【文章內(nèi)容簡介】 電影的意思。立體電影是利用人雙眼的視角差和會聚功能制作的可產(chǎn)生立體效果的電影，出現(xiàn)于1922年。這種電影放映時兩幅畫面重疊在銀幕上，通過觀眾的特制眼鏡或幕前輻射狀半錐形透鏡光柵，使觀眾左眼看到從左視角拍攝的畫面，右眼看到從右視角拍攝的畫面，通過雙眼的會聚功能，合成為立體視覺影像。人眼能感覺到景物的立體感是因為景物分別在左右眼視網(wǎng)膜上成像。所有類型的立體顯示系統(tǒng)都是模擬人眼觀察物體的方式拍攝片源，然后通過各種分光技術(shù)分別投射視差片源到人的左右眼。3D電影同我們通常看的普通電影不同之處在于：普通電影（也稱2D電影）畫面只有上下和左右兩個維度，3D電影除了上下和左右兩個維度之外，又增加了一個新的維度——前后。這樣，觀眾在觀看3D電影時就能體會到一種逼真的、具有空間立體感的視覺效果。 光學(xué)原理 偏光原理3 D多是利用偏光原理[5][6]：人的兩眼分開約6cm，兩只眼睛除了瞄準(zhǔn)正前方以外，看任何一樣?xùn)|西，兩眼的角度都不會相同。雖然差距很小，但經(jīng)視網(wǎng)膜傳到大腦里，大腦就用這微小的差距，產(chǎn)生遠近的深度，從而產(chǎn)生立體感。一只眼睛雖然能看到物體，但對物體遠近的距離卻不易分辨。根據(jù)這一原理，如果把同一景像，用兩只眼睛視角的差距制造出兩個影像，然后讓兩只眼睛一邊一個，各看到自己一邊的影像，透過視網(wǎng)膜就可以使大腦產(chǎn)生景深的立體感。簡而言之，兩眼的視差是產(chǎn)生立體視覺的主要因素。人的大腦產(chǎn)生立體視覺主要是通過兩只眼睛來實現(xiàn)的，如下圖21所示，人的雙眼間距大約為60mm，幾乎處于平行的位置。觀察外界景物時，在每只眼睛的視網(wǎng)膜上都形成一個獨立的圖像，這兩幅圖像大部分重疊，而只存在一些微小的差別，這種差別即視差。具有視差的兩幅圖像所引起的神經(jīng)沖動傳送到大腦的視覺皮層，由皮層的融合作用形成一個具有立體的視覺影像。 圖21 視差的產(chǎn)生 雙目立體視覺模型如下圖22所示，用來表征人眼的視差立體形成過程。圖22 雙目立體視覺模型由于人的雙眼在觀看物體時絕大多數(shù)時間總是處于水平位置，因此在成像模型中以單一的點來表征物體，并且假定成像的高度在左右眼中是一樣的。圖22中的是立體空間的坐標(biāo)系，和分別是左眼和右眼的位置，則，（f為瞳孔的成像焦距）?？臻g點P(X，Y，Z)關(guān)于在投影為，關(guān)于在中的投影為，則有： （21）可以計算出坐標(biāo)： （22） 圖像的視差： （23）視角： （24）由（23）式可知，物體在雙眼中成相視差S與物體到眼睛垂直距離Z成反比物體離眼睛越遠，視差S越小，視角也越小。當(dāng)物體離眼睛足夠遠時，視差和視角變得非常微小，即是零視差的情況，這時眼睛感覺不到立體感。 光學(xué)全息上面講到了3D電影的最基本原理偏光原理，此原理是應(yīng)用最為廣泛、比較容易實現(xiàn)的。其實3D電影還可以通過另外一種光學(xué)技術(shù)來實現(xiàn)，那就是光學(xué)全息技術(shù)。我們通常在電影院看到的3D電影都是根據(jù)偏光原理制作的，雖然立體效果很好，但觀眾必須佩帶特制的偏光眼鏡。