幽默漫畫：講述你身邊的立體顯示技術
要使一幅畫面產(chǎn)生立體感，至少要滿足三個方面的條件：
一、畫面有透視效果。透視效果是觀看三維世界時的基本規(guī)律，是畫面產(chǎn)生立體感的基本要求。如果畫一個立方體卻不遵照立方體的透視規(guī)律來畫，那么畫出來的作品就一定不會產(chǎn)生立方體所應有的立體感，不過即使是這樣的作品還是有透視效果的，只不過是別的東西的透視效果。那么什么是沒有透視效果呢？一個正方形就沒有透視效果，如果畫面中只有一個孤零零的正方形的話就絕對不會有立體感。
三、雙眼的空間定位效果。人眼在觀看物體時，兩只眼睛分別從兩個角度來觀看，看到的兩幅畫面自然有細微的差別，大腦將兩幅畫面混合成一幅完整的畫面，并根據(jù)它們的差別線索感知被視物的距離。這就是雙眼的空間定位，是人眼感知距離的最主要的手段。如果重放畫面的時候不能再現(xiàn)這種空間定位的感覺，那么即使前兩點做很不錯也總覺得欠缺點什么。
關于為什么普通顯示器無法再現(xiàn)空間定位感，可以藉由觀察視差角的不同來理解。
視差角就是雙眼和一點的兩條連線之間的角度，距離近則視差角大、距離遠則視差角小，物體的表面有無數(shù)個點，那么就有無數(shù)個視差角，我們只需找其中有代表性的幾個作分析。
如圖顯示，人眼在看真實的圓柱體和看屏幕上顯示的圓柱體時，視差角有明顯的不同，看屏幕時的視差角實際上和看平板玻璃時是一樣的，因此不管屏幕上顯示的內容如何變化，立體感始終是一個平面，這也是普通顯示器無法實現(xiàn)立體顯示的原因。既然如此，首先想到的解決辦法自然就是把顯示器做成圓柱體形狀，這樣當然可以完美的顯示圓柱體，不過這樣的顯示器不管顯示什么內容時都會機械的制造出中間近、兩邊遠的效果。
世界上倒也的確有類似的技術，比如有一種國家專利的“立體眼鏡”，它就是通過光學手段把輸送給兩眼的畫面作處理，把給其中一只眼的畫面扭曲成平行四邊形。這樣就相當于把畫面下部的視差角增大了，產(chǎn)生了近的感覺，畫面的上部則感覺比較遠。雖然是十分單純的欺騙眼睛的手段，對于大部分畫面來說這種效果倒也不錯。但是，它并不能算是立體顯示技術。
那么為了完美顯示每一種物體，顯示電風扇時就得用電風扇形的顯示器，顯示飛機又要用飛機形狀的顯示器，如果要顯示宇宙該用什么形狀的顯示器呢？顯然，這樣就走入了一條死胡同，因此必須找到其它的方法。我們繼續(xù)思考的話可以想到，視差角之所以存在都是因為我們有兩只眼睛，那么我們可以從這一點著手。
設法分別向兩眼輸送兩個拍攝角度略有不同的畫面，給左眼的畫面只讓左眼看到，給右眼的只讓右眼看到，那么如同前面提到的立體眼鏡，調節(jié)兩幅畫面之間的細微差距就相當于調節(jié)視差角。既然可以人為的控制視差角，我們就可以在顯示圓柱體時調節(jié)視差角產(chǎn)生圓柱體的立體感，顯示電風扇、飛機時產(chǎn)生電風扇和飛機的立體感，顯示宇宙時產(chǎn)生宇宙中每個星球的立體感等等。按照這個方法不就可以實現(xiàn)完美的立體顯示了嗎？事實上，當今主流的4種立體顯示技術都是基于這個原理的。
立體顯示技術的種類非常多，大部分還在實驗室中，目前投入應用比較多的是分色、分光、分時和光柵4種技術。
根據(jù)上面的介紹，實現(xiàn)基于雙眼視覺的立體顯示需要經(jīng)過兩大步驟，首先，要準備好兩套分別供左眼和右眼觀看的畫面。目前，這種畫面的來源有三種途徑：
一、雙機拍攝。拍攝電影或圖片時將兩臺照像機或攝像機并排放置，兩機間的角度和距離都模擬人的雙眼。
二、從3D場景中提取。由于3D場景本來就被設計用來可供任何角度觀看，所以從中提取兩套畫面自然不難，提取的兩套畫面相互間的角度要模擬人的雙眼。
三、用軟件智能模擬。這是利用計算機根據(jù)原始畫面重新生成兩套畫面，可用于將現(xiàn)有的普通視頻和圖片轉換為立體顯示的片源，但效果略差。
在第一步中，三種獲取途徑是通用的，但實際的產(chǎn)品中通產(chǎn)只采用某一種方式。
