3D 电脑眼镜的工作原理

作者: Shane Speck
An audience watching a 3D movie with 3D glasses on.
3D 电脑眼镜旨在说服您的大脑,让您看到真实的、三维的物体。poba / Getty Images

就在几年前,看3D意味着戴上一副红蓝眼镜,或者努力不在一页模糊的点状图前变成斗鸡眼。当时感觉很棒,但3D技术已经进步了。科学家对我们视力工作原理的了解比以往任何时候都多,我们的电脑也比以往任何时候都强大——我们大多数人的电脑中都有专门用于生成逼真图形的精密组件。将这两者结合起来,您就会明白3D图形是如何真正开始腾飞的。

大多数电脑用户都熟悉3D游戏。早在90年代,电脑爱好者就被游戏《德军总部3D》震惊了,该游戏发生在一个迷宫般的城堡中。它可能由方块状的瓷砖构成,但城堡以三维形式存在——你可以前后移动,或者按住适当的键,看到你的视角旋转360度。那时,这具有革命性,非常令人惊叹。如今,游戏玩家享受着越来越复杂的图形——平滑的三维环境,配有逼真的光照和对真实物理的复杂模拟,这些都呈现在我们的屏幕上。但问题在于——屏幕。游戏本身可能是三维的,玩家可以完全自由地看向任何地方,但归根结底,画面是显示在电脑显示器上的……那是一个平面。

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这就是3D电脑眼镜的作用。它们旨在说服您的大脑,让您的显示器显示的是一个真实的、三维的物体。为了理解这究竟是如何工作的,我们需要了解我们的大脑是如何处理眼睛提供的信息的。一旦我们了解了这一点,我们就能明白3D眼镜是如何工作的。

三维视觉

人类和大多数其他生物一样,都长有两只眼睛,彼此靠近并并排排列。这种位置意味着每只眼睛都能从略微不同的角度看到同一区域。您可以通过专注于一个远处的物体,然后交替用每只眼睛看——看看有些东西是不是看起来位置略有变化?

大脑接收每只眼睛的信息,并将它们融合成一幅画面,将每只眼睛看到的细微差别解释为深度。这产生了三维画面:一个具有高度、宽度和深度的画面。

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正是这种附加的深度感知,使得3D视觉,或者说立体视觉,变得如此重要。通过立体视觉,我们能够精确地看到周围环境与我们自身身体的相对位置,通常具有相当高的精确度。我们特别擅长发现朝我们移动或远离我们的物体,而且我们眼睛的位置意味着我们无需移动头部就能部分地看到实体物体周围。不难理解为什么有些人认为立体视觉是作为一种生存手段而进化的。

当然,立体视觉对于看似简单的动作至关重要,例如投掷、接住或击打球,驾驶或停放汽车,甚至只是穿针引线。这并不是说没有3D视觉就无法完成这些任务,但缺乏深度感知会使这些日常任务变得复杂得多。

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不同的视角

立体视觉的关键是深度,只要我们的眼睛首先获得正确的信息,我们的大脑就会乐意为我们处理好。那些红蓝眼镜正是这样工作的——每种颜色都过滤掉图像的一部分,使每只眼睛看到略有不同的画面。大脑将这两个不同的图像组合在一起,于是那些红蓝模糊的图像就变成了精彩的3D漫画、电影或电视节目。

立体图,也称为“神奇眼”图片,使用看似随机的点状图案,但依赖观看者以正确的方式交叉眼睛,或透过图像观看,直到眼睛看到正确的部分,并让大脑解码隐藏的深度信息。

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当然,这两种方法都有其缺点——红蓝眼镜难以在3D图像中显示颜色,而观看立体图本身就是一门艺术。这两种方法都不完全适合玩游戏。

然而,其基本原理是完全相同的:创建和控制这两个不同的视角。但是,为每只眼睛创建这两个独立的图像究竟有多容易呢?

