3D

技术原理

电脑的发明和快速普及，伴随互联网的飞速延伸，迅速地改变和还原了这一切，深刻地改写着我们的生活方式、消费方式、工作方式和生产方式……基于电脑和互联网的三维数字化技术，终于使人们对现实三维世界的认识重新回归到了原始的直观立体的境界。无论在虚拟的网络上还是在现实的生活中，从大到飞机、轮船、汽车、电站、大厦、楼宇、桥梁，小到生活中的每一个小小的工业产品，到处都能见到电脑制作的数字化的 3D 模型、动画与仿真。这不仅是“2D/平面”到“3D/立体”的优美转身！更是 2D 平面时代到 3D 数字化时代的一场深刻革命！

随着近些年来电脑技术的快速发展，3D 技术的研发与应用已经走过了几十年的前期摸索阶段，技术的成熟度、完善度、易用性、人性化、经济性等，都已经取得了巨大的突破；随着电脑网络应用的快速普及，就 3D 应用而言，更是成为了普通大专学生轻松驾驭的基本电脑工具的，像电脑打字一样；3D 的消费和使用，如通过 3D 技术做出来的游戏、电影、大厦、汽车、手机、服装等等，更已经成为了普通大众工作和生活中的一部分。

3D是 three-dimensional 的缩写，在计算机里显示 3d 图形，就是说在平面里显示三维图形。不像现实世界里，真实的三维空间，有真实的距离空间。计算机里只是看起来很像真实世界，因此在计算机显示的 3d 图形，就是让人眼看上就像真的一样。人眼有一个特性就是近大远小，就会形成立体感。计算机屏幕是平面二维的，之所以能欣赏到真如实物般的三维图像，是因为显示在计算机屏幕上时色彩灰度的不同而使人眼产生视觉上的错觉，而将二维的计算机屏幕感知为三维图像。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。这一认识被广泛应用于网页或其他应用中对按钮、3d 线条的绘制。比如要绘制的 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，这样在视觉上便会产生 3d 文字的效果。具体实现时，可用完全一样的字体在不同的位置分别绘制两个不同颜色的 2d 文字，只要使两个文字的坐标合适，就完全可以在视觉上产生出不同效果的 3d 文字。

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 90 度的偏振镜。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、右像叠和在视网膜上，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。

国际上是以 3D 电影来表示立体电影。人的视觉之所以能分辨远近，是靠两只眼睛的差距。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”。

技术应用

3D 技术是推进工业化与信息化“两化”融合的发动机，是促进产业升级和自主创新的推动力，是工业界与文化创意产业广泛应用的基础性、战略性工具技术，嵌入到了现代工业与文化创意产业的整个流程，包括工业设计、工程设计、模具设计、数控编程、仿真分析、虚拟现实、展览展示、影视动漫、地产宣传片、3D 立体画、电子楼书、教育训练等，是各国争夺行业至高点的竞争焦点。

经过多年的快速发展与广泛应用，当前 3D 技术得到了显著的成熟与普及；一个以 3D 取代 2D、“立体”取代“平面”、“虚拟”模拟“现实”的 3D 浪朝正在各个领域迅猛掀起。

3D 技术的应用普及，有面向影视动画、动漫、游戏等视觉表现类的文化艺术类产品的开发和制作，有面向汽车、飞机、家电、家具等实物物质产品的设计和生产，也有面向人与环境交互的虚拟现实的仿真和摸拟等。具体讲包括：3D 软件行业、3D 硬件行业、数字娱乐行业、制造业、建筑业、虚拟现实、地理信息 GIS、3D 互联网等等。

统计表明，在现代工业产品开发生产过程中，70% 错误在设计阶段已经产生，而 80% 的错误往往在生产或是更后续的阶段才被发现并进行修正。3D 的突出优势在于能最大化的对产品进行仿真设计和用户沟通，尽可能早地将错误和需求变更解决在设计阶段，使产品开发周期缩短、生产成本降低，提升企业市场竞争优势。

