3D影视技术 视觉艺术革命
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作者: 许海涛
2009年全球电影票房收入将近300亿美元，3D电影贡献最大；2009年全球数字3D电影银幕数量较2008年翻了3倍；《阿凡达》登陆中国仅4天，票房过亿……3D电影以动感立体画面，突破了主流画面和影像二维限制，得到了观众认可，将驱动世界步入3D时代。3D时代，你准备好了么?
一、3D影视技术的基本原理
1 视觉移位与视差位移简介
人类观察到的世界为什么是立体的?答案很简单，因为人长着两只眼睛。人双眼大约相隔6.5厘米，观察物体时，两只眼睛从不同的位置和角度注视着物体，左眼看到左侧，右眼看到右侧，同时在视网膜上成像，左右两面的印象合起来人就得到对它的立体感觉了，引起立体感觉的效应，叫做“视觉位移”。
两只眼睛同时观察一个物体时，物体对应两只眼睛各有一个张角，对于接近我们的物体，物体与双眼形成的张角越来越大，“视差位移”也越大，由此获得有纵深度的立体感觉。对于远离我们的物体，两跟的视线趋于平行时，视差位移接近于零，我们很难判断这个物体的距离，就不会对它产生立体感觉了。比如夜望星空时，我们会感觉天上所有的星星分不清远近，似乎就都在同一球面上，这就是视差位移为零造成的结果。如果只用一只眼看的话，没有了视差位移，就无法产生立体感。比如我们所看到的普通屏幕电影，虽然图像效果非常逼真，但由于双眼看到的图像完全相同，缺少了视觉位移，就无法产生立体感。
2 3D影视的视觉原理
3D是three-dimensional的缩写，就是三维立体图形。3D电影与普通屏幕电影最大的区别，就在于能否使观看者产生立体感。人眼观察景物由于两只角度的不同和差别，在大脑中自动形成了上下、前后、远近的区别，从而产生立体视觉。所以如果能够制作出同一场景、影像的不同侧面让双眼各看一边，在大脑中就能够自动形成这一场景的立体影像。
3 3D电影的拍摄、制作和放映
在拍摄时利用两台并列安置的摄影机，分别模拟代表人的左、右眼，按照人眼两个瞳孔之间的距离(约65mm)同步拍摄出两条略带水平视差的同一景物，从而得到不同角度的画面(左、右眼图像)。
放映时，将两条图像分别装入左、右电影放映机中同时放映到银幕上，这时银幕上会出现重叠交错的两个影像。观看时，观众戴上特制的偏光眼镜。使观众的左眼只能看到左眼图像，右眼只能看到右眼图像。通过双眼的汇聚功能将左右图像叠合在视网膜上，就使大脑神经产生出三维立体的视觉效果，展现出一幅幅连贯的立体画面，感觉景物扑面而来或进入银幕纵深处，产生强烈的身临其境的感觉。
相对而言，普通电影中的画面，不论使用怎样的高科技拍摄技术，都是采用“一只眼睛”的拍摄方式，所以，立体感很难表现出来。
二、立体影视效果还原方法介绍
1 早期立体电影：红绿滤色透镜色差式3D技术
如果分别用红笔和绿笔在一张白纸上写字，透过红色镜片后，白纸也变成了红色，眼睛就看不到红色笔写下的字。但是可以看到绿笔写下的字；同理，透过绿色镜片看纸当然就看不到绿字。只能看到红笔的字迹。这样，通过这副红绿眼镜的过滤处理，两只眼睛各自就看到了，由两部摄影机拍摄的不太一样的画面，最终两幅画面的叠加就形成了立体视觉，这是早期立体电影红绿滤色透镜技术。这种技术采用的眼镜一边镜片是红色、一边镜片是绿色，但看到的电影都是黑白电影。
2 偏光立体电影：分像方法
普通的光线是波浪状前进的。就如同人握住长绳的一头连续挥动后所产生的效果一样。若使光波通过一种特制的镜片，只允许某一种特定振动的光波通过，就好像给波动的绳子设置栅栏一样。结果使波动的绳子只能通过垂直方向的栅栏，而不能通过平行方向的栅栏，这种特制的镜片就称为“偏光镜”。
