触摸3D世界

　　人感受到的是3D世界，但是人类通过绘画、拍摄等手段所表现出来的世界都是2D的。如何通过2D的平面展现3D的世界？早在200多年前，科学家就围绕这一问题展开了探索，直到最近几十年，显示技术的发展才让2D面呈现3D感觉成为可能。

　　大脑感知的3D

　　特别的3D显示器能够为用户创造出震撼的视觉效果，比如通过激光扫描呈现的3D画面，每个成像的像素都有空间的位置，而不是映射到平面上，天文馆就可以利用这一技术来模拟太空的星星；而体积显示设备可以利用烟雾占据的立体空间构成立体屏幕，从而实现立体的画面显示，这样的画面和我们日常看到的场景非常相似，因此需要一定的空间尺寸，只有在特定领域才有使用，原材料的消耗也比较大。实体的3D显示设备并没有大红大紫，主要的原因在于通过3D技术看到的世界跟我们通常看到的世界太相近了，因而没有太多吸引用户的元素。

　　目前我们接触到的3D影像通常是通过在同一个平面上投射有差异的画面使人脑产生幻觉，从而感觉到3D映像。这实际上是人脑构造的虚像，实现方式通常是由两个摄像机通过在相邻帧之间构造有差异的画面，然后分别让左右眼睛看到这个差异画面，人脑自然产生距离感，就把原本在平面上没有的Z轴虚拟出来，这样就构成了3D影像。这种交互方式需要人脑的主动参与，人脑的注意力会高度集中，所以人更容易纳入到演示的场景中去。

　　因此，人脑就成为3D影像流水线的加工部件，在看3D影像的时候，人与人之间的差异就会有所体现。而人脑参与此过程会导致思维运转加快，所以长时间的观看3D影像可能会引起头晕。

　　欺骗眼睛的3D技术

　　为什么3D影像可以欺骗人类的眼睛？这是因为，人眼是并排生长的，两者之间的瞳距平均约为63mm左右，观察景物时自然会产生视差，视差提供给人脑距离判断的元素，所以人能够判断空间的距离。但是眼睛对高度和左右的距离判断远远超过对前方距离的判断，尤其是距离稍远时，对距离的判断更加不敏感。由此产生的视差就是3D显示设备有效的基础，要在2D平面呈现3D影像，需要在技术上动一些脑筋，目前基本上是通过颜色区分和高速投射两个不同的画面两种方式。

　　通过颜色区分的办法出现的比较早，成本也相对较低。在拍摄的初期，需要通过两台摄像机拍摄有差异的画面。这个有差异的画面是分别用不同的胶片拍摄的，如果是红青分色，就是其中一台摄影机用红胶片拍摄，另一台用青胶片拍摄，或者拍摄完后处理成这两种颜色。在用户端则用简单的透过红光的滤色片和透过绿、蓝光的滤色片进行区分，从而让两个眼睛看到稍微有差异的成像。这种3D影像的呈现方法分辨率不高，而且很多元素如景深感觉等无法控制，静态字符的处理也不够完善，所以看起来比较粗糙，在上世纪80年代，这一廉价的技术曾让3D电影风靡一时，甚至小城市的电影院都有能力播放3D影片，可见当时3D影像的火爆程度。但这一技术的缺陷并没有随着时间推移而得到弥补，而是走向了它的末路，以至于红极一时的3D影片很快失去了声音。

　　后来IMAX拯救了3D电影，IMAX采用了完全不同的方式，它通过两台摄像机拍摄的画面不是通过颜色分离的，而是通过偏振片进行分离的。在播放画面的时候，需要采用两个投影机，每个投影机前面放置偏振片，两个偏振片分别呈45度倾角，两个投影机的偏振方向是相互垂直的。在用户端，需要佩戴相同的偏振眼镜，这样就能保证在不同的眼睛看到不同的画面，从而实现3D效果。这一技术的问题在于硬件成本大幅度上升，而且两台投影机的同步是个大问题，每台至少拍摄24帧画面的话，搭配起来至少是48帧，两者之间的同步相当关键。而且一旦有一台机器的胶片出现意外，3D的效果就会打消一半。

　　最终，数字技术让3D开始重新大行其道。TI是最积极推动3D投影的公司，它率先在影院级投影机和家庭投影机引入3D投影。对投影机而言，只需要提高刷新频率，同时搭配最新的眼镜，比如主动方式的液晶眼睛，就很容易能够实现3D效果。起初，TI提供的是通过红外方式实现的3D投影，每个帧与眼睛是通过红外来同步的，保证每个眼镜片的开关符合画面的需求。但是这无法保证处于最佳观看位置之外的用户的观看需求，所以DLP Link技术得到发展，通过在画面上插入眼睛开关信息实现同步，但是这样的眼镜价格也比较昂贵。

