出品：科普中國 制作：星之隊(duì) 監(jiān)制：中國科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心 3D 電影在今天已經(jīng)相當(dāng)普及了，那么它的原理是什么呢？這就得先從人腦的成像規(guī)律講起了。其實(shí)3D電影是利用大腦的成像規(guī)律耍了一個小把戲。在實(shí)際生活中當(dāng)我們看一件東西時，我們左右兩只眼睛看到的景象其實(shí)是略有差別的（不信的話，可以盯著桌面上的水杯，然后左右眼輪換關(guān)閉試試），這種有差別的像經(jīng)過我們的大腦處理之后就變成了一個具有立體感的3D圖像。大腦的這種功能有利于我們?nèi)ヅ袆e物體的大小和距離，對于我們祖先在野外生存是十分重要的,這是因?yàn)樵谝巴獯颢C的時候需要根據(jù)獵物的大小和距離來決定采取什么樣的策略。顯然，同等條件下，距離越近的獵物更容易被捕獲。 △大腦立體成像原理（圖片來自http://mobile.yesky.com/4/30176504_3.shtml） 會變魔術(shù)的3D眼鏡 對于普通的2D電影，我們左右兩眼看到的景象都是一樣的，因此不會有立體感。但是對于3D電影，情況就不一樣了。3D電影給我們左右眼輸入的圖片需要不一樣，這樣圖像經(jīng)過我們大腦的處理就會變成立體圖像。這也就是為什么在觀看3D電影時，我們需要佩戴特殊的眼鏡。 當(dāng)然不同時期的3D電影采用的是不同的3D眼鏡。例如，幾年前的3D 眼鏡主要是藍(lán)綠色的，相信不少同學(xué)可能都見過。這種3D眼鏡的紅色的眼鏡片可以過濾掉藍(lán)光，而藍(lán)色的眼鏡片可以過濾掉紅光，這樣透過兩個鏡片看到的像就會有細(xì)微的差別，經(jīng)過大腦的加工處理，我們看到的就是立體的像了。這種紅藍(lán)鏡片的3D眼鏡透過的光大多數(shù)都是紅光或者藍(lán)光，因此看到的3D影響會有一些失真，色彩也并不是十分鮮明，時間長了有些人還會感到頭暈惡心等等。 △紅藍(lán)3D眼鏡（圖片來自：https://www.） 而現(xiàn)在大多數(shù)電影院采用的都是偏振光3D眼鏡。偏振光指的是光波的振動方向沿著同一個平面，我們平時看到的燈光或者太陽光，光在每一個平面都有偏振，因此它們都屬于非偏振光。而偏振光3D眼鏡，每個鏡片只允許特定的偏振光通過。左右鏡片的偏振光的偏振方向互相垂直，它們攜帶的成像信息略有差別，這樣最后我們看到的就是立體的3D圖像了。如下圖所示，左邊鏡片通過的是水平偏振的光，右邊鏡片通過的是垂直方向的偏振光，兩束偏振光所攜帶的成像信息略有差別，經(jīng)過我們大腦處理后就會變成3D圖像了。 △偏振光鏡3D眼鏡（圖片來自：https://science./3-d-glasses2.htm） 因此，說的簡單一些3D電影實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵在于給我們的左右雙眼輸入了稍有差別的圖案，然后經(jīng)過我們大腦視覺系統(tǒng)的處理之后，屏幕上的圖案就變成了看起來像是具有立體感的實(shí)物一樣。 3D電影的成像技術(shù) 現(xiàn)在3D電影的成像技術(shù)有很多，比如不閃式3D技術(shù)、時分法技術(shù)、光柵式技術(shù)等等，它們都各有優(yōu)缺點(diǎn)，不過它們最終的實(shí)現(xiàn)依靠的還是上面所講的原理。 例如，不閃式3D技術(shù)就是上面提到的偏光式3D成像；而時分法技術(shù)是通過提高屏幕刷新率把圖像按幀一分為二，形成左右眼連續(xù)交錯顯示的兩組畫面，然后通過特殊的3D眼鏡使得這兩組畫面分別進(jìn)入左右雙眼，最終在大腦中合成3D立體圖像；而光柵式技術(shù)是通過光柵屏障來控制光線行進(jìn)方向，讓左右兩眼接受到不同的影像，從而產(chǎn)生視差，最終形成立體顯示效果。 由于3D電影需要給我們的左右雙眼輸入不一樣的圖像，因此3D電影在拍攝的時候也是用兩架擺放位置稍有差別的攝影機(jī)同時拍攝的，如下圖所示，3D攝像機(jī)的具有兩個鏡頭，可以捕捉到稍微具有差別的兩幅圖像： △3D電影攝像機(jī)（圖片來自：https:///） 全息投影與3D電影的區(qū)別 可能有些同學(xué)還聽過全息投影，全息投影和3D成像采用的是不同的技術(shù)，這里我們簡單的說一下全息投影。 3D成像通過給我們的左右眼輸入不同的圖片信息來獲得立體感，全息投影卻不是，全息投影通過激光記錄了物體反射或者投射的光波的全部信息，然后通過全息投影的膠片可以完全重建物體的成像信息。通過我們的左右雙眼，我們看到的是物體不同方位的成像信息，這樣我們看到的就是具有立體感的物體。 △全息投影的原理（圖片來自：http://www./tynews/20151230581.html） 因?yàn)槿⑼队坝涗浟宋矬w不同方位的成像信息，因此無論我們怎么看物體都是具有立體感的，仿佛真的物體在那里一樣。但是3D電影就不一樣了，現(xiàn)在大部分3D電影拍攝時，相機(jī)的位置只有水平方向的差別，垂直方向沒有，當(dāng)觀眾歪頭去觀看3D電影時，就能看到兩個未重合的影像。 其實(shí)不管是3D成像還是全息投影，他們的起源與發(fā)展都離不開科學(xué)不停的探索與進(jìn)步。就拿3D電影來說，如果沒有我們對于人腦成像規(guī)律以及光的性質(zhì)的了解，現(xiàn)在就不會出現(xiàn)如此逼真的3D電影。因此科技的發(fā)展能真真切切的改變我們的生活，和我們的日常生活息息相關(guān)。 關(guān)注我們，獲取更多趣味科普、前沿資訊！歡迎在評論區(qū)留下你的想法！ （此處已添加圈子卡片，請到今日頭條客戶端查看） 參考文獻(xiàn)： [1].Mendiburu, Bernard. 3D movie making: stereoscopic digital cinema from script to screen. Focal press, 2012. [2]. |
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