放映裸眼3d電影需要更換設備嗎（電影院放映3D電影是利用什麼原理）

2023-06-10 23:00:41

現在我們在電影院看的電影分為2D和3D電影，這裡的D指dimension，就是維度的意思，2D則表示二維，如果用一個坐標軸表示一個維度的話，那麼兩個相互交叉的坐標軸就會組成一個二維平面。同樣的，在二維平面上再增加一個坐標軸的話，那麼就會形成三維立體空間。3D電影就是讓我們所看見的物體延伸出屏幕一樣，在我們的眼前呈現出立體的效果。那麼，明明只是一個平面的幕布，它是如何在我們的眼前展示出三維效果，讓我們如同身臨其境呢？接下來我將進行這個過程的講解，為你展示這技術背後的科學原理。

三維物體是指在空間內佔有一定體積的物體，我們生活的這個世界也是處於這樣一個三維立體的空間內(暫時不糾結人類對於空間更深層次的認知)。對於一個物體，我們可以從視覺以及觸覺兩個方面感受物體的大小，形狀。在電影院，我們感受到的3D效果依靠的便是我們的視覺。而視覺感受到物體的空間感便與我們的兩隻眼睛有關。

我們先分析我們用一隻眼睛看這個世界會怎麼樣

我們的眼睛就是一個凸透鏡，外界物體發出的光經過我們的晶狀體後發生折射會在我們的視網膜上成像。這個過程就像下面這個圖。

樹反射的光線有一部分會進入我們的眼睛，於是通過我們眼睛上的晶狀體會在我們的視網膜上呈現出一個倒立縮小的實像，這些光線被視網膜上的視錐細胞感受到之後，會轉換成電信號傳入我們的大腦進行處理，於是我們看見了眼前的這棵樹。

但一隻眼睛看物體會存在一個問題，就是我們很難分辨物體與我們的距離，我們可以通過下面這個例子來做一個演示。

上圖中上面那棵樹離我們更近，但是樹比較小，而下面這棵樹更大，距離更遠。於是問題來了，上下兩種情況中，樹在我們眼睛中成的像卻是一樣大，因此，上下兩種情況，我們眼睛中所感受到圖像的視錐細胞所佔的面積是一樣大的，兩者並沒有區別，於是，我們會認為我們所看見的事物是一模一樣的，空間位置也是一樣，這種錯覺會使我們無法分辨物體的實際距離與大小，因為我們不知道我們看見的物體小是因為它真的小還是因為距離遠導致的。

但我們平時嘗試用一隻眼睛看東西時，似乎也能夠看出物體的大小，這其實只是我們從生活經驗以及與環境中的物體對比產生的一種感覺。

因為我們知道前面的物體會擋住後面的物體，因此，通過物體之間的層次感我們就能大概知道物體與我們之間的距離。還有一個就是通過物體之間大小的對比從而大概分析出它們之間的空間關係。這種方式有參考作用，但並不準確，像上面提到的這些錯覺就是其中一個問題。

例如，一個普通的相機拍出的照片就相當於我們一隻眼睛所看見的畫面，這個畫面是一個2維圖像，這種圖像我們只能通過感覺來判斷各種物體的大小以及位置，同樣會產生上面講的這種錯覺，於是我們可以利用這種錯覺拍出下面這種照片，達到以假亂真的現象。

接下來我們再分析兩隻眼睛看物體有何不同

由於我們的兩隻眼睛在空間中存在一定的距離，當我們用兩隻眼睛看同一個點時，空間中任何一點相對於兩隻眼睛的位置都可以用準確的數據來描述。我們可以從下面這張圖進行分析。

空間中的每一個點與我們的兩隻眼睛都會構成一個三角形。我們的兩隻眼睛距離是確定的，空間中的這個點發出的光線分別射入我們的兩隻眼睛，這兩束光線分別會與兩隻眼睛之間的連線產生一個夾角，於是這兩個夾角確定了，因此，這個點與我們的兩隻眼睛便形成了一個確定的三角形結構。通過邊角之間的關係，我們可以得到一個準確的距離L1和L2，那麼這些距離的不同反應的就是空間位置的不同，於是，我們可以通過雙眼看到一個具有立體感物體。

有些人又有疑惑了，認為我既沒學過正弦定理，又不懂得計算，哪裡來得這個過程。實際上這個過程是我們的大腦自動進行的，我們從小到大，接觸的各種事物，就已經在不斷的學習，這是一個潛移默化的過程，以至於讓你並不知情。當然這個計算過程並不是通過上面這個公式來進行準確的計算（這個公式只是為了證明兩隻眼睛可以確定物體位置的可行性），而是通過經驗粗略得到的。這個過程就像開車多年的老司機換擋一樣，是一個順其自然、甚至達到了條件反射的過程，不需要大腦的深入思考，而我們的大腦在計算物體遠近這方面的速度經過「幾十年」的歷練，同樣也達到了無需思考的境界。

另一方面就是我們兩隻眼睛相對於物體的角度是不一樣的，因此，兩隻眼睛所看見的畫面也會有所差別，這兩個不同的圖像會在我們的大腦中進行合併計算，形成一個立體圖像，這種角度引起的視覺差異更同樣增強了物體的立體感。

因此，我們的兩隻眼睛為了讓我們看見出真實的立體空間感，同時做出了上面這兩大貢獻。

這就是物體在人眼中三維成像的原理。

那麼要想讓我們在影院中也達到這樣的效果就需要按照上面的原理進行圖像處理，從而讓我們看到一個具有空間感的物體。

物體在我們兩隻眼睛中所成的像是不同的，因此，為了分別得到我們兩隻眼睛所看見的不同圖像，拍攝時就不能使用普通的攝影機，而需要使用擁有兩個鏡頭的攝影機，兩個鏡頭分別模擬我們的兩隻眼睛，在這兩個角度同時拍攝，得到的兩組不同的影片分別儲存。

