3D电影制作与放映技术

3D电影
D是英文Dimension(线度、维)的字头，3D是指三维空间。

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，是靠两只眼睛的差距。

人的两眼分开约5公分，两只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里，脑子就用这微小的差距，产生远近的深度，从而产生立体感。

一只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，用两只眼睛视角的差距制造出两个影像，然后让两只眼睛一边一个，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”。

偏振polarize 横波的振动矢量（垂直于波的传播方向）偏于某些方向的现象．纵波只沿着波的方向振动，所以没有偏振．3D立体电影的制作有多种形式，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平视差的电影画面。

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。

当观众戴上特制的偏光眼镜时，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，通过双眼汇聚功能将左、右像叠和在视网膜上，由大脑神经产生三维立体的视觉效果。

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。

当然,实际放映立体电影是用一个镜头,两套图象交替地印在同一电影胶片上,还需要一套复杂的装置.
背景知识及技术难点解析
立体图像是对现实的一种模拟。

因此，它必须符合人眼双视角成像原理。

由于人的双眼所处空间位置的差异(这个距离一般用国际平均值6.35厘米)，致使现实环境分别在两眼中形成两幅有细微差别的图像，这两幅图像经过大脑的识别处理，人就能感知环境物与人眼的距离和环境物的状态(包括大小，颜色，材质等信息)。

如下图所示：
红色三角形与绿球相交的区域为左眼看到图像，而绿色三角形与绿球相交的区域则为右眼看到图像。

左右眼的图像同时被大脑接收，融合，并加以识别，人就知道绿球与人的距离，绿球的大小，颜色，材质等信息，立体图像就在大脑中形成。

当然，如果绿球处于运动状态，那么两眼将不断的刷新各自看到的图像，并交给大脑进行处理，人也就可以不断更新对绿球的感知信息。

由双视角成像过程，我们可以知道，是同一环境分别在左右眼形成有细微差别的图像，经过大脑的识别处理，使我们感知立体环境的存在。

也就是说，为了模拟双视角成像，必须首先有左右两个相机去捕获环境影像，然后将左影像交给左眼观看，右影像交给右眼观看，最后大脑才能进行识别处理形成立体图像。

我们来审视一下这个模拟的过程。

我们无法插手大脑如何识别处理左右图像这一环节(至少现在能插手的极其有限)。

幸运的是，我们可以控制如何将左右两幅图像交给大脑。

这也就是立体
图像的呈现方式。

方式多种多样，常见的有偏振镜方式(polarized projection)，红蓝眼镜方式(red & blue glasses)，主动投影方式(LCD Shutter)等。

