追求视觉的极致

技术的追求永远没有止境,因为人们对技术的要求也没有止境.这种要求或者说需求,很多时候源于人们对技术所带来的震撼体验的切身感受,尤其是视听方面的感受.

就人体的感觉器官而言,眼睛和耳朵是我们从外界获取信息的最佳渠道.相应地,作用于眼睛和耳朵的视听作品成为艺术表现的最直接方式.随着音视频技术的不断发展,更高质量的视频载体和更逼真的呈现方式,也不断冲击着人们的感觉细胞.在技术的推波助澜下,人们对视觉效果的追求,也不断走向极致.

视频信息的存储需求非常巨大,为了节省空间,人们发明了各种视频压缩和编码技术,在尽可能小的存储空间下,提供尽可能高的视频质量,载体从VCD、DVD到蓝光光盘,文件格式从I、WMV、MOV到RMVB,各种以不同方式存在的视频粉墨登场,演绎出一个又一个传奇.随着存储技术的发展和存储介质成本的降低,当存储容量可以不用非常在乎的时候,高清视频也就开始流行.从720线到1080线,从1080i到1080p,从MKV到LST,从等到等,高清视频似乎一夜之间遍地开花.如今,一部高清电影占到十几个G也不足为奇.

然而,这还仅仅是一个方面.2009年,3D效果的《阿凡达》取得空前的成功,掀起了3D电影的热潮,将人们对视觉效果的追向了又一个极致.

● 3D电影—卷土重来

3D电影又称“立体电影”或“3D立体电影”,是利用人双眼的视角差和会聚功能制作的可产生立体效果的电影.3D电影最早出现于1922年,在放映时两幅画面重叠在银幕上,观众通过特制的眼镜或幕前辐射状半锥形透镜光栅,使左眼看到从左视角拍摄的画面,右眼看到从右视角拍摄的画面,通过双眼的会聚功能,合成为立体视觉影像,产生极具震撼力的身临其境的感觉.图1为立体画面效果形成原理图.

在具体实现上,立体电影在拍摄时利用两个摄影镜头,保持人眼那样的距离和视角,拍摄下双视点图像；播放时通过两台放映机,把两个视点的图像同步放映,使这略有差别的两幅图像显示在银幕上,并采取措施,使观众的左眼只看到左图像,右眼只看到右图像.下页图2为左右眼视角画面示意图.

这种分离左右眼图像的方法有很多,常用的是利用偏振光原理,如在每架放映机前各装一块方向相反的偏振片,使左右两架放映机前的偏振片的偏振方向互相垂直,观众使用相对应的偏振光眼镜观看,从而左眼只能看到左机画面,右眼只能看到右机画面,这样就会在大脑中得到立体影像.

水平方向振动的偏振光,只有通过水平偏振镜片,而垂直方向振动的偏振光,也只能通过垂直偏振镜片,这样就保证了左右眼分别只看到对应的画面.偏光式3D眼镜,如果同向镜片叠加,透光率明显下降,而相互垂直方向的镜片叠加,则完全不透光（如图3）.

科技的进步使人们在屏幕上观看立体电影的方式越来越多.偏振眼镜、互补色眼镜、开关快门眼镜、柱镜、狭缝光栅等都可保证左眼看左图、右眼看右图,甚至使用裸眼观看3D立体电影也不在话下.

早在1922年,就出现过3D电影的雏形；1936年,出现了利用双镜头摄影机和偏振片实现立体效果的影片；1953年,好莱坞也推出了立体电影；1962年,国内拍摄了第一部3D立体电影.但是这样的立体电影还没有走进普通影院和家庭,只在科技馆和大影院偶尔可以看到.直到《阿凡达》、《变形金刚3》等3D电影流行之后,立体电影才再次流行起来,并有卷土重来之势.

随着3D技术的成熟和发展,国内近两年也出现了3D电影的热潮,各种技术和形式百花齐放,甚至有很多的4D影院（传统3D+模拟仿真情境,如拍打、震动、摇晃、淋水、吹风、喷雾等）,并从电影向电视发展.

● 3D视频—眼花缭乱

在信息技术飞速发展的今天,人们已经不满足于在电影院中欣赏3D立体电影了,还希望能在家中就可以随时感觉3D立体影视的视觉冲击.这就出现了各种各样的3D视频格式,以及对应的观看工具和形式.

