3d影像范文

導(dǎo)語：如何才能寫好一篇3d影像，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

[關(guān)鍵詞] 3d電影 立體影像 單鏡頭構(gòu)成 運(yùn)動鏡頭設(shè)計

doi：10.3969/j.issn.1002—6916.2012.19.036

如今，3D電影再次成為引領(lǐng)世界電影產(chǎn)業(yè)發(fā)展的舵手，在全球各地的電影院中如雨后春筍般地開花結(jié)果。在這股3D浪潮中，國內(nèi)電影人也毫不示弱，從《唐吉可德》、《齊天大圣前傳》、《兔俠傳奇》到今年的《龍門飛甲》，3D電影在國內(nèi)的發(fā)展勢頭如火如荼。《龍門飛甲》的內(nèi)地票房達(dá)到了5.63億元人民幣，使國人更加堅定了3D電影創(chuàng)作的路線，投資4億元人民幣的真人魔幻3D動作片《大鬧天宮》即將上映，已經(jīng)拍過兩集的甄子丹版《葉問》也即將拍攝3D版的《葉問3》。對于電影藝術(shù)來講，如此異常火爆的3D電影浪潮是一場絢麗的泡沫還是一場革命性的轉(zhuǎn)折？我想作為一名電影人來講，我們不得不應(yīng)該去靜下心來認(rèn)真思考。

在好萊塢以導(dǎo)演詹姆斯·卡梅隆為代表的電影人認(rèn)為3D電影將會是電影行業(yè)發(fā)展的必然趨勢，著名導(dǎo)演馬丁·斯科塞斯也說：“3D技術(shù)的應(yīng)用不僅是電影制作水平的一種進(jìn)步，也能使電影的內(nèi)容更加豐富。如果我們都從3D電影的角度出發(fā)去構(gòu)思電影，我想那會是一種很不相同的情況。”[1]然而，在國內(nèi)，3D技術(shù)的落后和創(chuàng)新理念的缺乏令許多電影工作者雖然表面上激烈追捧3D電影，可是在實際創(chuàng)作時又變得有些謹(jǐn)慎與保守，《龍門飛甲》劇組請到了《阿凡達(dá)》的特效指導(dǎo)保駕護(hù)航，《大鬧天宮》劇組選擇了《愛麗斯夢游仙境》和《星球大戰(zhàn)》的視覺特效作為3D視覺效果的監(jiān)督。因此，鑒于目前國內(nèi)3D創(chuàng)作的現(xiàn)狀，筆者認(rèn)為，作為3D電影工作者不能僅僅局限于“拿來主義”，我們應(yīng)該深入鉆研3D電影立體影像的創(chuàng)作規(guī)律，探索出一條適宜于拍攝3D立體影像的創(chuàng)作手法。

3D電影的立體影像生動逼真、活靈活現(xiàn)，大大加強(qiáng)了電影畫面的視覺沖擊力，往往給人以身臨其境之感。早先的3D電影大量與需要強(qiáng)化視覺沖擊力的恐怖電影和動畫電影相結(jié)合，然而，現(xiàn)在的3D電影題材形式已經(jīng)多樣化，大量以敘事為主要任務(wù)的劇情片也都開始采用3D電影的形式來拍攝。相比傳統(tǒng)電影，3D電影只是一種形式上的改頭換面，它從本質(zhì)上改變不了電影，3D電影的立體影像只有能夠恰如其分地為電影內(nèi)容服務(wù)，才能從本質(zhì)上推進(jìn)3D電影的向前發(fā)展。因此，3D立體影像的攝影師，在實際創(chuàng)作的時候，其影像創(chuàng)作的思維方式、拍攝技巧、鏡頭銜接等方面勢必要區(qū)別于傳統(tǒng)電影的攝制手法。本文定位于3D電影立體影像的構(gòu)成，著重從立體影像特點(diǎn)、拍攝技巧和影像構(gòu)成細(xì)節(jié)等方面展開討論。

一、3D立體影像之源

3D立體影像的呈現(xiàn)是利用了人眼識別立體世界的原理發(fā)明出來的，人眼的左右眼相距大約6厘米左右，左眼和右眼看到同一景物的影像并不是完全一致的，影像之間存在一定的像差，這種像差的微弱區(qū)別使人的大腦感受到了景物的縱深感和立體感。大腦解析出來的影像立體感是和左右眼影像的區(qū)分度有關(guān)聯(lián)的，當(dāng)兩眼捕捉到的影像之間區(qū)分度較大的時候，人眼看到的影像立體感就隨其加強(qiáng)，當(dāng)影像之間的區(qū)分度較小甚至重疊的時候，影像立體感就減弱。

同樣，3D電影中立體影像的拍攝與再現(xiàn)也是根據(jù)人眼識別立體影像的方式創(chuàng)作的。目前的3D影像創(chuàng)作主要是通過三個方式實現(xiàn)的，第一種是通過CG計算機(jī)圖形技術(shù)制作，大量的3D立體動畫電影都是通過這種方式實現(xiàn)的。2011年，我國原創(chuàng)3D立體動畫電影《兔俠傳奇》即是最好的例證，該片90分鐘全部是3D效果，創(chuàng)下了當(dāng)時國內(nèi)電影最長3D效果時間，獲得了第14屆中國電影華表獎優(yōu)秀動畫影片、優(yōu)秀電影技術(shù)提名及第28屆中國電影金雞獎最佳美術(shù)片獎等多個獎項。第二個3D立體影像的來源是利用3D轉(zhuǎn)換技術(shù)，通過計算機(jī)圖形軟件運(yùn)用3D圖形學(xué)的渲染技術(shù)制造出透視感和距離感，從而將傳統(tǒng)2D電影的影像轉(zhuǎn)換成3D立體影像。2012年4月，曾經(jīng)風(fēng)靡一時的好萊塢經(jīng)典電影《泰坦尼克號》經(jīng)導(dǎo)演詹姆斯·卡梅隆團(tuán)隊之手花費(fèi)了1800萬美元轉(zhuǎn)換成了3D版本，披上3D外衣的《泰坦尼克號》上映一個月即賺到了9億元人民幣的票房，再一次掀起了人們對3D立體電影關(guān)注的熱潮。3D立體影像的第三個來源即是采用兩臺間距接近人眼雙眼距離的攝影機(jī)進(jìn)行拍攝，模擬人的雙眼拍攝出左右相近的兩個影像，放映的時候采用色差式、偏振式或主動快門式等方法，以使左、右兩臺攝影機(jī)拍攝的畫面分別被人眼的左、右眼各自接受，最后觀眾通過大腦的識別處理結(jié)構(gòu)出立體的影像。嚴(yán)格來講，這兩臺攝影機(jī)機(jī)身鏡頭的型號、性能特點(diǎn)均需完全匹配，以保證兩個影像技術(shù)參數(shù)的一致性。2011年12月IMAX 3D武俠動作電影《龍門飛甲》上映，為了保證3D效果的逼真性和雙機(jī)畫面的嚴(yán)格一致性，該片所用的攝影設(shè)備就是專門從RED公司特意定制的RED ONE數(shù)字?jǐn)z影機(jī)，攝制組最多的時候用到了4套相同的攝影系統(tǒng)。

二、3D立體影像之構(gòu)成

篇2

從1839年人類發(fā)現(xiàn)3D的基本原理，到3D影像成為現(xiàn)實，人類花T2D0多年的時間。2010年的CES全球消費(fèi)電子展，吹響了3D高清影像的號角，3D已經(jīng)觸手可及!

