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畢業(yè)論文--3d電影的光學(xué)原理探討_第1頁
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文檔簡介

1、<p>  本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)(論文)任 務(wù) 書</p><p>  題 目:3D電影的光學(xué)原理探討</p><p>  專題題目(若無專題則不填):</p><p>  原始依據(jù)(包括設(shè)計(jì)(論文)的工作基礎(chǔ)、研究條件、應(yīng)用環(huán)境、工作目的等):</p><p>  作為光信息專業(yè)大四的學(xué)生已經(jīng)修讀了工程光學(xué)、物理光學(xué)和信息光學(xué)

2、等專業(yè)課程,對幾何光學(xué)的基本定律、典型的光學(xué)系統(tǒng)、光學(xué)設(shè)計(jì)、光的電磁理論和傅里葉光學(xué)等有了一定的了解。3D電影的光學(xué)原理之一就是基于光的偏振特性,因此學(xué)生有完成此課題的理論基礎(chǔ)。</p><p>  完成此課題一方面要求學(xué)生多查閱相關(guān)文獻(xiàn)書籍,在掌握基本原理的基礎(chǔ)上找到創(chuàng)新點(diǎn);另一方面,要求學(xué)生會(huì)用一些基本的辦公軟件和計(jì)算軟件。這就要求學(xué)生有一臺(tái)電腦能夠上網(wǎng)下載文獻(xiàn)和完成相關(guān)計(jì)算。</p><

3、p>  主要內(nèi)容和要求:(包括設(shè)計(jì)(研究)內(nèi)容、主要指標(biāo)與技術(shù)參數(shù),并根據(jù)課題性質(zhì)對學(xué)生提出具體要求):</p><p>  立體效果好,成本低廉,實(shí)現(xiàn)容易的立體顯示系統(tǒng)是當(dāng)前立體顯示技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。偏振光立體電影技術(shù)以其色彩表現(xiàn)豐富,畫面立體感強(qiáng)烈,觀看方便等優(yōu)點(diǎn)稱為當(dāng)今立體顯示的主流。本文主要研究基于光的偏振特性制作3D電影的光學(xué)原理。</p><p>  要求學(xué)生在理解

4、光的偏振特性基礎(chǔ)上,探討3D電影的光學(xué)原理,找到創(chuàng)新點(diǎn),給出更易實(shí)現(xiàn)的制作或顯示3D電影的方案。鍛煉學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)獨(dú)立完成課題,從文獻(xiàn)檢索、科學(xué)實(shí)驗(yàn)中獲取知識(shí)的能力,提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。</p><p><b>  日程安排:</b></p><p>  2013年1月~3月 確定選題、文獻(xiàn)調(diào)研、開題報(bào)告;</p><p>  2013年4月

5、 撰寫論文,提交一稿、中期檢查</p><p>  2013年5月 修改論文,提交最終定稿,準(zhǔn)備答辯。</p><p>  主要參考文獻(xiàn)和書目:</p><p>  [1] 郁道銀,談恒英 著. 工程光學(xué)(第三版). 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008.</p><p>  [2] 梁銓廷. 物理光學(xué)(第三版). 北京:電子工

6、業(yè)出版社,2010.</p><p>  [3] 周炳琨,高以智,陳倜嶸. 激光原理. 北京:國防工業(yè)出版社,2009.</p><p>  [4] 紀(jì)成剛. 3D電影的成像原理簡介和聲音制作探討. 現(xiàn)代電視技術(shù),2009,23~17.</p><p>  [5] 許磊. 立體影像技術(shù)的研究與實(shí)踐. 碩士學(xué)位論文,2009.</p><p>

7、  [6] 孫世波. 淺析3D立體影像技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展. 科技博覽,2013,1:210.</p><p>  [7] 穆良柱,張海君. 立體影像顯示原理及其技術(shù)進(jìn)展. 物理實(shí)驗(yàn),2008,28(1):9~13.</p><p>  [8] 孫延祿. 關(guān)于圓偏振光在3D立體影像顯示中的應(yīng)用. 現(xiàn)代電影技術(shù),2010,9:24~29.</p><p>  指導(dǎo)教師(簽

8、字): </p><p>  年 月 日</p><p>  注:本表可自主延伸,各專業(yè)根據(jù)需要調(diào)整。</p><p>  本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)(論文)開 題 報(bào) 告</p><p>  題 目:3D電影的光學(xué)原理探討</p><p>  專題題目(若無專題則不填):</p>

9、;<p>  本課題來源及研究現(xiàn)狀:</p><p>  課題來源:自2009年3D電影《阿凡達(dá)》的出現(xiàn),重新掀起了3D電影的熱潮。我們知道3D電影是通過光學(xué)處理的方法,將觀眾帶入三維的世界,觀眾因此才有身臨其境的感覺。作為光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)生,對偏光原理和全息技術(shù)都有一定的了解,將這些光學(xué)知識(shí)應(yīng)用到3D電影的研究上是一個(gè)很好的課題。此為本課題的來源。</p><p>

10、  研究現(xiàn)狀:其實(shí),早在上世紀(jì)50年代就出現(xiàn)了3D技術(shù),只是由于當(dāng)時(shí)技術(shù)不成熟、觀眾反應(yīng)不太好,才一直未得到發(fā)展。如今,隨著科技的進(jìn)步,將3D電影與數(shù)字信號處理相結(jié)合,取得了前所未有的發(fā)展。</p><p>  課題研究目標(biāo)、內(nèi)容、方法和手段:</p><p>  本文嘗試從光學(xué)原理的視角,結(jié)合3D 電影的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀,對3D電影的光學(xué)原理和制作方法以及實(shí)現(xiàn)方式和顯示技術(shù)都進(jìn)行了介紹。著

11、重對光學(xué)原理的光學(xué)參數(shù)、3D電影的實(shí)現(xiàn)過程、裸眼式3D顯示技術(shù)展開探討,并對 3D 電影的發(fā)展前景做出預(yù)測。</p><p>  設(shè)計(jì)(論文)提綱及進(jìn)度安排:</p><p><b>  設(shè)計(jì)提綱:</b></p><p><b>  緒論</b></p><p><b>  研究意義和背

12、景</b></p><p><b>  3D電影的發(fā)展歷程</b></p><p><b>  論文結(jié)構(gòu)</b></p><p>  第二章 3D電影介紹</p><p>  2.1 3D電影簡介</p><p>  2.2 光學(xué)原理</p&

13、gt;<p>  2.3 3D電影的制作方法</p><p>  2.4 本章小結(jié)</p><p>  第三章 3D電影的實(shí)現(xiàn)方式</p><p>  3.1 立體圖像獲取</p><p>  3.2 立體顯示方法</p><p>  3.3 本章小結(jié)</p>&

14、lt;p>  第四章 3D電影顯示技術(shù)</p><p>  4.1 眼鏡式3D技術(shù)</p><p>  4.2 裸眼式3D技術(shù)</p><p>  4.3 本章小結(jié)</p><p>  第五章 總結(jié)與展望</p><p><b>  進(jìn)度安排:</b></p&g

15、t;<p>  2013年1月~3月 確定選題、文獻(xiàn)調(diào)研、開題報(bào)告;</p><p>  2013年4月 撰寫論文,提交一稿、中期檢查</p><p>  2013年5月 修改論文,提交最終定稿,準(zhǔn)備答辯。</p><p>  主要參考文獻(xiàn)和書目:</p><p>  [1] 張應(yīng)均. 基于DMD的3D顯示算

