Mr. OH!主述
ANAN 策劃 / 編輯

         人類特有的3D視覺，從古至今一直許多科學研究的目標和探討主題，發展的方向也從最早時期研究人類雙眼像差的形成，逐步轉向平面呈現立體的結構，進而發展出利用對焦原理的『模糊 Fuzzy』立體圖像。3D立體效果應用在現今的電腦工業中，最讓大家最耳熟能詳的該是『虛擬實境』建立。這部分的研究大多數集中在如何由平面顯示創造視覺立體的結構上。但在 Mr.OH! 這一講中，我們主要探討的是以仿人類視覺像差為基礎的立體影像製作要訣。當然，還有一部份篇幅會談論到結合光學和視覺原理所製作的『全像圖』與『模糊 Fuzzy』立體圖。讓同學們對 3D 立體視覺效果，能有完整的概念。

雙眼視覺像差（Binocular disparity）

        由於人類的雙眼集中於一面，相較其他大多數的動物來說，犧牲了視覺範圍，卻增加了判斷深度和距離的能力。兩眼之間的距離平均約為6.5公分，使得妳不論用哪一隻眼睛去看一個較近的物體，都會得到不同的遠背景。這種左右眼所見影像並不相同的現象，稱為雙眼像差。雙眼像差的程度與物體的距離有關，距離越近，像差越顯著;越遠則像差越小。 

        這方面的研究，逐漸歸類以下三種方式：假如P景點比凝視點F遠，則稱非交叉型像差（uncrossed disparity，因為兩眼視軸不會在遠處交叉而命名或稱遠像差；反之，當P點比凝視點F近，則造成交叉型像差（crossed disparity或稱近像差。當然，當a點與f點重疊，則造成零像差（zero disparity）。（見下圖說）

         儘管雙眼成像方式可以應用物理方式解釋的清楚。但經過影像重疊和大腦整理，所產生不同的遠背景和近物之間的關係，這樣的深度和距離感受，卻不是物理和光學所能解釋。因此，科學家轉而尋求『視覺深度的生理基礎』的解答。

腦海中的視覺成像（Cyclopean Eye）

        由於無法解釋，明明物理中的兩個景象，看在人的眼裡為什麼合成一個。早期的科學家想到了 Cyclopean eye 這個名詞，用來指稱雙眼訊息匯聚之處，亦即在該處兩眼影像會融合成一個影像。到了19世紀德國神經學家 Hermann von Helmholtz(1821-1894)則改以Cyclopean eye明確指出視覺系統中，以大腦為中心的方向判斷。因為，這個時期的研究發現，不管人的臉轉向哪裡，中央眼的位置始終沒有改變。意思為即使兩眼的視覺方向不一樣，大腦仍不會產生兩個不同的視向（direction），而只會合成一個。

        十九世紀末 David Hubel與Torsten Wiesel 找到方法可以直接在貓的大腦視皮質區內進行測試，進而找到雙眼敏感細胞（Binocular cell）(見右圖)。其後 Barlow，Blakemore與Pettigrew（1967）、Pettigrew，Nikara與Bishop（1968）等人遵循 Hubel和Wiesel的生理測電法，相繼的在眼肌被麻醉了的貓大腦視皮質區中，找到兩眼不同位置（即不同像差）反應的細胞，這類細胞被稱為像差敏感細胞（Disparity cell或Disparity detectors）。這些像差敏感細胞基本上可分為三種類型：一類對零像差敏感（tuned excitatory cell）；一類對近像差敏感（near cell）和一類對遠像差敏感，稱為遠細胞（far cell）。至此，初步確定中央眼卻實在大腦中有專屬的細胞掌管。

        即使找到了專屬細胞，仍無法解釋這個『中央眼』的這個現象，究竟是天生，還是後天訓練得來的。到了1975年Blake與Hirsch 展開了新一輪的貓眼視覺實驗，才更加確定像差敏感細胞確實是經過後天練習刺激所生成作用。這個實驗讓一生下來的幼貓就戴上單眼眼罩（因應保護動物人士的要求，眼罩左右輪流戴，以避免後天性眼盲）。使幼貓從來不用雙眼同時對焦的注視物體，讓大腦皮質區內的雙眼敏感細胞無法受到刺激而生長，從而再利用David Hubel與Torsten Wiesel 的實驗方法，證實在這些戴眼罩的幼貓腦中找不到這些雙眼敏感細胞。反之，有正常雙眼立體感的貓，就可以找到這些雙眼敏感細胞。透過這項研究，終於證實大腦內確實存在著像差感應，也由於這樣的細胞存在，人類的中央眼感官才得以發揮。David Hubel與Torsten Wiesel 於 1981年獲諾貝爾獎，感謝他們的實驗，開啟了人類更進一步認識視覺神經的先河。

3D 立體視覺相機的誕生

         雖然，一直到20世紀人類才真正明白視覺像差的產生。不過，腦筋動得快的科學家商人，早已利用這項特性發展出各種不同的 3D 視覺工具。英國科學家 Sir Charles Wheatstone（1802-1875）於1838年成為第一個利用像差原理作出立體鏡的人。13年後，同是英國科學家的 Sir David Brewster（1781-1868），則以兩個透鏡做了一個立體看片箱，透過兩部相機同時拍攝的照片，放在一起觀賞。

        由於 Brewster 是真正首位將這項技術成熟化的人。截至今日的 3D Stereo Camera仍沿襲著 當初的原始設計。因此，部分採用透鏡式的立體看片箱的 3D 技術，也被稱做 Brewster's prism stereoscope 來紀念他的功績。

         此一技術到1876年又有革命性的發展。早先的3D技術礙於相機機身龐大且重，玻璃底片品質參差不齊且曝光慢。這種利用兩部相機，模擬兩隻眼睛的距離，同步拍攝的技術，無法普及。而 1876年之後終於有廠商願意投產新一代的攝影感光材料，底片的格式逐漸被確定，而且擺脫掉玻璃版的束縛，終於可以捲在賽路絡塑膠片上了。至1913年底，新一代的 3D 相機被開發完成，透過兩個鏡頭，可同時成像在一張底片上，秀出兩邊不同鏡頭所拍下的畫面。由此，3D 相機首次進入便於攜帶的階段。

        這是 1950 ∼ 60 年代中期，某相機廠為了響應 3D 潮流所開發的單一3D 外接鏡頭（見左圖）。3D 視覺效果，幾乎每隔 20年就會風行一次。不過，曇花一現的結果，讓這個鏡頭已成絕響，現在連照片都找不到，只剩當初的設計圖，真是叫人不勝欷噓。

        特別要感謝熱心的香港網友 梁偉棠 先生，辛苦找出在20年前買的這類鏡頭並拍了以下的相片，轉寄到本站和網友分享這種特殊的 3D 鏡頭（日本製造 STITZ Co.)。從照片中，我們可以清楚的看到，整個套件包含鏡頭，看片箱和專用的 55mm 轉接環。

未完待續..................