1.3D效果的实现技术

（1）光分法

利用偏振光来区分左右眼图像,是目前立体效果最好的实现技术,也是最为成熟的技术,“出屏”效果非常出众,对应用偏振眼镜来观看.但是播放设备的投资较高,视频亮度也会有所降低,主要在3D影院中使用.

（2）色分法

利用互补色来区分左右眼图像,立体效果没有光分法令人满意,视频明显变暗,制作不当的视频在观看时还会让人有眩晕的感觉.但是播放非常简单,观影对应的红蓝、红绿或红青眼镜代价非常低,是非常平民化的实现技术,完全可以在家庭和个人电脑上实现.

（3）时分法

让左右眼分别在极短的不同时间内看到对应的图像,需要专用的播放设备和观影设备,一般是3D电视和配套同步的液晶快门眼镜,3D效果较好,但长时间观看会引起眼睛疲劳,设备成本也比较高.

（4）位移法

也叫普氏立体或运动立体技术,其原理是在拍摄立体节目时,让摄像机向左或向右匀速移动,形成运动立体的效果,观影时戴上一副对应左移或右移的特制眼镜,其镜片一个透明另一个半透明,成本低廉,并兼容原有各种制式的电视设备.但左移与右移所拍的片子与所戴的眼镜容易混淆,使得立体效果不明显,这项技术已面临淘汰.

（5）模拟法

利用电脑上的3D设计软件制作3D动漫,同时使用软件上的两个模拟“摄影机”分别设置为左眼和右眼的视角,对动画过程进行渲染,分别形成左眼和右眼视频,再利用其他几种技术进行制作和观看.可这方法只适合制作电脑动画片.

2.3D视频的常见格式

（1）左右分离

也叫两路视频,是独立的两路视频,分别对应于左眼片和右眼片.左右分离格式是最原始的立体视频（如图4）,可以在此基础上制作成各种格式的3D视频,如偏光3D、红蓝3D、左右合成或上下合成格式等.这种视频可直接用作偏光3D电影的片源,投影机镜头加偏振片,在软件中调整同步和重叠后播放.左右分离视频可以加入独立的音轨文件,但是这样的视频资源却不容易得到. （2）左右合成

把左右两路视频并列合成为一个视频的格式,同时也合成了音轨.因为是并列合并,视频宽度增加了一倍,成为非标准的比例,在计算真实分辨率时应把宽度除2而高度不变.左右合成的视频可以用于偏振电影,也可以用于普通电脑播放,使用观屏镜观看.另外还有一种变形的左右格式,从纵向压缩了左右合成的视频（如图5）.

（3）上下合成

把左右两路视频上下合成为一个视频的格式,除了左右眼的视频位置成为上下排列外,其他特点与左右合成相同,但是因为是上下并列的,宽屏时的视频界面在播放设备上占据的空间比左右格式合理,计算真实分辨率时应把高度除2而宽度不变.对应的,也有一种变形的上下格式,从横向压缩了上下合成的视频（如图6）.

（4）交错格式

分逐行扫描交错格式和隔行扫描交错格式,是将两路视频交错重叠在一起的结果.因为视频是重叠的,是标准的长宽比,可以做成标准的DVD.但是因为沿用了MPG的反交错技术,一般不超过标清的720线,与高清无缘（如图7）.

（5）互补色格式

利用色分法的原理,用互补的两种颜色对左右眼图像色彩进行过滤,再重叠在一起,观看时使用互补色眼镜,从而使左右眼看到不同的画面.根据所使用的互补色不同,又分为红青格式、红蓝格式.其中红青格式是应用最广泛的互补色格式,它实际上就是我们平常所说的“红蓝格式”.红青格式主要是以红色储存左路信息,青色储存右路信息,比起红蓝格式,滤色可容度更大,立体感则强于绿品红格式.

3.3D视频的观看设备

（1）偏振光眼镜

也称偏振眼镜、偏光眼镜（如图8）,用来观看偏振光方式放映的3D电影,是3D影院中最常用的观看设备.偏振光眼镜本身成本很低,一般是赠送的,但影院的播放设备成本较高.一些3D电视也支持偏振光格式的3D视频播放,也需要戴这样的眼镜来观看.

（2）互补色眼镜

用来观看互补色格式的电影,对应于不同的互补色格式,有红蓝眼镜（如图9）、绿品红眼镜等,这些眼镜成本较低,甚至可以自制,但质量千差万别,观看效果也差别很大.

