在拍攝3D立體影像」之前,我們必須要先確定這個「3D立體影像」拍攝完成後,是要以什麼樣的方式來呈現(或觀賞)?因為不同的觀賞方式,其所要求「3D立體影像」的視角數目(View Count)也會不同。以下我將以最簡單的兩個視角 (亦即左、右眼兩個視角)之「3D立體影像」為例,來說明如何以相機進行拍攝。

這個時候,讓我們再複習一下:「光角」使我們能夠分辨物體的遠近,拍攝3D立體影像」的基礎;要拍攝「3D立體影像」,其實就是在建構目標物的「光角」。所以,我們可以兩台相機從不同角度來拍攝同一目標物(多機單拍);或是同一目標物旋轉不同角度給一台相機來拍攝(單機多拍),其實道理是一樣的。

立體距離
(Stereo Base)
此外,在進行「3D立體影像」拍攝之前,這裡要介紹一個非常重要的名詞「立體距離」(Stereo Base)。這個「立體距離」,其實就是指我們兩眼的距離;如果以數位相機來模擬我們的雙眼,那麼這兩台數位相機中心點的距離,就是「立體距離」。

以我個人的經驗,兩眼觀賞景物最佳立體效果的範圍:約70公分 (成人手臂長度)5公尺,若以三角函數則可以算出在70公分位置,目標物與兩眼所形成的「光角」約為6˚;若小於70公分,光角會大於6˚(因人而異)則開始會以「鬥雞眼」觀賞景物而產生不舒服感;反之,若大於5公尺,則立體效果不佳。

一般成人兩眼的距離約為6.3公分 ~ 7.0公分,而觀賞景物最佳立體效果的範圍是70公分 ~ 5公尺,則我們可以得到一個關係式:立體距離 = 目標物距離 / N (N= 10 ~ 70)其中「立體距離 (7.0 cm) = 目標物距離 (70 cm) / 10」可以得到最大的立體效果如果我們以兩台同型數位相機焦長(Focal Length)22mm鏡頭(78˚較接近人眼之水平視角)來模擬兩眼時,則我們可以下面的關係圖來表示。

 

實務上,我們所要進行拍攝「3D立體影像」的基本原則與方法,就是要根據這個「目標物距離」與相機的焦長(Focal Length)來換算成最左與最右兩相機的擺設距離(亦即等效「立體距離」),使其能真正模擬我們人類的雙眼(或約相當於78˚水平視角之22mm鏡頭)。另外,我們人類看東西時,兩個眼球會自然轉動,將兩眼視線對焦在目標物的某一點;亦即我們若以相機來模擬時,因為兩相機的鏡頭是平行的,必須要將相機調整(或旋轉)一個角度,以使得兩相機的中心視線可以對焦在目標物的同一點,我們稱之為「聚焦拍攝」(Convergent Shooting)以區別「平行拍攝」(Parallel Shooting)

 

在實際拍攝3D立體影像」時,我們可以很容易知道目標物距離,但是最重要的是該如何擺設相機的位置(亦即「立體距離」)?現在,我們就要參考這個22mm鏡頭拍攝目標物,所導出來的公式「立體距離 = 目標物距離 / N (N = 10 ~ 70)」,來運用在不同的焦長鏡頭相機時,該如何換算其等效「立體距離」?

 

其基本原則是:選擇適當之焦長(Focal Length)鏡頭,再與22mm鏡頭(78˚較接近人眼之水平視角)依比例原則,計算出其等效「立體距離」。如使用12mm鏡頭來拍攝,則與22mm鏡頭約為1:1.8的比例;亦即其等效「立體距離」= 1.8 x ((目標物距離) / N)。反之,若以80mm鏡頭來拍攝,則與22mm鏡頭約為3.6:1的比例;亦即其等效「立體距離」= ((目標物距離) / N)/3.6。換言之,任何焦長的鏡頭都必須先換算成22mm鏡頭之等效「立體距離」後,才可以進行「3D立體影像」拍攝。

 

3D立體場景的構圖
3D立體攝影的另一個重要關鍵因素要掌握,就是要確定將來所要呈現的立體效果,是要在螢光幕(或投影幕)外?還是要在螢光幕(或投影幕)內?或是在螢光幕(或投影幕)上?

