快來玩3D攝影

阿凡達

3D影像技術的存在,已經有很長的歷史了,且不說早期的紅藍電影,二十多年前,世嘉就出品過偽全息3D的格斗類游戲街機,基本上,和今天你在各種科技館,城市規劃館之類的地方可能會看到的,那種全身閃著光芒的立體影像小人,在油田,樓房之類的舞臺場景里走來走去的技術是一個類型的。

而在阿凡達上映之后,高質量的3D影像技術也開始普及,VR、AR等各種概念也開始升溫。不過,你有沒有想過自己制作3D照片呢 ;) 這聽起來似乎有點門檻,如果你覺得蠻有趣,那就跟我來,讓我們來玩一玩唄。

原理

先講原理吧,所謂3D視覺,本質上只是人的大腦對左右眼睛輸入的有視差的兩幅影像進行合成后形成的一種感官印象,而所有3D影像技術的基本原理就是模擬這個過程

首先在影像記錄的時候,利用雙眼分視原理,左右鏡頭分別拍攝一幅視角具有細微差別的二維圖像。

然后在回放影像時,采用各種技術,來使左眼只能看到左邊鏡頭所拍攝的影像,而右眼只能看到右邊鏡頭所拍攝的影像。這樣就還原了人在看一個真實的三維物體時的視覺輸入,剩下的交給大腦來處理。

3D視覺原理

絕大多數的3D影像技術(采用干涉原理的激光全息技術除外),都是圍繞著如何更好地還原上述兩個過程來做文章的,還原得越好,平面影像再造立體影像的視覺效果就越逼真

拍攝手段

知道了過程原理,接下來就是怎樣將原理轉變成方案了唄,首先是獲取影像,要通過相機模擬雙眼獲得兩幅影像,可以采取的手段包括:

雙機雙頭

簡單的說就是使用兩個相機隔開一定具體,同步拍攝

  • 優點是: 適應面廣(可以應對運動對象等)
  • 缺點: 設備要求相對加高,首先得有兩個相機吧,讓后需要同步兩個相機的光圈/快門/焦距等等,需要同步觸發攝錄裝置等等。其實嚴格地說,如果要考慮正確的視角比例關系,簡單雙相機并不OK,設備還是要定制,所以卡梅隆拍攝阿凡達之前花費了不少的精力和金錢(號稱1200萬美金)開發了整套設備。

單機單頭,移位拍攝

簡單的說就是只用一個相機,換位置拍攝兩次

  • 優點: 設備要求較低,容易實現
  • 缺點: 只適合拍攝靜止對象,拍攝過程相對繁瑣
各種滑軌
各種滑軌

單機雙頭 / 雙CCD 立體相機

其實就是 變相的雙機方式,基本就是一個相機自帶兩個鏡頭,能同時記錄兩路影像

  • 優點: 簡單,方便!
  • 缺點: 特定設備,靈活性差

比如富士生產過的3D相機

要在家里自己隨便玩一下,你大概不會去專門買一個3D相機,那么單機移位的方式應該是最適合的了,真的想裝得有逼格一點,雙機玩起來是像這樣的:

引用攝影無忌網友圖片

拍攝流程

搞定設備方案,接下來就是怎么拍了。

首先是估計兩張照片拍攝位置所需要的位移量,也就是要模擬人眼的視角,獲得真實的立體感。既然模擬人眼,當然拍攝位移量是要參考眼睛間距的了,大約60到70毫米。不過在拍攝遠處大場景時,如果想強調立體感(畢竟真實眼睛看遠處的場景時,實際感官的立體感是很小的),可以適當放大和調整間距。

總體來說不要做得太過分,過于立體的畫面,反而不真實,就像早期的立體電影,會拿夸張的出屏效果來做噱頭,但是看多了總覺得假,甚至頭暈。而如果你仔細看阿凡達,你會發覺真正震撼的3D影像靠的是真實感,而真實感是依托場景的豐富前后景細節和真實的透視和模糊關系來實現的。脫離了真實感官的夸張的效果,只能是一時的驚奇(驚嚇)。

