请用两只眼睛看世界

陈体军

2008 年，北京奥运会开幕式卷轴上，那些美轮美奂图像的神奇变换，相信给大家留下了极为震撼的印象。但是，给视觉带来更为震撼的是，英国王储查尔斯在参加世界未来能源峰会时，用三维全息影像技术进行的5 分钟演讲。舞台上神采奕奕的查尔斯正在进行精彩的演讲，但您一定仔细看清楚了，这并非是查尔斯本人，而是他的虚拟替身。这是一种新型影像技术，被称为全息影像，视频放映机在地面上打出一束查尔斯的影像，创造出一个幻像。这样查尔斯就成为一个三维图像出现在舞台上演讲了。

当人类发明照相机，继而又发明电影时，大家的想法很简单：纪录并再现眼睛所看到的现实。虽然，当年法国的卢米埃尔兄弟把世界上最早一部电影《火车进站》放映给观众时，不少观众被迎面驶来的火车吓得逃离座位。但人们很快就发现，这东西跟现实还是有很大差距。难怪后来人们干脆称电影为“移动的画”，从本质上与我们所生活的现实有差异和距离感。如何显示立体画面，是一个在20世纪初就有人开始研讨的课题。

3D的前世今生

什么是3D 电影？D 是英文维的字头，3D是指三维空间。国际上是以3D 电影来表示立体电影。其实3D 影像并不神秘，早在几十年前就曾出现过，其生物学基础很容易被理解。人的视觉之所以能分辨远近，是靠两只眼睛的差距。人的两眼分开约5 厘米，两只眼睛除了瞄准正前方以外，看任何一样东西，两眼的角度都不会相同。虽然差距很小，但经视网膜传到大脑里，脑子就用这微小的差距，产生远近的深度，从而产生立体感。一只眼睛虽然能看到物体，但对物体远近的距离却不易分辨。根据这一原理，如果把同一景像，用两只眼睛视角的差距制造出两个影像，然后让两只眼睛一边一个，各看到自己一边的影像，透过视网膜就可以使大脑产生景深的立体感了。各式各样的立体演示技术，也多是运用这一原理，我们称其为“偏光原理”。

3D 立体电影的制作其中较为广泛采用的是偏光眼镜法。它以人眼观察景物的方法，利用两台并列安置的电影摄影机，分别代表人的左、右眼，同步拍摄出两条略带水平视差的电影画面。放映时，将两条电影影片分别装入左、右电影放映机，并在放映镜头前分别装置两个偏振轴互成90度的偏振镜。

两台放映机需同步运转，同时将画面投放在金属银幕上，形成左像右像双影。当观众戴上特制的偏光眼镜时，由于左、右两片偏光镜的偏振轴互相垂直，并与放映镜头前的偏振轴相一致；致使观众的左眼只能看到左像、右眼只能看到右像，通过双眼汇聚功能将左、右像叠在视网膜上，由大脑神经产生三维立体的视觉效果。展现出一幅幅连贯的立体画面，使观众感到景物扑面而来，或进入银幕深处，能产生强烈的“身临其境”感。

两只眼睛的奥秘

两只眼睛看世界？这话听来有些奇怪。难道我们每天不都如此吗？没错。不过，你可曾想过，当你走进电影院或是打开影碟机时，你其实仅仅使用了一只眼睛呢？

这要从人的视觉原理说起。当看物体时，因为两只眼睛的角度不同，同一个物体在视网膜上形成的像并不完全相同。比如，左眼看到物体的左侧面较多，右眼看到物体的右侧面较多。这两个不同的像经过大脑综合以后，就能区分物体的前后、左右、远近——从而产生立体视觉。

可是，通常电影中的画面，都是用“一只眼睛”拍摄的——你什么时候见过长成望远镜那模样的摄影机或者照相机呢？所以，立体感当然就相去甚远。为了更好地说明，大家不妨做个小实验：分别蒙上左右眼，再看看你眼前的这本杂志，左右眼看到的其实是不同的侧面和不同的背景，两个不同的实像(生物学称之为视差)通过视网膜进入大脑，于是人就获得了空间的“立体印象”。如果主动向你的双眼展现模拟视差的胶片动画，双眼被欺骗之后，同样会产生景深错觉。

下面，我们一起来做个小游戏：闭上您的左眼或者右眼，分别用左右手各持1 支铅笔，让它们停在离眼睛大约30 厘米左右的地方笔芯相对，将两手向中间缓缓靠近，您是否每次都能将两支笔芯准确地碰在一起呢？是不是总会相错而过？然后，睁开您的双眼，重复上面的动作，您是否发现很轻松地就能让两支笔芯准确地碰在一起了呢？

