裸眼3D视频广告显示系统影像设计研究

刘顺利

（天津体育学院运动与文化艺术学院，天津 301901）

当前，人们越来越注重视觉感官的享受，对数字影像的显示方面有了更高的需求，在追求“更真实地还原所见世界”的道路上从未止步。与此同时，人们对真实显示效果孜孜不倦的追求推动了显示技术的不断更新。与以往观看立体影像时需要观众佩戴特殊眼镜等助视设备的情况不同，裸眼3D（Naked-eye Three-dimensional）显示技术使观众无需佩戴眼镜，就能观看到真实的立体影像。目前国内裸眼3D显示系统首先在广告传媒领域得到应用，并且作为一种新型信息载体在地铁、机场、商场等公共场所开始使用。（图1）

一、裸眼3D广告展示系统的设计要求

为满足当今人们对“更真实地还原所见世界”的视觉期待，在观看视频时将真实的视觉体验融入其中，为视频广告的展示创设了新颖的传播环境，激发了观众观看广告的兴趣。因此，在裸眼3D视频广告的设计制作中，须将视频的视觉深度感体验融入其中。具体来看，本文将裸眼3D广告展示系统的总体设计要求归纳分为六个方面，分别是：清晰表达产品的细节、视频画面具有空间深度感、主体形象能够“跑”出屏幕、可视角度最大化、优化视频画面的清晰度以及技术和艺术结合等。

（一）清晰表达产品的细节

视频广告需要清晰表达产品的细节。优秀的视频广告作为对产品的一种间接展示方式，有可能在短时间内让企业收益得到提升，耳濡目染地使用户接受其品牌信息。无论是何种广告类型与广告表达方式，只要内容和实际产品保持一致，消费者就会愿意接受；内容失实的广告会让消费者对该品牌或产品失望。要想让视频广告内容和实际产品保持一致，最好的选择就是广告中能清晰表达产品的细节，这是因为细节代表了品质与信赖。随着显示技术的发展，这一使命则落在了裸眼3D显示技术上。目前，除实物展示形式外，裸眼3D视频展示是对产品进行真实性“描述”的最佳方案之一，令观者有身临其境的真实感。

（二）视频画面具有空间深度感

裸眼3D视频广告应满足人们对空间深度的心理暗示。裸眼3D展示视频是一种能获得具有空间感和深度感的逼真立体形象的显示系统，对一些复杂且不便进行实物展示的产品，可通过裸眼3D视频形式对产品进行形象而生动的深度感展示。立体视觉可以让人们感受到空间深度，从而更好的认识世界。而双眼视差则是产生空间感知的生理基础。在经过长时间经验累积之后，人们即便在观看一幅二维图像时，也能够获得空间深度的心理暗示；又或者，若只睁开一只眼睛，也能感受到物体之间的远近关系和层次感。这种深度暗示是依靠纵深方向的距离、前后关系反映在人眼视网膜上而产生的一种心理暗示，是人们通过在日常生活中长时间的经验积累而成的。

心理深度暗示原理常被用于将二维图像合成为模拟三维图像。由于人的这种视觉经验和视觉记忆，构成了人眼的心理三维视觉。例如将一幅平面彩色立体图片呈现在观者眼前，观者就可以依据图像内容推断画面中的物体、人物之间的距离关系和层次关系，而这种推断准确率非常高。由此可见，平面图像中虽然没有真正的深度立体信息，但是却具有心理深度暗示信息，如聚散、透视、阴影、遮挡、相对高度、相对大小等。心理深度暗示信息是人类对世界长期观察形成的一种立体视觉记忆和立体视觉经验。凭借这种视觉经验，人眼能够从二维图像中准确提取心理暗示信息，获得心理上的立体视觉。基于人眼的这种特性，可以将现有二维图像中的深度信息进行人为提取，结合左视图合成出右视图，再根据左右视图形成的视差，通过3D显示设备便可获取具有3D效果的图像。

图1 裸眼3D在广告传媒领域的应用

图2 由多个视差图像序列合成的裸眼3D视频广告

（三）主体形象能够“跑”出屏幕

主体形象能够“跑”出屏幕——这应该是我们对裸眼3D视频的最直接印象，同时“跑”出屏幕也是3D显示技术被称为“影像领域彩色代替黑白后又一次质的飞跃”的重要理由。与常规的二维视频展示相比，裸眼3D视频广告中的产品形象既可以凸出于画面之外，也可以深藏于画面之中，色彩艳丽、层次分明、活灵活现、栩栩如生，因此具有较强的视觉冲击力，令人印象深刻。这种“身临其境”的“跑”出的视觉效果固然很刺激，有时甚至可以用“震撼”来形容，然而我们要控制形象“跑”出的次数，这是因为次数过多的话会引起观者的不适应感。另外，我们还应控制“跑出”屏幕的物体其所占整个屏幕的像素面积，一般情况，这个比值控制在20%以内，大面积的“跑”出效果反而不会增强视频画面的立体感和空间感。

