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)有了對三維成像技術(shù)的追求。當時(shí)對人物形象的畫(huà)法造型，大部分都把臉表達成側面的姿態(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°的轉向。真人或站或坐都無(wú)法保持這種姿勢，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世紀初的歐洲的文藝復興時(shí)期，意大利建筑師Bruneselleschi 對“繪畫(huà)透視” 進(jìn)行了首次論證。達芬奇(Leonardo da Vinci)也曾在他的著(zhù)作Trattato della Pittura中引用了透視框的概念作為他研究遠景透視的依據。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(guān)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視覺(jué)的影響，使得場(chǎng)景的色彩逐漸消失在遠景之中。作為素描和油畫(huà)這些平面(2D)畫(huà)布中唯一能表現立體感效應的手法,透視畫(huà)法就這樣一直延續下來(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獨立的圖像，在恢復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(guān)察立體圖像的方法。

在16世紀，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律差異的圖像，然后通過(guò)濾光鏡觀(guān)察來(lái)產(chǎn)生立體視覺(jué)。17世紀末18世紀初出現的“立體鏡”，為每只眼睛提供獨立的視覺(jué)通道，立體視覺(jué)感非常強烈，這種“立體鏡”至今仍然是觀(guān)察立體圖像的有效手段。19世紀有科學(xué)家曾嘗試構造一種不借助輔助裝置就能觀(guān)察到立體畫(huà)面的方法，但以失敗告終。

直到1838年英國科學(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(guān)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，才由英國科學(xué)家蘇格蘭人大衛?布魯斯特Sir DAVID Brewster(1781-1868)發(fā)明了第一臺可用于攝影領(lǐng)域的立體觀(guān)片裝置，名為透鏡式立體鏡(Lenticular Stereoscope)(亦有說(shuō)法是他發(fā)明了第一臺具有實(shí)用意義的立體相機)。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立體鏡(亦說(shuō)立體相機)贈送給了維多利亞女王(Queen Victoria)。

19世紀末，電影發(fā)明后，科學(xué)家嘗試用電影來(lái)表現運動(dòng)的立體視覺(jué)圖像。首先采用兩部攝影機模擬人類(lèi)雙眼進(jìn)行拍攝，然后將制好的影片用放映機通過(guò)偏光濾光鏡投射到電影熒幕上，觀(guān)眾通過(guò)配戴偏振光眼鏡觀(guān)察運動(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，為了把觀(guān)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(zhù)特殊眼鏡的觀(guān)眾像在觀(guān)看《布瓦那魔鬼》及《蠟屋》這類(lèi)驚險片那樣，發(fā)現自己躲在逃跑的火車(chē)及魔鬼的后面。從而為我們帶入了立體電影的時(shí)代。

20世紀初電視技術(shù)出現后，人們就開(kāi)始著(zhù)手研制立體電視，傳統的用于觀(guān)察靜止圖像或電影圖像的立體顯示方法幾乎全部被應用到立體電視技術(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拍攝影像并用兩個(gè)獨立的視頻信道傳輸到兩部電視機，每部電視機的屏幕上安置一塊偏光板，然后用偏光眼鏡去觀(guān)察，這樣的立體電視系統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)至今仍然是公認的一種質(zhì)量較好的立體電視系統。

2004

20世紀50年代，彩色電視技術(shù)發(fā)展到接近實(shí)用的階段，“互補色立體分像電視技術(shù)”開(kāi)始應用于立體電視?；痉椒ㄊ怯脙刹跨R頭前端加裝濾光鏡的攝像機去拍攝同一場(chǎng)景圖像，在彩色電視機的屏幕上觀(guān)眾看到的是兩副不同顏色的圖像相互疊加在一起，當觀(guān)眾通過(guò)相應的濾光鏡觀(guān)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(guān)察電視圖像，彩色信息損失極大;另一個(gè)問(wèn)題是彩色電視機本身的“串色”現象引起干擾;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70年代末由于陶瓷光開(kāi)關(guān)新材料的出現，人們可以制成光開(kāi)關(guān)眼鏡，此時(shí)就出現了時(shí)分式的立體電視技術(shù)。時(shí)分式的立體電視技術(shù)采用彩色電視信號的奇場(chǎng)和偶場(chǎng)進(jìn)行立體電視信號的編碼。80年代初，東芝公司研制出時(shí)分式立體電視投影機，戴偏光鏡觀(guān)看。1985年，松下公司首推時(shí)分式液晶眼鏡立體電視樣機獲得成功?，F在，具有雙屏顯示器的頭盔觀(guān)看設備有很理想的立體觀(guān)看效果。在國內，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。

1970

目前，時(shí)分式的立體電視技術(shù)相對成熟，具有明顯的優(yōu)點(diǎn)：能提供逼真的彩色立體圖像;當電視場(chǎng)頻較高時(shí)，圖像穩定無(wú)閃爍;同目前的彩色電視系統、計算機顯示器相兼容;能順利地向數字電視系統過(guò)渡。

1922

2000年國內出現了第一個(gè)實(shí)時(shí)立體顯示系統。用一張普通的VCD碟片播放出重影畫(huà)面，戴上無(wú)線(xiàn)紅外眼鏡觀(guān)看，即可獲得具有強烈立體感的畫(huà)面。這種立體顯示系統能夠實(shí)時(shí)將現有信號源的二維圖像在顯示器上轉換成三維圖像。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)或信號處理的辦法進(jìn)行畫(huà)面轉換的層面上。