16、法研究. 碩士學(xué)位論文. 2011. 3~5.</p><p>  [2] 梁銓廷. 物理光學(xué)(第三版). 北京:電子工業(yè)出版社. 2010.</p><p>  [3] 周炳琨,高以智,陳倜嶸. 激光原理. 北京:國防工業(yè)出版社. 2009.</p><p>  [4] 紀(jì)成剛. 3D電影的成像原理簡介和聲音制作探討. 現(xiàn)代電視技術(shù). 2009. 23~17.&l

17、t;/p><p>  [5] 許磊. 立體影像技術(shù)的研究與實(shí)踐. 碩士學(xué)位論文. 2009.</p><p>  [6] 孫世波. 淺析3D立體影像技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展. 科技博覽. 2013. 1:210.</p><p>  [7] 穆良柱,張海君. 立體影像顯示原理及其技術(shù)進(jìn)展. 物理實(shí)驗(yàn). 2008. 28(1):9~13.</p><p>

18、  [8] 洪艷,陳佩怡. 3D電影的現(xiàn)狀與問題研究. 重慶郵電大學(xué)學(xué)報(bào),2012:93.</p><p>  [9] 信息技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化. 我國啟動(dòng)立體影像技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化工作. 信息技術(shù). 2009,12.</p><p>  [10] 胡佳寧. 基于立體影像技術(shù)的產(chǎn)品展示設(shè)計(jì)研究. 藝術(shù)探索,2011,25(2).</p><p>  [11] 青云. 全息電視呈現(xiàn)完

19、美立體影像. 知識(shí)就是力量,2012(7).</p><p>  [12] 戴晨光,張永生,黃小波,潘申林. 基于微機(jī)的3維景觀立體顯示技術(shù). 測繪通</p><p>  報(bào). 2002,9:1 8~20.</p><p>  [13] 黃安詳. 空間立體仿真視景的技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)[J]. 系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào). 2001,13(3).</p><p>

20、;  [14] 李銘. 怎樣制作紅青雙色立體影像. 數(shù)字與縮微影像. 2012(3).</p><p>  [15] 王穎鑫. 不只是電視,立體影像的全面進(jìn)化真實(shí)幻境穿梭3D體驗(yàn)第二波.數(shù)碼</p><p>  界,2010,09(8).</p><p>  [16] 李欣. 3D電視探析. 中國有線電視,2012(6).</p><p>&

21、lt;b>  指導(dǎo)教師審核意見:</b></p><p>  教研室主任(簽字): 年 月 日</p><p><b>  注:本表可自主延伸</b></p><p><b>  摘 要</b></p><p>  人類

22、處在三維世界之中,我們的一雙眼睛能夠辨別周圍物體的所處環(huán)境,也能感受這美妙的立體世界。以前,廣泛采用的照相術(shù)和攝影術(shù)只能記錄平面影像,缺乏立體感和真實(shí)感。近年來,3D電影技術(shù)正在迅速發(fā)展。立體效果好、成本低廉、實(shí)現(xiàn)容易的立體顯示系統(tǒng)是當(dāng)前立體顯示技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。如今,3D電影正在朝著這個(gè)方向前進(jìn)。</p><p>  對于 3D 電影的探討,多集中于電影美學(xué)、電影敘事方式、影片類型等領(lǐng)域。本文嘗試從光學(xué)原

23、理的視角,結(jié)合3D 電影的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀,對3D電影的光學(xué)原理和制作方法以及實(shí)現(xiàn)方式和顯示技術(shù)都進(jìn)行了介紹。著重對光學(xué)原理的光學(xué)參數(shù)、3D電影的實(shí)現(xiàn)過程、裸眼式3D顯示技術(shù)展開探討,并對 3D 電影的發(fā)展前景做出預(yù)測。</p><p>  關(guān)鍵詞:三維;3D電影;偏振光;光學(xué)原理;</p><p><b>  視差;光學(xué)全息;</b></p><p

24、><b>  ABSTRACT</b></p><p>  People live in the three-dimensional world, not only can our eyes distinguish the environment of objects around us, but also can feel this wonderful three-dimension

25、al world. Previously, widely used in radiography and tomography plane can only record images, the lack of three-dimensional sense and realism. In recent years, the technology of 3D movie is developing rapidly. Good three

26、-dimensional effect, low cost and easy to implement stereoscopic display system is an important direction that the d</p><p>  For 3D movie discussion, mostly concentrated in film aesthetics, film narrative,

27、film type, etc. This paper attempts to optics perspective, combined with 3D movies Development and Present, optics for 3D movies and production methods, and implementation and display technologies are introduced. Focus e

28、xploring from the optics of the optical parameters, 3D movie of the implementation process, naked-eye 3D display technology, and make predictions for the development of 3D movies.</p><p>  Key words: three-

29、dimensional;3D movie;Polarized light;optical principle; Parallax;optical holography;</p><p><b>  目 錄</b></p><p>  緒論 …….…………………………………………………………. 1</p><p>  1

30、.1 研究意義和背景…………………………………………………… 1</p><p>  3D電影的發(fā)展歷程…………………………………………….. 1</p><p>  1.3 論文結(jié)構(gòu)………………………………………………………………. 3</p><p>  3D電影的光學(xué)原理………………………………………. 4</p><p>

31、  2.1 3D電影簡介…………………………………………………………. 4</p><p>  2.2 光學(xué)原理………………………………………………………………. 4</p><p>  2.2.1 偏光原理……………………………………………………….. 4</p><p>  2.2.2 光學(xué)全息技術(shù)……………………………………………….. 6&l

32、t;/p><p>  2.2.3 光學(xué)參數(shù)……………………………………………………….. 7</p><p>  2.3 3D電影的制作方法……………………………………………… 10</p><p>  2.3.1 偏光眼鏡法……………………………………………………. 10</p><p>  2.3.2 360度全息顯示……………

33、……………………………….. 11</p><p>  2.4 本章小結(jié)………………………………………………………………. 11 </p><p>  第三章 3D電影的實(shí)現(xiàn)方式………………………………….... .12</p><p>  3.1 立體圖像獲取………………………………………………………. 12</p><p>

34、  3.2 立體顯示方法………………………………………………………. 12</p><p>  3.2.1 體式顯示方式……………………………………………….. 13</p><p>  3.2.2 自由立體顯示方式………………………………………… 15</p><p>  3.3 本章小結(jié)………………………………………………………………. 18&l

35、t;/p><p>  第四章 3D電影顯示技術(shù)………………………………………….. 19</p><p>  4.1 眼鏡式3D技術(shù)………………………………………………….. 19</p><p>  4.1.1 色差式3D技術(shù)…………………………………………….. 19</p><p>  4.1.2 快門式3D技術(shù)………

36、……………………………………… 20</p><p>  4.1.3 偏光式3D技術(shù)……………………………………………… 20</p><p>  4.2 裸眼式3D技術(shù)…………………………………………………… 21</p><p>  4.2.1 光屏障式技術(shù)………………………………………………… 21</p><p&g

37、t;  4.2.2 柱狀透鏡技術(shù)………………………………………………… 21</p><p>  4.2.3 指向光源技術(shù)………………………………………………… 22</p><p>  4.3 本章小結(jié)…………………………………………………………….. 22</p><p>  第五章 總結(jié)與展望…………………………………………………

38、23</p><p>  參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………… 24</p><p>  致 謝……………………………………………………………………… 25</p><p><b>  緒論</b></p><p>  1.1 研究意義和背景</p><p&g

