浅谈3D视像和3D音像

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我们日常生活的空间是一个三维(3D,three-dimensional)世界，人们是用两只眼睛观察周围立体感的外界景物的，即具有长、宽、高三种度量，因此以3D的形式展现我们所看、所听的世界是与生俱来的所见皆是：但是由于种种原因，人们以前对音、像的再现都是二维的，随着人类科技的发展，3D是未来发展的必然趋势，而这些都是源于人们不断地进取与追求。
1. 3D视像
人眼有一个特性就是近大远小，因而形成立体感。视频再现的屏幕是平面二维的，之所以可以欣赏到真如实物般的三维图像，是因为显示在屛幕上的色彩灰度不同而使人眼产生视觉上的错觉，而将二维的画面感知为三维图像。基于色彩学的有关知识，三维物体边缘的凸出部分一般显高亮度色，而凹下去的部分由于受光线的遮挡而显暗色。我们都有这样的经验，利用人眼的这一特性，可以绘制3D文字，即在原始位置显示高亮度颜色，而在左下或右上等位置用低亮度颜色勾勒出其轮廓，这样在视觉上更会产生3D文字的效果。
目前各种显示设备，采用虚拟三维技术实现人眼的特性，我们就可以体验到真实世界的再现。虚拟三维技术是利用计算机的运算达到视觉、听觉等方面立体效果的一种技术。从图像学的角度来看，三维不再是平面，而改为立体的。所说的“伪3D”是靠多面贴图来完成的。利用3D技术直接做出的是3D影像而非实体。3D技术的应用在军事、教育、生产、娱乐、科研，还有医学、航空、学术等众多领域，范围极其广泛一
1.1 3D电影
3D电影就是利用双眼立体视觉原理，使观众能从银幕上获得三维空问感的视觉影像的电影。3D电影不同于一般普通电影，能呈现出上下、左右、前后三维影像的电影，二维普通电影只能呈现出上下、左右平面的影像。
3D立体电影的制作有多种形式，其中较为广泛采用的是偏光眼镜法。它以人眼观察景物的方法，利用两台并列安置的电影摄影机，分别代表人的左、右眼，同步拍摄出两条略带水平视差的电影画面。放映时，将两条电影影片分别装入左、右电影放映机，并在放映镜头前分别装置两个偏振轴互成900的偏振镜。两台放映机需同步运转，同时将画面投放在金属银幕上，形成左像右像双影。当观众戴上特制的偏光眼镜时，由于左、右两片偏光镜的偏振轴互相垂直，并与放映镜头前的偏振轴相一致；致使观众的左眼只能看到左像、右眼只能看到右像，通过双眼汇聚功能将左、右像叠加在视网膜上，由大脑神经产生三维立体的视觉效果。展现出一幅幅连贯的立体画面，使观众感到景物扑面而来、或进入银幕深凹处，能产生强烈的“身临其境”感。
1.2 3D游戏
三维游戏(3D游戏)是相对于二维游戏(2D游戏)而言的，采用了立体空间的概念，所以更显真实，而且对空间操作的随意性也较强。也更容易吸引人。
运行3D游戏的电脑，对显卡的运算速度和内存容量比2D游戏有更高的要求，如果硬件不能达到要求，游戏时就会运行缓慢甚至是死机，因此要采用独立显卡。独立显卡是相对于集成在主板上的显卡来说的，具有相对于集成显卡更好的GPU，最主要的是有自己独立的内存，而集成显卡则要分享系统的内存，因此独立显卡比集成显卡具有更好的游戏性能，使得游戏的流畅性和精彩性有了更大的提高。
1.3 3D动画
所谓3D动画就是利用电脑在其二维的屏幕上通过视角的转换显示f}j三维的虚拟真实效果，并利用这种效果制作H{可以连续移动变换的画面。同样，对用于制作3D动画电脑显卡的要求比3D游戏更高；而用于制作电影那就更高了，如比较高端的配置可以到支持128个CPU、256G的内存、16G的显存，并有专门的操作系统和自己的图形软件。
1.4 3D HD
3D HD(3D高清视频)是下一代的技术。传统3D视频的实现方法即色彩模拟化处理，是用颜色滤镜构建部分图片，观众的大脑将这两幅稍有差别的画面叠加在一起，于是产生了三维立体感；另外一种方法则是极化滤波技术，使用极化滤波器将两张画面分离，极化光线意味着每个眼睛所看到的画面稍有不同，因此大脑会产生立体感。新的技术是，采用摄影机记录两组视频流，每组的视角稍有不同，两组视频以与我们两只眼睛距离相同的距离叠加播放，于是大脑会产生三维立体感。3D视频可以同时从任何一个角度进行观看。这种技术与HD高清多频道音箱(5.1、7.1等)结合，使得观众有一种身临其境之感。
现在在日本已经设立了3D HDTV电视频道，随着越来越多的消费者和户外广告媒体使用可显示三维图像的显示器、3D HD手机屏幕，3D HD将越来越受欢迎。