19世紀(jì)末

英國電影先驅(qū)威廉?弗萊斯?格林(William Friese-Greene)發(fā)明了世界上第一套放映和觀看3D電影的裝置，這一裝置實現(xiàn)的原理是播放時同時在銀幕上放映兩個畫面，而觀眾則通過特殊的眼鏡來得到立體感的觀看效果。不過因為裝置設(shè)備過于復(fù)雜會給電影院帶來不小的負(fù)擔(dān)，因此格林的方案并未得以推廣。

1900年

弗雷德里克?尤金?艾維斯(FrederickEuqene Ives)發(fā)明了立體攝像機(jī)它模仿了人眼視差的機(jī)理一兩個鏡頭并排并相距4.5cm，使用時同時攝錄，這一3D影像錄制方案也成為了現(xiàn)代3D影像錄制方案的雛形。

1953年

哥倫比亞和華納公司推出《黑暗中的人(Man in the Dark)》和《蠟像館(House of Wax)》兩部3D影片，其中《蠟像館》還首次提供了立體聲效果。兩部影片都獲得了巨大的票房，也由此帶動了商業(yè)3D電影的普及，在此之后幾乎所有主流的制片公司都加入到了3D電影的制作當(dāng)中。

20世紀(jì)70年代

在20世紀(jì)70年代，阿蘭?西里芬特(AllanSilliphant)和克里斯?戈登(ChrisGordon)發(fā)明了“Stereovision”專利技術(shù)。這一技術(shù)的核心是把左右眼看到的畫面交替地印在一套普通35mm的電影膠片上，放映機(jī)以48fps(通常速度是24fps)的速度放映，放映鏡頭前再加上一個周期轉(zhuǎn)動的遮光板，因為人眼的視覺暫留時間是24fps，所以觀眾并不會發(fā)覺電影其實是兩套畫面交替播放的，由此就實現(xiàn)了3D的效果。

1915年6月10日

《火車大盜》的導(dǎo)演埃德溫?波特(Edwin S.Porter)和威廉?瓦德爾(William E.Waddell)在紐約的阿斯特戲院試驗他們的紅綠立體電影，現(xiàn)場只有惟一一位觀眾，播放的也只是測試片段，而不是完整電影。

1922年9月27日

在紅綠立體電影模式的基礎(chǔ)上，1922年9月27日，由電影人哈利?費(fèi)爾奧(Harry K.Fairall)和攝像師羅伯特?艾爾德(Robert F.Elder)制作的3D電影《愛的力量(The Power ofLove)》在洛杉磯大使飯店戲院放映一雖然現(xiàn)場同樣只有位觀眾，但這卻成為3D電影歷史上的第一次商業(yè)放映。

1936年

雅各布?萊溫賽爾(JacobLeventhal)和約翰?諾林(JohnNorlinq)為米高梅公司拍攝了短片《Audioscopiks》系列，觀看電影同樣需要專門的眼鏡，影片情節(jié)不怎么樣，但突出了運(yùn)動的物體，尤其是沖著觀眾“飛來”的物體，把3D電影帶來的真實和震撼的效果表現(xiàn)得淋漓盡致。當(dāng)時正值經(jīng)濟(jì)大蕭條時期，“刺激”的3D電影也因此成為了很多人緩解壓力的方式，這一系列影片獲得了當(dāng)年奧斯卡最佳短片獎的提名。

20世紀(jì)80～90年代

除開一戰(zhàn)和二戰(zhàn)，3D電影的發(fā)展歷程當(dāng)中有兩段低谷期，而原因都大同小異――因為3D電影在技術(shù)上并不足以持續(xù)地產(chǎn)生吸引力，達(dá)不到高品質(zhì)高水平：另一方面，在突出3D效果之外，3D電影的內(nèi)容和故事情節(jié)往往非常的單薄。所以人們在一次嘗鮮之后，就很難有興趣再次去體驗，3D電影也更多地只存在于游樂園等游樂場所，作為一個游戲項目來向人們提供。即便在此期間IMAX影院已經(jīng)誕生，但低谷期仍然持續(xù)到了21世紀(jì)。

2003～2008年

無論如何，3D始終是電影未來的發(fā)展趨勢，因此在低谷當(dāng)中希望、不斷地積累并且厚積薄發(fā)就是必然的了。進(jìn)入21世紀(jì)之后，數(shù)字電影的概念成為熱門，科技領(lǐng)域、電影人、電影工作室等各方呼應(yīng)，加上有斯皮爾伯格、卡梅隆等“技術(shù)狂熱”分子的身體力行，使得3D電影開始進(jìn)入到快速完善和成熟的軌道。這期間誕生了眾多著名影片。

2009年至今

到了2009年，3D電影呈現(xiàn)“井噴”，大量新片都推出了3D版本，它們和普通2D版一起，為觀眾帶來了更多的選擇和更加高品質(zhì)的視覺體驗，而諸如夢工廠等業(yè)界大牌都紛紛過渡到3D時代。以《飛屋環(huán)游記(Up)》、《冰河世紀(jì)3(IceAge 3)》、《死神來了4(The FinalDestination)》等為代表的大片紛紛出現(xiàn)，到最新的耗資3億美元的《阿凡達(dá)(Avatar)》在全球的火爆上映已經(jīng)標(biāo)志著3D電影進(jìn)入了一個全新的時代。

3D零距離

MOVIE：地心游記Joumey to the Centerof the Earth

上映時間：2008年

由作家凡爾納同名小說改編，講述李登布羅克教授在一本古老的書籍里偶然得到了一張羊皮紙，從而展開的地心旅行，是首部在國內(nèi)上映的真人3D電影。

閃電狗Bolt

上映時間：2008年波特一直生活在電影的場景之中，它一直以為自己擁有超能力。而當(dāng)它走出“楚門的世界”，它將面對的則是困難重重的尋找自我之旅。

飛屋環(huán)游記Up

上映時間：2009年

皮克斯首部3D動畫電影。影片講過的是78歲的氣球商人卡爾老先生，為實現(xiàn)妻子夢想，用上萬個氣球打造飛屋旅行，而“不速之客”――10歲的亞裔男孩羅素則成為旅行中最好的伙伴。

GAME：極品飛車13

變速NeedforSpeed：Shift

擁有完全擬真的逼真駕駛體驗，完美的鏡頭以及緊張激烈，極富邏輯與巔峰造根的游戲過程，使得Need for Speed：Shifl被評為現(xiàn)今為止最好的賽車游戲。

生化危機(jī)5 Resident Evil 5

當(dāng)惡心、恐怖的喪尸向你撲面而來的時候，可不要讓3D所帶來的真實壓迫感嚇破了膽。

魔獸世界Word of WarCraft

時下最流行的網(wǎng)絡(luò)游戲――WOW同樣支持3D顯示。全新的3D技術(shù)，絕對能讓你感受到另一個更加真實的魔獸世界。

FIFA 2010

EA公司旗下所有游戲全面支持3D顯示，作為最受歡迎的FIFA系列，當(dāng)然不會例外。

豚鼠特工隊G-ForCe

上映時間：2009年

幾只圓圓滾滾的倉鼠被訓(xùn)練成最優(yōu)秀的特工，它們要面對的是人類與自我的質(zhì)疑，以及拯救地球、維護(hù)世界和平的重任。

怪獸大戰(zhàn)外星人Monster vs.Aliens

上映時間：2009年

小女孩蘇珊?墨菲在被隕石砸中后便開始瘋狂長大。已經(jīng)十幾米高的她被帶到軍方的秘密研究基地，在這里她認(rèn)識了許多難以置信的怪物們。面對突如其來的外星人入侵，蘇珊和她的怪物朋友們向外星人發(fā)起了挑戰(zhàn)。

