2010有望成3D元年 主流3D技术大解析

阿凡达引爆3D热潮

　　3D的过去

　　3D投影已经以各种不同的形式存在了很长一段时间了。第一种主流3D电影出现在上世纪50年代。那时的人们相信3D就是电影的未来。诸如《非洲历险记》（1952），《黑暗中的人》（1953），《蜡像馆》（1953），以及《宇宙访客》（1953）一类的电影，以这种新技术让观众们激动不已。虽然来势汹汹，然而3D却没能站稳脚跟。少数的3D影院因为昂贵而复杂的放映设备而苦苦挣扎了一段时间。很小的错误就能让双投影系统失去同步从而破坏3D效果。观众对黯淡的图像质量和不甚理想的观看条件感到不满。3D电影于是蛰伏了许多年。

　　3D在上世纪80年代有过一次短暂的复辟。这一次，技术有了一些进步——电影院能够用单独一台而不是两台投影机显示3D。这极大程度地减少了同步错误出现的几率，虽然放映师为了修复胶片而进行的一次不正确的粘合仍然会让电影失去同步。这个时期还出现了IMAX 3D。有那么几年，3D享有了一次健康的复苏，而人们又一次确信3D影院是正确的方向。然而随着《大白鲨3D》（1983），《黑色星期五3）》（1982），以及《鬼屋3D》（1983）这些节目面市，观众们很快就对这些花招感到厌倦了，对3D的狂热也逐渐消退。

　　而今，随着《极地特快》，《鬼妈妈Coraline》，《怪物大战外星人》，当然还有《阿凡达》这些电影的发行，3D再一次复出。这一次，有几个关键的区别，预示着3D可能会再也不会离开舞台了。随着数字影院的出现，同步和时序问题完全被消除。电影放映设备的成本和复杂程度的下降，使得3D系统可以被安装在更多的影院中。而电影摄制者们也正在学习怎样使用3D。早期3D电影的那种投机取巧的效果已经被抛弃，他们现在偏爱对深度感的更让人投入、更具有整体性的应用。

　　可能最重要的是，如今将3D体验带进家庭要容易得多了。凭借主动式LCD快门眼镜，一台兼容显示设备，以及一台足够强大的电脑，我们已经来到了新的时代：电影和视频游戏能够以接近商业影院体验的高质量3D效果进行观看。蓝光播放机即将能够以3D的形式将全1080p电影呈现给能够显示3D的电视机和投影机。

　　3D已经有很长的历史并且也曾经消沉过，因此，类似于“3D这一次不会退出历史舞台”之类的结论，在不加考虑的情况下不能轻易做出。然而，随着最近的影院和家庭3D投影的技术进步，这一次的把握比之前任何时候都大。

　　3D是什么东西？

　　简而言之，3D技术使用两个互相重叠的图像来增加观看者的深度感。一幅图像作用于右眼，另一幅图像作用于左眼。节目以一种专门的摄像机拍摄，这种摄像机有左右分开的两个镜头，很像你的眼镜看到两幅具有些许区别的图像的那种方式。这就产生了深度感，使得图像仿佛由屏幕表面向后方延伸，有时又仿佛从屏幕往观众方向伸出来。

　　有几种互相竞争的3D技术的具体实现形式，但它们都是为了达到同样的目标：为两只眼睛显示不同的图像。不同的技术通过使用不同类型的眼镜，有选择性地将画面的不同部分显示给你的左眼和右眼，达到这个相同的目的。这些方法之间的区别在于这两幅图像的产生方式以及眼镜用于区分这两幅图像的方法。

常见的3D技术

　　立体照片方式

　　“立体照片”是个颇具想象力的词汇，过去常被用来形容大多数实用3D投影的基本形式。左眼和右眼的图像被叠加（通常被记录在同一张胶片上），而色彩的差异被用来区分两者。观看者戴上一副有色眼镜（传统上是红色和蓝绿色），使得眼睛能够区别被叠加的两幅图像。最终结果是深度感。立体照片方式主要被用于电影的家庭版本的发布——即使电影在电影院中并未使用立体照片方式——因为这种方式便宜而容易使用。直到现在，如果你看到一张DVD或者蓝光碟标记为“3D“，它仍然是使用了立体照片方式。

