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影像技术新革命,迎接3D光场的来临

1999年《黑客任务》电影里,基努里维斯 (Keanu Reeves)与雨果威明 (Hugo Weaving)对峙时,在最惊心动魄的一刻,画面瞬间冻结并且环绕360度,即是影史上经典的「子弹时间」。当年不但为影视圈发起代表性的革命,同时,冻结技术也蕴含了3D光场显示的核心概念。本文来简单分享一下3D影像的设计原理,以及近年新兴3D光场技术如何克服传统3D的晕眩问题。

光场技术崛起,成长中的立体影像

《黑客任务》中运用光场概念设计的「子弹时间」。

《黑客任务》并不是第一部在电影工业运用「子弹时间」拍摄手法的电影,但当时团队里的视觉效果总监约翰.盖特(John Gaeta)却让它成为经典。随着电影《黑客任务》的知名度上升,也使冻结技术的核心概念被大家重视,搭上讨论热潮的第一线。

行事低调且具有立体显示核心技术的「Magic Leap」,堪称全美最神秘的AR影视公司,过去Magic Leap曾发表各种技术作品,包括:体育馆里跃海而出的大鲸鱼、手掌心里的大象与躲在办公室桌子后方的小小机器人等等,皆是利用3D光场的技术将影像还原,让虚拟图像活灵活现的在真实世界上演。

「其实在更早之前,美国的南加州大学(University of Southern California,USC)便曾在2004年发表高速旋转的斜置镜面光场显示器,让一个男人的头部模型可以不用穿戴3D眼镜,直接看见从平面镜建构的立体影像」。2015年时,南加大创意技术视觉暨图学实验室(University of Southern California Institute for CreativeTechnologies Vision & Graphics Lab)更发展出多台投影机以背投影方式呈现,使屏幕显示的真人更具有实境效果。

另外,在「FOVI3D」于2015年被知名雷射全像术公司「Zebra Imaging Inc.」并购后,接受美国国防部高等研究计划署(DARPA)资助,推动「实时战场空间可视化」研究项目,让战地的实时状况可以以立体的方式呈现在显示器上。

平凡的秘密,从真实世界出发的光场技术

「卡通影片游戏王里的怪兽,那是我的一个梦想,希望真的能够把它们做出来。」

让人不须依靠传统3D眼镜的光场显示技术,即是模仿真实世界的物体反光原理呈现。眼睛之所以能看见这个世界,是因为不同角度的光源反射,透过无限多个不同角度的光,描绘出一个实实在在的物体而呈现在你我眼前,就像你在一个暗房里,拿着手电筒照射墙壁,墙壁反射了光,让你得以看见它的模样。

多道光线的反射,人眼接收后在脑中运算立体成像。

2004年南加大发表的光场显示器,即是依靠一面倾斜放置的镜子,以中心点为轴心高速360度旋转,并将平面影像投放在高速旋转的镜子上,透过镜子转动扫过空间中的每一个位置,与平面影像投影的视觉残留,让立体的影像模型呈现在眼前。

到了2015年,他们更进展到能够投放彩色影像。随着研发技术与制程的进步,后来的摄影机与显示器结构转为以数组式设计,结构上以一个个紧邻的显示单元,组合不同角度的光场信息,将三维影像透过计算的呈现出来。

南加大发表的镜面光场显示器,透过高速旋转与视觉残留成像

过去的立体显示技术着重在观看者的接收方式,以限制观众的视角来降低需要的光场数量,并设计穿戴载具(3D眼镜)转化成3D影像让观众收看,但如果观众的视角、穿戴载具与影像发送端没有取得最佳位置(光场无法正确成像),就会造成晕眩的感受。

然而近年发展的光场显示技术,则从影像的来源呈现做改良,让影像发送端本身就是一个低死角的观看环境,不但免去观众必须有穿戴载具的困扰,也避免了晕眩恶心的可能。

传统的穿戴式3D载具,可能让观众产生不适

什么都要「更」的规格要求

虽然新一代的光场显示技术可以突破载具穿戴的限制,但为了达到更高拟真的效果呈现,显示技术的特性需求也逐渐造成了发展与推行上的阻碍,例如高速旋转需要精准的仪器校正、纯色显示与彩色显示的影像信息量处理、数组式摄影机与显示器对于影像倍数增长的设备要求等等,都是现行光场技术急需克服的课题。

2004年南加大旋转式光场显示器的纯色设计,即是考虑到彩色显示的影像信息量有限而缩减制作,同时为达到转的速度与每一帧的影像符合,设备校正与维护也是不可或缺的考虑;然而,数组式摄影机与显示器纵使现有的最高技术规格,也同样受到影像单位的画质与数量两者为反比关系的限制。

因此,3D光场现阶段需要更大的影像流量、更大的设备空间、更好的器材与更强的设计思维,需要所有更好的一切,来支持技术上的要求。不过,如何突破技术规格、取得足够的研发经费,可能是3D光场技术的最大难题。

结语

新一代的3D光场显示技术不仅是科技的重要进展,同时也能在教育、军事、娱乐与医疗领域展现立体影像的力量。虽然现阶段仍有技术限制,但在科技跃进的时代里,突破技术限制的所需时间将大幅减少,因此如何更能掌握「Know-how」,了解其中的设计原理,将会是更重要的课题。让影像不再只是平面显示,而是能够具象化的呈现出来,也将是人类对于未来梦想追求实际展现的最佳途径。

作者:洪嘉良

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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