视差原理——计算机如何构造人眼3D视觉

平时我们能够看到的二维图像，能够让自己具备三维立体效果的有：立体图片、3D电影、VR虚拟现实。也许你会说当你看到一种普通的照片时，仍然能够分辨物体之间的前后立体关系，但其实这只是利用光影效果、明暗对比来体现的，这跟我们身体所处或眼睛所看到的立体世界（上下、左右、前后）有着本质差别，因为普通图片始终是二维空间。

那如何利用二维空间来生成三维的立体效果呢，比如我们看3d电影时，图片只是在屏幕这个二维平面进行显示，为什么我们在观影时可以看到一些物体从身边擦肩而过的立体画面。接下来就提到我们需要引入的核心概念——视差。

基本原理：人类之所以能立体，主要原因是左右眼双眼看到的不同画面所构成的视差。

通俗的解释就是，你的左眼和右眼看到的图景是不一样的，这两幅图景的差别就构成视差，随后大脑将左右眼不同的图像进行合成，从而形成立体视觉。

计算机想要模拟人类视觉，只需要利用两台摄像机拍摄出左右眼两个视角的图像就可以了。为了加深大家的理解，在此以3d电影和2d电影区别为例： 3d电影眼睛的两个镜片会分别给左右眼呈现不同的视觉效果，假如不带眼睛会看起来一片模糊，但带上眼睛之后，由于做了不同眼睛图像的分离，便可以看的很清楚，并且更加具备立体感。以前理解2d电影本身也是一个3d的世界，但其实从拍摄照片的角度来看，记录在照相机或者摄像机里面的只有二维数据，不同像素点的亮度值直接决定景深，仍然是一种2d的处理和呈现。但是对于3d电影，拍摄手法要比2d电影要复杂很多，并且带上3d眼镜之后，能够感受到一些画面在自己身边，也就是以投影屏幕作为一个二维维度，并且有了三维的延伸，这就是2d电影和3d电影最大的差别了。

视差理论的应用

1.立体图像

比如一张立体图像，里面有一只猫，你换一个角度看，他还是变化表情，非常生动有趣。哈哈其实很简单，这只是利用光学折射原理，不同地方有不同的材质，折射出来的图形会有差别，因此两只眼睛接收到的图像是有视差的，从而生成非常立体的三维立体图。

2.3D电影

最核心的是利用光的偏振原理，光的偏振通俗的理解，光的振动方向为四周圆状，经过偏振片之后过滤出只有一个偏正方向的光线。3D电影拍摄时利用放置两台不同偏振片的摄像机进行拍摄。用户观影所需佩戴的3d眼镜的两个镜片其实也是对应于摄像机的偏振片角度，两个偏振片角度相差九十度。

在放映电影时，实际上每一图像帧都有左右眼两种，左右眼图像帧连续在荧屏上显示，从而不佩戴3d眼睛看到的画面是模糊的。但是佩戴3d眼睛之后，由于不同镜片的偏振片能够过滤出左眼和右眼图像，并且屏幕的图像刷新率高于人眼的识别度，最终用户的左右眼分辨看到两种视差的图像，最终在大脑中对左右眼视差图像进行融合，形成3d立体效果。

4.VR虚拟现实

当你带上虚拟现实头盔之后，会发现自己置身于虚拟世界，比如是VR电影里面的一个观察者。VR与3d电影有一定相似之处：通过VR眼镜，为左右眼提供不同视差图像，从而形成立体感。只是VR头盔利用的不是光的偏振，而是利用计算机图像模拟出来的数据。

VR相比普通的3d电影或3d游戏最大的差别：

• 用户坐标在3d坐标系之内，也就是构造的虚拟世界中，用户置身其中，这是VR提供强烈沉浸感的核心因素之一；
• VR已经不再是导演视角，而是用户视角。也就意味着用户在虚拟世界中能够随意转头走动，看到虚拟世界的一切。以前的电影只提供导演视角，所有看到的内容由导演控制。