3D技術(shù):如何實(shí)現(xiàn)三維投影到全息成像
品牌樂(lè)此不疲進(jìn)行著的一場(chǎng)場(chǎng)戶外3D秀，是如何實(shí)現(xiàn)的？為什么在各種戶外的3D營(yíng)銷(xiāo)秀上不需要佩戴3D眼鏡，可電影院仍然需要戴眼鏡才能看3D電影？為什么明明沒(méi)看到任何投影屏幕，卻真的出現(xiàn)一個(gè)大活人在空中漂浮？你們知道嗎，目前大部分所謂的”全息成像"都不是真的全息，而是全息的投影？那么，全息投影和全息成像究竟有什么區(qū)別？... 所有這些關(guān)于3D的技術(shù)背后，究竟是什么？
亦真亦幻的3D視界，每每出現(xiàn)總能帶來(lái)一場(chǎng)喧囂。無(wú)論是三年前三星3D TV在荷蘭市中心大樓上演的精彩投影秀，或是今時(shí)今日，在澳洲幾乎人人都在談?wù)撝腞oger Water: The wall live3D演唱會(huì)——再現(xiàn)當(dāng)年P(guān)ink Floyd樂(lè)隊(duì)成員Roger Waters經(jīng)典的個(gè)唱現(xiàn)場(chǎng)⋯⋯ 3D，無(wú)疑是這個(gè)年代被普遍公認(rèn)為是承接未來(lái)的時(shí)代性技術(shù)。從工業(yè)至商用，直到家用設(shè)備，無(wú)人不對(duì)其津津樂(lè)道。這是一塊被鍍了金的尤物，更是一門(mén)被普遍忽視，甚至誤解的專(zhuān)業(yè)技術(shù)活兒。
9個(gè)精彩案例，16個(gè)演示視頻，分門(mén)別類(lèi)，圖文敘述，讓我們重新認(rèn)識(shí)3D技術(shù)背后的學(xué)問(wèn)和細(xì)節(jié)。
呼之欲出的3D時(shí)代
人們對(duì)更真實(shí)更新穎體驗(yàn)的愛(ài)好似乎早就烙印在基因當(dāng)中，并沒(méi)什么道理可言。
幾個(gè)世紀(jì)前，在3D電影最早誕生的歲月里，3D技術(shù)被人認(rèn)為是帶給人們短暫新鮮感的“玩具”而已。今天，靜靜等候數(shù)百年的3D顯示技術(shù)終于盼來(lái)了二十一世紀(jì)，這一次所有3D技術(shù)與周邊衍生品一起卷土重來(lái)：3D電影、3D展會(huì)、3D顯示器，3D秀, 3D電視, 3D觸摸屏⋯⋯ 在今天，無(wú)論是家用3D，亦或是工業(yè)、商用場(chǎng)合，都共同處于一個(gè)3D取代2D的革新時(shí)代之中。
盡管我們對(duì)各種戶外的3D病毒營(yíng)銷(xiāo)秀早已司空見(jiàn)慣了，但不知大家有否想過(guò)，為什么那些在高樓，墻壁，舞臺(tái)上演的3D場(chǎng)景，不需要佩戴任何眼鏡就能看得一清二楚，可電影院看3D電影還是需要佩戴眼鏡？為什么看不到投影屏幕卻依然能出現(xiàn)投射而成的三維圖像？為什么家用3D還沒(méi)有擺脫3D眼鏡？所有3D技術(shù)背后究竟隱藏著什么？ 又是否知道其實(shí)目前看得的大部分全息3D秀都并非真正的全息成像技術(shù)，而只是全息投影，全息投影和全息成像究竟如何區(qū)別？那么，所有這些又和現(xiàn)在熱門(mén)的"裸眼3D"之間有什么關(guān)系和區(qū)別呢？
今天，讓我們一次性了解熱門(mén)的3D技術(shù)背后的個(gè)中秘密。
3D projection 三維投影 ——"給我一個(gè)平面，就能投射出一個(gè)立體世界"
3D projection is any method of mapping three-dimensional points to a two-dimensional plane. As most current methods for displaying graphical data are based on planar two-dimensional media, the use of this type of projection is widespread, especially in computer graphics, engineering and drafting.——Wiki：3D Projection
