立体电影（3D电影）
一、立体显示的原理
    要了解立体电影的原理，首先要了解人眼观察事物的过程。人眼在观察外界物体时，不仅能看到物体的外形，还能够辨认物体的距离、物体之间的前后位置和取向等，这与人眼的三维视觉特性有关。这些立体视觉信息大致可分为单眼信息和双眼信息。他们由许多不同的感知线索组成，其中单眼信息的感知线索就包含有眼球的调节、视网膜上成像的相对大小、透视感、照明状况、单眼运动视差、视野等。在这些线索中，除了眼球的调节是生理活动外，其他线索一般认为是心理感知。心理感知多是通过人的习惯产生的，比如通过物体的近大远小、近明远暗、前后遮挡以及光线阴影等关系来感知立体影像。很多图片和绘画作品就是利用这一特点让观众在平面作品上产生强烈的立体感。
    由于亮眼具有约65mm的瞳距，因而人们用双眼观察物体时，物体在左右两眼视网膜上的成像是略有差异的，即双眼视差，它是立体视觉的重要线索。另外，当物体成像不在左右两眼视网膜的对应点上时，所看到的便是两重像（复像），需要通过眼球的旋转运动（称为辐辏）并经眼外肌的张力调节而使两重像重合（称为融合），这个过程也为立体视觉提供重要信息。一
般来说，人们在观看立体图像时，如果辐辏与调节超出平衡范围，就会引起视觉疲劳。单眼信息有时会出现偏差，而双眼信息的感知是比较真实的。立体电影就是利用人的双眼视差来产生立体感的。
人在观察外界事物时，左右眼各看见三维景物的左侧和右侧的细节，在视网膜上形成有水平视差的两个相似的二维图像，这两个二维像经过复现，就形成了三维立体图像。立体电影就是模拟人眼三维图像的形成过程，先把左右眼的单眼图像分别记录下来，通过放映机和相应的立体放映设备，让观众的左右眼分别看到相应的单眼图像，再经过大脑复现成三维立体图像。在技术上，就是要实现左右双画面放映并分别映入观众的左右眼。
上述原理早在19世纪中期就被人们认识到了，所以在胶片电影发明后不久，有人就在尝试以各种方式和形式拍摄和放映立体电影，早期是利用红蓝（绿）眼镜来看立体电影，后来又发展到用偏振技术放映、观看立体电影。
二、立体电影常用技术
影院放映立体电影时要到达的目的就是要通过各种技术手段，让观众的左右眼接受各自的画
面，在大脑中复现三维影像。所以立体电影所研究的主要技术就是如何将同时放映到银幕上的左右眼两个画面，分别送到观众的左右眼。这就需要用不同的技术手段将画面的光线区分开。
要达到这一目的，可以通过分光法、分法和分时法来实现，这三种方式都是需要佩戴眼镜来观看立体电影。
光分法：光是一种极高频率的电磁波，自然光的光矢量是在任意方向上平均分布的。利用光学介质将任意方向的光矢量按一定的规律分成两部分，分别传递左右眼图像信息的方法，称为光分法。线性偏振眼镜和圆偏振眼镜利用的就是光分法。
分法：可见光是电磁波谱中人眼可以感知的部分，可见光的光谱没有精确的范围；一般人的眼睛可以感知的电磁波的波长大约在400～700纳米之间。利用光学介质把一束光按不同的光谱区分开，分别传递左右眼图像信息的方法，称为分法。以前使用的红蓝（绿）眼镜和现在应用的杜比眼镜利用的就是分法。
分时法：把立体画面的左右眼图像进行快速交替切换，同时观众佩戴的眼镜也进行相应的同
步切换，这种按时间轴交替传递左右眼图像信息的方法，称为分时法。胶片立体电影时期是采用机械方式完成上述功能，而在数字3D电影上，则是应用液晶开关眼镜达到同样的目的。
