【正文】 76。 可以說這些技術(shù)很多國家都在研制，毫不夸張的說這項技術(shù)它包含了未來，誰最先使用這項技術(shù)，誰就最先走入未來的先進(jìn)技術(shù)行列。所以 ， 長期以來 3D 立體電影一直是以特種電影的形式存在。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(jìn)入銀幕深凹處。由于左右放映機(jī)的遮光板有相位差 ， 左右眼的圖像是交替出現(xiàn)的 ， 到達(dá)觀眾的眼中 ， 就成為每秒 96 格的立體圖像了。每臺放映機(jī)前端裝有改變光線相位的偏振片。 依據(jù)人眼觀察景物的方法 ， 利用兩臺并列安置的攝影機(jī) ， 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。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。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 1PMC 和 11PLC 得到： 1XxzF? （ 25） 同理，由相似三角形 rPNC 和 1 rPRC 得到： rXxBzF? ? （ 26） 合并（ 25）和（ 26） 兩式 得 ： 1 rBFz XX? ? （ 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 。 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(jī)的距離。 （ 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 。可為了增加立體 效果，一般會將視差加大。在圖中可以看出，光角越大視差也越大。 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 。光角可以判斷物體的遠(yuǎn)近（層次、深度）；而視角則可以判斷物體的大小。如圖24 中，物體 1 比物體 2 小，其視角 1? 比視角 2? 小。 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。 在物理學(xué)上 我們把 1? 和2? 稱之 為 光角， 即物體與兩眼所形成的角度 。 （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 1? ，會比“目標(biāo)物體 2”與兩眼所成的夾角 2? 大。 * * ( , )U x y R R O x y?? ， 24 ( , ) 39。 ( , )U x y R O x y?? ， 3U 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) CR? 時， 24 ( , ) 39。 *bU x y C x y t x y t C O O C R C O R C OU U U U ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? （ 29） 1U 前的系數(shù) bt 表示常量 ，只改變照明光振幅； 2O 表示物光波單獨(dú)存在時在底片產(chǎn)生的不均勻光強(qiáng)； 2U 指振幅受到調(diào)制的照明光波，產(chǎn)生離散雜光。 * 39。 H 上總光場為： ( , ) ( , ) ( , )U x y O x y R x y?? （ 27） 強(qiáng)度分布為： 2 2 2 ( , ) ( , )00( , ) ( , ) ( , ) ( , ) 2 ( , ) ( , ) c o s [ ]rox y x yI x y U x y O x y R x y o x y r x y ?? ?? ? ? ? ? （ 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。 [7] （ 1）波前記錄 記錄介質(zhì)只對光強(qiáng)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(qiáng)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。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?！叭ⅰ眮碜?希臘字“ 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。 既方便、直觀，攜帶信息量又大。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。 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。空間點 P(X， Y，Z)關(guān)于 LO 在 1 11OXY 投影為 1 1 1()PXY ，關(guān)于 Ro 在 2 2 2OXY 中的投影為 2 2 2()P XY ，則有： 1 2 1 2222x x y y fddy y zxx? ? ? ??? （ 21） 可以計算出坐標(biāo)： 1 ()2fdxxz?? 2 ()2fdxxz?? （ 22） 12fy y yz?? 圖像的 視差： 12 ( ) ( )22f d f d fds x x x xz z z? ? ? ? ? ? ? （ 23） 視角： 2 2 2 222a r c ta n a r c ta nddxxy z y z??????? （ 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(yuǎn)，視差 S越小，視角也越小。 