人們對(duì)客觀環(huán)境的感知總是通過視覺、聽覺、觸覺、嗅覺及味覺等自然地獲取的，對(duì)系統(tǒng)的控制亦應(yīng)自然地借助自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，即利用性能先進(jìn)的傳感器對(duì)人體位置及力度進(jìn)行有效的探測(cè)。換句話說，人們對(duì)客觀世界的感知方式有多種，借助視覺所能獲取的信息量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了通過聽覺、觸覺、嗅覺及味覺等其他方式所能獲取的信息量，而且視覺可產(chǎn)生客體景物的深度感，即提供客體景物的立體三維信息。臨場(chǎng)感是指觀看者似乎感到被顯示的畫面空間與觀看者所在的實(shí)際空間是在同一個(gè)空間內(nèi)。深度感可被視為依存于進(jìn)深方向的距離、前后關(guān)系反映于人眼視網(wǎng)膜而產(chǎn)生的心理暗示（cue）因素。立體感則是如全息攝像所呈現(xiàn)出的立體三維空間物體的厚度與鼓起等心理暗示因素或表現(xiàn)平面二維圖像及繪畫所顯示出立體三維效果的心理暗示因素。立體感和深度感有時(shí)真的還很難截然分開。 立體三維顯示的臨場(chǎng)感是使人具有“身臨其境”逼真感之根本。為要逼真地模擬視覺功能，在很大程度上是依賴于立體三維顯示技術(shù)的圖像處理及理解能力，圖像處理的質(zhì)量愈高，圖像處理的速度愈快，圖像識(shí)別的能力愈強(qiáng)，系統(tǒng)的理解能力愈完善，系統(tǒng)的視覺臨場(chǎng)感便愈佳。視覺是提高臨場(chǎng)感的重要因素，但并非是唯一的因素。人們?cè)A(yù)言，聽覺可能是立體三維顯示技術(shù)中最先達(dá)到逼真程度的領(lǐng)域，觸覺是一個(gè)剛起步研究與試驗(yàn)的領(lǐng)域，采用數(shù)據(jù)手套來提供觸覺反饋信息。這種由微處理器和傳感器構(gòu)成的數(shù)據(jù)手套，與視覺、聽覺相配合，極大地增強(qiáng)了立體三維顯示系統(tǒng)的臨場(chǎng)逼真感。而嗅覺與味覺還屬于一個(gè)尚未實(shí)質(zhì)性開展研究的領(lǐng)域。故提高立體三維顯示系統(tǒng)的臨場(chǎng)感，尚需進(jìn)行大量艱苦的工作。
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[i0S 人們對(duì)記錄和再現(xiàn)客觀世界的立體三維圖像顯示向往已久，除雕塑外，這方面一直缺乏行之有效的手段。印刷術(shù)及照相術(shù)的問世使得視覺信息可借助價(jià)廉的大批量復(fù)制而廣為傳播，從而標(biāo)志著一個(gè)嶄新的信息時(shí)代的到來。但傳統(tǒng)的圖畫及照片僅能顯示出平面二維的圖像。如何利用平面二維記錄介質(zhì)來產(chǎn)生出三維信息即立體三維圖像，是現(xiàn)代科技的一個(gè)重要的研究課題。
E9[8th,t F~O! J@4] 光學(xué)式立體三維顯示技術(shù)大致可分為非全息顯示和全息顯示兩大類。圖1示出其分類狀況，本文將對(duì)其逐一加以扼要的介紹。
*$>$O% Y'%_-- 一、非全息顯示
7h/{F({r= \'N|1!EO|t 1、構(gòu)成圖像深度感的機(jī)理
/t?(Ic P5 F[OBPPQ3 人體生理學(xué)的研究表明，人眼對(duì)客觀世界的深度感主要來自如下四種效應(yīng)：
k C[nY m ;I;{+"u （1）調(diào)節(jié)效應(yīng)
'w7{8^Z2 調(diào)節(jié)效應(yīng)是指人眼借助于纖毛體肌肉的拉伸來調(diào)節(jié)眼球晶狀體的焦距。顯然，即使用單眼觀看物體時(shí)，這種調(diào)節(jié)效應(yīng)也是存在的，故它屬于一種單眼深度感心理暗示。但這種心理暗示只有在與雙眼心理暗示共同配合下，且物體距人眼較近時(shí)才會(huì)起作用。
zphStiwIQ k)USLA （2）會(huì)聚效應(yīng)
^ A$~8?f 會(huì)聚效應(yīng)系指當(dāng)用雙眼觀看物體上的一點(diǎn)時(shí)，兩眼視軸所構(gòu)成的角度稱為會(huì)聚角。顯然，當(dāng)纖毛體肌肉的拉伸使眼球稍微轉(zhuǎn)向內(nèi)側(cè)，以便對(duì)著一點(diǎn)觀看時(shí)便能給出了一種深度感的心理暗示，這種雙眼心理暗示便稱為會(huì)聚效應(yīng)。通常，調(diào)節(jié)效應(yīng)與會(huì)聚效應(yīng)相互關(guān)聯(lián)，會(huì)聚效應(yīng)亦僅在物距較近時(shí)才較為明顯。
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?hpk)Qu （3）雙眼視差