彩色电影的立体效果就是利用光的偏振现象来拍摄的。拍摄时一左一右两架摄像机同时拍摄同一景物，放映时使用两架放映机。各套上一个偏振镜，把两个偏振光的影像同时放映在银幕上，两个偏振光的振动方向互成直角。观众观看立体电影时戴上特制的偏光镜，其左右两镜片透过的偏振光振动方向互相垂直，能通过左眼的偏振光就不能通过右眼，反之亦然。因此，左眼的镜片只允许左方摄像机的影像通过，而右眼的镜片只允许右方摄像机的影像通过，于是在眼前就会出现立体效果，这就是通过偏光镜片实现分像使观众看到立体效果。
3 主动式数字立体电影系统：价格昂贵
2005年，美国NuVision公司推出了XpanD/NuVision主动式数字立体电影系统。XpanD/NuVision主动式数字立体电影系统除一台数字电影放映机外，还包括了3D电影同步分配模块和3D电影红外发射器，观众则需佩戴313电影主动式液晶同步开关眼镜。313电影同步分配模块需安装在放映机上，最多可以为四个红外发射器提供动力和同步信号，红外发射器架设在放映窗口或影厅后墙上，指向银幕。负责发射940nm的红外信号，使液晶眼镜的切换与放映机实现同步。一台发射器最多可以覆盖250～300个座位。观众佩戴液晶同步眼镜后，左眼将只能看到放映电影的左眼影像，右跟将只能看到放映电影的右眼影像，从而获得313的体验。
XpanD/NuVision主动式数字立体电影系统使用单机放映和普通银幕，但液晶同步眼镜价格昂贵，大概在700元左右，难以在影剧院普及。
4 被动式DLP圆偏振技术：当前最流行
被动式DLP3D数字电影技术是目前国际上主要应用的3D电影技术，使用的眼镜叫圆偏振技术眼镜，观看效果上比线偏振有了质的飞跃。在使用线偏振眼镜看立体电影时，应始终保持眼镜处于水平状态，使水平偏振镜片看到水平偏振方向的图像，而垂直偏振镜片看到垂直偏振方向的图像。如果眼镜略有偏转，垂直偏振镜片就会看见一部分水平方向的图像，水平偏振镜片也会看见一部分垂直方向的图像，左、右眼就会看到明显的重影。而圆偏振光偏振方向是有规律的旋转着的，它可分为左旋偏振光和右旋偏振光，它们相互间的干扰非常小，它的通光特性和阻光特性基本不受旋转角度的影像。现在看偏振形式的3D电影时，观众佩戴的偏振眼镜片一个是左旋偏振片，另一个是右旋偏振片，也就是说观众的左右眼分别看到的是左旋偏振光和右旋偏振光带来的不同画面，通过人的视觉系统产生立体感。
《阿凡达》热映时火暴珠三角的东莞万达影院的IMAX放映厅，也是采用此技术；东莞展览馆的虎门海战3D电影，以及很多博物馆需要佩戴眼镜的立体放映厅均是采用此技术。
5 4D电影：全身心效果
4D电影就是普通的3D电影加上环境效果，动感座椅及其他特效辅助设备，形成下雪、下雨、闪电、烟雾等特效设备，用来营造一种与影片内容相一致的环境。随着影片内容的变化，观众可实时感受到下雨、振动、喷气、喷雾、拍腿
等身边所发生与片中影像对应的事件，从而实现惊险刺激、身临其境的效果。
近年新建的科技馆、博物馆大都具有专门的4D放映厅，东莞科技馆、广东科学中心的4D电影虽然票价不菲，但还是深受观众特别是青少年朋友的喜爱。
6 前瞻：裸眼可享受的3D立体图像
日本富士胶卷公司已发售可拍摄3D照片和录像的数码相机，这款相机拥有两个富士珑镜头和两个CCD传感器，相机本体上的两个镜头可以从差别很小的两个角度同时拍摄两个画面，通过新开发的画像处理技术将两个画面合成后即可产生3D效果。用户不用戴特殊的眼镜，在相机背面2.8英寸的液晶显示屏上就能看到立体的照片和录像。届时，任何人只要按下快门，就可以拍摄出如自行车和沙滩排球跃出画面的效果。除了相机自带的显示屏外，用户还可通过零售的专用数码相册观看拍摄的3D照片和录像。此外，富士胶卷还提供3D照片冲洗业务，使用特有镀膜技术控制光线传播方向，实现裸眼3D效果。
“裸眼”就可以看3D电影的技术还在研究，甚至已有公司掌握，但未普及。目前已经有一些家电厂商研制了一些不戴眼镜就能看到立体影像的电视机，深圳超多维公司算是国内该项技术的领跑者，但观看效果还是受到距离和位置的限制，效果不是很理想。另外，科学家们也在尝试利用全息成像技术来实现立体效果。后者已经在一些大型活动中成功运用。
三、3D影视节目的不足
1 老片变身3D的奥秘
