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D 電影在今天已經相當普及了，那么它的原理是什么呢？為什么戴3D眼鏡時間長了有些人還會感到頭暈惡心呢？3D成像與全息投影又有什么區(qū)別呢？這篇文章都告訴你！

出品：科普中國

制作：星之隊

監(jiān)制：中國科學院計算機網絡信息中心

3D 電影在今天已經相當普及了，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3D電影是利用大腦的成像規(guī)律耍了一個小把戲。在實際生活中當我們看一件東西時，我們左右兩只眼睛看到的景象其實是略有差別的（不信的話，可以盯著桌面上的水杯，然后左右眼輪換關閉試試），這種有差別的像經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去判別物體的大小和距離，對于我們祖先在野外生存是十分重要的,這是因為在野外打獵的時候需要根據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 眼鏡主要是藍綠色的，相信不少同學可能都見過。這種3D眼鏡的紅色的眼鏡片可以過濾掉藍光，而藍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微的差別，經過大腦的加工處理，我們看到的就是立體的像了。這種紅藍鏡片的3D眼鏡透過的光大多數(shù)都是紅光或者藍光，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3D眼鏡（圖片來自：https://www.teachersource.com）

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.howstuffworks.com/3-d-glasses2.htm）

因此，說的簡單一些3D電影實現(xiàn)的關鍵在于給我們的左右雙眼輸入了稍有差別的圖案，然后經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物一樣。

3D電影的成像技術

現(xiàn)在3D電影的成像技術有很多，比如不閃式3D技術、時分法技術、光柵式技術等等，它們都各有優(yōu)缺點，不過它們最終的實現(xiàn)依靠的還是上面所講的原理。

例如，不閃式3D技術就是上面提到的偏光式3D成像；而時分法技術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入左右雙眼，最終在大腦中合成3D立體圖像；而光柵式技術是通過光柵屏障來控制光線行進方向，讓左右兩眼接受到不同的影像，從而產生視差，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同時拍攝的，如下圖所示，3D攝像機的具有兩個鏡頭，可以捕捉到稍微具有差別的兩幅圖像：

△3D電影攝像機（圖片來自：https://gizmodo.com/）

全息投影與3D電影的區(qū)別

可能有些同學還聽過全息投影，全息投影和3D成像采用的是不同的技術，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.x64pro.com/tynews/20151230581.html）

因為全息投影記錄了物體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，相機的位置只有水平方向的差別，垂直方向沒有，當觀眾歪頭去觀看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)展都離不開科學不停的探索與進步。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。

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參考文獻：

[1].Mendiburu, Bernard. 3D movie making: stereoscopic digital cinema from script to screen. Focal press, 2012.

[2].

們已經知道，現(xiàn)在鋪天蓋地的所謂“虛擬現(xiàn)實”（VR）浪潮，其實應該叫做“虛擬顯示”大潮，畢竟絕大部分VR設備其實只是虛擬出了一個新的視覺世界，在其他感官方面仍然缺乏實際互動能力。不過即使目前的VR只能算是虛擬顯示，也讓很多電腦用戶有了一種立體顯示=VR的感覺，但這一感覺卻錯得離譜，現(xiàn)在最流行的頭戴式VR顯示方案雖然相對于眼鏡+平面的形式要進步一些，但也只能算是立體顯示領域的一個并不完美的實現(xiàn)形式，未來甚至可能是相當邊緣化的一種形式。

○ 立體顯示的歷史

立體顯示就是我們常說的3D顯示，而3D是英文三維度（3 Dimensional）的縮寫，三個維度即表示我們所知的立體空間，相應的，2D就表示兩個維度的空間，即平面。對人類來說，兩只有一定距離的眼睛接收的視覺畫面有一定的角度、距離差，通過大腦的計算會形成立體視覺，這也是立體顯示所利用的遠離，即給左右眼提供不同角度的畫面，就可以讓人感覺到立體影像的效果。