冰河世紀(jì)3：恐龍的黎明

IceAge3：Dawn of the DinoSaurs

上映時間：2009年

深受歡迎的冰河世紀(jì)系列在第三部全面3D化。在最新的冰河世紀(jì)里，愛吃堅果的小松鼠又帶領(lǐng)我們來到了冰河時期。我們的主角們在恐龍時代的末期與這群陸地霸王展開了新的旅行。

阿凡達(dá)Avatar

上映時間：2010年

毫無疑問，史上最具震撼力的3D影片非詹姆斯?卡梅隆的新作――《阿凡達(dá)》莫屬。未來的地球向外星系擴(kuò)張為取得潘多拉星球的資源，他們巨動了阿凡達(dá)計劃，而等待他們的，卻是無盡的反抗。

PRODUCTS：富士FinePix Real 3D W1數(shù)碼相機(jī)

史上第一款可以錄制并裸眼回放3D靜態(tài)照片和動態(tài)視頻的數(shù)碼相機(jī)。

華碩G51J

華碩與NVIDIA合作推出的全球首款支持3D顯示的筆記本電腦。作為華碩旗下的頂級娛樂筆記本電腦，3D的加入無疑使它如虎添翼。

三星2233RZ 3D顯示器

三星2233RZ擁有20000：1的超高對比度，借助120Hz的刷新率和3D眼鏡，它能夠呈現(xiàn)流暢動人的3D畫面。

篇3

什么是DIY雙機(jī)

在這次專訪開始之際，首先在3D技術(shù)上，石先生就給出了非常自信的觀點(diǎn)，他認(rèn)為3D技術(shù)已經(jīng)逐漸融入了普通用戶的生活，而3D技術(shù)必將成為今后的主流。談到DIY雙機(jī)設(shè)備，石川林先生也保持了高度的熱情，詳細(xì)地向我介紹了DIY雙機(jī)設(shè)備的原理：所謂雙機(jī)拍攝，是將兩架或多架機(jī)固定在一起，并根據(jù)拍攝對象的遠(yuǎn)近調(diào)整相機(jī)的間距。不管是立體攝影還是立體攝像，如立體攝影的被攝體相距太遠(yuǎn)，在立體照片上也沒有立體效果。所以，通常可選擇3～4米左右的物體為主體。拍攝遠(yuǎn)處的建筑及山脈時，要表現(xiàn)較肉眼所視立體感更強(qiáng)的畫面，可將左右攝影間隔展寬。近拍攝時則相反，雙機(jī)間距要較人眼的短。

這樣的DIY自主機(jī)也有一定的優(yōu)勢，比如可以白行調(diào)整雙機(jī)的間距，以達(dá)到想要的效果。如(圖1)所示，這是石川林先生自己DIY的雙機(jī)機(jī)器，用的兩臺索尼卡片機(jī)制作而成，支架部分可以自行調(diào)節(jié)相機(jī)問的距離，為玩家提供了很大的操作空間，特別是一些專業(yè)的3D拍攝玩家。

DIY雙機(jī)和一體3D相機(jī)有什么優(yōu)劣

篇4

在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展的沖擊下，文化藝術(shù)與科技的結(jié)合已經(jīng)成為當(dāng)代藝術(shù)創(chuàng)作的主流，藝術(shù)創(chuàng)作中的繪畫、雕塑、攝影等藝術(shù)形式更是在創(chuàng)作的內(nèi)容和主題上都受到了數(shù)字科技的影響并且呈現(xiàn)出多元化的現(xiàn)象。縱看高清3D數(shù)字影像這門新興的學(xué)科，它的出現(xiàn)，必將會帶給我們新的視覺感受，對傳統(tǒng)美學(xué)從形式到內(nèi)容上都會產(chǎn)生新的認(rèn)識，也會提高大眾對藝術(shù)品的鑒賞層次。數(shù)字影像技術(shù)是在當(dāng)前數(shù)字科技高速發(fā)展的背景下產(chǎn)生的新技術(shù)，它的出現(xiàn)將會為記錄、傳播各類文化藝術(shù)作品從方式與途徑上提供更多的可能性。這項技術(shù)是在原本已經(jīng)成熟的2D數(shù)字影像的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種以數(shù)字藝術(shù)為基礎(chǔ)的新的藝術(shù)傳播和表現(xiàn)形式。

1與傳統(tǒng)的平面、二維的展示與傳播方式的對比

第一，高清3D數(shù)字影像具備高清晰度的圖像分辨率，圖像的質(zhì)量有了很大的提高，也可以說是革命性的提高，因為現(xiàn)在的高清技術(shù)，已經(jīng)發(fā)展到可以消失視覺能看到的像素點(diǎn)，這一特點(diǎn)將會使觀者足不出戶就可以看到文化藝術(shù)作品的細(xì)節(jié)，比如油畫書法作品的色彩和筆觸，環(huán)境藝術(shù)設(shè)計中的材質(zhì)和細(xì)節(jié)。第二，專業(yè)的審美角度和高質(zhì)量的清晰度結(jié)合合適的燈光角度，使觀者能夠看到比實物在眼前更多的細(xì)節(jié)和美。第三，高清3D數(shù)字影像跳脫傳統(tǒng)二維圖片的束縛，立體成像技術(shù)可以使文化藝術(shù)品在三維的虛擬立體空間內(nèi)展現(xiàn)，如環(huán)境藝術(shù)中的園林、建筑、雕塑、以及工藝品等等，其空間感、體量感、材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、光影等藝術(shù)特質(zhì)將會展現(xiàn)出新的面貌。

2對文化藝術(shù)鑒賞的作用和意義

眾所周知，同一個物體從不同的角度觀察，會帶給人不同的審美感受。雕塑、展陳設(shè)計以及現(xiàn)代的建筑都是要通過多角度的觀察去欣賞的，單從某一個視角很難領(lǐng)略到建筑陳設(shè)的現(xiàn)場感，存在于三維空間的藝術(shù)品和建筑也很難通過語言和二維圖片詮釋清楚。我們知道，普通人在觀察一個建筑空間環(huán)境或雕塑藝術(shù)品是往往受第一眼的感受也就是第一印象影響，而這個第一印象往往取決于道路規(guī)劃的設(shè)計安排，但建筑和雕塑藝術(shù)卻并不只是從某一個角度來定義的，它們都屬于多角度的藝術(shù)，是由多個完美角度組合而成，高清3D數(shù)字影像不僅能生動真實的還原設(shè)計師的理念，還能通過創(chuàng)新的科技手段展示其文化藝術(shù)的多樣性。高清3D數(shù)字影像可以透過攝影師的專業(yè)眼光打造出二度自然的新空間。引發(fā)觀眾的互動的反應(yīng)，吸引觀者的注意力，并不受時空的限制，在短時間內(nèi)可以傳播大量的立體圖像信息，采用這一技術(shù)將會更好的激發(fā)學(xué)習(xí)者的興趣，促進(jìn)文化藝術(shù)的創(chuàng)新和再創(chuàng)造，同時具有便于數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理存檔的優(yōu)點(diǎn)，對中國文化藝術(shù)的鑒賞和普及具有重大的意義。

