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知乎大神告诉你,裸眼3D技术时代真的来了!

楼主:宓以蕊 时间:2015-09-01 19:28:49 点击:4058 回复:25
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  高科技界的大神们似乎常常对视觉上的创新很感兴趣,一直以来,乐此不疲地对眼镜进行着研究。

  在2012年4月,第一代谷歌眼镜正式发布。那时我是兴奋的,因为当年突破性的创新设计让众多爱好者眼前一亮。然而,对我这样一个24K纯屌丝来说,高高在上的价格,让“高精尖”的谷歌眼镜从我的视野中消失了。果然,谷歌在2015年1月19日宣布停止出售谷歌眼镜。它也就真的是彻底在大家的视野中消失了。

  在今年1月,微软又推出了全息眼镜HoloLens,通过全息投影技术提供更加真实的体验,号称是年度最强的黑科技,这消息又让我兴奋了一会。可是听国外某黑科技的巨头说,微软Hololens等所有增强现实眼镜都会让佩戴者有头晕恶心的感觉。。。。

  这是在逗我吗?既然在研究视觉的创新,为什么不能好好研究?要么高价吓死人,要么眼花晕死人,你忽悠谁呢?!不能来点实际的吗?我们期待的是平价的裸眼3D效果好吗?!

  不懂的话请看看知乎大神的的裸眼3D技术解析!

  由于PPTV最近发布了几张海报,很多童鞋被搅的心神不宁,纷纷猜测PPTV所谓颠覆3D成像技术的各种可能性,然而毫无根由的猜测总是不好的,这里先简单科普下所谓的3D技术。嫌字长可以直接看最后结论部分。

  一、 什么是3D技术?
  1839年,英国有位叫温特斯顿的科学家,开始思考一个问题:“人类观察到的世界为什么是立体的?”经过一系列蛋疼的研究发现:仅仅因为人长着两只眼睛——不要笑,这是真的。

  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,而我们的大脑可以通过对比这两幅不同的“影像”自动区分出物体的距离远近,从而产生强烈的立体感。这种因为左右眼接受影像的差异而引起立体视觉的现象有个名词:“视觉位移”

  正常的2D画面在左眼和右眼形成的影像是相同的,因此也就没有视觉位移,要想在一个2D画面中获取真正的3D感觉,这幅平面图像中必须含有左右眼眼睛两幅图像的信息,再通过适当的方法和工具分别传送到我们的左右眼睛。这种平面图像的特殊处理与完成3D视觉中使用的方法与工具,统称为3D技术。

  二、3D电影是怎么回事?

  既然实现3D要给予双眼不同的信息,所以拍摄3D电影的摄像机和一般的摄像机不一样:

  


  这样两眼的图像信息就都有了。

  现在问题来了,2D的电影都是单镜头拍摄,之后又如何出的3D版本呢(比如《阿凡达》《泰坦尼克号》)?另一半不存在的信息是如何生成的?
  真相就是:另一半本不存在的信息,都是根据已有的片源重制的,通过3D建模,逐帧渲染,手动填充(可简单理解为自己画)等等方式。严重提醒:不是在普通电影里加叼炸天的特效就叫3D电影了。

  提供给双眼的信息有了之后,剩下的关键部分就是如何分别将相应信息传递给人的左眼右眼里面。只要通过任何一种手段,把左眼的图像给左眼看,同时将右眼的图像给右眼看,就达到了3D视觉的效果。

  裸眼直接观看3D电影的图像是类似这样的:

  


  分离图像上,目前发展为两个方向:“眼镜派”与“裸眼派”,我们先来简单介绍下这两派的原理,再讨论PPTV眼药水可能颠覆的方向。


  三、分离图像之眼镜派

  1、 最早的方式——图像分色
  技术特点:便宜,亲民,超低成本易实现,总之你能想到的优点它全有,就是效果渣。

  在拍摄时给左右摄影机镜头前分别加装蓝/红滤光镜,只允许蓝/红光通过,阻止大部分红/蓝光,换言之,用红色记录左/右眼信息,用蓝色记录右/左眼信息(不用滤光镜直接后期处理也可以做到同样的效果),观看时带上红蓝眼镜,这样每只眼睛就会接收到相应的图像,自然也就有立体感了。

  原理如下图:

  


  哦,你问为什么红光无法通过蓝色镜片?简单的说,红蓝绿三原色之间是互不相容的,带着红色镜片去看蓝色(或者绿色)的物体,结果就是黑色,绝大部分蓝/绿颜色信息都被红色镜片过滤掉了。反之亦然。