三維投影，在計(jì)算機(jī)科學(xué)中也稱(chēng)為三維可視化。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，是通過(guò)計(jì)算機(jī)圖形科學(xué)中的平行投影或透視投影的方法，在二維的平面上顯示三維物體（該三維物體包括靜止的圖像，以及動(dòng)畫(huà)），其過(guò)程包含了對(duì)被投影物體的取景和觀察，來(lái)建立相應(yīng)的三維模型，并對(duì)投影機(jī)投射的位置、朝向和視野等因素來(lái)建立坐標(biāo)，然后經(jīng)過(guò)投影變換來(lái)最終實(shí)現(xiàn)。
21世紀(jì)初期開(kāi)始，各種基于3D投影技術(shù)的應(yīng)用開(kāi)始在當(dāng)今的數(shù)字化商業(yè)營(yíng)銷(xiāo)中呈井噴式發(fā)展。在人潮洶涌的戶外場(chǎng)景中用震撼性的視覺(jué)影像來(lái)高調(diào)地展示品牌、產(chǎn)品的核心賣(mài)點(diǎn)，并且在人群和網(wǎng)絡(luò)病毒的傳播中達(dá)到廣告的傳播效果，樹(shù)立品牌形象，這，其實(shí)已經(jīng)是一種非常普遍和典型的營(yíng)銷(xiāo)手法了，尤其對(duì)于奢侈品，游戲，汽車(chē)等等行業(yè)來(lái)說(shuō)，更是開(kāi)創(chuàng)了一片線上線下整合聯(lián)動(dòng)的營(yíng)銷(xiāo)新天地。
究竟在這些令人驚奇又美輪美奐的真實(shí)投影秀，是如何做到的呢？下面我們將分別從視頻展示，視頻講解制作方法，以及相關(guān)的文字與大家一同分享3D立體投影技術(shù)背后的故事。
三維投影顯示技術(shù)的原理：
目前大多數(shù)主流的顯示技術(shù)都是基于二維平面上所顯示的。因此，三維投影的應(yīng)用領(lǐng)域非常之光，其技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式和實(shí)現(xiàn)效果也不斷優(yōu)化。從舞臺(tái)幕布，到玻璃屏，從藝術(shù)展示，到各種品牌新品發(fā)布會(huì)⋯⋯今天的三維投影可以投射在任何介質(zhì)的平面上。
運(yùn)用激光投影儀，三維建模，以及燈效的設(shè)計(jì)，是三維投影技術(shù)最為常見(jiàn)的方式，以下這一視頻，其精美絕倫的三維激光動(dòng)感畫(huà)面，讓人不得不傾心。
此外，各種投射屏的創(chuàng)新使得今天的3D投影顯示技術(shù)可以應(yīng)用在各種各樣不同的場(chǎng)合與場(chǎng)景之中，帶來(lái)更豐富多彩的三維投影視覺(jué)享受：
車(chē)體投影:
墻面投影:
水幕投影:
樓體投影 Architecture Projection Mapping
樓體投影，或稱(chēng)建筑投影，是目前商用領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的投影方式。利用建筑物當(dāng)作大型投影布幕的技術(shù)，看起來(lái)好像很簡(jiǎn)單其實(shí)不然，建筑物不像一般投影幕，建筑物不平整又在戶外，還有必須利用到多臺(tái)投影機(jī)這是硬體問(wèn)題，如果畫(huà)面要精彩，跟被投影物的集成性要夠高，這對(duì)于影片制作的難度就更高了，故事又要配合所設(shè)計(jì)的主題，整個(gè)來(lái)說(shuō)就是一個(gè)高難度的藝術(shù)作品，算是軟硬集成很好的例子。
空氣霧幕投影
由投影機(jī)與空氣霧幕系統(tǒng)構(gòu)成氣體投影系統(tǒng)。空氣螢?zāi)幌到y(tǒng)可以制造由水蒸汽所構(gòu)成的霧墻，作為投影機(jī)影像投射的媒介，而霧墻的分子會(huì)因振動(dòng)而形成層次感和立體感很強(qiáng)的影像)
無(wú)論是哪一種介質(zhì)的投射成像，其原理都是相仿的。所有這些活靈活現(xiàn)的三維視覺(jué)震撼的背后，都有著精密且
善的工作過(guò)程：
三維投影制作的流程：
建模
加工（場(chǎng)景布局、三角剖分、繪制）
繪制三維模型
反射和明暗模型
感謝各種專(zhuān)業(yè)的三維圖形應(yīng)用程序接口API（如OpenGL、Direct三維、RenderMan、RenderWare等），使得三維模型的創(chuàng)建過(guò)程大大得到簡(jiǎn)化，并且使得投射的三維影響也更為逼真，生動(dòng)。
3D顯示/成像技術(shù)——未來(lái)世界, 真實(shí)視界
