南大教授新發(fā)明新技術(shù) 裸眼也能看3D

　從去年到現(xiàn)在，電影中的3D技術(shù)應(yīng)用越來越多，《冰河世紀(jì)3》、《阿凡達(dá)》……一系列3D電影給觀眾帶來了全新的、強(qiáng)悍的視覺感受，電影熒幕從過去的平面跨入了立體時(shí)代。然而，觀看3D雖然給我們帶來了新的視覺刺激，但那副必須佩戴的3D眼鏡讓人覺得不適，而且摘掉眼鏡之后，人會(huì)產(chǎn)生短暫的眩暈感。就在本月中旬，還 出現(xiàn)了南京觀眾看完3D版的《阿凡達(dá)》后進(jìn)醫(yī)院的報(bào)道。那么，我們是否有辦法消除這種眩暈感呢?或者直接用裸眼看3D，而不用佩戴眼鏡呢?

　　最近，南京大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院的王元慶教授就發(fā)明了一種裸眼看3D的技術(shù)。這究竟是怎樣一種技術(shù)?《發(fā)現(xiàn)》周刊帶你一探究竟。

　　看完3D《阿凡達(dá)》，小夫妻“知覺錯(cuò)誤”進(jìn)醫(yī)院

　　今年一月中旬，各大網(wǎng)站、報(bào)紙都刊登了這樣一則新聞：南京一對(duì)年輕夫妻看完《阿凡達(dá)》后，同時(shí)出現(xiàn)頭昏腦漲、眼睛干澀灼熱的癥狀。這對(duì)新婚一年的小 夫妻為了慶祝他們結(jié)婚一周年，排了兩個(gè)多小時(shí)的隊(duì)買了兩張3D版《阿凡達(dá)》的電影票。看完3個(gè)小時(shí)的電影回到家后，夫妻倆都感覺眼睛干澀，頭有點(diǎn)痛，本來 以為睡一覺就會(huì)好。沒想到第二天早晨，妻子突然頭痛加劇，嘔吐不止，丈夫也出現(xiàn)了相似癥狀。結(jié)果，小夫妻雙雙到醫(yī)院求治。

　　最后經(jīng)過眼科醫(yī)生診斷，發(fā)現(xiàn)他們是因?yàn)檫B續(xù)長時(shí)間佩戴3D電影眼鏡，觀看了3D電影，導(dǎo)致眼部肌肉痙攣，眼睛的調(diào)節(jié)能力下降、調(diào)節(jié)速度遲緩，從而引發(fā)“視頻終端綜合征”。

　　眼科專家解釋說：“視頻終端綜合征”是指長時(shí)間近距離注視電腦、電視、游戲機(jī)等視頻終端，過度用眼引起眼睛疲勞而出現(xiàn)的一系列不適，嚴(yán)重者會(huì)出現(xiàn)頭 昏、惡心、嘔吐、肢體血液循環(huán)不暢等癥狀。因此有眼部疾病的人，例如青光眼等人群，不適合看3D電影。另外，遠(yuǎn)視眼、花眼患者，本身視覺調(diào)節(jié)能力就差，再 加上外界誘發(fā)，特別容易出現(xiàn)視疲勞，因此也不適合觀看。

　　3D電影為什么會(huì)導(dǎo)致眼暈?南大電子科學(xué)與工程學(xué)院的王元慶教授說，在人的內(nèi)耳中有個(gè)叫“前庭器”的器官，它負(fù)責(zé)感受身體的平衡，如人體的運(yùn)動(dòng)方向 和加速度。3D畫面視角切換頻繁，這使人眼向大腦傳達(dá)“自己真的在動(dòng)”這一信號(hào)，但大腦卻沒收到肌肉運(yùn)動(dòng)的信號(hào)。于是頭腦就會(huì)發(fā)生“知覺錯(cuò)誤”的矛盾，人 就可能出現(xiàn)頭暈、惡心等不適。而要消除這種眩暈，王元慶教授說關(guān)鍵是從技術(shù)上解決立體圖像清晰度的問題。

　　南大教授發(fā)明裸眼也能看3D效果的儀器

　　現(xiàn)在在影院觀看3D電影都要佩戴特制的眼鏡。經(jīng)常去觀看這種電影的小艾則告訴記者，這些眼鏡除了會(huì)帶來眩暈的感覺外，所佩戴的眼鏡本身也不方便，也 不太衛(wèi)生，拿到手上時(shí)感覺上面都蒙上了一層油或者灰，膩膩的。她曾經(jīng)向工作人員提出疑問，結(jié)果被告知這些眼鏡都是干凈的，而且還不允許隨便擦拭鏡片。小艾 戴上后總覺得不自在。

　　小艾也想過，自己這么喜歡看3D電影，干脆自己買一副這樣的眼鏡得了，可一打探，才發(fā)現(xiàn)一副3D的配套眼鏡造價(jià)不菲，想想又舍不得了。據(jù)業(yè)內(nèi)人士介 紹，一副3D眼鏡起碼超過700元，影院的工作人員在發(fā)放時(shí)也是千叮嚀萬囑咐，使用時(shí)要十分小心，損壞了可是要照價(jià)賠償?shù)?。于是，很多人希望?D時(shí)如果 不用佩戴那副奇怪的眼鏡該有多好。那么，有沒有什么辦法能夠不戴3D眼鏡，用裸眼也能看到3D效果呢?

