3D立体显示器 今非昔比

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  过去看立体电影,观众会领到一副硬纸板做的3D眼镜,一边的镜片是红色玻璃纸,另一边则是蓝色的。也许人们还对那种3D特效记忆犹新。不过如今,在美国纽约大学媒体研究实验室的一间漆黑的屋子里却摆放着另外一种叫做“自动立体显示器”的设备。这个设备看起来非常怪异,在这个计算机屏幕前约8厘米的地方安装了一块叫做“视差格栅”的液晶片。屏幕两侧各有一台小型摄影机,摄影机旁边则围绕着小小的红外线灯。当系统打开之后,你会看到鬼魅般的3D影像飘浮在屏幕和视差格栅之间的空间里。那是一个人类的脚骨模型,用不同的颜色强调出跗骨、跖骨和趾骨。影像慢慢翻转,看起来好像却有其物,真实的令人毛骨悚然。不过此刻并不需要戴红蓝眼镜。
  在这之前,大部分的3D计算机图像制作方式,都是在屏幕上显示双重影像,然后让使用者戴上偏光眼镜(为每只眼睛过滤掉其中一个影像)或是快门眼镜(交替遮挡住每只眼睛看到的影像),但培林和他的同僚却决定拿掉累赘的眼镜。他们发明的系统同样是显示双重影像,一个针对左眼,另一个针对右眼,不过影像会在屏幕上交错,结果就成了垂直条纹所组成的锯齿状混乱图像(因为一般计算机屏幕的扫描线是水平的,系统设计者只要将屏幕横倒过来,就可以产生垂直效果)。
  视差格栅能让这团混乱变成3D影像。你可以把这个装置视为观赏者和屏幕之间的一道栅栏,这片液晶的技术名词称为“聚亚酰胺单元”,能形成快速从左向右移动的垂直黑带。在任一时刻,使用者的左眼观察到其中一个影像的条纹画面(就好像从篱笆后面看出去一样)时,右眼则观察到另一个影像的条纹画面。这些条纹让左眼不会看到针对右眼发出的影像,反之亦然。由于这道栅栏移动的速度非常快,大约每1/60秒,视差格栅就能来回一次,所以使用者并不会察觉到条纹的存在,反而每只眼睛都会看到一个完整的影像,而且影像会随着眼睛位置的不同而调整。这里就是红外线灯发挥作用的地方了:摄影机会测量从使用者的视网膜里反射出来的光线,借以追踪使用者眼睛的位置。所以,每次只能有一位使用者看到3D影像。
  当你上下前后地调整头的位置,变换不同的观察角度时,系统便调整脚骨的影像以迎合你的移动,让你几乎能从各个角度看到东西。偶尔会瞥见影像出现一些错乱的黑色缺口,可能是红外线光束的游离反射所引起的。脚骨看起来也有点暗,因为视差格栅的移动条纹遮断了屏幕的一些光线。纽约大学媒体研究实验室主管培林培林说,只要换一个更亮的屏幕,就可以解决这个问题。他表示,这种3D显示器技术可能最先应用到娱乐业,纽约大学媒体研究实验室正和一家软件公司协商,希望能研发出计算机游戏系统的3D显示器。
  在哥伦比亚大学里,研究人员也在研发另一种显示技术,可望加强计算机图像的真实感。这套“亮度感应显示器”能判断外界光线抵达计算机屏幕的方向,然后调整屏幕上的影像,以便产生适当的阴影与反光。实验室一个黑漆漆的房间里,墙上挂着平板显示器,就好像挂着一幅画似的。屏幕上有幅静物画,里头有一盘葡萄、一瓶葡萄酒、一个胡椒研磨器,还有一条放在砧板上的死鱼。木质的屏幕框上嵌着一台半球型的摄影机,上面的广角镜头能侦测房里每个地方的光源。
  实验室主任纳亚尔手里拿着一盏可弯折的台灯,当台灯在显示器前移动时,灯光照射到画面上,静物的影像立刻随之改变了:胡椒研磨器的阴影从左边移到右边,葡萄上闪耀着忽明忽暗的光线,那瓶酒看起来则亮晶晶的。效果几乎是实时出现,因为屏幕每秒会变换15格画面。虽然分辨率还不够好,无法显现鱼鳞上的细微反光,但这已经够让人叹为惊奇了。
  纳亚尔与同僚研发亮度感应显示器的过程,同样让人印象深刻。一开始,他们考虑过光线追踪法——也就是计算机动画师为卡通里的风景投射阴影的做法。不过他们很快就了解到,这个方法需要大量的计算,所以影像变化的速度不够快。他们后来决定把物品摆在数百种不同的照明状况之下,然后一一拍照,并把所有的影像储存在系统的内存内。纳亚尔说,为静物拍照花了很多的时间,最后连鱼都开始发臭了。这样,当屏幕旁的摄影机侦测到特定角度的光源时,屏幕就会快速从内存中调出适当的影像,显示出合宜的阴影与反光。
  这个方法牵涉到大量的数据,所以纳亚尔的小组开发出一种压缩信息的巧妙办法:利用笛卡儿格网把影像切割成许多部分。当外界光源移动时,影像并非每部分都会发生改变,反而有许多部分会保持不变,有些则只发生细微变化。所以,对这些鲜少发生变化的部分,显示系统只需要储存一或两个影像即可。利用这种压缩方式,纳亚尔的小组就能够把系统所需要的记忆空间,从巨大的4GB缩减成比较可行的10MB。
  纳亚尔表示,这项技术应该具有某些教育方面的用途。他的小组已经为米开朗基罗的大卫雕像制作出可用亮度感应显示器观赏的高画质影像。纳亚尔本身是一名业余画家,这或许可以解释,为什么他那个有关水果与鱼的影像会很像17世纪某位荷兰画家的静物画了。他说:“荷兰画家很讲究水果的正确度,为了呈现葡萄的半透明感,他们会使用一层又一层的油彩,并且强调表皮下的光线效果。”也许一般的计算机使用者并不需要屏幕具有相同的照相写实效果,不过能见到图形设计师拥有崇高的目标,至少是好事一桩。
  
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