3D电影中的物理知识
摘要
3D电影就是利用双眼立体视觉原理，使两眼各看到一幅图像．在每架放映机前装一块偏振镜，其作用相当于起偏器，从两架放映机发出的带有影像的两束光，通过偏振镜后，就成了偏振光．左右两架放映机前的偏振镜的偏振化方向互相垂直，因此产生的两束偏振光的偏振方向也互相垂直。这两束偏振光投射到银幕上再反射到观众，偏振方向不改变．观众戴的眼镜是一副偏光眼镜，相当于检偏器，偏光眼镜的两只镜片的偏振化方向也是互相垂直的，而且左眼镜片的偏振化方向跟左边放映机前偏振镜的一致，右眼镜片的偏振化方向跟右边放映机前偏振镜的一致．这样，左眼只能看到左机映出的画面，右眼只能看到右机映出的画面，两眼看到的画面略有差别，因而产生立体感． 关键词
1.3D 2.立体电影 3.米勒板偏光原理 4. 圆偏振 5. 开关眼镜技术
正文
芳纶头盔
引言
今天上了上了一堂非常有趣的大学物理实验课，演示实验，老师给我们演示讲解各种生动有趣的物理实验，激起了我学习物理知识，探索物理奥秘的兴趣。其中最令我印象深刻的便是观看的立体3D电影了，那逼真的画面令我惊叹不已，我决定一定要弄清楚这里面所包含的物理知识，于是我翻阅了大量的资料，进行了深入的思考，结合我已有的有限的物理知识，对3D电影提出了我的一点理解。
原理分析
3D 电影即是立体电影。D 是英文Dimension 的字头, 3D 是指三维空间。普通的电影画面只有上下和左右两个维度, 我们称其为2D电影。3D 电影除了上下和左右两个维度之外, 又增加了一个新的维度- 前后。这样, 就可以使观众欣赏到一种逼真的、具有空间感的视觉效果。
普通电影是用一架摄影机拍摄，一架放映机放映的，银幕上的画面是一幅平面图像．立体电影是用两架摄影机并排在一起，同时拍下同一景物的两幅图象，由于两架摄影机对景物
的角度不同，所以拍下的两幅图像略有差别，就如同两眼看到的同一物体略有差别一样．放映时，用两架放映机把两架摄影机拍下的两组影片同步放映，使略有差别的两幅图像重叠在银幕上．这时如果用眼睛直接观看，看到的画面是模糊不清的，要看到立体电影，需要运用光的偏振知识，使两眼各看到一幅图像．在每架放映机前装一块偏振镜，其作用相当于起偏器，从两架放映机发出的带有影像的两束光，通过偏振镜后，就成了偏振光．左右两架放映机前的偏振镜的偏振化方向互相垂直，因此产生的两束偏振光的偏振方向也互相垂直。这两束偏振光投射到银幕上再反射到观众，偏振方向不改变．观众戴的眼镜是一副偏光眼镜，相当于检偏器，偏光眼镜的两只镜片的偏振化方向也是互相垂直的，而且左眼镜片的偏振化方向跟左边放映机前偏振镜的一致，右眼镜片的偏振化方向跟右边放映机前偏振镜的一致．这样，左眼只能看到左机映出的画面，右眼只能看到右机映出的画面，两眼看到的画面略有差别，因而产生立体感。
但是，这只是传统胶片电影的基本原理，随着计算机技术的发展，现在大部分电影已经脱离了传统的胶片载体, 走向了全数字时代。3D 立体电影也实现了技术上的突破，实现了数字化。数字3D rrggg的实现方法有很多种, 主要有开关眼镜技术、圆偏振技术和滤光技术。
水上步行器我们在演示实验课上看的3D电视就是运用的开关眼镜技术的原理，它的主要技术在眼镜上。它的眼镜片是液晶制作的, 是可以分别控制开闭的两扇小窗户。放映厅内有一组与放映机同步的红外发射器, 眼镜上安装有红外接收装置。在同一台放映机上交替播放左右眼画面时, 通过液晶眼镜的同步开闭功能, 在放映左画面时, 左眼镜打开, 右眼镜关闭, 观众左眼看到左画面, 右眼什么都看不到。同样翻转过来时, 右眼看右画面, 左眼看不到画面, 就这样让左右眼分别看到左右各自的画面, 从而产生立体效果。
圆偏振技术是在线偏振的基础上建立的, 它在观看效果上比线偏振有了质的飞跃。在使用线偏振眼镜看立体电影时, 应始终保持眼镜处于水平状态,使水平偏振镜片看到水平偏振方向的图像, 而垂直偏振镜片看到垂直偏振方向的图像。如果眼镜略有偏转, 垂直偏振镜片就会看见一部分水平方向的图像, 水平偏振镜片也会看见一部分垂直方向的图像,左、右眼就会看到明显的重影。而圆偏振光偏振方向是有规律地旋转着的, 它可分为左旋偏振光和右旋偏振光, 相互间的干扰非常小。现在看偏振形式的3D 电影时, 观众佩戴的偏振眼镜片一个是左旋偏振片, 另一个是右旋偏振片, 轮胎标签也就是说观众的左右眼分别看到的是左旋偏振光和右旋偏振光带来的不同画面, 通过人的视觉系统产生立体感。
滤光技术是通过数字方式把图像还原以红、绿、蓝三种颜为基的彩图像。安装在放映机内的、快速转动的滤光轮, 将红绿蓝各自分为高、低波长两部分, 各包含左、右眼图像内容。通过分滤光眼镜, 让观众感受到左右眼各自的彩画面, 产生立体效果。由于滤光技术要对图像光谱进行分割,对彩还原产生一定的影响,无功功率计算采用这种方式时,要在服务器上增加彩管理软件, 对图像数据进行校正处理，才能产生好的立体效果。
应用
现在很多电影院中都在运用这种技术，放映各种各样的3D电影。此外，这种原理还被应用与相机的镜头，可以去掉一些反射光的干扰；用来测量不透明介质的折射率；还运用于汽车的前窗玻璃和大灯，可以用来防止交通事故。
结论
在已有的偏光原理的基础上，随着影视数字技术的成熟, 加入计算机技术后，3D 立体电影将会变的更加逼真，给我们带来更加完美的视觉效果。
主要参考文献
1.张三慧.大学物理学.清华大学出版社，1994，4(2):48~59
2. 高盟. 3D 立体制作中的问题与探讨,北京邮电大学出版社，2008,10：30~100
3. 高五峰.数字3D 电影技术分析及应用介绍,现代电影技术，2009，11：38~55
4. 刘达杨,雪培. 电影与电视的数字化演进分析及其思考,2007,40:22~32
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