摘 要：本文從3D技術(shù)起源及原理出發(fā)，較系統(tǒng)介紹了3D技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r和前景-從擺脫特制眼鏡的束縛到裸眼3D；從利用人眼的視差特性產(chǎn)生立體感到基于全息影像技術(shù)在空間顯示真實(shí)的3D立體影像；從激光再現(xiàn)全息技術(shù)到白光再現(xiàn)全息技術(shù)。并對(duì)各個(gè)時(shí)期的技術(shù)及其優(yōu)缺點(diǎn)作出分析和評(píng)價(jià)。

關(guān)鍵詞：3D技術(shù)；裸眼3D；全息影像技術(shù)

1 3D技術(shù)起源及原理

人眼產(chǎn)生3D視覺(jué)的秘密——偏光原理：

人眼在看任何物體時(shí)，由于兩只眼睛在空間有一定間距約為5cm，即存在兩個(gè)視角。這樣形成左右兩眼所看的圖像不完全一樣，稱為視差。這種細(xì)微的視差通過(guò)視網(wǎng)膜傳遞到大腦里，就能顯示出物體的前后遠(yuǎn)近，產(chǎn)生強(qiáng)烈的立體感。這是1839年，英國(guó)科學(xué)家溫斯特發(fā)現(xiàn)的一個(gè)奇妙的現(xiàn)象，至今為止幾乎任何3D影像技術(shù)都是基于這個(gè)原理開(kāi)發(fā)的。

2 3D技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r

2.1 3D成像技術(shù)種類

3D成像技術(shù)有很多種，分為不閃式3D技術(shù)、互補(bǔ)色技術(shù)、時(shí)分法技術(shù)、光柵式技術(shù)、普式技術(shù)、全息式技術(shù)等。而其中以時(shí)分法為當(dāng)今所廣泛應(yīng)用，而不閃式技術(shù)和互補(bǔ)色技術(shù)也有著較為廣泛的應(yīng)用。為了方便說(shuō)明我們用互補(bǔ)色技術(shù)解釋立體電影的形成（光的三原色原理——紅、綠、蘭）

⑴互補(bǔ)色技術(shù)是目前比較多電影院采用的技術(shù)，依據(jù)人眼的成像原理，以兩臺(tái)攝影機(jī)模擬人眼左右眼所成的像。再在放映過(guò)程中使用兩臺(tái)放映機(jī)它將不同視角上的成像用不同的顏色印刻在同一副畫(huà)面下，互補(bǔ)色3D眼鏡采用的技術(shù)也就是色分法，色分法會(huì)將兩個(gè)不同視角上拍攝的影像分別以兩種不同的顏色印制在同一副畫(huà)面中。如果在這樣的情況下，我們直接利用肉眼去觀看紅藍(lán)、紅綠等多種模式類的電影，就會(huì)出現(xiàn)模糊的重影圖像。這樣我們就無(wú)法觀看到紅藍(lán)、紅綠等多種模式類的電影的立體效果。再讓用戶通過(guò)紅藍(lán)立體鏡片來(lái)觀看到立體效果。由于技術(shù)成熟而且眼鏡造價(jià)相對(duì)低廉，所以廣為當(dāng)今的電影院所接受。

⑵時(shí)分法即是（快門法）通過(guò)提高屏幕刷新率把圖像按幀一分為二，形成左右眼連續(xù)交錯(cuò)顯示的兩組畫(huà)面，通過(guò)快門式3D眼鏡的配合，使得這兩組畫(huà)面分別進(jìn)入左右雙眼，最終在大腦中合成3D立體圖像。計(jì)算機(jī)可以用顯卡將普通2D影像生成3D效果，成為未來(lái)用戶接觸3D視覺(jué)的主流設(shè)備。它也包括紅藍(lán)色分法，但這只是為了讓不具備硬件條件的用戶也能體驗(yàn)3D視覺(jué)的次級(jí)方案，它主要是利用快門原理的時(shí)分法技術(shù)。

時(shí)分法3D視覺(jué)體驗(yàn)的質(zhì)量取決于鏡片液晶的偏轉(zhuǎn)頻率。要獲得理想的視覺(jué)效果，顯示器至少需要120Hz的刷新率，分配到每只眼睛上的圖像刷新率是60Hz。這樣視網(wǎng)膜影像殘留效應(yīng)，人就很難感覺(jué)出來(lái)，圖像就不覺(jué)閃爍。