3我國高清3D數(shù)字影像技術(shù)取得的成就

以2010年上海世博會為例，我們知道世博會是一個國際性的博覽盛會，也是一個結(jié)束后就會拆除和消失的展會，在這個展會期間會集中展現(xiàn)各國的科技、人文、建筑、文化藝術(shù)等等各方面的成就。而且，每一屆展會都會根據(jù)舉辦的不同國家城市提出不同的文化主題，各國也會根據(jù)自己的文化歷史和科學(xué)技術(shù)展現(xiàn)爭奇斗艷的建筑空間環(huán)境設(shè)計，如2010年世博會德國館的設(shè)計，從外墻的材質(zhì)運(yùn)用到建筑空間的組合關(guān)系，都帶給人一種現(xiàn)代高科技和未來城市的奇幻感覺，這種充滿奇思妙想的設(shè)計規(guī)劃，無一不體現(xiàn)現(xiàn)代科技和藝術(shù)帶給人們的審美震撼。德國館的造型設(shè)計整體是由異形的不規(guī)則幾何體構(gòu)成，在如此造型奇特壯美的建筑中漫步，體會三維立體空間中的光與影；疏與密的完美結(jié)構(gòu)和材質(zhì)細(xì)節(jié)，整個建筑就如同一座可以漫步其中的三維空間雕塑。但世博會的建筑物都只是臨時搭建，展會結(jié)束后就會拆除，怎樣才能將這樣一件臨時的藝術(shù)佳作保留下來，我國世博會主辦方大膽采用高清3D數(shù)字影像技術(shù)將這一世界性的盛會完整的記錄了下來，并拍攝了著名的高清3D數(shù)字記錄電影《世博之光》，該片在2012年2月國際3D學(xué)會主辦的第三屆3D創(chuàng)作藝術(shù)獎評選中獲得評委會獎。這也是中國3D影片首次獲得這一高級別的國際殊榮。國際3D學(xué)會主席吉姆•查賓在頒獎典禮結(jié)束后曾接受新華社記者的采訪，他說“祝賀中國的3D制作者。他們將為自己的成就自豪。中國的3D電影制作者們正在創(chuàng)造出世界級的電影！”這是國際上對中國主流電影的肯定，也是對中國高清3D影像技術(shù)的高度認(rèn)可，這項新技術(shù)讓我們現(xiàn)在無疑是走在世界前列的。

4結(jié)語

篇5

【關(guān)鍵詞】　3D 視差 視差深度 眼鏡3D 裸眼3D

一．3D顯示技術(shù)的形成

早在19世紀(jì)攝影技術(shù)剛剛起步時，人們就用2臺性能和參數(shù)完全相同的相機(jī)并列，模擬人的左右兩眼，同時拍下2張有著些微差異的相片，之后再透過平行視線法、交叉視線法或類似雙筒望遠(yuǎn)鏡的專屬觀看設(shè)備等，讓人的左右兩眼分別觀看2張并列拍攝的相片，以重現(xiàn)“視差”，藉以模擬出立體視覺。

兩個世紀(jì)以來，人類由此逐步研究出各種3D顯示技術(shù)，主要分為眼鏡3D與裸眼3D兩大類型（見表1）。

二．眼鏡類3D顯示技術(shù)

眼鏡類3D顯示技術(shù)，主要是利用光學(xué)原理的特制眼鏡來實現(xiàn)。目前市場應(yīng)用的眼鏡類3D，從技術(shù)層面來看主要有快門式和偏光式兩種（見表2），從觀看方式來看主要有被動觀看和主動觀看兩種。

1.被動觀看式

被動觀看式的3D眼鏡，是由單純的鏡片＋鏡架所構(gòu)成，不牽涉到任何機(jī)械或電子裝置，主要有紅藍(lán)濾色片式3D眼鏡類和偏光式3D眼鏡類兩種，基本原理都是運(yùn)用光學(xué)方式讓左右兩眼觀看到具備視差的圖像。

2.主動觀看式

主動觀看式的3D眼鏡，是利用眼鏡本身的主動運(yùn)作來顯示3D效果，有雙顯示器式3D眼鏡類和液晶式3D眼鏡類兩種。

（1）雙顯示器式3D眼鏡類

雙顯示器式雖然無法提供多人觀看的需求，但仍就算是主動式3D眼鏡類的一種，其原理是運(yùn)用左右眼鏡中配置的兩組小型顯示器來分別顯示左右畫面，以形成3D效果。

由于必須配置兩組獨(dú)立的小型顯示器，只能讓單人觀看。通常應(yīng)用在特殊場合，如搭配頭部偵測應(yīng)用在虛擬實境觀看的便攜式播放器、游戲機(jī)（任天堂在1995年推出的便攜式游戲機(jī)Virtual　Boy頭戴式顯示器就屬此類）等。

（2）液晶式3D眼鏡類

液晶式的3D眼鏡，由主動液晶鏡片構(gòu)成，其原理是利用電場來改變液晶透光的狀態(tài)，以每秒數(shù)十次的頻率交替遮蔽左右兩眼視線，播放時只要交替顯示左右兩眼畫面，再利用同步信號讓液晶式3D眼鏡與畫面同步工作，當(dāng)播出左眼畫面時讓右眼鏡片變黑、播出右眼畫面時讓左眼鏡片變黑，最終形成3D效果，但這種交替遮蔽會影響畫面的亮度。

液晶式3D不需要濾色或偏光等特殊播放設(shè)備，只要提升播放畫面的交替頻率及添加同步信號發(fā)送裝置，很適合大尺寸屏幕，供多人觀賞的需求，是目前3D電影和3D電視的主要方式，包括PC上由NVIDIA推出的3D　Vision，以及目前各大廠商狂推猛打的3D電視機(jī)等產(chǎn)品，都采用了此類技術(shù)。

由于液晶式的畫面是采左右交替播放，同一時間內(nèi)只有一只眼睛能看到畫面，因此當(dāng)開啟3D顯示模式時，畫面刷新頻率會變?yōu)樵瓉淼囊话搿．?dāng)每秒60次交替頻率時，畫面刷新頻率會降到每秒30次，會讓觀看者感受到明顯的閃爍。因此目前各廠商所推出的方案都是將刷新頻率加倍到每秒120次，以解決閃爍的問題。

三．裸眼類3D顯示技術(shù)

如前所述，眼鏡類的3D顯示技術(shù)是通過眼鏡將左右圖像分離出來，并分別送到觀看者的左右兩眼中，實現(xiàn)3D效果。而裸眼類的3D顯示技術(shù)則是通過調(diào)節(jié)光的角度使左右兩個圖像分離出來，并分別送到觀看者的左右兩眼中，以實現(xiàn)3D效果。

