3维立体电影制作原理

3D立体电影製作原理

D是英文Dimension(线度、维)的字头，3D是指3D立体空间。国际上是以3D电影来表示立体电影。

人的视觉之所以能分辨远近，是靠两隻眼睛的差距。人的两眼分开约5公分，两隻眼睛除了瞄准正前方以外，看任何一样东西，两眼的角度都不会相同。虽然差距很小，但经视网膜传到大脑裏，脑子就用这微小的差距，产生远近的深度，从而产生立体感。一隻眼睛虽然能看到物体，但对物体远近的距离却不易分辨。根据这一原理，如果把同一景像，用两隻眼睛视角的差距製造出两个影像，然后让两隻眼睛一边一个，各看到自己一边的影像，透过视网膜就可以使大脑产生景深的立体感了。各式各样的立体演示技术，也多是运用这一原理，我们称其为“偏光原理”。

3D立体电影的製作有多种形式，其中较为广泛采用的是偏光眼镜法。它以人眼观察景物的方法，利用两台并列安置的电影摄影机，分别代表人的左、右眼，同步拍摄出两条略带水准视差的电影画面。放映时，将两条电影影片分别装入左、右电影放映机，并在放映镜头前分别装置两个偏振轴互成90度的偏振镜。两台放映机需同步运转，同时将画面投放在金属银幕上，形成左像右像双影。当观众戴上特製的偏光眼镜时，由于左、右两片偏光镜的偏振轴互相垂直，并与放映镜头前的偏振轴相一致；致使观众的左眼只能看到左像、右眼只能看到右像，通过双眼彙聚功能将左、右像迭和在视网膜上，由大脑神经

产生3D立体立体的视觉效果。展现出一幅幅连贯的立体画面，使观众感到景物扑面而来、或进入银幕深凹处，能产生强烈的“身临其境”感。

3D立体立体电影，即我们常说的4D电影，是立体电影和特技影院结合的产物。随着3D立体软体在国内越来越广泛的应用，4D电影也得到了飞速的发展。运用3D立体软体製作立体电影有其独特的优势，如3D立体场景本身就具有立体特性，与立体成像相关的各种参数非常容易在软体环境中调节等。本文具体讲解了3D立体立体电影製作的原理及常见问题的解决方法，以后我们还会在具体的製作方面继续探讨，希望广大对立体电影感兴趣的朋友不要错过。

4D电影是立体电影和特技影院结合的产物。除了立体的视觉画面外，放映现场还能模拟闪电、烟雾、雪花、气味等自然现象，观众的座椅还能产生下坠、震动、喷风、喷水、扫腿等动作。这些现场特技效果和立体画面与剧情紧密结合，在视觉和身体体验上给观众带来全新的娱乐效果，犹如身临其境，紧张刺激。

4D影院最早出现在美国，如着名的蜘蛛人、飞跃加州、T2等项目，都广泛采用了4D电影的形式。近年来，随着3D立体软体广泛运用于立体电影的製作，4D电影在国内也得到了飞速的发展，画面效果和现场特技的製作水准都有了长足的进步，先后在深圳、北京、上海、大连、成都等地出现了几十家4D影院。这些影院大都出现在各种主题公园（乐园）、科普场所中，深受观众和遊客的喜爱。

运用3D立体软体製作立体电影有其独特的优势，如3D立体场景本身就具有立体特性，与立体成像相关的各种参数非常容易在软体环境中调节等。所以，电脑3D立体技术应用于影视行业后，很快就出现了3D立体立体电影，如大家俗称的3D电影、4D电影。美国狄斯奈乐园中的蜘蛛侠（SpiderMan），更是解决了“3D立体立体跟踪渲染”技术，使画面中的立体场景能够根据遊客的运动轨迹自动地转换透视关係，能够适时地保持虚景（3D立体画面）和实景（现场佈景）一致和连续的透视关係，大大提高了画面的真实感。那么，怎样运用3D立体软体来製作立体电影？製作过程中要注意哪些问题？本文将通过对3D立体立体电影的製作原理的详细分析，探讨一些常见问题的解决方法。

人眼的立体成像原理

在现实生活中，人们通过眼睛观察的周围环境之所以是立体的，是因为人的两隻眼睛所处的空间位置不同，可以从两个不同的视角同时获得两幅不同的场景图

像，人的大脑对这两幅图像进行处理后，不仅能分辨出所观察物体的颜色、质感等光学资讯，还能根据两幅图像的差异判断出物体与双眼的距离等空间资讯。这样一幅立体的画面就呈现在脑海中。

图1 人眼的立体成像原理

利用3D立体软体形成立体图像

利用3D立体软体製作立体电影，需分别考虑两个环节，即3D 立体环节和放映环节。

在3D立体软体中（图2a），为了模拟双眼的立体成像原理，必须用两个摄影机同时渲染场景，这两个摄影机的相对位置，应儘量与人的两眼的相对位置一致，

它们的间距称为镜距（camWide）。通常，我们将其中一个摄影机命名为LCam，它位于相当于人左眼的位置上，物体A经它渲染后，所形成的图元位于其渲染平面的Al处；另一个摄影机命名为RCam，它位于相当于人右眼的位置上，物体A经它渲染后，所形成的图元位于其渲染平面的Ar处。

从图中可以明显看到，由于两摄影机的位置不同，它们分别渲染的场景会有少许差别。有些读者认为这两幅画面仅仅是“错位”了，因而认为将任何一幅画面

经错位处理后就能形成立体画面。实际上并非如此简单，经Lcam 和Rcam所渲染的图像，虽然看起来差异不大，但它们却包含着不同的透视资讯，这才是形成立体视觉的关键元素。

图2 3D立体软体中的立体渲染镜头，及物体A的渲染过程

图3 放映环境中观众的双眼和萤幕，及A`的成像过程

在放映环境中（图2b），当把两摄影机所渲染的画面同步投放到同一萤幕上时，必须采取适当的画面分离技术，使观众的左眼只能看到Lcam渲染的画面，而右眼只能看到Rcam渲染的画面。常用的画面分离方式有“偏振光式”和“液晶光阀式”，两种方式都需要配戴眼镜来协助分离画面。如用裸眼会看到画面呈双影，没有立体效果。

在播放环境中，用两放映机分别将两渲染面投放到同一萤幕上，图元Al和Ar出现在图2b中萤幕的不同位置，通过画面分离技术，Al只能被观众的左眼看见，Ar只能被右眼看见，两眼视线交叉于A`。观众感知的A已不在萤幕上（即已“出屏”），形成了一个有距离资讯的立体像A`。这样，3D立体场景中的物体A，就立体地还原在观众眼前。这就是3D立体立体电影的製作原理。

如何准确地控制“出屏”的距离

在实际应用中，经常会出现一些困惑：在3D立体场景中，即使物体A已经离渲染镜头很近了（如已经小于30cm了），但实际放映时，仍觉得想A`“出屏”不够，没有“触手可得”的效果。相反的情况也时有发生，即观众觉得像A`太近，导致胀眼和无法聚焦。

所以，如何在製作环节中控制最终的“出屏”效果就显得非常必要。在3D立体立体电影的製作中，我们经常追求“触手可及”的效果，这个距离约为30cm—50cm。我们对比3D立体环节和放映环节，当萤幕对观众眼睛的张角β与在3D立体软体中镜头的水准张角α

相等，且渲染镜头的镜距camWide与观众两眼的距离eyeWide相等时，即β=α，且eyeWide=camWide时，则D`=D。也就是说，此时可以通过控制3D立体软体中物体A与渲染镜头的距离D，在播放时精确地