人类从客观世界获得信息的80％以上来自视觉，视觉信息的获取是人类感知外部世界、获取信息的主要的传感通道，这也就使得视觉通道成为多感知的虚拟现实系统中重要的环节。在视觉显示技术中，实现立体显示技术是较为复杂与关键的，因此立体视觉显示技术也就成为虚拟现实的一种极其重要的支撑技术。虚拟现实技术中，实现立体显示是基本的技术之一。

1）彩色眼镜法

要实现美国的科学家Ivan Sutherland提出的The Ultimate Display中所设想的真实感，首先就必须实现立体的显示，给人以高度的视觉沉浸感，现在已经有多种方法与手段来进行实现。采用戴红绿滤色片眼镜看的立体电影就是其中一种，这种方法称为彩色眼镜法。其原理是在进行电影拍摄时，先模拟人的双眼位置从左右两个视角拍摄出两个影像，然后分别以滤光片（通常为红、绿滤光片为多）投影重叠印到同一画面上，制成一条电影胶片。在放映时，观众需带上一个镜片为红色另一个镜片为绿色的眼镜。利用红或绿色滤光片能吸收其他的光线，而只能让相同颜色的光线透过的特点，使不同的光波波长通过红镜片的眼睛只能看到红色影像，通过绿色镜片的眼睛只能看到绿色影像，实现立体电影。

但是，由于滤光镜限制了色度，只能让观众欣赏到黑白效果的立体电影，而且观众两眼的色度不平衡，很容易疲劳。

2）偏振光眼镜法

在彩色眼镜法后，又出现了偏振光眼镜法。光波是一种横波，当它通过媒质时或被一些媒质反射、折射及吸收后，会产生偏振现象，成为定向传播的偏振光，偏振光就是使光通过后成为偏振光的一种薄膜，它是由能够直线排列的晶体物质均匀加入聚氯乙烯或其他透明胶膜中，经过定向拉伸而成。拉伸后胶膜中的晶体物质排列整齐，形成如同光栅一样的极细窄缝，使只有振动方向与窄缝方向相同的光通过，成为偏振光。当光通过第一个偏振片时就形成偏振光，只有当第二个偏振片与第一个偏振光片窄缝平行时才能通过，当第二个偏振光片与第一个偏振光片窄缝垂直时刚不能通过。

这种方法是在立体电影放映时，采用两个电影机同时放映两个画面，重叠在一个屏幕上，并且在放映机镜头前分别装有两个相差互为90°的偏振光镜片，投影在不会破坏偏振方向的金属幕上，成为重叠的双影，观看时观众戴上偏振轴互为90°、并与放映画面的偏振光相应的偏光眼镜，即可把双影分开，形成一个立体效果的图像。

偏光眼镜法可让观众欣赏到质量更高的彩色立体电影，但观众只有进影院才能欣赏到。那么有没有新的方法显示彩色立体电影呢？1968年Ivan Sutherland研制成功的有双目显示器的头盔显示器，向世人展示了新的方法。

3）串行式立体显示器

要显示立体图像主要有两种方法：一种是同时显示技术，即在屏幕上同时显示分别对应左右眼的两幅图像；另一种是分时显示技术，即以一定的频率交替显示两幅图像。

同时显示技术就是上面所说的采用的彩色眼镜法和偏振光眼镜法，如彩色眼镜法是对两幅图像用不同波长的光显示，用户的立体眼镜片分别配以不同波长的滤光片，使双眼只能看到相应的图像，这种技术在20世纪50年代曾广泛用于立体电影放映系统中，但是在现代计算机图形学和可视化领域中主要是采用光栅显示器，其显示方式与显示内容是无关的，很难根据图像内容决定显示的波长，因此这种技术对计算机图形学的立体图绘制并不适合。

头盔显示器是一种同时显示的并行式头盔式显示装置，左右两眼分别对输入不同的图像源，同时由于对图像源的要求较高，所以一般条件下制造的HMD都相当笨重。比较理想的应用是对图像源的要求不像并行式那么高的串行式立体显示技术，但技术难度却比并行式大得多，制造成本较高。

目前应用中较多的是分时的串行立体显示技术，它是以一定频率交替显示两幅图像，用户通过以相同频率同步切换的有源或无源眼镜来进行观察，使用户双眼只能看到相应的图像，其真实感较强。

串行式立体显示设备主要分为机械式、光电式两种。开始的立体显示设备是机械式的，但这种通过机械设备来实现“开关效应”难度相当大，很不好使用。随之光电式的串行式设备很快诞生了，它基于液晶的光电性质，用液晶设备来作为显示“快门”，这种技术已成为当前立体显示设备的主流。

一般液晶光阀眼镜由系统两个控制快门（液晶片）、一个同步信号光电转换器组成。其中，光电转换器负责将CRT依次显示左、右画面的同步信号传递给液晶眼镜，当它被转换为电信号后用以控制液晶快门的开关，从而实现了左右眼看到对应的图像，使人获得立体的感觉。

同时，液晶光阀眼镜的开关转换频率对图像立体效果的形成起着关键性的作用。转换频率太低时，则由于人眼所维持的图像已消失，不能得到三维图像的感受；而转换频率太高时，则会出现干扰现象，即一只眼睛可以看到两幅图像，原图像较为清晰，干扰图像较模糊。这是因为液晶光阀眼镜的开关机构切换光阀的动作太慢。当显示器的图像切换时，此同步信号被光电转换器送到开关机构，开关机构又来控制光阀，从图像切换到光阀切换之间有一个较大的时间延迟，因而当右图像已经被切换为左图像时，右光阀仍没有来得及完全关闭，这样就造成右眼也看到左眼的图像，一般来说，转换频率控制在40～60帧／秒为宜。

4）裸眼立体显示实现技术

为了保证3D产品之间的兼容性，在2003年3月，由夏普、索尼、三洋、东芝、微软公司等100多家公司组成一个3D联盟，共同开发3D立体显示产品。三维立体液晶显示技术巧妙结合了双眼的视觉差和图片三维的原理，自动生成两幅图片，一幅给左眼看，另一幅给右眼看，使人的双眼产生视觉差异。由于双眼观看液晶的角度不同，因此不用带上立体眼镜就可以看到立体的图像。当然，这种液晶显示器也可工作在二维状态下。

飞利浦的3D液晶显示器采用双凸透镜设计，使用户的左右眼可以选择性地看到9个视角的影像。由于透镜与画面有一定倾角，纵、横方向的分辨率各减少至1／3以下，在播放电影时，可根据从影像中提取的物体的重合情况及焦点信息，对各物体的景深进行判断。这样，便可实时形成具有9个视角的影像。同时，也可将现有三维游戏及电影等实时转换显示为立体影像。

LG设计的3D液晶显示器，通过位于显示器上方的摄像头掌握收视者的状态，可根据收视者的头部动作来改变显示影像的位置。即使用户视线移动，也可继续显示立体影像。多人收看时，以位于中间的那个人的头部为准。

当然，这些产品也存在着一定的缺点，典型的就是对观察者的视点有一定的要求，不能在任意视角去观察。这也期待着在以后的发展中得以解决。

注：本文出自《多媒体应用设计师教程》，清华大学出版社出版，李振华主编。我在这里分享是因为它深深触动了我，并希望更多人能够受益于它的智慧和启发。请尊重原创者的知识产权并前往原文阅读完整内容。