請(qǐng)用兩只眼睛看世界

陳體軍

2008 年，北京奧運(yùn)會(huì)開(kāi)幕式卷軸上，那些美輪美奐圖像的神奇變換，相信給大家留下了極為震撼的印象。但是，給視覺(jué)帶來(lái)更為震撼的是，英國(guó)王儲(chǔ)查爾斯在參加世界未來(lái)能源峰會(huì)時(shí)，用三維全息影像技術(shù)進(jìn)行的5 分鐘演講。舞臺(tái)上神采奕奕的查爾斯正在進(jìn)行精彩的演講，但您一定仔細(xì)看清楚了，這并非是查爾斯本人，而是他的虛擬替身。這是一種新型影像技術(shù)，被稱(chēng)為全息影像，視頻放映機(jī)在地面上打出一束查爾斯的影像，創(chuàng)造出一個(gè)幻像。這樣查爾斯就成為一個(gè)三維圖像出現(xiàn)在舞臺(tái)上演講了。

當(dāng)人類(lèi)發(fā)明照相機(jī)，繼而又發(fā)明電影時(shí)，大家的想法很簡(jiǎn)單：紀(jì)錄并再現(xiàn)眼睛所看到的現(xiàn)實(shí)。雖然，當(dāng)年法國(guó)的盧米埃爾兄弟把世界上最早一部電影《火車(chē)進(jìn)站》放映給觀眾時(shí)，不少觀眾被迎面駛來(lái)的火車(chē)嚇得逃離座位。但人們很快就發(fā)現(xiàn)，這東西跟現(xiàn)實(shí)還是有很大差距。難怪后來(lái)人們干脆稱(chēng)電影為“移動(dòng)的畫(huà)”，從本質(zhì)上與我們所生活的現(xiàn)實(shí)有差異和距離感。如何顯示立體畫(huà)面，是一個(gè)在20世紀(jì)初就有人開(kāi)始研討的課題。

3D的前世今生

什么是3D 電影？D 是英文維的字頭，3D是指三維空間。國(guó)際上是以3D 電影來(lái)表示立體電影。其實(shí)3D 影像并不神秘，早在幾十年前就曾出現(xiàn)過(guò)，其生物學(xué)基礎(chǔ)很容易被理解。人的視覺(jué)之所以能分辨遠(yuǎn)近，是靠?jī)芍谎劬Φ牟罹?。人的兩眼分開(kāi)約5 厘米，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(huì)相同。雖然差距很小，但經(jīng)視網(wǎng)膜傳到大腦里，腦子就用這微小的差距，產(chǎn)生遠(yuǎn)近的深度，從而產(chǎn)生立體感。一只眼睛雖然能看到物體，但對(duì)物體遠(yuǎn)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(gè)影像，然后讓兩只眼睛一邊一個(gè)，各看到自己一邊的影像，透過(guò)視網(wǎng)膜就可以使大腦產(chǎn)生景深的立體感了。各式各樣的立體演示技術(shù)，也多是運(yùn)用這一原理，我們稱(chēng)其為“偏光原理”。

3D 立體電影的制作其中較為廣泛采用的是偏光眼鏡法。它以人眼觀察景物的方法，利用兩臺(tái)并列安置的電影攝影機(jī)，分別代表人的左、右眼，同步拍攝出兩條略帶水平視差的電影畫(huà)面。放映時(shí)，將兩條電影影片分別裝入左、右電影放映機(jī)，并在放映鏡頭前分別裝置兩個(gè)偏振軸互成90度的偏振鏡。

兩臺(tái)放映機(jī)需同步運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)將畫(huà)面投放在金屬銀幕上，形成左像右像雙影。當(dāng)觀眾戴上特制的偏光眼鏡時(shí)，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相一致；致使觀眾的左眼只能看到左像、右眼只能看到右像，通過(guò)雙眼匯聚功能將左、右像疊在視網(wǎng)膜上，由大腦神經(jīng)產(chǎn)生三維立體的視覺(jué)效果。展現(xiàn)出一幅幅連貫的立體畫(huà)面，使觀眾感到景物撲面而來(lái)，或進(jìn)入銀幕深處，能產(chǎn)生強(qiáng)烈的“身臨其境”感。

兩只眼睛的奧秘

兩只眼睛看世界？這話聽(tīng)來(lái)有些奇怪。難道我們每天不都如此嗎？沒(méi)錯(cuò)。不過(guò)，你可曾想過(guò)，當(dāng)你走進(jìn)電影院或是打開(kāi)影碟機(jī)時(shí)，你其實(shí)僅僅使用了一只眼睛呢？