39、t;  人類處于三維立體世界之中,用我們明亮的眼睛能夠辨別周圍物體所處的相對空間位置,也能感受這美妙的立體世界。但是,至今廣泛采用的照相術(shù)和攝影術(shù)只能記錄平面影像,缺乏立體感和真實(shí)感。</p><p>  近幾年來,顯示技術(shù)有了飛速的發(fā)展,從電子束顯示CRT到現(xiàn)在的平板、數(shù)碼顯示LCD/LED,變得越來越清晰、準(zhǔn)確、直觀、方便、節(jié)能、信息化,甚至色彩、立體化等。從而也引起三維立體影像(3D電影)的迅猛發(fā)展,三維立

40、體影像是繼二維平面影像的自然演進(jìn)。</p><p>  我們通常所看到的電視、電影大多都是二維空間的,即上下和左右兩個(gè)維度的,我們一般稱之為2D。3D除了上下和左右兩個(gè)維度之外,又增加了一個(gè)新的維度——前后。3D電影不僅具有普通2D電影清晰、直觀等優(yōu)點(diǎn),更引人注目的是,它能讓觀眾有穿越銀幕、身臨其境的感覺。這樣,就可以使觀眾欣賞到一種逼真的、具有空間立體感的視覺效果。這就是顯示技術(shù)朝著立體化、信息化方向發(fā)展的原

41、因,也是3D電影得到迅猛發(fā)展的催動(dòng)力。</p><p>  隨著現(xiàn)代人類生活水平的提高,對物質(zhì)的要求也越來越高,人們希望看到的東西是更貼近生活、更適合自己的故事。因此,在電影這一行業(yè),3D電影無疑是以后發(fā)展的一個(gè)新方向。如果說對3D電影的研究具有很重要的意義,那么對3D電影的光學(xué)原理探討則是重中之重。</p><p>  1.2 3D電影發(fā)展歷程</p><p>

42、  說到3D電影,相信大多數(shù)人并不陌生,因?yàn)槠滹w快的發(fā)展速度,已經(jīng)引起了電影工作者的高度重視。2009年末《阿凡達(dá)》的上映猶如一顆重磅炸彈,使3D這一技術(shù)元素在電影界甚囂塵上。人們被它成熟的CG技術(shù)[1]和完美的3D效果所折服,所有的評論呈現(xiàn)一邊倒的態(tài)勢,以至于在業(yè)界有人把2009年稱為3D元年,《阿凡達(dá)》也成了3D新紀(jì)元的奠基之作。似乎用任何辭藻來形容《阿凡達(dá)》都不為過,它的所有元素,不管是該片導(dǎo)演的十余年打磨一劍,還是近乎完美的CG

43、技術(shù)與真人實(shí)拍相結(jié)合,為影片全新開發(fā)的表情捕捉系統(tǒng)以及成熟的3D顯像技術(shù)、過硬的劇本、巨額影片投資以及空前的票房回報(bào)等,如此種種使《阿凡達(dá)》成為世界電影發(fā)展史上濃墨重彩的一筆。《阿凡達(dá)》已經(jīng)超越了影片本身,它是作為一個(gè)電影事件而存在著。</p><p>  其實(shí),早在上世紀(jì)50年代,就已經(jīng)發(fā)明了立體電影。1922年,世界上第一部3D電影是《愛情的力量》,遺憾的是,影片很早之前就已經(jīng)遺失了。早期的3D電影都是以展示

44、立體效果為主,片中常以指向觀眾的槍、扔向觀眾的物體為噱頭。但由于制作工藝和制作技術(shù)比較落后,導(dǎo)致觀眾感覺看不清楚、頭暈、不太適應(yīng)、沒有舒適感,畫面缺乏真實(shí)感、顏色不是很理想等等各種負(fù)面的評價(jià)。所以由于技術(shù)的不成熟和市場缺少關(guān)注等原因,那個(gè)時(shí)期的3D電影一直未得到普及。近幾年,隨著影視數(shù)字技術(shù)的成熟,3D立體電影有了長足的進(jìn)步,《阿凡達(dá)》就是數(shù)字技術(shù)與3D立體電影相結(jié)合的一個(gè)成功例子。如今,3D電影已經(jīng)進(jìn)入了發(fā)展的黃金期。</p&g

45、t;<p>  2009年11月19日,全國音頻、視頻及多媒體系統(tǒng)與設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)[2]在京舉辦了“立體影像技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研討會(huì)暨研究組成立會(huì)議”,來自國內(nèi)外從事立體影像技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)研發(fā)及應(yīng)用的30多位專家出席會(huì)議。立體影像技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究組的成立將推動(dòng)我國立體影像技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究制定工作的有效開展,加速制定我國立體影像技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。</p><p>  3D電影在國內(nèi)大范圍上映實(shí)際始于2008年的《地心歷險(xiǎn)

46、記》,近在咫尺的細(xì)微生物、呼嘯而過的珍奇異獸、過山車般身臨其境的美妙感覺。其100元的高昂票價(jià)和前所未有的視覺沖擊力,讓該片在有限的80塊3D銀幕放映27周,票房達(dá)6700萬元,平均每塊銀幕票房80萬元。以票房3.2億元的《赤壁》(上)為例,它在3600塊銀幕放映合每塊銀幕票房8萬多元。比較兩部影片,3D電影平均銀幕票房數(shù)是普通影片的10倍!“賣一部電影的票房就收回了放映設(shè)備的投入”,堪稱奇跡。</p><p>

47、  一系列引進(jìn)的3D大片掀起了3D熱潮,國內(nèi)眾多院線紛紛擴(kuò)建、更新放映設(shè)備,力推3D電影。08年中國的3D銀幕數(shù)量還只有86塊,一部《地心歷險(xiǎn)記》6700萬的票房極大的刺激了各院線老板的胃口,紛紛升級3D銀幕和設(shè)備,到暑期《冰河世紀(jì)3》上映之時(shí),中國的3D銀幕數(shù)量已經(jīng)迅速發(fā)展到350塊。《阿凡達(dá)》上映之時(shí),中國的3D銀幕數(shù)量將突破600塊,成為緊隨美國之后的全球第二大3D電影市場。中國3D銀幕數(shù)量2010年的目標(biāo)甚至是1300塊。<

48、;/p><p>  短短一年半時(shí)間,3D銀幕數(shù)翻了近五番,而且這一增速還在持續(xù)。一種是放映機(jī)成本較低,投入幾十萬,但科技含量在眼鏡上,因此一副立體眼鏡的成本就達(dá)到了700元(如今更新?lián)Q代,不少影城已經(jīng)不需押金了);另一種方式,則是眼鏡只有20到30元,但設(shè)備成本高達(dá)幾百萬。只要有數(shù)字銀幕,在此基礎(chǔ)上花20多萬元添加設(shè)備就能放映3D電影,成本不算高,復(fù)制起來非常容易。因此絕大部分影城都采用前者設(shè)備放映3D電影。<

49、/p><p>  中國3D電影市場一不留神成為全球第二,成長速度可謂一日千里。同時(shí),一批優(yōu)秀的影視、動(dòng)畫工作者也投入到了3D電影的制作,開創(chuàng)了國產(chǎn)3D電影的先河。只可惜國產(chǎn)3D電影還不成熟,一方面技術(shù)上不能真正與好萊塢3D效果抗衡,另一方面急功近利的創(chuàng)作不倫不類,這幾部電影進(jìn)入市場幾乎都無一席之地。</p><p><b>  1.3 論文結(jié)構(gòu)</b></p>