隨著大量3D電影的出現(xiàn)，立體顯示技術與電影的聯(lián)系對大家來說已經習以為常，但大多數(shù)人都不知道，立體影像的探索也是緊隨著早期攝像和電影技術的發(fā)展。1829年，比利時著名物理學家約瑟夫·安托萬·費迪南·普拉多（Joseph Antoine Ferdinand Plateau）發(fā)現(xiàn)：物體在人眼前消失后形象還會在人的視網膜上滯留一段時間，即視覺暫留現(xiàn)象，普拉多根據此原理于1832年發(fā)明了“詭盤”（圖1），轉動的“詭盤”能使被描畫在鋸齒形的硬紙盤上的畫片而“活動”起來，這也成為了后來電影的基本原理。距離“詭盤”的發(fā)明僅有一年，1833年英國物理學家查爾斯·惠斯通（Charles Wheatstone）就利用雙眼視差法在兩張手繪的草圖上創(chuàng)造出了世界上的第一組立體圖像，1938年，他根據這種像差原理發(fā)明了立體鏡（圖2），1849年，英國物理學家布儒斯特（David Brewster）改進了立體鏡，而利用偏極光特性制作3D投影機的想法則在1891就出現(xiàn)了，此時現(xiàn)代電影藝術還沒有正式出現(xiàn)。早期的立體鏡就是利用兩部相機，在左右眼位置各拍一張照片，然后再通過“立體鏡”，用左右眼同時觀看，就會產生融合的3D影像，這也成為3D攝像技術遵循的基本原理。

在現(xiàn)代電影技術技術的發(fā)展過程中，也一直伴隨著3D拍攝和顯示技術。1894年，愛迪生發(fā)明了用膠片的連續(xù)轉動，造成活動視覺的電影視鏡，不過只能單人觀看。1895年盧米埃爾兄弟正式公映的影片宣告了電影時代的到來。而在電影藝術正式出現(xiàn)后僅僅5年，1900年，弗雷德里克·尤金·艾維斯（Frederick Eugene Ives）就發(fā)明了模仿人眼原理的立體攝像機。1915年，出現(xiàn)了最早的紅綠立體電影視頻片段，1922年，第一部立體電影《愛的力量》（The Power of Love）正式公映，這些最早期的立體電影探索并沒有引起大眾的關注，很快就沉寂下來。

進入20世紀30年代，隨著經濟大蕭條，電影這一廉價的消遣方式受到歡迎，贏了了電影的大發(fā)展，其中當然也包括立體電影，1936年，米高梅電影公司推出了采用紅藍眼鏡的商業(yè)電影《Audioscopiks》系列，轟動一時，該片獲得了當年奧斯卡最佳短片獎的提名。電影創(chuàng)始人之一路易斯·盧米埃爾（Louis Lumière）也將最早的電影《火車進站》重新制作為立體電影（圖3）。

反映早期立體電影效果的漫畫

二戰(zhàn)后立體電影繼續(xù)高速發(fā)展，1953年，《恐怖蠟像館》等一批3D恐怖片應運而生，以紅綠眼鏡做媒介的3D片在上世紀五十年代進入了黃金時期。1962年，國內的天馬電影制片廠拍攝了國內第一部3D立體電影《魔術師的奇遇》。2009年，《阿凡達》在3D技術上的成功，終于正式揭開了3D電影，乃至3D顯示技術進入內地普通百姓生活的序幕。

隨著技術的發(fā)展，立體顯示逐漸從電影院中走出，1982年，托馬斯A.弗內斯三世（Thomas A.Furness Ⅲ）展示了帶有6個自由度跟蹤定位的頭盔顯示器（HMD），從而使用戶完全脫離周圍環(huán)境，1985年，司各特·菲舍（Scott Fisher）創(chuàng)建了由操作者位置、聲音和手勢控制，帶有廣角立體顯示的頭盔式顯示系統(tǒng)。進入1990年后，裸眼式立體顯示器開始萌芽，1991年，日本電報電話公司NTT研究和開發(fā)出能播放出立體影像的彩色電視機；2003年，夏普推出量產型3D顯示器；2011年任天堂推出的便攜式游戲機3DS（圖4）擁有了裸眼3D顯示能力和拍照能力。21世紀10年代，主要的顯示芯片廠商，AMD和NVIDIA均推出了3D顯示方案，而主要的顯示器廠商也均推出了更適合3D顯示的超高刷新率顯示器。

○ 現(xiàn)代立體顯示技術

目前的立體顯示技術主要是3D眼鏡方式、頭戴式顯示器和裸眼3D顯示，使用效果、使用場合、面向用戶以及成本、成熟度等各有不同，而且每一種方式又有多種不同的產品甚至不同的技術。