（四）可视角度最大化

多视点立体片源配合立体显示设备首先在广告传媒领域得到应用，已成为广告传媒行业强有力的展示利器。然而，其可视角度一直受显示设备的限制，例如夏普的裸眼3D屏基于视差屏障显示技术。视差屏障技术又称狭缝光栅技术，是在平板显示屏前面加了“栅栏”。夏普这款裸眼3D屏的劣势在于观者只有正对屏幕时才能观看到影像的3D效果，头部偏左或偏右移动一下就看不到立体效果了，即可视角度不够大。而日本电报电话公司的手机公司（NTT DoCoMo）采用柱透镜技术，其裸眼3D屏采用了8个柱状透镜，提供30度的可视角度。也就是说，观者的眼睛只要离开30度的观看范围，其屏幕中影像的3D效果就不会受到影响。

当今最新的裸眼3D视频广告设计制作及展示中，利用柱透镜光栅裸眼3D显示技术，力争最大程度优化显示设备的技术参数，其3D效果的可视角度可达70度，而只要在120度范围内，都可以看到清晰的平面影像。

（五）优化视频画面的清晰度

与可视角度一样，裸眼3D视频画面的清晰度同样受到限制，除了受分辨率的影响，清晰度还与屏幕的亮度相关联。当今，主流的裸眼3D视频广告的展示媒介选择了柱透镜光栅显示器，柱透镜光栅又称柱面光栅或柱镜光栅，由一系列完全相同的柱透镜平行排列组合而成。

柱透镜与像素列成一定的角度，而不是平行的，这样能使每一组子像素重复投射视区，而不是只投射一组视差图像。该显示方式中光线基本上没有损失，因为柱透镜光栅由透明材质制作而成，不会阻碍光线的通过，因此可以实现高亮度显示。但由于柱状透镜的透射使像素点被伸拉的原因，屏幕的分辨率及画面精度会受到影响（目前柱状透镜的制造工艺难以达到液晶显示器的分辨率）。

（六）技术和艺术相结合

裸眼3D视频的出现是影像领域的一项技术与艺术的双重革命。裸眼3D产品是高新技术与艺术的结合体，具有较强的技术和艺术深度，它不仅仅是一个商品的概念，其本身也是具有较好收藏和实用价值的艺术品。3D显示产品集科技、艺术和传媒特性于一体，宣传速度快、传播范围广，并以新、特、奇的展示手段和强烈地视觉冲击力吸引着人们。除了在广告传媒行业大显身手，裸眼3D技术还逐渐拓展到家用电视、数码电器、展览展示、形象宣传、奢侈品销售、科研教学、建筑设计等领域。今后，裸眼3D技术将广泛应用于生活各领域中。

二、裸眼3D影像的显示原理与获取途径

使人眼看到具有立体感和空间深度的逼真三维影像，进而更加真实地还原所见世界，这是裸眼3D技术的不断追求。这种不用佩戴任何助视设备的立体影像效果更容易让观看者留下深刻的印象，从而达到广告投放的预期效果，为厂商和广告商们带来可观的经济利益。3D片源的设计开发环节是裸眼三维显示系统中不可忽视的关键环节，直接决定了最终的三维显示效果与人眼的视觉感受。

（一）多视点裸眼3D视差影像

为了扩大观看时立体视角范围并实现多用户同时观看，多视点裸眼视频技术允许多个观众在跨度很大的视角范围内同时看到清晰的立体影像，使观者获得身临其境的真实感。人在观看一个物体时，两眼是从不同角度看这个物体的，在左眼和右眼视网膜上分别感受着不完全相同的刺激，形成双眼视觉上的差异，即双目视差。双目视差是人眼获取立体物像的生理基础。设想一个物体放在我们眼前，分别闭上左眼与闭上右眼看这个物体，发现物体位置是有些不一样的，而这种不一样的地方就是我们所说的视差。视差图像的获取过程就是为了增大可视区域。为了达到这个目的，后期合成中通常将多个视差图按一定的排列方式同时显示于平板显示器上。双目视差体现在视差图像中，因而如何获取这种视差图像在实现3D显示过程中显得尤为重要。

