不让眼睛受欺骗 四种立体显示技术逐一分析

三个产生立体感的条件

　　要使一幅画面产生立体感，至少要满足三个方面的条件：

一、画面有透视效果

　　透视效果是观看三维世界时的基本规律，是画面产生立体感的基本要求。如果画一个立方体却不遵照立方体的透视规律来画，那么  画出来的作品就一定不会产生立方体所应有的立体感，不过即使是这样的作品还是有透视效果的，只不过是别的东西的透视效果。那么什么是没有透视效果呢？一个正方形就没有透视效果，如果画面中只有一个孤零零的正方形的话就绝对不会有立体感。

二、画面有正确的明暗虚实变化

　　真实世界中根据光源的亮度、颜色、位置和数量的不同，物体会有相应的亮部、暗部、投影和光泽等，同时近处的物体在色彩的饱和度、亮度、对比度等方面都相对较高，远处的则较低。如果画面中没有这些效果或是违反这些规律，都不会产生好的立体感。

三、双眼的空间定位效果

　　人眼在观看物体时，两只眼睛分别从两个角度来观看，看到的两幅画面自然有细微的差别，大脑将两幅画面混合成一幅完整的画面，并根据它们的差别线索感知被视物的距离。这就是双眼的空间定位，是人眼感知距离的最主要的手段。如果重放画面的时候不能再现这种空间定位的感觉，那么即使前两点做很不错也总觉得欠缺点什么。

　　以上三点只有同时满足才能产生比较完美的立体效果，普通显示器可以实现前两点却无法实现第三点，而所谓的立体显示技术也就是能够再现空间定位感的显示技术。

　　关于为什么普通显示器无法再现空间定位感，可以藉由观察视差角的不同来理解。视差角就是双眼和一点的两条连线之间的角度，距离近则视差角大、距离远则视差角小，物体的表面有无数个点，那么就有无数个视差角，我们只需找其中有代表性的几个作分析。

立体眼镜技术

    如图显示，人眼在看真实的圆柱体和看屏幕上显示的圆柱体时，视差角有明显的不同，看屏幕时的视差角实际上和看平板玻璃时是一样的，因此不管屏幕上显示的内容如何变化，立体感始终 是一个平面，这也是普通显示器无法实现立体显示的原因。既然如此，首先想到的解决办法自然就是把显示器做成圆柱体形状，这样当然可以完美的显示圆柱体，不过这样的显示器不管显示什么内容时都会机械的制造出中间近、两边远的效果。

    世界上倒也的确有类似的技术，比如有一种国家专利的“立体眼镜”，它就是通过光学手段把输送给两眼的画面作处理，把给其中一只眼的画面扭曲成平行四边形。这样就相当于把画面下部的视差角增大了，产生了近的感觉，画面的上部则感觉比较远。虽然是十分单纯的欺骗眼睛的手段，对于大部分画面来说这种效果倒也不错。但是，它并不能算是立体显示技术。

 　　那么为了完美显示每一种物体，显示电风扇时就得用电风扇形的显示器，显示飞机又要用飞机形状的显示器，如果要显示宇宙该用什么形状的显示器呢？显然，这样就走入了一条死胡同，因此必须找到其它的方法。我们继续思考的话可以想到，视差角之所以存在都是因为我们有两只眼睛，那么我们可以从这一点着手。

　　设法分别向两眼输送两个拍摄角度略有不同的画面，给左眼的画面只让左眼看到，给右眼的只让右眼看到，那么如同前面提到的立体眼镜，调节两幅画面之间的细微差距就相当于调节视差角。

　　既然可以人为的控制视差角，我们就可以在显示圆柱体时调节视差角产生圆柱体的立体感，显示电风扇、飞机时产生电风扇和飞机的立体感，显示宇宙时产生宇宙中每个星球的立体感等等。按照这个方法不就可以实现完美的立体显示了吗？事实上，当今主流的4种立体显示技术都是基于这个原理的。

　　立体显示技术的种类非常多，大部分还在实验室中，目前投入应用比较多的是分色、分光、分时和光栅4种技术。

　　根据上面的介绍，实现基于双眼视觉的立体显示需要经过两大步骤，首先，要准备好两套分别供左眼和右眼观看的画面。目前，这种画面的来源有三种途径：

一、双机拍摄。拍摄电影或图片时将两台照像机或摄像机并排放置，两机间的角度和距离都模拟人的双眼。

二、从3D场景中提取。由于3D场景本来就被设计用来可供任何角度观看，所以从中提取两套画面自然不难，提取的两套画面相互间的角度要模拟人的双眼。

三、用软件智能模拟。这是利用计算机根据原始画面重新生成两套画面，可用于将现有的普通视频和图片转换为立体显示的片源，但效果略差。

　　在第一步中，三种获取途径是通用的，但实际的产品中通产只采用某一种方式。

　　片源准备好以后，第二个步骤就是将它们输送给双眼，并且要点是给左眼观看的画面只能让左眼看到。在输送时其实并不需要刻意的调节两套画面的差距，只要能将上述途径获得的片源按要求输送给双眼，那么人眼就会自动产生与画面对应的立体感了。为了实现这一步，各种立体显示技术采用了不同的方式，4种技术的区别也就在于此。