● 3D眼鏡方式

3D眼鏡方式是最傳統(tǒng)而成熟的立體顯示方式，通過為左右眼配置偏光、紅綠、快門、明暗等不同鏡片，讓左右眼可以從同一塊屏幕上接受不同的圖像，以構成立體視覺。雖然原理類似，但其用途和具體實現(xiàn)方式還是有一定差異的。

1.偏光眼鏡（Polarization glasses）

→優(yōu)勢：3D效果比較真實，眼鏡結構簡單，成本較低且輕便。

→劣勢：使用顯示器時圖像分辨率降低，在影院中需要使用兩臺投影機，且圖像疊加對調教要求很高，且亮度有損失

可見光是橫波，即振動方向垂直于傳播方向的波形，而自然光中，光波的振動方向環(huán)繞方向軸做無規(guī)律的振動（圖5）。偏光眼鏡采用的偏光鏡片只允許一個振動方向的光線通過，振動方向垂直的光線會被徹底過濾掉。觀看3D圖像的偏光眼鏡左右眼的偏振軸互成90度，在播放3D圖像時，屏幕上的圖像實際上是對應左右眼的兩幅圖像疊加而成，兩幅圖像的光線分別適合偏光眼鏡的左右眼偏振軸，這樣用戶觀看同一塊屏幕時，左右眼接收的圖像卻是不同的（圖6），這樣左右眼畫面就可以形成3D視覺。

偏光眼鏡結構比較簡單，所以眼鏡成本較低，家用電視、顯示器和影院屏幕等都能使用。不過因為采用濾光方式，所以用戶看到的圖像亮度會有一定損失，如果使用液晶電視/顯示器的話，因為顯示器兩個偏振方向的圖像各使用一半的像素點，3D圖像的實際分辨率減半。而投影方式則需要使用兩臺投影機分別輸出兩個方向的偏振光圖像進行疊加，對精度要求很高，難以應用在家庭環(huán)境中。

因為偏光鏡片可有效濾除反射光和有害紫外線，具有消除眩光的功能（圖7），所以也被應用在太陽鏡、滑雪鏡等產品上。

2.色差式3D眼鏡（Anaglyphic 3D）

→優(yōu)勢：總體成本低廉，眼鏡成本低至1元左右，對顯示系統(tǒng)也沒有特殊要求。

→劣勢：容易產生偏色；圖像彩色信息、亮度、分辨率都有損失；易引起視覺疲勞。

這種技術是基于圖像分色（互補色式、色差式）技術的一種3D顯示技術，該技術將兩個不同視角上拍攝的影像分別以兩種不同的顏色印制在同一副畫面中。這樣視頻在放映時僅憑肉眼觀看就只能看到模糊的重影，而通過對應色彩的立體眼鏡可分別獲得左右眼圖像，就可以看到立體效果，為了盡量過濾掉對應另一只眼鏡的圖像，兩眼鏡片需要采用互補色——以紅藍眼鏡為例，紅色鏡片下只能看到紅色的影像，藍色鏡片只能看到藍色的影像，兩只眼睛看到的不同影像在大腦中重疊呈現(xiàn)出3D立體效果（圖8）。

紅藍立體圖像，如果手頭有紅藍眼鏡可以嘗試看一下

色差式3D眼鏡有不同色色彩方案，紅藍電影需要用紅藍眼鏡觀看；紅綠電影需要紅綠眼鏡觀看；鏡片分配也有所不同，有時會出現(xiàn)需要將眼鏡反過來戴的情況。NVIDIA推出的成本低廉的3D Vision Discover（3D立體幻鏡體驗版）解決方案便采用的是紅藍眼鏡技術。

色差式3D眼鏡的原理和對顯示的要求與偏光眼鏡有點像，所以也有亮度和分辨率的損失，而且因為自帶顏色的鏡片會對影片色彩有影響，濾光能力也不如偏振光鏡片，所以容易產生偏色和視覺疲勞。

3.快門眼鏡（Shutter glasses）

→優(yōu)勢：3D效果較出色，設備市場占有率正穩(wěn)步提高。

→劣勢：設備成本較高，亮度、幀速損失較大，眼鏡重量較大。

快門眼鏡采用的是開關式（時分法遮光）技術，它會在屏幕上分幀顯示左右眼畫面，并通過液晶同步遮擋右眼和左眼，通過視覺暫留來實現(xiàn)3D效果。其具有和偏振光方式一樣的色彩準確性。因為雙眼只看到被降低為原來一半刷新率的畫面，因此感受到整體畫面亮度會有較大損失，而且如果刷新率不足，會明顯感覺到延遲。

