一、立体摄影技术发展历史

大概在纪元前400年左右，西腊的数学家欧几里德(euclid)首先发现，人类之所以能洞察立体空间，主要是因左右眼所看到的景物不同而产生。这个现象即为今日我们所谓的双眼视差(binocular parallax)，也是立体照相的基本原理。

立体摄影是十九世纪上半叶在心理生理学、光学和银盐感光技术成果基础上发展起来的。从1838年，科学家惠斯登（C.W.heatstone）发明立体镜揭示视差机理，到1839年法国的达 盖儿（J.M.daguorre）发明银盐照相机技术，到1841年到英国物理学家塔尔 博特（F.Talbot）利用两台单镜头相机合并设计的立体相机问世以来，立体摄影与传统的单镜头平面摄影几乎同步发展，下面我们就来细说一下这几个重要的阶段。

首先，立体照相的技术起源于十九世纪的三十年代，由英国的wheatstone着手研究人的视觉，并于1838年发明了立体镜（stereo scope）。

立体镜（stereo scope）

立体镜是由两面彼此垂直的镜子所组成，左右照片个别放置在照片的夹具上,转动游戏杆将照片调整至适当位置即可看到立体影像。1839年， daguerre发明银盐版照相法，不但垫定了照相的基础，同时也带动立体照相的蓬勃发展。1849年，davidbrewster以凸透镜取代立体镜中的镜子，发明了改良型的立体镜，此改良型的立体镜即成为今日的看片器(viewer)的始祖。

看片器(viewer)

历史上，立体摄影经历了几次发展的高峰阶段。首先，十九世纪中后期伴随着立体镜的出现和普及产生了规模空前的立体照片热，形成了世界摄影史上第一次立体相机的大繁荣。

立体照相机

第二次世界大战后至上世纪50年代，依托先进的机械、光学和银盐技术的发展，大批新型立体相机相继问世，掀起第二次立体摄影热。但此时，立体观赏仍以图对立体镜为主。直至上世纪八九十年代，伴随着彩色胶片和冲扩技术的普及，多镜头立体相机和柱镜光柵的利用，国际上又掀起了第三次立体摄影的热潮。光柵法立体摄影技术的应用奠定了现代裸眼立体显示的基础。进入二十一世纪，数码技术飞速发展，特别是数码相机、液晶显示及数字图像处理技术的快速发展，立体摄影全面进入数码时代。

二、影像简史：从2D、3D到裸眼3D

从最早人类学会在岩壁洞穴以绘画记录事物开始，人们对立体、真实的画面追求就从未停止过。我们从成像的角度出发，梳理一下人类从2D成像、3D成像到裸眼3D，人们都经历了哪些过程。

1、2D成像

“暗箱”投射成像技术

▎15世纪：“暗箱”投射技术开启成像启蒙

绘画在相当长的一段时间内，作为重要的记录工具存在着。风景、静物、人像，尤其是文艺复兴时期，绘画创作达到了顶峰。当时，所有画家都需要暗箱来辅助绘画创作，光线通过暗箱的小孔，在墙面投射成像，这种技术，后来成为了相机的前身，与成像启蒙有着密切的关系。

▎1826年：暗箱拍摄出世界第一张照片

世界上第一张照片

现存最早的照片。1826年由法国人尼埃普斯用暗箱拍摄。曝光时间长达8小时。这张照片一度被世人遗忘，1898年，它最后一次在伦敦公开，之后直至1952年，才被历史学家再次寻回，两次公开，前后相隔超过半世纪。

▎1835年：卡罗照相法开创由负转正的摄影工艺

《自然的画笔》配图照片

英国发明家塔尔博特于1841年正式发表了卡罗照相法，但是，早在1835年，他就用涂上感光物料的高级书写纸张，拍摄了世界上第一张负像照片，即后来所谓的负片。1844年至1866年之间塔尔博特还出版了世界上第一本由照片作为配图的书《自然的画笔》（上图是其中一张配图）。负片可通过接触式印相获得正像照片，由此开创出由负转正的摄影工艺。

▎1837年：银版摄影法让静物照片更富立体感

卡盖尔作品

最早用银版摄影法拍摄的静物照片，由法国巴黎著名剧院首席布景画家达盖尔拍摄于1837年。窗口的自然光，令照片画面更富立体感。这种摄影法在世界各地广为流传，更一度成为主流摄影方法。

