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聲電影也大有人看。

人們對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)，其中最簡單的就是“Analygraphy”或譯作“互補(bǔ)色立體成像法”簡稱“紅青眼鏡法”。1891年由法國物理學(xué)家du Hauron申請了制作3D圖片的專利，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看（常被誤叫成紅蘭眼鏡），由于左眼通過紅色鏡片只能看見由紅色繪制的左眼像而看不見由青色繪制的右眼像；反之，右眼通過青色鏡片只能看到右眼像，于是看出立體像來。

這種方法的最大的優(yōu)點(diǎn)是制作容易，攜帶方便，在立體工程畫中曾發(fā)揮出很大的作用，也用它制成過立體動畫電影。但缺點(diǎn)是對彩色的損失最大，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，經(jīng)過115年的發(fā)展延用至今，甚至已做到手機(jī)的屏上了。

光說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。然后通過大腦綜合即前面所說的“第三只眼”看出立體。

只要我們設(shè)法在人的左、右眼視網(wǎng)膜上形成人所看到過的兩個(gè)有視差的二維像，即可重建人所看過的立體世界。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外部需要拍攝的主題物位置對焦進(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”。再進(jìn)行反向思維，將這個(gè)“像對”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原先的對焦位置處，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小），于是就回放出我們曾看到過的真實(shí)的立體世界。

那么百年前的發(fā)明家艾夫斯是如何來實(shí)現(xiàn)上述這兩點(diǎn)的呢？說出來實(shí)在簡單，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。此稱為“視差光柵”或“隔斷光”，雙眼能通過這些細(xì)縫各自看到左、右眼圖像，于是就得出立體感覺（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”擋住的光線太多，因此背后必需有強(qiáng)光源的照射，否則會感到太暗。

后來由于透明塑料的發(fā)展，利用柱面微鏡片（Lenticular Sheet）代替這種“視差光柵”（圖2），它能使原來一些被阻斷的光線也能分別地射入左、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，對眼睛特別不舒服。一般只用兩臺攝像機(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（即8臺）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，無法通過改良而提高。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。但對有一些要求不太高的場合確實(shí)是一個(gè)很好的方法。

早期我國李昌教授創(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》一書對這一技術(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，可以說做到了極致，正與國際并駕齊驅(qū)。且某些技術(shù)有過之而無不及。

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，再通過兩個(gè)小透鏡來看出立體像。還有一個(gè)通過旋輪的機(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園購到。

這是我剛進(jìn)入清華，在葉企孫教授家里生平第一次見到的。葉教授就是那位培養(yǎng)出我國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，他是我國物理界的一代宗師，他每年都要請剛?cè)雽W(xué)的物理系學(xué)生到他家宴請一次，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，我也是第一次見到好萊塢的立體像，對這種栩栩如生的立體像產(chǎn)生濃厚的興趣，后來葉教授還親自教我們光學(xué)，雖然講到激動時(shí)略略有點(diǎn)口吃，但課講得很生動。這與我后來從事電子光學(xué)的研究及退體后熱愛3D不無關(guān)系。

后來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，沿中線對折黏牢從前端插進(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)對靜止物體拍左、右眼像的方法，因此這些過程都是可以自己動手做的（DIY），這等同于對View Master的一次超越。同時(shí)還提出一個(gè)口號：讓立體成像技術(shù)從專家手中交給數(shù)碼相機(jī)擁有者！讓立體像像立體聲一樣走進(jìn)千家萬戶服務(wù)于大眾?。ㄎ赐甏m(xù)）