快来玩3D摄影

阿凡达

3D影像技术的存在,已经有很长的历史了,且不说早期的红蓝电影,二十多年前,世嘉就出品过伪全息3D的格斗类游戏街机,基本上,和今天你在各种科技馆,城市规划馆之类的地方可能会看到的,那种全身闪着光芒的立体影像小人,在油田,楼房之类的舞台场景里走来走去的技术是一个类型的。

而在阿凡达上映之后,高质量的3D影像技术也开始普及,VR、AR等各种概念也开始升温。不过,你有没有想过自己制作3D照片呢 ;) 这听起来似乎有点门槛,如果你觉得蛮有趣,那就跟我来,让我们来玩一玩呗。

原理

先讲原理吧,所谓3D视觉,本质上只是人的大脑对左右眼睛输入的有视差的两幅影像进行合成后形成的一种感官印象,而所有3D影像技术的基本原理就是模拟这个过程

首先在影像记录的时候,利用双眼分视原理,左右镜头分别拍摄一幅视角具有细微差别的二维图像。

然后在回放影像时,采用各种技术,来使左眼只能看到左边镜头所拍摄的影像,而右眼只能看到右边镜头所拍摄的影像。这样就还原了人在看一个真实的三维物体时的视觉输入,剩下的交给大脑来处理。

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3D视觉原理

绝大多数的3D影像技术(采用干涉原理的激光全息技术除外),都是围绕着如何更好地还原上述两个过程来做文章的,还原得越好,平面影像再造立体影像的视觉效果就越逼真

拍摄手段

知道了过程原理,接下来就是怎样将原理转变成方案了呗,首先是获取影像,要通过相机模拟双眼获得两幅影像,可以采取的手段包括:

双机双头

简单的说就是使用两个相机隔开一定具体,同步拍摄

  • 优点是: 适应面广(可以应对运动对象等)
  • 缺点: 设备要求相对加高,首先得有两个相机吧,让后需要同步两个相机的光圈/快门/焦距等等,需要同步触发摄录装置等等。其实严格地说,如果要考虑正确的视角比例关系,简单双相机并不OK,设备还是要定制,所以卡梅隆拍摄阿凡达之前花费了不少的精力和金钱(号称1200万美金)开发了整套设备。
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单机单头,移位拍摄

简单的说就是只用一个相机,换位置拍摄两次

  • 优点: 设备要求较低,容易实现
  • 缺点: 只适合拍摄静止对象,拍摄过程相对繁琐
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各种滑轨
各种滑轨

单机双头 / 双CCD 立体相机

其实就是 变相的双机方式,基本就是一个相机自带两个镜头,能同时记录两路影像

  • 优点: 简单,方便!
  • 缺点: 特定设备,灵活性差

比如富士生产过的3D相机

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要在家里自己随便玩一下,你大概不会去专门买一个3D相机,那么单机移位的方式应该是最适合的了,真的想装得有逼格一点,双机玩起来是像这样的:

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引用摄影无忌网友图片

拍摄流程

搞定设备方案,接下来就是怎么拍了。

首先是估计两张照片拍摄位置所需要的位移量,也就是要模拟人眼的视角,获得真实的立体感。既然模拟人眼,当然拍摄位移量是要参考眼睛间距的了,大约60到70毫米。不过在拍摄远处大场景时,如果想强调立体感(毕竟真实眼睛看远处的场景时,实际感官的立体感是很小的),可以适当放大和调整间距。

总体来说不要做得太过分,过于立体的画面,反而不真实,就像早期的立体电影,会拿夸张的出屏效果来做噱头,但是看多了总觉得假,甚至头晕。而如果你仔细看阿凡达,你会发觉真正震撼的3D影像靠的是真实感,而真实感是依托场景的丰富前后景细节和真实的透视和模糊关系来实现的。脱离了真实感官的夸张的效果,只能是一时的惊奇(惊吓)。

