10.2　立体图对与立体图片制作技术

普通的绘画和摄影作品，包括电脑制作的三维动画，只是运用人眼对光影、明暗、虚实的感觉而得到立体的感觉，而没有利用双眼的立体视觉。用单眼观看这些作品，其效果与两只眼看是一样的。立体图对和立体图片，则是利用人眼的立体视觉原理及特性制作而成的立体画。学习立体图对和立体图片的制作原理，掌握这些立体画的观看方法，不仅可获得前所未有的奇妙视觉享受，而且有助于眼睛晶状体调节的放松，提高视觉功能。另一方面，随机点立体图片的原理和方法，还可应用于各种防伪商标的制作。

表10‐1　三维与立体成像技术的分类

10.2.1　立体图对的原理

人类有两只眼睛，双眼之间有一定距离，即瞳距。瞳距的存在，使物体在双眼视网膜上的影像产生一定的差异，或在水平方向有一定的横向位移，这种差异或位移称作双眼视差，参见图6‐6。人眼的立体视觉机制表明，大脑将双眼同时看到的图像融合，并根据这些视差产生立体视觉。

立体图对是利用立体视觉原理制成的一对图片，称作左图片和右图片（图10‐1）。这两张图片的主体与主体之间、背景与背景之间的对应像素相同，只是相对于另一张图片，主体和背景之间有一定的横向位移。图中大的矩形为背景，中间小的圆形为主体。不难发现，在左图中圆形处于中间偏右的位置，右图中则中间偏左，两者在水平方向的差异，就是上文所说的横向视差。当双眼分别而又同时观看这一对图片时，经过大脑的融合，在视差作用下便可获得圆形浮在矩形前的立体视觉效果。若圆形的所处的相对位置正好与本图相反，获得的立体效果就是圆形看起来比矩形更远。

图10‐1　立体图对的原理

10.2.2　立体图对的制作

如果把主体和背景都换成具有复杂结构的图形或图像，并且使左图片和右图片中的主体相对于背景在横向产生位移，就可以制成各种具有实物意义的立体图对。图10‐2中蝴蝶代替了图10‐1中的圆形作为主体，绿叶相当于背景，当双眼在约0.5m距离分别观看此图并将它们融合时，感知到蝴蝶悬浮在背景前面，好像在绿叶前翩翩飞舞一样。

图10‐2　立体图对的制作

立体图对的观看，既可借助于同视机、双眼观片器和立体镜等器械的辅助来完成，也可以直接用双眼观察获得立体效果。当然，一般人未经训练很难直接用双眼分别观看左右图片并将它们融合成立体图。为学习掌握立体图对的观赏要领，图中图片上方画出了两个黑点。读者先用双眼去观看这两个黑点，注意，不要试图去注视和看清这两个点，而是用一种游离的目光去观看它们。当双眼出神的时候，可感觉到这两个黑点从两边向中间互相靠近，最终会合成一个黑点（该点左右两边有两个稍模糊的黑点）。此时将目光稍稍往下向图片内移动，眼前将会出现一个奇妙的立体世界。本书中涉及的所有立体图对和立体图片，均可按照此法观看，当熟练掌握这一技巧时，就不必再借助于黑点的过渡，而可以直接用双眼欣赏了。

在立体图对中，可以采用多层次的主体，多层次的背景，只要左右图片中每一层次的像素具有对应关系，并含有不同的视差，双眼观看融合后，同样能感受到立体效果，而且是多深度层次的立体效果。根据这一思路，可以制作深度远近渐变的立体图对。

制作上述立体图对的图形或图像素材，既可以是彩色的，也可以是黑白的。更有趣的是，构成图对的像素也不一定是有形的，完全可采用随机点来构造这些图对。随机点立体图对的制作原理与上述有形的实物图对完全相同，差别只是主体和背景均由随机点构成。这样，用单眼观察左右图片时，只看到一些散乱而无意义的随机点；只有当双眼同时分别观看左右图片并将之融合后，才能感知由随机点构成的奇妙的立体世界。

图10‐3所示为随机点图对的实例。其中（b）和（c）为制作完成的图对，初看之下，这两张图中没有有形或有意义的信息，但当双眼观察并融合后，立即感觉到图片中间有一由随机点构成的矩形，悬浮在同样由随机点组成的背景前面。这是因为在图片中间预先选定了一个矩形区，参见图10‐3（a），而在（b）图和（c）图中，我们将此由随机点构成的矩形在水平方向相对平移了一定距离，而背景随机点位置不动，由此提供了两幅图片之间的双眼视差，从而获得立体感。

利用以上原理和制作方法，可以制作出各种不同的立体图对。特别是计算机技术的飞速发展，为制作复杂而精美的立体图对提供了坚实基础。

10.2.3　立体图片的原理

区别于立体图对，立体图片是一张蕴含立体信息的图片，当双眼以一定的方式观看这张图片时即获得立体感。先来看图10‐4所示例子，这是一幅最简单的立体图片。图中在水平方向绘制了一系列重复的图案，当这些图案在两只眼睛中重合时，就看到了这样的立体的影像:最上面一行矩形最远，最下面一行圆形最近，三角形居中。产生这样的立体感，唯一的信息就是最上面一行矩形之间距离最大，最下面一行圆形之间距离最小。

