摘 要：随着人类对于影像画面真实感的不断追求，影像从最早的黑白画面变成了彩色画面，成像方式也由平面发展为立体，硬件的不断发展使得立体影像技术得以迅速提升。立体影像的魅力不仅仅是真实和震撼，未来更可能将发展成为一种主要的影像传播方式。文章概述了三维立体影像技术的形成与发展应用，分析了立体影像技术的形成原理及发展历史，详细介绍了目前三维立体影像成像设备的种类划分，比较了其各自的优缺点，并在此基础上探讨了现今立体影像技术的应用与可能的发展趋势。
关键词：立体影像；自然视觉法；穿戴式立体影像设备；裸眼3D
中图分类号：TP391.4 文献标识码：A 文章编号：1005-5312（2014）30-0264-01
一、立体影像技术的形成
立体影像的形成原理，主要是由两种生理效应所造成，分别是两眼视差和移动视差。左右眼由于视角的不同，所看到的影像也会略有不同。两眼影像经由大脑判断认知而形成立体影像称之为两眼视差；而移动视差是指观看者头部移动导致视角的变化，所见影像内容也随之变化的立体成像方式。在日常生活中，如果将一个人的其中一只眼睛遮住，他仍然可以借助物体重叠、遮挡的前后顺序、大小、清晰度等心理因素，正确判断所观察对象的远近，透过人类生理或心理因素的掌握，就能够实现三维立体影像的显示。
大约在1838年，Charles Wheatstone就提出了立体影像显示装置的概念，是利用两个反射镜分别由双眼观看，由此创造出了世界上的第一组立体图像。随后，照相机的发明使得立体照片在十九世纪大受欢迎，当时的立体照片制作方法是利用两台照相机模拟出两眼的距离，各拍一张照片后再利用特殊的立体光学镜进行观看，就可以观看出立体影像。此后，为了要同时取得不同角度的影像，立体相机便应运而生。它是借由光学透镜组合，能让两张或者多张影像同时成像于底片的不同位置，立体相机为同时获得不同角度的影像提供了相当大的便利。
传统的立体显示方式，观众必须佩戴特殊的眼镜或仪器，因为累赘感和同时带来的身体上的不适降低了观者的观看欲望，到了二十世纪初期，人们开始考虑是否能够以裸眼的方式呈现和观察立体影像，而不用受到角度与距离的限制，从而增加观看立体影像时的自由度。1903年时美国的F.E.Ives制作的Parallax Stereogra，尝试将左右眼的影像以直线线条相互间隔的方式合成一幅图像，再由交叉的线条产生遮罩效果，让左右眼分别看到图像中相对应的左右影像，以达到立体视觉效果。1908年美国科学家利用柱状透镜的光学特点，将两张不同的影像经过透镜面板过滤，让左右眼得到不同的影像，从而产生立体的效果。1950年左右，由于塑胶材质的发展和列印技术的提升，使得立体成像技术得以更快速地开发与应用。
二、立体影像技术的发展历史
从最早用手绘稿的方式绘制左右眼的影像到照相技术的发明，塑胶材质的发展和列印技术的提升导致立体影像的流行而融入人们的生活中，随后，立体电影应运而生。立体电影是一种使影片影像具有三维空间性质的电影技术，根据的是人类用双眼观看物体对象时可感觉到景深的视觉现象。拍摄时使用两部摄影机，或使用具有两个镜头的特种摄影机，分别代表左右眼。两个镜头之间相隔6.3厘米，与人的双眼间距相等，拍摄得到的影像用两台同步放映机同时放映在一块银幕上，观众需要佩戴红蓝眼镜，使得每只眼睛只能看见他们让你看见的影像。观众实际上看到的是两个分别的影像，但感觉是立体的，这是因为两个稍微不同的影像立即在观众脑中合二为一。从最早的红蓝眼镜发展到利用偏震式眼镜观看的IMAX电影，更是让世人能够感受到立体影像的魅力，成功地使得影像资讯的传递不再局限在一个平面上，更能让影像创作者能够借助立体影像的方式表达出无限可能。
二十世纪二三十年代，一些制片商和独立制片人进行立体电影的拍摄实验，许多技术问题后来透过自然视觉法（Natural Vision Process）获得解决，这种方法使用有条纹的偏光镜头，这样就有可能把影片制成自然的彩色，并在摄制时准确应用人眼的聚光原理。用自然视觉法摄制的第一部立体电影是《恶魔布瓦纳》，随后又出现一些草率制作的动作片。一般人认为立体电影在美国的流行风潮大约于1953年左右消退，原因是大量品质低劣的电影充斥银幕。在美国制片人们实验立体电影的同时，意大利、德国、荷兰、英国和其他国家的制片人们也做了一些尝试，但这种实验性的电影作品不再让观众感到新鲜时，立体电影在欧洲的流行风潮就逐渐销声匿迹了。
