神奇的黑科技：3D顯示技術(shù)

看風(fēng)景的蝸牛君

機(jī)甲科幻大片《環(huán)太平洋2》在上映前夕曝光了一段酷炫的裸眼3D預(yù)告片，雖然面對(duì)電腦屏幕不如在電影院里戴上眼鏡觀看時(shí)那般身臨其境，不過(guò)仍能感受到機(jī)甲和怪獸干架時(shí)那股破屏而出的氣勢(shì)。不僅如此，3D技術(shù)還越來(lái)越多的在出現(xiàn)在電影場(chǎng)景中，例如鋼鐵俠在實(shí)驗(yàn)室通過(guò)手勢(shì)對(duì)懸浮在空氣中的立體投影進(jìn)行的那一波操控，就和3D顯示脫不了干系。那么說(shuō)起來(lái)，3D技術(shù)究竟是有多神奇呢？

3D顯示是怎樣一個(gè)技術(shù)活

所謂的3D顯示，其實(shí)就是俗稱的立體顯示技術(shù)，而“立體感”則是一種人類(lèi)的視覺(jué)屬性，產(chǎn)生立體感最基本的途徑就是雙目立體視覺(jué)。很多人把具備“立體感”當(dāng)作理所當(dāng)然的一件事，但實(shí)際上就如同有的人無(wú)法分辨顏色一樣，不少人是無(wú)法產(chǎn)生立體視覺(jué)的，尤其是單目失明或斜視的人，雙目立體視覺(jué)幾乎是一種奢望。

細(xì)數(shù)身邊的3D顯示技術(shù)

實(shí)事求是地說(shuō)，目前的技術(shù)還遠(yuǎn)做不到科幻電影中所呈現(xiàn)的那樣完美，但科學(xué)家正在努力一步步讓它成為現(xiàn)實(shí)。接下來(lái)，我們就來(lái)看看那些已有的3D顯示技術(shù)吧。

雙目視差是一種非常常見(jiàn)、效果最好的產(chǎn)生立體視覺(jué)的途徑，但并非唯一的途徑。日常生活的經(jīng)驗(yàn)讓大腦形成了強(qiáng)大的腦補(bǔ)能力，能夠從物體之間的陰影、遮擋關(guān)系以及近大遠(yuǎn)小的透視關(guān)系等方面，提取出深度信息，從而產(chǎn)生立體感。這種方法產(chǎn)生的立體感雖然沒(méi)有雙目立體視覺(jué)那么強(qiáng)烈，但在雙目視差的方法失效時(shí)，仍然是一種行之有效的立體顯示手段。

1 基于雙目視覺(jué)的3D顯示技術(shù)

這類(lèi)顯示技術(shù)本質(zhì)上是通過(guò)巧妙設(shè)計(jì)，將雙限的圖像進(jìn)行強(qiáng)制分離，讓雙眼看到接近但不完全一致的、有一定視差的圖像，從而產(chǎn)生立體視覺(jué)。此方法中最為大家熟悉的就是電影院中的3D電影。

還有一種叫“主動(dòng)快門(mén)式眼鏡”的技術(shù)，其核心是一款特殊的眼鏡以極快的速度在左右眼之間交替開(kāi)關(guān)快門(mén)，將左右眼圖像強(qiáng)制分離。與此同時(shí)，電視機(jī)也以極快的速度交替播放左右眼的畫(huà)面。這款眼鏡需要與電視機(jī)完美配合，才能夠?qū)崿F(xiàn)良好的立體效果。

VR設(shè)備中幾乎都使用了立體鏡的原理。其實(shí)就是在雙限各安裝一塊可以調(diào)焦的透鏡，兩個(gè)透鏡前端播放不同的圖像。

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基于空間關(guān)系的3D顯示技術(shù)

除了上述眼鏡，還有一些裸眼3D現(xiàn)實(shí)技術(shù)也利用了雙目立體視覺(jué)原理，例如視覺(jué)障壁技術(shù)。通過(guò)在顯示屏前放置周期性平行遮光結(jié)構(gòu)或柱面鏡結(jié)構(gòu)，可以讓屏幕上不同區(qū)域的圖像分別投射到用戶左右眼中。

實(shí)際上，很多情況下我們難以利用雙目視覺(jué)，只能借助空間關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)3D顯示的目的，其中大家最熟悉的就是常用于舞臺(tái)表演的“幻影成像”技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)的核心是一片呈45°角放置的半透半反膜，屏幕一般位于地面，膜層將地面圖像反射到觀眾眼中，形成真假難辨的畫(huà)面。

3 全息顯示技術(shù)

除了大型舞臺(tái)，不少商業(yè)展柜也利用了類(lèi)似的技術(shù)，通過(guò)四塊相互銜接的有機(jī)玻璃板組成一個(gè)金字塔，金字塔塔尖位置放置屏幕，將物體分為四個(gè)方向的畫(huà)面，每塊板反射一個(gè)方向，從而形成較好的立體顯示效果。這項(xiàng)技術(shù)被稱為“金字塔幻影成像”。全息顯示只是3D顯示技術(shù)的一種，它的原理較為復(fù)雜，是通過(guò)光場(chǎng)的干涉和衍射作用實(shí)現(xiàn)的，可以呈現(xiàn)出最為逼真的3D顯示效果。但由于技術(shù)發(fā)展的限制，全息3D顯示目前多以靜態(tài)立體圖片為主，動(dòng)態(tài)顯示離實(shí)際應(yīng)用還有較遠(yuǎn)的距離。

4 空間投射物體的“真3D顯示”

上述的所有方案，其實(shí)本質(zhì)上都是通過(guò)技術(shù)化的手段對(duì)大腦產(chǎn)生欺騙，讓大腦從平面中得到立體感。但也有一些技術(shù)手段比較耿直，直接通過(guò)在空間中投射3D的物體，毫無(wú)疑問(wèn)，這是百分之百真正的3D顯示——

第一類(lèi)，是通過(guò)多束激光在空間中進(jìn)行匯聚，匯聚點(diǎn)處散射的光自然比較強(qiáng)。然后通過(guò)計(jì)算機(jī)控制多束激光的出射方向，使匯聚點(diǎn)在空間中高速掃描，繪制出想要顯示的3D圖像。可以看出，這類(lèi)技術(shù)需要恰到好處地控制掃描區(qū)域空氣中散射光的顆粒物的濃度。濃度太低、空氣太潔凈，匯聚光無(wú)法被散射；濃度太高，每條激光束都會(huì)在空氣中留下路徑的痕跡（如同霧霾天開(kāi)大燈），影響顯示效果。還有一類(lèi)技術(shù)，徹底拋開(kāi)了散射光的粒子的限制。科學(xué)家利用聚焦后的高能脈沖激光直接將聚焦點(diǎn)處的空氣電離，電離后的空氣會(huì)發(fā)光并具有顏色。通過(guò)掃描振鏡等技術(shù)手段，脈沖激光焦點(diǎn)在空氣中進(jìn)行快速掃描，繪制出立體圖像。

以上所有的這些技術(shù)都不完美，但也都在不斷進(jìn)步。相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)，科幻電影中的美妙場(chǎng)景一定會(huì)成為現(xiàn)實(shí)。