}c,}+{q 人的雙眼具有一定的空間距離，瞳孔間距約為6.5㎝，當(dāng)雙眼觀看同一立體三維物體時(shí)，雙眼是從略微不同的角度注視的，從而雙眼視象會(huì)稍有差異，這種差異稱為雙眼視差。對(duì)于中等視距的物體，人們公認(rèn)雙眼視差信息是深度感最重要的心理暗示。當(dāng)人眼觀看物體上的一點(diǎn)時(shí)，從該點(diǎn)發(fā)出的光便聚焦于雙眼視網(wǎng)膜的中心斑點(diǎn)。故可以說，一雙眼內(nèi)的兩個(gè)中心斑點(diǎn)在視網(wǎng)膜上給出了“對(duì)應(yīng)位置”，從而依據(jù)“對(duì)應(yīng)位置”來確定會(huì)聚的大小。而來自注視點(diǎn)以外各點(diǎn)的光線并不總是聚焦在兩視網(wǎng)膜的對(duì)應(yīng)位置，這種效應(yīng)稱為雙眼視差效應(yīng)。現(xiàn)代發(fā)展起來的各種由平面二維圖象產(chǎn)生出立體三維圖象的技術(shù)也正是利用這一基本機(jī)理。
cjO,#W0&f `+/[0B=. （4）單眼移動(dòng)視差
Vb X$i!>8 當(dāng)用單眼觀看物體時(shí)，若眼睛位置不動(dòng)，調(diào)節(jié)效應(yīng)便是對(duì)深度感的唯一心理暗示，若允許觀看位置移動(dòng)的話，便可利用雙眼視差這種效應(yīng)從各個(gè)方向來觀看物體，從而產(chǎn)生出深度感，這個(gè)效應(yīng)便稱為單眼移動(dòng)視差。顯然，單眼移動(dòng)視差對(duì)靜態(tài)物體就不起作用。
P6 G/J- >heih%Ar0J 綜上所述，人眼觀看一個(gè)全息再現(xiàn)圖象宛如觀看一個(gè)實(shí)際的三維物體一樣，上述四種效應(yīng)全部同時(shí)存在，故人眼處于自然觀看的狀態(tài)。而人眼觀看一個(gè)立體圖象時(shí)，僅僅存在雙眼視差這一效應(yīng)。盡管它是對(duì)物體深度感至關(guān)重要的一種生理學(xué)上的心理暗示，但因不是全部的心理暗示而使人眼處于一種不十分自然的緊張狀態(tài)。這種狀態(tài)在短時(shí)間內(nèi)觀看靜態(tài)的立體圖象時(shí)并不明顯，但當(dāng)觀看立體電視時(shí)，由于人眼長(zhǎng)時(shí)間處于這種不十分自然的觀看狀態(tài)便會(huì)感到極不舒適及非常疲勞。
2 jx+q zR3Z(^]v 2、眼鏡式立體三維圖像
w02HSQ OiY2l;68 （1）互補(bǔ)色立體三維圖像
Ic&t_B*i}] 當(dāng)人們觀看兩個(gè)由互補(bǔ)色繪制成的體視對(duì)圖像時(shí)，需配戴上一副為互補(bǔ)色鏡片的眼鏡，如左眼借助紅色鏡片觀看到紅色的圖片，右眼通過藍(lán)色的鏡片觀看到藍(lán)色的圖片。由于每只眼睛僅能觀看到相應(yīng)色彩的圖片而觀看不到另一個(gè)的圖片，從而實(shí)現(xiàn)了雙像的分離；雙像在人的意識(shí)中的疊合則形成了立體感。該顯示方法的顯著優(yōu)點(diǎn)是其簡(jiǎn)易性，對(duì)視場(chǎng)和景深并無嚴(yán)格的限制。但這種不同色像的觀看與復(fù)合容易引起人眼的疲勞，而且還無法將其應(yīng)用于彩色的圖像。
UwQ 3q Xl*-A|:j （2）偏振式立體三維圖像
bvR*sT#rg 1938 年，在紐約舉行的世界博覽會(huì)上，展示出首座大型立體電影院，其機(jī)理即為偏振式立體三維圖像。該顯示方法的基本思路是用正交偏振的兩束光同時(shí)將一體視對(duì)圖像投影至同一屏幕上，同時(shí)讓觀看者配戴上用一對(duì)正交偏振片制成的眼鏡，即可實(shí)現(xiàn)雙像的分離。這種顯示方法可制成寬視域和大景深，成像質(zhì)量?jī)?yōu)異，畫面栩栩如生，且還可將其應(yīng)用于彩色的圖像，故在日后迅速發(fā)展的立體電視中得到了廣泛的應(yīng)用。迄今，它仍是實(shí)現(xiàn)大屏幕立體顯示最具實(shí)用價(jià)值和最便于普及推廣的一種立體三維顯示技術(shù)。
I_ .;nU1xA <FK7Rz:4T （3）棱鏡式立體三維圖像
/ ADxHw`k 近年來，有人提出利用棱鏡的色散作用實(shí)現(xiàn)立體三維彩色圖像。其機(jī)理如圖2所示。圖2中R，B分別表示一幅彩色圖像，R(Red)表示為紅色圖像，B(Blue)則表示為藍(lán)色圖像。左右雙眼分別借助一枚棱鏡觀看物體時(shí)，因棱鏡對(duì)藍(lán)光的偏轉(zhuǎn)角較對(duì)紅光的大，故經(jīng)棱鏡折射后的表觀位置分別移至R’和B’，即藍(lán)色物象移至紅色物像的前方，從而使圖像產(chǎn)生出深度感；R’和B’的縱向距離則為物像的景深。顯然，若將圖2中兩枚棱鏡的方向反轉(zhuǎn)，將楔角向外，則可使R’和B’移至其真實(shí)位置R和B的后部，而 B’位于R’ 的后方，即與原棱鏡方向相比，表觀像發(fā)生了深度的反轉(zhuǎn)。再進(jìn)一步的話，亦可將每一枚棱鏡換成一枚高折射率棱鏡與另一方向倒轉(zhuǎn)的低折射率棱鏡相組合，從而實(shí)現(xiàn)隨意調(diào)節(jié)物像的位置與深度之目的。
0KT{K( S8vm XlD （4）光柵式立體三維圖像
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