数字百科: 3D技术——从三维投影到全息成像是如何实现的？

品牌乐此不疲进行着的一场场户外3D秀，是如何实现的？为什么在各种户外的3D营销秀上不需要佩戴3D眼镜，可电影院仍然需要戴眼镜才能看3D电影？为什么明明没看到任何投影屏幕，却真的出现一个大活人在空中漂浮？你们知道吗，目前大部分所谓的”全息成像"都不是真的全息，而是全息的投影？那么，全息投影和全息成像究竟有什么区别？... 所有这些关于3D的技术背后，究竟是什么？

亦真亦幻的3D视界，每每出现总能带来一场喧嚣。无论是三年前三星3D TV在荷兰市中心大楼上演的精彩投影秀，或是今时今日，在澳洲几乎人人都在谈论着的Roger Water: The wall live3D演唱会——再现当年Pink Floyd乐队成员Roger Waters经典的个唱现场⋯⋯ 3D，无疑是这个年代被普遍公认为是承接未来的时代性技术。从工业至商用，直到家用设备，无人不对其津津乐道。这是一块被镀了金的尤物，更是一门被普遍忽视，甚至误解的专业技术活儿。

9个精彩案例，16个演示视频，分门别类，图文叙述，让我们重新认识3D技术背后的学问和细节。

编辑、作者：Vivian.P
Cover Image: Wang Qi
感谢给予本文专业内容支持：GUSH Multimedia 吴炜达
（原创内容，转载请注明来自DamnDigital）

呼之欲出的3D时代

人们对更真实更新颖体验的爱好似乎早就烙印在基因当中，并没什么道理可言。

几个世纪前，在3D电影最早诞生的岁月里，3D技术被人认为是带给人们短暂新鲜感的“玩具”而已。今天，静静等候数百年的3D显示技术终于盼来了二十一世纪，这一次所有3D技术与周边衍生品一起卷土重来：3D电影、3D展会、3D显示器，3D秀, 3D电视, 3D触摸屏⋯⋯ 在今天，无论是家用3D，亦或是工业、商用场合，都共同处于一个3D取代2D的革新时代之中。

尽管我们对各种户外的3D病毒营销秀早已司空见惯了，但不知大家有否想过，为什么那些在高楼，墙壁，舞台上演的3D场景，不需要佩戴任何眼镜就能看得一清二楚，可电影院看3D电影还是需要佩戴眼镜？为什么看不到投影屏幕却依然能出现投射而成的三维图像？为什么家用3D还没有摆脱3D眼镜？所有3D技术背后究竟隐藏着什么？ 又是否知道其实目前看得的大部分全息3D秀都并非真正的全息成像技术，而只是全息投影，全息投影和全息成像究竟如何区别？那么，所有这些又和现在热门的"裸眼3D"之间有什么关系和区别呢？

今天，让我们一次性了解热门的3D技术背后的个中秘密。

3D projection 三维投影 ——"给我一个平面，就能投射出一个立体世界"

3D projection is any method of mapping three-dimensional points to a two-dimensional plane. As most current methods for displaying graphical data are based on planar two-dimensional media, the use of this type of projection is widespread, especially in computer graphics, engineering and drafting.——Wiki：3D Projection

三维投影，在计算机科学中也称为三维可视化。简单来说，是通过计算机图形科学中的平行投影或透视投影的方法，在二维的平面上显示三维物体（该三维物体包括静止的图像，以及动画），其过程包含了对被投影物体的取景和观察，来建立相应的三维模型，并对投影机投射的位置、朝向和视野等因素来建立坐标，然后经过投影变换来最终实现。

21世纪初期开始，各种基于3D投影技术的应用开始在当今的数字化商业营销中呈井喷式发展。在人潮汹涌的户外场景中用震撼性的视觉影像来高调地展示品牌、产品的核心卖点，并且在人群和网络病毒的传播中达到广告的传播效果，树立品牌形象，这，其实已经是一种非常普遍和典型的营销手法了，尤其对于奢侈品，游戏，汽车等等行业来说，更是开创了一片线上线下整合联动的营销新天地。

究竟在这些令人惊奇又美轮美奂的真实投影秀，是如何做到的呢？下面我们将分别从视频展示，视频讲解制作方法，以及相关的文字与大家一同分享3D立体投影技术背后的故事。

三维投影显示技术的原理：

目前大多数主流的显示技术都是基于二维平面上所显示的。因此，三维投影的应用领域非常之光，其技术的实现方式和实现效果也不断优化。从舞台幕布，到玻璃屏，从艺术展示，到各种品牌新品发布会⋯⋯今天的三维投影可以投射在任何介质的平面上。