然后,就開始拍唄,使用雙機或單機雙頭的話,沒什么好說的了,我假定你用的是設備門檻最低的單機位移方案,那么,需要注意兩次拍攝位置的精確控制,包括相機在兩個位置的水平,鏡頭方向的夾角等。簡單的話,保持鏡頭平行就好,但如果要精確控制最終3D影像的出入屏效果,那么是需要刻意選擇一定的夾角的,這里不再細說。(如果最終選擇紅藍方式的影像輸出格式,還要注意場景的顏色,盡量不要有和紅黃色相接近的物品)

影像處理

拍攝完畢,有點追求的同學,還要做一下圖像處理吧,包括,兩幅圖像同步處理 畸變 / 色彩 / 曝光,圖案對齊,旋轉,出入屏設定等等,結果最好能預覽吧。然后再選擇合適的影像格式進行輸出。如果你精通3D成像原理和PS技術,那么PS大法就可以搞定。如果不是,一個高效(簡單)的工具就必不可少了。

合適的的軟件并不太好找,或許這是一個過于專業(小眾)的市場,沒有多少錢可賺,也就沒有太多人開發相關軟件。基本可用的軟件我就只找到 i3d 一個(如果你有更好的免費軟件,推薦一下)

i3d

版本有幾年沒更新了,雖然簡陋一點,但是上述處理流程所需功能基本都涵蓋了

影像輸出格式

影像處理完畢以后,畢竟還是需要拿出來賣弄一下啊。這時就需要選擇一個正確的輸出展示方式,。否則結果就只是兩張長得幾乎一樣的普通照片而已。輸出的格式也有很多選擇

位移重疊格式

還記得小時候和小伙伴們一起看過的這種立體畫么?

這種屬于簡單的位移重疊技術, 通常只能用來處理簡單的圖像,成像通常也只是前景和背景高低分層這樣簡單的效果而已

優點么...不需要任何觀看設備的輔助, 自帶斗雞眼就可以了

色差輸出技術(雙色)

色差輸出技術,基本就是通過補色相互之間正交的原理,來分離兩只眼睛看到的圖像。常見的補色方案有:紅-藍 / 紅-綠 / 棕-藍等。

下面是成像原理示意圖(這里其實紅藍的輸出畫反了,沒辦法,沒找到更合適的示意圖)

紅藍立體成像原理

簡單的說,以最常見的紅藍眼鏡(嚴格地說是其實紅-青)方案為例,就是一路圖像只包含三原色中紅色相關信息,另一路圖像只包含藍,綠相關信息,兩路圖像重疊顯示,然后,雙色鏡片會讓對應通路顏色的光線通過,而阻擋另一路補色光線的通過。這樣兩路圖像就能同屏顯示而又分別被兩只眼睛區別接收了。

他的缺點很明顯,兩邊眼睛看到的內容都是部分色彩缺失的內容, 雖然大腦會進行一定的校正合成正常的色彩信息欺騙你的感官(好比,你知道,人眼的實際成像結果在視網膜上是倒立的影像么?但是你被欺騙以為是正立的),但是畢竟這些是大腦偽造的信息, 所以整體成像質量還是會受到影響

至于為什么要有多種配色方案,也是因為場景還原的顏色會失真,所以選擇不同的補色可以針對不同的色彩場景,盡量找到色彩失真最少的配色方案

各種配色方案

這個方案的優點是,效果還可以,輔助觀看設備也比較簡單,就是濾色片,對輸出設備也沒有要求,混合后的影像在任何彩色設備上以正常方式輸出就可以了,屏幕,打印等等都沒問題。比如下面這兩張,通過紅藍眼鏡就能直接看到立體影像了。

這張自己簡單試拍的

這張引用自色影無忌網友作品

網絡圖例

雙圖方案

雙圖方案,和位移重疊方案有點類似,基本上就是左右將兩張圖并列顯示,這個嚴格說來自身并不具備立體成像的條件,更多的是依靠輔助觀看設備來實現立體效果,比如通過立體觀片器來看左右分布的圖片,通過調整觀片器透鏡的角度,將兩幅圖像重疊。

左右格式

比如上面兩張圖(第一張圖來自網絡,第二張自己實拍的),最好的方式是通過觀片器來觀看。但是,如果你想挑戰一下斗雞眼方案的話,也是可以做到裸眼3D的 ;) 兩幅圖上面我都標記了兩個小點,先用斗雞眼把左右兩幅圖都看成重影的兩份,然后控制你的眼睛的焦點,調節重影的距離,使得重影中間的小點重合,那么下面的圖像也就實現了左右重合,從而3D化了。 有本事你試試看 ;)

立體觀片器原理示意圖

立體觀片器,原理如上圖所示,如果說立體觀片器你沒什么感覺,那么提到VR眼鏡,是不是突然就覺得很高科技了呢?