 

這時我們就要應用「視差」的原理來確定所要呈現的立體效果。

  • 3D立體場景之景深概分為三個區域:「前景」、「焦平面」與「背景」。

  • 拍攝時,兩相機的聚交點即為「焦平面」位置。

  • 最佳的3D場景構圖係將「焦平面」(零視差),定在約三分之一的場景位置。有時視需要,「焦平面」也可以在「前景」與「背景」間的任何位置。

  • 「焦平面」前方為「前景」(即「負視差」會呈現在螢幕前面),其後方為「背景」(即「正視差」會呈現在螢幕後面)

  • 為確保前景不失焦(或觀賞時不會不舒服)且清晰地呈現在螢幕上,其「前景」至相機的距離至少必須為10 倍的22mm鏡頭之等效「立體距離」;或22mm鏡頭之等效「立體距離」小於或等於 (前景距離 / 10)

  • 3D場景無「前景」,則「立體距離」= 目標物距離 (或「焦平面」距離) / N (N = 10 ~ 70) 


3D
立體場景構圖

 

多視角(或多視點) 3D立體攝影
前面所介紹的兩個視角所拍攝之「3D立體影像」,其主要的顯示平台是一般顯示器(CRT顯示器與液晶顯示器)與投影機(DLP前投與背投影機),這是需要配戴主動式(或被動式)3D立體眼鏡才能觀賞到3D立體效果;但是,如果我們希望不配戴任何3D立體眼鏡就可以在不同的距離與角度觀賞到3D立體影像時,那麼此「3D立體影像」就必須要超過二個視角,甚至於高達十幾個視角的影像,透過光學鏡片(3D光柵片),將不同視角所拍攝的影像同時折射出來,此時只要處在其有效的觀賞距離與角度內,我們就可以看到3D立體影像。目前這種不需配戴3D立體眼鏡就可以觀賞到3D立體影像的「裸眼3D立體顯示器」,正開始因液晶顯示器的普及而漸漸走入成熟的應用。

現在,我們就來研究看看,這種多視角的3D立體影像是要如何來拍攝?從理論上來說,其實一點也不難;我們只要在前面所介紹的二個視角的3D立體攝影系統,其二個相機中間平均插入所需要的其餘同型相機數目;如我們需要7個視角的3D立體影像,則我們必須在二個相機中間平均插入其餘5個同型相機即可 (如下圖係愛爾得公司自行研發的一套多視角3D立體拍攝系統)

 

 

 



但是,在現實環境上,一般人執行起來會有相當高的難度,其中最常面臨以下幾個問題:

 

  • 「立體距離」(Stereo Base)變大
    若以數位相機的寬度約10 cm來計算,7台相機的「立體距離」約為60 cm ( = (7-1) x 10 cm),則其最近之前景距離至少必須是6.0 m (= 60 cm x 10)以上。試問:我們如何去找到這樣大的拍攝場所?所以,太大的「立體距離」會增加「多視角3D立體攝影」的拍攝限制與難度。解決之道:相機的「立體距離」務必要保持愈小愈好,才能適合更多的拍攝環境與場景;亦即選擇機身寬度較小(或是「豎立」取代「橫立」)、同時兼顧攝影品質的相機才是關鍵所在。

  • 同步拍攝問題
    一次要將多台攝影機(或相機)同時啟動,不是一件簡單的事。建議:最好配備有紅外線遙控器,可以同時控制多台攝影機(或相機)的開拍。
     

 

 

 

  • 鏡頭調校問題
    固定攝影機(或相機)的雲台必須能提供XYZ軸幾何調整功能,以確保每個鏡頭在同一水平位置且聚焦在同一個中心點(需配合校正圖與監視器)

 

 

 

  • 影像大小不一致
    即使每個鏡頭都已正確調校完成,但是我們還是無法確保每個相機以相同焦長鏡頭所拍攝出來的影像大小會一致。這是由於相機的光學變焦鏡頭係以機械方式來工作,因此會產生機械公差,相對會影響拍攝的影像尺寸。解決之道:使用後製軟體(PhotoshopAfter EffectsVegas、…等)來調整。
     


以上係「多視角
3D立體攝影」實物拍攝時,務必要注意的事項,其餘有關拍攝的方法、運鏡與3D場景構圖,可以參考前面所介紹兩個視角之「3D立體影像」就可以了!



