丁守謙

1922年電影的發(fā)明使立體觀象器統(tǒng)統(tǒng)進(jìn)了歷史博物館，即便電影是平面的，但電影能使人物變活！因?yàn)槿藗冏非笮缕?，電影呈現(xiàn)形式處于初期階段甚至是無(wú)聲電影也大有人看。

人們對(duì)立體顯示追求的腳步并未停止，只經(jīng)歷十余年的時(shí)間，立體影院也應(yīng)運(yùn)而生。

互補(bǔ)色立體成像法

20世紀(jì)之交還出現(xiàn)了流行至今的幾種立體成像技術(shù)，其中最簡(jiǎn)單的就是“Analygraphy”或譯作“互補(bǔ)色立體成像法”簡(jiǎn)稱(chēng)“紅青眼鏡法”。1891年由法國(guó)物理學(xué)家du Hauron申請(qǐng)了制作3D圖片的專(zhuān)利，1936年，實(shí)現(xiàn)了據(jù)此法而制作出的在電影發(fā)展史上第一部3D立體電影。

我們已知千變?nèi)f化的彩色世界中，實(shí)際只由紅、綠、蘭三基色合成。紅、綠相加成黃色，綠蘭相加成青色，蘭紅相加又合成品紅色。紅綠蘭三色相混合就是白色。如果將紅、黃、綠、青、蘭、品紅均勻地分布在一個(gè)圓周上，位于直徑兩端的兩種顏色即紅與青，綠與品紅，蘭與黃就稱(chēng)為互補(bǔ)色。這兩個(gè)顏色的光作適當(dāng)相加就成為白色。將左眼像完全用紅色繪制，右眼像用它的互補(bǔ)色青色來(lái)繪制，并將它們疊合在一張圖上，然后戴一副左眼是紅色鏡片右眼是青色鏡片的眼鏡來(lái)看（常被誤叫成紅蘭眼鏡），由于左眼通過(guò)紅色鏡片只能看見(jiàn)由紅色繪制的左眼像而看不見(jiàn)由青色繪制的右眼像；反之，右眼通過(guò)青色鏡片只能看到右眼像，于是看出立體像來(lái)。

這種方法的最大的優(yōu)點(diǎn)是制作容易，攜帶方便，在立體工程畫(huà)中曾發(fā)揮出很大的作用，也用它制成過(guò)立體動(dòng)畫(huà)電影。但缺點(diǎn)是對(duì)彩色的損失最大，因三基色中現(xiàn)在只用了兩種顏色，且透光率很差，圖像很暗，現(xiàn)在則逐步被淘汰。

光柵立體成像法

1903年艾夫斯（F.E. Ives）發(fā)明了“視差立體成像術(shù)”（Parallax Stereogram），能在平面上用肉眼就可以看出立體的人物來(lái)，經(jīng)過(guò)115年的發(fā)展延用至今，甚至已做到手機(jī)的屏上了。

光說(shuō)人其所以能看出立體是由左、右眼的雙目“視差”產(chǎn)生的還不夠，還得把雙眼如何能看出由科學(xué)家生成的立體像說(shuō)得更清楚點(diǎn)。我們想想：其實(shí)在人的左右眼的視網(wǎng)膜上所形成的像是平面的，說(shuō)得準(zhǔn)確點(diǎn)是二維的，成像在略略有點(diǎn)彎曲的視網(wǎng)膜面上。然后通過(guò)大腦綜合即前面所說(shuō)的“第三只眼”看出立體。

只要我們?cè)O(shè)法在人的左、右眼視網(wǎng)膜上形成人所看到過(guò)的兩個(gè)有視差的二維像，即可重建人所看過(guò)的立體世界。而人的兩個(gè)眼球正是兩個(gè)透鏡，于是想到，將兩個(gè)鏡頭放在人雙眼的位置對(duì)外部需要拍攝的主題物位置對(duì)焦進(jìn)行拍攝，得出略有不同的左、右眼平面像，這兩個(gè)像有個(gè)科學(xué)的名詞叫“像對(duì)”。再進(jìn)行反向思維，將這個(gè)“像對(duì)”平放在左、右眼透鏡之前，設(shè)法由它生成的虛像正好在我們?cè)鹊膶?duì)焦位置處，且左、右眼像在該位置完全重合，而又彼此不受干擾，就是說(shuō)保證左眼只能看到左眼像，右眼只能看到右眼像（完全重合及彼此各不相擾這兩點(diǎn)就是以后要談到的形成完美立體像的5條件之二）這樣保證這兩個(gè)虛像在視網(wǎng)膜上的實(shí)像與原先看到的真實(shí)情景時(shí)完全一樣（當(dāng)然可以作相似放大或縮?。谑蔷突胤懦鑫覀?cè)吹竭^(guò)的真實(shí)的立體世界。

那么百年前的發(fā)明家艾夫斯是如何來(lái)實(shí)現(xiàn)上述這兩點(diǎn)的呢？說(shuō)出來(lái)實(shí)在簡(jiǎn)單，將左、右眼圖像分成許多垂直細(xì)條并相互交織成一幅圖像，在它前面放置一個(gè)帶有同樣數(shù)目的細(xì)縫的不透明薄片。此稱(chēng)為“視差光柵”或“隔斷光”，雙眼能通過(guò)這些細(xì)縫各自看到左、右眼圖像，于是就得出立體感覺(jué)（圖1）。但是這種左右眼像必須能自發(fā)光才行，由于被這種“隔斷光柵”擋住的光線(xiàn)太多，因此背后必需有強(qiáng)光源的照射，否則會(huì)感到太暗。