立体影片制作技巧：
景深感知
人眼对于环境深度的感知是从以下几个方面感知的：透视关系，已知对象的大小，细节，遮挡关系，光影，相对运动。

从上图，沿着战壕向远方可以看到明显的透视关系，它可以暗示给人知道整个空间的体积大小。

一个鸽子有多大，我们是见过的，一个沙袋有多大我们也见过。

它们在场景中的大小比例会给我们一个暗示，它们离我们大概有多远。

木棍的纹理我们大致知道。

近处的木棍的纹理我们看的清楚，远处的就看不清楚了，因为离我们很远。

扇起翅膀的鸽子挡住了滑翔的鸽子表明了它们之间的前后关系，也就是告诉我们它们离我们的远近信息。

因为大气的缘故，我们看近处的物体接受光照射程度比较高，因此它的饱和度总比远处的高，同样也给我们一种深度的暗示。

物体以同样的速度运动，我们看到近处的物体总比远处的快。

所以，可以理解，在制作立体影片的时候，适当增强以上几个方面的深度感知程度是可以给观众带来印象深刻的立体体验的。

在实际制作的时候，可以应用明显的和暗藏的多个透视关系来增强观看者对环境空间体积的感知。

而透视关系，当然是通过丰富的场景层次来表现。

上图为Blizzard公司游戏Diablo3的预告片中的一张截图。

最近处的石人和石墙被稍作模糊处理，稍远处依山建造的城堡，再远处是处于阴影区的山，更远处是有金光照耀的山，最远处的山和天幕。

5个明显的层次，构造了明显的透视关系。

而石墙之后，城堡和阴影区的山之间还给观众暗示了一个巨大的体积空间的存在。

这里值得一提的是，在立体影片里面，一般都会保持画面的清晰可见，不会对其作模糊处理。

模糊处理会使人感觉景深混乱，一方面削弱了立体感，另一方面，会引起观众不适。

这也是我们接下来也探讨的立体制作的原则之一。

立体影像制作原则
人眼的双视角立体成像原理决定了我们进行立体制作的时候必须遵守一定的立体制作原则。

在使用三维软件(如Maya, 3D Max等)进行立体制作的时候，我们通常使用3台摄像机组成的Camera Rig进行制作。

首先，我们必须要满足一个前提条件：左右图像之间不能存在垂直的偏差，也就是说同一个目标像素在左右图像中只能是存在水平方向的偏差。

因为我们的眼睛无论什么时候都是瞄准单一目标，左右图像才能被大脑识别处理成像。

有效立体成像区域(Effective stereo zone, 记为ESZ)
目标距离(Target Distance，记为TD)就是你要拍摄的目标到你的摄像机的距离，也就是聚焦点的位置。

有效立体成像区域为：1/2的目标距离到3/2的目标距离之间，即1/2*TD < ESZ < 3/2*TD。

不难想象，如果一个物体(例如你的鼻子)离你的眼镜非常近，你将需要努力旋转你的眼球，以聚焦到该物体上，也就是通常所说的斗鸡眼，这会引起大脑不适。

摄像机间距(Effective Camera Distance，记为ECD)
摄像机间距也就是左右两个摄像机之间的距离。

这个距离，根据经验，应该等于目标距离的1/30，即ECD=1/30*TD。

屏幕前后
屏幕指的是投影平面。

摄像机视角向无限远，以目标距离为界，如果物体刚好处于目标界上，那么它在左右摄像机图像中的位置是一样的，因此不存在视差(parallax)；如果该物体位于目标界之前，它拥有负视差(Negative parallax)，反之，为正视差(Positive parallax)。

所有拥有正视差的对象在投影的时候将会出现做屏幕里面，而拥有负视差的则会出现做屏幕前面。

所有处于屏幕里面的对象都比处于屏幕前面的看起来更舒服，但这并不意味着你不能将对象摆在屏幕前面。

经验告诉我们，长时间将对象摆在屏幕前会引起观众不适，例如头晕，恶心等症状，因此应该避免长时间将对象摆在屏幕前面。

观看时图像间距(Max Image Separation，记为：MPS)
观看时图像间距就是在观看立体效果的时候，同一对象在左右投影中的水平距离。

这个距离值的最大有效值等于屏幕到观众之间的距离(Viewing Distance，记为VD)的1/30，即MPS = 1/30*VD。

立体制作时应注意事项
避免画面中观众的主要关注对象被屏幕的边框裁切，这样会直接破坏立体感，同样会引起不适。

为得到逼真的效果，所有的反射折射都应该使用光线跟踪算法计算；尽量使用真实的材质纹理，避免使用贴图。

同一镜头和前后两个镜头之间应该尽量使用同样的焦距。

否则，将迫使观众不断调整眼球运动，容易引起眼睛疲劳和不适。

当进行立体布局(stereo layout)的时候，一方面近处场景道具应该尽量不要太靠近1/2*TD位置，另一方面远处的则应该尽量靠近3/2*TD位置。

这取决于你想要的场景的景深度。

由于没有真正完美的视差值，所有依靠主动的或被动的立体眼镜泄露的立体显示，都允许一个眼睛能看到另一个眼睛应该看的图像的部分画面，这种情况称为串扰(crosstalk)。