  这种3D技术虽然成本非常低廉,但缺点更是明显。首先偏色很严重,立体感缺失严重。更夸张的是,当放映时出现绿色部分时,只有一坨黑乎乎(绿色信息根本无法被红蓝光记录)。

  比红蓝、红绿分色高级一些技术是红青分色,至少不会出现严重的色彩信息丢失。

  2、 偏振放映技术

  这项技术的特点是:效果较逼真,放映系统成本很高,技术难度较高,只适用于大型影院(高富帅)。

  由于光是一种电磁波,波就会有振动方向,所以可以从振动方向而不是色彩上(红、蓝)对左右眼信息进行区分,简单理解成左边的放映机放出的光是横着走的,右边的放映机放出的光是竖着走的,左边的镜片只允许光横着通过,右边的镜片只允许光竖着通过(千万不要真的这么理解,这只是为了完全没有物理基础的人理解原理),这样在没有任何图像信息损失以及偏色的情况下,就完成了左右眼图像分离。所以,偏振放映技术下的3D眼镜是这样的:

  

  3、液晶分时技术

  这项技术的特点是:历史很悠久,效果十分逆天,但是普及度不高。

  先说原理:
  这项技术的核心在于显示屏与液晶眼镜高精度协作。眼镜片由液晶控制开关。开:透明,关:全黑。显示屏将传递左右眼的图像交替放映出来,当显示屏播放左眼图像时,液晶眼镜左镜片开,右镜片关,显示屏播放右眼图像时,左镜片关,右镜片开,简单说法就是,显示屏播放左眼图像时,有东西挡住你的右眼,显示屏播放右眼图像时,它又挡住你的左眼。听起来复杂,实际上实现起来难度很低,那么问题来了,这么叼的设计,技术难度也不高,为什么普及度不行?

  这还得归罪于显示屏。比如正常显示屏的频率是60赫兹,那么左右眼接受的图像频率就变成了30赫兹。30赫兹还晃来晃去的结果就是“亮瞎了狗眼”,因此屏幕刷新率不够高的情况下(120赫兹以下),这项技术无法普遍应用。尽管市面上各种标榜120赫兹/240赫兹/甚至800赫兹的中端显示屏,但价格亲民的显示屏(包括电视、显示器)没有多少可以达到这个刷新率,基本都是厂商玩出的噱头而已。

  一句话总结“眼镜派”:只要看眼镜就能分出技术高下。

  以上都是基于滤光眼镜的分色设计,那么PPTV神奇眼药水可能代替滤光眼镜而起到分色的作用吗?

  个人猜测这个可能性不大。即使发现某种液体可以让眼药水实现偏振片的作用,眼药水滴入眼内之后,经过一定次数眨眼之后这层液体在眼球表面也无法保持完整的覆盖,抑或被泪液稀释,这都会导致滤光功能失效。而且做出这种产品的更应该是某某光学研究所,或者某某生物科技这样的类似的公司,一个IT企业不太可能有底蕴实现这样的技术。当然,如果PPTV真的研究出了什么黑科技,当我上面都没说好了。

  下面介绍“裸眼派”。

  裸眼顾名思义,就是不戴乱七八糟各种形式的“眼镜”,由于该技术整体上还很不成熟,因此长话短说。

  没有眼镜,所以屏幕直接就要直接给予左右眼不同的图像,目前主流有三种技术手段:

  1、 狭缝式液晶光栅

  原理图:

  


  在屏幕前加了一个狭缝式光栅之后,应该由左眼看到的图像显示在液晶屏上时,不透明的条纹会遮挡右眼;同理,应该由右眼看到的图像显示在液晶屏上时,不透明的条纹会遮挡左眼,通过将左眼和右眼的可视画面分开,使观者看到3D影像。

  缺点:分辨率和亮度都存在较大问题。

  2、 柱状棱镜

  原理图:

  


  通过透镜的折射原理,将左右眼对应的像素点分别投射在左右眼中,实现图像分离。对比狭缝光栅技术最大的优点是透镜不会遮挡光线,所以亮度有了很大改善,但由于图像是由透镜折射分离的,所以成像效果与眼部位置有很大关系(不能太远不能太近也不能太偏)。

