立体电影(3D电影)

立体电影电影一立体显示的原理要了解立体电影的原理首先要了解人眼观察事物的过程人眼在观察外界物体时不仅能看到物体的外形还能够辨认物体的距离物体之间的前后位置和取向等这与人眼的三维视觉特性有关这些立体视觉信息大致可分为单眼信息和双眼信息他们由许多不同的感知线索组成其中单眼信息的感知线索就包含有眼球的调节视网膜上成像的相对大小透视感照明状况单眼运动视差视野等在这些线索中除了眼球的调节是生理活动外其他线索一般认为是心理感知心理感知多是通过人的习惯产生的比如通过物体的近大远小近明远暗前后遮挡以及光线阴影等关系来感知立体影像很多图片和绘画作品就是利用这一特点让观众在平面作品上产生强烈的立体感由于亮眼具有约的瞳距因而人们用双眼观察物体时物体在左右两眼视网膜上的成像是略有差异的即双眼视差它是立体视觉的重要线索另外当物体成像不在左右两眼视网膜的对应点上时所看到的便是两重像复像需要通过眼球的旋转运动称为辐辏并经眼外肌的张力调节而使两重像重合称为融合这个过程也为立体视觉提供重要信息一般来说人们在观看立体图像时如果辐辏与调节超出平衡范围就会引起视觉疲劳单眼信息有时会出现偏差而双眼信息的感知是比较真实的立体电影就是利用人的双眼视差来产生立体感的人在观察外界事物时左右眼各看见三维景物的左侧和右侧的细节在视网膜上形成有水平视差的两个相似的二维图像这两个二维像经过复现就形成了三维立体图像立体电影就是模拟人眼三维图像的形成过程先把左右眼的单眼图像分别记录下来通过放映机和相应的立体放映设备让观众的左右眼分别看到相应的单眼图像再经过大脑复现成三维立体图像在技术上就是要实现左右双画面放映并分别映入观众的左右眼上述原理早在世纪中期就被人们认识到了所以在胶片电影发明后不久有人就在尝试以各种方式和形式拍摄和放映立体电影早期是利用红蓝绿眼镜来看立体电影后来又发展到用偏振技术放映观看立体电影二立体电影常用技术影院放映立体电影时要到达的目的就是要通过各种技术手段让观众的左右眼接受各自的画面在大脑中复现三维影像所以立体电影所研究的主要技术就是如何将同时放映到银幕上的左右眼两个画面分别送到观众的左右眼这就需要用不同的技术手段将画面的光线区分开要达到这一目的可以通过分光法分色法和分时法来实现这三种方式都是需要佩戴眼镜来观看立体电影光分法光是一种极高频率的电磁波自然光的光矢量是在任意方向上平均分布的利用光学介质将任意方向的光矢量按一定的规律分成两部分分别传递左右眼图像信息的方法称为光分法线性偏振眼镜和圆偏振眼镜利用的就是光分法分色法可见光是电磁波谱中人眼可以感知的部分可见光的光谱没有精确的范围一般人的眼睛可以感知的电磁波的波长大约在纳米之间利用光学介质把一束光按不同的光谱区分开分别传递左右眼图像信息的方法称为色分法以前使用的红蓝绿眼镜和现在应用的杜比眼镜利用的就是分色法分时法把立体画面的左右眼图像进行快速交替切换同时观众佩戴的眼镜也进行相应的同步切换这种按时间轴交替传递左右眼图像信息的方法称为分时法胶片立体电影时期是采用机械方式完成上述功能而在数字电影上则是应用液晶开关眼镜达到同样的目的另外还有一些方法可以实现空间成像不用戴眼镜裸眼就能看到立体影像它主要应用在立体显示方面其效果目前还不能满足电影放映的要求上述这些方法都利用了广大不同传播特性传递左右眼图像信号下面介绍目前电影常用的技术圆偏振技术圆偏振技术是在线偏振基础上发展而来圆偏振镜由一块线偏振镜和一块波片组成波片是一种各向异性介质做成的它将经过线偏振的光线转化为圆偏振光由于圆偏振光的偏振方向是有规律旋转着的分为左旋偏振光和右旋偏振光相互间的干扰非常小因此它的通光特性和阻光特性基本不受旋转角度的影响这就使在观看效果上比线偏振技术有了质的飞跃在看偏振形式的数字电影时观众佩戴的偏振眼镜片一个是左旋偏振片另一个是右旋偏振片观众的左右眼分别看到的是左旋偏振光和右旋偏振光带来的不同画面通过人的视觉系统产生立体感滤光技术滤光技术属于分色法的应用类似红蓝眼镜但它的技术水平比红蓝眼镜提高很多新的滤光技术不但提高了光效更重要的是它可以看到艳丽的彩色画面滤光技术就是利用多层镀膜的滤光方式即滤光轮将氙灯光源光谱中的部分滤出以右构成右路光滤出另一部分构成左路光左路右路光均含有基础色其合成色彩也接近白色但由于它们取自色谱中不同的区域也就形成了互不相关的两束光右路光放映右眼画面左路光放映左眼画面与滤光轮原理类似观众佩戴的眼镜也是多层镀膜镜它的滤光特性与滤光轮的滤光特性相吻合也就是说右眼镜片只能透过右路光带来的画面而阻挡左路光画面反之亦然这就保证了观众的左右眼分别看到各自的影像从而形成立体感