3D立體顯示技術(shù)發(fā)展史

早在五千多年前的古埃及，人們就已經(jīng)有了對三維成像技術(shù)的追求。當(dāng)時對人物形象的畫法造型，大部分都把臉表達(dá)成側(cè)面的姿態(tài)，而眼睛和軀體的位置都是正面的，整個人物從頭到腳有兩次90°的轉(zhuǎn)向。真人或站或坐都無法保持這種姿勢，但這種奇特的造型卻可使人物具有立體感和厚重感。

到了15世紀(jì)初的歐洲的文藝復(fù)興時期，意大利建筑師Bruneselleschi 對“繪畫透視” 進(jìn)行了首次論證。達(dá)芬奇(Leonardo da Vinci)也曾在他的著作Trattato della Pittura中引用了透視框的概念作為他研究遠(yuǎn)景透視的依據(jù)。如附圖所示，藝術(shù)家需要將一張畫紙夾在玻璃板上，再通過一個目鏡觀察畫紙上場景的投影畫面，然后在畫紙上描繪下場景的輪廓，就可以得到一幅具有真實(shí)透視的草圖(具體操作是否如此未作考證)。另外，達(dá)芬奇還創(chuàng)造了一套名為空氣透視的理論，描述的是由于空氣薄霧對視覺的影響，使得場景的色彩逐漸消失在遠(yuǎn)景之中。作為素描和油畫這些平面(2D)畫布中唯一能表現(xiàn)立體感效應(yīng)的手法,透視畫法就這樣一直延續(xù)下來了。

繪畫透視和雕塑藝術(shù)研究和實(shí)踐就表明：只有給兩只眼睛分別提供相對獨(dú)立的圖像，在恢復(fù)了雙眼視差的情況下，才可能獲得真實(shí)的立體視覺。早期出現(xiàn)的雙眼立體視覺技術(shù)采用的是通過有色眼鏡和立體鏡觀察立體圖像的方法。

在16世紀(jì)，人們就已經(jīng)開始用不同的顏色為左右眼繪制有一定規(guī)律差異的圖像，然后通過濾光鏡觀察來產(chǎn)生立體視覺。17世紀(jì)末18世紀(jì)初出現(xiàn)的“立體鏡”，為每只眼睛提供獨(dú)立的視覺通道，立體視覺感非常強(qiáng)烈，這種“立體鏡”至今仍然是觀察立體圖像的有效手段。19世紀(jì)有科學(xué)家曾嘗試構(gòu)造一種不借助輔助裝置就能觀察到立體畫面的方法，但以失敗告終。

直到1838年英國科學(xué)家查爾斯?惠斯通Sir Charles Wheatstone(1802-1875)發(fā)表了雙目并用視覺(binocularVision)理論的演講?；菟雇òl(fā)明了一種名為反光式立體鏡(Reflecting Mirror Stereoscope)的裝置，用來觀看他的3D立體畫(這個裝置原件如今保存在科學(xué)博物館)。但是在這之后又過了整整十二年，才由英國科學(xué)家蘇格蘭人大衛(wèi)?布魯斯特Sir DAVID Brewster(1781-1868)發(fā)明了第一臺可用于攝影領(lǐng)域的立體觀片裝置，名為透鏡式立體鏡(Lenticular Stereoscope)(亦有說法是他發(fā)明了第一臺具有實(shí)用意義的立體相機(jī))。1851年在水晶宮(the Crystal Palace)舉辦的博覽會上，布魯斯特將他的一臺立體鏡(亦說立體相機(jī))贈送給了維多利亞女王(Queen Victoria)。

19世紀(jì)末，電影發(fā)明后，科學(xué)家嘗試用電影來表現(xiàn)運(yùn)動的立體視覺圖像。首先采用兩部攝影機(jī)模擬人類雙眼進(jìn)行拍攝，然后將制好的影片用放映機(jī)通過偏光濾光鏡投射到電影熒幕上，觀眾通過配戴偏振光眼鏡觀察運(yùn)動的立體圖像。這種立體電影技術(shù)一直沿用至今。與此同時，也誕生了立體眼鏡。

