3D电影电影物理学院物理学院12级学生：周杰级学生：周杰2009年12月18日，著名导演卡梅隆又一历史巨作阿凡达全球同步上映，引起了世界范围的3D热潮。3D是是three-dimensional的缩写，就是三维图形。而的缩写，就是三维图形。而3D技技术就是虚拟三维的技术，通过利用计算机的运算达到视觉、术就是虚拟三维的技术，通过利用计算机的运算达到视觉、听觉等方面立体效果的一种技术。在电影中实现的听觉等方面立体效果的一种技术。在电影中实现的3D效果效果就是利用就是利用双眼立体视觉原理双眼立体视觉原理，使观众能从银幕上获得三维，使观众能从银幕上获得三维空间感视觉影像的电影。空间感视觉影像的电影。什么是3D?睫状体玻璃体视网膜通往大脑的神经虹膜瞳孔晶状体角膜眼睛的结构眼睛的结构结构：角膜、晶状体的共同作用相当于结构：角膜、晶状体的共同作用相当于凸透镜凸透镜 视网膜（有感光细胞）相当于视网膜（有感光细胞）相当于光屏光屏 瞳孔相当于瞳孔相当于光圈光圈人眼的成像原理晶状体和角膜的共同作用相当于凸透镜凸透镜，它把来自物体的光会聚在视网膜上，形成物体的像（倒立，缩小，实像）（倒立，缩小，实像）。视网膜上视神经细胞受到光的刺激，把这个信号传给大脑，我们就看到了物体双眼立体效果是如何呈现的呢？双眼立体效果是如何呈现的呢？双眼分视 立体视觉的根源两眼瞳距64mm，形成了视差实验一：实验一：伸出您的一根手指头，并凝视这根手指，然后闭上右眼、张开左眼；再来张开右眼、闭上左眼，仔细观察左、右眼所见是否手指位置有些不同？这个不同即为视差。立体3D的技术即是要将这个视差持续在屏幕上表现出来。因此为使观赏者得以观看真正立体，每个眼睛所看到景物必须与另一眼稍有不同。事实上，这种不同让我们的眼睛具有判断事物的纵深感，也就是真正3D空间的Z轴实验二：实验二：先闭上一只眼睛，拿起两支铅笔，试图将这两支铅笔笔头对接，我们会发现这样做比较困难，因为单眼无法判断纵深感，我们无法确定两支笔的前后距离，此时如果你睁开双眼会发现这样做非常容易，因为两眼的不同位置观看事物可以判断出纵深感，这样Z轴的感觉就能体现出来了。3D3D成像就是靠人两眼的视觉差产生的成像就是靠人两眼的视觉差产生的。立体视觉的构成立体视觉的构成v由由于于立立体体视视觉觉是是基基于于视视差差而而来来，因因此此 3D 立立体体显显示示的的基基础础，就就是是要要以以人人工工方方式式来来重重现现视视差差，简简单单说说就就是是想想办办法法让让左左右右两两眼眼分分别别看看到到不不同同的的影影像像，藉藉以以模模拟拟出出立立体体视视觉觉。在在这这个个基基础础之之下下发发展展出出各各式式各各样样的的 3D 立立体体显显示示技技术，主要分为眼镜与裸眼两大类型。术，主要分为眼镜与裸眼两大类型。 v我我们们之之所所以以能能感感受受到到立立体体视视觉觉，是是因因为为人人类类的的双双眼眼是是横横向向并并排排，之之间间大大约约有有 67 公公分分的的间间隔隔，因因此此左左眼眼所所看看到到的的影影像像与与右右眼眼所所看看到到的的影影像像会会有有些些微微的的差差异异，这这个个差差异异被被称称为为视视差差（Parallax），大大脑脑会会解解读读双双眼眼的的视差并藉以判断物体远近与产生立体视觉。视差并藉以判断物体远近与产生立体视觉。形成立体视觉的条件形成立体视觉的条件注意：真实立体物：你看与不看，它都在那；虚拟立体物：你看与不看，它都不在那。如果看到了，也是大脑的合成！ 两只眼睛是从左右两个视点分别观看的。左眼将看到物体的左侧，而右眼则会看到她的中间或右侧。当两眼看到的物体在视网膜上成像时，左右两面的印象合起来，就会得到最后的立体感觉3D3D显示的原理显示的原理3D显示技术的基本原理，是利用人的左右2眼视差，将显示画面分割为2，并设法将左右画面分别提供给左右眼，由观察者大脑自行混合为3D画面。 立体电影的原理即为以两台摄影机仿照人眼睛的视角同时拍摄，在放映时亦以两台投影机同步放映至同一面银幕上，以供左右眼观看，从而产生立体效果。拍摄原理拍摄原理3D影片投影到荧幕上的方法？影片投影到荧幕上的方法？ 1839年，英国科学家查理惠斯顿爵士根据“人类两只眼睛的成像是不同的”发明了一种立体眼镜立体眼镜，让人们的左眼和右眼在看同样图像时产生不同效果，这就是今天3D眼镜的原理。 