片源準備好以后，第二個步驟就是將它們輸送給雙眼，并且要點是給左眼觀看的畫面只能讓左眼看到。在輸送時其實并不需要刻意的調節(jié)兩套畫面的差距，只要能將上述途徑獲得的片源按要求輸送給雙眼，那么人眼就會自動產(chǎn)生與畫面對應的立體感了。為了實現(xiàn)這一步，各種立體顯示技術采用了不同的方式，4種技術的區(qū)別也就在于此。
下面就介紹4種技術如何將片源輸送給雙眼，其中前三種，分色、分光、分時技術的流程很相似，都是需要經(jīng)過兩次過濾，第一次是在顯示器端，第二次是在眼睛端：
分色：分色技術的基本原理是讓某些顏色的光只進入左眼，另一部分只進入右眼。
我們眼睛中的感光細胞共有4種，其中數(shù)量最多的是感覺亮度的細胞，另外三種用于感知顏色，分別可以感知紅、綠、藍三種波長的光，感知其它顏色是根據(jù)這三種顏色推理出來的，因此紅、綠、藍被稱為光的三原色。
要注意這和美術上講的紅、黃、藍三原色是不同的，后者是顏料的調和，而前者是光的調和。顯示器就是通過組合這三元色來顯示上億種顏色的，計算機內的圖像資料也大多是用三原色的方式儲存的。分色技術在第一次過濾時要把左眼畫面中的藍色、綠色去除，右眼畫面中的紅色去除，再將處理過的這兩套畫面疊合起來，但不完全重疊，左眼畫面要稍微偏左邊一些，這樣就完成了第一次過濾。
第二次過濾是觀眾帶上專用的濾色眼鏡，眼鏡的左邊鏡片為紅色，右邊的鏡片是藍色或綠色，由于右眼畫面同時保留了藍色和綠色的信息，因此右邊的鏡片不管是藍色還是綠色都是一樣的。注意，也有一些眼鏡是右邊為紅色，這樣第一次過濾時也要對調過來，購買產(chǎn)品時一般都會附贈配套的濾色眼鏡，因此標準不統(tǒng)一也不用在意。
以紅、綠眼鏡為例，紅、綠兩色互補，紅色鏡片會削弱畫面中的綠色，綠色鏡片削弱畫面中的紅色，這樣就確保了兩套畫面只被相應的眼睛看到。其實準確的說是紅、青兩色互補，青介于綠和藍之間，因此戴紅、藍眼鏡也是一樣的道理。目前，分色技術的第一次濾色已經(jīng)開始用計算機來完成了，按上述方法濾色后的片源可直接制作成DVD等音像制品，在任何彩色顯示器上都可以播放。
分光：常見的光源都會隨機發(fā)出自然光和偏振光，分光技術是用偏光濾鏡或偏光片濾除特定角度偏振光以外的所有光，讓0度的偏振光只進入右眼，90度的偏振光只進入左眼（也可用45度和135度的偏振光搭配）。
兩種偏振光分別搭載著兩套畫面，觀眾須帶上專用的偏光眼鏡，眼鏡的兩片鏡片由偏光濾鏡或偏光片制成，分別可以讓0度和90度的偏振光通過，這樣就完成了第二次過濾。目前，分光技術的應用還主要停留在投影機上，早期必須使用雙投影機加偏振光濾鏡的方案，現(xiàn)在已經(jīng)可以用單投影機來實現(xiàn)，不過都必須配合不破壞偏振光的金屬投影幕才能使用。
分時：分時技術是將兩套畫面在不同的時間播放，顯示器在第一次刷新時播放左眼畫面，同時用專用的眼鏡遮住觀看者的右眼，下一次刷新時播放右眼畫面，并遮住觀看者的左眼。
按照上述方法將兩套畫面以極快的速度切換，在人眼視覺暫留特性的作用下就合成了連續(xù)的畫面。目前，用于遮住左右眼的眼鏡用的都是液晶板，因此也被稱為液晶快門眼鏡，早期曾用過機械眼鏡。
光柵：光柵技術和前三種差別較大，它是將屏幕劃分成一條條垂直方向上的柵條，柵條交錯顯示左眼和右眼的畫面，如1、3、5…顯示左眼畫面，2、4、6…顯示右眼畫面。然后在屏幕和觀眾之間設一層“視差障礙”，它也是由垂直方向上的柵條組成的，對于液晶這類有背光結構的顯示器來說，視察障礙也可設在背光板和液晶板之間。
視察障礙的作用是阻擋視線，如圖，它遮住了兩眼視線交點以外的部分，使左眼看到的柵條右眼看不到，右眼看到的左眼又看不到。不過，如果觀看者的位置改變的話，那么視差障礙位置也要隨之改變。為了方便移動視差障礙，小型光柵顯示器都是采用液晶板來作為視差障礙的，而檢測觀看者位置的方法主要有兩種，一種是在觀看者頭上戴一個定位設備，另一種是用兩個攝像頭像人眼一樣的定位。
表面上看，4種技術在將左右眼畫面分別輸送給雙眼這一步驟上如同八仙過海，但仔細分析過后就會發(fā)現(xiàn)它們有著不同的優(yōu)缺點。
