从2D、3D到裸眼3D,我们要如何看待视觉技术的进击之路?

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来自:浪漫的海的博客

从原始社会的洞穴壁画到现在的摄影,人类总是喜欢将自己的所见真实地描绘出来。然而,世界是三维的、立体的,2D 平面怎么可以完全描绘出这个世界的美好?因此,3D 便横空出世。不过,在 2D 平面上展示 3D 图像听起来好像不可能,但实际上人们已经实现了这个设想,本文目的就是梳理一下这些原理各异的 3D 技术。

真 3D 与伪 3D

其实,当我们观看三维动画时,相对于传统的动画片而言我们能明显地感觉到画面的立体感。不过,这并不是严格意义上的 3D,它只是运用了透视原理以及人眼对光影、明暗、虚实的错觉而得到的误判而已,每只眼睛所看见的图像其实都是毫无差异的,我们可以将之称为伪 3D。而真 3D 的关键点其实就在于每只眼睛所看见的图像其实存在一定的差异。

  • 人两眼之间有约 6 厘米的距离,正是这个距离使得两眼所看见的画面其实是有一定差异的,我们将之称为视差。人脑将这两幅具有差异的画面进行融合,从而产生能够感受到远近的 3D 立体效果。

伪 3D 盘点

其实,除了上述基于透视以及光影、明暗的伪 3D 之外,还有很多方法可以让人将平面图像误以为是 3D 的。

GIF 动图+两条白线

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来自:cnbeta

如上图,用两条白线将 GIF 动图左右三等分,充当背景,当图片中的人物或物品从白线“里”移动到白线“外”,并配合图像大小的变化,人的大脑便会产生错觉,误以为画面呈现 3D 效果。

简单地说,就是两条白线被我们当做了参照物。我们会不自觉地认为,白线离我们更近,所以白线能挡住后面的图像。而当图像里的物体盖住白线以后,就会立刻给人该物体越过了白线、向我们飞来的错觉。

3D 立体画

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虽然 3D 眼镜已经能够提供比较好的 3D 效果了。然而,通过佩戴这种附带设备总是一件比较麻烦的事,而且就目前来看这些设备其实并不美观。而裸眼 3D 作为一种毫无负担的解决方案,或许更能满足那些爱美和偷懒的人的需求。不过,其在可视角度和可视距离等方面还存在很多不足。

3D 街头地画,它以室外地面为媒介,利用平面透视的原理,制造出视觉上的虚拟立体效果,令参观者有一种身临其境的感觉。画中的景物立体、细腻、逼真,往往能达到以假乱真的艺术效果。

子弹时间

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子弹时间是一种常使用在电影、电视广告或电脑游戏中,用计算机辅助的摄影技术模拟变速特效,例如强化的慢镜头、时间静止等效果,该技术因在好莱坞电影《骇客帝国》中大量使用而名声大噪。其中男主角 Neo 仰身躲子弹的慢动作镜头堪称经典,“子弹时间”也因此得名。

另外,子弹时间也模拟了人围绕物体观看时的真实效果,具有比较强烈的 3D 效果(当然,这是伪 3D 啦)。

真 3D 盘点

说完伪 3D,我们再来看看真 3D,需要重申一下真 3D 的关键其实就是让双眼分别看见稍有差异的图像。既然知道原理,那么聪明的人类总会想到办法将其实现。

一、3D 眼镜

1、色差式 3D 眼镜

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色差式可以称为分色立体成像技术,是用两台不同视角上拍摄的影像分别以两种不同的颜色印制在同一副画面中。用肉眼观看的话会呈现模糊的重影图像,只有通过对应的红蓝等立体眼镜才可以看到立体效果,就是对色彩进行红色和蓝色的过滤,红色的影像通过红色镜片,蓝色通过蓝色镜片,两只眼睛看到的不同影像在大脑中重叠呈现出 3D 立体效果。