眼镜式3D裸眼式3D目前，市场上已经有了四种比较成熟的目前，市场上已经有了四种比较成熟的3D显示技术，包括彩色立体三显示技术，包括彩色立体三维，偏振三维，立体三维以及最新的维，偏振三维，立体三维以及最新的DLP Link技术。这四类技术是当前技术。这四类技术是当前被广泛采用的被广泛采用的3D投影技术。由于各自的原理不同，成本不同，效果不同，投影技术。由于各自的原理不同，成本不同，效果不同，也分别占有了不同的市场。也分别占有了不同的市场。其其中中，立立体体三三维维技技术术应应该该是是目目前前我我们们最最常常见见的的一一种种3D投投影影技技术术了了。因因为为几几乎乎目目前前所所有有的的3D影影院院都都是是采采用用的的这这种种设设备备，大大家家在在影影院院中中看看到到的的阿阿凡凡达达豚豚鼠鼠特特工工队队等等电电影影几几乎乎都是这种技术实现的。都是这种技术实现的。眼镜式眼镜式3D显示技术显示技术色差式偏光式主动快门式 眼镜式眼镜式3D3D 最早出现3D显示技术就是色差式。色差式3D显示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分别以两种不同的颜色印制在同一副画面中同一副画面中。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。 色差式色差式3D3D（色分法）（色分法） 色差式色差式3D3D拍摄时拍摄时红绿模式用红色来保存一幅图像的信息，而用青色来保存另一幅图像的信息，这样就完全可以用一幅图像来包含两幅图像的信息了 滤光轮观看时观看时 色差式色差式3D3D体验体验 色差式色差式3D3D体验体验色分法的优势与不足色分法的优势与不足优势优势： 1.放映设备没有特别的要求，无需额外的投入； 2.立体眼镜造价很低，甚至可以手工完成； 不足不足： 1.极易出现重影，画面不清晰； 2.立体效果有些不足； 3.观众容易疲劳。 偏光式3D技术也叫偏振式3D技术，配合使用的是偏光眼镜。偏光式3D技术的图像效果比色差式好，而且眼镜成本也不算太高。 偏光式3D是利用光线有“振动方向”的原理来分解原始图像的，先通过把图像分为垂直先通过把图像分为垂直向偏振光和水平向偏振光两组画向偏振光和水平向偏振光两组画面，然后面，然后3D3D眼镜左右分别采用不眼镜左右分别采用不同偏振方向的偏光镜片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。 偏光式偏光式3D3D（光分法）（光分法） 偏光式偏光式3D3D拍摄时拍摄时放映时放映时观看时观看时偏振眼镜光分法的优势与不足光分法的优势与不足优势优势： 1.立体效果不错； 2.适合人数较多的放映场合； 缺点缺点： 1.画面会有重影出现； 2.观看角度受到限制； 3.长时间观看会感觉到疲倦，偏振眼镜佩戴不够舒适； 4.立体放映厅造价较高，也有一些影院的放映厅出于成本考虑不使用金属幕布，影响观看效果； 主动快门式3D技术，配合主动式快门3D眼镜使用。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通过把图像按帧一分为二，形成对应左眼和右眼的两为二，形成对应左眼和右眼的两组画面，连续交错显示出来，同组画面，连续交错显示出来，同时红外信号发射器将同步控制快时红外信号发射器将同步控制快门式门式3D3D眼镜的左右镜片开关，使眼镜的左右镜片开关，使左、右双眼能够在正确的时刻看左、右双眼能够在正确的时刻看到相应画面到相应画面。目前，包括三星、松下、创维等品牌推出的3D电视，都是采用主动快门式3D技术。 主动快门式主动快门式3D(3D(时分法）时分法）这项技术能够保持画面的原始分辨率，很轻松地让用户享受到真正的全高清3D效果，而且不会造成画面亮度降低。一般情况下，3D液晶电视屏幕刷新频率必须达到120Hz以上，也就是让左、右眼均接收到频率在60Hz以上的图像，才能保证用户看到连续而不闪烁的3D图像效果。这种3D技术在电视和投影机上面应用得最为广泛，资源相对较多，而且图像效果出色，受到很多厂商推崇和采用，不过其匹配的3D眼镜价格较高。 