⑶不閃式3D 電視方式。不閃式3D使用特殊薄膜分離左右影像來(lái)體現(xiàn)3D影像。把分離左側(cè)影像和右側(cè)影像的特殊薄膜貼在3D電視表面和眼鏡上，通過(guò)電視分離左右影像后同時(shí)送往眼鏡，經(jīng)眼鏡的過(guò)濾，把分離左右影像送到各個(gè)眼睛，大腦再把這兩個(gè)影像合成高清晰3D影像。因?yàn)椴婚W式3D能夠體現(xiàn)1秒鐘240張3D合成影像，沒(méi)有重疊畫(huà)面和拖拉現(xiàn)象，所以不閃式3D也被稱作世界唯一的240赫茲3D電視。

2.2 裸眼3D顯示技術(shù)

目前3D立體顯示技術(shù)，大部分要依賴特制的眼鏡，長(zhǎng)時(shí)間的觀看會(huì)有惡心眩暈等感覺(jué)。舒適度大大降低。由以下這兩種技術(shù)（視差障壁；柱狀透鏡技術(shù)）的基礎(chǔ)上改良而成的裸眼3D顯示技術(shù)能較好解決這些問(wèn)題，代表3D立體顯示技術(shù)發(fā)展前沿。

⑴視差障壁技術(shù)。在顯示器和眼睛之間設(shè)置一個(gè)柵欄式的擋板，就可以改變奇、偶列圖像的光線走向，使之分別送達(dá)左、右眼，形成立體視覺(jué)效果。這種方法的雙眼視圖也是位于屏幕上的奇列和偶列分區(qū)，實(shí)施是用一個(gè)開(kāi)關(guān)液晶屏、偏振膜和高分子液晶層，利用液晶層和偏振膜制造出一系列方向?yàn)?0°的垂直條紋寬幾十微米。通過(guò)它們的光就形成了垂直的細(xì)條柵模式，稱之為“視差障壁”。通過(guò)一系列的縫隙來(lái)觀看奇、偶列圖像，這樣的裝置使左、右眼能分別看到對(duì)應(yīng)的圖像，形成立體視覺(jué)效果。

缺陷：由于視差障壁，亮度會(huì)降低，分辨率也降低，導(dǎo)致清晰度將降低。

⑵柱狀透鏡技術(shù)。在顯示器前面板鑲上一塊柱透鏡板（透鏡板由細(xì)長(zhǎng)的半圓柱透鏡緊密排列構(gòu)成）組成裸眼立體顯示的光學(xué)系統(tǒng)，像素的光線通過(guò)柱透鏡的折射，把視差圖像投射到人的左、右眼，經(jīng)視覺(jué)中樞的立體融合獲得立體感。

優(yōu)點(diǎn)：亮度不受到影響，3D顯示效果更好。

缺點(diǎn)：相關(guān)制造與現(xiàn)有LCD液晶工藝不兼容，需要投資新的設(shè)備和生產(chǎn)線

為了克服上述不足，還有一些改進(jìn)版的新技術(shù)：

⑶MLD技術(shù)—微位相差板法。使用微位相差板改變光的偏極態(tài)來(lái)分離左、右眼視圖。也是使用視差圖像來(lái)實(shí)現(xiàn)立體場(chǎng)景，兩幅圖像分別顯示在奇列分區(qū)和偶列分區(qū)。

優(yōu)點(diǎn)：觀看3D影像時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生眩暈、頭疼及眼睛疲勞；分辨率高；可兼容文字等二維影像和3D影像；可視角度大。

⑷指向光源技術(shù)。這種裸眼立體顯示器在LCD像素后面使用線光源提供背光照明，密集的線光源照明使奇、偶列像素的圖像傳輸路徑產(chǎn)生分離，分離后的視差圖像能分別到達(dá)對(duì)應(yīng)的眼睛.全部像素被分為奇、偶列交錯(cuò)的兩個(gè)顯示單元。用來(lái)顯示具有視差的立體對(duì)圖像。

優(yōu)點(diǎn)：分辨率、透光率較高，能沿用現(xiàn)有的設(shè)計(jì)架構(gòu)，3D顯示效果出色

缺點(diǎn)：技術(shù)產(chǎn)品還不成熟。

2.3 全息影像技術(shù)

人類之所以能感受到立體感是由于人的兩眼視差。根據(jù)這個(gè)原理，可以將3D顯示技術(shù)分為兩種：一種是利用人眼的視差特性產(chǎn)生立體感；另一種則是在空間顯示真實(shí)的3D立體影像，如基于全息影像技術(shù)的立體成像。全息影像是真正的三維立體影像，用戶不需要佩戴帶立體眼鏡或其他任何的輔助設(shè)備，就可以在不同的角度裸眼觀看影像。全息顯示技術(shù)的問(wèn)世給真正的立體三維電視帶來(lái)了希望之光。全息電視與立體電視相比，其優(yōu)越之處不僅僅在于立體三維圖像更接近于物體自身，而且還要從人眼對(duì)物體深度感在生理上的心理暗示來(lái)加以考慮。