近年来多媒体技术的不断发展，让许多试验阶段的科技品，在成本与技术门槛的降低的大趋势下，逐渐商品化，走进人类的生活中，在娱乐市场与教育领域的需求下，应用的层面也越来越广泛。现今立体影像技术的原理，主要还是利用各种方式强迫两眼的视线在两组影像上，模拟出左右眼的影像，利用视差的原理来产生深度感。
三、现今立体影像技术的应用与趋势
二十世纪末，电脑硬件的普及加上软件的飞速发展，美、日为首的先进国家许多研究机构与公司，开发了立体显示器应用在电脑多媒体的显示，立体显示技术更是以多媒体3D电视游戏机为主要商品化的目标。目前最为热门的，也是发展最成熟的立体成像设备主要还是以穿戴式设备为主，穿戴式立体成像设备主要是利用两眼视差的原理，将左右眼的影像经过立体眼镜或仪器进行图像处理，强迫两眼分别观看两张图像的同时使大脑产生立体假象。穿戴式立体影像设备主要分为以下几种类型：第一类是色差式3D眼镜，也就是通常所讲的“红蓝眼镜”，即左眼是纯红色镜片，右眼是纯蓝色镜片，把左眼要看到的影像放在红色面板中进行过滤，右眼要看到的影像放在蓝色面板中进行过滤，这种眼镜的优点是制作方便，成本便宜，既可以用来观看打印出来的立体图片，也可以用来观看立体动态影像。缺点是色彩还原度不高，会让人感觉到色彩失真的现象，且容易让观者产生视觉疲劳。第二类穿戴式立体成像设备便是头盔式立体眼镜，这种设备最早是用来研究虚拟现实技术的一种成像装置，可让观者透过眼镜看到较为大尺寸的画面效果，从而使观者能够完全地融入到画面情境之中。优点是可以配合使用者所看到的方向来实时改变影像，便于携带，还可与现实环境画面重叠显示，观众参与感较强。缺点是长时间佩戴对视力可能有较大损害，且会让佩戴者产生头晕和失衡的感觉。此设备目前还仅停留在军事研究和高端游戏开发领域，民用化仍需时日。第三类是偏振式眼镜。观者佩戴观看立体影像时，立体眼镜的左右眼是不同的偏振片，利用两台偏振光3D投影机，将左右眼的影像同时投影在能保持偏振特性的银幕，影像信号经过偏振眼镜的过滤使得观者能分别接收两台投影机所投射出的左右眼影像，进而产生立体影像的观看效果。偏振式眼镜的成本低廉，因此适合于大型多人观看的立体电影使用。由于用两台具有偏振特性的投影机投影在同一银幕上，因此画面品质与色彩效果的还原度较高，缺点是必须在一定距离和角度范围内才能产生立体效果，若是观看时头部晃动幅度较大时，容易产生重影现象。
双眼带给人们视觉上的立体效果，世界才变得如此真实。如果抛开诸如立体眼镜这种不甚方便的穿戴式成像设备，荧幕中是否能够直接呈现令人震撼的立体影像，再现一个真实的三维空间？能否由平面显示器直接呈现出物体的真实立体效果，给人一种前所未有的高度真实感，这是人们一直在追求的对于立体影像成像技术最真实的渴望。
现在随着科技的进步，出现了一些新的立体影像成像技术与设备，并随着相关技术的日益成熟和设备成本的降低，逐渐进入到大众的视野中，其中最有代表性的就是裸眼3D显示技术和利用其原理衍生出的裸眼3D显示器。裸眼3D显示最大的优点就是观者不需要佩戴额外的装备就可以直接观看到屏幕上的立体影像，而且具有立体效果突出、视觉冲击力强、画面高保真等优点。最近几年，这种显示技术取得了突破性的发展并成功地商品化，现在市面上已经可以见到多种品牌的具备裸眼3D显示功能的电视和显示器了。虽然裸眼式3D显示器目前才刚刚兴起，价位也相比普通显示器来说偏高，但在教育训练及展示系统、医学成像、3D导览系统、虚拟现实方面都有越来越多的具体应用。随着技术条件的日益成熟，裸眼3D的时代到来必将是指日可待。
参考文献：
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