　　立体照片3D的优势

　　容易获得。立体照片方式被用于现今的3D DVD和蓝光碟片是因为它不需要特殊的设备。你不需要一台“3D-ready”投影机或者电视机。它能够在你现有的电视机或者投影机上工作，不论电视机或者投影机是基于何种显示技术，其帧速率、宽高比、分辨率是多少，统统不用管。如果你能够观看电影，你就能以立体照片的方式观看3D电影。

　　廉价。立体照片方式的3D DVD和蓝光碟片，成本不会比对应的2D版本加上4副便宜的纸板框架眼镜更贵。鉴于对消费者来说没有用于3D眼镜、视频显示设备或者DVD播放机的额外的花费，它是目前市面上最便宜的3D系统。

　　被动技术。我们马上会更深入地谈论这个问题，而立体照片3D正是使用了被动式的眼镜。被动式眼镜没有电路或者电子元件，这使得它们廉价、易于使用并且重量很轻。对于小朋友或者大量的观众来说非常理想，因为眼睛的损坏或者“顺手牵羊”不会导致经济上的重大损失。

　　立体照片3D的劣势

　　色彩。立体照片3D的最大问题，以及人们对3D的总体的负面印象的一个原因，在于差劲的色彩。当一个镜片给所有的东西染上红色，而另一个镜片给所有的东西染上蓝绿色时，色彩看上去会有些不正常。最近，后期处理已经能够调整色彩使其看上去更为自然，但所有的东西仍然有一种发光的感觉，色彩也没有正常的2D那样扎实可靠。

　　亮度损失。滤波器的定义就是除去多余的或者不符合需要的东西。一个立体照片3D系统之所以能够工作，是因为仅仅让特定波长的光线到达观看者的双眼，所有其它波长的光线都是不符合需要的。因此，通过立体照片3D眼镜所看到的图像相比其2D版本要昏暗得多。

　　串线。部分由于眼镜的设计，部分由于色彩过滤的使用，立体照片3D相比其它类型的技术更倾向于出现“串线”。串线发生在一只眼睛看到了用于另一只眼镜的图像的一部分。这种情况在出现时候会让人分心并且非常明显，它会破坏观看者对电影情节的投入。

　　眼睛疲劳。相比其它技术，立体照片3D还倾向于导致更多的眼睛疲劳。一部分原因是使用红色和蓝绿色的滤镜会改变进入眼睛的光线的波长。便宜的眼镜没有纠正这一点的能力。因此，一只眼睛的焦距和另一只的焦距不一致，从而能让眼睛的对焦困难。再加上已经让眼睛很费力的3D视频的作用，立体照片3D能够给一些人带来眼睛疲劳——包括头痛的症状。

　　偏振光方式

　　光线偏振系统被用于商业影院和其它高端应用。这些方式提供了商业影院中的高品质3D体验，而数字投影机的流行使得3D效果更上一层楼。在一个偏振光系统中，来自一台或者多台投影的光线通过一个偏振滤波器，使得所有的光波在同一方向上振荡。观众佩戴的眼镜上的特殊滤镜，仅允许属于某只眼镜的光线通过。如果你曾经见过百叶窗，你就已经明白了这个概念——从某个角度你能够清楚地看出窗外，而从其它角度你的视线会被遮掩。为两只眼睛使用不同的偏振方向，使得两幅分离的图像可以被投射，一幅图像用于一只眼睛，从而产生深度感。

　　目前在商用3D投影领域存在着两种不同的基于偏振光的系统。一个版本使用了两台投影机，每台机器拥有自己的偏振滤波器，分别投射左眼和右眼图像。该系统用于IMAX 3D播放。另外一种系统，被称为RealD，使用一台投影机和一个快速切换的单个偏振器来完成同样的事情。该系统在左眼图像和右眼图像之间非常迅速地切换，偏振滤镜同样也在顺时针和逆时针偏振方向中配合左右眼图像的改变而切换。再一次，偏振眼镜让观看者的眼睛只看见属于每只眼睛自己的信息。

