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3D立体显示技术发展史
2019-06-10 02:14:38
| 3D立体显示技术发展史 |
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【中国投影网资讯】早在五千多年前的古埃及，人们就已经有了对三维成像技术的追求。当时对人物形象的画法造型，大部分都把脸表达成侧面的姿态，而眼睛和 躯体的位置都是正面的，整个人物从头到脚有两次90°的转向。真人或站或坐都无法保持这种姿势，但这种奇特的造型却可使人物具有立体感和厚重感。 到了15世纪初的欧洲的文艺复兴时期，意大利建筑师Bruneselleschi 对“绘画透视” 进行了首次论证。达芬奇(Leonardo daVinci)也曾在他的着作"Trattato dellaPittura"中引用了"透视框"的概念作为他研究远景透视的依据。如附图所示，艺术家需要将一张画纸夹在玻璃板上，再通过一个目镜观察画纸上场景的投 影画面，然后在画纸上描绘下场景的轮廓，就可以得到一幅具有真实透视的草图(具体操作是否如此未作考证)。另外，达芬奇还创造了一套名为"空气透视"的理 论，描述的是由于空气薄雾对视觉的影响，使得场景的色彩逐渐消失在远景之中。作为素描和油画这些平面(2D)画布中唯一能表现立体感效应的手法,透视画法 就这样一直延续下来了。 绘画透视和雕塑艺术研究和实践就表明：只有给两只眼睛分别提供相对独立的图像，在恢复了双眼视差的情况下，才可能获得真实的立体视觉。早期出现的双眼立体视觉技术采用的是通过有色眼镜和立体镜观察立体图像的方法。 在16世纪，人们就已经开始用不同的颜色为左右眼绘制有一定规律差异的图像，然后通过滤光镜观察来产生立体视觉。17世纪末18世纪初出现的“立体 镜”，为每只眼睛提供独立的视觉通道，立体视觉感非常强烈，这种“立体镜”至今仍然是观察立体图像的有效手段。19世纪有科学家曾尝试构造一种不借助辅助 装置就能观察到立体画面的方法，但以失败告终。 直到1838年英国科学家查尔斯?惠斯通Sir CharlesWheatstone(1802-1875)发表了"双目并用视觉"(binocularvision)理论的演讲。惠斯通发明了一种名为"反光式立体镜"("Reflecting MirrorStereoscope")的装置，用来观看他的3D立体画(这个装置原件如今保存在科学博物馆)。但是在这之后又过了整整十二年，才由英国科学家苏格兰 人大卫?布鲁斯特Sir DavidBrewster(1781-1868)发明了第一台可用于摄影领域的立体观片装置，名为"透镜式立体镜"("LenticularStereoscope")(亦有说法是他发明了第一台具有实用意义的立体相机)。1851年在水晶宫(the CrystalPalace)举办的博览会上，布鲁斯特将他的一台立体镜(亦说立体相机)赠送给了维多利亚女王(Queen Victoria)。 19世纪末，电影发明后，科学家尝试用电影来表现运动的立体视觉图像。首先采用两部摄影机模拟人类双眼进行拍摄，然后将制好的影片用放映机通过偏光滤光镜投射到电影荧幕上，观众通过配戴偏振光眼镜观察运动的立体图像。这种立体电影技术一直沿用至今。与此同时，也诞生了立体眼镜。 立体眼镜起源于1953年5月24日立体电影首次出现，为了把观众从电视夺回来，好莱坞推出了一种新玩艺儿--立体电影。戴着特殊眼镜的观众像在观看《布瓦那魔鬼》及《蜡屋》这类惊险片那样，发现自己躲在逃跑的火车及魔鬼的后面。从而为我们带入了立体电影的时代。 20世纪初电视技术出现后，人们就开始着手研制立体电视，传统的用于观察静止图像或电影图像的立体显示方法几乎全部被应用到立体电视技术中。 在早期黑白电视时代，比较成功的立体电视是由两部电视摄像机拍摄影像并用两个独立的视频信道传输到两部电视机，每部电视机的屏幕上安置一块偏光板，然后用偏光眼镜去观察，这样的立体电视系统可以获得较好的立体图像。这种双信道偏光分像立体电视技术至今仍然是公认的一种质量较好的立体电视系统。
