还原世界的真实 立体显示是人类永恒追求的梦想(上)

2018-03-12 21:04:14 通信产业报2018年6期

丁守谦

真实的客观世界是立体(3D;三维)的,但记录的媒体如绘画或照相是平面(2D;二维)的,无论是从美学的角度,或是从实用的目的,突破平面的局限走入三维空间是人类永恒的一个梦想。艺术家和科学家均作了不懈的努力。

早在古埃及时代人们就有这种追求和需要了。著名文学家及画家冯骥才在短文《静止的辉煌》中写道:“远在五千多年前的古埃及,对人物的画法造型无一例外地都是:脸是侧面的,显出额头、鼻子和嘴唇的轮廓。眼睛却是正面的,有前后两个眼角。胸也是正面的,与侧面的脸方向一致,整个人物从头到脚两次90度转向,真人或站或坐都无法保持这种姿势。”

但这种奇特的造型,却可以巧妙地同时表现出人物的正面与侧面,使人物具有立体性,而世界各地艺术最初时期的人物造型都是“扁片”的,那时人们还没有足够的技术和方法去表现立体,一旦人物造型由“扁片”变为“立体”艺术已经向成熟跨进一大步了。并且也是完成了艺术中最令人激动的现象即所谓“超越”。同样最具古埃及特征的“凹浮雕”,即在平面的画板上周围刻一条凹槽然后再进行雕刻,可增强凸出感和立体感,可以刻蚀在城墙、石柱、泥壁上无需破坏物体的表面同样可以达到立体的浮雕效果。然而这样一种辉煌从古埃及的第一个王朝(公元前3100年)到最后一个王朝长达的3千余年就保持这种风范,一成不变,这就是冯骥才所以发出 “静止的辉煌”的感叹!

欧洲文艺复兴时期(公元1400~1600年)以达·芬奇(L. Da. Vinci)为代表的一批著名画家发现了透视原理,并采用重叠、明暗、阴影、光泽等画法来突出事物的远近,来增加绘画的立体感觉,一直沿用至今。而达·芬奇运用这些技法创造了至今仍认为是巅峰之作的蒙娜丽莎。让我们略略感到还有点点立体感。而后产生的印象派画家莫奈的“日出印象”,凡高的“向日葵”无不采用了增强立体感的手法。

当然以米开朗基罗为代表的雕塑,他的代表作“大卫”至今仍为巅峰之作,以及后来罗丹的一系列的雕塑作品本身就是立体的。还有就是以杜莎为代表的腊像馆,还包括我国的泥人张、木偶、面塑等全都是完全立体的。形成了艺术上的各个流派。

科学家在追求立体显示方面做了些什么?他们则更为努力,应该说是有过之而无不及,且很见成效,不仅想还原整个立体世界,还可以虚拟出原本并不存在而是想象出来的立体事物,这就是所谓VR、AR的主题。

早在公元前280年前,欧几里德(Euclid)认为对物体的深度感觉是由于该物体在左、右眼中的像稍有不同而产生。愈远处差异愈小,愈近的差异就愈大。这就是沿用至今的所谓“视差”,经过大脑的综合这种差异,就映象出立体世界,有人说就相当于人类的第三只眼——立体眼。考察所有的动物,无不具有两只眼甚至多只眼(复眼),能看出真实的立体世界,否则在生存竞争中早被消灭了。

19世纪照相术还没有发明以前,有些画師根据透视原理,对某一立体事物,在人的左、右眼两个位置画出它的两个稍有不同的平面像,分别称为左眼像及右眼像,并排地放在前面,然后用所谓“对眼”的观看方法(即两眼球尽量靠鼻尖方向靠拢)就可以看出立体来,当然画面愈小就愈容易看出。往往是画一个简单的东西,例如放在前面的一朵花,闭上右眼,画出左眼看到的平面像,头部保持不动,再闭上左眼而画出右眼看到的平面像,于是通过“对眼”的方法而看出这朵花的立体像。使人感到十分惊奇,而画师们也乐此不疲。

1839年,法国舞台美工达盖尔(L.J.M.Daguerre, 1789-1851)发明了银版照相法,宣告照相术的诞生。上述这种手工方法退出历史舞台,改由照相法在人的左、右眼的位置拍摄左、右眼像,这就给以后想看立体像的人大开方便之门。

1852年英国惠斯顿(C. Wheatstone),就是那位以发明了惠斯顿电桥而著名的物理学家,用两块平面镜彼此成90度放置,利用视差的原理,即先分别在人的左、右眼的位置对物体拍两张相片,并分别放置在两侧,这时左眼只能看到左眼像,右眼只能看到右眼像,经过大脑综合使人们看到了一个立体像,但其立体像是反的,正如在镜子中看到的像一样。这是科学家第一次用光学方法产生的立体像,这是他的真正的发明,而以他名字命名的电桥其实并不是他的发明,只是他是第一个利用电桥原理测电阻的人,且流传得很广,因此就以他命名。而上面这个立体成像器的发明反而往往被人忽略。他本人也确实多才多艺,而且动手能力很强。发明也颇丰。

这里插一段我的经历。当我第一次看到这个简图很感兴趣,也找不到更详细的资料,于是动手找了两块镜子及一对左眼像及右眼像的照片试着去做做,起初根本看不出什么立体像。后来我静下心来根据其合成立体像的原理,仔细计算镜子及相片应放置的位置尺寸,算准后也摆放得相当精确,一下就成功了。立体效果出乎想像的好。后来专门做成了立体成像宫。可用于7英寸照片来形成立体像。还请了天津歌舞团的一个著名青年舞蹈家朱小姐作模特,她刚演完长甲舞未卸装就直奔我家,另外还请来一位颇有点名望的摄影家刘先生用一台专用相机(那时还是胶卷的)分别放在左、右眼的位置两次拍出左、右眼像,反洗印出来,插在两边,从前面观看,得出了意想不到的好结果,愈靠近观看窗视场显得愈宽广,与惠斯顿的不同,像是正立的,像真人一般,要知道相片的清晰度其实高于现在的高清显示屏,所以有这样好的结果。尤其是其长甲几乎要指到观看人的鼻尖。曾在一次全国发明会上展出过,受到好评,观看的人络绎不绝,一小伙子当场拿出300块钱想买走。由于当时只做了一台,未卖。后来也只做出了两台,一台放在李昌教授创办的3D博物馆中。

1849年布儒斯特(D.Brewster)发明了折射式立体成像器,他利用透镜来代替平面镜,因而得出的立体像是正像。他还发明了立体照相机,它由两个等焦距的透镜组成,并装有一个快门及照相底片。但有许多严格的要求需要得到满足,否则就看不到立体像。

在19世纪70年代,著名的律师韦戴·霍姆(O.Weudell Holmes)改进了这种装置,并已制成商品,行销全世界。当时有名望的家庭中,几乎都拥有这种立体镜,且已成为一种时尚。后人称这种立体镜是维多利亚时代的“电影”。而且还有诗人写成诗歌,来歌颂所见到的奇妙景观。

到20世纪初由于电影的发明及普及,使这些古老的立体镜统统进入了历史博物馆。(未完待续)endprint