还原世界的真实 立体显示是人类永恒追求的梦想（上）

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