：3d电影的光学原理探讨-学位论文.doc

江 西 理 工 大 学本 科 毕 业 设 计（论文）题 目：3D电影的光学原理探讨 学 院：信息工程学院专 业：光信息科学与技术班 级：091班学 生：段小虎学 号：20092577指导教师：李艳玲 职称：讲师 时 间：2013年5月 江 西 理 工 大 学本 科 毕 业 设 计（论文）任 务 书信息工程学院 光信息科学与技术专业 09级（09届）1班 学号: 20092577 学生: 段小虎题 目：3D电影的光学原理探讨专题题目（若无专题则不填）：原始依据(包括设计（论文）的工作基础、研究条件、应用环境、工作目的等)：作为光信息专业大四的学生已经修读了工程光学、物理光学和信息光学等专业课程，对几何光学的基本定律、典型的光学系统、光学设计、光的电磁理论和傅里叶光学等有了一定的了解。3D电影的光学原理之一就是基于光的偏振特性，因此学生有完成此课题的理论基础。完成此课题一方面要求学生多查阅相关文献书籍，在掌握基本原理的基础上找到创新点；另一方面，要求学生会用一些基本的办公软件和计算软件。这就要求学生有一台电脑能够上网下载文献和完成相关计算。主要内容和要求：（包括设计（研究）内容、主要指标与技术参数，并根据课题性质对学生提出具体要求）：立体效果好，成本低廉，实现容易的立体显示系统是当前立体显示技术发展的一个重要方向。偏振光立体电影技术以其色彩表现丰富，画面立体感强烈，观看方便等优点称为当今立体显示的主流。本文主要研究基于光的偏振特性制作3D电影的光学原理。要求学生在理解光的偏振特性基础上，探讨3D电影的光学原理，找到创新点，给出更易实现的制作或显示3D电影的方案。锻炼学生运用所学知识独立完成课题，从文献检索、科学实验中获取知识的能力，提高学生的科学素养。日程安排：2013年1月3月 确定选题、文献调研、开题报告；2013年4月 撰写论文，提交一稿、中期检查2013年5月 修改论文，提交最终定稿，准备答辩。主要参考文献和书目：1 郁道银，谈恒英 著. 工程光学(第三版). 北京：机械工业出版社，2008.2 梁铨廷. 物理光学(第三版). 北京：电子工业出版社，2010.3 周炳琨，高以智，陈倜嵘. 激光原理. 北京：国防工业出版社，2009.4 纪成刚. 3D电影的成像原理简介和声音制作探讨. 现代电视技术，2009，2317.5 许磊. 立体影像技术的研究与实践. 硕士学位论文，2009.6 孙世波. 浅析3D立体影像技术的应用与发展. 科技博览，2013，1：210.7 穆良柱，张海君. 立体影像显示原理及其技术进展. 物理实验，2008，28(1)：913.8 孙延禄. 关于圆偏振光在3D立体影像显示中的应用. 现代电影技术，2010，9：2429.指导教师（签字）： 年 月 日注：本表可自主延伸，各专业根据需要调整。江 西 理 工 大 学本 科 毕 业 设 计（论文）开 题 报 告信息工程学院 光信息科学与技术专业 09级（09届）1班 学号: 20092577 学生: 段小虎题 目：3D电影的光学原理探讨专题题目（若无专题则不填）：本课题来源及研究现状： 课题来源：自2009年3D电影阿凡达的出现，重新掀起了3D电影的热潮。我们知道3D电影是通过光学处理的方法，将观众带入三维的世界，观众因此才有身临其境的感觉。作为光信息科学与技术专业的学生，对偏光原理和全息技术都有一定的了解，将这些光学知识应用到3D电影的研究上是一个很好的课题。此为本课题的来源。 研究现状：其实，早在上世纪50年代就出现了3D技术，只是由于当时技术不成熟、观众反应不太好，才一直未得到发展。如今，随着科技的进步，将3D电影与数字信号处理相结合，取得了前所未有的发展。课题研究目标、内容、方法和手段： 本文尝试从光学原理的视角，结合3D 电影的发展历程和现状，对3D电影的光学原理和制作方法以及实现方式和显示技术都进行了介绍。着重对光学原理的光学参数、3D电影的实现过程、裸眼式3D显示技术展开探讨，并对 3D 电影的发展前景做出预测。