50、;<p>  對于3D電影的探討,多集中于電影美學(xué)、電影敘事方式、影片類型等領(lǐng)域。本文在重點(diǎn)探討3D電影光學(xué)原理基礎(chǔ)上,介紹了3D電影的制作和實(shí)現(xiàn)方法,著重對3D電影的顯示技術(shù)展開分析討論,特別是裸眼式顯示技術(shù)。</p><p>  論文主體內(nèi)容分為以下四個(gè)部分:</p><p>  第一部分:第二章主要介紹3D電影和它的光學(xué)原理,光學(xué)原理包含了四個(gè)重要的光學(xué)參數(shù)。最后介紹了

51、3D電影的兩種制作方法,分別是偏光眼鏡法和360度全息顯示法。</p><p>  第二部分:第三章介紹了3D電影的實(shí)現(xiàn)方式和過程,過程包括目標(biāo)立體景象的圖像信息獲取、圖像信息的處理和立體設(shè)備顯示。著重對立體顯示方式展開研究,介紹了體式顯示方式和自由立體顯示方式。</p><p>  第三部分:第四章圍繞著3D電影的顯示技術(shù)展開討論,介紹了兩類顯示技術(shù),分別是眼鏡式和裸眼式技術(shù)。這兩種技術(shù)

52、各有各的優(yōu)缺點(diǎn),眼鏡式技術(shù)雖然效果好,但不方便、不舒服;裸眼式雖不要戴眼鏡,到效果不佳,技術(shù)目前還不成熟。</p><p>  第四部分:第五章主要對前面幾個(gè)章節(jié)的總結(jié),并對3D電影未來發(fā)展方向做出預(yù)測。</p><p>  第二章 3D電影的光學(xué)原理</p><p>  2.1 3D電影簡介</p><p>  3D電影[3][4]即立

53、體電影,其中D是英文Dimension(線度、維)的字頭,3D電影指的是三維立體電影的意思。立體電影是利用人雙眼的視角差和會(huì)聚功能制作的可產(chǎn)生立體效果的電影,出現(xiàn)于1922年。這種電影放映時(shí)兩幅畫面重疊在銀幕上,通過觀眾的特制眼鏡或幕前輻射狀半錐形透鏡光柵,使觀眾左眼看到從左視角拍攝的畫面,右眼看到從右視角拍攝的畫面,通過雙眼的會(huì)聚功能,合成為立體視覺影像。人眼能感覺到景物的立體感是因?yàn)榫拔锓謩e在左右眼視網(wǎng)膜上成像。所有類型的立體顯示系

54、統(tǒng)都是模擬人眼觀察物體的方式拍攝片源,然后通過各種分光技術(shù)分別投射視差片源到人的左右眼。</p><p>  3D電影同我們通??吹钠胀娪安煌幵谟冢浩胀娪埃ㄒ卜Q2D電影)畫面只有上下和左右兩個(gè)維度,3D電影除了上下和左右兩個(gè)維度之外,又增加了一個(gè)新的維度——前后。這樣,觀眾在觀看3D電影時(shí)就能體會(huì)到一種逼真的、具有空間立體感的視覺效果。 </p><p><b>  2.

55、2 光學(xué)原理</b></p><p>  2.2.1 偏光原理</p><p>  3 D多是利用偏光原理[5][6]:人的兩眼分開約6cm,兩只眼睛除了瞄準(zhǔn)正前方以外,看任何一樣?xùn)|西,兩眼的角度都不會(huì)相同。雖然差距很小,但經(jīng)視網(wǎng)膜傳到大腦里,大腦就用這微小的差距,產(chǎn)生遠(yuǎn)近的深度,從而產(chǎn)生立體感。一只眼睛雖然能看到物體,但對物體遠(yuǎn)近的距離卻不易分辨。根據(jù)這一原理,如果把同一

56、景像,用兩只眼睛視角的差距制造出兩個(gè)影像,然后讓兩只眼睛一邊一個(gè),各看到自己一邊的影像,透過視網(wǎng)膜就可以使大腦產(chǎn)生景深的立體感。</p><p>  簡而言之,兩眼的視差是產(chǎn)生立體視覺的主要因素。人的大腦產(chǎn)生立體視覺主要是通過兩只眼睛來實(shí)現(xiàn)的,如下圖2-1所示,人的雙眼間距大約為60mm,幾乎處于平行的位置。觀察外界景物時(shí),在每只眼睛的視網(wǎng)膜上都形成一個(gè)獨(dú)立的圖像,這兩幅圖像大部分重疊,而只存在一些微小的差別,這

57、種差別即視差。具有視差的兩幅圖像所引起的神經(jīng)沖動(dòng)傳送到大腦的視覺皮層,由皮層的融合作用形成一個(gè)具有立體的視覺影像。</p><p>  圖2-1 視差的產(chǎn)生</p><p>  雙目立體視覺模型如下圖2-2所示,用來表征人眼的視差立體形成過程。</p><p>  圖2-2 雙目立體視覺模型</p><p>  由于人的雙眼在觀看物體時(shí)絕大多

58、數(shù)時(shí)間總是處于水平位置,因此在成像模型中以單一的點(diǎn)來表征物體,并且假定成像的高度在左右眼中是一樣的。圖2-2中的是立體空間的坐標(biāo)系,和分別是左眼和右眼的位置,和分別是左右眼的像平面坐標(biāo)系.設(shè)d為人的雙眼瞳距,則,(f為瞳孔的成像焦距)??臻g點(diǎn)P(X,Y,Z)關(guān)于在投影為,關(guān)于在中的投影為,則有:</p><p><b> ?。?-1)</b></p><p><

59、b>  可以計(jì)算出坐標(biāo):</b></p><p><b> ?。?-2)</b></p><p><b>  圖像的視差:</b></p><p><b> ?。?-3)</b></p><p><b>  視角:</b></p&g

60、t;<p><b> ?。?-4)</b></p><p>  由(2-3)式可知,物體在雙眼中成相視差S與物體到眼睛垂直距離Z成反比物體離眼睛越遠(yuǎn),視差S越小,視角也越小。當(dāng)物體離眼睛足夠遠(yuǎn)時(shí),視差和視角變得非常微小,即是零視差的情況,這時(shí)眼睛感覺不到立體感。</p><p>  2.2.2 光學(xué)全息</p><p>  上面

61、講到了3D電影的最基本原理偏光原理,此原理是應(yīng)用最為廣泛、比較容易實(shí)現(xiàn)的。其實(shí)3D電影還可以通過另外一種光學(xué)技術(shù)來實(shí)現(xiàn),那就是光學(xué)全息技術(shù)。我們通常在電影院看到的3D電影都是根據(jù)偏光原理制作的,雖然立體效果很好,但觀眾必須佩帶特制的偏光眼鏡。而根據(jù)光學(xué)全息技術(shù)制作的3D電影,裸眼就能實(shí)現(xiàn),而且還能對拍攝的景物進(jìn)行360度的觀看。既方便、直觀,攜帶信息量又大。</p><p><b>  1.全息簡介&l

62、t;/b></p><p>  全息技術(shù)是利用干涉和衍射原理記錄并再現(xiàn)物體真實(shí)的三維圖像技術(shù)?!叭ⅰ眮碜韵ED字“holos”,意即完全的信息——不僅包括光的振幅信息,還包括位相信息。利用干涉原理,將物光波前以干涉條紋的形式記錄下來,由于物光波前的振幅和位相即全部信息都儲(chǔ)存在記錄介質(zhì)中,故被稱為“全息圖”。光波照明全息圖,由于衍射效應(yīng)能再現(xiàn)出原始物光波,該光波將產(chǎn)生包含物體全部信息的三維像。這個(gè)波前記錄和再