由于實現(xiàn)方式相對簡單，特別適合消費級顯示設備，所以快門眼鏡一度成為個人消費市場上的主導技術，推進了液晶電視、顯示器、投影機的刷新率提升，目前高刷新率的電視和顯示器已經非常多，價格也比較合理，只是快門眼鏡構造比較復雜，所以成本和售價較高（圖9）。

帶有液晶屏、電池、有線或無線同步器等設備的快門眼鏡，結構顯然比偏光、色差式眼鏡更復雜

由于用戶群體的重疊，這一立體顯示技術受到目前VR設備的沖擊很大，不過它還是具有可支持多人觀看，成本相對較低等優(yōu)勢。

4.明暗眼鏡（Pulfrich effect）

→優(yōu)勢：可以呈現(xiàn)優(yōu)異的空間影像，不戴眼鏡也能看到清晰的2D畫面。

→劣勢：主要對運動圖像有效，市場普及度低。

明暗眼鏡（讀寫眼鏡）是基于普菲立克效應（Pulfrich Effect）的產品——根據觀察發(fā)現(xiàn)，人類對不同波長的光有不同的反應速度，大腦對陰暗刺激的認知比明亮刺激稍微遲緩，所以人們容易認為明亮畫面中的物體移動的速度比較快、且速度快的離自己比較近；也會感覺陰暗畫面中的物體移動的速度比較慢、且速度慢的離自己比較遠。因此，若左右兩眼接受到的圖像亮度不同，雖然兩眼看到的是相同的圖像，但大腦對其中的移動速度與距離位置認知卻不一樣，便可產生視覺誤差，構筑出實際上并不存在的空間深度（圖10）。

普爾弗里希效應原理

使用普菲立克效應錄制作品的特別之處在于照相機以及待攝活動物體必須往同一個方向移動。普菲立克效應的3D眼鏡的原理就是其中一塊眼鏡片較暗，另一塊透明。基于該原理錄制的3D影像，當透過“明暗眼鏡”時便能看到立體空間的影像，而沒有戴眼鏡的人也可看到真切的2D畫面，這是其他任何立體3D顯示工具都不具備的。而為了實現(xiàn)更清晰的明暗3D效果，一般要求所攝畫面的明暗對比度要夠強烈，播放設備（如投影機、液晶電視）最好具備黑畫面插入功能，墨鏡一側的遮光效果要好。

● 頭戴式顯示器

→優(yōu)勢：能讓用戶最貼身的感受虛擬實境。

→劣勢：標準不統(tǒng)一，產品價格偏高。

頭盔顯示器（Helmetmounted display，HMD）和視頻眼鏡都是固定在頭上，把視頻圖像以及字符信息投影或顯示在眼前（如半反光鏡、護目鏡）上的光電顯示裝置，即頭戴式顯示器。頭盔式顯示器最早被用于軍事領域，作戰(zhàn)飛行員需要一套可以將作戰(zhàn)飛行數(shù)據隨時顯示到飛行員面前的直視系統(tǒng)，頭盔式瞄準器及頭盔式顯示器可提供更寬更直觀的數(shù)據、視野沒有限制，可根據視線方向顯示不同的數(shù)據和圖像，以滿足具備高度離軸交戰(zhàn)能力的最新代空中格斗導彈的各種戰(zhàn)斗需求、構建“透明化”座艙（圖11）。對于民用系統(tǒng)來說，頭盔式顯示器這樣的設備顯然太專業(yè)也太復雜昂貴，視頻眼鏡便成為消費級市場上的頭戴顯示器主流產品。它由主板、超微顯示屏、透鏡、鏡架、電池等部分組成，可接收各種多媒體設備輸出之視頻信號，并通過光學系統(tǒng)（主要是精密光學透鏡）放大超微顯示屏上的圖像，以大屏幕形式呈現(xiàn)于觀者眼前。