在西方发达国家，3D 已成为产品设计、制造、管理、市场、服务、消费等的创新基础和新的竞争高地，而掌握最前沿 3D 技术，也为他们把控产业链、获取巨额利润提供了依托。当前全球近 80% 的飞机与 50% 的汽车都是使用法国达索系统的 3D 软件设计制造，欧特克更是在 3D 数字娱乐等众多领域引领全球创新走向。

欲善其事，先利其器。作为信息化条件下新的基本“语言”、“工具”和“平台”，3D 技术的研发与应用关系着中国产业结构的提升，以及在下一波世界竞争中占据怎样的位置。没有 3D 技术与人才的支撑，产业升级、自主创新、文化软实力打造等将无从做起，“中国创造”将成为一句空话。把 3D 技术渗透到工业化与信息化“两化融合”的实践中，渗透到文化创意产业创新发展的实践中，渗透到新一代创新型实用人才培养的实践中，渗透到持续推动自主创新的进程中，不仅是技术能力建设，更是国家创新能力与文化软实力建设上台阶的重要基础。

3D 打印技术，是以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件分层离散和数控成型系统，利用激光束、热熔喷嘴等方式将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、细胞组织等特殊材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，制造出实体产品。与传统制造业通过模具、车铣等机械加工方式对原材料进行定型、切削以最终生产成品不同，3D 打印将三维实体变为若干个二维平面，通过对材料处理并逐层叠加进行生产，大大降低了制造的复杂度。这种数字化制造模式不需要复杂的工艺、不需要庞大的机床、不需要众多的人力，直接从计算机图形数据中便可生成任何形状的零件，使生产制造得以向更广的生产人群范围延伸。

立体印刷品具有图片新颖，极强的视觉冲击力等特点，从而达到醒目且过目不忘的效果；是当前一种图像表现形式。本产品是一种印刷品的延伸品，因而凡印刷品适用的范围，本产品匀适用；同时又具有广告和防伪功效。

立体眼镜不仅仅用于观看 3D 电影，还有非常刺激的 3D 游戏，很多游戏开发商所制作出的大型 3D 游戏需要的立体眼镜和我们平时看一些普通的 3D 电影的眼镜是不一样的，这种立体眼镜的技术原理要复杂的多。

用于 PC 显卡的 3D 眼镜必须要有适配的显示器和处理器才行，所以这样的立体眼镜不仅是价格不菲，技术也很到位，对于普通人（只看看电影的）来说非专业的 3D 游戏玩家或者爱好者，这样的装备用不到的。

3D 全息投影是一种利用干涉和衍射原理记录并再现物体真实的三维图像，是一种无需配戴眼镜的 3D 技术，观众可以看到立体的虚拟人物。这项技术在一些博物馆应用较多。3S 动漫正是以这种全新的事物改变着人们对那些传统舞台的声光电技术的审美态度。适用范围产品展览、汽车服装发布会、舞台节目、互动、酒吧娱乐、场所互动投影等。3D 全息立体投影设备不是利用数码技术实现的，而是投影设备将不同角度影像投影至进口的 MP 全息投影膜上，让你看不到不属于你自身角度的其他图像，因而实现了真正的 3D 全息立体影像。

3D 游戏就是三维游戏，既是在游戏中使用 3D 模型来制作人物、场景等物体。使玩家可以在游戏中体会到长宽高三种度量，让玩家可以 360 度旋转视角，从各个角度来进行游戏。这大大增加的游戏的自由度、趣味度及真实性。目前 3D 游戏已经成为了时下最主流的游戏类型。当前也出现了一种 2D+3D 的伪 3D，也被成为 2.5D 的技术，其实就是通过 2D 与 3D 技术的结合来满足不同需求的客户。但由于 3D 模型的面数及复杂程度等问题，3D 游戏对于显卡运算能力要求远远高于 2D 游戏。因此很多 3D 游戏都需要较高配置的独立显卡来完成流程精彩的 3D 游戏体验。此外在画面的精细度方面也较 2D 游戏有所欠缺。