其实不必非要在黑漆漆的晚上才能进行三维投影，Vodafone这一宣传视频就给我们出了一个好主意。简单的一个桌子，两部激光投影机，加上几部业已淘汰的过去的手机，就制作成了一个简单却非常有趣的3D投影展示。

Vodafone- The Evolution of Mobile

看看它们是如何制作的：

Credits & copyright: FND collective & Flat-e
Directors: Barney Steel (FND) , Robin McNicholas (flat-e)
Senior Art Director: Jamie O'Brien (TBG)
Art Director: Alex Hill (TBG)
VFX Artists: Murat Pak (UNDREAM) , Matthias MüllerSvenja,  Frahm , Robin Mcnicholas, Barney Steel, Rob Pybus
DOP/Steadycam Operator: Thomas English Studio/
Techincal Supervisor: Memo (MSA Visuals) Projector Rig
Creation: Phil Mayer (Gaianova)
Production Assistant: Dan McNicholas White Documentary
Photography: Sandra Ciampone

运用激光投影仪，三维建模，以及灯效的设计，是三维投影技术最为常见的方式，以下这一视频，其精美绝伦的三维激光动感画面，让人不得不倾心。

ENVISION – STEP INTO THE SENSORY BOX
Credits & copyright Superbien

此外，各种投射屏的创新使得今天的3D投影显示技术可以应用在各种各样不同的场合与场景之中，带来更丰富多彩的三维投影视觉享受：

车体投影:

Toyota 'Get Your Energy Back' 3D投影秀

Toyota 'Get Your Energy Back' 背后的制作故事
Credits & copyright Glue Isobar & Igloo Official Website: Get your Energy Back

同样，来自兰博基尼跑车的这一场3D投影秀也基于同样原理：

Credit&Copyright: The Media Merchants
Projection Mapping: The Media Merchants
Creative Technical Director: Anthony Diehl
Technical Coordinator: Jordan Ciurcovich
Animation Director: Stuart Langfield
Sound Design: Mitch Lee for Redemption
Audio Post Production: JUMP Studios
Videography: Perfect Pictures, Van Media
Director of Photography: Dan Dumouchel
Lamborghini Reventon: SR Auto Group

墙面投影:

现代Accent2012最新3D投影活动

背后的制作故事

Credit&Copyright : Bread
Planning : Bread
Producer: Lee wan seob
Director : Park jung sik
Film : Idea from daily life
3D Artist : Oh se yun. Kim Do Ho. Seo Dong Hyuk. Kim Moon Gi. Lee eun q
2D Compositing : Oh se yun
Film Compositing : Idea from daily life, mercury

水幕投影:

Nike Melo M8 water projection
Credit&Copyright : Wieden+Kennedy NYC

楼体投影 Architecture Projection Mapping

楼体投影，或称建筑投影，是目前商用领域应用最广泛的投影方式。利用建筑物当作大型投影布幕的技术，看起来好像很简单其实不然，建筑物不像一般投影幕，建筑物不平整又在户外，还有必须利用到多台投影机这是硬体问题，如果画面要精彩，跟被投影物的集成性要够高，这对于影片制作的难度就更高了，故事又要配合所设计的主题，整个来说就是一个高难度的艺术作品，算是软硬集成很好的例子。

曾经为三星电视机在荷兰创造了震惊世界的建筑3D投影秀的荷兰互动Agency Muse联合大牛Postpanic工作室带来 又一3D投影佳作：为知名的游戏"Hot Wheels Secret Race Battle"在悉尼打造了一场生动的3D游戏互动体验：

这是关于此项目的制作视频
Credits & copyright Muse & Postpanic
Directors: Chris Staves, Mischa Rozema, Justin Blyth Production: PostPanic Agency: Muse

箭牌糖果旗下的5 Gum所推出的这则楼梯三维投影秀活动则更出彩，光影与音效的出色设计，完美搭配建筑流线型的外观轮廓，打造了一场精美绝伦的动听3D多媒体投影视听盛宴（PS：这可是出自North Kingdom的作品哦！大家懂的!）：

5 Gum : Wall ALive

这是背后的制作解析视频：

Credit & Copyright: Tribal DDB SA & North Kingdom
Agency: Tribal DDB South Africa
Client: Wrigley's 5 Gum
Digital Production Company: North Kingdom