63、現(xiàn)的過程就是全息技術(shù)。</p><p>  2.波前記錄和再現(xiàn)[7]</p><p><b> ?。?)波前記錄</b></p><p>  記錄介質(zhì)只對光強(qiáng)有響應(yīng),不能記錄波前攜帶的位相信息,只有使位相的空間調(diào)制轉(zhuǎn)換為強(qiáng)度的空間調(diào)制才可能實(shí)現(xiàn)完整信息的波前記錄——干涉法可實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)換。</p><p>  圖2-3

64、波前記錄</p><p>  如圖2-3所示,假定記錄介質(zhì)H位于平面上,物光波前在H上產(chǎn)生的復(fù)振幅分布為: (2-5)</p><p>  引入相干的參考波,它在H上產(chǎn)生的復(fù)振幅分布為:</p><p><b> ?。?-6)</b></p>&l

65、t;p>  上兩式中,和分別表示物波和參考波的振幅分布,和分別表示物波和參考波的位相分布,它們都是實(shí)函數(shù)。H上總光場為:</p><p><b>  (2-7)</b></p><p><b>  強(qiáng)度分布為:</b></p><p><b> ?。?-8)</b></p><

66、;p>  全息圖實(shí)際上就是一副干涉圖,第三項(xiàng)是干涉項(xiàng),在干涉條紋的幅值以及條紋位置信息中包含有物光振幅和位相的信息,它們分別受到參考光振幅和位相的調(diào)制。</p><p><b> ?。?)波前再現(xiàn)</b></p><p>  用一束相干光波(通常選球面波和平面波)照射全息圖,假定它在全息圖面上的復(fù)振幅分布為,則透過全息圖的光場為:</p><

67、p><b> ?。?-9)</b></p><p>  前的系數(shù)表示常量,只改變照明光振幅;表示物光波單獨(dú)存在時(shí)在底片產(chǎn)生的不均勻光強(qiáng);指振幅受到調(diào)制的照明光波,產(chǎn)生離散雜光。當(dāng)時(shí),,是原來物波波前的準(zhǔn)確再現(xiàn),觀察到的是物體的虛像,為全息圖衍射場中的+1級波;當(dāng)時(shí),,是發(fā)生變形的物光波,觀察到的是物體的實(shí)像,為全息圖衍射場中的-1級波;當(dāng),,,分別產(chǎn)生虛像和實(shí)像,虛像發(fā)生變形,實(shí)像不變

68、形。(見圖2-4)</p><p> ?。╝)用原參考波照明 (b)用共軛參考波照明</p><p>  圖2-4 波前再現(xiàn)</p><p>  2.2.3 光學(xué)參數(shù)</p><p>  下面介紹幾個(gè)3D電影光學(xué)原理中常用到的幾個(gè)參數(shù)[6][8]:</p><p><b>  1

69、.光角</b></p><p>  由圖2-3所示,不難看出“目標(biāo)物體1”與兩眼所成的夾角,會(huì)比“目標(biāo)物體2”與兩眼所成的夾角大。</p><p>  圖2-5 光角示意圖</p><p>  顯然,“目標(biāo)物體1”比“目標(biāo)物體2”更靠近眼睛。在物理學(xué)上我們把和稱之為光角,即物體與兩眼所形成的角度。利用光角可以判斷物體的遠(yuǎn)近。</p><

70、;p><b>  2.視角</b></p><p>  立體影像的光學(xué)原理中另外一個(gè)比較重要的參數(shù)是視角,即物體的高度與眼睛所成的角度。利用視角可以判斷物體的大小,視角越大,則物體也越大。如圖2-4中,物體1比物體2小,其視角比視角小。</p><p>  圖2-6 視角示意圖</p><p>  光角與視角的最大區(qū)別,在于光角的形成必須

71、要兩眼才行;而視角的形成只需單眼即可。光角可以判斷物體的遠(yuǎn)近(層次、深度);而視角則可以判斷物體的大小。我們可以很清楚地分辨出二者的差異性,同時(shí)要看到物體的深度,就必須依賴我們的雙眼不可。</p><p><b>  3.視差</b></p><p>  視差是透過雙眼各自所看到目標(biāo)物體位置的差異性,是指在兩眼視網(wǎng)膜上成像的位差,如圖2-5所示。就是因?yàn)橛辛艘暡?,才?/p>

72、賦予立體影像有深度、層次的空間感。在圖中可以看出,光角越大視差也越大。但視差不易太大,否則會(huì)造成眼睛不舒服。可為了增加立體效果,一般會(huì)將視差加大。</p><p><b>  圖2-7 示意圖</b></p><p>  根據(jù)人眼看景物的近、中、遠(yuǎn)三個(gè)不同的層次,如圖2-6可將視差分為以下三類:</p><p> ?。?)非交錯(cuò)視差:兩眼焦點(diǎn)視

73、線在屏幕前沒有任何交叉情況,此時(shí)其影像將會(huì)呈現(xiàn)在屏幕后。</p><p> ?。?)零視差:兩眼焦點(diǎn)視線的交叉點(diǎn)剛好落在屏幕上,此時(shí)其影像將會(huì)呈現(xiàn)在屏幕上。</p><p> ?。?)交錯(cuò)視差:兩眼焦點(diǎn)視線在屏幕前有交叉情況,則其影像將會(huì)呈現(xiàn)在屏幕前的交叉點(diǎn)上。</p><p><b>  圖2-8 視差分類</b></p>&l

74、t;p><b>  4.深度</b></p><p>  立體影像中的深度即指場景中各點(diǎn)相對于攝像機(jī)的距離。下面結(jié)合深度示意圖推導(dǎo)出深度的計(jì)算公式:</p><p>  圖2-9 深度示意圖</p><p>  在圖2-7中,F(xiàn)是攝像機(jī)的焦距,是物點(diǎn)P在左攝像機(jī)中成像的位置,是物點(diǎn)P在右攝像機(jī)中成像的位置,B是基線距離。場景點(diǎn)P在左、右圖

75、像平面中的投影點(diǎn)分別為P左和P右,假設(shè)坐標(biāo)系原點(diǎn)與左透鏡中心重合,比較相似三角形和得到:</p><p><b> ?。?-5)</b></p><p>  同理,由相似三角形和得到:</p><p><b> ?。?-6)</b></p><p>  合并(2-5)和(2-6)兩式得:</p

76、><p><b>  (2-7)</b></p><p>  由上面推導(dǎo)可知各種場景中的深度信息與視差成反比,與基線和焦距成正比。</p><p>  2.3 3D電影的制作方法</p><p>  根據(jù)以上介紹的兩種3D電影的光學(xué)原理,可以將3D電影的制作分為偏光眼鏡法和360度全息顯示法。偏光眼鏡法是利用偏光原理制作的

77、,需要觀眾佩戴偏光眼鏡才能感受到3D的立體效果;360度全息顯示法是利用光學(xué)全息制作的,觀眾無須佩戴眼鏡,就能全方位的感受3D的立體效果。</p><p>  2.3.1 偏光眼鏡法</p><p>  3D立體電影有多種制作方式,其中較為廣泛采用的是偏光眼鏡法[3]。依據(jù)人眼觀察景物的方法,利用兩臺(tái)并列安置的攝影機(jī),分別代表人的左、右眼,同步拍攝出兩條略帶水平視差的畫面。放映時(shí),將兩條

