生空間感知的生理基礎。在經過長時間經驗累積之后，人們即便在觀看一幅二維圖像時，也能夠獲得空間深度的心理暗示；又或者，若只睜開一只眼睛，也能感受到物體之間的遠近關系和層次感。這種深度暗示是依靠縱深方向的距離、前后關系反映在人眼視網膜上而產生的一種心理暗示，是人們通過在日常生活中長時間的經驗積累而成的。

心理深度暗示原理常被用于將二維圖像合成為模擬三維圖像。由于人的這種視覺經驗和視覺記憶，構成了人眼的心理三維視覺。例如將一幅平面彩色立體圖片呈現在觀者眼前，觀者就可以依據圖像內容推斷畫面中的物體、人物之間的距離關系和層次關系，而這種推斷準確率非常高。由此可見，平面圖像中雖然沒有真正的深度立體信息，但是卻具有心理深度暗示信息，如聚散、透視、陰影、遮擋、相對高度、相對大小等。心理深度暗示信息是人類對世界長期觀察形成的一種立體視覺記憶和立體視覺經驗。憑借這種視覺經驗，人眼能夠從二維圖像中準確提取心理暗示信息，獲得心理上的立體視覺。基于人眼的這種特性，可以將現有二維圖像中的深度信息進行人為提取，結合左視圖合成出右視圖，再根據左右視圖形成的視差，通過3D顯示設備便可獲取具有3D效果的圖像。

圖1 裸眼3D在廣告傳媒領域的應用

圖2 由多個視差圖像序列合成的裸眼3D視頻廣告

（三）主體形象能夠“跑”出屏幕

主體形象能夠“跑”出屏幕——這應該是我們對裸眼3D視頻的最直接印象，同時“跑”出屏幕也是3D顯示技術被稱為“影像領域彩色代替黑白后又一次質的飛躍”的重要理由。與常規的二維視頻展示相比，裸眼3D視頻廣告中的產品形象既可以凸出于畫面之外，也可以深藏于畫面之中，色彩艷麗、層次分明、活靈活現、栩栩如生，因此具有較強的視覺沖擊力，令人印象深刻。這種“身臨其境”的“跑”出的視覺效果固然很刺激，有時甚至可以用“震撼”來形容，然而我們要控制形象“跑”出的次數，這是因為次數過多的話會引起觀者的不適應感。另外，我們還應控制“跑出”屏幕的物體其所占整個屏幕的像素面積，一般情況，這個比值控制在20%以內，大面積的“跑”出效果反而不會增強視頻畫面的立體感和空間感。

（四）可視角度最大化

多視點立體片源配合立體顯示設備首先在廣告傳媒領域得到應用，已成為廣告傳媒行業強有力的展示利器。然而，其可視角度一直受顯示設備的限制，例如夏普的裸眼3D屏基于視差屏障顯示技術。視差屏障技術又稱狹縫光柵技術，是在平板顯示屏前面加了“柵欄”。夏普這款裸眼3D屏的劣勢在于觀者只有正對屏幕時才能觀看到影像的3D效果，頭部偏左或偏右移動一下就看不到立體效果了，即可視角度不夠大。而日本電報電話公司的手機公司（NTT DoCoMo）采用柱透鏡技術，其裸眼3D屏采用了8個柱狀透鏡，提供30度的可視角度。也就是說，觀者的眼睛只要離開30度的觀看范圍，其屏幕中影像的3D效果就不會受到影響。

當今最新的裸眼3D視頻廣告設計制作及展示中，利用柱透鏡光柵裸眼3D顯示技術，力爭最大程度優化顯示設備的技術參數，其3D效果的可視角度可達70度，而只要在120度范圍內，都可以看到清晰的平面影像。

（五）優化視頻畫面的清晰度

與可視角度一樣，裸眼3D視頻畫面的清晰度同樣受到限制，除了受分辨率的影響，清晰度還與屏幕的亮度相關聯。當今，主流的裸眼3D視頻廣告的展示媒介選擇了柱透鏡光柵顯示器，柱透鏡光柵又稱柱面光柵或柱鏡光柵，由一系列完全相同的柱透鏡平行排列組合而成。