3D电影最大的优势在于给观众身临其境之感，因此极适合在商业大片、动画片中使用。之前的很多经典电影，因为3D技术不成熟，所以只能以二维的形式展现给观众，在3D时代即将汹涌而来时，经典的遗憾将被弥补：这些经典电影即将要制作成3D版本重新上映。在《玩具总动员》、《阿童木》、《蓝精灵》、《美女与野兽》确定以3D版本重映后，《黑客帝国》、《指环王》三部曲、《金刚》和《泰坦尼克号》都准备制作成3D格式，再战银幕。
随着《极地特快IMAX 3D版》取得巨大成功的示范效应，其他在3D电影上有一技之长的竞争者也纷纷加快了发展，美国的RealD、杜比等公司都很快推出了各自的标准设备。同时包括IMAX公司在内的多家公司还研制出了一种省时省力的3D电影制作方式，那就是把普通的2D版电影直接转化成3D电影，IMAX公司的DMR(数字化重新灌录)技术甚至可以把普通35毫米胶片转换成70毫米的IMAX 3D格式，转换一部电影费用从500万到800万美元不等，且只要6～10周的时间。此举大大扩展了3D电影的内容来源，人们可以在几个月内“制作”出一部3D电影，不过缺陷也很明显，这样制作出的3D电影其立体效果比起专门制作的3D电影逊色不少。
2 需要海量的信息储存空间
光栅立体视频文件由于成像原理和显示方法对图像的要求，在存储、播放过程中不能采用目前通用的图像格式进行压缩存储，一个60分钟的光栅立体文件的原始数据量大约为80G，信息量大也就需要海量的信息储存空间，同时占用大量的传输带宽资源，光栅立体视频文件的存储、传输和播放将是项还需要继续探索的工程。
3 经营风险高
立体拍摄，对处于发展初期的产业来说还是个巨大的难题。日常二维内容的拍摄只是单镜头，导演也是通过监视器来看效果，但是立体拍摄就要多台摄像机同时工作，摄像师并不知道相互之间的位置变动。监视器上也无法实时看到效果。所以，三维拍摄成片率非常低且需要反复拍摄和调试，一部3D效果的《阿童木》电影拍摄费用就可拖垮一间制作公司。
四、3D影视产品的市场前景
1 2009年是3D电影元年
3D电影是北美暑期档的最大亮点，共有4部3D电影上映，而去年同期只有一部。福克斯的《冰川时代3》在北美人账近2亿美元票房，在海外狂揽6亿多美元，海外票房甚至超过了《哈利・波特与混血王子》和《变形金刚2》。目前，北美放映3D电影的银幕已增至1700块，业界纷纷高呼3D电影时代已经到来。
2 2010年将是3D电视元年
美国导演卡梅隆最新巨作《阿凡达》让每个观众领略了3D影像的震撼体验。据美国消费电子协会(CEA)调查，25％的成年人近期或者一年来看过至少1部3D电影，更值得关注的是，有53％的人希望能在家中观看3D电视节目，如今这样的梦想正开始走进现实。
欧洲通信卫星公司在2009年一直运营着一个颇具实验性的免费3D电视频道：英国天空电视台计划在2010年开通一个3D电视频道；索尼公司与探索频道(Discovery)、IMAX宣布将在美国共同组建一个每周7天、每天24小时播送3D电视节目的电视网，预计最早将于今年年底开播；ESPN宣布将在今年南非世界杯时安排部分比赛使用3D立体电视技术进行转播，计划在其第一年将对至少85场体育赛事进行直播，其中包括今年6月11目的世界杯揭幕战，以及其他24场世界杯比赛：亿万富翁库班也表示其HDNet电视网将会把黄金时段和周末的节目带入3D；韩国数字卫星广播公司SkyLife也不甘示弱，表示从今年1月1日开始通过3D专用频道进行24小时试播，目前已开始发射试验电波，该公司2009年12月宣布，与韩国LG电子就3D电视广播及支持3D电视机的战略合作达成了一致。
市场研究公司DisplaySearch预计，今年3D电视的出货量将达到120万台，到2013年将激增至1560万台，到2018年3D电视市场将达到170亿美元。
随着3D影视技术的进一步成熟，视觉艺术必将发生一场新的革命!
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