　　偏振光3D的优势

　　色彩。与立体照片系统相比，使用偏振光系统时的色彩更为准确。虽然有一些源于眼镜的光线损失，但色彩更接近其原始值。鉴于眼镜的透镜本身几乎没有任何颜色，对用于偏振光系统的节目内容进行色彩纠正也更为容易。尤其是肤色，在一个偏振光系统中，看上去更为真实可信。

　　被动眼镜。和立体照片3D一样，偏振光3D使用被动式的眼镜，廉价并且不包含电器元件。和立体照片3D不同的是，偏振光眼镜的框架通常是用塑料制作的，使其相比纸质框架的3D眼镜更耐用、更能重复使用。

　　串线。偏振光3D系统相比立体照片3D系统具有更低的串线发生率。由于偏振光线的特性，左眼图像被右眼看到的情况几乎不可能发生（反过来也一样）。如果你的头向两个方向偏得太厉害，那么使用左右偏振光的系统例如IMAX会失去3D效果，但除非你睡到邻座的肩膀上，这都不会成为问题。

　　偏振光3D的劣势

　　亮度损失。与一个2D系统相比，所有的单投影机3D系统都有明显的亮度缩减。对于不是物理学家的ProjectorCentral的读者来说，亮度指的是从一个表面（在这个的例子里，即屏幕）以一个指定的角度（即朝向观众眼镜的角度） 反射的光线。这和照明度不同，后者是对到达一个表面的单位区域的光线的计量，一般以每平方米的流明为单位，通常发布在我们的投影机评测中。

　　在除了立体照片3D的所有3D系统中，这个损失是由于为左眼和右眼显示不同的图像而必需的快速切换。在观看一部3D电影的任何一个给定的瞬间，一只眼睛看见一个投射图像而另一只眼镜什么都看不到。这样，每只眼睛都只看到了屏幕反射的一半光线，立即导致至少50%的亮度缩减。我之所以说“至少”，是因为偏振镜和3D眼镜都不具有完美通光效率。偏振镜其本质上只允许投影机的总光量的一部分到达屏幕。3D眼镜还有一些进一步的亮度损失。最终的结果是画面的亮度显得比来自同一台投影机的2D电影低很多。

　　这其实正是使用双投影机系统的主要优势之一。每只眼睛都从一台投影机的全部亮度输出中获益，虽然偏振镜和3D眼镜带来的亮度损失仍然存在。最终结果是一个明亮得多的画面，所有其它方面则是相同的。最后这句话是很重要的，因为所有其它方面很难做到相同。最为普遍的双投影机系统的商用实现是IMAX，使用一个比大多数RealD影院都大得多的屏幕。使用的投影机在流明输出范围上变化很大。偏振片和3D眼镜的效率也有很大不同。在判断哪个系统“更好”时有太多的变数，但两种系统都各有其优势。

　　昂贵。虽然3D眼镜本身不贵，但系统的其它部分却不是这样。要求至少一个高端数字投影机以及与之配合的特殊处理设备来管理同步，至少一个偏振光滤波器，以及一张镀银屏幕（传统的白幕不能保持光线的偏振性）。双投影机系统当然需要两台投影机和两组偏振镜。

常见的3D应用技术

　　干扰滤波器3D

　　另外一种用于商业影院的3D实现使用了一种称之为干扰滤波器的技术，由一家德国公司Infitec制造。该系统使用一台投影机并且不需要镀银屏幕。Infitec 3D兼容的投影机有一个特殊的色轮被插入到灯泡和成像器件之间，将主色分离成不同的片段。想像一下：之前是红色、绿色、蓝色，现在则是红色1、红色2、绿色1、绿色2、蓝色1、蓝色2。特殊的干扰滤波器眼镜，允许左眼只看到标记为“1”的片段而右眼只看到标记为“2”的片段。3D眼镜使用额外的滤波器来就纠正对色彩的感知，因此眼睛所看到的东西是尽可能地接近原始电影的。你可能已经看过了这种技术：在商业影院中它被称为Dolby 3D（杜比3D）。