柱透鏡與像素列成一定的角度，而不是平行的，這樣能使每一組子像素重復投射視區，而不是只投射一組視差圖像。該顯示方式中光線基本上沒有損失，因為柱透鏡光柵由透明材質制作而成，不會阻礙光線的通過，因此可以實現高亮度顯示。但由于柱狀透鏡的透射使像素點被伸拉的原因，屏幕的分辨率及畫面精度會受到影響（目前柱狀透鏡的制造工藝難以達到液晶顯示器的分辨率）。

（六）技術和藝術相結合

裸眼3D視頻的出現是影像領域的一項技術與藝術的雙重革命。裸眼3D產品是高新技術與藝術的結合體，具有較強的技術和藝術深度，它不僅僅是一個商品的概念，其本身也是具有較好收藏和實用價值的藝術品。3D顯示產品集科技、藝術和傳媒特性于一體，宣傳速度快、傳播范圍廣，并以新、特、奇的展示手段和強烈地視覺沖擊力吸引著人們。除了在廣告傳媒行業大顯身手，裸眼3D技術還逐漸拓展到家用電視、數碼電器、展覽展示、形象宣傳、奢侈品銷售、科研教學、建筑設計等領域。今后，裸眼3D技術將廣泛應用于生活各領域中。

二、裸眼3D影像的顯示原理與獲取途徑

使人眼看到具有立體感和空間深度的逼真三維影像，進而更加真實地還原所見世界，這是裸眼3D技術的不斷追求。這種不用佩戴任何助視設備的立體影像效果更容易讓觀看者留下深刻的印象，從而達到廣告投放的預期效果，為廠商和廣告商們帶來可觀的經濟利益。3D片源的設計開發環節是裸眼三維顯示系統中不可忽視的關鍵環節，直接決定了最終的三維顯示效果與人眼的視覺感受。

（一）多視點裸眼3D視差影像

為了擴大觀看時立體視角范圍并實現多用戶同時觀看，多視點裸眼視頻技術允許多個觀眾在跨度很大的視角范圍內同時看到清晰的立體影像，使觀者獲得身臨其境的真實感。人在觀看一個物體時，兩眼是從不同角度看這個物體的，在左眼和右眼視網膜上分別感受著不完全相同的刺激，形成雙眼視覺上的差異，即雙目視差。雙目視差是人眼獲取立體物像的生理基礎。設想一個物體放在我們眼前，分別閉上左眼與閉上右眼看這個物體，發現物體位置是有些不一樣的，而這種不一樣的地方就是我們所說的視差。視差圖像的獲取過程就是為了增大可視區域。為了達到這個目的，后期合成中通常將多個視差圖按一定的排列方式同時顯示于平板顯示器上。雙目視差體現在視差圖像中，因而如何獲取這種視差圖像在實現3D顯示過程中顯得尤為重要。

（二）視差影像的獲取途徑

視差圖像的獲取方式主要有兩種：一種是由真實或虛擬的立體相機拍攝獲取，另一種是通過二維轉換成三維而獲取。前者，立體相機拍攝是用N個規格相同的相機同步拍攝同一場景，從而得到多幅視差圖像。這里的立體相機不一定只是真實相機，也可以是由計算機3D軟件如Autodesk 3Ds Max、Maya等建模后再添加若干個虛擬攝像機。而后面一種獲取方式是將二維轉換成三維，即將高清晰度二維視頻節目通過2D轉3D處理、繪制及后期制作后所形成多視點視頻，這種視差圖像在3D顯示器上播放也會有很強的縱深立體感。

三、利用虛擬立體相機獲取多視點裸眼3D視差影像

在前面提到的獲取視差圖像的兩種途徑中，由真實或虛擬的立體相機采集獲取視差圖像是一種較佳途徑。其中，利用若干個真實攝像機進行的多視點采集就是從各個角度完成對同一目標的采集，成本較高；而在商業廣告展示片源的三維場景制作中，虛擬立體相機的架設過程因其成本相對低廉，技術實現難度合理。對于后者，在應用過程中因其完美的可控性以及精確的攝像機位置，技術相對成熟，因此具有很好的開發前景。

