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奶牛解析 實(shí)現(xiàn)4種顯示器立體顯示技術(shù)

要使一幅畫面產(chǎn)生立體感，至少要滿足三個(gè)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(shí)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(gè)立方體卻不遵照立方體的透視規(guī)律來畫，那么

二、畫面有正確的明暗虛實(shí)變化

　　真實(shí)世界中根據(jù)光源的亮度、顏色、位置和數(shù)量的不同，物體會(huì)有相應(yīng)的亮部、暗部、投影和光澤等，同時(shí)近處的物體在色彩的飽和度、亮度、對(duì)比度等方面都相對(duì)較高，遠(yuǎn)處的則較低。如果畫面中沒有這些效果或是違反這些規(guī)律，都不會(huì)產(chǎn)生好的立體感。

三、雙眼的空間定位效果

　　人眼在觀看物體時(shí)，兩只眼睛分別從兩個(gè)角度來觀看，看到的兩幅畫面自然有細(xì)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(shí)候不能再現(xiàn)這種空間定位的感覺，那么即使前兩點(diǎn)做很不錯(cuò)也總覺得欠缺點(diǎn)什么。

　　以上三點(diǎn)只有同時(shí)滿足才能產(chǎn)生比較完美的立體效果，普通顯示器可以實(shí)現(xiàn)前兩點(diǎn)卻無法實(shí)現(xiàn)第三點(diǎn)，而所謂的立體顯示技術(shù)也就是能夠再現(xiàn)空間定位感的顯示技術(shù)。

　　關(guān)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(diǎn)的兩條連線之間的角度，距離近則視差角大、距離遠(yuǎn)則視差角小，物體的表面有無數(shù)個(gè)點(diǎn)，那么就有無數(shù)個(gè)視差角，我們只需找其中有代表性的幾個(gè)作分析。

    如圖顯示，人眼在看真實(shí)的圓柱體和看屏幕上顯示的圓柱體時(shí)，視差角有明顯的不同，看屏幕時(shí)的視差角實(shí)際上和看平板玻璃時(shí)是一樣的，因此不管屏幕上顯示的內(nèi)容如何變化，立體感始終 是一個(gè)平面，這也是普通顯示器無法實(shí)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(dāng)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(nèi)容時(shí)都會(huì)機(jī)械的制造出中間近、兩邊遠(yuǎn)的效果。

    世界上倒也的確有類似的技術(shù)，比如有一種國(guó)家專利的“立體眼鏡”，它就是通過光學(xué)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(dāng)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(yuǎn)。雖然是十分單純的欺騙眼睛的手段，對(duì)于大部分畫面來說這種效果倒也不錯(cuò)。但是，它并不能算是立體顯示技術(shù)。

    那么為了完美顯示每一種物體，顯示電風(fēng)扇時(shí)就得用電風(fēng)扇形的顯示器，顯示飛機(jī)又要用飛機(jī)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?yàn)槲覀冇袃芍谎劬Γ敲次覀兛梢詮倪@一點(diǎn)著手。

設(shè)法分別向兩眼輸送兩個(gè)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(diào)節(jié)兩幅畫面之間的細(xì)微差距就相當(dāng)于調(diào)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(shí)調(diào)節(jié)視差角產(chǎn)生圓柱體的立體感，顯示電風(fēng)扇、飛機(jī)時(shí)產(chǎn)生電風(fēng)扇和飛機(jī)的立體感，顯示宇宙時(shí)產(chǎn)生宇宙中每個(gè)星球的立體感等等。按照這個(gè)方法不就可以實(shí)現(xiàn)完美的立體顯示了嗎？事實(shí)上，當(dāng)今主流的4種立體顯示技術(shù)都是基于這個(gè)原理的。

　　立體顯示技術(shù)的種類非常多，大部分還在實(shí)驗(yàn)室中，目前投入應(yīng)用比較多的是分色、分光、分時(shí)和光柵4種技術(shù)。

　　根據(jù)上面的介紹，實(shí)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(zhǔn)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(jī)拍攝。拍攝電影或圖片時(shí)將兩臺(tái)照像機(jī)或攝像機(jī)并排放置，兩機(jī)間的角度和距離都模擬人的雙眼。

二、從3D場(chǎng)景中提取。由于3D場(chǎng)景本來就被設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)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(zhuǎn)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(shí)際的產(chǎn)品中通產(chǎn)只采用某一種方式。

　　片源準(zhǔn)備好以后，第二個(gè)步驟就是將它們輸送給雙眼，并且要點(diǎn)是給左眼觀看的畫面只能讓左眼看到。在輸送時(shí)其實(shí)并不需要刻意的調(diào)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(huì)自動(dòng)產(chǎn)生與畫面對(duì)應(yīng)的立體感了。為了實(shí)現(xiàn)這一步，各種立體顯示技術(shù)采用了不同的方式，4種技術(shù)的區(qū)別也就在于此。

4種主流立體顯示技術(shù)的原理及實(shí)現(xiàn)方法

　　下面就介紹4種技術(shù)如何將片源輸送給雙眼，其中前三種，分色、分光、分時(shí)技術(shù)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(shù)的基本原理是讓某些顏色的光只進(jìn)入左眼，另一部分只進(jìn)入右眼。我們眼睛中的感光細(xì)胞共有4種，其中數(shù)量最多的是感覺亮度的細(xì)胞，另外三種用于感知顏色，分別可以感知紅、綠、藍(lán)三種波長(zhǎng)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(lán)被稱為光的三原色。要注意這和美術(shù)上講的紅、黃、藍(lán)三原色是不同的，后者是顏料的調(diào)和，而前者是光的調(diào)和。

　　顯示器就是通過組合這三元色來顯示上億種顏色的，計(jì)算機(jī)內(nèi)的圖像資料也大多是用三原色的方式儲(chǔ)存的。分色技術(shù)在第一次過濾時(shí)要把左眼畫面中的藍(lán)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(lán)色或綠色，由于右眼畫面同時(shí)保留了藍(lán)色和綠色的信息，因此右邊的鏡片不管是藍(lán)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(shí)也要對(duì)調(diào)過來，購(gòu)買產(chǎn)品時(shí)一般都會(huì)附贈(zèng)配套的濾色眼鏡，因此標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一也不用在意。以紅、綠眼鏡為例，紅、綠兩色互補(bǔ)，紅色鏡片會(huì)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(yīng)的眼睛看到。其實(shí)準(zhǔn)確的說是紅、青兩色互補(bǔ)，青介于綠和藍(lán)之間，因此戴紅、藍(lán)眼鏡也是一樣的道理。目前，分色技術(shù)的第一次濾色已經(jīng)開始用計(jì)算機(jī)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。

    分時(shí)：分時(shí)技術(shù)是將兩套畫面在不同的時(shí)間播放，顯示器在第一次刷新時(shí)播放左眼畫面，同時(shí)用專用的眼鏡遮住觀看者的右眼，下一次刷新時(shí)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(jī)械眼鏡。

　　光柵：光柵技術(shù)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(cuò)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(shè)一層“視差障礙”，它也是由垂直方向上的柵條組成的，對(duì)于液晶這類有背光結(jié)構(gòu)的顯示器來說，視察障礙也可設(shè)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(diǎn)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(dòng)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(cè)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(gè)定位設(shè)備，另一種是用兩個(gè)攝像頭像人眼一樣的定位。