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。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。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。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。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(yuǎn)近的深度，從而產(chǎn)生立體感。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。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。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。 第二章 3D 電影的光學(xué)原理 3D 電影簡介 3D 電影 [3][4]即 立體電影，其中 D 是英文 Dimension（線度、維）的字頭， 3D電影指的是三維立體電影的意思。這兩種技術(shù)各有各的優(yōu)缺點，眼鏡式技術(shù)雖然效果好，但 不方 便、不舒服；裸眼式雖不要戴眼鏡，到效果不佳，技術(shù)目前還不成熟。著重對立體顯示方式展開研究，介紹了體式顯示方式和自由立體顯示方式。最后介紹了 3D電影的兩種制作方法， 分別是 偏光眼鏡法和 360度全息顯示法。本文 在重點探討 3D 電影光學(xué)原理基礎(chǔ)上，介紹 了 3D電影的制作和實現(xiàn)方法，著重對 3D 電影的顯示技術(shù)展開 分析討論，特別是裸眼式顯示技術(shù) 。 只可惜國產(chǎn) 3D 電影還不成熟，一方面技術(shù)上不能真正與 好萊塢 3D 效果抗衡，另一方面急功近利的創(chuàng)作不倫不類，這 幾 部電影進(jìn)入市場 幾乎都無一席之地。 中國 3D 電影市場一不留神成為全球第二，成長速度可謂一日千里。只要有數(shù)字銀幕，在此基礎(chǔ)上花 20 多萬元添加設(shè)備就能放映 3D 電影，成本不算高，復(fù)制起來非常容易。 短短一年半時間， 3D 銀幕數(shù)翻了近五番，而且這一增速還在持續(xù)?！?阿凡達(dá) 》上映之時，中國的 3D 銀幕數(shù)量將突破 600 塊，成為緊隨美國之后的全球第二大 3D 電影市場。 一系列引進(jìn)的 3D大片掀起了 3D熱潮，國內(nèi)眾多院線紛紛擴(kuò)建、更新放映設(shè)備，力推 3D電影。以票房 億元的《赤壁》 (上 )為例，它在 3600 塊銀幕放映合每塊銀幕票房 8萬多元。 3D 電影在國內(nèi)大范圍上映實際始于 2020 年 的《 地心歷險記 》 ， 近在咫尺的細(xì)微生物、呼嘯而過的珍奇異獸、過山車般身臨其境的美妙感覺 。 2020 年 11 月 19 日，全國音頻、視頻及多媒體系統(tǒng)與設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會 [2]在京舉辦了“立體影像技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研討會暨研究組成立會議”，來自國內(nèi)外從事立體影像技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)研發(fā)及應(yīng)用的 30 多位專家出席會議。 近幾年，隨著影視數(shù)字技術(shù)的成熟， 3D立體電影有了長足的進(jìn)步，《阿凡達(dá)》就是數(shù)字技術(shù)與 3D 立體電影相結(jié)合的一個成功例子。 但由于制作工藝和制作技術(shù)比較落后，導(dǎo)致觀眾感覺看不清楚、頭暈、不太適應(yīng)、沒有舒適感，畫面缺乏真實感、顏色不是很理想等等各種負(fù)面的評價。 1922 年，世界上第一部 3D 電影是《愛情的力量》 ， 遺憾的是，影片很早之前就已經(jīng)遺失了。 《阿凡達(dá)》已經(jīng)超越了影片本身，它是作為一個電影事件而存在著。人們被它成熟的 CG技術(shù) [1]和完美的 3D效果所折服，所有的評論呈現(xiàn)一邊倒的態(tài)勢，以至于在業(yè)界有人把 2020 年稱為 3D元年，《阿凡達(dá)》也成了 3D新紀(jì)元的奠基之作。 3D 電影發(fā)展歷程 說到 3D 電影，相信大多數(shù)人并不陌生，因為其飛快的發(fā)展速度，已經(jīng)引起了電影工作 者的高度重視。因此，在電影這一行業(yè)， 3D 電影無疑是以后發(fā)展的一個新方向。這就是顯示技術(shù)朝著立體化、信息化方向發(fā)展的原因，也是 3D電影得到迅猛發(fā)展的催動力。 3D電影不僅具有普通 2D 電影清晰、直觀等優(yōu)點，更引人注目的是，它能讓觀眾有穿越銀幕 、身臨其境的感覺。 我們 通常 所看到的電視、電影大多都是二維空間的，即上下和左右兩個維度的，我們一般稱之為 2D。 近幾年來，顯示技術(shù)有了飛速的發(fā)展，從電子束顯示 CRT 到現(xiàn)在的平板、數(shù)碼顯示 LCD/LED，變得越來越清晰、準(zhǔn)確、直觀、方便、節(jié)能、信息化，甚至色彩、立體化等。 關(guān)鍵詞： 三維； 3D 電影； 偏振光； 光學(xué)原理； 視差 ；