這要從人的視覺(jué)原理說(shuō)起。當(dāng)看物體時(shí)，因?yàn)閮芍谎劬Φ慕嵌炔煌?，同一個(gè)物體在視網(wǎng)膜上形成的像并不完全相同。比如，左眼看到物體的左側(cè)面較多，右眼看到物體的右側(cè)面較多。這兩個(gè)不同的像經(jīng)過(guò)大腦綜合以后，就能區(qū)分物體的前后、左右、遠(yuǎn)近——從而產(chǎn)生立體視覺(jué)。

可是，通常電影中的畫(huà)面，都是用“一只眼睛”拍攝的——你什么時(shí)候見(jiàn)過(guò)長(zhǎng)成望遠(yuǎn)鏡那模樣的攝影機(jī)或者照相機(jī)呢？所以，立體感當(dāng)然就相去甚遠(yuǎn)。為了更好地說(shuō)明，大家不妨做個(gè)小實(shí)驗(yàn)：分別蒙上左右眼，再看看你眼前的這本雜志，左右眼看到的其實(shí)是不同的側(cè)面和不同的背景，兩個(gè)不同的實(shí)像(生物學(xué)稱(chēng)之為視差)通過(guò)視網(wǎng)膜進(jìn)入大腦，于是人就獲得了空間的“立體印象”。如果主動(dòng)向你的雙眼展現(xiàn)模擬視差的膠片動(dòng)畫(huà)，雙眼被欺騙之后，同樣會(huì)產(chǎn)生景深錯(cuò)覺(jué)。

下面，我們一起來(lái)做個(gè)小游戲：閉上您的左眼或者右眼，分別用左右手各持1 支鉛筆，讓它們停在離眼睛大約30 厘米左右的地方筆芯相對(duì)，將兩手向中間緩緩靠近，您是否每次都能將兩支筆芯準(zhǔn)確地碰在一起呢？是不是總會(huì)相錯(cuò)而過(guò)？然后，睜開(kāi)您的雙眼，重復(fù)上面的動(dòng)作，您是否發(fā)現(xiàn)很輕松地就能讓兩支筆芯準(zhǔn)確地碰在一起了呢？

這就是立體成像所要向人們證實(shí)的——人的兩只眼睛單獨(dú)看物體時(shí)是從不同角度去看的，因此所看物體在視網(wǎng)膜上形成的像并不完全相同，但這兩個(gè)像經(jīng)過(guò)視覺(jué)神經(jīng)中樞的融合反射，就能在人們的視覺(jué)意識(shí)里形成空間縱深感，從而產(chǎn)生立體視覺(jué)，繼而我們能區(qū)分物體的前后遠(yuǎn)近關(guān)系，準(zhǔn)確把握物體方位。通俗地講，立體成像技術(shù)就是利用人們兩眼天生存在視覺(jué)位差這一生理現(xiàn)象，配合光學(xué)折射原理，使人們?cè)谝粋€(gè)平面內(nèi)可直接看到一幅三維立體畫(huà)，畫(huà)中事物既可以“凸出”于畫(huà)面之前，也可以“凹退”畫(huà)面之后。

僅僅這樣還不夠。因?yàn)檫@時(shí)你只能看到一團(tuán)模糊的像，還要借助光學(xué)原理，在放映機(jī)前面安裝偏光設(shè)備，改變光射出時(shí)光波的振動(dòng)方式。當(dāng)這兩束偏振光投射到銀幕上再反射到觀眾處時(shí)，配合專(zhuān)用的立體眼鏡，人的每只眼睛就只能看到相應(yīng)一側(cè)的像。用這種方法“欺騙”我們的大腦后，你就會(huì)得到立體感很強(qiáng)的圖像。

觀看立體電影是一種奇妙的體驗(yàn)，無(wú)法用語(yǔ)言描述。想象一下，當(dāng)長(zhǎng)著獠牙的怪獸沖破銀幕向你撲來(lái)，當(dāng)射出的子彈仿佛直沖你的腦門(mén)……這絕對(duì)是一個(gè)嶄新的世界。