答案在于游戏的创建方式。不久前,我们在电脑屏幕上看到的图形都是精心绘制到电脑中的——动画的每一帧,角色的每一个不同视角。如果你想在游戏中加入一只恐龙,你就坐下来,把恐龙的不同视角绘制到电脑中。

如今,游戏设计师使用3D图形软件包,设计他们的三维恐龙。一旦完成,他们就不必担心不同的视角——电脑内存中有一个恐龙的3D模型,游戏只需根据玩家的视角,使用3D模型绘制出恐龙的正确视图。事实上,你在现代3D游戏中屏幕上看到的一切都是以同样的方式生成的;游戏就像一个巨大的3D模型。电脑会计算出需要在屏幕上显示什么,并生成适当的视图。

既然电脑很乐意创建一个视角,那么稍微移动视角并创建另一个视角也完全没问题。在那之后,你所需要的就是一种将正确图像传递给正确眼睛的方法。

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同步

这一切都归功于液晶显示器(LCD)的力量。就像手表中的液晶可以从透明变为黑色一样,3D电脑眼镜的镜片也可以是透明或不透明的。换句话说,眼镜可以控制哪只眼睛看到屏幕上的图像,通过精确的计时,您就能获得完美的3D效果。以下是其工作原理:

  1. 图像由电脑准备并显示。

生成两幅图像,分别代表每只眼睛看到的视图

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这两个视图都在屏幕上快速交替显示

  1. 当显示左眼视图时,右眼被LCD眼镜阻挡。同样,当显示右眼视图时,左眼被阻挡。

所有这一切都发生得如此之快,以至于大脑完全没有察觉到两幅图像融合成立体视图。这就像我们用老式电影放映机看电影时,屏幕上闪烁的一系列静止图像融合在一起形成一部电影一样。

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3D眼镜简史

因此,我们已经看到,尽管幕后可能发生着一些复杂的事情,但有了合适的设备,我们就可以放松下来,让眼睛完成工作。当然,技术并非一直如此简单;事实上,在今天的3D眼镜出现之前,已经有四代产品。

第一代修改了游戏本身,使其与立体3D兼容。游戏开发者必须专门支持每种类型的LCD眼镜——这绝非理想情况。无法保证您购买的眼镜能与您最喜欢的游戏兼容。可以想象,这并没有吸引很多人;因此,开发了第二种解决方案。

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第二种解决方案是覆盖游戏,实际上接管电脑屏幕并改变显示内容。就游戏而言,它只是像往常一样运行,当然,电脑的一部分时间用于处理图像以使其3D化。结果是性能下降,图像分辨率低,呈块状。不过,它确实兼容数百款游戏,这是一个明显的进步。

第三代以类似的方式工作,修改了图形驱动程序,同时也保持了图像的分辨率——不再有块状图形!不幸的是,它与许多游戏不兼容,尽管它是我们现在拥有的3D眼镜的明确先驱。

在第四代型号中,兼容性很高,复杂的工作由显卡完成,轻巧的LCD眼镜在两幅图像之间快速切换,我们看到的都是晶莹剔透的3D图像。

那么市面上有哪些产品?您应该寻找什么?让我们来了解一下……

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购买

E-Dimensional 无线 E-D 眼镜组件
图片由 eDimensional 提供,E-D 和 eDimensional 标志是 eDimensional, Inc. 在美国及其他国家的注册商标。

尽管基本技术相同,但市面上有各种不同的眼镜。您会发现轻巧的无线眼镜,以及更基本(因此更便宜)的款式。通过眼镜看到的画面更多取决于您电脑的显卡,而不是眼镜的品牌,但您会发现不同的制造商会提供额外的软件或其他小福利。经验就是:多逛逛!如果您有机会在购买前试戴一副,请不要犹豫——尝试想象一下戴着它们进行一小时的密集游戏。您可能愿意多花点钱购买一个稍好一点的型号。

请记住,所有眼镜都附带标准的视频游戏警告,涉及癫痫、眼睛疲劳和疲劳。如果您通常觉得难以适应标准平面显示器,那么在购买前您肯定会想试戴一下这些眼镜。如果您有LCD平板显示器,也要小心,因为目前的3D眼镜与这类显示器配合不佳。购买前务必检查兼容性。

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在购买之前,请准确查明您拥有哪种显卡(制造商和型号),并进行一些研究。例如,X-Force 3D游戏眼镜只适用于nVidia显卡。许多眼镜可以与各种显卡兼容,但唯一确定的方法是仔细阅读包装盒侧面的说明。

如需了解更多关于3D电脑眼镜及相关主题的信息,请查阅下一页的链接。

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常见问题

什么是 NVIDIA 3D Vision?
NVIDIA 3D Vision 是一种为游戏和计算提供立体视觉的技术。它由一副眼镜组成,这副眼镜会发出两个不同的图像,然后这些图像由大脑组合,以产生一个三维图像。

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