南大教授新發明新技術 裸眼也能看3D

　從去年到現在，電影中的3D技術應用越來越多，《冰河世紀3》、《阿凡達》……一系列3D電影給觀眾帶來了全新的、強悍的視覺感受，電影熒幕從過去的平面跨入了立體時代。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，人會產生短暫的眩暈感。就在本月中旬，還 出現了南京觀眾看完3D版的《阿凡達》后進醫院的報道。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，南京大學電子科學與工程學院的王元慶教授就發明了一種裸眼看3D的技術。這究竟是怎樣一種技術?《發現》周刊帶你一探究竟。

　　看完3D《阿凡達》，小夫妻“知覺錯誤”進醫院

　　今年一月中旬，各大網站、報紙都刊登了這樣一則新聞：南京一對年輕夫妻看完《阿凡達》后，同時出現頭昏腦漲、眼睛干澀灼熱的癥狀。這對新婚一年的小 夫妻為了慶祝他們結婚一周年，排了兩個多小時的隊買了兩張3D版《阿凡達》的電影票。看完3個小時的電影回到家后，夫妻倆都感覺眼睛干澀，頭有點痛，本來 以為睡一覺就會好。沒想到第二天早晨，妻子突然頭痛加劇，嘔吐不止，丈夫也出現了相似癥狀。結果，小夫妻雙雙到醫院求治。

　　最后經過眼科醫生診斷，發現他們是因為連續長時間佩戴3D電影眼鏡，觀看了3D電影，導致眼部肌肉痙攣，眼睛的調節能力下降、調節速度遲緩，從而引發“視頻終端綜合征”。

　　眼科專家解釋說：“視頻終端綜合征”是指長時間近距離注視電腦、電視、游戲機等視頻終端，過度用眼引起眼睛疲勞而出現的一系列不適，嚴重者會出現頭 昏、惡心、嘔吐、肢體血液循環不暢等癥狀。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，遠視眼、花眼患者，本身視覺調節能力就差，再 加上外界誘發，特別容易出現視疲勞，因此也不適合觀看。

　　3D電影為什么會導致眼暈?南大電子科學與工程學院的王元慶教授說，在人的內耳中有個叫“前庭器”的器官，它負責感受身體的平衡，如人體的運動方向 和加速度。3D畫面視角切換頻繁，這使人眼向大腦傳達“自己真的在動”這一信號，但大腦卻沒收到肌肉運動的信號。于是頭腦就會發生“知覺錯誤”的矛盾，人 就可能出現頭暈、惡心等不適。而要消除這種眩暈，王元慶教授說關鍵是從技術上解決立體圖像清晰度的問題。

　　南大教授發明裸眼也能看3D效果的儀器

　　現在在影院觀看3D電影都要佩戴特制的眼鏡。經常去觀看這種電影的小艾則告訴記者，這些眼鏡除了會帶來眩暈的感覺外，所佩戴的眼鏡本身也不方便，也 不太衛生，拿到手上時感覺上面都蒙上了一層油或者灰，膩膩的。她曾經向工作人員提出疑問，結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，才發現一副3D的配套眼鏡造價不菲，想想又舍不得了。據業內人士介 紹，一副3D眼鏡起碼超過700元，影院的工作人員在發放時也是千叮嚀萬囑咐，使用時要十分小心，損壞了可是要照價賠償的。于是，很多人希望看3D時如果 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90年代開始，南京大學電子科學與工程學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質性的進展。

　　王元慶教授帶領的研究小組研發的成果叫做“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兼容，實現高清晰立體電視信號接收與顯示的儀器，觀看時不會產生強烈的暈眩感。

　　記者南大探秘體驗這種新發明

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

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

　　記者于是站到了規定的區域內觀看屏幕，發現屏幕上的圖像果然是立體的，但是剛看過去，頭也有點發暈，王元慶說這是因為剛剛觀看，不太適應，而且這段拍攝的視頻分辨率也不太高，屏幕比較小，所以看起來有點模糊。

　　記者發現，在自己左右移動時，屏幕上的光線似乎也在發生變化，忽明忽暗，而且一旦人離開視覺范圍，屏幕馬上就會變暗。

　　王元慶介紹說，這是因為儀器在自動捕捉人眼的緣故，如果人離開視覺區域，屏幕會自動關閉，節省能源。而人在左右移動時，屏幕會自動追蹤人的眼睛，跟隨人眼的位置來調整屏幕的光線，所以人在移動時屏幕會出現忽明忽暗的現象。

　　那么，這一技術又是怎樣實現的呢?