设计（论文）提纲及进度安排： 设计提纲：第一章 绪论1.1 研究意义和背景1.2 3D电影的发展历程1.3 论文结构第二章 3D电影介绍 2.1 3D电影简介 2.2 光学原理 2.3 3D电影的制作方法2.4 本章小结第三章 3D电影的实现方式 3.1 立体图像获取 3.2 立体显示方法 3.3 本章小结第四章 3D电影显示技术 4.1 眼镜式3D技术 4.2 裸眼式3D技术 4.3 本章小结第五章 总结与展望进度安排：2013年1月3月 确定选题、文献调研、开题报告；2013年4月 撰写论文，提交一稿、中期检查2013年5月 修改论文，提交最终定稿，准备答辩。主要参考文献和书目：1 张应均. 基于DMD的3D显示算法研究. 硕士学位论文. 2011. 35.2 梁铨廷. 物理光学(第三版). 北京：电子工业出版社. 2010.3 周炳琨，高以智，陈倜嵘. 激光原理. 北京：国防工业出版社. 2009.4 纪成刚. 3D电影的成像原理简介和声音制作探讨. 现代电视技术. 2009. 2317.5 许磊. 立体影像技术的研究与实践. 硕士学位论文. 2009.6 孙世波. 浅析3D立体影像技术的应用与发展. 科技博览. 2013. 1：210.7 穆良柱，张海君. 立体影像显示原理及其技术进展. 物理实验. 2008. 28(1)：913.8 洪艳，陈佩怡. 3D电影的现状与问题研究. 重庆邮电大学学报，2012：93.9 信息技术与标准化. 我国启动立体影像技术标准化工作. 信息技术. 2009，12.10 胡佳宁. 基于立体影像技术的产品展示设计研究. 艺术探索，2011，25（2）.11 青云. 全息电视呈现完美立体影像. 知识就是力量，2012（7）.12 戴晨光，张永生，黄小波，潘申林. 基于微机的3维景观立体显示技术. 测绘通报. 2002，9：1 820.13 黄安详. 空间立体仿真视景的技术研究与实现J. 系统仿真学报. 2001，13(3).14 李铭. 怎样制作红青双色立体影像. 数字与缩微影像. 2012（3）.15 王颖鑫. 不只是电视,立体影像的全面进化真实幻境穿梭3D体验第二波.数码界，2010,09（8）.16 李欣. 3D电视探析. 中国有线电视，2012（6）.指导教师审核意见： 教研室主任（签字）： 年 月 日注：本表可自主延伸摘 要 人类处在三维世界之中，我们的一双眼睛能够辨别周围物体的所处环境，也能感受这美妙的立体世界。以前，广泛采用的照相术和摄影术只能记录平面影像，缺乏立体感和真实感。近年来，3D电影技术正在迅速发展。立体效果好、成本低廉、实现容易的立体显示系统是当前立体显示技术发展的一个重要方向。如今，3D电影正在朝着这个方向前进。 对于 3D 电影的探讨，多集中于电影美学、电影叙事方式、影片类型等领域。本文尝试从光学原理的视角，结合3D 电影的发展历程和现状，对3D电影的光学原理和制作方法以及实现方式和显示技术都进行了介绍。着重对光学原理的光学参数、3D电影的实现过程、裸眼式3D显示技术展开探讨，并对 3D 电影的发展前景做出预测。关键词：三维；3D电影；偏振光；光学原理；视差；光学全息；ABSTRACT People live in the three-dimensional world, not only can our eyes distinguish the environment of objects around us, but also can feel this wonderful three-dimensional world. Previously, widely used in radiography and tomography plane can only record images, the lack of three-dimensional sense and realism. In recent years, the technology of 3D movie is developing rapidly. Good three-dimensional effect, low cost and easy to implement stereoscopic display system is an important direction that the development