3D成像原理及摄像技巧浅析

摘 要： 对3D图像成像原理及摄像技巧进行分析研究，从而准确把握3D摄像过程中的重点和难点问题。结合实际拍摄案例，对3D图像拍摄技巧进行分析研究

关键词： 3D图像；原理；拍摄技巧

1 3D成像原理简介

所谓3D图像，D是英文Dimension（线度、维）的字头，3D是指三维空间。我们常说的图像画面一般只有上下和左右两个维度，我们称其为2D图像，3D图像除了上下和左右两个维度外，又增加了一个新的维度前后。3D技术的使用，是影视技术方面的一次巨大技术革命，能够使观众欣赏到一种更为逼真、更具空间感的视觉震撼效果。人们在观察事物时，依靠两只眼睛的距离辨别事物的远近。人的双眼间的距离约为60mm65mm，两只眼睛在观看同一物体时，双眼的观看角度略有差异，这种细微的差距，通过视神经传输到大脑中枢系统里，大脑对这一细微的差距进行辨析处理，从而产生物体远近错落的景象，实现景物的立体效果。

所谓3D拍摄，就是人们利用人眼观察事物的原理，用两台摄像机模拟人的双眼对景物进行拍摄，两台摄像机并列放置，两镜头之间的距离为60mm65mm。这里需要注意的是，两台摄像机必须相匹配，两台摄像机的白平衡、聚焦值、光圈值等其它关键参数必须相匹配，否则将影响3D图像的后期制作及3D图像的最终显示效果。

2 3D图像常见问题解析

我们在观看3D节目时，由于3D节目制作质量存在差异，焦点的位置和我们双眼夹角的位置不能够完全实时保持一致，长时间观看此类节目将使观众产生疲劳感，从而导致眼睛疲劳、头晕现象的发生。我们平时在观察某一物体时，双眼的焦距要聚焦到该物体上，同时双眼的夹角也要调整到这一物体上，使该物体在我们的视网膜上呈现出清晰的影像。根据这一原理，我们在观看普通2D电视节目的时候，眼睛的焦距始终保持在电视屏幕上，大脑不需对图像信号做太多调整，从而不易产生疲劳现象。然而，我们在观看3D电视节目的时候，我们虽然与电视屏幕保持相对固定的距离，而屏幕中画面所显示内容则是不断飞入或飞出的，我们的大脑需要不断对这些画面进行识别处理，这与我们正常看东西时大脑的操作动作不一致。所以，我们观看3D图像会比观看普通2D图像大脑更容易产生疲劳。下面我们介绍一下产生观看3D图像视觉疲劳和头晕现象的几种因素：

1）焦点不匹配：在3D图像摄制过程中，如果两台摄像机焦点不匹配，拍摄出的3D影像会使人产生模糊的感觉，且在后期制作过程中无法修改。2）垂直校准误差：在3D图像摄制过程中，摄像机垂直方向如存在误差，制作出的3D图像会使人产生头晕的感觉。3）光圈误差：如果两台摄像机光圈调整不一致，明暗反差较大，将会严重影响3D图像的质量，在长时间观看这种图像时，会让人产生不舒服的感觉。4）Zoom匹配错误：如果摄像机是在不同的焦距进行拍摄，拍摄出的左右眼图像将导致缩放/大小不匹配，这种图像经人脑识别后，将产生扭曲变形的图像。5）视轴距不匹配：两台摄像机的距离应与人的双眼之间的距离保持一致。如果拍摄时两台摄像机机位过近，拍摄出的图像感觉跟平面一样，图像立体感不强。如果两台摄像机机位过远，图像偏离度较大，也会使人产生头晕的感觉。

3 3D图像摄像技巧简介

首先，作为3D拍摄，选择一台好的3D摄像机至关重要。一台好的3D摄像机的标准是功能简单、附加3D设置少、操作灵活性好。其次，在进行3D拍摄所有工作之前，拍摄团队工作人员，例如调像、3D推手、导演、摄像、剪辑师、质量控制等人员，要确保有一定程度的摄制水准。如果导演没有3D拍摄经验或经验较少，在拍摄过程中没有对某一场景进行特殊的介绍或说明，那么由其直接指导拍摄的3D效果肯定是不会很好的。这时我们可以聘请专业的“3D顾问”，精通3D设备和3D布景的空间设计，可以对拍摄机位、角度、切换器的切换时机和速度等进行辅助指导。在实际3D节目拍摄过程中，我们还须注意以下几个方面因素：1）亮度、反差、色彩。我们在观看3D节目过程中，3D眼镜对3D图像的光线强度和色彩有比较严重的衰减，衰减率甚至可以达到70%。为弥补3D眼镜造成的损失，需要在3D节目的前期场景设计、摄影照明、曝光、后期调色等各阶段进行特别的设计和控制。2）摄影照明控制。在拍摄中若使用份光式立体系统，分光镜使左右摄像机的进光量减半，意味着损失一档光圈，需要照明量至少加倍。此外，为保障3D图像的大景深和高画质，常用较小光圈进行摄影，则需要照明量的大幅增加。3）3D图像的精确同步。左右眼画面若存在微小的时间差，将会造成时滞感和立体错觉，容易导致头晕恶心。因此，在3D拍摄之前必须通过各种技术手段，消除左右摄像机视频信号的时间差。

下面以篮球赛事摄制为例对拍摄技巧进行简要介绍，在篮球赛事摄制过程中，牵扯到多机位的拍摄、高速摄影、精彩片段回放，还要提供现场选手姓名、成绩等字幕的叠加，能够较全面的涵盖3D图像拍摄技巧。我们一般选用三个机位进行拍摄，1号和2号机位我们放在场地的平面进行拍摄，这个作用是用来拍摄球员的一些特写镜头，我们把想拍的球员进行单独拍摄。3号机位则放在观众席上，用于拍摄整个篮球赛场全景的画面。在1号机位拍摄球员运动的画面时，随着球员和我们的距离不断变化，摄像机的Zoom应随着不断调整，只要我们改变焦距的位置，那么相应的改变会聚点则是无法避免的。在这个时候，除了摄像师需要进行变焦的操作外，3D技术人员还需要进行会聚点的调整，但这个调整无论如何都会有一些延迟，这个时候，最好能有随着Zoom的变化会聚点会进行自动实时调整的功能，这样拍出的画面则是最佳效果。此外，这个机位还有其他的拍摄需要，比如对观众席、教练席和替补球员进行拍摄，当拍摄比赛的镜头突然移到观众席上或其它位置时，如果我们指望会聚点进行自动调整的话，这种变化是完全跟不上镜头的，我们需要快速手动进行会聚点的调整。

相对于2D节目而言，3D节目的摄制技术和流程相对复杂，视觉规律有其自身特点，作为一名摄像师，必须从技术质量到创作技巧都精益求精，才有可能创作出高水平的3D节目。

此外，3D图像的拍摄技巧，需要我们在实际拍摄中不断摸索和总结，在拍摄问题困惑中探索正确的拍摄方式，积累拍摄经验。

参考文献：

[1]韩伟. 3D影视图像技术泛论[J].有线电视技术.2009（11）

[2]王琼华，王爱红.三维立体显示综述[J].计算机应用.2010（03）