可以說(shuō)，目前三維投影技術(shù)已經(jīng)逐漸趨于成熟。但是這種投影技術(shù)所帶來(lái)的3D影像技術(shù)大多應(yīng)用于工業(yè)與商用領(lǐng)域，對(duì)于家庭消費(fèi)領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，它還無(wú)法帶來(lái)任何價(jià)值。回到本文開(kāi)篇的問(wèn)題，其實(shí)電影院的3D電影基于的是3D顯示技術(shù)，其技術(shù)原理與以上介紹的3D投影有本質(zhì)上的區(qū)別。而3D顯示技術(shù)可以說(shuō)是這個(gè)時(shí)代里應(yīng)運(yùn)而生的時(shí)代新寵，讓人們熱衷于投身這一領(lǐng)域，因?yàn)樗钦嬲苿?dòng)3D時(shí)代趨勢(shì)性變革的重要技術(shù)之一。 它究竟是什么呢？ 為了區(qū)分這兩個(gè)容易混淆的技術(shù)概念，我們下面與大家一起分享一些關(guān)于3D立體顯示技術(shù)的一些基礎(chǔ)內(nèi)容：
3D顯示技術(shù)的組成: 眼鏡式&裸眼式
無(wú)論是目前的眼鏡式3D，還是新興的裸眼3D，其技術(shù)原理運(yùn)用的都是人類(lèi)左右眼的視覺(jué)錯(cuò)特征，也就是我們的左右兩只眼睛之間的差距。這類(lèi)技術(shù)是通過(guò)畫(huà)面的一些設(shè)置，讓我們誤以為眼鏡所看到的是三維的。
1) 眼鏡式3D
眼鏡D是目前電影院和家用領(lǐng)域比較常見(jiàn)的一種技術(shù)形式，這類(lèi)技術(shù)所顯示的3D畫(huà)面需要人們佩戴專(zhuān)門(mén)的3D眼鏡才能正常觀看。
人的兩眼分開(kāi)約5公分，兩只眼睛除了瞄準(zhǔn)正前方以外，看任何一樣?xùn)|西，兩眼的角度都不會(huì)相同。雖然差距很小，但經(jīng)視網(wǎng)膜傳到大腦里，腦子就用這微小的差距，產(chǎn)生遠(yuǎn)近的深度，從而產(chǎn)生立體感。一只眼睛雖然能看到物體，但對(duì)物體遠(yuǎn)近的距離卻不易分辨。根據(jù)這一原理，如果把同一景像，用兩只眼睛視角的差距制造出兩個(gè)影像，然后讓兩只眼睛一邊一個(gè)，各看到自己一邊的影像，透過(guò)視網(wǎng)膜就可以使大腦產(chǎn)生景深的立體感了。各式各樣的立體演示技術(shù)，也多是運(yùn)用這一原理，我們稱(chēng)其為“偏光原理”。
在眼鏡式3D技術(shù)中，我們又可以細(xì)分出三種主要的類(lèi)型：色差式、被動(dòng)偏光式、主動(dòng)快門(mén)式，也就是平常所說(shuō)的色分法、光分法和時(shí)分法。
Dolby杜比3D數(shù)字顯示原理
市面在售的偏光產(chǎn)品都是分光偏光產(chǎn)品，在圖象清晰度和3D效果上都存在一定缺陷。目前，LG、康佳、TCL、海信、創(chuàng)維等品牌都有采用分光偏光3D技術(shù)的產(chǎn)品。
裸眼3D
裸眼3D技術(shù)大多處于研發(fā)階段，并且主要應(yīng)用在工業(yè)商用顯示市場(chǎng)，所以大眾消費(fèi)者接觸的不多。從技術(shù)上來(lái)看，裸眼式3D可分為光屏障式（Barrier）、柱狀透鏡(Lenticular Lens)技術(shù)和指向光源（Directional Backlight）三種。裸眼式3D技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)便是擺脫了眼鏡的束縛，但是在技術(shù)成本，顯像效果上還存在諸多不足。 具體參見(jiàn)：果殼網(wǎng)《裸眼式3D技術(shù)》
還有一種技術(shù)，也可以為我們實(shí)現(xiàn)不用戴眼鏡就能看到真實(shí)的三維物體和空間，就是全息：
全息投影與全息成像技術(shù)
全息的本意是在真實(shí)世界中呈現(xiàn)一個(gè)3D虛擬空間，這個(gè)概念從20世紀(jì)末期開(kāi)始被不同程度地探索執(zhí)行。
2011年11月，英國(guó)《自然》雜志封面文章介紹的新成果，顯示科學(xué)家們已發(fā)明出近乎實(shí)時(shí)傳送水平的3D全息成像技術(shù)，即“全息網(wǎng)真”。《每日郵報(bào)》評(píng)論稱(chēng)該突破將可使電視電影、電腦游戲、街頭3D廣告甚至遠(yuǎn)程醫(yī)療出現(xiàn)徹底革命。