如今的裸眼類3D顯示技術(shù)，組合了目前人類最新面板制造技術(shù)和引擎軟件技術(shù)，一方面，在生產(chǎn)制造方面，采用在液晶面板前方配置雙凸透鏡的全景圖像（Integral　Imaging）方式顯示，即在同一個屏幕上，以分割區(qū)域顯示（空間多功裸眼3D技術(shù)）和切割時間顯示（分時多功裸眼3D技術(shù)）來實現(xiàn)3D顯示（見表3）。另一方面，在圖像顯示方面，通過計算機(jī)圖像處理技術(shù)，將已有的2D圖像和3D圖像的左右兩眼的視差，轉(zhuǎn)換為9視差的3D圖像。

從當(dāng)前裸眼類3D顯示技術(shù)形式來看，有光屏障式（Barrier）、柱狀透鏡（Lenticular　Lens）、多層顯示（Multi　Layer　Display）和指向光源（Directional　Backlight）等幾種，目前光屏障式和柱狀透鏡式兩種技術(shù)已進(jìn)入商業(yè)應(yīng)用階段。

1.光屏障式技術(shù)

裸眼類的光屏障式技術(shù)與眼鏡類的偏光式技術(shù)（目前3D電影廣泛采用）有些相似，不過一個要戴眼鏡，一個不要。

光屏障式又稱光屏蔽式、視差障壁（Parallax　Barrier）、視差屏障（Parallax　Barriers）等等，這主要是研制廠商的技術(shù)細(xì)節(jié)不同所至。

（1）視差障壁式

該技術(shù)是由夏普歐洲實驗室研制，實現(xiàn)方法是使用一個開關(guān)液晶屏、偏振膜和高分子液晶層，利用液晶層和偏振膜制造出一系列方向為90°的垂直條紋。這些條紋寬幾十微米，通過它們的光就形成了垂直的細(xì)條柵模式，故稱之為“視差障壁”。

視差障壁安置在背光模塊及LCD面板間，在3D模式下，應(yīng)該由左眼看到的圖像顯示在液晶屏上時，不透明的條紋會遮擋右眼；應(yīng)該由右眼看到的圖像，不透明的條紋會遮擋左眼，通過將左右兩眼的可視畫面分開，使觀看者看到3D畫面。

（2）可開關(guān)液晶視差屏障式

可開關(guān)液晶視差屏障式3D，是目前最廣泛應(yīng)用于可攜式裝置的方式，包括夏普與日立都不約而同的在任天堂發(fā)表N3DS（是一款由日本任天堂推出的便攜式游戲機(jī)，最大特點(diǎn)之一是利用了稱為“Autostereoscopy”的技術(shù)，即讓使用者不配戴任何特殊眼鏡即可感受到3D圖像效果）后，緊接著開發(fā)了各自裸眼3D手機(jī)應(yīng)用的視差屏障式3D顯示屏幕。其中夏普的產(chǎn)品將液晶屏障與觸控薄膜整合在一起，而且同時支持橫拿與直拿的應(yīng)用，比較符合N3DS的需求。

2.柱狀透鏡技術(shù)

柱狀透鏡技術(shù)，又被稱為雙凸透鏡或微柱透鏡技術(shù)，主要代表廠商有飛利浦和我國朗辰電子科技。

該技術(shù)是通過在液晶面板上加上特殊的精密柱面透鏡屏，將經(jīng)過編碼處理的3D圖像獨(dú)立送入人的左右兩眼，從而可以裸眼體驗3D，同時兼容2D，它相比光屏障式技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)是其亮度不會受到影響，但觀測視角寬度會稍小。

不過像素間的間隙也會被放大，因此不是簡單地疊加子像素，柱透鏡與像素列不是平行的，而是成一定的角度。這樣就可以使每一組子像素重復(fù)投射視區(qū)，而不是只投射一組視差圖像。

柱狀透鏡式可以在多個角度下產(chǎn)生3D效果，適用于多人觀看的場合，不過在不合適的角度觀看時會出現(xiàn)影像重疊的狀況。一般的柱狀透鏡是固定貼附在屏幕表面，而且是以單一方向排列，因此無法切換顯示模式，水平解析度會降為原本的一半，畫質(zhì)也會受到透鏡折射影響，屏幕旋轉(zhuǎn)　90度時就無法呈現(xiàn)3D感。不過也有廠商研發(fā)在柱狀透鏡中注入液晶來改變聚焦特性的技術(shù)，可關(guān)閉透鏡的折射效果切換成2D顯示模式。

3.多層顯示技術(shù)

該技術(shù)簡稱MLD技術(shù)，是美國Pure　Depth公司在2009年4月研發(fā)，這種技術(shù)能夠通過一定間隔重疊的兩塊液晶面板，實現(xiàn)裸眼觀看3D文字及3D圖像。與柱狀透鏡技術(shù)相比，有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）觀看3D圖像時，用戶不會產(chǎn)生眩暈、頭疼及眼睛疲勞等副作用；

（2）3D顯示時，屏幕的分辨率不會降低；

（3）可組合顯示文字等2D圖像和3D圖像；

（4）對觀看3D圖像的視野及角度沒有太大的限制，通俗點(diǎn)說就是可視角度足夠大。

目前，采用MLD技術(shù)的顯示設(shè)備，已經(jīng)在美國拉斯維加斯的部分娛樂場所得到了應(yīng)用，并取得了良好的效果。

4.深度融合式3D顯示（Depth-fused　3D）

該技術(shù)由日立公司研發(fā)，產(chǎn)品問世已久不過應(yīng)用層面有限。是將兩片液晶面板前后重疊在一起，分別在前后兩片液晶面板上以不同亮度顯示前景與后景的影像，藉由實體的深淺差異來呈現(xiàn)出景深效果。

由于深度融合式并不像其他方式是以模擬兩眼視差來產(chǎn)生立體感，而是讓畫面真正具備前景與后景的差別，能讓觀看者兩眼視線的焦點(diǎn)自然落在畫面位置并感受到景深，因此觀看時眼睛不感到疲勞。不過受限于前后景重疊時的角度偏移不能太大，因此適合觀看的角度有限，加上需要重疊兩片液晶面板來構(gòu)成，因此不但體積較大，而且成本也較高。

5.指向光源技術(shù)

該技術(shù)比較先進(jìn)，實現(xiàn)的方法是通過搭配兩組快速反應(yīng)的LCD面板和驅(qū)動器，讓3D圖像以排序方式進(jìn)入觀看者的左右兩眼，由于互換的左右兩幅圖像存在著視差，進(jìn)而讓人眼感受到3D效果。

指向光源比光屏障式、柱狀透鏡式等裸眼3D技術(shù)更具有優(yōu)勢，可以應(yīng)用到手機(jī)、電腦、游戲機(jī)等設(shè)備中。在3D顯示的亮度和分辨率上都能夠得到保障，進(jìn)而可以普及發(fā)展。但是該技術(shù)尚未成熟，遠(yuǎn)沒有達(dá)到量產(chǎn)的階段，目前仍處于研發(fā)階段。

當(dāng)屏幕右側(cè)的背光光源亮起時，就會透過指向性背光膜射出朝左眼方向的光線，用來顯示左眼圖像畫面。當(dāng)左側(cè)的背光光源亮起時，就會透過指向性背光膜射出朝右眼方向的光線，用來顯示右眼圖像畫面。藉由左右圖像畫面高速交替顯示，就能平順的顯示3D圖像畫面。