这就是立体成像所要向人们证实的——人的两只眼睛单独看物体时是从不同角度去看的，因此所看物体在视网膜上形成的像并不完全相同，但这两个像经过视觉神经中枢的融合反射，就能在人们的视觉意识里形成空间纵深感，从而产生立体视觉，继而我们能区分物体的前后远近关系，准确把握物体方位。通俗地讲，立体成像技术就是利用人们两眼天生存在视觉位差这一生理现象，配合光学折射原理，使人们在一个平面内可直接看到一幅三维立体画，画中事物既可以“凸出”于画面之前，也可以“凹退”画面之后。

仅仅这样还不够。因为这时你只能看到一团模糊的像，还要借助光学原理，在放映机前面安装偏光设备，改变光射出时光波的振动方式。当这两束偏振光投射到银幕上再反射到观众处时，配合专用的立体眼镜，人的每只眼睛就只能看到相应一侧的像。用这种方法“欺骗”我们的大脑后，你就会得到立体感很强的图像。

观看立体电影是一种奇妙的体验，无法用语言描述。想象一下，当长着獠牙的怪兽冲破银幕向你扑来，当射出的子弹仿佛直冲你的脑门……这绝对是一个崭新的世界。

即便这样，还是有许多消费者表现出不适，这也属于正常的反应。人在通过听觉、视觉、触觉获取外界信息时，各种感觉器官是高度协调合作的，如内耳中的“前庭器”器官就负责感受运动方向和加速度等身体的平衡。而3D 画面有强立体感，视角切换频繁，这使人眼向大脑传达“自己真的在动”这一讯息。但与此同时，大脑却没收到肌肉运动的信号。这时，头脑就会发生“知觉错误”矛盾，加上耳前庭器的平衡感被打乱，人就可能出现头晕、恶心、冒汗、脸色苍白等不适。

裸眼看3D

立体显示技术的关键是解决怎样让一幅图像生成两个略有差别的图像，并把这略有差别的两幅图像分别投送到我们左右两个眼睛的问题。这个问题看起来很简单，但是解决起来却很不容易。是的，现在已经可以了!传统3D成像系统始终受制于其过低的成像质量，以及必须使用3D 眼镜才能看到的繁琐操作，改变势在必行。

目前研发结果表明，经过角度计算，将不同的角度拍摄的影像组合，便可不加立体眼镜，实现裸视立体成像。使观众不再需要带繁琐的立体眼镜便能享受立体电影带来的美妙感受。

目前，民用级3D 影像产品已经进入实质性成品销售阶段。我们已经能看到三星标价1 199 美元的42 英寸（102 厘米）等离子电视机，其产品标明“具备3D 播放功能”；三菱和飞利浦也紧随其后。一旦立体显示终端进入家庭，立体影像节目的受众就会进入广大的电视观众，这是一个巨大的市场。日本已开播3D 电视节目，我国的一些收费数字电视也早就开始这方面的尝试。

无需佩戴特殊眼镜的新一代3D影像技术一经面世，便宛若打开了潘多拉的魔盒，新一轮市场狂潮将被引爆已毋庸置疑。以往，我们在接触立体影像技术产品的时候，往往对于其是否能够最终应用到实际产品中去有所怀疑。而新兴3D立体影像技术却完全无需担心这个问题，因为人们对无需借助外界器材的3D 显示梦想由来已久。是的，它是完全有别于现有3D 的下一代影像技术，无需配戴特殊眼镜，即可实现与人的自然视觉最接近的特定影像的突出感及透视感，它不但能改变原有的影像文化，并随着技术的发展将替代原有巨大的2D 影像市场，是一个高度整合的具有高附加价值的下一代影像产业。

众所周知，立体摄像机需要至少两个镜头捕捉物体。这样产生的数据量非常巨大。按照理论计算，一个60 分钟的光栅立体电影文件的数据量大约为80GB。怎样将庞大的数据进行压缩便于传输、接收，成为摆在研发人员面前的问题。目前，从前期拍摄到终端显示再到最终生产出立体照片，都有完整的解决方案和现实产品。据美国计算机协会图形图像分会的统计，3D技术应用发展迅猛，仅3D显示器一项，2010 年的市场规模将扩大到20 亿美元以上，整个市场相当可观。