⑴3D全息影像技術(shù)簡(jiǎn)介。全息技術(shù)最早是應(yīng)用在照相上的。它實(shí)際上是利用了光的干涉原理。把物體特有的光波資訊記錄在感光材料上，經(jīng)過(guò)顯影定影處理後，得到一張全息圖。這張全息圖上面是沒(méi)有圖像的。要想看到圖像，就是要使光波重現(xiàn)。重現(xiàn)的圖像與原物一模一樣，如同透過(guò)窗口觀看外面的景物一樣。移動(dòng)眼睛可以看到物體的不同側(cè)面。觀看前后不同距離的景物時(shí)，效果更加出色，與看話劇演出沒(méi)什么兩樣。

世界上最酷的透明玻璃電視—CLARO推出了一款以前從未見(jiàn)過(guò)的顯示器——透明玻璃電視，名為“Holoscreen”。它不同于現(xiàn)在的任何一款電視，是全息技術(shù)與視覺(jué)審美的無(wú)瑕結(jié)合的產(chǎn)物。它可以接受所有輸入格式。從電視、DVD、錄影、個(gè)人計(jì)算機(jī)到筆記本，都能使用?？煞Q得上是顯示技術(shù)的大革命。

⑵3D全息影像技術(shù)產(chǎn)品。全息投影3D全息立體投影設(shè)備不是利用數(shù)碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，而是投影設(shè)備將不同角度影像投影至進(jìn)口的MP全息投影膜上，讓你看到不屬于你自身角度的其他圖像，因而實(shí)現(xiàn)了真正的3D全息立體影像，是近期非常流行的技術(shù)?？蓪?shí)現(xiàn)的全息投影從技術(shù)上分為三種。1）空氣投影；2）激光束投影；3）日本公司研制了一種利用激光束來(lái)投射實(shí)體的全息影像投射方法。

以360全息成像為例，是由透明材料制成的四面錐體。當(dāng)觀眾的視線透過(guò)椎體的一個(gè)面時(shí)，通過(guò)表面鏡射和反射，能夠從椎體內(nèi)的空間里看到自由飄浮的影像。

2010年上海世博會(huì)中，多個(gè)國(guó)家館就采用了全息投影技術(shù)，其亦幻亦真的感覺(jué)，帶給人全新的視覺(jué)體驗(yàn)。可以把遠(yuǎn)處的人或物以三維形式投影在空氣之中?！栋⒎策_(dá)》視覺(jué)團(tuán)隊(duì)把這一技術(shù)應(yīng)用在湖南衛(wèi)視2012跨年演唱會(huì)的舞臺(tái)上，不必借助3D眼鏡、IMAX屏幕，如幻似真的奇幻場(chǎng)面就呈現(xiàn)在舞臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)。全息投影技術(shù)本質(zhì)上是通過(guò)空氣或其它特殊的介質(zhì)形成立體的影像，突破了傳統(tǒng)的聲、光、電等介質(zhì)的局限性，成像色彩鮮艷，對(duì)比度、清晰度都非常高，強(qiáng)烈的空間感和透視感是這種技術(shù)最具魅力之處。全息投影有望超越當(dāng)前的各種3D技術(shù)，成為終極立體顯示解決方案。

3 3D技術(shù)發(fā)展前景

在激光全息技術(shù)中，全息顯示技術(shù)由于更接近于人們的日常生活而倍受關(guān)注。它不僅可制出惟妙惟肖的立體三維圖片美化人們的生活，還可將其用于證券、商品防偽、商品廣告、促銷、藝術(shù)圖片、展覽、圖書(shū)插圖與美術(shù)裝潢、包裝、室內(nèi)裝潢、醫(yī)學(xué)、刑偵、物證照相與鑒別、建筑三維成像、科研、教學(xué)、信息交流、人像三維攝影及三維立體影視等眾多領(lǐng)域，近年來(lái)還發(fā)展成為寬幅全息包裝材料而得到了廣泛的應(yīng)用。由于白光再現(xiàn)全息技術(shù)可在白晝自然環(huán)境中或在普通白光照射條件下觀看物體的三維圖像，一直是研究全息技術(shù)的最新發(fā)展及運(yùn)用，期待自身的努力使得全息顯示技術(shù)得到了迅速的發(fā)展。

[參考文獻(xiàn)]

[1]張曉媛.裸眼立體顯示技術(shù)的研究.天津理工大學(xué)碩士學(xué)位論文.