of three-dimensional display technology. Nowadays, 3D movies are moving in the direction. For 3D movie discussion, mostly concentrated in film aesthetics, film narrative, film type, etc. This paper attempts to optics perspective, combined with 3D movies Development and Present, optics for 3D movies and production methods, and implementation and display technologies are introduced. Focus exploring from the optics of the optical parameters, 3D movie of the implementation process, naked-eye 3D display technology, and make predictions for the development of 3D movies.Key words: three-dimensional；3D movie；Polarized light；optical principle； Parallax；optical holography；目 录第一章 绪论 . 1 1.1 研究意义和背景 11.2 3D电影的发展历程. 1 1.3 论文结构. 3第二章 3D电影的光学原理. 4 2.1 3D电影简介. 4 2.2 光学原理. 4 2.2.1 偏光原理. 4 2.2.2 光学全息技术. 6 2.2.3 光学参数. 7 2.3 3D电影的制作方法 10 2.3.1 偏光眼镜法. 10 2.3.2 360度全息显示. 11 2.4 本章小结. 11 第三章 3D电影的实现方式. .12 3.1 立体图像获取. 12 3.2 立体显示方法. 12 3.2.1 体式显示方式. 13 3.2.2 自由立体显示方式 15 3.3 本章小结. 18第四章 3D电影显示技术. 19 4.1 眼镜式3D技术. 19 4.1.1 色差式3D技术. 19 4.1.2 快门式3D技术 20 4.1.3 偏光式3D技术 20 4.2 裸眼式3D技术 21 4.2.1 光屏障式技术 21 4.2.2 柱状透镜技术 21 4.2.3 指向光源技术 22 4.3 本章小结. 22第五章 总结与展望 23参考文献 24致 谢 25第一章 绪论1.1 研究意义和背景人类处于三维立体世界之中，用我们明亮的眼睛能够辨别周围物体所处的相对空间位置，也能感受这美妙的立体世界。但是，至今广泛采用的照相术和摄影术只能记录平面影像，缺乏立体感和真实感。近几年来，显示技术有了飞速的发展，从电子束显示CRT到现在的平板、数码显示LCD/LED，变得越来越清晰、准确、直观、方便、节能、信息化，甚至色彩、立体化等。从而也引起三维立体影像（3D电影）的迅猛发展，三维立体影像是继二维平面影像的自然演进。我们通常所看到的电视、电影大多都是二维空间的，即上下和左右两个维度的，我们一般称之为2D。3D除了上下和左右两个维度之外，又增加了一个新的维度前后。3D电影不仅具有普通2D电影清晰、直观等优点，更引人注目的是，它能让观众有穿越银幕、身临其境的感觉。这样，就可以使观众欣赏到一种逼真的、具有空间立体感的视觉效果。这就是显示技术朝着立体化、信息化方向发展的原因，也是3D电影得到迅猛发展的催动力。随着现代人类生活水平的提高，对物质的要求也越来越高，人们希望看到的东西是更贴近生活、更适合自己的故事。因此，在电影这一行业，3D电影无疑是以后发展的一个新方向。如果说对3D电影的研究具有很重要的意义，那么对3D电影的光学原理探讨则是重中之重。1.2 3D电影发展历程说到3D电影，相信大多数人并不陌生，因为其飞快的发展速度，已经引起了电影工作者的高度重视。