由于指向性背光方式采用分時多功，因此每次都能以面板的完整解析度來顯示圖像，不像空間多功只能以面板的一半解析度來顯示圖像。而且只要左右兩側(cè)的背光光源同時亮起，就能切換為2D顯示模式。不過由于左右兩眼圖像畫面是以指向性的方式顯示，因此只有從屏幕正面觀看時才能看到3D圖像畫面，當(dāng)屏幕旋轉(zhuǎn)90度時就無法顯示3D圖像畫面。

四．結(jié)語

讓所有人脫掉眼鏡看3D，這看似簡單的技術(shù)目標(biāo)，卻已經(jīng)成為全球爭奪的新型產(chǎn)業(yè)的制高點(diǎn)。如今，各國對3D顯示技術(shù)研發(fā)均不惜巨資，投入巨大，且非常重視投入的持續(xù)性。

在國外，裸眼3D廣告已不稀奇，的確大街上來往的人，總不能停下來找個眼鏡戴起來再看廣告吧。近年來，美國的3D電影比例也越來越高，裸眼3D在廣告、展示、游戲、電視、手機(jī)等方面已經(jīng)有了很大的市場，所有視覺娛樂、內(nèi)容、廣告等領(lǐng)域，已經(jīng)繞不開3D技術(shù)（如裸眼3D試衣技術(shù)，已經(jīng)在互聯(lián)網(wǎng)上得到很好的呈現(xiàn)），正在圍繞3D形成新的產(chǎn)業(yè)鏈（模式）。

在國內(nèi)，今年元旦央視3D電視頻道開播，雖然很多城市還未能嘗鮮，但網(wǎng)絡(luò)上的3D版春晚點(diǎn)擊量已經(jīng)不少。

雖說目前3D已進(jìn)入電影、電視領(lǐng)域，但要走進(jìn)百姓家庭，似乎很難，撇開技術(shù)層面不說，高昂的價格就足以讓百姓望而卻步。

篇6

關(guān)鍵詞：磁共振成像；血管成像；三維成像；對比劑

近年來，隨著磁共振掃描儀硬件及軟件的不斷改進(jìn)，三維對比增強(qiáng)MR增強(qiáng)磁共振（three dimensional contrastenhanced MR angiography，3D CEMRA）的技術(shù)日臻成熟，它的快速、安全、有效等優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)，使其成為血管大、中病變臨床診斷的常用方法，甚至是首選方法，在很大范圍內(nèi)可替代有創(chuàng)傷的血管造影[1]。本文對345例頭頸部、胸腹部、盆腔及雙下肢動脈三維對比增強(qiáng)磁共振血管分析，以探討三維對比增強(qiáng)磁共振血管成像的臨床應(yīng)用價值。

1資料與方法

1.1一般資料 搜集2007～2009年共345例臨床疑動脈血管病變的患者，其中男性：230例，女性：115例，年齡9～88歲，平均年齡60.7歲。

1.2方法 采用Siemena Magnetom Avanto 1.5超導(dǎo)磁共振掃描儀，掃描序列采用flash-3d-ce序列，顱頸部采用頭、頸線圈，仰臥位，頭先進(jìn)。胸腹部、盆腔及雙下肢動脈者采用體部、脊柱、四肢線圈，仰臥位，足先進(jìn)，3段移床掃描。

定位掃描后，常規(guī)TSE T2WI掃描，行Trufisp掃描，獲得靶血管的大致影像，用于三維定位。再啟用Test bolus掃描，靶血管內(nèi)有對比劑顯示時，行3D蒙片掃描，測量掃描時間后，注射對比劑后行3D增強(qiáng)掃描2次，1次為動脈期，2次為靜脈期，獲得原始圖像后，在3D工作站進(jìn)行后處理。

對比劑選用順磁性對比劑釓噴酸葡胺（Gd-DTPA），劑量為常規(guī)增強(qiáng)的3倍劑量，平均濃度0.2mmol/ml，用與磁共振掃描儀相配套的高壓注射器經(jīng)肘正中靜脈注射，對比劑0.2mmol/kg，注射流率2.5～3ml/s，測試注射2ml對比劑，10ml生理鹽水沖洗，增強(qiáng)掃描20ml生理鹽水沖洗。

Test bolus序列掃描參數(shù)：Tr 41.6ms，TE 1.1ms；視野300mm，翻轉(zhuǎn)角30°，層厚70mm，成像1帖/s，連續(xù)掃描，直到可見靶血管內(nèi)對比劑充盈。有幾帖圖片，就定多少時間為注射對比劑后3D增強(qiáng)掃描啟動時間。

增強(qiáng)前后三維梯度回波序列（快速小角度激發(fā)梯度回波，F(xiàn)LASH序列），掃描參數(shù)：TR 3.0ms，TE 0.97翻轉(zhuǎn)角25°，視野228mm×160mm，矩陣115×256，頭頸部1個冠狀方位3D塊，胸腹部、盆腔及雙下肢動脈者3個冠狀方位3D塊，層厚1.1mm，無間隔，共約80層，1次采集，采集時間15s。增強(qiáng)前掃描1次作為減影蒙片，注入對比劑后無間隔掃描2次，先為動脈期，后為靜脈期。注意增強(qiáng)掃描必須拷貝蒙片的掃描范圍及層數(shù)、層厚，這樣方能進(jìn)行減影獲得較為清晰的血管影像。

在工作站上用最大強(qiáng)度投影和多平面重組等技術(shù)進(jìn)行觀察，并可參照原始圖像。

由兩位高年資住院醫(yī)師進(jìn)行圖像后處理及閱片，在工作站上進(jìn)行多角度觀察并結(jié)合原始圖像對病變血管作出判定。

2 結(jié)果

345例中血管正常31例，有病變者314例，其中有動脈瘤者10例，夾層動脈瘤者1例，動靜脈畸形2例，動脈變異者67例，動脈硬化狹窄、閉塞者共123例，動脈迂曲增寬者27例，動脈血管纖細(xì)者84例。

按圖像質(zhì)量分為優(yōu)、良、差3級進(jìn)行評價。優(yōu)：靶血管顯示良好，無或少與靜脈重疊，偽影少。良：靶血管顯示尚可，部分與靜脈重疊，有偽影，不影響診斷。差：靶血管顯示差或未顯示，大部分與靜脈重疊，不符合診斷要求。本組病例345例中，優(yōu)298例，良47例。

3 討論

傳統(tǒng)MRA技術(shù)主要依賴于流入性增強(qiáng)（TOF）和相位位移（PC）效應(yīng)，掃描時間長，費(fèi)時費(fèi)力，由于3D-CEMRA不依賴流空效應(yīng)，避免了湍流和渦流影，不受血流方向的影像，對于平行于掃描層面的血管、血管分叉及扭曲的血管，均能清晰顯示。且3D CEMRA技術(shù)是通過注入順磁性對比劑，使血管T1弛豫時間明顯縮短，使成像斷面血管內(nèi)的血流不再依賴新流入的未飽合質(zhì)子，增強(qiáng)后的血流本身就是高信號，并最大可能地抑制血管周圍的組織信號，為臨床提供理論依據(jù)。