應用范圍方面：這4種技術可應用的范圍還是比較廣的，值得一提的就是分時技術還不能應用于液晶顯示器，主要是因為液晶顯示器的響應時間太長，響應特性也非常怪異。你可能會問，既然分時技術不能用于液晶顯示器，為什么可以采用液晶快門眼鏡呢？此事說來話長，大家若想了解這其中的乾坤，可以查閱其他介紹液晶顯示器響應時間的文章。
舒適性方面：前三種技術使用時必須要配戴專用的眼鏡，好在觀看的位置不限；光柵技術雖然不需要配戴眼鏡，但有一部分產(chǎn)品要在頭上配戴定位設備，同時觀眾必須在特定的范圍內才能正常觀看。
畫面質量方面：4種技術普遍存在亮度損失的問題，分色技術使用顏色較深的濾色鏡，亮度損失理所當然，同時它還會損失一部分顏色信息，另外顯示彩色畫面時，如果鏡片顏色不夠深，很可能導致濾色不徹底，會影響觀看效果；分光技術要用到偏光片，它會吸收特定角度偏振光以外的所有光，亮度損失很嚴重；分時技術雖然在任意一個時刻只有一只眼睛能看到光線，但由于人眼的視覺暫留特性，所以這并不是它損失亮度的主要原因，之所以損失亮度，是因為液晶快門眼鏡中也包含偏光片，所以它和分光技術是一樣的；至于光柵技術，視差障礙使每只眼睛只能接收到原來一半的光線，因此亮度損失一半，同時水平分辨率也只有原來的一半。
保護視力方面：首先，分光和光柵兩種技術對視力是沒有損害的，另外兩種技術中，分色技術是無藥可救的，因為觀看時，雙眼接收到的顏色信息嚴重不平衡，雖然大腦可以將它們完美的組合在一起，但是會造成視神經(jīng)疲勞，不能長時間使用。
分時技術必須配合CRT這類的低響應時間的顯示器才能使用，CRT一個顯著的特點是瞬間發(fā)光，必須以非常高的頻率重復的掃描，然后在人眼視覺暫留特性的作用下才能呈現(xiàn)連續(xù)的畫面，為了使畫面足夠穩(wěn)定并且不會對視力造成損害，刷新頻應該達到85赫茲，普通顯示器都可以達到這個指標，但使用分時技術后就不同了，由于單位時間內只有一只眼睛能看到畫面，原來的85赫茲現(xiàn)在變成了42.5赫茲，如果還要保護視力的話，顯示器的刷新率就要設置為170赫茲了。
但是顯示器的性能有限，很多顯示器即使在最低的分辨率下也只能達到120赫茲，實際只相當于60赫茲，在這樣的刷新率下人眼就很容易疲勞了。即使顯示器支持170赫茲的高刷新率，液晶快門眼鏡也大多不支持。需要注意，這個缺點只是針對CRT而言，如果換用非瞬間發(fā)光的顯示器就不存在這個問題了，但絕大部分的液晶快門眼鏡都是為CRT優(yōu)化的，可能會不適應其它顯示器的響應時間和響應特性。
在了解了這4種技術以后，想必大家都很想在自己的電腦上體驗一番吧，也不知道大家都看中了哪種技術，在文章的最后，我就介紹一下這4種技術在個人電腦上的應用吧。
想在計算機上使用分色技術并不難，一種方法是直接購買制作好的分色技術的DVD，如《特工小子立體版》和《怪物史瑞克立體版》。另外也可以使用專用立體播放軟件，如《東方影都立體版》，它可以實時的將普通電影轉化成應用于分色技術的立體電影，是目前最廉價的方案。
要使用偏光技術就不太容易了，只有一些小作坊聲稱可以將筆記本電腦的屏幕改造為立體顯示器，改造的方法很簡單，就是將屏幕貼上玻璃紙，只是不知道他們提供的軟件如何。玻璃紙的作用同偏光片，但更便宜。玻璃紙種類很多，原本都是用于包裝的，所以不是所有的玻璃紙都有偏光的作用，記得以前有一則新聞就是報道美國的公司發(fā)現(xiàn)了一種偏光效果非常好的玻璃紙。
分時技術的產(chǎn)品絕大多數(shù)都是為個人電腦和工作站設計的，購買如《豪杰立體影院》之類的立體播放軟件就會附贈配套的立體眼鏡，這些播放器軟件也可以將普通電影轉換為立體電影，當然是應用于分時技術的立體電影。你也可以只購買單獨的液晶快門眼鏡，配合NVIDIA的立體驅動程序就可以使普通的3D游戲產(chǎn)生立體感，當然顯卡也必須使NVIDIA的，除非你有其它顯卡的立體驅動程序。
最后，在個人電腦上使用光柵技術是最簡單的，只需購買一臺光柵顯示器就行了，不需要額外的軟件，使用這類顯示器時可以隨意的在普通模式和立體模式之間切換。這類產(chǎn)品目前有很多，但國內并不多見，而且它們的價格都遠遠超出了普通的顯示器。
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