（3）观屏镜

也称分视镜、立体观屏镜（如图10）,用于观看左右格式或上下格式视频的眼镜.观屏镜是利用平面镜反射和物理分隔来限制左右眼的视觉范围而实现左右眼看到不同图像的设备,因为材料很普通,可以自制,样式五花八门,一般都能根据个人眼距进行调节,使其适合观看者.观屏镜只经过两次平面反射,没有色散和变形,反射率接近100%,几乎没有亮度的损失.它充分利用了人眼天生的合看能力,轻松解决超高清影像问题.

（4）液晶快门眼镜

也称主动式快门眼镜（如图11）,用来观看交错式3D电视或支持3D立体幻镜的电脑显示器（显卡）的立体视频,成本高昂.

快门眼镜的镜片采用电子控制,根据显示器的输出情况进行频繁的状态切换,镜片的透光和不透光切换使得左右眼只能看到对应的画面.由于是两只眼镜轮流切换,显示器的刷新率必须较高,一般设在120Hz,这样对每只眼睛的闪烁次数是每秒60次,再低人眼就会感觉到很闪烁.另外,眼镜快门的开合会受到日光灯的影响而出现串扰重影现象.

（5）不闪式贴膜

这种特殊的偏振贴膜贴在不闪式3D电视液晶面板表面和眼镜上,能够分离左侧影像和右侧影像.不闪式3D电视方式最接近实际感受的立体感,是最自然的方式.3D影像通过电视分离左右影像后同时送往眼镜,通过眼镜的过滤,把分离后的影像送到每只眼睛,使人感受到立体视感.

不闪式是偏振式3D技术的一种,目前液晶电视的偏振光技术大都是采用不闪式,但双机投影式的不需要这样的贴膜,而是在投影机前就进行了偏振光处理,投射到银幕上的两幅画面已经是不同的光线振动方向了.

（6）裸眼3D贴膜

这种3D贴膜可以让普通的电视机、手机,乃至户外的广告板,都可以实现裸眼3D效果.在屏幕的表面贴上贴膜后,光线通过屏幕的折射,就能实现裸眼3D的效果.市场上已经有了裸视双视点3D显示技术的贴膜,支持在iPhone4、iPad、HTC等屏幕上显示3D视频.

● 3D电视—风生水起

2012年1月,由牵头,电视台、北京电视台、上海广播电视台、天津电视台、江苏广播电视总台、深圳广电集团6家单位联合开办的中国首个3D电视试验频道正式开播.而3D频道开播的背景和依赖,正是3D电视的成熟和普及.

目前液晶电视机的发展方向,一是智能电视,二是网络电视,三就是3D电视.没有网络功能的电视应用会大打折扣,没有3D功能的电视则似乎不够前卫和现代.国内外的各大电视机厂商,都已经推出了各自的3D电视,3D电视在市场上已然风生水起.

由于各个厂商掌握的技术不同,实现3D电视的方式也不尽相同.大部分3D电视,都能实现偏振光和互补色3D视频的观赏,而更先进一些的,则是不闪式3D电视和裸眼3D电视.

不闪式3D技术具有无闪烁、不需要电力驱动、可视角度广、画面没有重叠和拖拉现象等优点,在上文已经论及,这里说一下裸眼3D技术.

为了观看3D电视而佩戴和准备复杂的3D眼镜,显然让人觉得很不方便,于是裸眼3D电视应运而生.裸眼3D,顾名思义就是在不佩戴特殊眼镜的前提下能直接感受到3D效果.目前各种裸眼3D的显示都是基于以下几种技术.

1.视差屏障（Parallax Barrier）技术

又称视差障壁技术、光栅技术,其实现方法是使用开关液晶屏、偏振膜和高分子液晶层,利用液晶层和偏振膜制造出一系列方向为90度的宽几十微米的垂直条纹,通过它们的光就形成了垂直的细条栅模式,称之为“视差障壁”.利用安置在背光模块及LCD面板间的视差障壁,在立体显示模式下,应该由左眼看到的图像显示在液晶屏上时,不透明的条纹会遮挡右眼；同理,应该由右眼看到的图像显示在液晶屏上时,不透明的条纹会遮挡左眼,通过将左眼和右眼的可视画面分开,使观者看到3D影像.但是,由于背光遭到视差障壁的阻挡,亮度会随之降低,清晰度也会降低. 2.柱状透镜（Lenticular Lens）技术

也称为双凸透镜技术或微柱透镜技术,其原理是在液晶显示屏的前面加上一层柱状透镜,使液晶屏的像平面位于透镜的焦平面上,这样在每个柱透镜下面的图像的像素被分成几个子像素,透镜就能以不同的方向投影每个子像素.于是双眼从不同的角度观看显示屏,就看到不同的子像素,与视差障壁技术异曲同工.因为柱状透镜不会阻挡背光,因此画面亮度较好.