然后,就开始拍呗,使用双机或单机双头的话,没什么好说的了,我假定你用的是设备门槛最低的单机位移方案,那么,需要注意两次拍摄位置的精确控制,包括相机在两个位置的水平,镜头方向的夹角等。简单的话,保持镜头平行就好,但如果要精确控制最终3D影像的出入屏效果,那么是需要刻意选择一定的夹角的,这里不再细说。(如果最终选择红蓝方式的影像输出格式,还要注意场景的颜色,尽量不要有和红黄色相接近的物品)

影像处理

拍摄完毕,有点追求的同学,还要做一下图像处理吧,包括,两幅图像同步处理 畸变 / 色彩 / 曝光,图案对齐,旋转,出入屏设定等等,结果最好能预览吧。然后再选择合适的影像格式进行输出。如果你精通3D成像原理和PS技术,那么PS大法就可以搞定。如果不是,一个高效(简单)的工具就必不可少了。

合适的的软件并不太好找,或许这是一个过于专业(小众)的市场,没有多少钱可赚,也就没有太多人开发相关软件。基本可用的软件我就只找到 i3d 一个(如果你有更好的免费软件,推荐一下)

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i3d

版本有几年没更新了,虽然简陋一点,但是上述处理流程所需功能基本都涵盖了

影像输出格式

影像处理完毕以后,毕竟还是需要拿出来卖弄一下啊。这时就需要选择一个正确的输出展示方式,。否则结果就只是两张长得几乎一样的普通照片而已。输出的格式也有很多选择

位移重叠格式

还记得小时候和小伙伴们一起看过的这种立体画么?

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这种属于简单的位移重叠技术, 通常只能用来处理简单的图像,成像通常也只是前景和背景高低分层这样简单的效果而已

优点么...不需要任何观看设备的辅助, 自带斗鸡眼就可以了

色差输出技术(双色)

色差输出技术,基本就是通过补色相互之间正交的原理,来分离两只眼睛看到的图像。常见的补色方案有:红-蓝 / 红-绿 / 棕-蓝等。

下面是成像原理示意图(这里其实红蓝的输出画反了,没办法,没找到更合适的示意图)

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红蓝立体成像原理

简单的说,以最常见的红蓝眼镜(严格地说是其实红-青)方案为例,就是一路图像只包含三原色中红色相关信息,另一路图像只包含蓝,绿相关信息,两路图像重叠显示,然后,双色镜片会让对应通路颜色的光线通过,而阻挡另一路补色光线的通过。这样两路图像就能同屏显示而又分别被两只眼睛区别接收了。

他的缺点很明显,两边眼睛看到的内容都是部分色彩缺失的内容, 虽然大脑会进行一定的校正合成正常的色彩信息欺骗你的感官(好比,你知道,人眼的实际成像结果在视网膜上是倒立的影像么?但是你被欺骗以为是正立的),但是毕竟这些是大脑伪造的信息, 所以整体成像质量还是会受到影响

至于为什么要有多种配色方案,也是因为场景还原的颜色会失真,所以选择不同的补色可以针对不同的色彩场景,尽量找到色彩失真最少的配色方案

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各种配色方案

这个方案的优点是,效果还可以,辅助观看设备也比较简单,就是滤色片,对输出设备也没有要求,混合后的影像在任何彩色设备上以正常方式输出就可以了,屏幕,打印等等都没问题。比如下面这两张,通过红蓝眼镜就能直接看到立体影像了。

这张自己简单试拍的

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这张引用自色影无忌网友作品

网络图例

双图方案

双图方案,和位移重叠方案有点类似,基本上就是左右将两张图并列显示,这个严格说来自身并不具备立体成像的条件,更多的是依靠辅助观看设备来实现立体效果,比如通过立体观片器来看左右分布的图片,通过调整观片器透镜的角度,将两幅图像重叠。

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左右格式

比如上面两张图(第一张图来自网络,第二张自己实拍的),最好的方式是通过观片器来观看。但是,如果你想挑战一下斗鸡眼方案的话,也是可以做到裸眼3D的 ;) 两幅图上面我都标记了两个小点,先用斗鸡眼把左右两幅图都看成重影的两份,然后控制你的眼睛的焦点,调节重影的距离,使得重影中间的小点重合,那么下面的图像也就实现了左右重合,从而3D化了。 有本事你试试看 ;)

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立体观片器原理示意图

立体观片器,原理如上图所示,如果说立体观片器你没什么感觉,那么提到VR眼镜,是不是突然就觉得很高科技了呢?