要獲得高質(zhì)量的3D CEMRA圖像，關(guān)鍵要熟練掌握MR技術(shù)，把握每個檢查環(huán)節(jié)；延遲掃描時間的確定是最為關(guān)鍵的技術(shù)，如果掃描過早開始，血管內(nèi)對比劑濃度較低，血管顯影淺淡，遠(yuǎn)端血管及分支無法顯示，晚期則靜脈顯影，動脈顯影則不是最佳狀態(tài)，而達(dá)不到診斷的效果。因此，要獲得最佳的三維MRA圖像就必須對團(tuán)注對比劑進(jìn)行計時，當(dāng)血管內(nèi)團(tuán)注對比劑達(dá)到最高濃度時間與數(shù)據(jù)采集K空間中心部分相吻合時，才能獲得高質(zhì)量的血管圖像。由于個體間差異較大，對每個行3D CEMRA的病例均應(yīng)行小劑量試驗性注射來確定延遲掃描時間。一般來說，即便是對于有心功能異常的患者，應(yīng)用同層動態(tài)掃描90層，亦可獲得對比劑到達(dá)靶血管峰值濃度時間的測量。值得注意的是，對于延遲時間掌握，可確定為試驗性注射觀察靶動脈信號最強(qiáng)層面的時間為延遲時間。

3D CEMRA后處理技術(shù)有減影、MIP、MPR、VR。通過減影，減少了背景組織的信號，改善了病變與背景組織間的差異，提高了圖像質(zhì)量，有利于對病灶的顯示，圖像減影的前提是在行CE-MRA增強(qiáng)前后掃描的參數(shù)的必須保持一致，這樣才能保證掃描結(jié)束后，應(yīng)用軟件才能進(jìn)行減影及相關(guān)的后處理。減影技術(shù)在靜止不動的區(qū)域應(yīng)用效果最佳，特別是頭頸部區(qū)域。減影后進(jìn)行MIP成像，更有利于顯示細(xì)小血管分支，通過多角度旋轉(zhuǎn)，一般可以清晰顯示病變的部位及大小；但對于主動脈夾層來說，由于旋轉(zhuǎn)角度可能會影響內(nèi)膜瓣的顯示，因此單純依靠MIP圖像會導(dǎo)致誤診。MPR不受血管分支重疊的影響，能更清晰地顯示病灶特征，特別是對于主動脈夾層，MPR可以詳細(xì)顯示分支血管開口于真腔還是假腔及病變波及的范圍，能顯示真假腔之間的溝通，確定撕裂口的位置，原始圖像的觀察亦非常重要，通過電影回放等形式連續(xù)觀察原始資料，有利于對血管解剖結(jié)構(gòu)的認(rèn)識和對病變部位的確認(rèn)。因此，筆者認(rèn)為觀察CE-MRA圖像，不僅要觀察重建后的圖像，而且要觀察原始圖像，因重建后圖像有假像及偽影的發(fā)生。VR是近年來較新的數(shù)據(jù)圖像后處理技術(shù)，利用所有容積數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理，它的高保真性及臨床應(yīng)用的可靠性得到了影像醫(yī)學(xué)和工程人員的一致肯定。目前，DSA為血管病變診斷的"金標(biāo)準(zhǔn)"，由于其為有創(chuàng)性檢查，且檢查費(fèi)用昂貴，有X線輻射以及可能存在對比劑過敏等，有一定比例的并發(fā)癥及無癥狀的微栓塞發(fā)生[2]，與傳統(tǒng)DSA相比，3D-CEMRA在冠狀掃描視野大，提高了空間分辨率；而且3D-CEMRA技術(shù)不僅幾乎無對比劑過敏和腎毒性[3]，還可清楚顯示血管周圍組織結(jié)構(gòu)，并且可以任意角度的旋轉(zhuǎn)，這些都是DSA無法比擬的。近年來CTA和CE-MRA已廣泛應(yīng)用。由于3D CEMRA具有簡便、安全、無創(chuàng)等特點(diǎn)，可作為一種重要的輔助檢查手段。

參考文獻(xiàn)：

[1]陸建平，劉崎.三維增強(qiáng)磁共振血管成像[M].第1版.上海：上海科學(xué)技術(shù)， 2005，1-8.

篇7

贊美者認(rèn)為3D打印無所不能，把它與蒸汽機(jī)、電力等相提并論；批判者認(rèn)為它是小眾市場，只能在醫(yī)療等領(lǐng)域內(nèi)作為制造業(yè)的補(bǔ)充存在。3D打印能否主導(dǎo)未來？中國市場的潛在空間有多巨大？全球領(lǐng)先公司又有哪些經(jīng)驗可以分享？為此，《中國經(jīng)濟(jì)和信息化》記者專訪了全球3D打印領(lǐng)域最大的公司Stratasys董事長Scott Crump（斯科特·克倫普）。

用望遠(yuǎn)鏡看產(chǎn)業(yè)

CEI：3D打印對工業(yè)設(shè)計的影響顯而易見，但對于大規(guī)模制造領(lǐng)域，有人認(rèn)為其無法發(fā)揮作用。比如最近富士康的董事局主席郭臺銘就提出他并不看好3D打印技術(shù)在大規(guī)模工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，雖然3D打印可以打印出產(chǎn)品部件，但無法在大規(guī)模工業(yè)領(lǐng)域得到推廣。對此你怎么看？

Scott Crump：現(xiàn)在3D打印在制造領(lǐng)域的使用確實是針對一些小規(guī)模的制造，或者對定制化要求非常高的行業(yè)最能發(fā)揮其作用，比如汽車制造。你不用進(jìn)行工具的建模就可以很快地設(shè)計和生產(chǎn)出一個、幾個、幾十個或者上百個的部件。

比如增材制造用我們的系統(tǒng)可以設(shè)計和生產(chǎn)部件，傳統(tǒng)的工藝則是一大塊材料拿過來使用，這會浪費(fèi)很多材料，用我們的增材制造你可以很好地控制材料投入和產(chǎn)出比，產(chǎn)出的效果很好。

CEI：你認(rèn)為，從3D打印發(fā)展以來，如今這個行業(yè)有無什么新變化？

Scott Crump：如果看一下3D打印這20多年來的發(fā)展，一個巨大的變化就是各國政府已經(jīng)對3D打印很重視，中國在加大對3D打印的投資，美國、德國、新加坡等其他國家也很重視這塊市場。美國總統(tǒng)奧巴馬甚至把3D打印寫入了美國國情咨文當(dāng)中，這是前所未有的事情。

有了政府的支持和強(qiáng)大的投資，我相信這個行業(yè)的發(fā)展一定很迅速。這是一個往前發(fā)展很好的基礎(chǔ)，中國也可以在這個發(fā)展當(dāng)中抓住機(jī)會。

CEI：原材料是3D打印產(chǎn)業(yè)化最大的瓶頸之一，并且短期內(nèi)很難突破，你怎么看這個觀點(diǎn)？怎么解決？

Scott Crump：我們不同意，Stratasys公司的增長速度很迅速，而且這個行業(yè)的增長速度也很迅速。3D打印技術(shù)是從設(shè)計到產(chǎn)品階段架起一座橋梁，讓產(chǎn)品更快地進(jìn)入市場，我認(rèn)為瓶頸不是材料的高成本，而是人們再投資的意識。

Stratasys公司會把收入的10%再投入到新材料的研發(fā)中，現(xiàn)在已經(jīng)有130多種不同的新材料了。

在我們做這個行業(yè)20多年來，也看到不少公司進(jìn)入增材制造這個行業(yè)，但很多都沒發(fā)展起來，或者很難有持續(xù)性的發(fā)展，其實很重要的一點(diǎn)就是公司需要把一部分營收投入進(jìn)行再投資。