▎1838年：第一张“动”物照片诞生

1838年的巴黎第三区圣殿大道

银版摄影法拍摄的1838年巴黎第三区圣殿大道。这是第一张关于人的照片，由于曝光时间超过10分钟，原本在街上移动的车辆，因速度太快而无法保留在照片里；而画面左下角擦靴子的人，则由于站立时间足够长，被保留在照片上。

▎1861年：第一张彩色照片诞生

世界上第一张彩色照片——带有花呢格纹的缎带

1861年，物理学家麦克斯韦在皇家研究所做的有关色彩理论的讲座中，展示了经由三色叠加原理所拍摄的世界上第一张彩色照片。照片中是带有花呢格纹的缎带。

▎1895年：X射线成像研发成功

X射线成像技术

1895年德国物理学家威廉?伦琴发现X射线（一般称X光），开启了医学影像崭新的一页，在此之前，医生只能通过直接剖开或触诊的方法了解病患身体内部情况，风险很大。此后，超声波、核磁共振、心血管造影等一系列成像技术在医学领域得到飞速发展。

▎1948年：宝丽来即时成像技术问世

宝丽来即时成像技术拍摄的照片

宝丽来公司由美国物理学家埃德温 兰德于1937年成立。1944年研发出即时摄影技术。1948年11月26日，宝丽来推出世界上第一个即时成像相机Polaroid 95（又称Model 95）。

▎1975年：第一张数码照片

柯达——数码照片

柯达于1975年开发了世界第一部数码相机，胶片冲印的照片从此逐步被数码照片所替代。人们可以在计算上查看电子版照片。

（资料参考：良仓）

2D成像发展至此已经奠定了日后的基调。但这并不是成像的终结，真实、立体，一直是人们追求的目标。

2、3D成像

3D成像是靠人两眼的视觉差产生的。人的两眼（瞳孔）之间一般会有8厘米左右的距离。要让人看到3D影像，就必须让左眼和右眼看到不同的影像，使两副画面产生一定差距，也就是模拟实际人眼观看时的情况。3D的立体感觉就是如此由来的。可以做个小实验：

三维立体画

这个东西相信大部分80后都很熟悉，三维立体画上世纪90年代时曾风靡一时，用手指将眼睛对在一起，再看时，一幅美轮美奂的3D画就呈现出来了，这就是“对眼”观看。这是门技术活，要点在于看图片的时候两眼要失焦，处于一种迷离状态，但大多数人看的头昏脑涨，对成斗鸡眼也没看出个立体的东西来，小编就是那铩羽而归的一员。

实际上，早在1903年，科学家就发现了“视差创造立体”的原理，碍于种种限制，3D成像仍然没有进展。直到1924年电视发明出来，占据了人们大部分的闲暇时间，科学家开始不吝于尝试将当时所有的立体技术都应用到电视上面。

▎立体电视

在早期黑白电视时代，比较成功的立体电视是由两部电视摄像机拍摄影像并用两个独立的视频信道传输到两部电视机，每部电视机的屏幕上安置一块偏光板，然后用偏光眼镜去观察，这样的立体电视系统可以获得较好的立体图像。

20世纪50年代，彩色电视技术发展到接近实用的阶段，“互补色立体分像电视技术”开始应用于立体电视。基本方法是用两部镜头前端加装滤光镜的摄像机去拍摄同一场景图像，在彩色电视机的屏幕上观众看到的是两副不同颜色的图像相互叠加在一起，当观众通过相应的滤光镜观察时就可以看到立体电视图像。

立体电视

但是由于通过滤光镜去观察电视图像，彩色信息损失极大；其次是彩色电视机本身的“串色”现象引起干扰，同时由于左、右眼的入射光谱不一致，易引起视觉疲劳。这也是立体电视没有成为主流的一个重要原因。

▎3D眼镜

80年代，彩色立体三维技术开始流行，这种技术的原理简单，通过物理学原理，使用不同颜色的滤光片进行画面滤光，使得一个图片能产生出两幅图像。这种技术的成本非常低廉，同时效果也非常的差，仅需要一副滤光片的眼镜就可以实现。由此开启3D眼镜时代。

第一种：色差式3D眼镜

差不多是与对眼3D画同步出现的，当时在街头书摊、报刊亭中出现了一种印着红蓝参差不齐恐龙图片的神秘书籍，读者只需要戴上附赠的红蓝眼镜就可看到书中生动的恐龙世界。后来，又有人对这种技术进行了改进，让观看效果大为改观，直到现在，很多人仍然在使用这种技术。