78、電影膠片分別裝入左、右放映機(jī),分別播放出左眼和右眼的畫面。每臺(tái)放映機(jī)前端裝有改變光線相位的偏振片。同時(shí),兩臺(tái)放映機(jī)前面有一個(gè)周期轉(zhuǎn)動(dòng)的遮光板,通過遮光板的轉(zhuǎn)動(dòng),將放映機(jī)輸出的每秒24格畫面提升至每秒48格。由于左右放映機(jī)的遮光板有相位差,左右眼的圖像是交替出現(xiàn)的,到達(dá)觀眾的眼中,就成為每秒 96 格的立體圖像了。兩臺(tái)放映機(jī)同步運(yùn)轉(zhuǎn),同時(shí)將畫面投放在金屬銀幕上,形成左右像雙影。當(dāng)觀眾戴上特制的偏光眼鏡時(shí),由于左、右兩片偏光鏡的偏振軸互相垂

79、直,并與放映鏡頭前的偏振軸一致,致使觀眾的左眼只能看到左像、右眼只能看到右像,通過雙眼匯聚功能將左、右像疊加在視網(wǎng)膜上,由大腦神經(jīng)產(chǎn)生三維立體的視覺效果,展現(xiàn)出一幅幅連貫的立體畫面,使觀眾感到景物撲面而來、或進(jìn)入銀幕深凹處。但是,由于膠片放映的穩(wěn)定性較差,長時(shí)間觀看這樣的影片,會(huì)感覺到頭暈等不適。所以,長期以來3D立體電影一直是以特種電影的形式存在。</p><p>  2.3.2 360度全息</p&g

80、t;<p>  360度全息顯示[9]:它是由南加利福尼亞大學(xué)創(chuàng)新科技研究院的研究人員目前宣布他們成功研制的,這種技術(shù)是將圖像投影在一種高速旋轉(zhuǎn)的鏡子上從而實(shí)現(xiàn)三維圖像,只是會(huì)有些危險(xiǎn)。可以說這些技術(shù)很多國家都在研制,毫不夸張的說這項(xiàng)技術(shù)它包含了未來,誰最先使用這項(xiàng)技術(shù),誰就最先走入未來的先進(jìn)技術(shù)行列。全息投影技術(shù)是全息攝影技術(shù)的逆向展示,本質(zhì)上是通過在空氣或者特殊的立體鏡片上形成立體的影像。不同于平面銀幕投影僅僅在二維表

81、面通過透視、陰影等效果實(shí)現(xiàn)立體感,全息投影技術(shù)是真正呈現(xiàn)3D的影像,可以從360°的任何角度觀看影像的不同側(cè)面。</p><p><b>  2.4 本章小結(jié)</b></p><p>  本章主要介紹了3D電影的概念,在此基礎(chǔ)上探討了3D電影的光學(xué)原理,主要有偏光原理和光學(xué)全息技術(shù)。并就光學(xué)原理里面講到了幾個(gè)重要的光學(xué)參數(shù),光角、視角、視差及深度進(jìn)行了討論

82、,它們之間都是相互聯(lián)系的,可以相互推導(dǎo)的。最后,簡單介紹了3D電影的兩種制作方法。</p><p>  第三章 3D電影的實(shí)現(xiàn)方式</p><p>  3D電影的實(shí)現(xiàn)過程[5]是把客觀存在或虛擬的立體場景在特定的時(shí)間和地點(diǎn)呈現(xiàn)出來,其過程包括目標(biāo)圖像信息的獲取,圖像信息的儲(chǔ)存和處理,圖像信息的重現(xiàn)三個(gè)環(huán)節(jié),如圖3-1所示。</p><p>  圖3-1 3D電影的

83、實(shí)現(xiàn)過程</p><p>  3.1 立體圖像獲取</p><p>  由雙目立體視覺原理可知,要想產(chǎn)生立體感,立體圖像必須包含至少一對具有一定視差的立體圖像對,即一對左眼圖像和右眼圖像,并且這種視差要符合人眼的生理結(jié)構(gòu)。立體圖像的來源有三種:</p><p><b>  1.多相機(jī)拍攝</b></p><p>  多

84、相機(jī)拍攝中最簡單的方法是雙目攝像機(jī)拍攝。兩臺(tái)攝像機(jī)的角度和距離模仿人的雙眼,拍攝產(chǎn)生具有一對視差的左眼圖像和右眼圖像,然后編碼成視頻信號儲(chǔ)存起來。</p><p><b>  2.立體掃描</b></p><p>  立體掃描可以從多個(gè)角度記錄立體信息,并儲(chǔ)存在特定的介質(zhì)中,如光學(xué)全息成像等。與多相機(jī)拍攝不同,通過立體掃描觀看者可以在任何角度看到立體效果。</p

85、><p><b>  3.軟件生成</b></p><p>  軟件生成是利用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù),通過某個(gè)具體的立體建模軟件生成立體場景。現(xiàn)在主流的立體軟件有3D Studio,Maya等。</p><p>  3.2 立體顯示方法</p><p>  根據(jù)人眼立體視覺原理,形成人工立體視覺必須具備以下3個(gè)條件:</

86、p><p>  1.輸出的兩幅圖像必須有一定的左右視差;</p><p>  2.左右眼必須分別觀察到左眼圖像和右眼圖像,即實(shí)現(xiàn)“分像";</p><p>  3.兩幅圖像所放置的位置必須使相應(yīng)視線成對相交,消除上下視差;</p><p>  由以上3個(gè)條件我們可將人工立體顯示方法分為兩大類:體視顯示方式(Stereoscopic Di

87、splay)與自由顯示方式(Autostereoscopic Display)。體視顯示方式借助眼鏡、頭盔等設(shè)備,使人的雙眼同時(shí)分別看到具有視差的立體圖像對,以形成立體視覺;而自由顯示方式大都采用光學(xué)板,觀看者不需要佩戴輔助設(shè)備就能看到立體影像。</p><p>  3.2.1 體式顯示方式</p><p>  體式顯示方式的立體實(shí)現(xiàn)主要有三種:分時(shí)法,分光法和分色法。這三種方式都需要通

88、過播放平臺(tái)將左眼圖像和右眼圖像分離再顯示,觀看者在觀看時(shí)佩戴相應(yīng)眼鏡,使左右眼分別接收到左眼圖片和右眼圖片。</p><p><b>  1.分時(shí)法</b></p><p>  分時(shí)法也稱為液晶閃閉法,如圖3-2所示。該方法是指將左右圖像按幀(場)序交替顯示,通過單一顯示器用液晶閑閉的方式實(shí)現(xiàn)圖像分像。顯示過程中,顯示屏上沿水平方向交替顯示兩幅具有視差的立體圖像對。觀

89、看者佩戴液晶眼鏡,液晶眼鏡上設(shè)置有液晶快門,液晶快門受邏輯控制電路中紅外信號控制,該紅外信號與顯示器交替顯示左右眼圖像對的信號同步。在顯示器顯示左眼圖像期間,紅外信號控制液晶眼鏡打開左跟液晶快門并同時(shí)關(guān)閉右眼液晶快門;在顯示器顯示右眼圖像期間,紅外信號控制液晶眼鏡打開右眼液晶快門并同時(shí)關(guān)閉左眼液晶快門。左右液晶快門以高頻率交替開關(guān),由于人眼的視覺延遲作用,觀看者就可以觀看到立體圖像。</p><p>  圖3-2

