3D技术的发展及前景
引 言
曾凭借《泰坦尼克号》创造过惊世票房记录的好莱坞重量级导演詹姆斯·卡梅隆，经过了14年的酝酿，耗资5亿美元历时四年拍制的科幻巨献《阿凡达》于2009年年底亮相。《阿凡达》在中国首映后,一场3D旋风瞬间席卷了中国大陆。《好莱坞记者报》曾这样评价过这部经典之作，“詹姆斯·卡梅隆证明了他的确是‘世界之王’，作为视觉特效技术大军、生物设计大军、动作捕捉大军、替身演员大军、舞蹈演员大军、演员大军、音乐和音响大军的总统帅，他用让人目瞪口呆的方式把科幻片带进21世纪，这就是《阿凡达》。”《阿凡达》与3D的经典碰撞已然成为动画影视行业的一个重要里程碑。3D技术的不断成熟对模型、陈列品、虚拟空间结合信息技术展示应用的开发,对3D设备与软件开发的纯技术推动,对游戏产业的吸引力,对动画影视3D行业的新发展都起到了不可估量的作用，3D将我们带进了一个全新的异世界。
一、3D技术的简介
3D是英文“Three Dimensions”的简称，中文是指三维、三个维度、三个坐标，即有长、有宽、有高，换句话说，就是立体的，是相对于只有长和宽的平面（2D）而言。 我们本来就生活在四维的立体空间中（加一个时间维），我们的眼睛和身体感知到的这个世界都是三维立体的（时间是虚构的），并且具有丰富的色彩、光泽、表面、材质等等外观质感，以及巧妙而错综复杂的内部结构和时空动态的运动关系；我们对这世界的任何发现和创造的原始冲动都是三维的。 在人类漫长的历史进程中，由于局于技术条件的限制，无法简便、直接、快捷地用直观三维的方式来描述这个三维的世界，只能在沙土、羊皮、纸张的二维平面上，用影像表达和传递对这个世界的认识和创造，人们发明了平面投影和透视等方法，并基于纸张平面形成了抽象的2D平面文明体系，因此整个人类的全部历史，都可以说是基于纸张平面的2D文明，直到上个世纪电脑与网络的诞生，才为3D技术的种子开垦了一片温暖适宜的土壤；在这之前中国四大发明造纸术、印刷术曾经为全人类的2D文明发挥了极其重要的作用。
随着互联网的迅速发展和普及，基于电脑和互联网的数字化技术被不断运用到我们的生活和生产中，我们到处都能见到电脑制作的数字化的3D模型、动画与仿真。近些年3D技术也在不断的完善和取得巨大的突破，3D的消费和使用，如通过3D技术做出来的游戏、电影、手机等等，更已经成为了普通大众工作和生活中的一部分，3D让我们回归一个看似虚拟但却是真实的立体世界。3D技术的应用普及，有面向影视动画、动漫、游戏等视觉表现类的文化艺术类产品的开发和制作，有面向汽车、飞机、家电、家具等实物物质产品的设计和生产，也有面向人与环境交互的虚拟现实的仿真和摸拟 等。具体讲包括：3D软件行业、3D硬件行业、数字娱乐行业、制造业、建筑业、虚拟现实、地理信息GIS、3D互联网等等。
3D技术是推进工业化发展的重要数信资源，是促进产业升级和自主创新的推动力，是工业界与文化创意产业广泛应用的基础性、战略性工具技术，嵌入到了现代工业与文化创意产业的整个流程，包括工业设计、工程设计、模具设计、数控编程、仿真分析、虚拟现实、展览展示、3D立体画、教育训练等，是各国争夺行业至高点的竞争焦点。统计表明，在现代工业产品开发生产过程中，70%
3 错误在设计阶段已经产生，而80%的错误往往在生产或是更后续的阶段才被发现并进行修正。3D的突出优势在于能最大化的对产品进行仿真设计和用户沟通，尽可能早地将错误和需求变更解决在设计阶段，使产品开发周期缩短、生产成本降低，提升企业市场竞争优势。在西方发达国家，3D已成为产品设计、制造、管理、市场、服务、消费等的创新基础和新的竞争高地；而掌握最前沿3D技术，也为他们把控产业链、获取巨额利润提供了依托。目前全球近80%的飞机与50%的汽车，使用法国达索系统的3D软件设计制造;欧特克更是在3D数字娱乐等众多领域引领全球创新走向。
二、3D技术的专有技术名词解释
1、3D游戏，是使用空间立体计算技术实现操作的游戏。从编程实现角度来说游戏基础模型（游戏的人物，场景，基础地形）是使用三维立体模型实现的，游戏的人物角色控制是使用空间立体编程算法实现的，那么就把这种游戏称作3D游戏。