立體眼鏡起源于1953年5月24日立體電影首次出現(xiàn)，為了把觀眾從電視奪回來，好萊塢推出了一種新玩藝兒--立體電影。戴著特殊眼鏡的觀眾像在觀看《布瓦那魔鬼》及《蠟屋》這類驚險片那樣，發(fā)現(xiàn)自己躲在逃跑的火車及魔鬼的后面。從而為我們帶入了立體電影的時代。

20世紀(jì)初電視技術(shù)出現(xiàn)后，人們就開始著手研制立體電視，傳統(tǒng)的用于觀察靜止圖像或電影圖像的立體顯示方法幾乎全部被應(yīng)用到立體電視技術(shù)中。 在早期黑白電視時代，比較成功的立體電視是由兩部電視攝像機(jī)拍攝影像并用兩個獨(dú)立的視頻信道傳輸?shù)絻刹侩娨暀C(jī)，每部電視機(jī)的屏幕上安置一塊偏光板，然后用偏光眼鏡去觀察，這樣的立體電視系統(tǒng)可以獲得較好的立體圖像。這種雙信道偏光分像立體電視技術(shù)至今仍然是公認(rèn)的一種質(zhì)量較好的立體電視系統(tǒng)。

2004

20世紀(jì)50年代，彩色電視技術(shù)發(fā)展到接近實(shí)用的階段，“互補(bǔ)色立體分像電視技術(shù)”開始應(yīng)用于立體電視。基本方法是用兩部鏡頭前端加裝濾光鏡的攝像機(jī)去拍攝同一場景圖像，在彩色電視機(jī)的屏幕上觀眾看到的是兩副不同顏色的圖像相互疊加在一起，當(dāng)觀眾通過相應(yīng)的濾光鏡觀察時就可以看到立體電視圖像。這種立體電視成像技術(shù)兼容性好，在立體電視技術(shù)領(lǐng)域曾經(jīng)風(fēng)靡一時。但存在的問題也十分明顯：由于通過濾光鏡去觀察電視圖像，彩色信息損失極大;另一個問題是彩色電視機(jī)本身的“串色”現(xiàn)象引起干擾;同時由于左、右眼的入射光譜不一致，易引起視覺疲勞。

2010

20世紀(jì)70年代末由于陶瓷光開關(guān)新材料的出現(xiàn)，人們可以制成光開關(guān)眼鏡，此時就出現(xiàn)了時分式的立體電視技術(shù)。時分式的立體電視技術(shù)采用彩色電視信號的奇場和偶場進(jìn)行立體電視信號的編碼。80年代初，東芝公司研制出時分式立體電視投影機(jī)，戴偏光鏡觀看。1985年，松下公司首推時分式液晶眼鏡立體電視樣機(jī)獲得成功。現(xiàn)在，具有雙屏顯示器的頭盔觀看設(shè)備有很理想的立體觀看效果。在國內(nèi)，清華大學(xué)已研制出高透光率的新型液晶光閥眼鏡，并于2001年研制成功時分式液晶眼鏡立體電視機(jī)。

1970

目前，時分式的立體電視技術(shù)相對成熟，具有明顯的優(yōu)點(diǎn)：能提供逼真的彩色立體圖像;當(dāng)電視場頻較高時，圖像穩(wěn)定無閃爍;同目前的彩色電視系統(tǒng)、計算機(jī)顯示器相兼容;能順利地向數(shù)字電視系統(tǒng)過渡。

1922

2000年國內(nèi)出現(xiàn)了第一個實(shí)時立體顯示系統(tǒng)。用一張普通的VCD碟片播放出重影畫面，戴上無線紅外眼鏡觀看，即可獲得具有強(qiáng)烈立體感的畫面。這種立體顯示系統(tǒng)能夠?qū)崟r將現(xiàn)有信號源的二維圖像在顯示器上轉(zhuǎn)換成三維圖像。但是從技術(shù)上講，這種立體影像效果還停留在利用光學(xué)或信號處理的辦法進(jìn)行畫面轉(zhuǎn)換的層面上。