液晶开关眼镜技术液晶开关眼镜技术采用的是分时法观看立体影像液晶是一种介于固体和液体之间具有规则性分子排列的有机化合物一般最常用的液晶为向列相液晶分子形状为细长棒形在不同电流电场作用下液晶分子会做规则旋转排列产生透光度的差别所以外电源接通与断开的情况下就会产生阻光和通光现象把液晶的这一特性应用在眼镜上就可以制造出液晶开关眼镜液晶开关眼镜的镜片好像是分别控制开光的两扇小窗户在同一台放映机上交替播放左右眼画面时通过液晶眼镜的同步开闭功能这样在放映左画面时左眼镜片打开通光右眼镜片关闭观众左眼看到左画面右眼什么都看不到同样在放右画面时右眼能看到右画面左眼看不到画面这样让左右眼以较快的速度分别看到左右各自的画面从而产生立体效果由于此项技术不需要对放映设备进行过多改动所以目前国际国内都有厂家生产类似技术的产品将它应用在各类立体影像的再现上三眼镜方式与其它方式眼镜方式立体显示最大优点是画面大且便于多数人观看它常常出现在电影和博览会上给人们带来欢乐偏振光眼镜方式是现在的大画面立体显示的主流方式其完善程度在逐年提高多功能演播室中三维终端操作系统软件巧妙的把大画面立体图像实物与人结合起来通过驱动椅子振动和浪花飞溅等立体感装置甚至使人忘记自己还戴着眼镜而沉浸在极强的现场感中俗称红蓝方式的立体照片方式也还会继续存在这是因为尽管它还有不能显示彩色的缺点但眼镜制作特别简单只要有彩色滤光片就行快门眼镜方式已经成为显示器立体化的主要手段与偏振光眼镜方式相比它多用于小型立体显示器场合随着液晶显示技术的发展其性能在不断提高民用品的商业化也在进行普尔弗里奇方式是用普通二维图像获得立体观看效果的方式虽然图像有限制但没有其他方式那样必须使用专门图像的必要从这点上讲它是一种趣味性很强的手法下面对几种主要方式加以介绍偏振光眼镜方式空间切割方式当光照射到偏振光滤光片上时只有特定极化方向的偏振光可以通过将这种滤光片按照偏振光极化方向互相垂直的原则安装到左右眼镜框上就构成了偏振光眼镜例如首先设左眼滤光片为水平极化方向右眼滤光片为垂直极化方向然后用两台显示器分别显示左右眼图像如果两台显示器所发出的光分别为水平和垂直极化的偏振光则左右眼就只能看到不同显示器上的图像最常用的系统是图所示的由两台液晶投影仪所构成的方式因屏幕上左右图像重叠所以不戴眼镜时所看到的图像是重像由于液晶显示器本来就是由偏振光操作来显示图像所以对其进行放大和投影仪所投射出的光也是偏振光因此如果把这两台投影仪投射出来的光预设为正交偏振光则左右眼就能看到不同投影仪的图像另外两台显示器的图像在光学上应该相互重合在这点上投影仪上合适的它能把两个图像按重合要求显示到同一屏幕上至于偏振光除了水平极化和垂直极化的偏振光外还可以使用互为正交的斜极化偏振光和互为反相旋转的圆极化偏振光快门眼镜方式空间分割方式的做法是左右眼两种图像同时显示而用光学方法加以分离与此相反时间分割方式是两种图像按时间交替显示和分离快门眼镜方式是人们最熟悉的时间切割方式眼镜框上安装一种特殊的快门这种快门的构造原理如图所示是通过液晶的作用来实现开关状态入射偏振板和出射偏振板的极化方向相互正交当未加电压时穿过入射偏振板的光因为受到液晶作用而发生的极化方向旋转从而能穿过出射偏振板这就是透过状态当加上电压时液晶分子对偏振光的极化作用消失光就被出射偏振板挡住了这就是遮光状态将这种快门安装在眼镜上并使左右快门能独立控制如图所示为左眼快门开右眼快门关的状态这一瞬间画面上也正在显示左眼图像然后是下一个瞬间图像切换为右眼图像同时快门的开关状态反相切换频率一般可以设定为普通电视场频的两倍如这样对于单眼来说场频仍然是不会出现闪烁效果另一方面由红外线装置把正在显示的图像是左眼图像还是右眼图像的信息传递给快门使快门与图像准确联动从而使观看者看到立体图像裸眼式技术所谓裸眼就是不需要借助眼镜等辅助设备便能直接观看到立体画面也就是说不通过任何工具裸眼技术就能让人的左右眼从屏幕上看到两幅具有视差的和有所区别的画面并同时将它们反射到大脑产生立体感的物象从技术上来看裸眼式技术最大的优势便是摆脱了眼睛的束缚但是分辨率可视角度和可视距离等方面还存在很多不足不过裸眼显示技术的缺点也非常明显人们在观看屏幕时必须位于一定的范围内才能观察到立体画面若距离屏幕位置太远或观察角度太大时效果并不明显若离屏幕距离太近还会有明显的头晕现象因此该技术暂时还不适合在小尺寸显示器上使用此外这种技术在显示效果方面相对较差这里就不作介绍电视显示技术目前用于电视广播的技术主要有戴眼镜和不戴眼镜两类前者又分两种一种是左视和右视的两幅图像同时覆盖另一种是交替显现总之还是以戴眼镜方式居多