　　而從上世紀(jì)90年代開始，南京大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院的王元慶教授就在研究如何不戴特制眼鏡也能看到3D效果。而到今年初，他的研究終于取得實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。

　　王元慶教授帶領(lǐng)的研究小組研發(fā)的成果叫做“多用戶立體顯示儀”，它是一種立體圖像分辨率高，可以與高清電視信號(hào)兼容，實(shí)現(xiàn)高清晰立體電視信號(hào)接收與顯示的儀器，觀看時(shí)不會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的暈眩感。

　　記者南大探秘體驗(yàn)這種新發(fā)明

　　在南京大學(xué)西南樓的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，記者看到了這臺(tái)能夠裸眼看3D的儀器。這是由兩臺(tái)電腦組合起來的儀器，其中一臺(tái)大的電腦就是播放3D圖像的主屏幕，而另外一臺(tái)電腦則是操控界面。

　　王元慶介紹說，觀看這臺(tái)儀器中的3D畫面，要站在一定的區(qū)域內(nèi)才能看到效果，比如這臺(tái)儀器，就需要站在三四米遠(yuǎn)的地方，左右不超過一兩米的范圍內(nèi)觀看。

　　記者于是站到了規(guī)定的區(qū)域內(nèi)觀看屏幕，發(fā)現(xiàn)屏幕上的圖像果然是立體的，但是剛看過去，頭也有點(diǎn)發(fā)暈，王元慶說這是因?yàn)閯倓傆^看，不太適應(yīng)，而且這段拍攝的視頻分辨率也不太高，屏幕比較小，所以看起來有點(diǎn)模糊。

　　記者發(fā)現(xiàn)，在自己左右移動(dòng)時(shí)，屏幕上的光線似乎也在發(fā)生變化，忽明忽暗，而且一旦人離開視覺范圍，屏幕馬上就會(huì)變暗。

　　王元慶介紹說，這是因?yàn)閮x器在自動(dòng)捕捉人眼的緣故，如果人離開視覺區(qū)域，屏幕會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，節(jié)省能源。而人在左右移動(dòng)時(shí)，屏幕會(huì)自動(dòng)追蹤人的眼睛，跟隨人眼的位置來調(diào)整屏幕的光線，所以人在移動(dòng)時(shí)屏幕會(huì)出現(xiàn)忽明忽暗的現(xiàn)象。

　　那么，這一技術(shù)又是怎樣實(shí)現(xiàn)的呢?

　　王元慶告訴記者，在電腦前有一個(gè)攝像頭，負(fù)責(zé)拍攝追蹤人眼的距離和方位，然后把人眼的位置通過數(shù)字信號(hào)的方式傳遞到后臺(tái)處理器，后臺(tái)通過一種叫做模式識(shí)別系統(tǒng)來分析人所在的距離和方位，然后根據(jù)當(dāng)前人所處的位置來調(diào)整主屏幕的畫面光線。

　　那為什么通過確定人眼的距離和方位就能讓人眼觀看到3D畫面呢?

　　平面三維圖是如何變成裸眼中的3D效果的

　　王元慶說，3D的成像原理很多人可能已經(jīng)知道了，它是通過人的左眼和右眼的成像原理來設(shè)置的，人眼為什么能夠觀察到物體是立體的，就是因?yàn)樽笥覂裳?觀察到的不同光線反射到眼睛里的緣故，那么拍攝3D影像時(shí)也就是模仿人眼的成像原理來拍攝，而人的左右兩眼感受到的光線是不同的。

　我們知道，光是一種振動(dòng)的波，也就有一定的角度，叫做偏正光，一條光線就有一個(gè)角度。而一個(gè)光源發(fā)出的光線就可能來自各個(gè)不同的角度，在各個(gè)方向上 分布，而入射到我們左右兩眼的光線也就是來自不同的角度，所以左眼看到的物體和右眼看到的角度就不一樣。而如果兩者重合，就形成立體的感覺。

　　而3D電影就是模仿人眼的角度去拍攝的，但是因?yàn)榕臄z的畫面最終是呈現(xiàn)在一個(gè)平面熒幕上，人眼首先看到的是熒幕，那么就會(huì)在平面上成像，反饋到大腦中也是一個(gè)平面，而且是一個(gè)虛的平面。

　　就好比我們喜歡玩的一種游戲，就是看平面三維圖，很多人第一眼看平面三維圖時(shí)根本看不出里面是一個(gè)具體的什么物體，常?？吹降氖且粡堄煤芏嘀貜?fù)花紋 組成的圖片。而當(dāng)兩眼一起看時(shí)，達(dá)到某一個(gè)角度就會(huì)看出一幅幅立體的畫面。但看平面三維圖有一定的技術(shù)和運(yùn)氣，有些人一直找不到那個(gè)角度，即使眼睛成了斗 雞眼也還是看不出來，這也是人們喜歡這個(gè)游戲的原因所在。