3D 硬件产品

3D 材料

3D 材料，称 3D 网布，指高弹高密三维立体中空结构，上下网孔六面透气中间采用功能性聚酯纤维材料，呈 X-90°支撑的一种革命性的软体材料。

特有功能

1.有效撑托体贴包容

3D 材料采用“X-90°”结构，双面网孔，呈现六面透气中空立体的结构，软硬适中，40 个/CM2 支撑点，有效释放颈椎压力，撑托到每一点。防止睡眠中因受到压迫，导致血液循环不畅，有效的延长深度睡眠。

2.干爽网面通风透气 传统棉絮容易吸湿，发生霉变，有异味，3D 结构，空气、水自由流通，形成湿热的微循环空气层，干爽舒适的睡眠环境。

3.好洗快干卫生洁净

可清洗，水流一秒即过，带走所有污垢，细菌螨虫难以滋生。

4.环保无毒健康生态

可回收，健康生态。

分类

立体眼镜，红/红眼镜；解码器眼镜；

红/青：红/蓝：眼镜：用于立体电影，3D 电视，3D 游戏，立体图片，火星立体图片

红/绿：眼镜：（烟花眼镜）用于观看焰火

日、月蚀眼镜：灰色：可完全吸收红外线，以及绝大部分的紫外线，并且不会改变景物原来的颜色。

偏光眼镜：采用偏光片制作，用于野外活动，钓鱼，登山，滑雪，IMAX 影院

3D 印刷

立体、变图产品具有下列优越性：

1、图像新颖、别致、美观、过目不忘，消费者在欣赏之余往往不会轻易丢弃，从而牢牢记住产品企业形像，是目前一种最好的宣传、广告形式。

2、具有防伪功能，有利于品牌的产品和知识产权保护。

当前立体印刷的表现形式是最好的，而且不需要投入昂贵的成本，只要在技术上严格把关，就可以生产出精美的立体印刷品。在投资时，以下几点是要考虑的。技术的准备 立体印刷和一般印刷工艺大致相同，但更严格，对精确度也要求更高。比如，套印要准确，网点还原要更加清晰和饱和，否则，就会影响图像的清晰度和立体感。

3D 引擎

3D 引擎是将现实中的物质抽象为多边形或者各种曲线等表现形式，在计算机中进行相关计算并输出最终图像的算法实现的集合。

3D 引擎根据是否能够被主流计算机即时计算出结果分为即时 3D 引擎和离线 3D 引擎。PC 机及游戏机上的即时 3D 画面就是用即时 3D 引擎运算生成的，而电影中应用的 3D 画面则是用离线 3D 引擎来实现以达到以假乱真的效果。

3D 引擎对物质的抽象主要分为多边形和 NURBS 两种。在即时引擎中多边形实现已经成为了事实上的标准，因为任何多边形都可以被最终分解为容易计算和表示的三角形。而在离线引擎中为了追求最好的视觉效果会使用大量的 NURBS 曲线来实现多边形很难表现出的细节和灵活性。

3D 鼠标

3D 振动鼠标是一种新型的鼠标器，它不仅可以当作普通的鼠标器使用，而且具有以下几个特点：（1）具有全方位立体控制能力。它具有前、后、左、右、上、下六个移动方向，而且可以组合出前右，左下等等的移动方向。（2）外形和普通鼠标不同。一般由一个扇形的底座和一个能够活动的控制器构成。（3）具有振动功能，即触觉回馈功能。玩某些游戏时，当你被敌人击中时，你会感觉到你的鼠标也振动了。（4）是真正的三键式鼠标。无论 DOS 或 Windows 环境下，鼠标的中间键和右键都大派用场的。

建基 3D 鼠标基本参数工作方式 光机

鼠标类别 有线

产品接口 PS/2接口

建基 3D 鼠标 技术参数最高分辨率 400（DPI）

建基 3D 鼠标 其他参数系统支持 windows3.X，Windows 95，Windows 98，Windows NT

3d 系统

微软在操作系统 windowsvista 中会用到 3d 的界面操作，有报道称，默认的应该还会使平面的，而是用命令可改作 3d 界面，可以灵活旋转，缩放等等，但 3d 界面将会使下一代操作系统的亮点其中之一，又兴趣的你可以看看下面的链接，网上还有很多，甚至有的据说还放出了 alpha 版本！众说纷云，不过我想一定会更漂亮，更庞大，更吃资源...