大牛之作！！！凡是出自North Kingdom之手，必为精品！！！！

空气雾幕投影

由投影机与空气雾幕系统构成气体投影系统。空气萤幕系统可以制造由水蒸汽所构成的雾墙，作为投影机影像投射的媒介，而雾墙的分子会因振动而形成层次感和立体感很强的影像)

无论是哪一种介质的投射成像，其原理都是相仿的。所有这些活灵活现的三维视觉震撼的背后，都有着精密且完善的工作过程：

三维投影制作的流程：

• 建模

• 加工（场景布局、三角剖分、绘制）

• 绘制三维模型

• 反射和明暗模型

感谢各种专业的三维图形应用程序接口API（如OpenGL、Direct三维、RenderMan、RenderWare等），使得三维模型的创建过程大大得到简化，并且使得投射的三维影响也更为逼真，生动。

3D显示/成像技术——未来世界, 真实视界

可以说，目前三维投影技术已经逐渐趋于成熟。但是这种投影技术所带来的3D影像技术大多应用于工业与商用领域，对于家庭消费领域来说，它还无法带来任何价值。回到本文开篇的问题，其实电影院的3D电影基于的是3D显示技术，其技术原理与以上介绍的3D投影有本质上的区别。而3D显示技术可以说是这个时代里应运而生的时代新宠，让人们热衷于投身这一领域，因为它是真正推动3D时代趋势性变革的重要技术之一。 它究竟是什么呢？ 为了区分这两个容易混淆的技术概念，我们下面与大家一起分享一些关于3D立体显示技术的一些基础内容：

3D显示技术的组成: 眼镜式&裸眼式

无论是目前的眼镜式3D，还是新兴的裸眼3D，其技术原理运用的都是人类左右眼的视觉错特征，也就是我们的左右两只眼睛之间的差距。这类技术是通过画面的一些设置，让我们误以为眼镜所看到的是三维的。

1) 眼镜式3D

眼镜D是目前电影院和家用领域比较常见的一种技术形式，这类技术所显示的3D画面需要人们佩戴专门的3D眼镜才能正常观看。

人的两眼分开约5公分，两只眼睛除了瞄准正前方以外，看任何一样东西，两眼的角度都不会相同。虽然差距很小，但经视网膜传到大脑里，脑子就用这微小的差距，产生远近的深度，从而产生立体感。一只眼睛虽然能看到物体，但对物体远近的距离却不易分辨。根据这一原理，如果把同一景像，用两只眼睛视角的差距制造出两个影像，然后让两只眼睛一边一个，各看到自己一边的影像，透过视网膜就可以使大脑产生景深的立体感了。各式各样的立体演示技术，也多是运用这一原理，我们称其为“偏光原理”。

在眼镜式3D技术中，我们又可以细分出三种主要的类型：色差式、被动偏光式、主动快门式，也就是平常所说的色分法、光分法和时分法。

Dolby杜比3D数字显示原理

市面在售的偏光产品都是分光偏光产品，在图象清晰度和3D效果上都存在一定缺陷。目前，LG、康佳、TCL、海信、创维等品牌都有采用分光偏光3D技术的产品。

裸眼3D

裸眼3D技术大多处于研发阶段，并且主要应用在工业商用显示市场，所以大众消费者接触的不多。从技术上来看，裸眼式3D可分为光屏障式（Barrier）、柱状透镜(Lenticular Lens)技术和指向光源（Directional Backlight）三种。裸眼式3D技术最大的优势便是摆脱了眼镜的束缚，但是在技术成本，显像效果上还存在诸多不足。 具体参见：果壳网《裸眼式3D技术》

还有一种技术，也可以为我们实现不用戴眼镜就能看到真实的三维物体和空间，就是全息：

全息投影与全息成像技术

全息的本意是在真实世界中呈现一个3D虚拟空间，这个概念从20世纪末期开始被不同程度地探索执行。

去年11月，英国《自然》杂志封面文章介绍的新成果，显示科学家们已发明出近乎实时传送水平的3D全息成像技术，即“全息网真”。《每日邮报》评论称该突破将可使电视电影、电脑游戏、街头3D广告甚至远程医疗出现彻底革命。