2009年末阿凡达的上映犹如一颗重磅炸弹，使3D这一技术元素在电影界甚嚣尘上。人们被它成熟的CG技术1和完美的3D效果所折服，所有的评论呈现一边倒的态势，以至于在业界有人把2009年称为3D元年，阿凡达也成了3D新纪元的奠基之作。似乎用任何辞藻来形容阿凡达都不为过，它的所有元素，不管是该片导演的十余年打磨一剑，还是近乎完美的CG技术与真人实拍相结合，为影片全新开发的表情捕捉系统以及成熟的3D显像技术、过硬的剧本、巨额影片投资以及空前的票房回报等，如此种种使阿凡达成为世界电影发展史上浓墨重彩的一笔。阿凡达已经超越了影片本身，它是作为一个电影事件而存在着。其实，早在上世纪50年代，就已经发明了立体电影。1922年，世界上第一部3D电影是爱情的力量，遗憾的是，影片很早之前就已经遗失了。早期的3D电影都是以展示立体效果为主，片中常以指向观众的枪、扔向观众的物体为噱头。但由于制作工艺和制作技术比较落后，导致观众感觉看不清楚、头晕、不太适应、没有舒适感，画面缺乏真实感、颜色不是很理想等等各种负面的评价。所以由于技术的不成熟和市场缺少关注等原因，那个时期的3D电影一直未得到普及。近几年，随着影视数字技术的成熟，3D立体电影有了长足的进步，阿凡达就是数字技术与3D立体电影相结合的一个成功例子。如今，3D电影已经进入了发展的黄金期。2009年11月19日，全国音频、视频及多媒体系统与设备标准化技术委员会2在京举办了“立体影像技术标准研讨会暨研究组成立会议”，来自国内外从事立体影像技术和标准研发及应用的30多位专家出席会议。立体影像技术标准研究组的成立将推动我国立体影像技术标准研究制定工作的有效开展，加速制定我国立体影像技术标准体系。3D电影在国内大范围上映实际始于2008年的地心历险记，近在咫尺的细微生物、呼啸而过的珍奇异兽、过山车般身临其境的美妙感觉。其100元的高昂票价和前所未有的视觉冲击力，让该片在有限的80块3D银幕放映27周，票房达6700万元，平均每块银幕票房80万元。以票房3.2亿元的赤壁(上)为例，它在3600块银幕放映合每块银幕票房8万多元。比较两部影片，3D电影平均银幕票房数是普通影片的10倍！“卖一部电影的票房就收回了放映设备的投入”，堪称奇迹。一系列引进的3D大片掀起了3D热潮，国内众多院线纷纷扩建、更新放映设备，力推3D电影。08年中国的3D银幕数量还只有86块，一部地心历险记6700万的票房极大的刺激了各院线老板的胃口，纷纷升级3D银幕和设备，到暑期冰河世纪3上映之时，中国的3D银幕数量已经迅速发展到350块。阿凡达上映之时，中国的3D银幕数量将突破600块，成为紧随美国之后的全球第二大3D电影市场。中国3D银幕数量2010年的目标甚至是1300块。短短一年半时间，3D银幕数翻了近五番，而且这一增速还在持续。一种是放映机成本较低，投入几十万，但科技含量在眼镜上，因此一副立体眼镜的成本就达到了700元（如今更新换代，不少影城已经不需押金了）；另一种方式，则是眼镜只有20到30元，但设备成本高达几百万。只要有数字银幕，在此基础上花20多万元添加设备就能放映3D电影，成本不算高，复制起来非常容易。因此绝大部分影城都采用前者设备放映3D电影。中国3D电影市场一不留神成为全球第二，成长速度可谓一日千里。同时，一批优秀的影视、动画工作者也投入到了3D电影的制作，开创了国产3D电影的先河。只可惜国产3D电影还不成熟，一方面技术上不能真正与好莱坞3D效果抗衡，另一方面急功近利的创作不伦不类，这几部电影进入市场几乎都无一席之地。1.3 论文结构对于3D电影的探讨，多集中于电影美学、电影叙事方式、影片类型等领域。本文在重点探讨3D电影光学原理基础上，介绍了3D电影的制作和实现方法，着重对3D电影的显示技术展开分析讨论，特别是裸眼式显示技术。论文主体内容分为以下四个部分：第一部分：第二章主要介绍3D电影和它的光学原理，光学原理包含了四个重要的光学参数。最后介绍了3D电影的两种制作方法，分别是偏光眼镜法和360度全息显示法。第二部分：第三章介绍了3D电影的实现方式和过程，过程包括目标立体景象的图像信息获取、图像信息的处理和立体设备显示。着重对立体显示方式展开研究，介绍了体式显示方式和自由立体显示方式。