虚拟仿真主动被动立体成像技术详解与4D影院的普及

立体成像技术详解与4D影院的普及

[导读]人类的眼睛相距6～7 cm，有一定的距离，所以在观察一个三维物体时，由于两眼水平分开在两个不同的位置上，所观察到的物体图像是不同的，它们之间存在着一个像差，由于这个像差的存在，通过人类的大脑，我们可以感到一个三维世界的深度立体变化，这就是所谓的立体视觉原理。

关键词：立体成像技术投影技术

立体成像技术简介

立体成像原理

人类的眼睛相距6～7 cm，有一定的距离，所以在观察一个三维物体时，由于两眼水平分开在两个不同的位置上，所观察到的物体图像是不同的，它们之间存在着一个像差，由于这个像差的存在，通过人类的大脑，我们可以感到一个三维世界的深度立体变化，这就是所谓的立体视觉原理。据立体视觉原理，如果我们能够让我们的左右眼分别看到两幅在不同位置拍摄的图像，我们应该可以从这两幅图像感受到一个立体的三维空间。从前面的分析中我们可以知道不同的观察角度将可以看到不同的图像。因如果我们将光栅垂直于两眼放置，由于两眼对光栅的观察角度不同，因而两眼会看到两个不同的图像，从而产生立体感。常为了获得更好的立体效果我不单单以两幅图像制作，而是用一组序列的立体图像去构成，在这样的情况下，根据观察的位置不同，只要同时看到这个序列中的两副图像，即可感受到三维立体效果。

这种模式下，在屏幕上显示的图像将先由驱动程序进行颜色过滤。渲染给左眼的场景会被过滤掉红色光，渲染给右眼的场景将被过滤掉青色光（红色光的补色光，绿光加蓝光）。然后观看者使用一个双色眼镜，这样左眼只能看见左眼的图像，右眼只能看见右眼的图像，物体正确的色彩将由大脑合成。这是成本最低的方案，但一般只适合于观看无色线框的场景，对于其它的显示场景，由于丢失了颜色的信息可能会造成观看者的不适。这种立体方式在高端应用中已经淘汰了。红绿、红兰眼镜，已基本淘汰

主动式立体成像技术

主动立体显示就是用一个投影机投射图像，某瞬间投射左眼看到的信号，下个瞬间投射右眼看到的信号。当投射左眼信号的瞬间，从工作站发出一个控制信号去控制主动立体眼镜的左镜片，使它打开，这个时候右眼的镜片关闭；反之，当投射右眼图像的时候，左眼的镜片是关闭的。总之，主动立体的眼镜是被控制的。任何品牌和型号的投影机，如果能做主动立体显示，输出光线的利用率一定低于16%。因为：投影机做立体图象显示时，输出的左右图像的实际亮度为标称立体亮度值（投影机说明书标称）的45%（理想值为50%），光线通过液晶立体眼镜片后亮度至少要减少65%，因此剩余的亮度为45%*35% 《 16%）。如果亮度因素特别重要，用低亮度的投影机做主动立体显示时效果不能令人满意。例如亮度为4000 流明的投影机，实际主动立体亮度只有为640 流明，比普通电影院的亮度（800 流明）还低。如果应用要求环境比较亮，这种指标是不行的。

主动式立体投影，光线利用率仅为16%

优点：

1. 投影机数量少。

2. 系统结构简洁。

缺点：

1. 眼镜成本高。每副眼镜需要500元左右，且易人为损坏。

2. 观看者感觉不舒服。由于采用了液晶片，导致整个立体眼镜沉重;同时左右眼镜片的快速开、关，（60HZ/S）时间久了会导致目眩。

3. 光的利用率太低，只有16%。

4. 对图形发生主机要求高。

被动式立体成像技术

被动立体技术是将影象信号输出到信号分转设备用，然后接到两台垂直叠加的投影机，用两台投影机同时投射一幅影象，一台投影机投右眼影象，一台投影机投左眼影象，两台投影机采用不同的极化方向，再通过被动立体眼镜左右眼的圆周偏振极化镜片实现立体投影效果。该立体投影方式是目前效果最好的立体投影技术，投影的光通效率很高，可达到50%左右。同时因没有左右眼影象的来回切换，因此不存在主动立体投影中让人眩晕的问题，适合长时间观看，立体眼镜的价格很便宜，重量较轻，长时间戴也不会有疲劳的感觉。因不需要与红外发射装置同步，因此使用者可随意走动，灵活性很高，被动立体已成为立体投影的主流技术。