　　Dolby 3D不如偏振光3D系统那样普遍应用于影院投影，但在伦敦Leicester广场的帝国影院举行的《阿凡达》的全球首映式，就使用了Dolby 3D。

　　干扰滤波器3D的优势

　　被动式眼镜。被动式眼镜是为商业影院和其它大型场地而设计的3D系统的共同的要素，因为其易于使用以及相对较低的成本。干扰滤波器3D眼镜相比偏振光眼镜，其制造更为困难。因此，它们被制造成具有较高的耐用性。透镜由玻璃制作，而结实的镜框甚至还有一个用于防盗装置的挂绳孔。与脆弱的偏振光透镜相比，它们更能抵抗擦挂和磨损。

　　不需要镀银屏幕。数十年前，镀银屏幕被用于所有的电影，但它们逐渐失宠。镀银屏幕相比白幕，观看角度的限制更大一些，因此当投影机变得足够明亮，能够充分地点亮一张白幕的时候，镀银屏幕就退出了历史舞台。

　　当年镀银屏幕的缺点，现在仍然存在：对于坐在偏离中间的观众来说，亮度下降明显。在一间商用影院中，这包括了相当一部分观众。鉴于干扰滤波器3D不需要使用偏振光，就不需要镀银屏幕，从而改善了每一个观众的观赏体验。坐在影院两边的人能够获得更为一致的屏幕照明度，而所有的观众都能获得和非3D电影一样的色彩保真度。

　　干扰滤波器3D的劣势

　　亮度损失。任何单投影机3D显示方式相比在同一台投影机上进行的2D显示，都会遭受显著的亮度损失。这并不意味着单投影机的干扰滤波器3D和偏振光3D系统总是具有相同的亮度，或者说双投影机的实现总是比单投影机系统更为明亮。单投影机的偏振光系统，干扰滤波器系统以及快门眼镜系统都有这个共同的局限性。

　　专门的设备。在一台很多商业影院已经在使用的DLP影院投影机上安装一套类似于RealD的单投影机偏振光系统是可行的，这种改动不需要对投影机本身进行改装。鉴于Infitec 3D的机制工作在投影机内部，影院或者需要购买预装了Infitec色轮的影院投影机，或者需要让一个培训过的工程师将色轮安装到他们已有的DLP影院投影机的内部。

　　昂贵的眼镜。被动式眼镜的最大的优势在于它们的价格不贵，因此人们可能会期待Infitec 3D眼镜也不会太贵。错了。Infitec眼镜的大多数制造成本在于透镜本身——玻璃必须进行多次镀膜才能区分不同的波长。Dolby最近关于3D眼镜的新闻发布会，宣布了每副眼镜27.50美元的批发价格。这明显是院线的一大笔开销，因此有很多手续被用来保证影院观众归还3D眼镜。我去过的一家Dolby 3D影院要求提供一张带有照片的身份证明才能换取眼镜。

　　LCD快门眼镜方式

　　LCD快门眼镜是第一种适合家庭使用的高质量3D实现。在使用这种眼镜的系统中，视频显示以非常快的速度交替显示左右眼的图像——最高达120帧每秒。观看者佩戴一幅主动式LCD快门眼镜，交替地阻碍左眼和右眼。就像DLP色轮的效果一样，这种左右交替发生得如此之快，以至于你的大脑将两幅图像融合成一体，从而产生了单幅图像的3D深度感。

　　快门眼镜的优势

　　色彩。虽然快门3D眼镜各式各样，但大多数都有不带明显染色的透镜，这就使得它们具有和偏振光方式一样的色彩准确性。我们一直在使用的快门3D眼镜有呈绿色的染色，但我们见过的其它品牌的眼镜没有染色。

　　串线。就串线而言，LCD眼镜可能是所有3D方式中最好的一种，因为未被使用的那只眼睛被快门机制主动的屏蔽了。早期的版本有重影的问题，即之前图像的一部分会在新的图像出现之后仍然保留在屏幕上。更新、更快的显示技术已经完全消除了这种图像错误。

　　相对较为便宜。3D投影机和电视机的价格已经非常低了。今天，一台能够显示3D的投影机只需要800美元就可以获得。虽然有其它的费用，例如配备了高端显卡的电脑以及每个观看者一副3D眼镜，但对于只有很少观众的家庭应用来说，还是能够承受的。