接下來,我將介紹有關「多視角3D立體攝影」的其它方法,卻也是最經濟實惠、成功率最高的方法。

連拍法
(Continuous Shooting)

基本上,使用此方法,其所要拍攝的目標物必須是靜態的,而且相機必須要有連拍的功能;雖然一般的DV Camcoder也可以使用來拍攝,但是其解像度Definition (注意:不是解析度 Resolution) 必須要夠好,最好有3CCDLeicaZEISS鏡頭。

 

我個人是使用Sanyo MZ3 (目前已停產)FujiFilm S8000fd數位相機,它們都有每秒151600x1200畫面連拍的實力。Sanyo MZ3當室外機使用,主要是其畫質在ISO 100時較佳;而FujiFilm S8000fd則當室內機使用,主要是它在高速連拍時是在ISO 800下進行拍攝,其抑制雜訊能力很強,畫質還可保持一定水準。其它如Casio Exilim Pro EX-F1數位相機,也宣稱可以高速拍攝每秒601920x1080畫面,但我個人並未實際使用過,所以無法置評。

 

使用「連拍法」,有以下幾點注意事項:

 

  • 不能使用腳架,必須要徒手緊握相機。

  • 雙手不動,按住快門,約1秒時間內,保持相機鏡頭對準目標物,以身體水平由左向右(或由右向左)移動約 (前景距離/10) 的「立體距離」。

  • 由於「連拍法」無法使用閃光燈拍攝,所以拍攝環境光線必須充足;若在室內拍攝,則必須將ISO值調至400以上,但是這可能會降低畫質(視相機的性能而定)

  • 拍出來的影像難免會有上下高低不齊,最後必須再以影像處理軟體如Photoshop來修整。

 


另外,還有一種「連拍法」係採用滑軌以步階馬達
(Stepping Motor)來驅動 (如下圖)。其優點是:可連接電腦控制、精確度較高,因為其Stereo Base較大,所以可以拍攝的場景較廣;但缺點是:太重、無法隨身攜帶。這套系統是愛爾得公司自行研發,只供公司內部使用,並不對外銷售,我個人較少用到,目前僅在特殊場合才會使用。

 

 

環物(或環場)拍攝法 (Pulfrich Shooting)
這是1922年一位徳國物理學家Carl Pulfrich所發現的一種現象:暗的影像會比亮的影像延遲數個ms(毫秒)才能被我們的眼睛感覺到。如果我們戴上一支眼鏡,其左眼鏡片是暗黑的,右眼鏡片是明亮的,當一個2D場景影像在水平方向由右向左移動或旋轉時,因先到達的左影像會經過數個ms的延遲與後到達的右影像會同時被我們的兩個眼睛感知到,所以我們就可以看到其立體效果;這是因為我們可以在不同的水平位置取得該物體(或場景)的視差;換個方式來說:就是我們以兩眼來看同一角度的物體(或場景),與物體(或場景)旋轉不同角度分別給我們的左眼與右眼看,其道理是一樣的。

為了讓大家能更明白環物(或環場)拍攝法,我現在就以一個環物的拍攝實例來說明。

 

1.           準備一個轉盤(或餐桌上的轉盤也可以),旋轉時盤面務必保持水平。

 

2.           標示轉盤角度。如您打算拍20個視角的3D立體物件,則以最佳光角6度來除,平均一個視角為0.3˚。所以,在轉盤邊緣標示20 0.3˚的記號。

 

3.           將目標物放置轉盤的正中央。

 

4.           將相機對準轉盤的中央位置拍攝。

 

5.        每拍一張相片,轉盤就順時鐘(或逆時鐘)旋轉一個記號(0.3˚),一直到20張相片拍完為止。

另外,我們也可以在市面上買到商品展示用的電動轉盤,然後,我們可以選擇畫質較佳的DV Camcoder來拍攝。若轉盤轉一圈的時間為40秒,而DV Camcoder每秒可拍攝30張畫面,則轉一圈總共可拍攝1200張畫面,我們便可得知每一相鄰的畫面是0.3˚ (= 360˚/1200)。最後,我們再選取其中的20張畫面即可。

 

當然,在商業及專業的用途上,我們會選擇以步階馬達(Stepping Motor)來驅動的轉盤(如下圖),其精確度高,並且可以與電腦連線來拍攝。這套系統是愛爾得公司自行研發,只供公司內部使用,並不對外銷售,也是我個人最常用的多視角3D立體拍攝系統,尤其是拍攝一般日常物件,非常好用!

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