2、3D电视，是三维立体影像电视的简称。它利用人的双眼观察物体的角度略有差异，因此能够辨别物体远近，产生立体的视觉这个原理，把左右眼所看到的影像分离，从而令用户无需借助立体眼镜即可裸眼体验立体感觉。
3、3D动画，是近年来随着计算机软硬件技术的发展而产生的一新兴技术。三维动画软件在计算机中首先建立一个虚拟的世界，设计师在这个虚拟的三维世界中按照要表现的对象的形状尺寸建立模型以及场景，再根据要求设定模型的运动轨迹、虚拟摄影机的运动和其它动画参数，最后按要求为模型赋上特定的材质，并打上灯光。当这一切完成后就可以让计算机自动运算，生成最后的画面。
三、3D技术的优劣
1.色差式3D技术
优点：（1）成像原理简单，早期被应用较多
（2）成本低廉，眼镜便宜 缺点：（1）3D效果较差
（2）画面边缘容易偏色
4 2.偏光式3D技术: 优点：易佩戴，眼镜成本低
缺点：（1）贴附偏光膜，需要更高的背光亮度才能保证3D画面鲜明，提高了电视功耗。
（2）2D画质有损失（PR Film 黑条现象）。
（3）3D画面隔行显示分辨率减半，播放3D 1080P电影只有540p。前后观看距离有严格限制，前后低于2米画面重影。上下低于10度画面重影。左右超过70度3D效果锐减。
3.快门式3D技术: 优点：（1）不用贴附3D偏光膜，杜绝2D画面损失和3D画面损失。
（2）（PR film 黑条现象）不用增加背光亮度，低碳低功耗。 （3）可视角度不受限制，前后，上下，左右任何角度都能随意观看。换角度观看3D效果损失较少。
缺点：（1）戴上眼镜之后，会存在亮度衰减。
（2）快门3D眼镜在正视电灯等光源观看时因为快门技术开合现象原因会产生轻微闪烁，但是在观看3D影像时不会有任何闪烁感。 （3）快门式3D眼镜因为控制芯片和液晶片的支持来实现3D效果，所以售价相对较贵，并且需要电源供电。
4.裸眼式3D 技术：
优点：裸眼式3D 技术最大的优势便是摆脱了眼镜的束缚。
缺点：分辨率、可视角度和可视距离等方面还存在很多不足，目前仅用在大型的公共场所。
5.光屏障式（Barrier）3D技术：
优点：与既有的LCD液晶工艺兼容，因此在量产性和成本上较具优势。 缺点：画面亮度低，分辨率会随着显示器在同一时间播出影像的增加呈反比降低。
6.柱状透镜(Lenticular Lens)3D技术: 优点：3D技术显示效果更好，亮度不受到影响.缺点：相关制造与现有LCD液晶工艺不兼容，需要投资新的设备和生产线.7.指向光源（Directional Backlight）3D技术：
5 优点：分辨率、透光率方面能保证，不会影响既有的设计架构，3D显示效果出色.缺点：技术尚在开发，产品不成熟。
四、3D技术的发展局限
1、3D市场无比混乱
无比混乱的市场可以说是3D市场目前面临最大的难题。作为一种新型的显示技术，3D技术目前正处于蓬勃发展的阶段，但是整个3D行业却无统一标准，不仅消费者晕头转向，有些厂商的技术人员也为之头疼。就在笔者撰写此文的时候，也为众多说法不一的3D技术为之挠头。 如果想让整个市场取得革命性的突破，那么制定相关的3D行业标准也就成了迫在眉睫的事情。在3D内容制作、媒介传输、信号接口、显示解码等诸多环节均建议相应的规范，让厂商在生产研发之时有章可循，也还消费者一个明明白白。
2、3D使部分观众眩晕
大部分观众看完《阿凡达》都连声叫好，但是我们也不应忽视部分因为3D版《阿凡达》而出现眼干、眼痛、头晕、恶心等症状的观众，据报道还有观众观影后突发急性青光眼。据笔者了解，目前已经有不少专业眼科医生建议青光眼、屈光不正、眼肌有问题的观众放弃观看3D版《阿凡达》。 3D画面是虚实交汇的，这些动感的虚画面会让人们聚焦眼球很困难，长时间观看很容易出现头晕、头痛。另外，电影院内光线比较暗，观众瞳孔自然就会放大，另外3D画面对于眼睛刺激性也特别大，眼压也会随之升高，出现眼干、眼痛等症状。
3、3D资源稀少