名词解释：Xgl---X over OpenGL. Compiz---相关的新窗口管理器/合成管理器

Novell 释放了 xgl 和 compiz，其中展示了其最新的桌面。xgl 是基于 OpenGL 的 Xserver，它使用硬件加速，实现真正意义上的 3D 桌面。compiz 作为其窗口管理器。最新的 cvs 版本可以获得。并放出了视频 Demo.我们可以看到，Linux 系统在图形方面取得的长足进步。

3DAPI 显卡

API 是 Application Programming Interface 的缩写，是应用程序接口的意思，而 3DAPI 则是指显卡与应用程序直接的接口。3DAPI 能让编程人员所设计的 3D 软件只要调用其 API 内的程序，从而让 API 自动和硬件的驱动程序沟通，启动 3D 芯片内强大的 3D 图形处理功能，从而大幅度地提高了 3D 程序的设计效率。

如果没有 3DAPI 在开发程序时，程序员必须要了解全部的显卡特性，才能编写出与显卡完全匹配的程序，发挥出全部的显卡性能。而有了 3DAPI 这个显卡与软件直接的接口，程序员只需要编写符合接口的程序代码，就可以充分发挥显卡的不必再去了解硬件的具体性能和参数，这样就大大简化了程序开发的过程的。

同样，显示芯片厂商根据标准来设计自己的硬件产品，以达到在 API 调用硬件资源时最优化，获得更好的性能。有了 3D API，便可实现不同厂家的硬件、软件最大范围兼容。比如在最能体现 3DAPI 的游戏方面，游戏设计人员设计时，不必去考虑具体某款显卡的特性，而只是按照 3D API 的接口标准来开发游戏，当游戏运行时则直接通过 3DAPI 来调用显卡的硬件资源。

当前个人电脑中主要应用的 3D API 有 DirectX 和 OpenGL。DirectX 当前已经成为游戏的主流，市售的绝大部分主流游戏均基于 DirectX 开发，例如《帝国时代 3》、《孤岛惊魂》、《使命召唤 2》、《HalfLife2》等流行的优秀游戏。而 OpenGL 当前则主要应用于专业的图形工作站，在游戏方面历史上也曾经和 DirectX 分庭抗礼，产生了一大批的优秀游戏，例如《Quake3》、《HalfLife》、《荣誉勋章》的前几部、《反恐精英》等，当前在 DirectX 的步步进逼之下，采用 OpenGL 的游戏已经越来越少，但也不乏经典大作，例如基于 OpenGL 的《DOOM3》以及采用 DOOM3 引擎的《Quake4》等等，无论过去还是当前，OpenGL 在游戏方面的主要代表都是著名的 idSoftware。

技术分类

3D 显示技术可以分为眼镜式和裸眼式两大类。裸眼 3D 当前主要用于公用商务场合，将来还会应用到手机等便携式设备上。而在家用消费领域，无论是显示器、投影机或者电视，当前都是需要配合 3D 眼镜使用。

你知道当前主流的眼镜式 3D 技术有哪些吗？

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。

色差式 3D 技术

色差式 3D 技术，英文为 Anaglyphic 3D，配合使用的是被动式红 - 蓝（或者红 - 绿、红 - 青）滤色 3D 眼镜。这种技术历史最为悠久，成像原理简单，实现成本相当低廉，眼镜成本仅为几块钱，但是 3D 画面效果也是最差的。色差式 3D 先由旋转的滤光轮分出光谱信息，使用不同颜色的滤光片进行画面滤光，使得一个图片能产生出两幅图像，人的每只眼睛都看见不同的图像。这样的方法容易使画面边缘产生偏色。

