街头出现大熊猫？不用眼镜就能看的3D画面是什么原理？
中国科学院大学光学工程博士
想象一下，一只巨大的熊猫正从路边的大屏幕中向你爬过来！虽然摸不到实实在在的巨型“滚滚”，但仿佛就在眼前的立体大熊猫仍然吸引了每一个在成都街头经过的行人。
没错，和仅限于平面的普通大屏幕不同，成都街头的这块大屏幕使用的正是裸眼3D技术。
成都街头的裸眼3D大熊猫 来源丨网络
近年来，3D技术的发展让人们的生活更加丰富多彩，3D电影得到了人们的普遍喜爱。随着3D裸眼技术兴起，3D技术水平又将迈入一个新的台阶。
东京街头的巨型裸眼3D猫咪 来源丨网络
当前，市面上充斥着各种各样的3D技术，例如3D电影、游戏机3DS的“裸眼3D”、广场大屏的裸眼3D、3D立体电视等。3D技术来到了一个超高速的发展阶段。
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自电影诞生至今，已经经过了漫长的发展历史，但在绝大部分时间里，电影的表现形式都仅限于“平面”。
而随着技术的发展，在上个世纪末，3D电影逐渐成为电影市场的主流，2009年，詹姆斯·卡梅隆执导的电影《阿凡达》一经上映，就引起了轰动效应，得到了全世界的好评，这是好莱坞应对激烈的市场环境而产生的惊人表现。
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相对于传统电影而言，3D电影最大的优势就是它有很强的立体感，这是因为3D电影在拍摄的时候是两台摄像机同时拍摄，放映的时候也是两台放映机同步放映。
这是根据人的眼睛设计的，人的两只眼睛在不同的位置，瞳孔的距离相差六七厘米左右，当人观察一个物体时，两只眼睛观察到的图像是不同的，中间存在着一个距离的差度，称为“双目视差”。
大脑会根据双目视差来感受物体到眼睛的距离，而3D的两台摄像机、两台放映机就是利用的这个原理，模仿人的眼睛来工作，这样就会呈现出一种立体的感觉来。
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任天堂3DS是一款很受欢迎的掌上游戏机。它的一个重大突破是它与传统游戏机不同，是一种无须借助眼镜，靠裸眼就能看到3D图像效果的游戏机，同时也可以自主调节图像深度或者关闭3D，形成传统的游戏效果。
任天堂公司将电影搬到了平台上，外面盖上一对镜头，让人可以捕捉3D影像，还可以把虚拟的物体放在真实的图像上，从而创造具有扩展性的现实游戏，打破了传统游戏的局限性。
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随着3D电影的发展，3D眼镜在电视领域也得到了大规模应用。而3D裸眼的出现，使电视也产生了裸眼3D的效果，裸眼3D电视运用视差屏障、柱状透镜、指向光源、多层显示等技术，其中，视差屏障和柱状透镜在多个领域被广泛运用。
视差屏障是在屏幕表面加一条夹缝光栅，使光源被遮蔽，并控制不同图像光线的走向，使光从两个侧面透过来，还原了人的眼睛的视差感，左右眼接收到不同的光，形成3D立体效果。
柱状透镜是在屏幕表面加一个柱状透镜光栅，通过不同方向折射不同图像像素发出的光线，来使左右眼分别接收到不同的图像，出现视差，产生立体感。
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从技术上讲，3D技术可以分为光屏障式3D技术、柱状透镜3D技术和方向性背光3D技术三个类别。
光屏障式3D技术就是运用液晶屏障来进行阻光，当显示立体图像时，液晶屏上会分别显示出左眼和右眼的图像，屏障会遮住左眼或右眼，将左右眼的画面分开，形成立体显示画面。
光屏障式3D技术也有一定的局限性，就是在采用这种技术实现裸眼画面时，画面的分辨率和亮度会降低，画面会变得有点糊，清晰度上不能达到高清。
随着3D技术的成熟发展，这种缺陷也在日益克服中，相信很快就会见到高清的光屏障式裸眼3D。
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柱状透镜3D技术是把一个柱状透镜加在液晶屏前面，图像中的像素点也就被分成左右子像素进入左右眼，然后形成清晰的3D图像。
与光屏障式3D技术相比，柱状透镜3D技术的亮度较高，可以满足观众的视觉感受，但清晰度依旧有些欠缺，另外，柱状透镜造价高、成本高，不便于推广。
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方向性背光3D技术采用左右两块背光源，两块背光源在显示3D图像时被交替点亮，可以控制背光的照射方向，也由此得名方向性背光3D技术。
光源点亮后，入射光线的角度不同，显示左眼时，光板反射的是左组背光源的背光，当背光折射后，图像会进入观众的左眼，此时右眼就无法看到图像；同理，在显示右眼时，左眼也会无法看到图像。
显示屏显示的左右眼图像交替进入大脑，形成3D立体图像。方向性背光3D技术的优点在于它弥补了屏障式3D技术和柱状透镜3D技术的分辨率不足的缺陷，可以有足够高的亮度和足够清晰的图像呈现在观众的面前。
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总之，3D裸眼技术是利用人眼视差的特性，摆脱3D眼镜，形成3D立体的效果。
3D裸眼技术还在进步，向着更丰富、更逼真的方向前进。通过科研人员们的不断努力，3D裸眼技术有着更好的发展前景，在未来会有更多的渠道运用到这项技术，也会与更多技术融合，形成更加宽广的应用领域。3D裸眼技术，未来可期！
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