　　而現(xiàn)在，如果能使用一種辦法，直接把這個(gè)成三維的角度光線反射到人的眼中，那么人眼就會(huì)自動(dòng)看到那幅三維圖像了。

　　而王元慶教授他們所研究的方法正是如此，他們通過捕捉到人眼的位置和距離，來實(shí)時(shí)測(cè)算出光線反射到兩只眼睛中的角度，然后再調(diào)整屏幕上圖像的光線，使得屏幕上圖像反射出來的光線正好達(dá)到人眼能看到立體圖像的那種角度，那么這時(shí)人眼看到的圖像就是一種立體的圖像了。

　　人的兩眼間距決定著觀看無鏡3D的效果

　　在另一臺(tái)后臺(tái)處理的電腦屏幕上，記者就看到前方攝像頭不停地捕捉人眼的畫面，在捕捉到人臉和兩只眼睛的地方，都會(huì)出現(xiàn)一個(gè)綠色的方框，以表明這是目 標(biāo)物所在的位置。王元慶說，為了更精確地分析出人眼觀測(cè)的角度，每個(gè)人兩眼之間的間距也是一個(gè)計(jì)算參數(shù)，人的兩眼之間的距離一般是在62-65毫米之間， 而就是這個(gè)間距，計(jì)算機(jī)也會(huì)計(jì)算出它們所感受到的不同的光線。因?yàn)槟呐?毫米的差異，光線射入的角度都是不同的。

　　也就是說，如果幾個(gè)人坐在同一個(gè)屏幕前觀看3D，雖然每個(gè)人的角度不一樣，但觀看到的畫面都是一樣的。但是如果你移動(dòng)了，看到的畫面就會(huì)閃動(dòng)。所以，王元慶教授說，在裸眼觀看3D時(shí)，人最好不要亂動(dòng)，否則就會(huì)影響觀看效果。

　　記者看到，在主屏幕的顯示屏上，除了電腦自身的液晶屏幕外，外面還罩著一塊有點(diǎn)暗黑的屏幕，這塊屏幕是做什么用的呢?王元慶說，這塊屏幕就是用于調(diào)節(jié)光線角度的工具。從后臺(tái)傳來計(jì)算好的數(shù)據(jù)，就會(huì)通過這塊屏幕折射到人的兩眼之中。

　　不戴特制眼鏡就能看3D目前只能在家庭影院實(shí)現(xiàn)

　　那么，現(xiàn)在這種儀器是否能夠應(yīng)用到電影院里去呢?

　　王元慶說，暫時(shí)還不行，因?yàn)樗麄儸F(xiàn)在主要針對(duì)的還是家庭影像觀看，也就是電視屏幕的3D觀看。至于這種儀器能讓多少人同時(shí)觀看，王元慶指著后臺(tái)操作電腦屏幕說，上面能捕捉到多少個(gè)人臉，就能適合多少個(gè)人看，直到把整個(gè)電腦屏布滿。

　按照記者看到的這個(gè)比例，估計(jì)可以讓上百人同時(shí)觀看，但是王元慶笑著說，雖然原理上是這樣，但是要知道在主屏幕前觀看是有一定的視覺區(qū)域的，在三四 米遠(yuǎn)和一兩米寬的范圍內(nèi)能站的人數(shù)還比較有限，所以上百人還不可以，而且像電影院那樣的空間，那設(shè)置的參數(shù)就更多了，因?yàn)橐堰@整個(gè)空間區(qū)域的位置都設(shè)置 進(jìn)來，代價(jià)是非常大的。

　　目前，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字化的電影院還比較少，而且電影院實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的代價(jià)是非常大的，動(dòng)輒上百萬的投入，所以普及起來比較困難。而要實(shí)現(xiàn)3D的播放首先就要必須滿足數(shù)字化的要求，所以目前他們還沒有向電影3D發(fā)展，主要還是針對(duì)電視。

　　王元慶說，現(xiàn)在全國電視已經(jīng)普遍實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，而他們的設(shè)計(jì)也非常符合這種小范圍的模式，所以實(shí)現(xiàn)3D家庭影院的目標(biāo)將會(huì)很快實(shí)現(xiàn)。據(jù)介紹，這個(gè)技術(shù)原本是應(yīng)用在軍事上的，現(xiàn)在被允許推廣到民用范圍。

　　那么，這樣一套設(shè)備成本是多少?將來真的會(huì)實(shí)現(xiàn)普及嗎?

　　王元慶說，因?yàn)樗麄儸F(xiàn)在設(shè)計(jì)的這套設(shè)備是開發(fā)產(chǎn)品，很多模具都是自己生產(chǎn)的，投入的成本當(dāng)然比較大，一套下來估計(jì)有二三十萬。但如果真的要投入生產(chǎn)，成本將會(huì)大大降低，初步折算下來，應(yīng)該跟一臺(tái)電視機(jī)的價(jià)格差不多，普通百姓是完全可以接受的。

　　換句話說，在不久的將來，人們不用出門，就可以在家中享受到3D畫面帶來的強(qiáng)烈視覺震撼。