第三部分：第四章围绕着3D电影的显示技术展开讨论，介绍了两类显示技术，分别是眼镜式和裸眼式技术。这两种技术各有各的优缺点，眼镜式技术虽然效果好，但不方便、不舒服；裸眼式虽不要戴眼镜，到效果不佳，技术目前还不成熟。第四部分：第五章主要对前面几个章节的总结，并对3D电影未来发展方向做出预测。第二章 3D电影的光学原理2.1 3D电影简介3D电影34即立体电影，其中D是英文Dimension（线度、维）的字头，3D电影指的是三维立体电影的意思。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，出现于1922年。这种电影放映时两幅画面重叠在银幕上，通过观众的特制眼镜或幕前辐射状半锥形透镜光栅，使观众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。人眼能感觉到景物的立体感是因为景物分别在左右眼视网膜上成像。所有类型的立体显示系统都是模拟人眼观察物体的方式拍摄片源，然后通过各种分光技术分别投射视差片源到人的左右眼。3D电影同我们通常看的普通电影不同之处在于：普通电影（也称2D电影）画面只有上下和左右两个维度，3D电影除了上下和左右两个维度之外，又增加了一个新的维度前后。这样，观众在观看3D电影时就能体会到一种逼真的、具有空间立体感的视觉效果。 2.2 光学原理2.2.1 偏光原理3 D多是利用偏光原理56：人的两眼分开约6cm，两只眼睛除了瞄准正前方以外，看任何一样东西，两眼的角度都不会相同。虽然差距很小，但经视网膜传到大脑里，大脑就用这微小的差距，产生远近的深度，从而产生立体感。一只眼睛虽然能看到物体，但对物体远近的距离却不易分辨。根据这一原理，如果把同一景像，用两只眼睛视角的差距制造出两个影像，然后让两只眼睛一边一个，各看到自己一边的影像，透过视网膜就可以使大脑产生景深的立体感。简而言之，两眼的视差是产生立体视觉的主要因素。人的大脑产生立体视觉主要是通过两只眼睛来实现的，如下图2-1所示，人的双眼间距大约为60mm，几乎处于平行的位置。观察外界景物时，在每只眼睛的视网膜上都形成一个独立的图像，这两幅图像大部分重叠，而只存在一些微小的差别，这种差别即视差。具有视差的两幅图像所引起的神经冲动传送到大脑的视觉皮层，由皮层的融合作用形成一个具有立体的视觉影像。 图2-1 视差的产生 双目立体视觉模型如下图2-2所示，用来表征人眼的视差立体形成过程。图2-2 双目立体视觉模型由于人的双眼在观看物体时绝大多数时间总是处于水平位置，因此在成像模型中以单一的点来表征物体，并且假定成像的高度在左右眼中是一样的。图2-2中的是立体空间的坐标系，和分别是左眼和右眼的位置，和分别是左右眼的像平面坐标系.设d为人的双眼瞳距，则，（f为瞳孔的成像焦距）。空间点P(X，Y，Z)关于在投影为，关于在中的投影为，则有： （2-1）可以计算出坐标： （2-2） 图像的视差： （2-3）视角： （2-4）由（2-3）式可知，物体在双眼中成相视差S与物体到眼睛垂直距离Z成反比物体离眼睛越远，视差S越小，视角也越小。当物体离眼睛足够远时，视差和视角变得非常微小，即是零视差的情况，这时眼睛感觉不到立体感。2.2.2 光学全息上面讲到了3D电影的最基本原理偏光原理，此原理是应用最为广泛、比较容易实现的。其实3D电影还可以通过另外一种光学技术来实现，那就是光学全息技术。我们通常在电影院看到的3D电影都是根据偏光原理制作的，虽然立体效果很好，但观众必须佩带特制的偏光眼镜。而根据光学全息技术制作的3D电影，裸眼就能实现，而且还能对拍摄的景物进行360度的观看。既方便、直观，携带信息量又大。1.全息简介全息技术是利用干涉和衍射原理记录并再现物体真实的三维图像技术。“全息”来自希腊字“holos”，意即完全的信息不仅包括光的振幅信息，还包括位相信息。利用干涉原理，将物光波前以干涉条纹的形式记录下来，由于物光波前的振幅和位相即全部信息都储存在记录介质中，故被称为“全息图”。光波照明全息图，由于衍射效应能再现出原始物光波，该光波将产生包含物体全部信息的三维像。这个波前记录和再现的过程就是全息技术。2.