并且，这是一场目前仍然处于襁褓中蓄势待发的革命。

Holographic projections全息投影——“伪装"的全息技术

真正的全息成像目前还没有真正进入应用阶段，而我们却已经听说过不少打着”全息“名号的例子，其实，目前所能看到的关于全息3D的应用，大多运用的是一种伪装的全息技术——即全息投影。比如，MIT开发出的一种特殊材质的全息薄膜，是一种投射产生全息图像的隐形膜，是人们看不到的一面”隐形的幕布“，全息投影通过光的投射而产生。其实本质上仍然是投影。

全息投影技术，原理上是利用干涉和衍射记录并再现物体真实的三维图像的记录和再现的技术。全息投影技术本质是利用光学原理，通过空气或者特殊的立体镜片上形成立体的影像，全息投影技术能够呈现360度的3D影像，观众从任何角度观看影像的不同侧面皆不会失真。

而全息投影技术本质上也不能称之为全息，还是投影反射原理。尽管全息投影的应用已经开始逐渐显示出发展的势头，只是，科技产品市场化的前提是质量与成本达到临界，全息投影的路还有很长。

Holographic technology 全息成像技术

Holograms, of course, do show three-dimensional images. However, you normally have to look at or through a piece of glass (or film) to see the image. If there is any "mid-air" effect, it is because the holographic image appears slightly in front or behind the glass.—— Laser Show Resource Guid

三维全息技术的原理可以看做是一个全息摄像机快速刷屏的过程，其原理是利用干涉和衍射原理记录并再现物体光波波前的一种技术。

其第一步是利用干涉原理记录物体光波信息，此即拍摄过程：被摄物体在激光辐照下形成漫射式的物光束；另一部分激光作为参考光束射到全息底片上，和物光束叠加产生干涉，把物体光波上各点的位相和振幅转换成在空间上变化的强度，从而利用干涉条纹间的反差和间隔将物体光波的全部信息记录下来。记录着干涉条纹的底片经过显影、定影等处理程序后，便成为一张全息图，或称全息照片；

其第二步是利用衍射原理再现物体光波信息，这是成象过程：全息图犹如一个复杂的光栅，在相干激光照射下，一张线性记录的正弦型全息图的衍射光波一般可给出两个象，即原始象（又称初始象）和共轭象。再现的图像立体感强，具有真实的视觉效应。全息图的每一部分都记录了物体上各点的光信息，故原则上它的每一部分都能再现原物的整个图像，通过多次曝光还可以在同一张底片上记录多个不同的图像，而且能互不干扰地分别显示出来。

真正的全息是这样制作的：
Video Source: UCLA

全息成像技术与全息投影的最大区别在于： 前者依然受到立体镜面组成的360度投射空间所限制，而全息成像可以实现人们肉眼无法看出处于高速运转之中的玻璃镜，所呈现的静态/动态全息影像几乎可以和真人一样面对面互动。不过前提还是要保持一定的间隔距离，不然⋯⋯

利用全息投影技术，可以让身处异地的人们“面对面”地进行交流，令人称奇。

而这一种应用，走出实验室不久，真正应用全息成像的案例也不多。

编者结语：

我们或许记不得自己看过的第一部3D电影是什么，但《Avatar》里神奇的世界，冰河世纪中栩栩如生的猛犸象和小松鼠跳跃的场景或许印象更为深刻。我想，3D技术发展到今时今日，应该不会再被认为只是为人们带来视觉上短暂新鲜感的一件玩具而已。科技随着时代不断加快脚步飞跃的今天，不论多么难以想象的创新，终究要回归到人本的需求。尽管3D投影技术还无法进入人们的家庭生活中，即便裸眼3D今天还在进一步的探索之中，我想，某天我们抬头即可触摸到电话另一头交谈的朋友，可以通过三维成像技术和远方思念的人面对面交谈自如，人和人的情感必然会无限接近，而科技则也将与我们的生活密不可分，如氧气一般与人类共同呼吸。这样的场景，也许并不遥远。 希望通过今天的一番讨论，可以让我们对于3D与投影技术拥有一个更清晰的视角。

PS: 最后，特别鸣谢来自于上海广涌多媒体GUSH Multimedia的吴炜达童鞋的指导，让我们重新对3D投影和3D成像技术有了一个豁然开朗的全新认知！

若文中出现有误的表达或者大家还有任何疑问或想法，欢迎留言，与我们交流。

参考资料：

3D projection WIKI 三维模型及绘制 UCLA Research How to Project a Texture 杜比3D数字影院 学术报告：A Study on Image Interpolation and Point Matching in IBR 裸眼3D技术 C3D World