可见的串扰叫随影(ghosting)，会削弱立体感。

因此，第一，使用能接近你想要的立体感的尽量小的视差值；第二，尽量避免使用高对比度图像。

使用尽量大的屏幕尺寸。

屏幕尺寸越大，立体感越强，大尺寸的屏幕也有利于布置更丰富的场景。

IMAX公司的投影屏幕
大到能覆盖人眼的整个视野。

没有最好的立体影片，但有更好立体影片。

立体影片制作一般需要在反复调整才能得到比较令人信服的效果。

而这个修改往往需要回到前面个几个环节，会涉及多个环节的修改。

什么是RealD-3D
RealD电影是一种数字式立体投影技术。

它是世界上使用最广泛的3D电影播放方式之一。

RealD原理
RealD 3D电影技术是采用用DLP投影机，以144帧/秒的速度交替投射供左右眼观看的影像。

利用设置于投影机前方的圆形偏振光滤光器(Z Screnn)改变左右眼所接受到的影像圆偏振光方向，戴上粘贴有偏光膜的专用眼镜后，右眼和左眼可以看到视角不同的影像。

帧速率为通常24帧/秒胶片放映的6倍，使图像的闪烁得以控制。

Real D 银幕简介
RealD但使用一个投影交替项目的右眼框和左眼框架，这些框架两极化循环，为右眼和逆时针的左眼用液晶屏幕放置在前面，顺时针投影镜头。

圆偏振光眼镜，确保每只眼睛只能看到“自己的”图片，即使头部倾斜。

帧率非常高，这是72次，每眼，可以确保在图像看起来连续帧。

在RealD电影院，每帧预计的3倍，以减少闪烁，作为源视频通常是每秒24帧。

结果是一个无缝的3 - D图像，似乎落后和扩大在屏幕本身的前面。

REALD 眼镜介绍
REALD 镜片是环形偏光镜片，眼镜比较轻，光线较亮。

RealD采的环形传送方法，左眼视频以逆时针方向传送，右眼视频则以顺时针方向传送，左、右眼的投射速度则达到每秒各72格，较一般菲林电影常用的每秒24格的投射速度快了三倍。

同时，RealD眼镜表面上的偏光膜条纹由传统的条状改为环形，能更好地过滤光线。

这就改变了从前人们看3D电影时头是不能随便动的，稍微有点偏差就会出现“鬼影”的现象，同时观看3D电影的视觉疲劳、头晕等症状发生的可能也减到了最小。

观看方式
光分法
电影院中普遍采用。

现在有不少影院都拥有3D立体放映厅，放映时通过两个放映机来播放两个摄影机拍下的电影，在屏幕上就会同步出现两组有差别的图像。

补色技术
是另一种3D立体成像技术，现在也比较成熟，有红蓝（红青）、红绿和黄蓝，但采用的原理都是一样的。

色分法会将两个不同视角上拍摄的影像分别以两种不同的颜色印制在同一副画面中。

这样视频在放映时仅凭肉眼观看就只能看到模糊的重影，而通过对应的补色立体眼镜就可以看到立体效果，以红蓝眼镜为例，红色镜片下只能分辨除红色外的景象（红色镜片，底色为红色所以影片中的红色被忽略），蓝色镜片只能分辨除蓝色外的景象（蓝色镜片，底色为蓝色所以影片中的蓝色被忽略），两只眼睛看到的不同影像在大脑中重叠呈现出3D立体效果。

时分法
时分法是NVIDIA现在主推的一项应用，需要显示器和3D眼镜的配合来实现3D立体效果。

时分法所采用的立体眼镜构造最为复杂，当然成本也最高。

两个镜片都采用电子控制，可以根据显示器的输出情况进行状态的切换，镜片的透光、不透光切换使得人眼只能看到对应的画面（透光状态下），双眼看到不同的画面就能够达到立体成像的效果。

光栅式
为了迎接2008奥运会，接收的电视节目能立体化，我国现已制造出光栅式的立体电视机，但光栅式也有缺点，就是清晰度和其它的立体相比要差些，只有在非常大的电视上清晰度稍高，但这样一来，价格也就上去了，但光栅的不管怎样弄，想克服这个缺点是比较难，当然技术进步了例外。

全真式
由德国人托马斯·侯亨赖克发明的当今世界上唯一成功的全真立体电视技术，这项立体电视技术与全世界原有各制式电视设备兼容，从电视制作、播出系统，到百姓家的电视机，均无需增添任何设备和投资，只是在拍摄立体节目时，在摄像机上加装特殊装置即可。