90、 分時(shí)法演示圖</p><p>  這種方式是通過對視頻信號處理讓左右眼畫面交替顯示,然后以特定頻率的同步信號控制液晶眼鏡。因此,從液晶眼鏡看顯示器時(shí)。顯示器的當(dāng)前刷新率除以2才是通過液晶眼鏡看到的實(shí)際刷新率。如果眼鏡中左右眼的畫面刷新速度不夠快,顯示畫面會(huì)出現(xiàn)明顯閃爍,這將導(dǎo)致觀看者眼部不適合和頭暈。當(dāng)顯示器每秒刷新120次(120 Hz),左眼和右眼每秒分別可以看到每秒60幅(60Hz)的畫面,這時(shí)候人眼才會(huì)

91、覺得畫面沒有太大的閃爍。人眼基本可以接受。然而,對于習(xí)慣了85 Hz刷新率的人來說,顯示器要達(dá)到170 Hz的刷新頻率才可阻實(shí)現(xiàn)液晶眼鏡中的85Hz。所以,在使用這種液晶眼鏡的時(shí)候,要求顯示器的垂直刷新率至少達(dá)到120Hz。如果是在計(jì)算機(jī)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn),則要求顯示卡必須能夠快速交替顯示左右圖像,因此,液晶閃閉法對顯示設(shè)備的要求較高。</p><p><b>  2.分色法</b></p&g

92、t;<p>  分色法是將左眼圖片和右眼圖片分別用不同顏色顯示[10],觀看者佩戴相應(yīng)的補(bǔ)色眼鏡觀察。分色法最常用的是紅綠模式,實(shí)現(xiàn)過程如下:將左右眼圖片分別用紅色和綠色顯示,觀看帶上紅綠眼鏡后,紅色鏡片濾掉綠色圖像,綠色鏡片濾掉紅色圖像,這樣就保證人的左右眼分別接收到左眼和右眼圖像。</p><p>  紅綠分色實(shí)現(xiàn)立體的方法成本低廉,實(shí)現(xiàn)容易,觀看者只需佩戴紅綠濾光片,觀看方便。分色立體技術(shù)早期

93、應(yīng)用于印刷品,立體照片等靜態(tài)顯示。隨著計(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù)的提高,分色技術(shù)可應(yīng)用于動(dòng)態(tài)立體顯示,即將立體視頻流里的左右眼圖像分別渲染成不同顏色,觀看者通過佩戴相應(yīng)補(bǔ)色眼鏡觀察獲得立體感。分色法的缺陷是觀看者只能觀察到單調(diào)的兩種顏色,色彩表現(xiàn)不夠豐富。</p><p><b>  3.分光法</b></p><p>  分光法立體顯示系統(tǒng)是基于偏振光平臺(tái)的[11]。偏振光

94、是具有偏振特性的光,它的振動(dòng)方向固定在一個(gè)平面內(nèi)的。由于偏振片的“起偏’’特性,只允許和起偏方向一致的光通過,如3-3圖所示。因此,當(dāng)自然光通過偏振片時(shí),就變成了偏振光。</p><p>  圖3-3 分光法演示圖</p><p>  利用偏振光的這一特性,讓投射左眼圖片和右眼圖片的光分別經(jīng)過相互正交的偏振片,觀看者帶上相應(yīng)的偏振眼鏡后,由于偏振眼鏡的“檢偏作用”,左眼和右眼分別接受到左眼

95、圖片和右眼圖片,再經(jīng)過大腦合成,可產(chǎn)生立體感。偏振光立體電影原理如圖3-4所示。偏振光除了水平極化和垂直極化外,還有互為正交的斜極化偏振和互為旋轉(zhuǎn)的圓極化偏振。</p><p>  圖3-4 偏振光立體電影原理</p><p>  偏振分光立體顯示方式色彩表現(xiàn)豐富,立體效果顯著,觀看著只需佩戴輕便的偏振光眼鏡即可觀看到立體效果。當(dāng)前電影院,博物館,展覽館等大型場合的3D實(shí)現(xiàn)均采用此種方式。

96、但由于需要采用具有非去極化性能的金屬屏幕,因此成本比較昂貴。</p><p>  4.三種實(shí)現(xiàn)方法的對比,如表3-1所示。</p><p>  表3-1 三種體式顯示方式對比</p><p>  由表3-1可知,綜合立體效果,畫面色彩,人眼舒適度和系統(tǒng)成本等因素,分光立體顯示技術(shù)優(yōu)勢顯著。因此,偏振光立體顯示系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用。</p><p&

97、gt;  3.2.2 自由立體顯示方式</p><p>  自由立體顯示方式是通過柱面鏡、視差柵、全息屏和菲涅耳透鏡等光學(xué)板,來產(chǎn)生具有立體感的視覺區(qū)域。在視覺區(qū)域內(nèi),觀看者無需佩戴立體眼鏡即可觀察到立體效果。自由立體顯示方式又分為線光源照明法和多視圖顯示(視差照明)法。</p><p><b>  1.線光源照明法</b></p><p>

98、  線光源照明法是在立體顯示器LCD或TFT的像素層后使用一系列并排的線狀光源給像素提供背光照明,線光源寬度極小且與顯示器的列像素平行。背光照明使整個(gè)顯示器的奇列像素和偶列像素傳播路徑分離,在可視區(qū)內(nèi)保證觀察者左眼接收到奇列像素組成的圖像,右眼接收到偶列像素觀察的圖像。</p><p>  圖3-5是線光源照明法的示意圖,為照明層和像素層的距離,P為顯示器像素間距,L為顯示器到人眼的距離,E為瞳孔距離,為視場分離

99、角。線光源,相鄰兩列像素和眼睛的位置構(gòu)成了兩個(gè)相似三角形,各參數(shù)有如下關(guān)系:</p><p><b> ?。?-1)</b></p><p><b>  (3-2)</b></p><p>  對于標(biāo)準(zhǔn)的TFT或LCD顯示屏來說,像素間距P為一常數(shù),可通過改變線光源間距,像素與線光源偏移量和L,等參數(shù)調(diào)節(jié)立體效果,經(jīng)驗(yàn)值一

100、般取=4P-10P。</p><p>  圖3-5 線光源照明法原理圖</p><p>  根據(jù)此方法立體顯示原理可知,左眼圖片和右眼圖片分別顯示在顯示器的奇行像素區(qū)和偶行像素區(qū)(分別成L區(qū)和R區(qū)),因此,立體片源制作過程如圖3-6所示:首先得到左右并列顯示的左眼和右眼圖片(a),再把左眼圖片按像素列離散化,使之分離成梳狀映射到L區(qū)(b),同樣再把右眼圖片按像素列離散化,使之分離成梳狀映射

101、到R區(qū),此時(shí)左眼圖像和右眼圖像在屏幕上是交錯(cuò)分布的(C)。</p><p>  圖3-6 線光源照明法立體圖的制作</p><p>  2.多視圖顯示系統(tǒng)(光柵遮擋法)</p><p>  多視圖顯示系統(tǒng)由平面顯示面板和視差柵板組成,利用視差柵的分光作用進(jìn)行立體顯示。原理如圖3-7所示,首先將觀察目標(biāo)用4臺(tái)攝像機(jī)從連續(xù)的四個(gè)角度進(jìn)行曝光,每相鄰的兩臺(tái)攝像機(jī)模仿人的