另外，还有一些方法可以实现空间成像，不用戴眼镜（裸眼）就能看到立体影像。它主要应用在立体显示方面，其效果目前还不能满足电影放映的要求。上述这些方法都利用了广大不同传播特性，传递左右眼图像信号。下面介绍目前3D电影常用的技术：
（1）圆偏振技术：圆偏振技术是在线偏振基础上发展而来。圆偏振镜由一块线偏振镜和一块1/4波片组成。1/4波片是一种各向异性介质做成的，它将经过线偏振的光线转化为圆偏振光。由于圆偏振光的偏振方向是有规律旋转着的，分为左旋偏振光和右旋偏振光，相互间的干扰非常小，因此它的通光特性和阻光特性基本不受旋转角度的影响，这就使在观看效果上比线偏振技术有了质的飞跃。
3d立体电影在看偏振形式的数字3D电影时，观众佩戴的偏振眼镜片一个是左旋偏振片，另一个是右旋偏振片，观众的左右眼分别看到的是左旋偏振光和右旋偏振光带来的不同画面，通过人的视觉系统产生立体感。
（2）滤光技术：滤光技术属于分法的应用，类似红蓝眼镜，但它的技术水平比红蓝眼镜提高很多。新的滤光技术不但提高了光效，更重要的是它可以看到艳丽的彩画面。滤光技术就是利用多层镀膜的滤光方式（即滤光轮）将氙灯光源光谱中的部分RGB滤出，以右RGB构成右路光，滤出另一部分RGB构成左路光。左路、右路光均含有RGB基础，其合成彩也接近白，但由于它们取自谱中不同的区域，也就形成了互不相关的两束光，右路光放映右眼画面，左路光放映左眼画面。与滤光轮原理类似，观众佩戴的眼镜也是多层镀膜镜，它的滤光特性与滤光轮的滤光特性相吻合，也就是说右眼镜片只能透过右路光带来的画面，而阻挡左路光画面，反之亦然。这就保证了观众的左右眼分别看到各自的影像，从而形成立体感。
（3）液晶开关眼镜技术：液晶开关眼镜技术采用的是分时法观看立体影像。液晶是一种介于固体和液体之间、具有规则性分子排列的有机化合物，一般最常用的液晶为向列相液晶，分子形状为细长棒形，在不同电流电场作用下，液晶分子会做规则旋转90°排列，产生透光度的差别，所以外电源接通与断开的情况下，就会产生阻光和通光现象。把液晶的这一特性应用在3D眼镜上，就可以制造出液晶开关眼镜。液晶开关眼镜的镜片好像是分别控制开光的两扇小窗户。在同一台放映机上交替播放左右眼画面时，通过液晶眼镜的同步开闭功能，这
样在放映左画面时，左眼镜片打开通光，右眼镜片关闭，观众左眼看到左画面，右眼什么都看不到。同样，在放右画面时，右眼能看到右画面，左眼看不到画面，这样让左右眼以较快的速度分别看到左右各自的画面，从而产生立体效果。
由于此项技术不需要对放映设备进行过多改动，所以目前国际、国内都有厂家生产类似技术的3D产品，将它应用在各类立体影像的再现上。
三、眼镜方式与其它方式
眼镜方式立体显示最大优点是画面大且便于多数人观看。它常常出现在电影和博览会上，给人们带来欢乐。偏振光眼镜方式是现在的大画面立体显示的主流方式，其完善程度在逐年提高。多功能演播室中，三维终端操作系统软件“terminator2:3D”巧妙的把大画面立体图像、实物与人结合起来，通过驱动椅子振动和浪花飞溅等立体感装置，甚至使人忘记自己还戴着眼镜而沉浸在极强的现场感中。俗称红蓝方式的立体照片方式也还会继续存在，这是因为尽管它还有不能显示彩的缺点，但眼镜制作特别简单，只要有彩滤光片就行。快门眼镜方式已经成为CRT显示器立体化的主要手段，与偏振光眼镜方式相比，它多用于小型立体显示器场合。
