立体视觉是人眼对看到的景象具有的深度感知能力，而这些感知能力又源自人眼可以提取出景象中的深度要素。

除了双目视觉可产生立体感外，单眼看空间景物时，也能辨别物体的前后深度，具有一定的立体感。对于三维显示技术，更为全面地了解眼睛的立体视觉因素具有重要的意义。现代心理学公认有十种要素来察觉像的深度，其中涉及生理机能的有四种，涉及心理暗示的有六种。

深度感的生理学机能

深度感的生理学机

(1) 双目视差(binocularparallax)。由于人的两只眼睛存在间距(平均值为65mm)，因此对于同一景物，左右眼的相对位置(relativeposition) 是不同的，这就产生了双目视差，即左右眼看到的是有差异的图像。

(2) 眼睛的适应性调节(accommodation)。人眼的适应性调节主要是指眼睛的主动调焦行为。眼睛的焦距是可以通过其内部构造中的晶状体进行精细调节的，焦距的变化使我们可以看清楚远近不同的景物和同一景物的不同部位。一般来说，人眼的最小焦距为1.7cm，没有上限。而晶状体的调节又是通过其附属肌肉的收缩和舒张来实现的，肌肉的运动信息反馈给大脑有助于立体感的建立。即使我们用单眼观看物体，这种立体感也是有的，所以可以说是单眼深度暗示。可是这种暗示只在与其他双眼暗示组合在一起，而视距又在2m 之内时才是有效的。

(3) 单眼移动视差(motion parallax)。运动视差是由观察者和景物发生相对运动所产生的，这种运动使景物的尺寸和位置在视网膜的投射发生变化，从而产生深度感。当用一只眼睛看一个固定物体时，则调节就成为对深度感的唯一有效暗示。可是，如果观看位置是允许移动的，我们就可利用双目视差这种效应从各个方向观看物体。这个效应就称为单眼移动视差。特别重要的是，当观看者移动得相当快速时，如坐在飞机上或极快的列车上，更是如此。

(4) 会聚(convergence)。当双眼观看物体上的一点时，两只眼睛的视轴将会聚，两视轴的夹角称为会聚角。对于空间不同物点，视轴将发生变化，为实现这种会聚，人眼肌肉需要牵引眼球转动，肌肉的活动反馈到人脑时就会给出一种深度感觉。实验表明，在适应性调节和会聚之间是存在着相互作用的，一方面对应于一定距离的会聚信息自动地引起一定程度的调节，另一方面调节的信息也影响会聚。这一效应可由简单实验来证明，即我们先遮住一眼，移动另一眼所注视的物体，当物体的距离突然由无限远改变为20cm时，则会聚需要有0.2»0.3s 时间才能对调节所给出的距离信息作出响应。

深度感的心理学暗示

(1) 视网膜像的相对大小。同样大小的物体，当观看距离不同时，在视网膜上成像的大小也不相同，距离越远，视网膜像越小，见图1。或者说，视线方向上平行线上对应两点随着视距的增大，在视网膜上所成像点的距离线性减小。由此，可通过比较视网膜像的大小来判断物体的前后关系。

图1 线性透视

(2) 根据视觉这一现象形成了一种绘画方法||线性透视法，透视法是在平面上表现立体感的最有效的方法，在绘画艺术中被广泛采用。但对于传统的中国画，不太遵循透视绘画原理，例如在著名的韩熙载夜宴图中(图2(a))，人物的大小看起来不是很协调，这是一种透视错觉，其原理如图2(b)所示，图中人物的图像尺寸是一样的，但看起来远处大一些。

图2 透视错觉

(3)视野。人眼的视野很宽，水平方向约220±，垂直方向约130±，呈椭圆形。但在通常的显示方式中，图框均在视野之内，因此缺乏立体视觉的身临其境感。为此，增大画框或者使画框不清楚，可以增强立体感。例如，宽银幕电影的立体感就比窄银幕的强，而全景电影由于没有画框，立体感更强。

图3 空气透视

(4)光和阴影。物体上光亮部分和阴影部分的适当分配可以改变或增强立体感，阴影及影子对深度感也是心理学上重要的暗示。

(5)空气透视。对于同一场景，近处的景物比远处的景物或多或少有些模糊，这样也可以产生深度暗示。景物越远，其发出的光线被空气中的微粒(如尘埃、烟、水汽) 散射越多，因而显得越模糊, 如图3所示。

(6)重叠。当景物有相互遮挡时，也会产生深度暗示，如图4所示，包含球体、柱体和立方体三个几何体，三个几何体在不同遮挡情况下将产生不同的立体视觉。

图4 重叠产生的深度视觉

深度感的生理机能是三维显示最重要的依据，而心理学暗示所产生的立体感一般用于平面显示技术之中，如绘画和立体画(图5)，图中在地上爬的两个人中一个是真实的人，而另一个却是画在地面上的。以心理学暗示或主观经验对图像产生的立体知觉不存在视差，即两只眼睛看到的图像是一样的，当然更不能期望通过移动眼睛或图片去看到物体的不同侧面。

图5 立体绘画

本文由王芳摘编自王辉著《波前再现三维显示》（北京：科学出版社，2016）一书，内容有删节。

ISBN 978-7-03-049542-6

基于光的波前三维重构技术是最忠实、最完美的三维显示技术，而全息术是实现波前重构三维显示最有效的手段。随着计算机和光电成像技术的飞速发展，各种新颖的全息三维显示技术相继出现，本书试图对已有全息显示理论和技术作一个总结。首先介绍与三维显示相关的一些基本问题，包括人眼的视觉特性、各类三维显示技术的基本原理、物光波传播理论及其信息量等问题；然后阐述光学全息、数字全息和彩色全息的基本原理以及各类全息三维显示的最新理论和技术；最后对全息三维显示的实用技术进行详细讨论，包括全息三维显示的颜色信息的传递与评价、全息动态三维显示以及各类全息图打印输出技术。

本书既是高新技术推广的专著，也是学术研究的重要参考资料，可作为大专院校光信息科学专业以及光学工程类专业的研究生、本科生的教材或参考书，也可供显示技术领域工作者参考。

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