繼好萊塢的 3D電影大片風(fēng)起云涌之后，裸眼3D也來(lái)勢(shì)洶洶。恰巧本人就是吃 3D 這碗飯的，借著這股 3D 風(fēng)，來(lái)談?wù)勎宜私獾母鞣N 3D 技術(shù)，發(fā)發(fā)牢騷，供大家解解悶。

其實(shí)自打有 2D 那天，人們就一直想著怎么搞出 3D 來(lái)。最早算得上 3D 的發(fā)明，按照 Wiki 上的說(shuō)法，恐怕是 1838 年 Charles Wheatstone 發(fā)明的一種利用鏡子來(lái)讓人的左右眼分別看到不同的畫面來(lái)模擬雙眼觀察同一場(chǎng)景的效果，并利用視差讓人產(chǎn)生 3D 感的裝置，算是現(xiàn)在紅藍(lán)眼鏡這類視差 3D 的鼻祖。

Wheatstone mirror stereoscope

由于 3D 效果是利用人腦對(duì)視差，也就是雙眼所觀察到的畫面有微小角度的差異，進(jìn)行合成而產(chǎn)生的，并不需要真的有 3D 數(shù)據(jù)或者實(shí)物，因此算是最簡(jiǎn)單的一種呈現(xiàn) 3D 的方式。后來(lái)又有了很多改進(jìn)版本，利用繪畫，或者照片等等，但一直只能呈現(xiàn)靜態(tài)的 3D 場(chǎng)景。直到攝影技術(shù)和光學(xué)的發(fā)展，可以用兩個(gè)甚至多個(gè)攝像機(jī)模擬雙眼的位置拍攝，并利用不同顏色或者偏振光來(lái)顯示，讓人借助特制的眼鏡來(lái)產(chǎn)生 3D 的動(dòng)態(tài)視覺效果。比如紅藍(lán)視頻就是用偏紅的顏色代表一只眼看到的影像，偏藍(lán)的顏色代表另一只眼看到的，人帶上眼鏡后再看就能有 3D 感。

近幾年更是有能在不同角度投射出不同顏色光線的 3D 屏幕，可以不借助任何眼鏡等設(shè)備，讓人眼直接觀察到 3D 效果，也就是所謂的裸眼 3D (Autostereoscopy)。但裸眼 3D 的一個(gè)問(wèn)題是，對(duì)于只由對(duì)應(yīng)左右眼的兩組影像合成的 3D 場(chǎng)景，如果你的觀察位置稍微有些移動(dòng)，那么本應(yīng)該左眼看到的影像可能就會(huì)被右眼看到，而左眼看到的卻是右眼應(yīng)該看到的影像，于是會(huì)有種錯(cuò)位感，英文叫 movement parallax，中文大概翻譯成移動(dòng)視差吧。

2010 年，我曾經(jīng)在一個(gè)展會(huì)上演示過(guò)一臺(tái)合作伙伴的裸眼 3D 屏幕，能在 8 個(gè)角度投射光線，也就是說(shuō)它能模擬 8 只眼看到的影像。因此如果你在一個(gè)小范圍內(nèi)移動(dòng)觀察，也能保證雙眼看到的影像是按照順序的，一定程度上減輕了移動(dòng)視差，但看時(shí)間長(zhǎng)了還是會(huì)有點(diǎn)暈。

真正炫酷的技術(shù)是全息 3D，能把 3D 影像直接投影在空中，并且無(wú)論從任何角度都能完美的觀察到 3D 效果，是近年來(lái)好萊塢科幻電影的必備元素。

電影《鋼鐵俠》中采用全息投影技術(shù)的畫面

就拿我最喜愛的鋼鐵俠來(lái)說(shuō)，這張截圖中，Tony Stark 正在利用全息投影來(lái)設(shè)計(jì)他的新型盔甲 Mark II，他甚至還可以在空中操作投影出來(lái)的機(jī)械模型(這個(gè)應(yīng)該可以用類似 kinect 的技術(shù)做到，后面還會(huì)提到)。

不過(guò)全息投影的原理可比視差 3D 復(fù)雜多了，在這給大家簡(jiǎn)單解釋一下(涉及一些專業(yè)術(shù)語(yǔ)，需具備一定物理常識(shí)，不喜者可跳過(guò))。