　　快门眼镜的劣势

　　主动式眼镜。这是LCD快门眼镜和其它类型的系统的最主要的区别：控制哪只眼睛看到什么内容的机制是嵌入在眼镜内部的，而不是由节目内容或者投影机决定的。LCD快门眼镜对于人数较少的可信赖的成年观众来说是很好的，但它也有几个弱点。相比其它技术，其眼镜的成本昂贵（在本文发布之时，每副眼镜100到150美元）。眼镜构造复杂，带有电池、电器元件以及脆弱的LCD透镜。如果落在地上、被踩踏、或者电池用尽，都会破坏观众的3D体验。并且，如果你有一大群朋友想要到你家里欣赏3D的超级碗（注：美国职业橄榄球联盟年度总决赛），为每个人都提供一副3D眼镜太昂贵了。

　　同步。主动快门系统需要一种方式来对3D眼镜的快门动作和屏幕上显示的内容进行同步。一些系统使用红外发射器。德州仪器用于投影机和电视机的系统称为DLP Link，它使用了包含在投影图像内部的同步脉冲。虽然两种实现方式使用了不同的脉冲信息信号源，但脉冲本身是相同的。

　　左眼脉冲和右眼脉冲有所不同，这就是为什么所有同步到一台特定电视机的3D眼镜，相互之间也是同步的。但投影机无法知道哪一帧是属于那只眼睛，从而带来一个有趣的问题。这些脉冲有可能翻转了，使得一只眼睛看到了属于另一支眼镜的画面。换句话说，左眼脉冲和右眼图像关联在了一起。这被称之为“伪立体效应”并且这个现象会让你在最初几次体验到的时候感到相当不安。其效果是图像内外翻转的奇怪的场景，仿佛你正在从错误的一边观看着一个凹陷的3D图像。这个现象经常出现，因此厂家有相应的对策——可以通过切换显示器、电脑显卡或者软件本身的的一个选项来加以补救。尽管如此，它还是没有其它类型的系统那样简单可靠。

　　闪烁。一些人报告说在使用快门眼镜时看到了闪烁。闪烁是刷新率不足时产生的一种动作停止的效果。的确，鉴于每只眼睛只接受了一半的刷新率，投影机使用的快门眼镜必须非常快。为了这个目的，目前的实现使用了至少120Hz的刷新率来为每只眼睛呈现每秒钟60帧的图像。在ProjectorCentral的测试中，我们还未遇到任何闪烁的情况，因此我们无法对这个现象的流行程度或者严重性作出评论。

　　亮度损失。快门眼镜系统使用了单台投影机，快速切换显示不同的左右眼图像，因此和其它单投影机系统一样，相比2D有至少50%的亮度输出的减少。眼镜同样也会降低可视亮度。虽然不是所有的眼镜都一样，但不论显示器还是节目本身,我们测试过的型号都使可视亮度降低了大约60%。好处在于，眼镜也降低了黑色电平，从而显著增加了对比度。

　　结论

　　主要归功于詹姆斯·卡梅隆的《阿凡达》，商业影院3D已经牢固地树立了自己的地位。几部更大的制作也即将在3D影院上映，包括Tim Burton的《爱丽丝漫游奇境计》（三月），《怪物史莱克4》（五月），以及《玩具总动员3》（六月）。这些电影应该能够持续地满足消费者对更多3D娱乐的胃口，不论是商业影院还是家庭影院。

　　上个月，在拉斯维加斯的CES展会上，一场3D视频产品的爆发开始了。这种在家里进行3D视频游戏，观赏3D电影的革命性的趋势，看上去已经如燎原之火，无法阻挡。能够以全1080p电影格式进行3D播放的蓝光播放机，将会在这个夏季上市。能够显示某些源于电脑的3D格式节目的较低解像度的投影机已经可以在市场上买到，它们可以和主动式LCD快门眼镜一起使用，从而获得一个比传统的立体照片3D更高质量的观看体验。3D使能的1080p家庭影院投影机会在今年秋天出现。所有这些都让人着迷。2010年将会以3D复兴元年而被铭记。