2、主动快门式 3D 眼镜

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主动快门式 3D 主要是通过提高画面的刷新率来实现 3D 效果的,通过把图像按帧一分为二,形成对应左眼和右眼的两组画面,连续交替显示出来,同时安装在 3D 电视机上的红外信号发射器将同步控制快门式 3D 眼镜的左右镜片开关,使左、右双眼能够在正确的时刻看到相应画面。

不过,该眼镜需要充电,较重。且由于快门高速切换开闭,可能会感到画面闪烁,长时间观看对眼睛会造成不适。

3、被动偏光式 3D 眼镜

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被动偏光式 3D 眼镜在技术方式上和快门式是一样的,它不同的地方在于被动接收,所以也被称为被动式 3D 技术。具体来说它利用光线有“振动方向”的原理来把原始图像分解成左右或上下两组画面,然后配套的眼镜左右分别采用不同偏振方向的偏光镜片,这样人的左右眼就能接收两组画面,再经过大脑合成立体影像。目前,此技术主要在电影院或 3D 电视中见得较多。

4、VR 头盔

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VR 头盔其实相当于设备内部有两个显示屏,分别播放稍有差异的图像,分别对着左右眼,而且左右画面分开不会相互影响,也不需要画面遮挡,所以可以营建出近乎完美的 3D 立体视觉效果。而且 VR 头盔的视场角更大,配合内部传感器,可以实现 360 度观看,沉浸感更强。

二、裸眼 3D

与电视上使用的透视原理恰反,我们常在街头墙面上所见的 3D 立体画则是采用“反透视原理”(简单的说就是近小远大,画中远处所画的物体要比近处的大),这是一种把所绘物通过特定的视点,按视觉成像规律反向投射画面到画面载体的一种绘画技法。

裸眼 3D 显示的原理一般是通过光栅或透镜将显示器显示的图像进行分光,从而使人眼接收到不同的图像,实现 3D 显示。具体根据显示原理和光学结构的不同,裸眼 3D 显示技术主要有狭缝光栅式 (parallaxbarrier)、柱状透镜技术 (lenticular arrays) 以及指向光源。

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狭缝光栅显示器通过在显示面板前方放置一个参数合适的狭缝,对显示的内容进行遮挡,在经过一定距离后,到达人眼的光线便可被分开,双眼接收到两幅含有视差的图像。如图中人眼就能分别看到蓝色和绿色,这样就能产生立体效果。

狭缝光栅是相对比较成熟的光栅,因为制作狭缝光栅比较简单,技术难度不大,但其透光率比较低,仅为 20%—30%,即显示效果比较暗。显示分辨率与视点数成反比(传统裸眼 3D 只有在特定位置才能看出 3D 效果,分辨率越高,这样的位置点便越少)。

2、柱状透镜式

1、狭缝光栅式

柱状透镜式采用了相同的原理,在液晶显示屏的前面加上一层柱状透镜,透镜通过对光的折射作用,将不同的显示内容折射到空间中不同的地方,到达人眼时显示的内容被分开,人眼接收到两幅含有视差的图像,这样便产生了立体效果。其最大的优势便是亮度不会受到影响。

当然,该柱状透镜其实也可以由其他材料替代,比如深圳 超多维 等公司便利用液晶透视取代了柱状透镜所产生的物理透视。而且液晶分子的折射率可以受到电流的控制,可以实现 2D 与 3D 的转换。而且,配合眼动追踪设备,它还可以自动适应用户的位置与角度,使用户可以在更多角度上看见裸眼 3D 效果。

3、指向光源

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指向光源 3D 技术是在 LCD 的像素层后面使用一系列并排的线状光源给像素列提供背光照明,线光源宽度极小并与液晶屏的列像素平行。密集的线光源照明使奇偶列像素的图像传输路径分离,是左右眼见对应的画面。

对了,全息投影也可以达到 3D 效果,只不过技术不成熟,这里就不细述了。

注:本文图片来自互联网

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