实现方法

4种主流立体显示技术的原理及实现方法

　　下面就介绍4种技术如何将片源输送给双眼，其中前三种，分色、分光、分时技术的流程很相似，都是需要经过两次过滤，第一次是在显示器端，第二次是在眼 睛端：

　　分色：分色技术的基本原理是让某些颜色的光只进入左眼，另一部分只进入右眼。我们眼睛中的感光细胞共有4种，其中数量最多的是感觉亮度的细胞，另外三种用于感知颜色，分别可以感知红、绿、蓝三种波长的光，感知其它颜色是根据这三种颜色推理出来的，因此红、绿、蓝被称为光的三原色。要注意这和美术上讲的红、黄、蓝三原色是不同的，后者是颜料的调和，而前者是光的调和。

　　显示器就是通过组合这三元色来显示上亿种颜色的，计算机内的图像资料也大多是用三原色的方式储存的。分色技术在第一次过滤时要把左眼画面中的蓝色、绿色去除，右眼画面中的红色去除，再将处理过的这两套画面叠合起来，但不完全重叠，左眼画面要稍微偏左边一些，这样就完成了第一次过滤。第二次过滤是观众带上专用的滤色眼镜，眼镜的左边镜片为红色，右边的镜片是蓝色或绿色，由于右眼画面同时保留了蓝色和绿色的信息，因此右边的镜片不管是蓝色还是绿色都是一样的。

　　注意，也有一些眼镜是右边为红色，这样第一次过滤时也要对调过来，购买产品时一般都会附赠配套的滤色眼镜，因此标准不统一也不用在意。以红、绿眼镜为例，红、绿两色互补，红色镜片会削弱画面中的绿色，绿色镜片削弱画面中的红色，这样就确保了两套画面只被相应的眼睛看到。其实准确的说是红、青两色互补，青介于绿和蓝之间，因此戴红、蓝眼镜也是一样的道理。目前，分色技术的第一次滤色已经开始用计算机来完成了，按上述方法滤色后的片源可直接制作成DVD等音像制品，在任何彩色显示器上都可以播放。

    分光：常见的光源都会随机发出自然光和偏振光，分光技术是用偏光滤镜或偏光片滤除特定角度偏振光以外的所有光，让0度的偏振光只进入右眼，90度的偏振光只进入左眼（也可用45度和135度的偏振光搭配）。两种偏振光分别搭载着两套画面，观众须带上专用的偏光眼镜，眼镜的两片镜片由偏光滤镜或偏光片制成，分别可以让0度和90度的偏振光通过，这样就完成了第二次过滤。目前，分光技术的应用还主要停留在投影机上，早期必须使用双投影机加偏振光滤镜的方案，现在已经可以用单投影机来实现，不过都必须配合不破坏偏振光的金属投影幕才能使用。

    分时：分时技术是将两套画面在不同的时间播放，显示器在第一次刷新时播放左眼画面，同时用专用的眼镜遮住观看者的右眼，下一次刷新时播放右眼画面，并遮住观看者的左眼。按照上述方法将两套画面以极快的速度切换，在人眼视觉暂留特性的作用下就合成了连续的画面。目前，用于遮住左右眼的眼镜用的都是液晶板，因此也被称为液晶快门眼镜，早期曾用过机械眼镜。

　　光栅：光栅技术和前三种差别较大，它是将屏幕划分成一条条垂直方向上的栅条，栅条交错显示左眼和右眼的画面，如1、3、5…显示左眼画面，2、4、6…显示右眼画面。然后在屏幕和观众之间设一层“视差障碍”，它也是由垂直方向上的栅条组成的，对于液晶这类有背光结构的显示器来说，视察障碍也可设在背光板和液晶板之间。视察障碍的作用是阻挡视线，如图，它遮住了两眼视线交点以外的部分，使左眼看到的栅条右眼看不到，右眼看到的左眼又看不到。不过，如果观看者的位置改变的话，那么视差障碍位置也要随之改变。为了方便移动视差障碍，小型光栅显示器都是采用液晶板来作为视差障碍的，而检测观看者位置的方法主要有两种，一种是在观看者头上戴一个定位设备，另一种是用两个摄像头像人眼一样的定位。