图10‐3　随机点立体图对的制作(www.daowen.com)

图10‐4　最简单的立体图片

把图中的矩形、三角形和圆形等像素，替换成有形的实物图案，再将这些图案在横向的间距设计成各不相同，用双眼就可以看到实物的立体效果了。如图10‐5所示的立体视觉效果是，这些蝴蝶处在许多不同的层面，好像在不同的空间深度展翅飞翔。

图10‐5　实物图案的立体图片

为什么图案之间距离不同，就会产生远近感或立体感呢？答案仍然是双眼视差。这些图案之间的距离，代表了左右眼所看到的对应图案之间的横向位移，也就是视差信息。根据立体视觉机制，这些图案被融合后即可产生立体感。又由于每种图案的视差不同，所以看起来处于不同的深度远近。

为了进一步了解立体图对的制作原理，来看图10‐6所示的一般性情形。在双眼的前方不同深度处有9个像素点。由于双眼瞳距的存在，左眼和右眼所见的图像实际并不相同，它们的视线分别以实线和虚线表示。视线与眼前某一平面产生10个交点，这些交点也就是景物在视平面内的投影点。从左边第一个像素点开始往右数的9个像素点，是左眼所见的图像，记为左眼图像；从右边第一个像素点开始往左数的9个像素点所构成的图像，记为右眼图像。但左眼图像和右眼图像的各9个像素点是一一对应的，显然，这些对应的像素点之间位置并不相同，间距也不均匀，即存在横向视差。反过来，当双眼分别而同时观看左眼图像和右眼图像时，双眼并不是看到10个像素点，而是融合成的9个点，只是这些点的空间深度或远近并不相同，由此产生与实际景物一样的立体感。一句话，根据含有空间立体信息的实际景物，可以设计构造平面的立体图片；反之，观看这些平面的立体图片，融合后可恢复出空间立体的景物。

图10‐6　立体图片的原理

图10‐6所示的立体图片本身是一维的，由此看到的立体感，只是位于一条横线上的远近不同的9个点。要制作二维的立体图片，只需按照相同方法，一行一行设计像素点的位置即可。当然，对于具有一定形状及远近深度等设计参数的图片，只需由计算机根据相应的函数关系产生像素点，然后自动给定和绘出这些像素点的位置。与立体图对的制作类似，采用不同结构、不同视差的像素及不同主体、不同背景的图案来构造立体图片，能够制作出多种形式、不同立体感的立体图片。由于立体图片是一幅而非两幅图像，制作上更巧妙也更复杂，因此某些厂家利用这一技术来制作防伪商标。

10.2.4　补色3D立体图片的软件制作技术

根据制作的像素点性质不同，我们将立体图片分为黑白立体图片、彩色立体图片、补色法立体图片、随机点立体图片等。上述立体图片即为黑白立体图片，显然也可以制成彩色立体图片，只需将黑白像素换成彩色像素就即可。

用双镜头数码立体相机拍摄的左右格式立体图片，可以直接采用软件技术合成为补色3D立体图片，如红青补色3D立体图片、黄蓝补色3D立体图片等。以红青补色3D立体图片为例，其软件制作步骤是:导入左右格式的原始图片；将左图片的所有像素点的绿（G）和蓝（B）分量滤除，仅保留红（R）分量；将右图片的所有像素点的R分量滤除，仅保留G和B分量；将处理后的左图片和右图片叠加，生成红青补色3D立体图片。采用红青补色眼镜观看，即可获得逼真的立体感，如图10‐7所示。

图10‐7　补色3D立体图片的软件制作界面（参见附录彩图）

补色3D立体图片的像素，既可以是有形的实物，也可以是随机点。其制作原理完全相同，由于印刷方面的限制，这里不提供补色随机点立体图片的实例作详细介绍。

10.2.5　随机点立体图片

这里所指的随机点立体图片，既包括彩色图片，也包括黑白图片。需要说明的是，其中的彩色随机点立体图片不同于补色3D立体图片。在彩色随机点立体图片中，左右眼所见的图片是由相同的彩色像素点构成的，而非互补色。因此，这类随机点立体图片，无论黑白或彩色，都能通过双眼直接观看获得立体效果。

图10‐8　随机点立体图片，立体效果为汉字“视觉”

图10‐8所示为作者制作的随机点立体图片的实例。其中的背景为由随机函数产生的随机点阵，图片的主体是“视觉”两个汉字。用单眼观看这一图片，或用双眼随意观看该图片，只能看到密布的随机点列阵。随机点立体图片的观看方法与上述立体图对类似，只需先观察图片上部的两个黑点，当它们融合并出现三个黑点时，将视线稍稍向下往图片内移动，即可获得逼真的立体感。当然，对于有经验的观察者，完全不必如此麻烦，直接观看图片就能产生立体视觉。

图10‐8的图片原为彩色，黑白处理后并不影响观赏效果，因为其中的视差信息并没有改变。随机点立体图片的种类和数量非常丰富，借助于计算机软件技术，还可以制作出深度渐变的立体图片。有兴趣的读者，不妨自行编程或采用现有的软件制作此类图片。