　　王元慶告訴記者，在電腦前有一個攝像頭，負責拍攝追蹤人眼的距離和方位，然后把人眼的位置通過數字信號的方式傳遞到后臺處理器，后臺通過一種叫做模式識別系統來分析人所在的距離和方位，然后根據當前人所處的位置來調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知道了，它是通過人的左眼和右眼的成像原理來設置的，人眼為什么能夠觀察到物體是立體的，就是因為左右兩眼 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，光是一種振動的波，也就有一定的角度，叫做偏正光，一條光線就有一個角度。而一個光源發出的光線就可能來自各個不同的角度，在各個方向上 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，但是因為拍攝的畫面最終是呈現在一個平面熒幕上，人眼首先看到的是熒幕，那么就會在平面上成像，反饋到大腦中也是一個平面，而且是一個虛的平面。

　　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根本看不出里面是一個具體的什么物體，常常看到的是一張用很多重復花紋 組成的圖片。而當兩眼一起看時，達到某一個角度就會看出一幅幅立體的畫面。但看平面三維圖有一定的技術和運氣，有些人一直找不到那個角度，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游戲的原因所在。

　　而現在，如果能使用一種辦法，直接把這個成三維的角度光線反射到人的眼中，那么人眼就會自動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，來實時測算出光線反射到兩只眼睛中的角度，然后再調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到人眼能看到立體圖像的那種角度，那么這時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

　　在另一臺后臺處理的電腦屏幕上，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，都會出現一個綠色的方框，以表明這是目 標物所在的位置。王元慶說，為了更精確地分析出人眼觀測的角度，每個人兩眼之間的間距也是一個計算參數，人的兩眼之間的距離一般是在62-65毫米之間， 而就是這個間距，計算機也會計算出它們所感受到的不同的光線。因為哪怕1毫米的差異，光線射入的角度都是不同的。

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

　　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節光線角度的工具。從后臺傳來計算好的數據，就會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現

　　那么，現在這種儀器是否能夠應用到電影院里去呢?

　　王元慶說，暫時還不行，因為他們現在主要針對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觀看，王元慶指著后臺操作電腦屏幕說，上面能捕捉到多少個人臉，就能適合多少個人看，直到把整個電腦屏布滿。

　按照記者看到的這個比例，估計可以讓上百人同時觀看，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域的，在三四 米遠和一兩米寬的范圍內能站的人數還比較有限，所以上百人還不可以，而且像電影院那樣的空間，那設置的參數就更多了，因為要把這整個空間區域的位置都設置 進來，代價是非常大的。

　　目前，能夠實現數字化的電影院還比較少，而且電影院實現數字化的代價是非常大的，動輒上百萬的投入，所以普及起來比較困難。而要實現3D的播放首先就要必須滿足數字化的要求，所以目前他們還沒有向電影3D發展，主要還是針對電視。

　　王元慶說，現在全國電視已經普遍實現數字化，而他們的設計也非常符合這種小范圍的模式，所以實現3D家庭影院的目標將會很快實現。據介紹，這個技術原本是應用在軍事上的，現在被允許推廣到民用范圍。

　　那么，這樣一套設備成本是多少?將來真的會實現普及嗎?

　　王元慶說，因為他們現在設計的這套設備是開發產品，很多模具都是自己生產的，投入的成本當然比較大，一套下來估計有二三十萬。但如果真的要投入生產，成本將會大大降低，初步折算下來，應該跟一臺電視機的價格差不多，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畫面帶來的強烈視覺震撼。