　　LCD厂商也没有闲着。夏普最先投入类似的研发，并且他们的技术想摆脱眼镜的束缚，使人能够通过眼睛直接看到3D画面，要达到这一效果，第一需要液晶显示器建立合适的分离渠道，保证让人的不同眼睛看到不同画面；第二是需要建立合适的距离范围。要达到第一个要求比较容易，通过改变液晶分子的排列，让它们保持相互的垂直，不同的液晶分子负责不同眼睛的画面。在观看的时候就能够保证左右眼睛看到不同的画面，从而产生3D影像；达到第二项要求则比较难，因为3D效果取决于人眼的瞳距，不同人的瞳距存在差异，例如小孩跟成年人、女人跟男人、不同的族群的瞳距都不一样。怎样才能保证观看范围的一致性呢？从现在的演示效果来看，3D影响的观看存在基本的观测点，这个点到设计拍摄镜头之间的距离差与目标物之间距离的比例，和成像到眼睛之间的距离差是等比例的，按照这一比例设计的3D显示器，才能达到比较好的观看效果。液晶的加入改变了3D显示的效果，提高了3D的表现能力，使分辨率得到了提高了，并且加强了景深感，尤其是3D不善于表现的静态画面，也可以通过它很好呈现，这是其他3D技术做不到的。

　　广泛的3D应用领域

　　技术的发展改进了3D影响的显示效果，调查显示，目前欧洲的新电视有10%左右开始支持3D显示，而多数的数字影院都能支持3D， 《怪兽大战外星人》、《冰河世纪3》等3D影片层出不穷，不但票价能够提高10%~20%，而且也使偷拍电影成为不可能的任务。

　　但目前3D影像除了在影院和专业领域比较受欢迎外，其他领域的应用并不多，这也限制了3D技术的发展。例如在科教领域，如果能用3D显示技术代替传统的2D画图方式，可以构建良好的空间感觉，有利于学生对于空间的理解。现在TI正在力推这样的教学方式，并力图让3D投影成为教育行业的标准。

　　在航空管制领域，其实也可以应用到3D技术进行管理。通常的航空管理都是在平面上进行的，通过在显示器上的坐标和位置关系判断飞机的起降许可，空管人员比较容易疲劳，尤其是飞机很多的时候，会带来一定的危险性，如果能采用3D的技术，管理起来会更轻松，更方便。

　　3D在医疗方面的应用也同样也是可以立杆见影的。无论是医疗培训还是手术，通过3D显示可以更容易判断病灶位置并形成统一意见。操作的时还可以看到互动的效果，这是传统显示设备无法做到的。在医疗教学的时候，也可以进行虚拟人体解剖、虚拟手术治疗、虚拟骨骼系统等方面的实验，这也是3D显示很有价值的拓展用途。
　　3D显示器设备介绍

　　iZ3D显示器

　　号称最完善的3D LCD，需要使用眼镜，分辨率达到1680×1050，专门针对游戏设计，适合即时战略游戏，可以大幅度提升场景的景深，拓展游戏的视野。。与传统的采用液晶分子不同排列的方式不同，它直接粘合了两个液晶面板。后面的液晶面板用来成像，前面的液晶面板用来偏转极化。所以在玩游戏的时候，完全可以通过它实现3D效果。这样的画面相对稳定而且可靠，并且显示文字效果更好。问题在于成本过高，而且粘合两个液晶面板的光学水准胶水比较昂贵，目前面板由奇美提供，现在只有22英寸，据说以后可以拓展到26英寸以上。

　　AIST的 3D Laser显示器

　　这是实体的3D显示器，通过在空间扫描形成图像，这个研究的突破在于扫描用的棱镜，能够精准对准位置。此外，激光的功率也是很大的问题，他们的设计实现了激光的高功率输出，并且在空间里聚焦，从而让聚焦的点形成粒子一样的东西，从而发出更强的光。这些粒子球就构成了3D投射的基础。它不需要幕布就能够用，而且亮度惊人。由于设计时采用了能量很高的红外激光，所以观看的时候需要戴上眼镜。

　　Global Imagination的球状显示器

　　Global Imagination的球状显示器采用多台投影机实现类似立体的投影，并在球体上呈现。

　　现在这种显示器能够提供各种尺寸，相当具有吸引力。可以作为立体的地球模型，包含洋流、季风、白天黑夜的形成等。这个设备初期用作广告和演示设备，NASA添置了一个，用于讲解地球和太空的对比关系。微软也与这加公司合作，开发了适合球面显示设备的多点触摸技术。