色差式3D眼镜

但是色差式3D眼镜技术原理简单，自己就可制作，因而观看成本低。但观看时画面颜色丢失严重，观看时间不宜过长。

第二种：主动快门式3D眼镜

为了进一步改善3D观看效果，主动快门式3D技术应运而生。这种技术的原理是利用画面在屏幕上交错显示时的刷新速率来实现3D效果，一般需要达到120Hz。以三星、海尔、松下等为代表的电视厂商，其推出的3D电视大多采用这种技术。

主动快门式3D眼镜

用主动快门式3D眼镜，画面的每一像素都能完整显示，画面分辨率高，且能全高清显示。但眼镜需要充电，较重，价格普遍较高。且由于快门高速切换开闭，可能会感到画面闪烁，长时间观看对眼睛会造成不适。

第三种：被动偏光式3D眼镜

有没有不闪烁的技术呢？人们开始研究利用光线有“振动方向”的原理来把原始图像分解成左右或上下两组画面，然后配套的眼镜左右分别采用不同偏振方向的偏光镜片，这样人的左右眼就能接收两组画面，再经过大脑合成立体影像。被动偏光式3D眼镜由此诞生。它的最大特点是观看3D画面时不会感觉到闪烁，所以又俗称不闪式3D技术。目前，此技术主要在电影院或3D电视中见得较多。

被动偏光式3D眼镜

被动偏光式3D眼镜虽然可视角度广，画面无闪烁感，且价格较合理。但被动偏光式3D眼镜对显示设备的亮度要求较多，不能全高清显示，画面清晰度不高。

第四种：头戴式3D显示器

在2006年的CES展会上，eMagin发布了世界上第一款支持3D功能的头戴显示器“eMagin Z800 3D Visor”，这款产品通过左右眼分别显示的方式“制造”出立体的画面，由于左右画面分开不会相互影响，也不需要画面遮挡，所以可以营建出近乎完美的3D立体视觉效果。随后索尼也发布了重量级产品HMZ-T1，可以提供极其逼真且无闪烁的3D显示画面，视觉效果令人震撼，这款产品也因此被比喻为专属个人的3D IMAX影院。

实际上，早在1968年，美国ARPA信息处理技术办公室发明了“达摩克里斯之剑”头盔显示器，被认为是世界上第一个头盔显示器，能显现二维图像，没有浸沉感，用户只能看到的线框图叠加在真实环境之上。到了1975年，J.H.Clark在此基础上改进了一个曲面设计的交互环境。由于当时的相关技术还不成熟，并没有产生广泛的影响，但这已是3D交互技术的雏形，是进入VR应用的前奏。

达摩克利斯之剑

索尼HMZ-T1头盔显示器

头戴式3D显示器的立体视效和沉浸感还是不错的，但是设备整体笨重，容易造成疲累，且由于技术不成熟，也会产生晕眩、画面重影等，且价格偏高，并没有产生广泛影响。

同时，眼镜毕竟带来诸多不便，对于已经架了一副近视镜的同学来说，更是一种无法言说的痛。再者，长期戴眼镜的眼睛也会变成这样：

戴3D眼镜眼镜很容易产生疲劳

“偷懒”和“爱美”向来是科技进步的推动力，人们开始思考如何将眼镜摘掉，所以裸眼3D技术开始兴起。

3、裸眼3D

裸眼立体显示的基本原理仍然是双眼视差，通过作为分光器件的光栅把对应左眼图像的光线导入左眼，对应右眼图像的光线导入右眼，两个图像由于存在视差，因此在大脑中形成立体感觉。但早期的裸眼3D观看区域受限，偏离位置就会造成反视、重影、失真。同时，也会出现摩尔纹、串扰等影响观看效果。这一度成为技术的瓶颈。但是被超多维SuperD公司攻破难关。

超多维针对不同工艺类型的LCD，利用倾斜透镜阵列光栅消除摩尔纹；并首创矩形单窗口的2D/3D共融技术；优化液晶透镜，使折射率梯度分布等。最重要的是实现了人脸追踪，突破了观看区域受限的难点，镜头能准确找到观看者的双眼，使观看者看到最佳的立体图像。

这些技术被应用到手机、平板和笔记本电脑等硬件，由于加载了超多维的裸眼3D技术，突破了以往液晶屏幕二维显示的束缚，呈现出有纵深立体感的图像。