而根據(jù)光學(xué)全息技術(shù)制作的3D電影，裸眼就能實現(xiàn)，而且還能對拍攝的景物進行360度的觀看。既方便、直觀，攜帶信息量又大。全息技術(shù)是利用干涉和衍射原理記錄并再現(xiàn)物體真實的三維圖像技術(shù)?！叭ⅰ眮碜韵ＥD字“holos”，意即完全的信息——不僅包括光的振幅信息，還包括位相信息。利用干涉原理，將物光波前以干涉條紋的形式記錄下來，由于物光波前的振幅和位相即全部信息都儲存在記錄介質(zhì)中，故被稱為“全息圖”。光波照明全息圖，由于衍射效應(yīng)能再現(xiàn)出原始物光波，該光波將產(chǎn)生包含物體全部信息的三維像。這個波前記錄和再現(xiàn)的過程就是全息技術(shù)。[7]（1）波前記錄記錄介質(zhì)只對光強有響應(yīng)，不能記錄波前攜帶的位相信息，只有使位相的空間調(diào)制轉(zhuǎn)換為強度的空間調(diào)制才可能實現(xiàn)完整信息的波前記錄——干涉法可實現(xiàn)這一轉(zhuǎn)換。 圖23 波前記錄如圖23所示，假定記錄介質(zhì)H位于平面上，物光波前在H上產(chǎn)生的復(fù)振幅分布為： （25）引入相干的參考波，它在H上產(chǎn)生的復(fù)振幅分布為： （26）上兩式中，和分別表示物波和參考波的振幅分布，和分別表示物波和參考波的位相分布，它們都是實函數(shù)。H上總光場為： （27）強度分布為： （28）全息圖實際上就是一副干涉圖，第三項是干涉項，在干涉條紋的幅值以及條紋位置信息中包含有物光振幅和位相的信息，它們分別受到參考光振幅和位相的調(diào)制。（2）波前再現(xiàn)用一束相干光波（通常選球面波和平面波）照射全息圖，假定它在全息圖面上的復(fù)振幅分布為，則透過全息圖的光場為： （29）前的系數(shù)表示常量，只改變照明光振幅；表示物光波單獨存在時在底片產(chǎn)生的不均勻光強；指振幅受到調(diào)制的照明光波，產(chǎn)生離散雜光。當(dāng)時，是原來物波波前的準(zhǔn)確再現(xiàn)，觀察到的是物體的虛像，為全息圖衍射場中的+1級波；當(dāng)時，是發(fā)生變形的物光波，觀察到的是物體的實像，為全息圖衍射場中的1級波；當(dāng)，，分別產(chǎn)生虛像和實像，虛像發(fā)生變形，實像不變形。（見圖24） （a）用原參考波照明 （b）用共軛參考波照明圖24 波前再現(xiàn) 光學(xué)參數(shù) 下面介紹幾個3D電影光學(xué)原理中常用到的幾個參數(shù)[6][8]：1．光角由圖23所示，不難看出“目標(biāo)物體1”與兩眼所成的夾角，會比“目標(biāo)物體2”與兩眼所成的夾角大。圖25 光角示意圖顯然，“目標(biāo)物體1”比“目標(biāo)物體2”更靠近眼睛。在物理學(xué)上我們把和稱之為光角，即物體與兩眼所形成的角度。利用光角可以判斷物體的遠近。2．視角立體影像的光學(xué)原理中另外一個比較重要的參數(shù)是視角，即物體的高度與眼睛所成的角度。利用視角可以判斷物體的大小，視角越大，則物體也越大。如圖24中，物體1比物體2小，其視角比視角小。 圖26 視角示意圖光角與視角的最大區(qū)別，在于光角的形成必須要兩眼才行；而視角的形成只需單眼即可。光角可以判斷物體的遠近（層次、深度）；而視角則可以判斷物體的大小。