  缺点:视角不够广阔,而且柱状棱镜精度要求非常高,容易出现图像模糊、重影。

  3、 指向光源

  简单说来就是精确控制两组屏幕分辨向左右眼投射图像。听起来非常厉害是吧,我说完缺点你就不觉得厉害了。

  它的缺点是——技术仍在开发,非常非常不成熟(目前不能批量投入实际应用!)。

  一句话总结“裸眼派”:凡是容易实现的,效果都不好;不容易实现的,效果也不太好;效果好的,技术不成熟。

  “裸眼派”介绍完毕,那么PPTV的神奇眼药水有可能在“裸眼派”有一番建树吗?个人感觉也不太可能,“裸眼派”都是基于屏幕的技术手段,将眼药水涂在屏幕上——不论是从形成光栅的角度还是形成柱状棱镜的角度都太魔幻了。以下是脑洞时间:“裸眼派”3D成像的亮度和分辨率都不好,画面也不够稳定,所以裸眼看3D影像眼睛会疲劳的非常快(玩3D游戏机的应该都有这种体验),所以发布会上没准会出一款看3D画面不累的“神奇眼药水”……


  综上从“眼镜派”和“裸眼派”两方面分析,基本可以确认,“PPTV神奇眼药水”无法对3D成像技术造成革命性的改变,所以所谓的“颠覆”更大几率上是在3D片源与播放3D影片的设备上,或者是“裸眼派”现有技术的改良更新,而所谓的“神奇眼药水”,只是一个烟雾弹罢了。

  题外话:3D显像技术很久没有跨越性的进展了,从个人情感上十分希望在发布会上看到PPTV做出颠覆性的革新,而不是发布一款抗疲劳眼药水。
作者 :年木槿 时间:2015-09-01 22:32:48
  感觉一般的3d就很好了,裸眼3d更神奇
作者 :非爱非爱非大爱 时间:2015-09-01 22:33:39
  裸眼3D技术没那么叼,取代全息投影更是胡说八道。
作者 :弓也吾张小 时间:2015-09-01 22:34:47
  肯定需要特殊的片源吧,不是什么都变3d
作者 :简约紫色 时间:2015-09-01 22:36:49
  躺在床上看3d 是何等惬意
作者 :志_玩物丧 时间:2015-09-01 22:37:34
  听到这个消息还着实让我兴奋了一阵子
作者 :一百天消失 时间:2015-09-01 22:38:21
  3D裸眼技术很少见?1年前就用过的飘过。
作者 :七彩虹金色 时间:2015-09-01 22:39:24
  这下物理学的好还真挺管用的,明白了3D是怎么成像的了
作者 :小胖毛毛虫 时间:2015-09-01 22:40:23
  这是近视人的福音,什么时候近视滴眼药水不近视了才好
作者 :小汐风谷 时间:2015-09-01 22:40:56
  不知道这次知乎大神要告诉我什么?
作者 :张菊香 时间:2015-09-01 22:41:41
  一瓶药水我们用几次?
作者 :碧玉青山秀水奇山 时间:2015-09-01 22:42:38
  全息技术的成本那么高是这种裸眼3D能代替的?
作者 :边草轻轻河 时间:2015-09-01 22:43:31
  这下长见识了,3D技术其实是运用了物理原理吧
作者 :也好岁月静 时间:2015-09-01 22:44:29
  在3D裸眼技术的产品出来之前,我还是安心的用自己现有的。
作者 :服饰麦卡奇 时间:2015-09-01 22:45:33
  再次让我刷新了对知乎的三观。
作者 :不快乐小七 时间:2015-09-01 22:46:24
  在产品真正出来之前,一切都是然并卵。
作者 :浮天的云 时间:2015-09-01 22:47:17
  不希望只是一款抗疲劳眼药水
作者 :久久菜鸟 时间:2015-09-01 22:48:22
  是不是用药水就可以了?
作者 :而燃自燃 时间:2015-09-01 22:49:18
  那么问题来了,有没有人科普一下裸眼3D和全息投影的区别?
作者 :魚江小 时间:2015-09-01 22:50:15
  静静的看着楼上装B~
作者 :太阳懒猫儿晒 时间:2015-09-01 22:51:16
  字数实在是太多,请原谅我完全看不下去啊。
作者 :无常看世间 时间:2015-09-01 22:52:18
  知乎大神告诉我,裸眼3D真的来了吗?
作者 :归矣陌上花开可 时间:2015-09-01 22:53:16
  这个技术说了好多年了,终于要面世了。
作者 :硎村仙游潘 时间:2015-09-01 22:54:18
  果然是一本正经的“科普”
作者 :将军善败 时间:2015-09-01 22:55:14
  戴眼镜的3d还是有些不真实,不知道裸眼3d会不会很逼真
作者 :毋人墓中 时间:2015-09-01 22:56:17
  在家也6能看3d了,神奇吧。

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