即便這樣，還是有許多消費(fèi)者表現(xiàn)出不適，這也屬于正常的反應(yīng)。人在通過(guò)聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)、觸覺(jué)獲取外界信息時(shí)，各種感覺(jué)器官是高度協(xié)調(diào)合作的，如內(nèi)耳中的“前庭器”器官就負(fù)責(zé)感受運(yùn)動(dòng)方向和加速度等身體的平衡。而3D 畫(huà)面有強(qiáng)立體感，視角切換頻繁，這使人眼向大腦傳達(dá)“自己真的在動(dòng)”這一訊息。但與此同時(shí)，大腦卻沒(méi)收到肌肉運(yùn)動(dòng)的信號(hào)。這時(shí)，頭腦就會(huì)發(fā)生“知覺(jué)錯(cuò)誤”矛盾，加上耳前庭器的平衡感被打亂，人就可能出現(xiàn)頭暈、惡心、冒汗、臉色蒼白等不適。

裸眼看3D

立體顯示技術(shù)的關(guān)鍵是解決怎樣讓一幅圖像生成兩個(gè)略有差別的圖像，并把這略有差別的兩幅圖像分別投送到我們左右兩個(gè)眼睛的問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題看起來(lái)很簡(jiǎn)單，但是解決起來(lái)卻很不容易。是的，現(xiàn)在已經(jīng)可以了!傳統(tǒng)3D成像系統(tǒng)始終受制于其過(guò)低的成像質(zhì)量，以及必須使用3D 眼鏡才能看到的繁瑣操作，改變勢(shì)在必行。

目前研發(fā)結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)角度計(jì)算，將不同的角度拍攝的影像組合，便可不加立體眼鏡，實(shí)現(xiàn)裸視立體成像。使觀眾不再需要帶繁瑣的立體眼鏡便能享受立體電影帶來(lái)的美妙感受。

目前，民用級(jí)3D 影像產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入實(shí)質(zhì)性成品銷(xiāo)售階段。我們已經(jīng)能看到三星標(biāo)價(jià)1 199 美元的42 英寸（102 厘米）等離子電視機(jī)，其產(chǎn)品標(biāo)明“具備3D 播放功能”；三菱和飛利浦也緊隨其后。一旦立體顯示終端進(jìn)入家庭，立體影像節(jié)目的受眾就會(huì)進(jìn)入廣大的電視觀眾，這是一個(gè)巨大的市場(chǎng)。日本已開(kāi)播3D 電視節(jié)目，我國(guó)的一些收費(fèi)數(shù)字電視也早就開(kāi)始這方面的嘗試。

無(wú)需佩戴特殊眼鏡的新一代3D影像技術(shù)一經(jīng)面世，便宛若打開(kāi)了潘多拉的魔盒，新一輪市場(chǎng)狂潮將被引爆已毋庸置疑。以往，我們?cè)诮佑|立體影像技術(shù)產(chǎn)品的時(shí)候，往往對(duì)于其是否能夠最終應(yīng)用到實(shí)際產(chǎn)品中去有所懷疑。而新興3D立體影像技術(shù)卻完全無(wú)需擔(dān)心這個(gè)問(wèn)題，因?yàn)槿藗儗?duì)無(wú)需借助外界器材的3D 顯示夢(mèng)想由來(lái)已久。是的，它是完全有別于現(xiàn)有3D 的下一代影像技術(shù)，無(wú)需配戴特殊眼鏡，即可實(shí)現(xiàn)與人的自然視覺(jué)最接近的特定影像的突出感及透視感，它不但能改變?cè)械挠跋裎幕㈦S著技術(shù)的發(fā)展將替代原有巨大的2D 影像市場(chǎng)，是一個(gè)高度整合的具有高附加價(jià)值的下一代影像產(chǎn)業(yè)。

眾所周知，立體攝像機(jī)需要至少兩個(gè)鏡頭捕捉物體。這樣產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量非常巨大。按照理論計(jì)算，一個(gè)60 分鐘的光柵立體電影文件的數(shù)據(jù)量大約為80GB。怎樣將龐大的數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮便于傳輸、接收，成為擺在研發(fā)人員面前的問(wèn)題。目前，從前期拍攝到終端顯示再到最終生產(chǎn)出立體照片，都有完整的解決方案和現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品。據(jù)美國(guó)計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)圖形圖像分會(huì)的統(tǒng)計(jì)，3D技術(shù)應(yīng)用發(fā)展迅猛，僅3D顯示器一項(xiàng)，2010 年的市場(chǎng)規(guī)模將擴(kuò)大到20 億美元以上，整個(gè)市場(chǎng)相當(dāng)可觀。