還原世界的真實(shí) 立體顯示是人類永恒追求的夢(mèng)想（上）

丁守謙

真實(shí)的客觀世界是立體（3D；三維）的，但記錄的媒體如繪畫或照相是平面（2D；二維）的，無論是從美學(xué)的角度，或是從實(shí)用的目的，突破平面的局限走入三維空間是人類永恒的一個(gè)夢(mèng)想。藝術(shù)家和科學(xué)家均作了不懈的努力。

早在古埃及時(shí)代人們就有這種追求和需要了。著名文學(xué)家及畫家馮驥才在短文《靜止的輝煌》中寫道：“遠(yuǎn)在五千多年前的古埃及，對(duì)人物的畫法造型無一例外地都是：臉是側(cè)面的，顯出額頭、鼻子和嘴唇的輪廓。眼睛卻是正面的，有前后兩個(gè)眼角。胸也是正面的，與側(cè)面的臉方向一致，整個(gè)人物從頭到腳兩次90度轉(zhuǎn)向，真人或站或坐都無法保持這種姿勢(shì)。”

但這種奇特的造型，卻可以巧妙地同時(shí)表現(xiàn)出人物的正面與側(cè)面，使人物具有立體性，而世界各地藝術(shù)最初時(shí)期的人物造型都是“扁片”的，那時(shí)人們還沒有足夠的技術(shù)和方法去表現(xiàn)立體，一旦人物造型由“扁片”變?yōu)椤傲Ⅲw”藝術(shù)已經(jīng)向成熟跨進(jìn)一大步了。并且也是完成了藝術(shù)中最令人激動(dòng)的現(xiàn)象即所謂“超越”。同樣最具古埃及特征的“凹浮雕”，即在平面的畫板上周圍刻一條凹槽然后再進(jìn)行雕刻，可增強(qiáng)凸出感和立體感，可以刻蝕在城墻、石柱、泥壁上無需破壞物體的表面同樣可以達(dá)到立體的浮雕效果。然而這樣一種輝煌從古埃及的第一個(gè)王朝（公元前3100年）到最后一個(gè)王朝長達(dá)的3千余年就保持這種風(fēng)范，一成不變，這就是馮驥才所以發(fā)出 “靜止的輝煌”的感嘆！

歐洲文藝復(fù)興時(shí)期（公元1400～1600年）以達(dá)·芬奇（L. Da. Vinci）為代表的一批著名畫家發(fā)現(xiàn)了透視原理，并采用重疊、明暗、陰影、光澤等畫法來突出事物的遠(yuǎn)近，來增加繪畫的立體感覺，一直沿用至今。而達(dá)·芬奇運(yùn)用這些技法創(chuàng)造了至今仍認(rèn)為是巔峰之作的蒙娜麗莎。讓我們略略感到還有點(diǎn)點(diǎn)立體感。而后產(chǎn)生的印象派畫家莫奈的“日出印象”，凡高的“向日葵”無不采用了增強(qiáng)立體感的手法。

當(dāng)然以米開朗基羅為代表的雕塑，他的代表作“大衛(wèi)”至今仍為巔峰之作，以及后來羅丹的一系列的雕塑作品本身就是立體的。還有就是以杜莎為代表的臘像館，還包括我國的泥人張、木偶、面塑等全都是完全立體的。形成了藝術(shù)上的各個(gè)流派。

科學(xué)家在追求立體顯示方面做了些什么？他們則更為努力，應(yīng)該說是有過之而無不及，且很見成效，不僅想還原整個(gè)立體世界，還可以虛擬出原本并不存在而是想象出來的立體事物，這就是所謂VR、AR的主題。

早在公元前280年前，歐幾里德（Euclid）認(rèn)為對(duì)物體的深度感覺是由于該物體在左、右眼中的像稍有不同而產(chǎn)生。愈遠(yuǎn)處差異愈小，愈近的差異就愈大。這就是沿用至今的所謂“視差”，經(jīng)過大腦的綜合這種差異，就映象出立體世界，有人說就相當(dāng)于人類的第三只眼——立體眼。考察所有的動(dòng)物，無不具有兩只眼甚至多只眼（復(fù)眼），能看出真實(shí)的立體世界，否則在生存競爭中早被消滅了。

