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“3D眼”是如何练就的?

图文:培养姬

导语:2009年,一部《阿凡达》开启了电影的3D时代,创造了全球电影史上的票房纪录。据悉,《阿凡达2》将于本月25日正式开拍,且将采用裸眼3D技术拍摄制作,观众不用戴眼镜即可观看有3D效果的影片,是不是很期待呢?本期内容,学姐带你走进3D世界,了解我们是如何看到3D画面的。

世界因双眼而立体

为什么我们的眼睛看到的东西是立体的?

1839年,英国科学家温特斯顿通过一系列研究发现,人由于两眼间存在一定的间距(大约6.5cm),在观察三维物体时视角稍有不同,因此看到的画面也有微小的差距,左眼看到左侧,右眼看到右侧。同时,物体上的每一个点对应两只眼睛都有一个张角,离双眼越远,这个张角就越小。大脑通过对两只眼睛接收到的画面信息进行叠加融合,就能够构造出物体的前-后、左-右、远-近等立体方向的画面,从而产生立体感。

你可以试一下,闭上一只眼,然后试着将两支笔的笔尖对齐,是不是十分困难?看着明明是在一条线上,但总是擦肩而过,就是对不上。这是因为一只眼无法准确判断物体的距离远近和深度。闭上一只眼无法进行穿针引线,也是同样的道理。

现在我们来思考一下,想要从一个平面中获得立体感该怎么做呢?很显然,首先需要在这个平面中含有两个图像信息,分别模拟左眼和右眼看到的有一定差别的图像,然后再通过一定的方法,将这两个图像分别传送到我们的左眼和右眼,这样经过大脑的分析融合,就能够产生具有立体感的画面了。

这就是3D技术的基本原理。

3D眼镜——让平面变立体

通过以上分析,我们知道,要想看3D电影,首先需要3D影片的每一个画面都有左右两个不同的视觉画面,这个不难办到,只要有两个摄像头,按照人眼间距并排放置,分别模拟人的左眼和右眼,从不同的视角进行拍摄就可以了。难的是如何做到让人的左眼只看左边摄像头的图像,右眼只看右边摄像头的图像。这就不得不提到现在主流的方法——3D眼镜。

3D眼镜使用到的技术主要有以下几种:

1. 分色式

学过物理的人应该对滤光片不陌生,特定颜色的滤光片只能允许该颜色的光通过,其他颜色的光则会被吸收。根据这个原理,分色式3D眼镜出现了,将左右两个不同视角的摄像头拍出的画面,用两种不同的颜色(通常是是红色和蓝色)印制到一个画面中,再在左眼和右眼分别加上这两种颜色的滤光片,就可以实现左眼看左视角的画面,右眼看右视角的画面了。但是该方法看到的画面质量较差,目前已经很少采用。

2. 偏振式

偏振片对光具有选择作用,只能允许在某一个特定平面内振动的光通过。放映时,将左右两个视角的影片分别装入两个放映机,并在放映机镜头前分别装方向不同的两个偏振片,将光线分成两个不同的方向。同时观众也佩戴与放映机相对应的偏振片眼镜,左侧镜片只能透过左视角放映机的光,右侧镜片只能透过右视角放映机的光,这样就能实现左侧眼睛看左视角画面,右侧眼睛看右视角画面了。

 

3.分时式

分时式3D技术,主要是通过信号发射器控制3D眼镜左右镜片的开关,放映时左右视角的画面交替切换显示,放映左视角画面时,左眼镜片透光,右眼镜片不透光;放映右视角画面时,右眼镜片透光,左眼镜片不透光。保证左右眼分别在正确的时刻看到相应画面,大脑再将两只眼睛看到的画面进行处理从而得到立体影像。这种方式需要提高画面的刷新率,从而使人感觉不到画面的切换和抖动。

3D眼镜在带给我们更好的影音、游戏效果的同时,也带来了潜在的危害。由于影片的帧数比较高,左右眼频繁地接收不同画面,同时需要大脑高速地处理两个画面信息以得到立体画面,因此容易造成眼疲劳、眩晕等。此外,3D眼镜的卫生问题也是一大隐患,不少人因在影院使用消毒不到位的3D眼镜而患结膜炎,因此已经有多个城市的多家影院宣布,不再提供免费的3D眼镜,需要观众自备3D眼镜或在影院购买3D眼镜。

裸眼3D——让你轻松拥有“3D眼”

那有没有什么办法既能让我们摆脱3D眼镜的束缚,又能看到立体、逼真的画面呢?3D眼镜是以眼镜为介质,分离左右眼的画面,如果把这个“眼镜”戴在屏幕上,把左右眼画面分离,使左视角画面的光线只进入左眼,右视角画面的光线只进入右眼,不就可以摆脱3D眼镜了吗?这就是目前裸眼3D技术的主要方向。

当然,屏幕所戴的“眼镜”和人眼所戴的3D眼镜技术可是不一样的。一方面需要3D视频经过特殊的编码处理,另一方面需要将设备进行改造,使得左右视角的画面能分别独立送入人的左右眼。目前裸眼3D设备主要是光栅式显示器,在显示器前叠加具有分光作用的光栅,使左右视角画面的光线分别向不同的方向传播,当人站在特定的区域观看时,能够使左右眼分别接收到左右视角的画面。光栅有两种类型:狭缝式光栅和柱透镜式光栅。

1. 狭缝式光栅

狭缝式光栅由大量等宽度、等间距的平行狭缝构成,透光部分和不透光部分间隔分布,置于显示屏和观察者之间。在狭缝式光栅的作用下,左眼只能接收到左视角画面的光,右眼只能接收到右视角画面的光,由此产生立体视觉。此方法由于狭缝光栅的不透光部分遮挡了部分光线,因此人看到的画面亮度比较低。

2. 柱透镜式光栅

柱透镜式光栅由一排柱状透镜组成,加装在显示屏前,左右视角图像的像素点通过柱状透镜后折射至不同的方向,从而分别到达人的左右眼,人在大脑中将双眼所接收到的图像进行叠加从而形成立体图像。由于柱状透镜没有遮挡光线,因此相比于狭缝式光栅亮度要稍高一些。

不过这两种技术都是基于液晶显示屏的立体显示技术,而且人需要站在特定的区域才能看到较好的效果,而影院是用投影的方式进行放映,所以目前并不适用于影院播放,现阶段裸眼3D终端产品也主要是电视和手机。要在影院当中实现裸眼3D观看,需要采用新的放映技术,并对影院放映设备和显示设备进行改造。《阿凡达2》会采用何种技术手段实现裸眼3D,就让我们一起拭目以待吧。

(文章图片来自网络,如有版权问题,请与我们联系)

参考文献:

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