波前记录和再现7（1）波前记录记录介质只对光强有响应，不能记录波前携带的位相信息，只有使位相的空间调制转换为强度的空间调制才可能实现完整信息的波前记录干涉法可实现这一转换。 图2-3 波前记录如图2-3所示，假定记录介质H位于平面上，物光波前在H上产生的复振幅分布为： （2-5）引入相干的参考波，它在H上产生的复振幅分布为： （2-6）上两式中，和分别表示物波和参考波的振幅分布，和分别表示物波和参考波的位相分布，它们都是实函数。H上总光场为： （2-7）强度分布为： （2-8）全息图实际上就是一副干涉图，第三项是干涉项，在干涉条纹的幅值以及条纹位置信息中包含有物光振幅和位相的信息，它们分别受到参考光振幅和位相的调制。（2）波前再现用一束相干光波（通常选球面波和平面波）照射全息图，假定它在全息图面上的复振幅分布为，则透过全息图的光场为： （2-9）前的系数表示常量，只改变照明光振幅；表示物光波单独存在时在底片产生的不均匀光强；指振幅受到调制的照明光波，产生离散杂光。当时，是原来物波波前的准确再现，观察到的是物体的虚像，为全息图衍射场中的+1级波；当时，是发生变形的物光波，观察到的是物体的实像，为全息图衍射场中的-1级波；当，分别产生虚像和实像，虚像发生变形，实像不变形。（见图2-4） （a）用原参考波照明 （b）用共轭参考波照明图2-4 波前再现2.2.3 光学参数 下面介绍几个3D电影光学原理中常用到的几个参数68：1光角由图2-3所示，不难看出“目标物体1”与两眼所成的夹角，会比“目标物体2”与两眼所成的夹角大。图2-5 光角示意图显然，“目标物体1”比“目标物体2”更靠近眼睛。在物理学上我们把和称之为光角，即物体与两眼所形成的角度。利用光角可以判断物体的远近。2视角立体影像的光学原理中另外一个比较重要的参数是视角，即物体的高度与眼睛所成的角度。利用视角可以判断物体的大小，视角越大，则物体也越大。如图2-4中，物体1比物体2小，其视角比视角小。 图2-6 视角示意图光角与视角的最大区别，在于光角的形成必须要两眼才行；而视角的形成只需单眼即可。光角可以判断物体的远近（层次、深度）；而视角则可以判断物体的大小。我们可以很清楚地分辨出二者的差异性，同时要看到物体的深度，就必须依赖我们的双眼不可。3视差视差是透过双眼各自所看到目标物体位置的差异性，是指在两眼视网膜上成像的位差，如图2-5所示。就是因为有了视差，才能赋予立体影像有深度、层次的空间感。在图中可以看出，光角越大视差也越大。但视差不易太大，否则会造成眼睛不舒服。可为了增加立体效果，一般会将视差加大。图2-7 示意图根据人眼看景物的近、中、远三个不同的层次，如图2-6可将视差分为以下三类：（1）非交错视差：两眼焦点视线在屏幕前没有任何交叉情况，此时其影像将会呈现在屏幕后。（2）零视差：两眼焦点视线的交叉点刚好落在屏幕上，此时其影像将会呈现在屏幕上。（3）交错视差：两眼焦点视线在屏幕前有交叉情况，则其影像将会呈现在屏幕前的交叉点上。图2-8 视差分类4深度立体影像中的深度即指场景中各点相对于摄像机的距离。下面结合深度示意图推导出深度的计算公式：图2-9 深度示意图 在图2-7中，F是摄像机的焦距，是物点P在左摄像机中成像的位置，是物点P在右摄像机中成像的位置，B是基线距离。场景点P在左、右图像平面中的投影点分别为P左和P右，假设坐标系原点与左透镜中心重合，比较相似三角形和得到： （2-5）同理，由相似三角形和得到： （2-6）合并（2-5）和（2-6）两式得： （2-7）由上面推导可知各种场景中的深度信息与视差成反比，与基线和焦距成正比。2.3 3D电影的制作方法根据以上介绍的两种3D电影的光学原理，可以将3D电影的制作分为偏光眼镜法和360度全息显示法。偏光眼镜法是利用偏光原理制作的，需要观众佩戴偏光眼镜才能感受到3D的立体效果；360度全息显示法是利用光学全息制作的，观众无须佩戴眼镜，就能全方位的感受3D的立体效果。2.3.1 偏光眼镜法 3D立体电影有多种制作方式，其中较为广泛采用的是偏光眼镜法3。依据人眼观察景物的方法，利用两台并列安置的摄影机，分别代表人的左、右眼，同步拍摄出两条略带水平视差的画面。放映时，将两条电影胶片分别装入左、右放映机，分别播放出左眼和右眼的画面。每台放映机前端装有改变光线相位的偏振片。