后來(lái)由于透明塑料的發(fā)展，利用柱面微鏡片（Lenticular Sheet）代替這種“視差光柵”（圖2），它能使原來(lái)一些被阻斷的光線(xiàn)也能分別地射入左、右眼，因而使立體像的亮度得到加強(qiáng)，而無(wú)需背光源。

這樣一種成立體像的方法其最大的好處就是裸眼可以直接看到。但最主要的缺點(diǎn)是使左、右眼像的清晰度降低了一半。同時(shí)人眼觀看的位置只能在某幾個(gè)固定位置上看出立體。卻在某些位置左眼看到的是右眼的像，右眼看到的卻是左眼像，如圖2中最右的那3個(gè)人看到的那樣圖像反轉(zhuǎn)，前后倒置，對(duì)眼睛特別不舒服。一般只用兩臺(tái)攝像機(jī)拍攝的最易發(fā)生這種情況。為了克服這一缺點(diǎn)，特用4對(duì)（即8臺(tái)）攝像機(jī)同時(shí)拍攝，這樣可增加到正中有4個(gè)人的位置能同時(shí)看到立體像。約10年前頭戴一塊金屬片，使在顯示屏處發(fā)出的紅外光能跟蹤你頭部的位置，而調(diào)整光的射出方向，使左、右眼像分別射入左、右眼而不致產(chǎn)生看不出立體像或反轉(zhuǎn)像。近幾年又變成可跟蹤人眼瞳孔的位置，則更加方便了。但也只能跟蹤一個(gè)人。

后來(lái)由于液晶片的發(fā)明，它本身取代的隔離光，當(dāng)不加電壓時(shí)，整個(gè)光柵片是透明的，加上電壓條處就變成不透光而只留下縫處透光，從而完成它的3D功能。給手機(jī)還原其原有功能是有幫助的。至于清晰度降低了一半則由它的成像原理所確定，無(wú)法通過(guò)改良而提高。這是這種方法的致命弱點(diǎn)。景深、亮度、色純度也受到些制約。但對(duì)有一些要求不太高的場(chǎng)合確實(shí)是一個(gè)很好的方法。

早期我國(guó)李昌教授創(chuàng)建的天津三維公司在這方面做了大量的工作，王瓊?cè)A教授出版了《3D顯示技術(shù)與器件》一書(shū)對(duì)這一技術(shù)有詳細(xì)的介紹，以及現(xiàn)今的ivvi公司在這方面做了大量的工作，可以說(shuō)做到了極致，正與國(guó)際并駕齊驅(qū)。且某些技術(shù)有過(guò)之而無(wú)不及。

View Master立體觀象器

還有一項(xiàng)與電影幾乎同時(shí)產(chǎn)生而仍流傳至今的3D成像技術(shù)，即1938年由格魯貝（W.Grube）發(fā)明的一種立體觀像器稱(chēng)之為“View Master”（圖3），利用現(xiàn)有的正片分別記錄左眼和右眼像，再通過(guò)兩個(gè)小透鏡來(lái)看出立體像。還有一個(gè)通過(guò)旋輪的機(jī)械裝置，一次可以依次看7組立體像。它流行很廣，迄今仍可以在迪斯尼樂(lè)園購(gòu)到。

這是我剛進(jìn)入清華，在葉企孫教授家里生平第一次見(jiàn)到的。葉教授就是那位培養(yǎng)出我國(guó)23位科學(xué)家獲得“兩彈一等功勛章”中的9人是他的學(xué)生，還有二人是他的學(xué)生的學(xué)生，他是我國(guó)物理界的一代宗師，他每年都要請(qǐng)剛?cè)雽W(xué)的物理系學(xué)生到他家宴請(qǐng)一次，并展示一下他收藏的科技古董。特珍貴的是一本發(fā)黃的古籍，上面印著王莽時(shí)期的一把尺，由他雙手捧著給大家看，不許亂翻，而View Master則由同學(xué)傳看，我也是第一次見(jiàn)到好萊塢的立體像，對(duì)這種栩栩如生的立體像產(chǎn)生濃厚的興趣，后來(lái)葉教授還親自教我們光學(xué)，雖然講到激動(dòng)時(shí)略略有點(diǎn)口吃，但課講得很生動(dòng)。這與我后來(lái)從事電子光學(xué)的研究及退體后熱愛(ài)3D不無(wú)關(guān)系。

后來(lái)我立志要做出能看到人物放大立體像的產(chǎn)品，且為了大眾化，放棄采用較貴的反轉(zhuǎn)片直接采用最廉價(jià)的5寸相片，利用簡(jiǎn)單的PS技能將左、右眼像各自水平反轉(zhuǎn)并列地洗印在一張5寸相片上，沿中線(xiàn)對(duì)折黏牢從前端插進(jìn)，當(dāng)時(shí)我已逐步形成了非近軸光學(xué)的概念，利用偏心透鏡使前面由倒V型的反光鏡形成的平列虛像進(jìn)行放大，并能位移使其在人眼前較近的位置重疊在一起而產(chǎn)生栩栩如生的立體放大像。

到這時(shí)我才明白采用View Master的成像系統(tǒng)不可能獲得近距離的人物放大像。在推廣我的立體成像器時(shí)還告訴了如何用一部相機(jī)對(duì)靜止物體拍左、右眼像的方法，因此這些過(guò)程都是可以自己動(dòng)手做的（DIY），這等同于對(duì)View Master的一次超越。同時(shí)還提出一個(gè)口號(hào)：讓立體成像技術(shù)從專(zhuān)家手中交給數(shù)碼相機(jī)擁有者！讓立體像像立體聲一樣走進(jìn)千家萬(wàn)戶(hù)服務(wù)于大眾！（未完待續(xù)）