視頻眼鏡因為本身就以不同屏幕針對左右眼顯示，所以很容易實現(xiàn)3D顯示，而且隨著運動傳感器和引入和個人設備計算能力的增強，原本只能被動播放3D影像的頭戴式顯示器已經全面轉向了虛擬顯示，觀察者可以自由轉動頭部，甚至是進行空間移動，顯示的畫面會隨之改變，所以沉浸感極強。

當然我們經常提到的，直接使用手機的VR盒子也可以算是一種簡單的頭戴式顯示器，這里就不再贅述了。

● 裸眼立體顯示技術

需要佩戴眼鏡觀看的立體顯示會帶來很多不便，而且大都對圖像質量有影響，更難以進行多人互動操控，這些恰恰就裸眼立體顯示技術的優(yōu)勢。與3D眼鏡方式不同，裸眼立體顯示的原理差距非常大， 常見的技術包括全息式、體積式、多平面式和2D多工式等。

1.全息式（Holographic）

→優(yōu)勢：技術成熟容易取得，是能夠進行較好互動和替代真實物品的選擇

→劣勢：影像大小常受限于設備的大小。

全息式又稱為全像式、立體照相術，是利用干涉和衍射原理記錄并再現(xiàn)物體真實三維圖像的技術（圖12）。全息圖上的每一部分都記錄了物體各個點的信息，所以每一部分都可以再現(xiàn)整個原物的立體圖像，甚至可以通過多次曝光在同一張底片上記錄多個不同的立體圖像。

全息顯示技術在各種很多大型場合進行展示使用，如在運動會、舞臺上進行物體重現(xiàn)或交互，也可在博物館中精確地重現(xiàn)展品，人們無需任何額外設備就可以直接觀看全息技術重現(xiàn)的立體圖像（圖13）。

2.體積式（Volumetric）

→優(yōu)勢：真正能夠實現(xiàn)動態(tài)效果3D圖像。

→劣勢：影像中央有旋轉軸，越靠近軸心的影像旋轉速度則越慢，所產生的立體影像也因此較為模糊。

體積式是一種利用激光掃描立體影像的顯示器，所以其被稱為體積式顯示器。它主要是利用一個快速旋轉的垂直圓盤，配合由底下投影的激光光源，利用激光光源投射到快速旋轉的旋轉面時會產生的散射效應，掃描空間中的每一點（圖14）。它是真正能夠實現(xiàn)動態(tài)效果的3D技術，它也可以讓你看到科幻電影中一般“懸浮”在半空中的三維透視圖像。它的缺點是影像中央必須有一個旋轉軸，靠近軸心的影像旋轉速度較慢，立體影像較不清晰。

體積式三維顯示技術可分為掃描體顯示器（Swept-Volume Display）和固態(tài)體顯示（Solid-Volume Display）器，代表分別為Felix3D和Perspecta，以及DepthCube。其中DepthCube是比較先進的技術，它是一種背投立體式顯示器，采用層疊液晶屏幕方式來實現(xiàn)立體顯示，20層顯示屏沿著X軸從前至后排在一起，這20張顯示屏都是可以開關的液晶顯示屏，只有一張是工作的，其他為透明的，而圖片也只投射到工作的顯示屏上（圖15）。它使用高速數(shù)字光處理（DLP）投影器，每秒可以投射1000張“圖片片斷”，讓每個屏幕的刷新率都可以達到50Hz，足夠欺騙我們的眼睛，當然它需要的1000Hz圖像刷新速度對主機是一個比較大的負擔。

3.多平面式（Multi-Planar）

→優(yōu)勢：成本容易控制。

→劣勢：前后面板的對位困難，對觀賞角度有較高要求。

多平面式立體顯示主要原理為利用兩個面重疊的液晶面板，在兩個面板顯示大小相同的影響，利用物體和觀賞者之間遠近不同的距離，會有明度及顏色上的差別，進而重疊前后物體影像，使觀賞者在視覺上產生立體感。由于此形態(tài)的立體顯示是將兩個二維影像重疊，因此只有在特定的正視方向觀賞，才會有較佳的立體顯示效果，其余觀賞角度效果不佳。