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VR眼镜

市面上的VR眼镜从几十元到上万的都有,这其中大部分低端的眼镜,其实就是一个立体观片器,绑上一个可以放手机的卡槽,通过手机播放左右图片,很简单是吧,真的没啥黑科技。

事实上,这种方案,早在十八世纪年就开始出现了,是最早商业化的立体成像技术之一,一度和摄影技术一起,风靡了几十年

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19世纪德国产立体观片器

总结来说,这一类型的方案,通常对输出或者观看设备有相对较高的要求(相对的),反过来说,成像效果通常也是最好的。

动画模拟输出

这个,严格说不算一种立体输出格式,只是用动画展示静态图像的不同角度,来模拟演示图像的立体效果,通常可以作为一种预览手段。

影像输出设备

说完了影像的输出格式,接下来再看看最终的输出设备。除了普通的画面输出方案,需要特殊对待的格式的输出方案基本上可以分为:分色,分光,分时三种技术方案

分色

分色方案在上面说的红蓝等影像格式的时候介绍过了,生活中你可能遇过的例子,包括早期的3d电影,还有一些早期的电脑游戏、软件的3D输出方案。缺点前面也说过了,会造成色彩失真

分光

分光方案,包括现在的影院常用的偏振光技术(利用了光波的振动方向和偏振片的方向选择性滤光原理来分离图像)(偏正片? 和你用的CPL偏振镜是一个原理,还不懂?你就近似理解为光波是一张扁平的纸,碰上同方向的缝才能通过,碰上方向不同的缝就被阻挡了)

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偏振光技术方案

此外还有各种裸眼3D技术,基本上就是通过各种方式将光线定向性的射入观看者的眼,因此不需要辅助观看设备。这些技术基本都可以归为分光类的技术(其实就是分光的工作在输出设备端已经做完了,不需要再依赖辅助观看设备),比如光栅技术,通常这类技术方案对观看者的最佳观看距离会有要求。此外,除了投影式的偏振光方案,采用裸眼3D方案,通常图像的分辨率会有所降低

分时

分时方案,比如主动快门式3D技术,是通过交替左眼和右眼看到的图像、大脑将两幅图像融合成一体来实现,从而产生了单幅图像的3D立体感。

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主动快门技术方案

如上图所示,简单的说,就是显示左边图像时,右边镜片是黑的,不让你的右眼看见左眼的图像,反之亦然。画面交替的过程非常迅速,每秒可以到120次,因此对人眼来说,无法感知这个左右转换的过程。

实际实践

如果你只是一个普通的摄影爱好者,想简单尝试一下3D摄影,那么以下是比较可行的方案:

  • 拍摄3D静止图像 : 使用单机位移的方案,也就是拍一张,移动机身位置再拍一张。最好花几十元买一个水平滑轨,这能大大提高最终图像的合成质量,实在不想花这点钱,自己把握好相机的水平位置,高低,手动位移,也能凑合。

  • 拍摄3D视频:直接购买一个单机双镜头的立体相机是最简单的了

  • 制作及输出

    • 使用上述3D格式处理软件,如果你家里有3D电视(有蛮多型号的电视可以选择,比如小米2),那么输出左右格式的影像,然后打开电视观看就好了,这样最理想。
    • 如果没有3D电视,那么输出为红蓝格式,几块钱买个红蓝眼镜也能搞定
    • 最后,如果你要给别人更好的展示(装B),那么,可以找个淘宝店,使用光栅照片冲印技术,制作裸眼3D照片,尺寸不是太大的话,成本十几到几十元不等

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