早在五千多年前的古埃及,人們就已經(jīng)有了對三維成像技術(shù)的追求。當(dāng)時對人物形象的畫法造型,大部分都把臉表達(dá)成側(cè)面的姿態(tài),而眼睛和軀體的位置都是正面的,整個人物從頭到腳有兩次90°的轉(zhuǎn)向。真人或站或坐都無法保持這種姿勢,但這種奇特的造型卻可使人物具有立體感和厚重感。
到了15世紀(jì)初的歐洲的文藝復(fù)興時期,意大利建筑師Bruneselleschi 對“繪畫透視” 進(jìn)行了首次論證。達(dá)芬奇(Leonardo da Vinci)也曾在他的著作"Trattato della Pittura"中引用了"透視框"的概念作為他研究遠(yuǎn)景透視的依據(jù)。如附圖所示,藝術(shù)家需要將一張畫紙夾在玻璃板上,再通過一個目鏡觀察畫紙上場景的投影畫面,然后在畫紙上描繪下場景的輪廓,就可以得到一幅具有真實透視的草圖(具體操作是否如此未作考證)。另外,達(dá)芬奇還創(chuàng)造了一套名為"空氣透視"的理論,描述的是由于空氣薄霧對視覺的影響,使得場景的色彩逐漸消失在遠(yuǎn)景之中。作為素描和油畫這些平面(2D)畫布中唯一能表現(xiàn)立體感效應(yīng)的手法,透視畫法就這樣一直延續(xù)下來了。
繪畫透視和雕塑藝術(shù)研究和實踐就表明:只有給兩只眼睛分別提供相對獨(dú)立的圖像,在恢復(fù)了雙眼視差的情況下,才可能獲得真實的立體視覺。早期出現(xiàn)的雙眼立體視覺技術(shù)采用的是通過有色眼鏡和立體鏡觀察立體圖像的方法。
在16世紀(jì),人們就已經(jīng)開始用不同的顏色為左右眼繪制有一定規(guī)律差異的圖像,然后通過濾光鏡觀察來產(chǎn)生立體視覺。17世紀(jì)末18世紀(jì)初出現(xiàn)的“立體鏡”,為每只眼睛提供獨(dú)立的視覺通道,立體視覺感非常強(qiáng)烈,這種“立體鏡”至今仍然是觀察立體圖像的有效手段。19世紀(jì)有科學(xué)家曾嘗試構(gòu)造一種不借助輔助裝置就能觀察到立體畫面的方法,但以失敗告終。
直到1838年英國科學(xué)家查爾斯?惠斯通Sir Charles Wheatstone(1802-1875)發(fā)表了"雙目并用視覺"(binocular Vision)理論的演講?;菟雇òl(fā)明了一種名為"反光式立體鏡"("Reflecting Mirror Stereoscope")的裝置,用來觀看他的3D立體畫(這個裝置原件如今保存在科學(xué)博物館)。但是在這之后又過了整整十二年,才由英國科學(xué)家蘇格蘭人大衛(wèi)?布魯斯特Sir DAVID Brewster(1781-1868)發(fā)明了第一臺可用于攝影領(lǐng)域的立體觀片裝置,名為"透鏡式立體鏡"("Lenticular Stereoscope")(亦有說法是他發(fā)明了第一臺具有實用意義的立體相機(jī))。1851年在水晶宮(the Crystal Palace)舉辦的博覽會上,布魯斯特將他的一臺立體鏡(亦說立體相機(jī))贈送給了維多利亞女王(Queen Victoria)。
19世紀(jì)末,電影發(fā)明后,科學(xué)家嘗試用電影來表現(xiàn)運(yùn)動的立體視覺圖像。首先采用兩部攝影機(jī)模擬人類雙眼進(jìn)行拍攝,然后將制好的影片用放映機(jī)通過偏光濾光鏡投射到電影熒幕上,觀眾通過配戴偏振光眼鏡觀察運(yùn)動的立體圖像。這種立體電影技術(shù)一直沿用至今。與此同時,也誕生了立體眼鏡。
立體眼鏡起源于1953年5月24日立體電影首次出現(xiàn),為了把觀眾從電視奪回來,好萊塢推出了一種新玩藝兒--立體電影。戴著特殊眼鏡的觀眾像在觀看《布瓦那魔鬼》及《蠟屋》這類驚險片那樣,發(fā)現(xiàn)自己躲在逃跑的火車及魔鬼的后面。從而為我們帶入了立體電影的時代。
20世紀(jì)初電視技術(shù)出現(xiàn)后,人們就開始著手研制立體電視,傳統(tǒng)的用于觀察靜止圖像或電影圖像的立體顯示方法幾乎全部被應(yīng)用到立體電視技術(shù)中。 在早期黑白電視時代,比較成功的立體電視是由兩部電視攝像機(jī)拍攝影像并用兩個獨(dú)立的視頻信道傳輸?shù)絻刹侩娨暀C(jī),每部電視機(jī)的屏幕上安置一塊偏光板,然后用偏光眼鏡去觀察,這樣的立體電視系統(tǒng)可以獲得較好的立體圖像。這種雙信道偏光分像立體電視技術(shù)至今仍然是公認(rèn)的一種質(zhì)量較好的立體電視系統(tǒng)。