20世纪50年代，彩色电视技术发展到接近实用的阶段，“互补色立体分像电视技术”开始应用于立体电视。基本方法是用两部镜头前端加装滤光镜的摄像机去拍摄同一场景图像，在彩色电视机的屏幕上观众看到的是两副不同颜色的图像相互叠加在一起，当观众通过相应的滤光镜观察时就可以看到立体电视图像。这种立体电视成像技术兼容性好，在立体电视技术领域曾经风靡一时。但存在的问题也十分明显：由于通过滤光镜去观察电视图像，彩色信息损失极大;另一个问题是彩色电视机本身的“串色”现象引起干扰;同时由于左、右眼的入射光谱不一致，易引起视觉疲劳。
20世纪70年代末由于陶瓷光开关新材料的出现，人们可以制成光开关眼镜，此时就出现了时分式的立体电视技术。时分式的立体电视技术采用彩色电视信号的奇场和偶场进行立体电视信号的编码。80年代初，东芝公司研制出时分式立体电视投影机，戴偏光镜观看。1985年，松下公司首推时分式液晶眼镜立体电视样机获得成功。现在，具有双屏显示器的头盔观看设备有很理想的立体观看效果。在国内，清华大学已研制出高透光率的新型液晶光阀眼镜，并于2001年研制成功时分式液晶眼镜立体电视机。
目前，时分式的立体电视技术相对成熟，具有明显的优点：能提供逼真的彩色立体图像;当电视场频较高时，图像稳定无闪烁;同目前的彩色电视系统、计算机显示器相兼容;能顺利地向数字电视系统过渡。
2000年国内出现了第一个实时立体显示系统。用一张普通的VCD碟片播放出重影画面，戴上无线红外眼镜观看，即可获得具有强烈立体感的画面。这种立体显示系统能够实时将现有信号源的二维图像在显示器上转换成三维图像。但是从技术上讲，这种立体影像效果还停留在利用光学或信号处理的办法进行画面转换的层面上。 目前正在加紧研制新型立体摄像机和立体显示装置。新型立体摄像机具有双镜头，综合计算机、测控、图像处理技术，拍摄过程符合人的视觉机理。新型立体显示装置分时或同时输入左右图像，采用光学技术， 实现左右图像以正确的视差投射到人的双眼，不用戴眼镜，即可在屏幕前直接看到立体图像。2003年在日本东京召开的3D联盟成立大会上，三洋电机就展示了 不用戴眼镜观看立体图像的显示器;而索尼则展示了立体图像的拍摄和演播系统。但上述产品的立体效果，还受到观看角度和距离的限制。 20世纪90年代以来，随着液晶显示技术的成熟，以液晶、等离子为代表的新一代显示设备以其全彩色精致影像画质、节省能源、无辐射、无闪烁等优点获得了快速发展。立体显示技术的研究方向也已经集中于基于液晶平板显示器的裸眼立体显示技术。2004年，经过多年研发，SuperD立体影像工作站正式问世，实现商用。它成功的实现了液晶显示器和裸眼立体显示技术的巧妙结合，具有近乎完美的自由立体图像显示功能，给人们带来一场全新的视觉盛宴。 进入21世纪，3D已成为当前最受欢迎的显示技术， 这已成不争的事实。可是，当人们沉浸过“身临其境”感后，头晕目眩的感觉也令人倍感不安。我们暂且不考虑3D眼镜给消费者所带来的成本，对于近视观众来 说，在近视眼镜上再加上一副眼镜，想想都是一件很累、很复杂的事情。科技的本质就是把好的东西带给人类，并使之一切更加容易、更加简单、更加便捷，因此， 裸眼3D是未来显示技术发展的必然趋势。 |