102、雙眼組成一對雙目攝像機(jī),得到的圖片經(jīng)過圖像轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后在平面顯示面扳上形成多視圖。視差柵板選用垂直視差柵,其遮擋方向與圖像的列像素平行。多視圖經(jīng)過視差柵板的遮擋,形成多視圖區(qū)域。在多視圖區(qū)域內(nèi),人的雙跟可同時(shí)觀察到兩幅子畫面,如果這兩幅子畫面是相鄰的攝像機(jī)拍攝得到,根據(jù)立體視覺原理,人可以感覺到立體效果。</p><p>  圖3-7 多視圖顯示系統(tǒng)(四相機(jī))</p><p>  若要實(shí)

103、現(xiàn)右眼看到顯示屏上全部的奇像素列所構(gòu)成的圖像,而看不到顯示屏上任何偶像素列,左眼只看到顯示屏上全部的偶像素列所構(gòu)成的圖像,而看不到顯示屏上任何奇像素列,還必須正確地配置立體顯示器的結(jié)構(gòu)參數(shù)。對于特定的LCD屏,還必須確立像素尺寸、水平顯示分辨率、光柵板柵距、隙縫寬度、像素平面與照明板之間的距離等結(jié)構(gòu)參數(shù)與人眼兩瞳孔之間的距離、立體視帶與顯示屏之間的距離、視區(qū)尺寸等立體視覺性能參數(shù)之間的關(guān)系。</p><p>  

104、這種采用垂直視差(圖3-8)的現(xiàn)實(shí)方式是以犧牲水平分辨率為代價(jià)的,成像的時(shí)候水平分辨率將大幅下降,而垂直分辨率卻沒有變化,顯示圖像嚴(yán)重失真。為了克服這一缺陷而采用光屏障式技術(shù)(圖3-9)技術(shù)[12],該技術(shù)與垂直視差柵相比,其遮擋方式為矩形塊,而不是條狀,這樣可保證圖像水平分辨率和垂直分辨率一致。</p><p>  圖3-8 垂直視差 圖3-9光屏障式技術(shù)<

105、/p><p><b>  3.3 本章小結(jié)</b></p><p>  我們知道3D電影原理和制作方法之后,需要了解它的實(shí)現(xiàn)方式和過程。本章主要研究3D電影的實(shí)現(xiàn)方式和過程,其過程包括目標(biāo)物體的圖像信息獲取、圖像信息處理和立體設(shè)備顯示。著重對立體設(shè)備顯示方式展開研究,介紹了體式顯示方式和自由立體顯示方式兩種。</p><p>  第四章 3D電

106、影顯示技術(shù)</p><p>  隨著廣大消費(fèi)者對3D顯示需求的增加,各種各樣的3D技術(shù)也在不斷發(fā)展。3D顯示技術(shù)[13][14][16]主要可以分為裸眼式和眼鏡式,裸眼式3D技術(shù)目前主要應(yīng)用在工業(yè)商用顯示市場,如3D廣告牌;眼鏡式3D技術(shù)則集中于消費(fèi)級市場,如此次流行的3D《阿凡達(dá)》普遍采用的是眼鏡式3D技術(shù)。眼鏡式3D技術(shù)可分為色差式、快門式和偏光式三種,而裸眼式3D技術(shù)可分為透鏡陣列、屏障柵欄和指向光源三種,

107、每種技術(shù)的原理和成像效果都有一定的差別。</p><p>  4.1 眼睛式3D技術(shù)</p><p>  目前市場上的3D電影,幾乎都是眼鏡式顯示技術(shù),就是說觀眾在觀看電影時(shí)必須戴上特制的眼鏡,才能體會(huì)到3D的立體效果。之所以采用這種技術(shù),是因?yàn)檠坨R式顯示技術(shù)比裸眼式顯示技術(shù)效果更好。眼鏡式3D技術(shù)可分為三類:色差式、快門式和偏光式,下面簡單介紹一下。</p><p&

108、gt;  4.1.1 色差式3D技術(shù)</p><p>  色差式技術(shù)使用的是被動(dòng)式紅-藍(lán)(或者紅-綠、紅-青)濾色技術(shù)。這種技術(shù)歷史悠久,成像原理簡單,實(shí)現(xiàn)成本相當(dāng)?shù)土坨R成本僅為幾塊錢,但是獲得的3D效果也是最差的。色差式3D先使用兩種不同顏色的濾光片對左右視角圖像進(jìn)行畫面濾光,然后疊加到一個(gè)顯示平面上。觀看者使用色差3D眼鏡濾光后所看到的左右眼圖像分別對應(yīng)原來的左右視角圖像,從而形成3D立體的效果。這樣的

109、方法會(huì)大幅降低亮度,并且容易使畫面邊緣產(chǎn)生偏色。</p><p>  色差式技術(shù)雖然效果不是很好,但成本低廉、容易實(shí)現(xiàn),自己在家就可以制作,因此應(yīng)用還是比較廣泛。下面通過圖4-1介紹一下6步完成立體眼鏡的制作過程[15]。</p><p>  圖4-1 六步制作立體眼鏡</p><p>  4.1.2 快門式3D技術(shù)</p><p>  

110、快門式技術(shù)將LCD技術(shù)應(yīng)用到3D眼鏡鏡片上。這種3D技術(shù)因?yàn)樵陔娨暫屯队皺C(jī)上應(yīng)用得最為廣泛,資源相對較多,而且3D效果出色,受到很多廠商推崇和采用,不過其匹配的3D眼鏡價(jià)格較高。主動(dòng)快門式3D主要是通過LCD技術(shù)控制鏡片透光率來實(shí)現(xiàn)3D效果。當(dāng)3D信號輸入到顯示設(shè)備(諸如顯示器、投影機(jī)等)后,圖像以左右?guī)惶娴姆绞斤@示。通過紅外發(fā)射器將這個(gè)幀同步信號傳輸出去,負(fù)責(zé)接收的3D眼鏡根據(jù)同步信號控制左右鏡片的開關(guān),實(shí)現(xiàn)左右眼看到各自對應(yīng)的圖像

111、。由于左右眼看到的圖像快速切換,因此在大腦中產(chǎn)生錯(cuò)覺,便觀看到立體影像。用于人眼的反應(yīng)速度有限,只要刷新率足夠高,人眼就感覺不到鏡片開關(guān)帶來的閃爍??扉T式3D技術(shù)能夠保持畫面的原始分辨率,且不受視角視距和佩戴姿勢影響,因此能獲得很好的3D效果。</p><p>  4.1.3 偏光式3D技術(shù)</p><p>  偏光式技術(shù)使用的是被動(dòng)式偏振光技術(shù)。偏光式3D技術(shù)的圖像效果比色差式好,而且

112、眼鏡成本也不算太高,目前電影院普遍采用的即是該類技術(shù)。偏光式3D是利用光線有“振動(dòng)方向”的原理來分解原始圖像的,在顯示時(shí)會(huì)送出垂直方向偏振光和水平方向偏振光兩組畫面,然后3D眼鏡左右分別采用不同偏振方向的偏光鏡片,這樣人的左右眼就能接收兩組畫面,呈現(xiàn)立體影像。在偏光式3D系統(tǒng)中,目前市場中較為主流的有RealD 3D系統(tǒng)、MasterImage3D、杜比3D系統(tǒng)三種。特別是RealD 3D技術(shù),其市場占有率最高,而且不受面板類型的影響,

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