在放映的時候，再把兩個動畫同時放映在屏幕之中，於是，放映3D電影的熒幕上就會呈現出下面這種具有重影的畫面。

顯然，兩個影片疊加在一塊，我們每隻眼睛看見的都是兩組畫面，越看越模糊，那就更不用提看出3D效果了。想要看到3D效果，就必須讓我們不同的眼睛看見的熒幕中不同的畫面。那麼接下來的工作就是讓我們的左眼只看見左攝像頭拍攝的畫面，右眼只看見右眼所看見的畫面。於是3D眼鏡開始發揮作用了。

在了解3D眼鏡之前，我們先了解什麼是偏振光。

偏振光

光波是一種電磁波，電磁波屬於橫波，橫波的振動方向與傳播的方向垂直。自然光由於發光體內部電子運動方向是雜亂無章的，因此發射出的電磁波的振動在各個方向上具有均勻性，即一束光包含著各個方向的偏振光。

偏振光有一個特點，就是能夠通過與自己振動方向相同的偏振片，而與之垂直的偏振方向便無法通過。利用這個性質，我們就可以用偏振片來獲取特定方向的光波。偏振片一般是利用聚乙烯醇塑膠膜製成，它具有梳狀長鏈形結構分子，這些分子平行排列在同一方向上，此時聚乙烯醇塑膠膜膠膜只允許垂直於排列方向的光振動通過，因而產生線偏振光。

另一種方式是可以利用一些晶體物質的特殊性質，由於晶體具有各向異性，某些晶體在某個特定的方向上允許一些特定振動方向的偏振光通過，其它偏振方向的光則會發生反射，下圖就是其中一種晶體的光波過濾過程。

了解了什麼是偏振光以及它的性質，那麼對於下面這些過程就更好理解了。

放映的時候，會有兩臺放映機在熒幕上投射出兩個鏡頭拍攝的兩組畫面，並且，這兩臺放映機的鏡頭前會分別塗上不同方向的偏振材料，這些材料可以讓特定方向的偏振光通過，這些偏振光經過反射，會以同樣的振動形式射入我們的眼睛。

3D眼鏡就是兩片偏振片

那麼戴上3D眼鏡之後會發生什麼？我們可以用下面這個具體的過程進行分析。

在左放映機的鏡頭前加入水平方向的偏振片，於是左放映機所投影出的畫面光線振動方向為水平方向，而右放映機所投影出畫面光線振動方向為豎直方向。那麼與之對應，眼鏡的左鏡片對應的是水平方向的偏振片，因此只有水平方向上的偏振光能夠通過，這就相當於一個過濾的作用，於是，我們的左眼只能看見左投影儀投射出的畫面，而右眼只能看見右投影儀投射出的畫面。

通過3D眼鏡分別過濾出了左眼與右眼想要看到的畫面，並且這兩個畫面在我們的大腦中進行組合，於是我們便看見了一個立體的畫面。而電影的圖像是連續變化的，因此我們便看見了動態的3D電影。這就是現在3D電影的製作以及展示原理。

紅藍3D投影

以前的3D電影，由於剛開始發展，技術較差，使用的並不是偏振原理，而是使用紅藍3D電影技術，將攝影的左右兩幅畫面通過紅光以及藍光分別處理，眼鏡也是使用紅藍兩種顏色的鏡片，這樣左眼的鏡片會過濾掉畫面的藍色內容，只看到紅色部分，右眼過濾掉紅色，左右眼看到不同畫面而產生立體感。紅藍電影是通過不同顏色的眼鏡過濾不同的顏色而看到不同的影像。

由於經過這種紅藍處理，會導致畫面存在嚴重的色差，並且透光不足導致光線昏暗，看久了容易導致頭暈眼花，現在這種方式基本已經淘汰。下面就是紅藍3D顯示的某個圖像，畫質相對來說較差，但原理簡單，設備要求低，普通顯示屏就可以展現出效果。

全息投影

全息投影又是一種全新的3D展示方式，這種技術更加複雜，並不需要我們通過輔助工具查看，直接用裸眼就可以看到3D動畫，但由於成本及技術極高，常用於舞臺效果，實際使用的地方並不多。但這是在立體空間中直接呈現立體動畫的，因此效果是最真實、最逼真的。

以上就是關於我們現在在電影院觀看到3D電影的全部過程以及其中的原理，簡要整理一下就是下面4個要點：

1.雙攝像頭拍攝，攝製兩組畫面，模擬人左右兩隻眼睛所看見的畫面並分別存儲。

2.讓左右兩組畫面在投影儀投影過程中通過不同的偏振片，讓兩組畫面擁有不同的偏振光。

3.左右兩組畫面投影在幕布上之後反射，分別通過3D眼鏡左右兩片偏振片，於是左眼只能看到左攝像機拍攝的畫面，右眼只能看見右攝像機拍攝的畫面。

4.人腦會對左右兩隻眼睛看見的不同畫面進行組合，形成立體圖像，於是我們就這樣看見了立體電影。

很多過程在上面的講解中可能看起來很簡單，只是幾句話就概括了，但實際操作的過程卻複雜的多。3D電影成井噴式發展是在2009年《阿凡達》的上映，這部電影充分的利用了計算機以及IMAX放映系統，讓3D電影成為發展的熱潮。從這些原理的背後我們也可以看出，許多為人類提供便利的技術其實是各個領域人員深入研究、努力配合的結果。

以上就是關於3D電影拍攝以及成像的原理。想了解更多的科學技術，歡迎關注