宅在家也能拍出3D大片?一起来看看吧

作者: 邱纪亮

来源: 中科院物理所

发布日期: 2020-03-23 10:30:00

本文介绍了3D电影的历史、原理及如何在家庭环境中使用手机拍摄3D图像和视频的方法。文章详细解释了人眼观察物体的原理,以及如何通过拍摄两张不同视角的照片来模拟人眼观察的立体效果。此外,还讨论了电影院和VR设备中实现3D效果的技术原理。

早在第一次世界大战后(1922年)就已经有3D电影出现。但由于当时的制作水平有限,3D电影的质量都不高。进入21世纪后,科学技术的进步使3D电影技术有了质的飞跃,越来越多制作精良的3D电影抓住观众们的眼球。2009年卡梅隆导演的《阿凡达》上映,成为革命性的历史节点。电影耗时4年半制作,斥资5亿。高端的3D技术和宏大华美的风格给观众带来了视觉上强烈的冲击。3D电影的效果很酷炫,但其实原理很简单。

理解原理后,我们宅在家利用手机一样可以拍摄3D大片。不敢相信?一起来看看吧!人的单个眼睛在观察物体的时候无法直接得到长度信息,只能得到角度信息。同样大小的物体,距离我们越近,占据我们视野中的角度就越大。也就是物体离我们越近,看起来越大。近大远小的效果借助透视原理制作的平面图形也可以达到3D效果,但这和我们在电影院看到的3D效果不同,只要改变观看角度就会漏出破绽。

看上去立体逼真的画,只要经过转动,就“破功”了。我们今天说的是另一种立体图片,它拥有更加真实的3D效果。当我们观察立体的物体时,物体在左眼和右眼同时成像。由于两只眼睛的位置不同,观看的角度,看到的画面是不同的。左右眼看到的不同的像在我们大脑中经过“合成”就成了3D图像。如果能将左右眼像记录下来,让左眼只看左眼像,右眼只看右眼像,就能欺骗大脑,以为看到的是实际物体。

所以3D图像的制作原理很简单,把左眼像和右眼像放在一起就可以了。我们要做的就是左眼只看左眼像,右眼只看右眼像,就能还原3D物体啦(说得简单做起来难)。视线聚焦在屏幕上时左右眼会看着同一个像,所以我们要先“失焦”。这时左右眼各看到两个图案,总共有四个图案(四个虚线球)。控制焦点深度,其中的两个图案会慢慢重叠,这个重叠的图案就是立体像,像的深度就是视线对焦的深度。

这时由于我们的视线焦点不在屏幕上,就是对着屏幕发呆的感觉,所以利用发呆的方法可以比较快地看到。同时,在屏幕上的图像距离越近,立体像就更“浅”,这样深浅的差异就是立体感。现在可以再回头看看,是不是B,C的图案比A,D更“浅”一些呢?观看方法图案更复杂,增加图像重复数量可以达到更好的3D效果,同时微调重复图像的距离,就可以制作出有高度信息的3D图像了,常见的3D图片就是这样的原理。

首先需要设备来采集两张图片,模拟左,右眼看到的图像。用手机在水平距离相隔约6cm的位置分别拍摄两张照片(人眼相距约6cm),将两张照片放在一起,就组成了一组含有立体信息的照片。对着屏幕发呆,将视线聚焦在远处,耐心地来回调节眼睛对焦的位置,就可以看到立体图片啦。感觉有困难或者眩晕的话,将图片缩小或拿到远处观看,会好一些。

如果你有两部手机,也可以将他们固定在相隔6cm左右的位置,同时拍照;为了保证两张图像观感一致,最好两部手机是同样的型号。对,也可以同时拍摄视频,这样甚至可以得到含有3D效果的视频哦,快去尝试把身边的事物和美好的瞬间用3D照片和视频的形式记录下来吧!

电影院和电视机里实现的3D效果的基本原理也都相同,拍摄的时候用两个摄像机错开一定位置同时拍摄,播出时两套视频叠加在一个屏幕上,不过配合设备,利用了偏振光或时分等方法分别将两套视频展示给左眼和右眼实现3D效果,让观感更自然。前一段时间很火的VR设备也是同样的原理:两个不同的画面分别展示给双眼,同时配合设备的陀螺仪采集头部运动的信号,就能实现VR效果。

大部分VR设备为了我们能更轻松地看到立体图,在画面和眼睛之间加了一个凸透镜(不知道凸透镜效果的请自行百度),让我们不必将眼睛对焦到近处,提升了观感。

最后恭喜你,现在有了裸眼看3D图片的技术,你甚至可以尝试用同样的方法裸眼观看VR视频,提供几个GIF图,快试试看吧!

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