VR眼鏡

市面上的VR眼鏡從幾十元到上萬的都有,這其中大部分低端的眼鏡,其實就是一個立體觀片器,綁上一個可以放手機的卡槽,通過手機播放左右圖片,很簡單是吧,真的沒啥黑科技。

事實上,這種方案,早在十八世紀年就開始出現了,是最早商業化的立體成像技術之一,一度和攝影技術一起,風靡了幾十年

19世紀德國產立體觀片器

總結來說,這一類型的方案,通常對輸出或者觀看設備有相對較高的要求(相對的),反過來說,成像效果通常也是最好的。

動畫模擬輸出

這個,嚴格說不算一種立體輸出格式,只是用動畫展示靜態圖像的不同角度,來模擬演示圖像的立體效果,通常可以作為一種預覽手段。

影像輸出設備

說完了影像的輸出格式,接下來再看看最終的輸出設備。除了普通的畫面輸出方案,需要特殊對待的格式的輸出方案基本上可以分為:分色,分光,分時三種技術方案

分色

分色方案在上面說的紅藍等影像格式的時候介紹過了,生活中你可能遇過的例子,包括早期的3d電影,還有一些早期的電腦游戲、軟件的3D輸出方案。缺點前面也說過了,會造成色彩失真

分光

分光方案,包括現在的影院常用的偏振光技術(利用了光波的振動方向和偏振片的方向選擇性濾光原理來分離圖像)(偏正片? 和你用的CPL偏振鏡是一個原理,還不懂?你就近似理解為光波是一張扁平的紙,碰上同方向的縫才能通過,碰上方向不同的縫就被阻擋了)

偏振光技術方案

此外還有各種裸眼3D技術,基本上就是通過各種方式將光線定向性的射入觀看者的眼,因此不需要輔助觀看設備。這些技術基本都可以歸為分光類的技術(其實就是分光的工作在輸出設備端已經做完了,不需要再依賴輔助觀看設備),比如光柵技術,通常這類技術方案對觀看者的最佳觀看距離會有要求。此外,除了投影式的偏振光方案,采用裸眼3D方案,通常圖像的分辨率會有所降低

分時

分時方案,比如主動快門式3D技術,是通過交替左眼和右眼看到的圖像、大腦將兩幅圖像融合成一體來實現,從而產生了單幅圖像的3D立體感。

主動快門技術方案

如上圖所示,簡單的說,就是顯示左邊圖像時,右邊鏡片是黑的,不讓你的右眼看見左眼的圖像,反之亦然。畫面交替的過程非常迅速,每秒可以到120次,因此對人眼來說,無法感知這個左右轉換的過程。

實際實踐

如果你只是一個普通的攝影愛好者,想簡單嘗試一下3D攝影,那么以下是比較可行的方案:

  • 拍攝3D靜止圖像 : 使用單機位移的方案,也就是拍一張,移動機身位置再拍一張。最好花幾十元買一個水平滑軌,這能大大提高最終圖像的合成質量,實在不想花這點錢,自己把握好相機的水平位置,高低,手動位移,也能湊合。

  • 拍攝3D視頻:直接購買一個單機雙鏡頭的立體相機是最簡單的了

  • 制作及輸出

    • 使用上述3D格式處理軟件,如果你家里有3D電視(有蠻多型號的電視可以選擇,比如小米2),那么輸出左右格式的影像,然后打開電視觀看就好了,這樣最理想。
    • 如果沒有3D電視,那么輸出為紅藍格式,幾塊錢買個紅藍眼鏡也能搞定
    • 最后,如果你要給別人更好的展示(裝B),那么,可以找個淘寶店,使用光柵照片沖印技術,制作裸眼3D照片,尺寸不是太大的話,成本十幾到幾十元不等
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