從電磁學(xué)的角度來(lái)說(shuō)，光就是電磁波，具有振幅、頻率和相位。振幅就是光強(qiáng)，頻率就是顏色。一般的 2D 照相機(jī)，能夠記錄光的顏色和強(qiáng)度，也就是振幅和頻率，但無(wú)法記錄光的相位。而全息投影首先需要可以記錄包括光的相位的所有信息，形成一張全息圖。這也是全息的意思，光的全部信息。物理上做全息攝影時(shí)，一般將一束激光用棱鏡分為光強(qiáng)不同的兩束，以保證這兩束激光頻率相同、相位差恒定。強(qiáng)度大的一束作為物光打在物體上并反射到底片上，另一束強(qiáng)度弱的作為參考光直接打在底片上，與從物體上反射到底片的物光發(fā)生干涉，并記錄在底片上。雖然底片依然只能記錄光強(qiáng)和頻率，但由于此時(shí)光強(qiáng)不止由物光決定，而是由物光和參考光的干涉結(jié)果決定，因此，其強(qiáng)度變化就記錄了光的相位。而還原相位信息的辦法就是，用同樣頻率的激光打在底片上，將底片記錄的干涉條紋作為光柵，利用光的衍射來(lái)重現(xiàn)物體。但單一頻率的激光只能記錄一種顏色，據(jù)說(shuō)彩色的全息圖是由多束不同頻率激光共同產(chǎn)生的。本人上學(xué)時(shí)只做過(guò)單色激光的全息攝影實(shí)驗(yàn)，至于彩色全息，具體技術(shù)細(xì)節(jié)不詳。

除了物理上用激光產(chǎn)生全息圖之外，還可以用計(jì)算機(jī)模擬激光干涉的過(guò)程計(jì)算出全息圖(Computer Generated Holography，簡(jiǎn)稱 CGH)。這種方式更方便快捷，而且可以為虛擬的 3D 模型，而不僅僅是真實(shí)的物體產(chǎn)生全息圖，甚至動(dòng)態(tài)的全息視頻。

CGH 全息圖

上圖是一張 google 出來(lái)的 CGH 全息圖，同樣也是不能直接看的，也要有相應(yīng)頻率的激光來(lái)還原才行。我見過(guò)一種打印在可以彎曲的特制塑料板上的全息圖，在黑暗處用白光手電筒一照，就能看到還原的 3D 圖像，在垂直于板子 45°以內(nèi)的位置都能很好的觀察到，而且還可以卷起來(lái)放在裝羽毛球的筒子里，很方便。

而且全息圖一個(gè)很有意思的特點(diǎn)是，它的任何一部分都保存了物體上所有點(diǎn)反射的光線的全部信息。因此，哪怕只有半張、甚至一小塊全息圖，也都能完整的還原出原始的 3D 場(chǎng)景。這還只是制作全息圖，要想將全息圖投影出來(lái)，并從 360°都能看到，也很復(fù)雜。一種方式是利用海市蜃樓的原理，將全息圖投影在水蒸氣上，利用分子的不均衡震動(dòng)，來(lái)產(chǎn)生有層次感和立體感的圖像。目前，全息投影的設(shè)備還都很貴，相比 3D 打印而言，還遠(yuǎn)沒到能夠普及的時(shí)候。但很多領(lǐng)域已經(jīng)開始有所應(yīng)用，比如演唱會(huì)、展覽、產(chǎn)品發(fā)布會(huì)等等，前途無(wú)量，我個(gè)人非常看好。全息 3D，尤其是計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的全息 3D，和視差 3D 最大的區(qū)別在于，它需要真正的 3D 數(shù)據(jù)，而不是用幾張 2D 圖片靠人腦來(lái)產(chǎn)生 3D 感。

對(duì)于普通3D、裸眼3D、全息3D三種顯示技術(shù)，業(yè)界認(rèn)為裸眼3D是下一趨勢(shì)，而全息3D可能是最終方向，證據(jù)很充分，不過(guò)，科技總是在未知的道路上蜿蜒前行，最終走向如何，現(xiàn)在下結(jié)論還太早，一切都需等待時(shí)間的檢驗(yàn)。