想看1080p高清视频？网上随便一搜便琳琅满目。但是3D内容呢？虽然支持3D的游戏已经多达百款，但是每年在影院放映的3D电影还寥寥无几，其他诸如3D图片等资源更是为数稀少，在这种情况下，消费者又有什么理由耗费数倍的价钱去购买一款“华而不实”的产品呢？对于3D产品厂商来说，从行业长远的发展来看，将全部热情扑在产品的研发推广毫无疑问是错误的。作为普通的消费者，笔者只有亲身体验震撼逼真的3D效果，并且了 6 解到市 场中充斥着为数甚多的3D资源才会选购3D显示设备，相信有着这样想法的也不止笔者一位。
4、大多3D产品不支持1080p全高清
也许在一两年后，此问题便以得到彻底解决，但是从目前的情况来不支持1080p全高清的3D设备还是占据了大部分的市场。好不容易才感受到了1080p的清晰逼真，现在却让我为3D而选择放弃，相信没有几位消费者会答应。 好在3D技术经过10余年的发展，终于在近些年突破了这一瓶颈，大多已能够支持1080p内容。可以预见的是，以后的大屏幕3D显示设备均兼容1080p高清，二者缺一不可。
5、戴3D眼镜有诸多不便
戴3D眼镜不方便的问题是针对眼镜式3D技术而言的，但是在目前市场中，裸眼式3D产品寥寥无几，大众消费者默认为3D技术都是需要戴眼镜的。话题再回到《阿凡达》上来，据部分媒体报道，在《阿凡达》热映期间，各种3D眼镜在淘宝上销售创造了新高峰，看来人们对电影院电影的舒适度、大小、效果等还是有很多担心。经过几十年的历程，3D技术取得了迅猛的发展。当然，对于我们这些普通消费者来说，也没必要了解如此繁杂的3D技术，我们需要的只是效果更出色，实现难度更低，价格更低廉的3D显示产品而已。尽管3D电视和电影还没有普及，但研究者们已经在开发下一代3D技术了。他们的奋斗目标是：可裸眼观看的三维显示器和可虚拟触摸、操作的3D图像。这里我们主要阐述裸眼式三维显示，即自由立体显示技术，不需要佩戴立体眼镜等附属设备的3D显示技术。
五、3D技术前景及总结
随着经济的发展、科技的进步、人们的生活水平不断提高，对与人们密切相关的影像领域提出了更高的需求。就目前移动终端市场来看，“智能化”无疑是未来最核心的发展趋势，而3D技术的应用就像是“锦上添花”，这对于喜好超前消费、猎奇心理强的消费者而言，提供了更多的选择。3D显示技术和普通消费者的距离已经越来越近，它不再是行业用户的专利。在三星和优派均推出遊戏性3D显示器后，人们可以将3D显示器搬到卧室内，而不用和其他人一起挤在电影院中观看。凭借着身临其境的立体画面，3D显示 7 器对高端遊戏玩家而言拥有极大的吸引力。除了针对个人用户外，3D显示器同样适合于商用以及科研，如展示分子结构模型、军事目标、文物艺术品展示、会展、大企业形象展示等各领域发挥其独特的作用。相信随着3D技术进一步成熟，我们今后会在生活的各个领域中看到3D显示设备的身影。传统的体现二维关系的平面画已远不能适应市场需求，事物的发展规律总是由低级向高级发展，平面影像经历了由黑白到彩色已必然从平面发展到立体。立体影像制品的出现，不仅满足了人们对文化艺术更高层次的追求，同时也拓展了人们的视野。打印工业、机械工业、印刷工业的快速发展为立体影像制品走进千家万户成为可能。先进的立体制图技术，高质量、低成本的立体影像制品，广阔的应用范围，超大的市场容量，使其能够产生不可估量的经济和社会效益。
总结3D技术在今后社会上的发展前景，它的处境，与2004年前后的液晶技术十分相似。那时的液晶技术，不足之处十分明显，首先是价格昂贵。大部分家庭认为这项技术所支撑的费用过于庞大。基于液晶电视既往成长经历，我们基本可以判断，3D技术的发展轨迹将与之相似。
但是我相信，和液晶技术一样，这些问题都是新产品成长过程中的问题，有望在未来几年间彻底解决。实际上，经过前些年的市场培育与消费者启蒙，3D技术的概念已经被大多数消费者所接受。以此同时，作为我们普通受众，我们一定要积极响应国家发展战略性新兴产业的号召，抢占经济科技制高点，避免今后出现受制于人的情况。而开发商也应该积极抓住这次难得的3D产业发展的大好机会，利用3D技术创造出更多有创意的影视文化精品，丰富人民群众的精神文化生活。