我們可以很清楚地分辨出二者的差異性，同時要看到物體的深度，就必須依賴我們的雙眼不可。3．視差視差是透過雙眼各自所看到目標(biāo)物體位置的差異性，是指在兩眼視網(wǎng)膜上成像的位差，如圖25所示。就是因為有了視差，才能賦予立體影像有深度、層次的空間感。在圖中可以看出，光角越大視差也越大。但視差不易太大，否則會造成眼睛不舒服?？蔀榱嗽黾恿Ⅲw效果，一般會將視差加大。圖27 示意圖根據(jù)人眼看景物的近、中、遠三個不同的層次，如圖26可將視差分為以下三類：（1）非交錯視差：兩眼焦點視線在屏幕前沒有任何交叉情況，此時其影像將會呈現(xiàn)在屏幕后。（2）零視差：兩眼焦點視線的交叉點剛好落在屏幕上，此時其影像將會呈現(xiàn)在屏幕上。（3）交錯視差：兩眼焦點視線在屏幕前有交叉情況，則其影像將會呈現(xiàn)在屏幕前的交叉點上。圖28 視差分類4．深度立體影像中的深度即指場景中各點相對于攝像機的距離。下面結(jié)合深度示意圖推導(dǎo)出深度的計算公式：圖29 深度示意圖 在圖27中，F(xiàn)是攝像機的焦距，是物點P在左攝像機中成像的位置，是物點P在右攝像機中成像的位置，B是基線距離。場景點P在左、右圖像平面中的投影點分別為P左和P右，假設(shè)坐標(biāo)系原點與左透鏡中心重合，比較相似三角形和得到： （25）同理，由相似三角形和得到： （26）合并（25）和（26）兩式得： （27）由上面推導(dǎo)可知各種場景中的深度信息與視差成反比，與基線和焦距成正比。 3D電影的制作方法根據(jù)以上介紹的兩種3D電影的光學(xué)原理，可以將3D電影的制作分為偏光眼鏡法和360度全息顯示法。偏光眼鏡法是利用偏光原理制作的，需要觀眾佩戴偏光眼鏡才能感受到3D的立體效果；360度全息顯示法是利用光學(xué)全息制作的，觀眾無須佩戴眼鏡，就能全方位的感受3D的立體效果。 偏光眼鏡法 3D立體電影有多種制作方式，其中較為廣泛采用的是偏光眼鏡法[3]。依據(jù)人眼觀察景物的方法，利用兩臺并列安置的攝影機，分別代表人的左、右眼，同步拍攝出兩條略帶水平視差的畫面。放映時，將兩條電影膠片分別裝入左、右放映機，分別播放出左眼和右眼的畫面。每臺放映機前端裝有改變光線相位的偏振片。同時，兩臺放映機前面有一個周期轉(zhuǎn)動的遮光板，通過遮光板的轉(zhuǎn)動，將放映機輸出的每秒24格畫面提升至每秒48格。由于左右放映機的遮光板有相位差，左右眼的圖像是交替出現(xiàn)的，到達觀眾的眼中，就成為每秒 96 格的立體圖像了。兩臺放映機同步運轉(zhuǎn)，同時將畫面投放在金屬銀幕上，形成左右像雙影。當(dāng)觀眾戴上特制的偏光眼鏡時，由于左、右兩片偏光鏡的偏振軸互相垂直，并與放映鏡頭前的偏振軸一致，致使觀眾的左眼只能看到左像、右眼只能看到右像，通過雙眼匯聚功能將左、右像疊加在視網(wǎng)膜上，由大腦神經(jīng)產(chǎn)生三維立體的視覺效果，展現(xiàn)出一幅幅連貫的立體畫面，使觀眾感到景物撲面而來、或進入銀幕深凹處。但是，由于膠片放映的穩(wěn)定性較差，長時間觀看這樣的影片，會感覺到頭暈等不適。所以，長期以來3D立體電影一直是以特種電影的形式存在。 360度全息360度全息顯示[9]：它是由南加利福尼亞大學(xué)創(chuàng)新科技研究院的研究人員目前宣布他們成