4.2D多工式（2D Multiplexed）

→優(yōu)勢：目前常見的裸視3D技術。

→劣勢：亮度衰減和視角問題仍存在。

2D多工式（2D Multiplexed）是近年來廠商普遍采用的3D成像方式，其基本原理是將兩張或數(shù)張具有視差的2D畫面分別分割成不同的像素組合，再交叉排列起來，用特殊的光學元件形成針對左右眼不同的視域，然后分片或分時顯示針對左右眼的畫面。這樣不需要透過特殊眼鏡，就可以讓用戶的左、右眼看到視角不同的平面影像，可產生立體的感覺。

2D多工式又可再細分為空間多工式、時間多工式、自動觀者追跡式。空間多工式把顯示畫面間隔劃分為左、右眼影像顯示區(qū)域，利用視差屏障或柱狀透鏡陣列同時把影像分別投向左右眼，以達到立體效果。所謂視差屏障是一種黑色與透明相間的直線條紋，用以進行分光，并置于距離液晶面板一小段距離處，讓觀賞者的右眼只能接收到液晶面板投給右眼的像素區(qū)，左眼則只能接收到液晶面板投給左眼的像素區(qū)（圖16）。但是當光線通過黑色直線條紋區(qū)域時，由于光線被吸收，亮度會減少一半以上，所以對圖像總體亮度有影響。

目前較成熟的空間多工式3D成像方法為柱狀透鏡式（Lenticular Lens），柱狀透鏡是利用制作成長條狀的凸透鏡，將奇數(shù)和偶數(shù)列像素的光線以不同角度平行射出，因此在一定距離和角度內，左右眼就會看到不同的影像。柱狀透鏡的優(yōu)點在于不會犧牲屏幕亮度，不過多視角會造成解析度嚴重下降的問題。由于透鏡的制作精度以及與顯示面板對位準度的困難度極高，因此制作成本也較高。

相較于空間多工式，時間多工式是利用特殊設計的分光機制，如顯示器前方加上透明與不透明線條交錯的光柵，在不同的時間點把左、右眼影像連續(xù)投射至觀賞者的左、右眼，讓左右眼僅能透過光柵看到屬于不同視域的像素，以達到立體顯示效果。由于此視差光柵可以采用印刷式光學膜設計，因此成本比空間多工式低。并且，只要在顯示面板上方再增加一片LCD面板開關，就能做到不固定區(qū)域的2D和3D任意切換（圖17）。

自動觀者追跡式3D顯示技術是結合攝影機追蹤觀者眼睛，自動動態(tài)調整左右眼圖像視角以跟隨人眼位置，由于只產生兩個視角，可提供較好的3D分辨率，適合單人使用，較偏重在特定專業(yè)應用上。

從原理可以看出，實現(xiàn)方式相對簡單，成本較低的2D多工式立體顯示，是最適合個人用戶的裸眼立體顯示方式，事實上，相關產品也已經出現(xiàn)在了市場上。1999元的SuperD 3D Box是一種相當輕巧的裸眼3D設備，它采用折疊結構，合蓋時的尺寸類似于帶有硬套的iPad mini（圖18）。它采用人眼追蹤技術和柱狀透鏡式3D顯示屏，可以實現(xiàn)全高清的裸眼3D。SuperD 3D Box的主要應用方向是與手機連接，可以用3D模式玩手機游戲、看手機視頻和直播等，是目前比較成熟的個人裸眼3D設備。另外SuperD還推出了使用柱狀透鏡式3D顯示屏，并且對VR進行了優(yōu)化的手機，價格只有1299元，不過其硬件配置較低，除非對立體顯示有特殊要求，否則并不建議購買。

對于喜歡玩掌機游戲的用戶，New 3DS或New 3DS XL/LL則是裸眼3D最佳的選擇，它是3DS的新版產品，也采用了柱狀透鏡式3D顯示屏，可以實現(xiàn)立體顯示，并且支持3D攝像。New 3DS的屏幕比3DS略大（圖19），New 3DS XL/LL則和前一代，其分辨率都沒有變化，相對于目前的實際應用來說，它們400×240的3D圖像顯示能力顯得有些過時。

○ 總結

立體顯示并非只有所謂的VR設備一種形式，而且其他的立體顯示方式在分享、互動等能力上還有可能比VR更強。特別是未來在真正的虛擬現(xiàn)實應用中，可以多人同時觀看裸眼3D，特別是能夠與多用戶實現(xiàn)即時互動和反饋操作的投影式立體顯示，才是家庭娛樂，商業(yè)應用等領域最好的選擇，同樣是非常值得我們關注的技術。