2004
20世紀(jì)50年代,彩色電視技術(shù)發(fā)展到接近實用的階段,“互補(bǔ)色立體分像電視技術(shù)”開始應(yīng)用于立體電視?;痉椒ㄊ怯脙刹跨R頭前端加裝濾光鏡的攝像機(jī)去拍攝同一場景圖像,在彩色電視機(jī)的屏幕上觀眾看到的是兩副不同顏色的圖像相互疊加在一起,當(dāng)觀眾通過相應(yīng)的濾光鏡觀察時就可以看到立體電視圖像。這種立體電視成像技術(shù)兼容性好,在立體電視技術(shù)領(lǐng)域曾經(jīng)風(fēng)靡一時。但存在的問題也十分明顯:由于通過濾光鏡去觀察電視圖像,彩色信息損失極大;另一個問題是彩色電視機(jī)本身的“串色”現(xiàn)象引起干擾;同時由于左、右眼的入射光譜不一致,易引起視覺疲勞。
2010
20世紀(jì)70年代末由于陶瓷光開關(guān)新材料的出現(xiàn),人們可以制成光開關(guān)眼鏡,此時就出現(xiàn)了時分式的立體電視技術(shù)。時分式的立體電視技術(shù)采用彩色電視信號的奇場和偶場進(jìn)行立體電視信號的編碼。80年代初,東芝公司研制出時分式立體電視投影機(jī),戴偏光鏡觀看。1985年,松下公司首推時分式液晶眼鏡立體電視樣機(jī)獲得成功?,F(xiàn)在,具有雙屏顯示器的頭盔觀看設(shè)備有很理想的立體觀看效果。在國內(nèi),清華大學(xué)已研制出高透光率的新型液晶光閥眼鏡,并于2001年研制成功時分式液晶眼鏡立體電視機(jī)。
1970
目前,時分式的立體電視技術(shù)相對成熟,具有明顯的優(yōu)點(diǎn):能提供逼真的彩色立體圖像;當(dāng)電視場頻較高時,圖像穩(wěn)定無閃爍;同目前的彩色電視系統(tǒng)、計算機(jī)顯示器相兼容;能順利地向數(shù)字電視系統(tǒng)過渡。
1922
2000年國內(nèi)出現(xiàn)了第一個實時立體顯示系統(tǒng)。用一張普通的VCD碟片播放出重影畫面,戴上無線紅外眼鏡觀看,即可獲得具有強(qiáng)烈立體感的畫面。這種立體顯示系統(tǒng)能夠?qū)崟r將現(xiàn)有信號源的二維圖像在顯示器上轉(zhuǎn)換成三維圖像。但是從技術(shù)上講,這種立體影像效果還停留在利用光學(xué)或信號處理的辦法進(jìn)行畫面轉(zhuǎn)換的層面上。
目前正在加緊研制新型立體攝像機(jī)和立體顯示裝置。新型立體攝像機(jī)具有雙鏡頭,綜合計算機(jī)、測控、圖像處理技術(shù),拍攝過程符合人的視覺機(jī)理。新型立體顯示裝置分時或同時輸入左右圖像,采用光學(xué)技術(shù),實現(xiàn)左右圖像以正確的視差投射到人的雙眼,不用戴眼鏡,即可在屏幕前直接看到立體圖像。2003年在日本東京召開的3D聯(lián)盟成立大會上,三洋電機(jī)就展示了不用戴眼鏡觀看立體圖像的顯示器;而索尼則展示了立體圖像的拍攝和演播系統(tǒng)。但上述產(chǎn)品的立體效果,還受到觀看角度和距離的限制。
20世紀(jì)90年代以來,隨著液晶顯示技術(shù)的成熟,以液晶、等離子為代表的新一代顯示設(shè)備以其全彩色精致影像畫質(zhì)、節(jié)省能源、無輻射、無閃爍等優(yōu)點(diǎn)獲得了快速發(fā)展。立體顯示技術(shù)的研究方向也已經(jīng)集中于基于液晶平板顯示器的裸眼立體顯示技術(shù)。2004年,經(jīng)過多年研發(fā),SuperD立體影像工作站正式問世,實現(xiàn)商用。它成功的實現(xiàn)了液晶顯示器和裸眼立體顯示技術(shù)的巧妙結(jié)合,具有近乎完美的自由立體圖像顯示功能,給人們帶來一場全新的視覺盛宴。
進(jìn)入21世紀(jì),3D已成為當(dāng)前最受歡迎的顯示技術(shù),這已成不爭的事實??墒?,當(dāng)人們沉浸過“身臨其境”感后,頭暈?zāi)垦5母杏X也令人倍感不安。我們暫且不考慮3D眼鏡給消費(fèi)者所帶來的成本,對于近視觀眾來說,在近視眼鏡上再加上一副眼鏡,想想都是一件很累、很復(fù)雜的事情??萍嫉谋举|(zhì)就是把好的東西帶給人類,并使之一切更加容易、更加簡單、更加便捷,因此,裸眼3D是未來顯示技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。