3.指向光源（Directional Backlight）技术

这种3D技术的实现方法是通过搭配两组LED,配合快速反应的LCD面板和驱动方法,让3D内容以排序方式进入观看者的左右眼,互换影像产生视差,形成立体视觉.该技术虽有很大优势,但技术尚未成熟,尚没有商业化产品生产.

4.多层显示（multi-layer display,MLD）技术

这是一项改进的技术,通过一定间隔重叠的两块液晶面板,实现在不使用专用眼镜的情况下,观看文字及图画时所呈现3D影像的效果.

在实际实现上,有些裸眼3D电视采用组合面板技术和引擎技术来配合实现,如在液晶面板前方配置双凸（凹）透镜的“全景图像方式”显示影像内容,再通过图像处理,将原有的2D影像和3D影像转换为视差影像.

裸眼3D技术使人们在观看3D电视时摆脱了眼镜的束缚,但是分辨率、可视角度和可视距离等方面还需要进一步改进.

市场需要推动着技术进步.人们对3D效果的追求和需要,也推动着3D电视技术不断发展和成熟,进而不断丰富我们的视听生活.

● 走进课堂的3D影视

在首届国际动漫博览会上,好莱坞的裸眼3D舞台剧成为最大的亮点之一,这是全球首次裸眼3D技术结合真人特技表演的动漫舞台剧,使得3D影视的表现力再攀高峰.

信息时代的学校,一直是先进技术进行教育应用和试验的主阵地,电子书包、平板电脑都在很多地方的学校教育中推行.当3D电影和电视在社会各个角落风起云涌之时,紧跟时代脚步前行的学校,也期待这些震撼的视觉效果可以走进学校,走进课堂.

目前来说,要让3D影视走进课堂,需要解决三个问题：播放设备、观影设备、3D片源.

1.播放设备

如果教室中有大屏幕的3D液晶电视,这个问题就解决了.但大多数学校不具备这样的条件,多数学校的教室中只配备有投影机.在没有双机投影的情况下,我们只能通过电脑来播放红蓝、绿红3D影片,或者左右、上下格式的影片,通过投影机投射到大屏幕上让学生观看.“电脑+投影”已经成为非常普及的多媒体教室的形式,这个要求一般都能实现,但电脑的显卡不能太低,投影机的分辨率也不能太低.

2.观影设备

对应上面的播放设备和形式,只能让学生佩戴相应的眼镜进行观看,如红蓝眼镜,绿品红眼镜,观屏镜等,当然必须和播放形式以及片源特点匹配.这些类型的3D眼镜低廉,实现起来不是很难.为了让学生在课堂上就能体验到神奇的“出屏”效果,做出一些努力和投资也是值得的.

3.3D片源

根据上面的分析,适合在课堂上观看的3D片源格式,也许就只有互补色格式、左右及上下格式的影片了.已经有很多热心的技术控在为我们制作这些格式的3D影片,在注意版权问题的前提下,从网络上获取它们已经不是困难.当然,如果我们有原版的3D蓝光光盘,可以提取里面的3D视频,转换为相应的格式,用于课堂播放.需要注意的是,影片的分辨率不要超出投影机的支持范围,尤其对于左右格式的视频来说,必须让投影机能够完整显示画面.

从内容上来说,适合课堂播放的片源,一般是科普类、动漫类、幻想类的影片,如《海底世界》、《恐龙时代》、《怪物史莱克》、《地心探险记》等,这类片源还是很容易找得到的.

解决了以上三个问题,3D影视走进普通课堂已指日可待.当电脑显卡、手机、平板都已经开始支持3D视频时,我们更希望这种时尚潮流可以步入课堂,走近学生.我们期待着这样的探索,也期待着这样的精彩.