2. 3D音像
3D音像就是3D立体音效，与传统做法最大的不同之处，在于只利用一组音箱或耳机，就可以发出逼真的立体声效，定位出环绕使用者身边不同位置的音源。这种音源追踪的能力，就叫定位音效，是利用头相关传递函数(Head Related Transfer Function，HRTF)来达到这种效果，HRTF就是在三度立体空间中，人耳是如何监测和分辨出声音来源的方法，就是声波会以几百万分之一秒的差距先后传到耳朵里面，大脑可以分辨出那些细微的差别，利用这些差别来分辨声波的形态，然后在换算成声音在空间里的位置来源。除了重现音源的方位之外，3D音效的开发者还尝试利用声波追踪(Wavetracing algorithms)技术，这种技术利用障碍物对声波的反射(Reflection)、混响(Reverb)及阻塞(Occlusion)精确再现真实的环境音效，如经过不同材质的墙体反射后的声波会产生不同的音效，从不同角度传来的声音也会得到不同的感觉，让游戏的声音效果变得更加立体。下面介绍3种实现3D立体音效的技术。
2.1 A3D技术
A3D技术是利用Aureal Semiconductor开发的一种崭新的互动3D定位音效技术，使用这一技术的软件（特别是游戏）可以根据软件中交互式的场景、声源变化而输出相应变化的音效，产生围绕听音者的极其逼真的3D定位音效。
A3D技术具体包含A3D Surround和A3D Interactive两部分。A3D Surround技术在于“环绕”，它只用两只普通的音箱或一对耳机就能在环绕着听音者的三维空间中精确地定位声源。A3D Surroun结合了诸如Dolby的ProLogic和AC-3这样的环绕声解码技术，环绕声解码器通过两个音箱创建一个由5组音频流环绕而成声场，即用两个音箱就能体验到Dolby的五音箱环绕效果，这一技术被杜比实验室授予了“Virtual Dolby”的认证。
A3D Interactive技术在于“互动”，即在现实中所听到的声音并不是一成不变的，而是随着我们的行动、所处环境以及声源与人耳相对位置的不断变化而做着相应的变化，它能为互动游戏及一些交互式的软件应用产生交互式的3D音效，营造出非常真实互动的3D听觉环境。像Dolby Surround这样的环绕声技术，在多音箱系统的辅助下确能达到极佳环绕效果，但这些技术都是非互动性的，对于现在的互动游戏和交互式软件就显得力不从心。要在软件应用中获得这些真实互动的听觉体验，就必须在回放声音时模拟出这些互动音效，这就要求音频处理系统能够实时地计算出音频的变化并回放出来。而A3D Interactive可以说是PC上这一技术的先驱，一套支持A3D的应用程序加上A3D音效处理系统，就能产生极其真实的3D互动音效。

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2.2 EAX技术
Creative Lab.的独家技术“环境音效(Environment Audio)”，是以创新的子公司E-mu为好莱坞开发的音频及效果技术为基础的一种专业音效技术，凭借Soundblaster Live/value的主芯片EMUIOKI的强大声音处理能力，实时地实现声音的混响、变调、回声及延时等3D音效，即使是用话筒输入的声音，也能实时地回放出经过环境音效处理后的声音。
环境音效扩展集EAX，是一套公开的应用程序接口(APD，目的是让游戏和软件开发商在开发软件时，通过EAX利用E-mu的环境建模技术(Environmental Modeling Technology)在游戏中预置好不同场景的不同音效参数，如大厅、水下、房内等，在进行游戏时能方便地调用，辟如玩家在房内时，就会调用预置好的相应的环境音效参数使声音变得闭塞，而当玩家来到大厅时，声音又会变得空旷起来，从而实现逼真的环境音效。另外，对于支持A3D的游戏或软件，EAX还可以通过DirectX间接调用A3D，同样能实现逼真的互动音效。
环境音效的核心主要是通过调节混响(Reverb)、合声(Chorus)、原声(Original Sound)的音频参数以及利用多音箱辅助定位来构造3D空间的。所以对于一些不支持EAX的游戏或普通的软件、影片，可以通过Live/Value自带的混音台(Mixer)来调节各项音频参数，使音效与软件的场景相匹配，也能达到极佳的效果。
2.3 SRS技术
SRS(Sound Retrieval System声音补偿系统)是SRS Labs Inc.推广的一种三维实感技术。普通立体声的聆听范围很小，听者须坐在与两音箱成等腰三角形的地方，而且即使是多音箱的环绕立体声，其每个音箱中放出的声音的各个音源也是平面的，垂直面上的声音十分空洞。而经过SRS处理后的声音，其每个音源都是立体的，听者无论在何种角度都能听到极具三维感的声音。SRS的原理就是根据HRTF并利用频率响应纠正曲线(Frequecy Response Correction Curve)，恢复和加强这些被埋没的三维空间信息，使回放的声音变得立体真实，只须一对音箱就能使人完全置身于宏大宽广而且逼真的原声场中。
SRS与A3D和EAX，广泛应用于电脑多媒体声卡、音箱以及家庭影院中，而且对软件无任何要求。