观众收看节目时，只需戴上一付特制的三维眼镜即可。

眼镜成本低廉，经国家卫生部门鉴定，不会对眼睛产生副作用。

如果不戴眼镜和看普通电视没有区别，目前这样的节目很少，这项技术面临淘汰。

现在又有部分数字电视节目又有这种节目了。

缺点：节目源少，立体效果并不是非常出色。

观屏镜
以前专用于看立体相机拍的图片对，图片对一般左右呈现。

现在这种观屏镜也可看左右型立体电影。

缺点：看图像或电影时最多只能是屏幕一半大小；优点：非常清晰。

全息式
这种还未推广。

在各个角度看上去都是立体的，不用立体眼镜。

价格是贵得出奇，只在科技馆有展示。

普通电脑
普通的电脑是可以看到很多种3D立体图片的，如红蓝、平行、交叉，这些图片只需要简单的观看设备或者使用肉眼观看。

图像并没有什么特异之处，只是普通的图片加上特殊的画面摆放方式罢了。

更复杂的裸眼、偏振、分时也可以在普通电脑上实现，但同样也需要更昂贵的显示设备，裸眼需要一块能裸眼显示的显示屏；偏振和分时的也可以通过显示屏和专用立体眼镜实现。

最好的方法就是使用3Dvision立体幻镜了，但你同样需要一块英伟达出品的，够级别的显卡才行（3Dvision系NVIDIA产品）。

当然，120HZ的显示器也是绝对不能少的，从三星的一段相关宣传来看，所匹配的屏幕越大效果越好（当然也越贵）。

如果“普通”电脑的成分不计算显示器在内，当然也可以选择相关软件如IZ3D加上两个投影机、偏光片，进行偏振的投影播放。

想要达到电影院中《阿凡达》那样的效果，就不是普通的用户目前能达到的了。

总的来说，电脑上的3D发展目前不是最快的，但是绝对是后劲最足的，也许今天还没有太多的设备让人在电脑上如电影院中那样，在3D上彻底地爽一次，不久的将来你肯定会因为电脑3D设备的廉价化、多样化而泡在其中。

重点：裸眼、偏振（光分）、色分、时分。

发展简史
1839年，英国科学家查理·惠斯顿爵士根据“人类两只眼睛的成像是不同的”发明了一种立体眼镜，让人们的左眼和右眼在看同样图像时产生不同效果，这就是今天3D眼镜的原理。

1922年，世界上第一部3D电影是《爱情的力量》，遗憾的是，影片很早之前就已经遗失了。

早期的3D电影都是以展示立体效果为主，片中常以指向观众的枪、扔向观众的物体为噱头。

1951年，环球公司推出最有名的3D恐怖片《黑湖妖谭》，该片也是至今为止惟一一部有续集的3D电影。

新版《黑湖妖谭》计划在2011年上映。

1952年，讲述非洲探险的《非洲历险记》被认定为是史上第一部真正的3D长片。

该片的口号是“狮子在你腿上，爱人在你怀里”。

尽管《生活》杂志在当时称该片“廉价、荒谬”，但观众们仍然热情地挤进电影院去体验片中的“自然视角”。

1953年，《恐怖蜡像馆》等一批3D恐怖片应运而生，3D片在上世纪五十年代进入了黄金时期。

1954年，当时世界上最伟大的导演们，绝大多数都对3D电影低眼相看，认为那只不过是在玩魔术而已，根本不是艺术。

然而，希区柯克不这么想，他在1954年拍摄了3D版的《电话谋杀案》，成为了当时3D片中为数不多的精品。

1962年，我国的天马电影制片厂拍摄了国内第一部3D立体电影《魔术师的奇遇》，桑弧导演，陈强主演。

后来又陆续出现了《欢欢笑笑》《快乐的动物园》《靓女阿萍》《侠女十三妹》等。

1982年，迪士尼拍摄了短片《魔法之旅》，虽然这部短片只有16分钟，但通过CGI与真人表演的混合，打造出了在当时令人惊讶的3D效果。

1982年，《13号星期五》第三部上映，本片令80年代的3D电影慢慢复苏。

1983年，3D版的《大白鲨第三集》轰动一时，放映首周就赚得1300万美元的票房。

但因为电影本身水准低下，3D效果也无过人之处，很快就让观众失去了兴趣。

1985年，《魔晶战士》成为世界首部3D动画长片。

2004年，第一部IMAX 3D长片《极地特快》诞生。

该片在2000块普通2D银幕上放映，3D IMAX银幕只有75块。

然而就是这75块3D IMAX银幕，获得的票房占全片总票房的百分之三十。

3D+IMAX的“超强组合”，让发行方看到了巨大的商业潜力。

2005年，迪士尼的动画片《鸡仔总动员》采用了新型投影技术放映，消除了以往看3D电影时容易产生的眼睛疲劳。

2008年，《U2 3D演唱会》是第一部完全用3D摄影机拍摄的真人影片，这个音乐纪录片堪称先锋。

2009年，环球的动画片《鬼妈妈》是第一部采用停格动画形式的3D电影。

2009年，《阿凡达》成为有史以来制作规模最大、技术最先进的3D电影。

2010年，中国内地投资3亿开拍首部国内3D电影《白蛇传说》
相关名词解释
DLP
DLP是“Digital Light Procession”的缩写，即为数字光处理，也就是说这种技术要先把影像信号经过数字处理，然后再把光投影出来。

它是基于TI（美国德州仪器）公司开发的数字微镜元件——DMD（Digital Micromirror Device）来完成可视数字信息显示的技术。

说得具体点，就是DLP投影技术应用了数字微镜晶片（DMD）来作为主要关键处理元件以实现数字光学处理过程。