主动快门式主动快门式3D(3D(时分法）时分法） 主动快门式主动快门式3D3D时分法显示效果图时分法显示效果图显示器效果眼镜效果时分法的优势与不足时分法的优势与不足优势优势： 1.立体效果明显，画面闪烁不明显； 2.色彩、亮度表现相对更好； 不足不足： 1.显示器、眼镜加显卡需要搭配使用； 2.成本不低，普及难度较大。裸眼裸眼3D立体显示技术立体显示技术 虽然眼镜方式能满足多人共同观看的需求，不过观看时必须配戴特殊眼镜虽然眼镜方式能满足多人共同观看的需求，不过观看时必须配戴特殊眼镜仍旧是个相当大的障碍，各家厂商于是投入不需要配戴特殊眼镜的裸眼仍旧是个相当大的障碍，各家厂商于是投入不需要配戴特殊眼镜的裸眼 3D 立体显示技术研发。立体显示技术研发。所谓的裸眼所谓的裸眼 3D 立体显示，是指在不配戴任何特殊配件的状态下立体显示，是指在不配戴任何特殊配件的状态下以裸眼视觉就能直接观看到以裸眼视觉就能直接观看到 3D 立体显示的效果。虽然基本原理仍旧是让立体显示的效果。虽然基本原理仍旧是让左右眼观看不同画面产生视差来营造立体感，不过前提是不配戴眼镜，因左右眼观看不同画面产生视差来营造立体感，不过前提是不配戴眼镜，因此此必须透过特殊设计的屏幕来达成目标必须透过特殊设计的屏幕来达成目标。 裸眼3D目前主要用于公用商务场合和家用的3D电视，将来还会应用到手机等便携式设备上。 3D液晶电视的立体显示效果，是通过在液晶面板上加上特殊的精密柱面透镜屏，将经过编码处理的3D视频影像独立送入人的左右眼，从而令用户无需借助立体眼镜即可裸眼体验立体感觉，同时能兼容2D画面。 裸眼裸眼3D3D视差障壁（视差障壁（Parallax BarrierParallax Barrier）技术）技术该方法是在显示器的前面或后面加上一块液晶光栅来组成立体显示的光学系统，通过对光线的阻挡把奇、偶列像素上显示的视差图像透射到人的左、右眼，再经视觉中枢的立体融合就获得立体感。视差障壁（视差障壁（Parallax BarrierParallax Barrier）技术）技术视差障壁技术生产成本低，技术难度小，而且可以实现2D/3D显示切换，成为最先导入量产的3D平面显示技术。其缺点是辉度、解析度会降低。双凸透镜（双凸透镜（LenticularLenticular）技术）技术该方法是在显示器的前面板上镶上一块柱透镜板来组成立体显示的光学系统，其中柱透镜板是由细长的半圆柱透镜紧密排列构成，这样显示像素的光线通过柱透镜的折射，就把奇、偶列像素上显示的视差图像透射到人的左、右眼，再经视觉中枢的立体融合就获得立体感。双凸透镜（双凸透镜（LenticularLenticular）技术）技术和视差障壁技术不同，双凸透镜不会阻挡光，故显示器辉度不受影响，但由于其3D显示原理仍与视差障壁技术相同，解析度仍将降低。另外，由于间距及高度恒定的凸透镜不易生产，制程困难度也较高。两片两片LCDLCD重叠式重叠式3D3D显示技术显示技术日立推出了最直观的3D 显示技术直接以2 片显示同画面的TFT(薄膜场效应管） LCD制造景深，使画面产生3D 效果。随随着着技技术术的的进进步步，3D显显示示技技术术和和普普通通消消费费者者的的距距离离已已经经越越来来越越近近，它它不不再再是是行行业业用用户户的的专专利利。在在三三星星和和优优派派均均推推出出游游戏戏性性3D显显示示器器后后，人人们们可可以以将将3D显显示示器器搬搬到到卧卧室室内内，而而不不用用和和其其他他人人一一起起挤挤在在电电影影院院中中观观看看。凭凭借借着着身身临临其其境境的的立立体体画画面面，3D显显示示器器对对高高端端游游戏戏玩玩家家而而言言拥拥有有极极大大的的吸吸引引力力。除除了了针针对对个个人人用用户户外外，3D显显示示器器同同样样适适合合于于商商用用以以及及科科研研，如如展展示示分分子子结结构构模模型型、军军事事目目标标、文文物物艺艺术术品品展展示示、会会展展、大大企企业业形形象象展展示示等等各各领领域域发发挥挥其其独独特特的的作作用用。相相信信随随着着3D技技术术进进一一步步成成熟熟，我我们们今今后后会会在在生生活活的的各各个个领领域中看到域中看到3D显示设备的身影。显示设备的身影。 展望展望史上最逼史上最逼“真真”的的3D3D电影电影