深度分析数字3D立体电影技术

马彩玲

【摘 要】随着电影行业的不断发展，数字3D立体电影的应用日益广泛。本文从立体电影的原理出发，在对传统立体电影的应用技术进行了阐述后，着重分析了现今电影行业应用最为广泛的几种数字3D电影应用技术，集中探讨了不同放映技术的工作原理及其优缺点。最后就数字3D技术的发展前景进行了探讨，为数字3D电影的长远发展提供理论支持。

【关键词】数字3D电影；电影技术；分析

随着数字电影行业的稳健发展，数字3D电影的发展也日益成熟，近年来国际上推出的十几部数字3D大片所带来的超高票房也为制片公司继续发展3D数字电影带来了信心。立体电影的发展由来已久，但是传统立体电影技术大都存在着制作复杂、成本高和准确度低等诸多问题。近年来，在数字3D电影良好的经济效益和群众广泛接受度的影响下，越来越多的制片商开始重视和开发数字3D立体电影，为数字3D立体电影技术的发展提供了经济支持和准备。

1.立体电影的原理

在观察物体时，人的左眼和右眼能观察到景物左右两侧的细节并形成视网膜上对应的二维图像，视网膜将二者进行复现以后，就得到一个完整的立体图像[3]。人眼观察物体后由二维图像转变为三维立体图像的过程就是立体电影的模仿过程：在记录下左右眼首先形成的单眼图像并通过放映机同其他放映立体图像的设备将其放映出来后，在大脑的复现下，观众看到的单眼图像就会成为三维图像。

因此，在技术层面上，立体电影就是要实现屏幕左右分别放映图像并对应映入视者眼睛的过程。

2.传统立体电影的放映技术

胶片立体电影的拍摄方法就是将左右影像记录在左右两片胶片上，而放映胶片立体电影遵循的原则则是将立体画面分别放映至屏幕，让观众的左右眼接触到不同影像。近百年来，为了更好的将立体电影呈现在观众面前，人们进行了大量的实验和研究，下面就是两种应用最为广泛的立体电影放映技术。

2.1偏振技术

在放映传统胶片电影时，实现立体电影效果最常用到的就是线偏振眼镜。物理学方面的很多书籍和基础电影技术的介绍里面都有详细介绍过偏振原理，这边就不再一一介绍。但是，使用偏振眼镜也有其局限性，那就是：偏振眼镜的轻微偏转都会对立体画面产生影响。正常情况下，使用偏振眼镜能够使让观众的左右眼分别见到最光亮的左右画面，但是一旦偏振眼镜发生了偏转，其偏转越多，观众左右眼接受到的干扰光线就会越多，立体画面的呈现效果也就越弱，观众出现头晕不适的可能性也随之加强[3]（如图1 所示）。

图1 偏振角度示意图

2.2红蓝（绿）眼镜

红蓝（绿）眼镜，顾名思义就是采用上述三种颜色传递立体图像。在放映立体电影时，左边图像由光谱中偏于红色的部分进行传递，右边图像则由蓝（绿）部分负责传递。在此情况下，银幕上显示出来的就是黑白灰等中性颜色。这种方法具有价格低下、方便易行的特点，但是因为光谱中大部分颜色有所缺失，容易造成观众视觉的不平衡，影响放映效果。

3.数字3D立体电影技术

同传统胶片电影相比，通过使用计算机和数字3D技术以及96帧刷新图像的数字3D电影能够产生更为完美的立体图像。根据影院规模和成本预算的不同，不同电影院可以采用不同的放映技术。

3.1圆偏振技术

同传统偏振技术不同，圆偏振镜片是由线偏振镜和四分之一块波片构成。其中，四分之一块波片是由一种具有各向异性的物质组成，能够将不规律旋转的线偏振片光线转化为旋转有规律可循的圆偏振光线[2]。根据旋转方向，圆偏振光可以分为左旋偏振和右旋偏振两种，同时，因为他们对对方的干扰很小，所以旋转角度基本无法影响镜片的通光、阻光特点，相较于线偏振技术下的立体电影，圆偏振技术下的电影效果也就不言而喻了。

在观看电影时，观众使用的眼镜镜片分别为左、右旋偏振片，左右眼通过镜片反映出来的分别是左旋偏振光带来的左眼画面以及右旋偏振光带来的右旋画面，左右眼画面在大脑的作用下形成三维图像，立体感也就随之产生了。