由于效果较差，色差式 3D 技术没有广泛使用。

被动偏光式 3D 技术

偏光式 3D 技术也叫偏振式 3D 技术，英文为 Polarization 3D，配合使用的是被动式偏光眼镜。偏光式 3D 技术的图像效果比色差式好，而且眼镜成本也不算太高，当前比较多电影院采用的也是该类技术，不过对显示设备的亮度要求较高。

偏光式 3D 是利用光线有“振动方向”的原理来分解原始图像的，先通过把一副图像分割为奇数行和偶数行配合 4/1 偏光膜将奇数行和偶数行画面分别以左旋圆偏振光和右旋圆偏振光进行透射，然后 3D 眼镜左右分别采用不同偏振旋转方向的偏光镜片，这样人的左右眼就能接收隔行显示的 2 组画面，再经过大脑合成立体影像。

当前在偏光式 3D 系统中还分为分时变偏振和分光偏振两种，电影市场中较为主流的有 RealD 3D 就是采用的分时变偏振技术，这个技术杜绝了普通分光偏振技术导致 2D 画面清晰度降低（PR Film 黑条现象）和 3D 画面效果隔行显示只能达到 1080 线的一半高度的弊端。通过偏光完美呈现了全高清画质。但是这项技术还尚未在市面上的电视产品中使用，只在电影院内采用。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。

当前，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。

优点：易佩戴，眼镜成本低

缺点：贴附偏光膜，需要更高的背光亮度才能保证 3D 画面鲜明，提高了电视功耗；

2D 画质有损失（PR Film 黑条现象）；

3D 画面隔行显示分辨率减半，播放 3D 1080P 电影只有 540p。

前后观看距离有严格限制，前后低于 2 米画面重影。上下低于 10 度画面重影。左右超过 70 度 3D 效果锐减。

快门式 3D 技术

快门式 3D 技术，英文为 Active Shutter 3D，配合主动式快门 3D 眼镜使用。这种 3D 技术在电视和投影机上面应用得最为广泛，资源相对较多，而且图像效果出色，受到很多厂商推崇和采用，不过其匹配的 3D 眼镜价格较高。

快门式 3D 主要是通过提高画面的刷新率来实现 3D 效果的，通过把图像按帧一分为二，形成对应左眼和右眼的两组画面，连续交错显示出来，同时红外或者蓝牙信号发射器将同步控制快门式 3D 眼镜的左右镜片开关，使左、右双眼能够在正确的时刻看到相应画面。这项技术能够保持画面的原始分辨率，很轻松地让用户享受到真正的全高清 3D 效果，而且不会造成画面亮度降低。

一般情况下，3D 液晶电视屏幕刷新频率达到 120Hz 以上，也就是让左、右眼均接收到频率在 60Hz 以上的图像，才能保证用户看到连续而不闪烁的 3D 图像效果。

当前，包括三星、TCL、松下、索尼、海尔、夏普、海信、长虹等品牌推出的 3D 电视，都是采用主动快门式 3D 技术。

优点：不用贴附 3D 偏光膜，杜绝 2D 画面损失和 3D 画面损失。（PR film 黑条现象）

不用增加背光亮度，低碳低功耗。

可视角度不受限制，前后，上下，左右任何角度都能随意观看。换角度观看 3D 效果损失较少。

缺点：

1、戴上眼镜之后，会存在亮度衰减；

2、快门 3D 眼镜在正视电灯等光源观看时因为快门技术开合现象原因会产生轻微闪烁，但是在观看 3D 影像时不会有任何闪烁感；

3、快门式 3D 眼镜因为控制芯片和液晶片的支持来实现 3D 效果，所以售价相对较贵，并且需要电源供电。

3D 技术对比

根本没有一家检测机构去检测出有辐射，都是人云亦云出来的。如果是正常家装环境情况下，是感觉不出闪烁来的，闪烁本身就是卖场光源布置不合理的结果。如果你想追求 3d 效果的话买快门式的，买个眼镜带着轻；有那么点 3d 的意思的话，就用偏光的，个人爱好。