3D立體顯示技術(shù)發(fā)展史

 早在五千多年前的古埃及，人們就已經(jīng)有了對(duì)三維成像技術(shù)的追求。當(dāng)時(shí)對(duì)人物形象的畫(huà)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(gè)人物從頭到腳有兩次90°的轉(zhuǎn)向。真人或站或坐都無(wú)法保持這種姿勢(shì)，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(shí)期，意大利建筑師Bruneselleschi 對(duì)“繪畫(huà)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(huà)紙夾在玻璃板上，再通過(guò)一個(gè)目鏡觀察畫(huà)紙上場(chǎng)景的投影畫(huà)面，然后在畫(huà)紙上描繪下場(chǎng)景的輪廓，就可以得到一幅具有真實(shí)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(duì)視覺(jué)的影響，使得場(chǎng)景的色彩逐漸消失在遠(yuǎn)景之中。作為素描和油畫(huà)這些平面(2D)畫(huà)布中唯一能表現(xiàn)立體感效應(yīng)的手法,透視畫(huà)法就這樣一直延續(xù)下來(lái)了。

繪畫(huà)透視和雕塑藝術(shù)研究和實(shí)踐就表明：只有給兩只眼睛分別提供相對(duì)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(shí)的立體視覺(jué)。早期出現(xiàn)的雙眼立體視覺(jué)技術(shù)采用的是通過(guò)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(kāi)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(guò)濾光鏡觀察來(lái)產(chǎn)生立體視覺(jué)。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(jué)通道，立體視覺(jué)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(huà)面的方法，但以失敗告終。

直到1838年英國(guó)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(jué)"(binocularVision)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(lái)觀看他的3D立體畫(huà)(這個(gè)裝置原件如今保存在科學(xué)博物館)。但是在這之后又過(guò)了整整十二年，才由英國(guó)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(tái)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(shuō)法是他發(fā)明了第一臺(tái)具有實(shí)用意義的立體相機(jī))。1851年在水晶宮(the Crystal Palace)舉辦的博覽會(huì)上，布魯斯特將他的一臺(tái)立體鏡(亦說(shuō)立體相機(jī))贈(zèng)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(lái)表現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的立體視覺(jué)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(guò)偏光濾光鏡投射到電影熒幕上，觀眾通過(guò)配戴偏振光眼鏡觀察運(yùn)動(dòng)的立體圖像。這種立體電影技術(shù)一直沿用至今。與此同時(shí)，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(lái)，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(xiǎn)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(shí)代。

20世紀(jì)初電視技術(shù)出現(xiàn)后，人們就開(kāi)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(shí)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(gè)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(shí)用的階段，“互補(bǔ)色立體分像電視技術(shù)”開(kāi)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(chǎng)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(guò)相應(yīng)的濾光鏡觀察時(shí)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(shí)。但存在的問(wèn)題也十分明顯：由于通過(guò)濾光鏡去觀察電視圖像，彩色信息損失極大;另一個(gè)問(wèn)題是彩色電視機(jī)本身的“串色”現(xiàn)象引起干擾;同時(shí)由于左、右眼的入射光譜不一致，易引起視覺(jué)疲勞。

2010

20世紀(jì)70年代末由于陶瓷光開(kāi)關(guān)新材料的出現(xiàn)，人們可以制成光開(kāi)關(guān)眼鏡，此時(shí)就出現(xiàn)了時(shí)分式的立體電視技術(shù)。時(shí)分式的立體電視技術(shù)采用彩色電視信號(hào)的奇場(chǎng)和偶場(chǎng)進(jìn)行立體電視信號(hào)的編碼。80年代初，東芝公司研制出時(shí)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(shí)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(guó)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(shí)分式液晶眼鏡立體電視機(jī)。

1970

目前，時(shí)分式的立體電視技術(shù)相對(duì)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(chǎng)頻較高時(shí)，圖像穩(wěn)定無(wú)閃爍;同目前的彩色電視系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)顯示器相兼容;能順利地向數(shù)字電視系統(tǒng)過(guò)渡。

1922

2000年國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了第一個(gè)實(shí)時(shí)立體顯示系統(tǒng)。用一張普通的VCD碟片播放出重影畫(huà)面，戴上無(wú)線紅外眼鏡觀看，即可獲得具有強(qiáng)烈立體感的畫(huà)面。這種立體顯示系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)將現(xiàn)有信號(hào)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(hào)處理的辦法進(jìn)行畫(huà)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(jì)算機(jī)、測(cè)控、圖像處理技術(shù)，拍攝過(guò)程符合人的視覺(jué)機(jī)理。新型立體顯示裝置分時(shí)或同時(shí)輸入左右圖像，采用光學(xué)技術(shù)，實(shí)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(kāi)的3D聯(lián)盟成立大會(huì)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(lái)，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(huà)質(zhì)、節(jié)省能源、無(wú)輻射、無(wú)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(guò)多年研發(fā)，SuperD立體影像工作站正式問(wèn)世，實(shí)現(xiàn)商用。它成功的實(shí)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(lái)一場(chǎng)全新的視覺(jué)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(zhēng)的事實(shí)?？墒?，當(dāng)人們沉浸過(guò)“身臨其境”感后，頭暈?zāi)垦５母杏X(jué)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(lái)的成本，對(duì)于近視觀眾來(lái)說(shuō)，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(jiǎn)單、更加便捷，因此，裸眼3D是未來(lái)顯示技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。