（二）视差影像的获取途径

视差图像的获取方式主要有两种：一种是由真实或虚拟的立体相机拍摄获取，另一种是通过二维转换成三维而获取。前者，立体相机拍摄是用N个规格相同的相机同步拍摄同一场景，从而得到多幅视差图像。这里的立体相机不一定只是真实相机，也可以是由计算机3D软件如Autodesk 3Ds Max、Maya等建模后再添加若干个虚拟摄像机。而后面一种获取方式是将二维转换成三维，即将高清晰度二维视频节目通过2D转3D处理、绘制及后期制作后所形成多视点视频，这种视差图像在3D显示器上播放也会有很强的纵深立体感。

三、利用虚拟立体相机获取多视点裸眼3D视差影像

在前面提到的获取视差图像的两种途径中，由真实或虚拟的立体相机采集获取视差图像是一种较佳途径。其中，利用若干个真实摄像机进行的多视点采集就是从各个角度完成对同一目标的采集，成本较高；而在商业广告展示片源的三维场景制作中，虚拟立体相机的架设过程因其成本相对低廉，技术实现难度合理。对于后者，在应用过程中因其完美的可控性以及精确的摄像机位置，技术相对成熟，因此具有很好的开发前景。

（一）结合立体摄像机插件创作视差影像

在三维制作软件中，采用虚拟的立体相机进行三维场景的拍摄，可获得通过多个虚拟摄像机获取多个视点的视差影像。通过后期编辑，人类大脑会将多个影像合为一个画面，从而增大可视区域，创造一种身临其境的真实感。常见的三维软件在立体摄像机方面有着很多不足之处，要么其自带的摄像机数量不够多，要么因版本的原因而不具有立体摄像机功能。因此，使用三维制作软件并结合第三方立体摄像机插件进行创作，是目前裸眼3D片源中多视点视差影像获取的主要途径，例如结合3Ds Max、Maya及其配套的第三方插件综合创作。目前，作为3Ds Max、Maya的第三方立体摄像机插件，SY3D to Max和Sanyang 3D Camera for Maya的主要作用是将制作完成的三维场景源文件进行多视点渲染，其渲染的图像序列其清晰度及色彩较佳，从而能很好地为合成优秀的裸眼3D片源作技术保障。第三方立体摄像机插件支持与多个3D显示终端连接，并且能够实现交互式三维实时预览。最后通过After Effects等后期合成软件将多个视差图像序列按一定的排列方式进行总体合成并输出立体视频文件（图2）。总体来说，这种获得视差影像的方式采用的原理就是将存储物体的三维模型在计算机渲染的时候多增加几个视点信息，而这些视点信息的获取是通过多个立体摄像机的创建而实现的。

（二）立体摄像机插件开发

由前面得知，利用三维设计软件结合第三方立体摄像机插件进行视差图像序列的获取过程其主要任务是生成新的立体摄像机。如果可开发自己专属的立体摄像机插件，除了可以生成新摄像机外，还可以将已有的普通摄像机变为立体摄像机并继承动画与历史节点等属性，如此可达到加强裸眼3D视频立体效果的目的。例如，通过Mel语言开发的插件相对于第三方插件来说，可扩展、可定制是其最大的亮点。

之所以利用Mel语言进行基于Maya软件的立体摄像机插件开发，原因之一是由于很多公司使用的Maya软件为7.0或更低版本，该版本并没有立体摄像机功能，只能用插件做立体渲染。而Maya2009版本以后的摄像机才出现立体功能，但其自带的摄像机只有3个，加之此时的软件框架已经改变，已有的插件无法兼容Maya2009，因此只能继续用Maya7.0版本做立体渲染。加之现有第三方立体摄像机插件其功能不能随意扩展，因此，进行基于Maya软件的立体摄像机插件开发很有必要，尤其是开发带有9个或更多立体摄像机的Maya插件更是行业所需。Maya2009版本以后自带的立体摄相机需实时观看立体效果，而自己开发的的插件其立体摄像机的优点是既使不需要实时观看，也可以保证影像的立体效果。

结语

裸眼3D在数字展示领域中的应用前景较为广阔，如数字展馆、网上世博、北京08数字博物馆、伦敦奥运会等，都将裸眼三维显示技术融入数字展示中，凸显数字艺术的趣味和魅力。上海国际科学与艺术展的裸眼3D《清明上河图》及上海自然博物馆的裸眼3D非洲大草原更是将裸眼3D这一神奇的数字艺术形式推向了一个新高度。在裸眼3D视频广告展示系统中，影像设计是裸眼三维显示系统中不可忽视的关键环节，直接决定了最终的三维显示效果。目前裸眼三维显示系统中还存在着一些问题，如分辨率即是一个瓶颈，观看角度不能达到平面图像的观看角度，容易引起疲劳等。总之，裸眼三维显示领域是一项较新的高科技项目，具有庞大的市场潜力，无论在国内还是国外都将是一项新型热门的领域。■