（一）結合立體攝像機插件創作視差影像

在三維制作軟件中，采用虛擬的立體相機進行三維場景的拍攝，可獲得通過多個虛擬攝像機獲取多個視點的視差影像。通過后期編輯，人類大腦會將多個影像合為一個畫面，從而增大可視區域，創造一種身臨其境的真實感。常見的三維軟件在立體攝像機方面有著很多不足之處，要么其自帶的攝像機數量不夠多，要么因版本的原因而不具有立體攝像機功能。因此，使用三維制作軟件并結合第三方立體攝像機插件進行創作，是目前裸眼3D片源中多視點視差影像獲取的主要途徑，例如結合3Ds Max、Maya及其配套的第三方插件綜合創作。目前，作為3Ds Max、Maya的第三方立體攝像機插件，SY3D to Max和Sanyang 3D Camera for Maya的主要作用是將制作完成的三維場景源文件進行多視點渲染，其渲染的圖像序列其清晰度及色彩較佳，從而能很好地為合成優秀的裸眼3D片源作技術保障。第三方立體攝像機插件支持與多個3D顯示終端連接，并且能夠實現交互式三維實時預覽。最后通過After Effects等后期合成軟件將多個視差圖像序列按一定的排列方式進行總體合成并輸出立體視頻文件（圖2）。總體來說，這種獲得視差影像的方式采用的原理就是將存儲物體的三維模型在計算機渲染的時候多增加幾個視點信息，而這些視點信息的獲取是通過多個立體攝像機的創建而實現的。

（二）立體攝像機插件開發

由前面得知，利用三維設計軟件結合第三方立體攝像機插件進行視差圖像序列的獲取過程其主要任務是生成新的立體攝像機。如果可開發自己專屬的立體攝像機插件，除了可以生成新攝像機外，還可以將已有的普通攝像機變為立體攝像機并繼承動畫與歷史節點等屬性，如此可達到加強裸眼3D視頻立體效果的目的。例如，通過Mel語言開發的插件相對于第三方插件來說，可擴展、可定制是其最大的亮點。

之所以利用Mel語言進行基于Maya軟件的立體攝像機插件開發，原因之一是由于很多公司使用的Maya軟件為7.0或更低版本，該版本并沒有立體攝像機功能，只能用插件做立體渲染。而Maya2009版本以后的攝像機才出現立體功能，但其自帶的攝像機只有3個，加之此時的軟件框架已經改變，已有的插件無法兼容Maya2009，因此只能繼續用Maya7.0版本做立體渲染。加之現有第三方立體攝像機插件其功能不能隨意擴展，因此，進行基于Maya軟件的立體攝像機插件開發很有必要，尤其是開發帶有9個或更多立體攝像機的Maya插件更是行業所需。Maya2009版本以后自帶的立體攝相機需實時觀看立體效果，而自己開發的的插件其立體攝像機的優點是既使不需要實時觀看，也可以保證影像的立體效果。

結語

裸眼3D在數字展示領域中的應用前景較為廣闊，如數字展館、網上世博、北京08數字博物館、倫敦奧運會等，都將裸眼三維顯示技術融入數字展示中，凸顯數字藝術的趣味和魅力。上海國際科學與藝術展的裸眼3D《清明上河圖》及上海自然博物館的裸眼3D非洲大草原更是將裸眼3D這一神奇的數字藝術形式推向了一個新高度。在裸眼3D視頻廣告展示系統中，影像設計是裸眼三維顯示系統中不可忽視的關鍵環節，直接決定了最終的三維顯示效果。目前裸眼三維顯示系統中還存在著一些問題，如分辨率即是一個瓶頸，觀看角度不能達到平面圖像的觀看角度，容易引起疲勞等。總之，裸眼三維顯示領域是一項較新的高科技項目，具有龐大的市場潛力，無論在國內還是國外都將是一項新型熱門的領域。■