同时，两台放映机前面有一个周期转动的遮光板，通过遮光板的转动，将放映机输出的每秒24格画面提升至每秒48格。由于左右放映机的遮光板有相位差，左右眼的图像是交替出现的，到达观众的眼中，就成为每秒 96 格的立体图像了。两台放映机同步运转，同时将画面投放在金属银幕上，形成左右像双影。当观众戴上特制的偏光眼镜时，由于左、右两片偏光镜的偏振轴互相垂直，并与放映镜头前的偏振轴一致，致使观众的左眼只能看到左像、右眼只能看到右像，通过双眼汇聚功能将左、右像叠加在视网膜上，由大脑神经产生三维立体的视觉效果，展现出一幅幅连贯的立体画面，使观众感到景物扑面而来、或进入银幕深凹处。但是，由于胶片放映的稳定性较差，长时间观看这样的影片，会感觉到头晕等不适。所以，长期以来3D立体电影一直是以特种电影的形式存在。2.3.2 360度全息360度全息显示9：它是由南加利福尼亚大学创新科技研究院的研究人员目前宣布他们成功研制的，这种技术是将图像投影在一种高速旋转的镜子上从而实现三维图像，只是会有些危险。可以说这些技术很多国家都在研制，毫不夸张的说这项技术它包含了未来，谁最先使用这项技术，谁就最先走入未来的先进技术行列。全息投影技术是全息摄影技术的逆向展示，本质上是通过在空气或者特殊的立体镜片上形成立体的影像。不同于平面银幕投影仅仅在二维表面通过透视、阴影等效果实现立体感，全息投影技术是真正呈现3D的影像，可以从360的任何角度观看影像的不同侧面。2.4 本章小结本章主要介绍了3D电影的概念，在此基础上探讨了3D电影的光学原理，主要有偏光原理和光学全息技术。并就光学原理里面讲到了几个重要的光学参数，光角、视角、视差及深度进行了讨论，它们之间都是相互联系的，可以相互推导的。最后，简单介绍了3D电影的两种制作方法。第三章 3D电影的实现方式 3D电影的实现过程5是把客观存在或虚拟的立体场景在特定的时间和地点呈现出来，其过程包括目标图像信息的获取，图像信息的储存和处理，图像信息的重现三个环节，如图3-1所示。图3-1 3D电影的实现过程3.1 立体图像获取 由双目立体视觉原理可知，要想产生立体感，立体图像必须包含至少一对具有一定视差的立体图像对，即一对左眼图像和右眼图像，并且这种视差要符合人眼的生理结构。立体图像的来源有三种：1多相机拍摄多相机拍摄中最简单的方法是双目摄像机拍摄。两台摄像机的角度和距离模仿人的双眼，拍摄产生具有一对视差的左眼图像和右眼图像，然后编码成视频信号储存起来。2立体扫描立体扫描可以从多个角度记录立体信息，并储存在特定的介质中，如光学全息成像等。与多相机拍摄不同，通过立体扫描观看者可以在任何角度看到立体效果。3软件生成软件生成是利用计算机图像处理技术，通过某个具体的立体建模软件生成立体场景。现在主流的立体软件有3D Studio，Maya等。3.2 立体显示方法根据人眼立体视觉原理，形成人工立体视觉必须具备以下3个条件：1输出的两幅图像必须有一定的左右视差；2左右眼必须分别观察到左眼图像和右眼图像，即实现“分像；3两幅图像所放置的位置必须使相应视线成对相交，消除上下视差；由以上3个条件我们可将人工立体显示方法分为两大类：体视显示方式（Stereoscopic Display）与自由显示方式（Autostereoscopic Display）。体视显示方式借助眼镜、头盔等设备，使人的双眼同时分别看到具有视差的立体图像对，以形成立体视觉；而自由显示方式大都采用光学板，观看者不需要佩戴辅助设备就能看到立体影像。3.2.1 体式显示方式 体式显示方式的立体实现主要有三种：分时法，分光法和分色法。这三种方式都需要通过播放平台将左眼图像和右眼图像分离再显示，观看者在观看时佩戴相应眼镜，使左右眼分别接收到左眼图片和右眼图片。1.分时法分时法也称为液晶闪闭法，如图3-2所示。该方法是指将左右图像按帧(场)序交替显示，通过单一显示器用液晶闲闭的方式实现图像分像。显示过程中，显示屏上沿水平方向交替显示两幅具有视差的立体图像对。观看者佩戴液晶眼镜，液晶眼镜上设置有液晶快门，液晶快门受逻辑控制电路中红外信号控制，该红外信号与显示器交替显示左右眼图像对的信号同步。在显示器显示左眼图像期间，红外信号控制液晶眼镜打开左跟液晶快门并同时关闭右眼液晶快门；在