偏振立体眼镜，轻便简洁

优点：

1. 眼镜成本低，易于维护。

2. 光利用率高，约为38％。

3. 对图形发生主机要求低。

缺点：

1. 投影机数量比主动式多一倍。

2. 系统结构略为复杂。

偏振技术介绍

被动立体是通过光的偏振来实现的。光的偏振有内部和外部两种实现方法。线性偏振是早期时采用的被动式立体解决方式，其原理是将投影机发出的关分别沿着X 和 Y 轴偏振，然后和立体眼镜的X 、Y 方向的光栅相吻合，从而实现立体图像。这种方式最大的缺点就是偏振片方向不动，光只能以固定的角度传输，所以观看者头部不能偏移，视角很小，因此现在已被淘汰。

圆周偏振是近年来巴可公司专利发明出的一种新的偏振方式。其原理是其原理是：光线传播时，垂直传播方向的360 度都有光波震荡传输。光的偏振实际上是利用某一特定方向的光波进行显示的原理。圆周偏振技术的原理是光的偏振方向可旋转变化，左右眼看到的光

线的旋转方向相反。基于圆周偏振技术，观察者的头部可以自由活动，因为光线的方向变化不影响显示。

利用偏振片只过滤特定光线的原理实现被动式立体投影

4D 影院是在3D立体电影的基础上加环境特效模拟仿真而组成的新型影视产品。所谓4D 电影，也叫四维电影；即三维的立体电影和周围环境模拟组成四维空间。观众在看立体电影时，顺着影视内容的变化，可实时感受到风暴、雷电、下雨、撞击、喷洒水雾、拍腿等身边所发生与立体影象对应的事件，4D的座椅具有喷水、喷气、振动、扫腿等功能，以气动为动力的。环境模拟仿真是指影院内安装有下雪、下雨、闪电、烟雾等特效设备，营造一种与影片内容相一致的环境。以上两类电影都有身临其境，惊险刺激的效果。这两项电影既有共性，也有个性。身临其镜、惊险刺激、感受科技是它们的共性；一个是在运动中感受刺激、一个是在视觉中感受刺激，这是它们的个性。

众所周知，3D影院（通常称为立体电影）已经具有几十年历史。近年来，随着影娱乐技术的发展和娱乐市场的需求，人们不仅将震动、坠落、吹风、喷水、挠痒等特技引入3D 影院，而且还根据影片的清洁精心设计出烟雾、雨、光电、气泡、气味、布景、人物表演等效果，形成了一种独特的表演形式，这就是当今十分流行的动感4D影院。

由于动感4D影院中电影情节结合各种特技效果发展，所以观众在观看4D影片时能够获得视觉、听觉、触觉、嗅觉等全方位感受。

今年来动感4D影院的发展非常迅猛，动感4D影院的表现形式也根据人们不断提高的娱乐需求有了很大的发展，目前平面银幕方式的动感4D影院正受到环幕方式的冲击，而新型特技座椅配合动感平台，又使动感4D影院进入了一个崭新的阶段。在进入21世纪后，大直径、多画面的环幕动感4D影院逐渐成为主流。尤其是环幕银幕动感4D影院的出现，各种动感平台，旋转平台，轨道车也根据剧情进入影院，成为当今发展最为迅猛的动感4D影院类型。生机勃勃的4D影院将为观众带来更新的娱乐感受。

Power film 动感4D影院系统根据银幕的形式分为平面银幕4D影院和环幕银幕4D影院两个系列（简称为平面系列和环幕系列，或称为P系列和H系列），每个系列都有电影和投影两种类型。

动感4D影院的银幕结构