立体相机历史.doc

早期立体相机历史一 立体历史 一百五十年来的大突破 - 数字立体照相 (digital 3d photography) 近来 , 虚拟实境成为计算机界的热门话题之一 . 如众所皆知 , 虚拟实境里最重要的技术不外是立体影像制作与重现 . 跟据制作过程的不同 , 立体影像可大概分成绘图式的立体影像及实物式的立体影像两大类 . 绘图式的立体影像是利用计算机绘图来制作 3d 景物 , 而这计算机绘图的技术也就被称为 3d 绘图 (3d graphics). 3d 绘图技术的开山祖师是 i.e. surtherland, 1962 年当他还是麻省理工学院的研究生时 , 开创了这门影想响后来至巨的 3d 绘图技术 . 今天 , 我们能够带上头盔或 3d 眼镜来畅游绘图式的虚拟实境 , 都是拜 surtherland 之赐相对于只有三十多年历史的绘图式立体影像 , 实物式的立体影像的存在已超过一百五十年 . 历史虽然攸久 , 但却少为人所知甚是遗憾 . 基本上 , 早期的实物式的立体影像 , 是利用传统的照相机来拍取一组立体照片 , 并且透过立体镜来重现立体影像 , 此技术一直延用至今 ( 一般称为 传统立体照相 ). 由于学习不易、制作繁琐、不易流通等因素 , 一百五十多年年来 , 传统立体照相的应用仅止于专业摄影及少数特殊的领域，无法如传统的平面照相深入各层面，普遍应用于日常生活当中 , 换句话说传统立体照相无法商业化 . 但随着计算机科技的飞跃进步 , 配合数字相机 (digital camera) 的使用 , 实物式立体影像的技术与应用有突破性的发展 . 今天 , 利用数字相机的任何使用者 , 无论有无拍摄立体照片的经验 , 皆可轻易地在数分钟之内完成一张立体照片 , 并在计算机银幕上观看到徐徐如生的立体影像 ( 敝公司称其为数字立体照相 ). 更重要的是 , 这些立体影像可藉由光盘及因特网大量散播在世界各角落 , 其商业契机无可限量 .二 传统立体照相 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 . 1 立体照相的起源 立体照相的技术起源于十九世纪的三十年代 , 首先由英国的 wheatstone 着手研究人的视觉 , 并于 1838 年发明了立体镜 (stereo scope, 图 1). 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 , david brewster 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, 图 2) 的始祖 .图 1 图 2 2 立体照相的拍摄 简单地说，立体照片的拍摄和传统的照相无所差异，只不过对于一张的立体照片而言，必须拍摄一组两张具有视差效果 (binocular parallax effect) 的照片。 立体照相的拍摄可分为静态景物及动态景物的拍摄 . 对于静态景物的拍摄，你只要用一部照相机，先在某一个位置角度先拍一张照片，然后平行移动照相机数公分再拍一张，这样你就得到了一组具有视差的立体照片。( 图 3, 静态立体摄影 ) 对于动态景物的拍摄 , 则须利用特殊的立体相机 ( 双镜头 ), 或者用两部照相机 ( 同时按快门 ), 一次同时拍摄两张照片 .( 图 5a, 双镜头的立体相机 ) ( 图 6a, 两部照相机合并使用 ) ( 图 5b, 动态立体摄影之一 - 利用双镜头的立体相机 )( 图 6b, 动态立体摄影之二 - 利用两部照相机合并使用 )3 拍摄立体照片的入门技巧 这一章里简单介绍拍摄立体照片的入门技巧 , 立体照片的拍摄 , 基本上需拍摄具有视差的左右两张照片 . 产生视差方法很简单 , 即把照相机摆在不同的位置 ( 垂直于拍摄的方向 , 横向平行移动 , 如图 25), 所拍得的两个影像即具有视差效果 . 照相机所放置的两个位置的距离 , 一般称为立体基线宽度 (stereo base). 立体照片拍得好与坏 , 跟立体基线宽度的适当与否有绝对的关系 .如图 25 4 立体基线宽度 (stereo base) 随着拍摄景物的远近距离的不同 , 立体基线宽度也随之而变 . 通常 , 对于较远的景物 ( 例如 , 远处的山岳 ), 需要较大的立体基线宽度 , 才能取得较佳的视差效果 . 反之 , 对于较近的景物 , 则需把立体基线宽度缩小 , 才不会制造出过度的视差效果 . 适当的立体基线宽度是制作三维效果的必要条件 . 下表是在不同的远近距离的立体基线宽度摄影景物的距离(公尺)立体基线宽度(公尺)3.50.077.00.1415.00.3030.00.6060.01.20100.02.0500.010.01000.020.0简单的换算公式 立体基线宽度 ( 公尺 ) = 摄影景物的距离 ( 公尺 )/50 以上为在各种不同距离的立体基线宽度值 , 这里必须特别注意的是 , 当拍摄远距离的景物时 , 因为立体基线宽度的拉大 , 切记勿把近处的景物放入摄影的镜头里 , 这会造成近处景物的过大视差效果 , 破坏整体的立体感 . 5 立体照相摄的种类 根据拍摄物体的运动状态 , 立体照片的拍摄大至可分成动态立体拍摄及静态立体拍摄两大类 . 不论是动态或静态的拍摄 , 都需拍取具有视差的两张左右照片 . 对于运动中的物体 , 必须使用双镜头的立体照相机 ( 如图 26) 或同时使用两部单镜头的照相机 ( 通常被固定在固定架上 , 如图 27), 才能正确地拍取左右两张照片 . 对于静止不动的物体则只要使用一部单镜头的照相机即可 . 对于动态立体拍摄 , 不论是双镜头的立体照相机或固定在架子上上的两部单镜头的照相机 , 其立体基线宽度通常只有数公分而已 , 不适合用来拍摄远处的景物 . 但因立体基线宽度的固定 , 且两个镜头的相对位置保持不变 , 操作上较方便 , 适合出学者使用 . 相对于动态的立体拍摄 , 静态摄影只需使用一部单镜头的照相机 . 因可任意改变立体基线宽度 , 适合拍摄任意距离的静态照片 . 然而 , 因为用手改变相机位置的关系 , 对于经验不足的的初学者来说 , 通常无法判断正确的立体基线宽度 , 且因身体的晃动容易造成照相机的倾斜或上下位置的偏差 , 严重破坏三维效果 . 静动态立体摄影的特征综合如下表 .动态立体拍摄静态立体拍摄拍摄的对象为运动中的物体(如行驶中的汽车)为静止不动的物体(如建筑物)使用相机的种类双镜头的立体照相机或同时使用两部单镜头的照相机（需同步快门线以同时按快门）一部单镜头的照相机（左栏的设备亦可）立体基线宽度(stereobase)固定可自由调整最佳拍摄立体纵深范围10公尺以内任意拍摄方法左右照片同时拍摄先拍左照片(或右照片)再手动移动相机至另一位置后,再拍右照片(或左照片)拍摄难易度简单(初学者也可拍摄)较困难(因手动移动相机,初学者不易抓到移动的正确位置)虽然 , 使用双镜头的立体照相机或同时使用两部照相机的方法 , 较容易拍摄立体照片 . 然而 , 立体照相机市面上并不多见 , 而且使用两部照相机时所需的固定架及同步快门线也不易购买 , 造成初学者入门无处 . 另