并且，這是一場(chǎng)目前仍然處于襁褓中蓄勢(shì)待發(fā)的革命。
Holographic projections全息投影——“偽裝"的全息技術(shù)
真正的全息成像目前還沒(méi)有真正進(jìn)入應(yīng)用階段，而我們卻已經(jīng)聽(tīng)說(shuō)過(guò)不少打著”全息“名號(hào)的例子，其實(shí)，目前所能看到的關(guān)于全息3D的應(yīng)用，大多運(yùn)用的是一種偽裝的全息技術(shù)——即全息投影。比如，MIT開(kāi)發(fā)出的一種特殊材質(zhì)的全息薄膜，是一種投射產(chǎn)生全息圖像的隱形膜，是人們看不到的一面”隱形的幕布“，全息投影通過(guò)光的投射而產(chǎn)生。其實(shí)本質(zhì)上仍然是投影。
全息投影技術(shù)，原理上是利用干涉和衍射記錄并再現(xiàn)物體真實(shí)的三維圖像的記錄和再現(xiàn)的技術(shù)。全息投影技術(shù)本質(zhì)是利用光學(xué)原理，通過(guò)空氣或者特殊的立體鏡片上形成立體的影像，全息投影技術(shù)能夠呈現(xiàn)360度的3D影像，觀眾從任何角度觀看影像的不同側(cè)面皆不會(huì)失真。
而全息投影技術(shù)本質(zhì)上也不能稱(chēng)之為全息，還是投影反射原理。盡管全息投影的應(yīng)用已經(jīng)開(kāi)始逐漸顯示出發(fā)展的勢(shì)頭，只是，科技產(chǎn)品市場(chǎng)化的前提是質(zhì)量與成本達(dá)到臨界，全息投影的路還有很長(zhǎng)。
Holographic technology 全息成像技術(shù)
Holograms, of course, do show three-dimensional images. However, you normally have to look at or through a piece of glass (or film) to see the image. If there is any "mid-air" effect, it is because the holographic image appears slightly in front or behind the glass.—— Laser Show Resource Guid
三維全息技術(shù)的原理可以看做是一個(gè)全息攝像機(jī)快速刷屏的過(guò)程，其原理是利用干涉和衍射原理記錄并再現(xiàn)物體光波波前的一種技術(shù)。
其第一步是利用干涉原理記錄物體光波信息，此即拍攝過(guò)程：被攝物體在激光輻照下形成漫射式的物光束；另一部分激光作為參考光束射到全息底片上，和物光束疊加產(chǎn)生干涉，把物體光波上各點(diǎn)的位相和振幅轉(zhuǎn)換成在空間上變化的強(qiáng)度，從而利用干涉條紋間的反差和間隔將物體光波的全部信息記錄下來(lái)。記錄著干涉條紋的底片經(jīng)過(guò)顯影、定影等處理程序后，便成為一張全息圖，或稱(chēng)全息照片；
其第二步是利用衍射原理再現(xiàn)物體光波信息，這是成象過(guò)程：全息圖猶如一個(gè)復(fù)雜的光柵，在相干激光照射下，一張線性記錄的正弦型全息圖的衍射光波一般可給出兩個(gè)象，即原始象（又稱(chēng)初始象）和共軛象。再現(xiàn)的圖像立體感強(qiáng)，具有真實(shí)的視覺(jué)效應(yīng)。全息圖的每一部分都記錄了物體上各點(diǎn)的光信息，故原則上它的每一部分都能再現(xiàn)原物的整個(gè)圖像，通過(guò)多次曝光還可以在同一張底片上記錄多個(gè)不同的圖像，而且能互不干擾地分別顯示出來(lái)。
全息成像技術(shù)與全息投影的最大區(qū)別在于： 前者依然受到立體鏡面組成的360度投射空間所限制，而全息成像可以實(shí)現(xiàn)人們?nèi)庋蹮o(wú)法看出處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)之中的玻璃鏡，所呈現(xiàn)的靜態(tài)/動(dòng)態(tài)全息影像幾乎可以和真人一樣面對(duì)面互動(dòng)。不過(guò)前提還是要保持一定的間隔距離，不然⋯⋯
利用全息投影技術(shù)，可以讓身處異地的人們“面對(duì)面”地進(jìn)行交流，令人稱(chēng)奇。
而這一種應(yīng)用，走出實(shí)驗(yàn)室不久，真正應(yīng)用全息成像的案例也不多。