3D电影在全球掀起的狂潮大家都有目共睹。近几年来，它的快速发展也让我们看见了3D技术的前景，在第一部3D电影在影院上映开始，接二连三的技术改革也不断搬上荧屏。3D电影的发展之路总是跌宕起伏，但是却没有几个时期称得上是黄金期。一方面是3D电影有很多艺术水准的确不高、自降身价，另一方面3D技术的局限性依然很大，还达不到他们对电影高品质的要求。可以说，新技术、新概念的出现，让电影爱好者非常期待，但片源却成为发展的主要问题，高昂的制作成本，应对的是小众的电影市场，让很多电影投资商望而却步。所以我国在3D电影方面还得下功夫，去不断完
8 善现存的问题。
而在3D电视那块，我们不难发现，在未来的3D电视发展过程中，裸眼3D必定占领了一席之地。以前的3D电影必须借助那个怪怪的眼镜才能达到效果，实在是不过瘾。而且，眼镜很重，让大多数观众表示很不舒服。针对业内发出“3D技术是否是电视未来发展的主流方向、消费者是否需要3D电视”的质疑。 家电业内专家刘步尘明确表示，看3D电视就好像“感觉我在电视中”，这正是3D电视的魅力所在，也是3D电视生命力强大的根基，3D电视必将成为电视未来发展的主流方向。
但随着3D技术的不断精进，搬进家庭客厅的3D电视机，将不再存在着这些让人扫兴的毛病。无论是主动快门式3D技术还是不闪式3D技术，都需要佩戴眼镜观看，争论孰优孰劣没有意义，裸眼3D技术让这些都将成为浮云，只有裸眼式3D技术才是王道。
3D除了在电视和电影外，3D的绘画和游戏也在涵盖在3D技术中间，而且有着举足轻重的作用。3D壁画使得公众的反应只能是目瞪口呆，人们都纷纷表示：“对于这种可以用‘骗局’形容的视觉奇观，全世界的人几乎都乐在其中，享受眼中看到的一切。” 首先，绘画如其他人所说，确实是一门需要技术的活，但是他们说得不全，这同时也是一门艺术，需要丰富的想象力和创造力。绘画是艺术行业，不是技术行业。而3D游戏对全世界的游戏爱好者，更是一场视觉盛宴。游戏画面十分逼真，立体感很强。吸引大家的同时，也肯定了3D正在慢慢走进我们现实生活的想法。
综合以上的技术，目前所提出的各种方式都仍有其优缺点，但随着时间的进步，这些问题也渐渐的被解决，正如当初的彩色显示器代替了黑白显示器，液晶显示器代替CRT显示器一样，随着显示技术的革新，没有辅助设备的三维显示技术代替平面显示技术将是必然趋势。随着科技的不断发展，相信3D技术会越来越完善，同时给人们提供更美好的视听享受。
我们应该肯定3D技术在未来一段期间内的发展前景，但我们也要接受现实。就拿电影来说，我国在3D电影方面仍处于起步阶段，相关技术于国外相较还是存在很大差距的。而我们中国电影发展遇到的瓶颈，不是一朝一夕能够解决的，与此同时，我们要考虑的东西还要深入到各个方面。比如3D技术走进我们生活的利弊以及发展路途中可能会遇到的困境。此时，我
9 们应该更多的去反思，去学习，去寻求根源，或许我们缺乏的不仅仅是技术层面的东西，更多的应该是信仰，上升到一个民族的信仰。中国3D技术正逐步迈入了多方合作、共求发展的阶段。在中国立体视像产业联盟的大力推动下，通过多元化的合作，正在逐步完善中国3D整体产业链的各个环节。处于整个产业链的上游、中游和下游的设备制造商和内容提供商都开始发挥自主创新优势，瞄准3D市场的美好前景，积极研发新产品、新技术、新方案，抢先占领中国3D消费市场。
尾 言
正如时代华纳公司的副总裁艾尔沃斯所言，3D技术将是这个世纪的一大盛事 。他表示：“很多人都已经表示，对这块3D市场很感兴趣。更重要一点，3D节目的内容更加多元化以及更具真实感，必定会吸引更多观众。”
刘步尘分析说：“我们生活在五彩缤纷的世界，于是彩色电视诞生了；我们生活的世界真实而又细腻，于是高清数字电视诞生了；我们生活的世界是三维立体的，于是3D电视诞生了。3D电视的诞生，实际上是人类视觉需求与科技发展高度融合的产物。正因如此，我们得出了一个无可置疑的结论：3D电视代表了电视的未来。”
3D不仅是未来的趋势，而且3D取代2D在不久的将来就会实现。虽然现在3D仍然面临这样那样的问题，但是它带给消费者的感官体验是永远让人难以割舍的，而厂商应该做的，自然就是提升这种3D体验、降低3D普及带来的成本压力。虽说技术的提升那是要有一个相当漫长的过程的，但是一项技术能得以走向全球，这些，都值得世人等待。