19世紀(jì)照相術(shù)還沒有發(fā)明以前，有些畫師根據(jù)透視原理，對(duì)某一立體事物，在人的左、右眼兩個(gè)位置畫出它的兩個(gè)稍有不同的平面像，分別稱為左眼像及右眼像，并排地放在前面，然后用所謂“對(duì)眼”的觀看方法（即兩眼球盡量靠鼻尖方向靠攏）就可以看出立體來，當(dāng)然畫面愈小就愈容易看出。往往是畫一個(gè)簡單的東西，例如放在前面的一朵花，閉上右眼，畫出左眼看到的平面像，頭部保持不動(dòng)，再閉上左眼而畫出右眼看到的平面像，于是通過“對(duì)眼”的方法而看出這朵花的立體像。使人感到十分驚奇，而畫師們也樂此不疲。

1839年，法國舞臺(tái)美工達(dá)蓋爾（L.J.M.Daguerre， 1789-1851）發(fā)明了銀版照相法，宣告照相術(shù)的誕生。上述這種手工方法退出歷史舞臺(tái)，改由照相法在人的左、右眼的位置拍攝左、右眼像，這就給以后想看立體像的人大開方便之門。

1852年英國惠斯頓（C. Wheatstone），就是那位以發(fā)明了惠斯頓電橋而著名的物理學(xué)家，用兩塊平面鏡彼此成90度放置，利用視差的原理，即先分別在人的左、右眼的位置對(duì)物體拍兩張相片，并分別放置在兩側(cè)，這時(shí)左眼只能看到左眼像，右眼只能看到右眼像，經(jīng)過大腦綜合使人們看到了一個(gè)立體像，但其立體像是反的，正如在鏡子中看到的像一樣。這是科學(xué)家第一次用光學(xué)方法產(chǎn)生的立體像，這是他的真正的發(fā)明，而以他名字命名的電橋其實(shí)并不是他的發(fā)明，只是他是第一個(gè)利用電橋原理測電阻的人，且流傳得很廣，因此就以他命名。而上面這個(gè)立體成像器的發(fā)明反而往往被人忽略。他本人也確實(shí)多才多藝，而且動(dòng)手能力很強(qiáng)。發(fā)明也頗豐。

這里插一段我的經(jīng)歷。當(dāng)我第一次看到這個(gè)簡圖很感興趣，也找不到更詳細(xì)的資料，于是動(dòng)手找了兩塊鏡子及一對(duì)左眼像及右眼像的照片試著去做做，起初根本看不出什么立體像。后來我靜下心來根據(jù)其合成立體像的原理，仔細(xì)計(jì)算鏡子及相片應(yīng)放置的位置尺寸，算準(zhǔn)后也擺放得相當(dāng)精確，一下就成功了。立體效果出乎想像的好。后來專門做成了立體成像宮。可用于7英寸照片來形成立體像。還請(qǐng)了天津歌舞團(tuán)的一個(gè)著名青年舞蹈家朱小姐作模特，她剛演完長甲舞未卸裝就直奔我家，另外還請(qǐng)來一位頗有點(diǎn)名望的攝影家劉先生用一臺(tái)專用相機(jī)（那時(shí)還是膠卷的）分別放在左、右眼的位置兩次拍出左、右眼像，反洗印出來，插在兩邊，從前面觀看，得出了意想不到的好結(jié)果，愈靠近觀看窗視場顯得愈寬廣，與惠斯頓的不同，像是正立的，像真人一般，要知道相片的清晰度其實(shí)高于現(xiàn)在的高清顯示屏，所以有這樣好的結(jié)果。尤其是其長甲幾乎要指到觀看人的鼻尖。曾在一次全國發(fā)明會(huì)上展出過，受到好評(píng)，觀看的人絡(luò)繹不絕，一小伙子當(dāng)場拿出300塊錢想買走。由于當(dāng)時(shí)只做了一臺(tái)，未賣。后來也只做出了兩臺(tái)，一臺(tái)放在李昌教授創(chuàng)辦的3D博物館中。

1849年布儒斯特（D.Brewster）發(fā)明了折射式立體成像器，他利用透鏡來代替平面鏡，因而得出的立體像是正像。他還發(fā)明了立體照相機(jī)，它由兩個(gè)等焦距的透鏡組成，并裝有一個(gè)快門及照相底片。但有許多嚴(yán)格的要求需要得到滿足，否則就看不到立體像。

在19世紀(jì)70年代，著名的律師韋戴·霍姆（O.Weudell Holmes）改進(jìn)了這種裝置，并已制成商品，行銷全世界。當(dāng)時(shí)有名望的家庭中，幾乎都擁有這種立體鏡，且已成為一種時(shí)尚。后人稱這種立體鏡是維多利亞時(shí)代的“電影”。而且還有詩人寫成詩歌，來歌頌所見到的奇妙景觀。

到20世紀(jì)初由于電影的發(fā)明及普及，使這些古老的立體鏡統(tǒng)統(tǒng)進(jìn)入了歷史博物館。（未完待續(xù)）endprint