随着液晶显示技术的发展，其性能在不断提高，民用品的商业化也在进行。普尔弗里奇方式是用普通二维图像获得立体观看效果的方式，虽然图像有限制，但没有其他方式那样必须使用专门图像的必要，从这点上讲，它是一种趣味性很强的手法。下面对几种主要方式加以介绍。
1、偏振光眼镜方式（空间切割方式）
当光照射到偏振光滤光片上时，只有特定极化方向的偏振光可以通过。将这种滤光片按照偏振光极化方向互相垂直的原则安装到左右眼镜框上，就构成了偏振光眼镜。例如，首先设左眼滤光片为水平极化方向，右眼滤光片为垂直极化方向。然后用两台显示器分别显示左右眼图像，如果两台显示器所发出的光分别为水平和垂直极化的偏振光，则左右眼就只能看到不同显示器上的图像。最常用的系统是图所示的由两台液晶投影仪所构成的方式。因屏幕上左右图像重叠，所以不戴眼镜时所看到的图像是重像。由于液晶显示器本来就是由偏振光操作来显示图像，所以对其进行放大和投影仪所投射出的光也是偏振光。因此，如果把这两台投影仪投射出来的光预设为正交偏振光，则左右眼就能看到不同投影仪的图像。另外，两台显示器的图像在光学上应该相互重合，在这点上，投影仪上合适的，它能把两个图像按重合要
求显示到同一屏幕上。至于偏振光，除了水平极化和垂直极化的偏振光外，还可以使用互为正交的斜极化偏振光和互为反相旋转的圆极化偏振光。
2、快门眼镜方式
空间分割方式的做法是左右眼两种图像同时显示而用光学方法加以分离。与此相反，时间分割方式是两种图像按时间交替显示和分离。快门眼镜方式是人们最熟悉的时间切割方式，眼镜框上安装一种特殊的快门。这种快门的构造原理如图所示，是通过液晶的作用来实现开关状态。入射偏振板和出射偏振板的极化方向相互正交，当未加电压时，穿过入射偏振板的光因为受到液晶作用而发生90°的极化方向旋转，从而能穿过出射偏振板，这就是透过状态。
当加上电压时，液晶分子对偏振光的极化作用消失，光就被出射偏振板挡住了，这就是遮光状态。
将这种快门安装在眼镜上，并使左右快门能独立控制。如图所示为左眼快门开、右眼快门关的状态，这一瞬间画面上也正在显示左眼图像。然后是下一个瞬间，图像切换为右眼图像，同时快门的开关状态反相。切换频率一般可以设定为普通电视场频的两倍（如120Hz），这样对于单眼来说，场频仍然是60Hz，不会出现闪烁效果。另一方面，由红外线装置把正在显示的图像是左眼图像还是右眼图像的信息传递给快门，使快门与图像准确联动，从而使观看者看到立体图像。
3、裸眼式3D技术
所谓裸眼3D，就是不需要借助眼镜等辅助设备便能直接观看到立体画面。也就是说，不通过任何工具，裸眼3D技术就能让人的左右眼从屏幕上看到两幅具有视差的和有所区别的画面，并同时将它们反射到大脑，产生立体感的物象。
从技术上来看，裸眼式3D技术最大的优势便是摆脱了眼睛的束缚，但是分辨率、可视角度和可视距离等方面还存在很多不足。不过，裸眼3D显示技术的缺点也非常明显。人们在观看屏幕时，必须位于一定的范围内才能观察到立体画面，若距离屏幕位置太远或观察角度太大时，3D效果并不明显。若离屏幕距离太近还会有明显的头晕现象，因此该技术暂时还不适合在小尺寸显示器上使用。此外，这种技术在显示效果方面相对较差，这里就不作介绍。
4、3D电视显示技术
目前用于电视广播的3D技术主要有戴眼镜和不戴眼镜两类。前者又分两种：一种是左视和右视的两幅图像同时覆盖；另一种是交替显现。总之，还是以戴眼镜方式居多。

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