3.2主动3D技术

在主动3D放映技术中，目前使用最多的是以LCD为基础的光学技术。在此技术下，观众佩戴的是由两个IR（红外信号）进行控制的，使用LCD光学快门来达到与投影机同步目的的眼镜。放映电影时，如果屏幕显示左眼图像，上述眼镜要快速关闭右眼快门，反之也是如此。在这种情况下，为了不让观众察觉到左右眼交替出现图像时的闪动，投影机必须有足够完善的刷新率。

虽然上述技术的3D电影放映技术具有：不需要特殊处理任何左右眼显示的图像、对原有图像持有最高的还原度以及母版3D电影的发行对其不具任何作用的优点，但是，使用该类放映技术的难处在于：

首先，如何保证IR的覆盖范围和“隐形”性。因为红外信号的发射有特定方向，所以需要设计一种排列结构极为特别的二极管并由其借助因为银幕粗糙而形成的漫反射来实现大范围大角度的红外信号覆盖。虽然射频信号没有特定射往某些方向，但是如何设计一款能够延长眼镜所用电池的使用寿命的低功耗射频电路却是极难的。要注意的是，前面提到的二极管最好要使用950nm波段而非850nm波段，因为后者红外光中的红色会影响立体电影的放映效果。

其次，如何延长电池使用寿命，降低功耗。在实际操作中，要降低电路功耗，最有效的方法是在不使用眼镜时关闭除“唤醒电路”以外的其他电路，在使用眼镜时通过“唤醒电路”开启所有电路。

最后，如何实现作为眼镜镜片组成部分的LCD的高开关频率。一般而言，3D电影所用到的LCD电子快门的最高开关频率要到到144Hz，远远高于常规切换频率[1]。而在操作过程中，一般采用的由Pi-cell LCD组成的3D眼镜的切换频率可以超过几千Hz。

3.3使用液晶来开关眼镜的技术

液晶是由规则分子排列构成的处于固体和液体状态之间的化合物。目前最常用到的液晶为向列相液晶，它是一种由细长棒状的分子组成的在电流作用下因为旋转不同而能导致透光度不同的晶体[1]，因此，在接通、断开电源的情况下，液晶能够产生通光、阻光的不同现象。通过运用液晶的这一原理，3D液晶开关眼镜也就诞生了。使用（下转第173页）（上接第143页）3D液晶开关控制的眼镜时，镜片就像两扇可以分开控制的窗户，在放映机交替放映左右画面时就可以按需开闭镜片。在放映左边画面时，左边镜片的通光开启，观众就能清晰看到左边的画面，同时因为右边的阻光功能，观众右眼就看不到任何画面，反之亦然。在观看电影的过程中，左右眼通过快速交替接受画面而产生立体效果。

因为采用液晶技术来控制镜片不需要对投影机及其他设备进行改动，因此很多厂家都大量生产出类似产品。

3.4滤光术

Visible light（可见光）是指人类肉眼可以感觉到的部分光谱。目前为止，暂时未有一个精确衡量可见光谱的范围值，一般来说，正常人能够感知到的波长在400-700纳米的范围内（如图2 所示）。

图2 自然光光谱示意图

放映电影时，放映机的氛灯也有相似光谱。滤光术就是将氛灯镀上多层膜，以期过滤出其光谱中的RGB，其中左R、G、B构成左路光，剩下部分构成右路光。虽然左、右路光的合成色彩都接近于白色，但是因为他们在色谱中占据的区域不同，所以最终会形成互不影响的两束光，左路光放映的是左眼的画面，右路光则放映出右眼画面。除了放映机的氛灯可以采用滤光术过滤光谱外，观众也可以佩戴镀有多层膜的眼镜，同上述原理一样，左边镜片只能允许左路光携带的画面通过，右边镜片则只能允许右路光画面通过，在画面左右交替的情况下，观众的左右眼只能分别看到对应影像，立体图像也就显示出来了。

4.结语

数字3D立体电影技术有着很好的发展前景，《泰坦尼克号》3D版的高票房就证明了将精彩2D影片转换成3D影片的计划是可行的，因为他们既可以满足观众重温经典的要求，又可以为电影院带来更多的经济收入。在数字3D电影技术发展前景良好的情况下，中国电影要与国际接轨，就必须不断更新电影技术，掌握最新最好的技术和设备，为推动我国数字3D电影行业的发展提供动力。 [科]

【参考文献】

[1]高五峰.数字3D立体电影的技术与发展[J].当代电影，2009（12）：13-19.

[2]张雅丽，马士超，张韬.数字3D立体电影技术之深度分析[J].现代电影技术，2010（05）：6-13.

[3]雷富光.数字电影3D 技术浅析[J].现代电影技术，2006（01）：29-32.