機(jī)會在中國

CEI：現(xiàn)在很多地方都強(qiáng)調(diào)了原材料的成本，這對于軟件工程師在設(shè)計產(chǎn)品的強(qiáng)度和精度的控制上提出了更高的要求。在中國軟件水平還不是很高的情況下，你有什么好的建議？

Scott Crump：我認(rèn)為任何可以在3D領(lǐng)域打印和使用的零部件，Stratasys都是可以打印的。Stratasys不局限于對于某些軟件的限制，只要是你的材料服務(wù)3D打印我們都可以做。

CEI：從技術(shù)上來說，產(chǎn)品打印是沒有問題的，但中國自主技術(shù)方面偏弱，對產(chǎn)品精度和要求偏低。對此Stratasys有自己的一些什么經(jīng)驗，是否需要根據(jù)計算機(jī)領(lǐng)域的用戶需求來做？

Scott Crump：我想簡單地打一個比方你就理解了，桌面電腦有很多不同的應(yīng)用，比如Word、Excel等等，你完全可以把這些不同類型的文件轉(zhuǎn)換成PDF打印，我們也是如此。把所有的軟件轉(zhuǎn)換成STL格式進(jìn)行打印。

文件轉(zhuǎn)換成PDF有時候會出現(xiàn)一些問題，軟件轉(zhuǎn)換成STL的時候也會遇到把普通的文件轉(zhuǎn)換成PDF時遇到的問題，Stratasys主要專注的是輸出。

CEI：中國對3D打印很重視，對其寄予了很高的期望，把它看作是先進(jìn)制造業(yè)的未來。那么，目前在產(chǎn)業(yè)環(huán)境上，3D打印有沒有涉及到太多的上下游的行業(yè)，在你看來3D打印是否有可能成為未來制造業(yè)的主流？

Scott Crump：3D打印會對制造業(yè)產(chǎn)生影響，這影響是巨大的，而且增長得很迅速。這跟3～4年前DNC（分布式數(shù)控）和CNC（數(shù)控機(jī)床）的影響類似，也是在工程設(shè)施和最終的產(chǎn)品之間建立起一座橋梁。現(xiàn)在3D打印主要的材料還是塑料，將來還會有金屬材質(zhì)等，總之其影響力會越來越大。

CEI：你怎么看待中國3D打印的市場？

Scott Crump：Stratasys公司在中國的投資很大。無論是把亞太地區(qū)的總部設(shè)在中國香港、在上海設(shè)有辦事處，還是在基礎(chǔ)設(shè)施上的巨大投資，因為我們認(rèn)為中國將是3D打印很重要的市場，而且我們的想法在不斷被證實是正確的。

在全球73個國家，Stratasys公司都有3D打印產(chǎn)品的銷售。就增長而言，中國是這73個國家里增長最快的一個國家。當(dāng)然，目前從總量來說，排名全球第一的依然是美國，接下來是歐洲的五大巨頭、日本等，但是我相信不久的將來，中國不論是在市場份額還是排名上都會有很大的提升。

CEI：3D打印技術(shù)是以什么模式來引領(lǐng)各行業(yè)廣泛應(yīng)用該技術(shù)的？另外3D打印在中國未來的發(fā)展方向是怎樣的？

Scott Crump：Stratasys公司的產(chǎn)品針對不同的垂直市場進(jìn)行了定制，比如針對教育行業(yè)、牙科行業(yè)都有對應(yīng)的定制產(chǎn)品。本地化是一個很好的優(yōu)勢，它可以讓你更好地傾聽本地用戶需求的心聲，從而滿足本地用戶的需求。基于此，Stratasys公司的本地化程度很高。

比如Stratasys公司內(nèi)部員工有針對每一個垂直行業(yè)進(jìn)行推動的，我們的渠道合作伙伴當(dāng)中也有針對某一個行業(yè)進(jìn)行渠道銷售的，比如牙科。另外在市場推廣上，我們也有專門的人來負(fù)責(zé)進(jìn)行教育，更好地對3D打印技術(shù)進(jìn)行推廣，讓人們更好地了解3D打印技術(shù)。

另外，現(xiàn)在對于增材制造大家談的也很多，但我仍然想強(qiáng)調(diào)我們的核心能力是在快速成型這一塊。從潛力的角度來看，在快速成型方面，沒有任何一個國家可以和中國相比。因此在開發(fā)巨大的中國市場方面，Stratasys公司仍有很多的工作要做，我們希望可以不斷增強(qiáng)用戶對于3D打印的意識，這樣用戶才可以做出如何更好地選擇3D打印技術(shù)的決定。

成功之道

CEI：Stratasys公司已經(jīng)連續(xù)11個季度實現(xiàn)利潤兩位數(shù)的增長，今年第一季度營收也達(dá)到了同比增長18%，成功的理由在哪里？

Scott Crump：這個行業(yè)的整體增長速度很快，Stratasys公司又是這個行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者，安裝的這些單位設(shè)備在整體行業(yè)中占55%，因此從收入和盈利來看，公司增長速度也很快。隨著行業(yè)的不斷發(fā)展，我們也瞅準(zhǔn)時機(jī)，在4年前進(jìn)入了牙科行業(yè)，3年前又進(jìn)入了珠寶行業(yè)，而且在醫(yī)療行業(yè)的應(yīng)用也越來越廣，前景很好。

當(dāng)然，Stratasys公司表現(xiàn)的成功，也不能忽略收購和兼并帶來的好的影響，因為它極好地解決了交叉銷售的問題。兼并完成之后，公司不僅可以滿足專業(yè)人士、商業(yè)領(lǐng)域的需求，也可以滿足低端客戶的需求。

對于針對非直接市場的銷售和產(chǎn)品，本地合作伙伴和渠道很重要。過去，Stratasys公司銷售FDM的技術(shù)和Objet公司銷售噴墨技術(shù)都有強(qiáng)大的渠道，一夜之間兩個公司合二為一了，我們可以充分利用這一點(diǎn)，而且我們也很重視對兩個公司渠道的教育培訓(xùn)。過去6個月，我們已經(jīng)成功完成了對渠道的培訓(xùn)和教育，對未來的銷售我們很有信心。

CEI：Stratasys公司最近又收購了MakerBot公司，未來桌面打印會占公司整個份額多大的比例？MakerBot公司的優(yōu)勢是形成了一個完整的生態(tài)系統(tǒng)，未來你們是否會像蘋果一樣打造一個很完整的生態(tài)鏈？

Scott Crump：從Stratasys公司來講，原來主要是滿足專業(yè)人士的高端需求，而MakerBot公司主要是關(guān)注個人消費(fèi)者和低端用戶的需求，比如在教育行業(yè)教學(xué)生如何了解使用技術(shù)，或者針對一些對功能、個性和價格要求比較低的商業(yè)應(yīng)用。

從這兩個公司的合并來看，未來Stratasys公司可以抓住更多低端市場的機(jī)會，因為從長期的眼光來看，這一部分增長的潛力還是很大的。現(xiàn)在面臨的情況是原來有3萬套的裝機(jī)容量，會和MakerBot公的2萬套的裝機(jī)容量合并，這樣可以在未來更好地滿足客戶的需求。

篇8

[關(guān)鍵詞]3D打印技術(shù)；鋼鐵行業(yè)；沖擊；措施

中圖分類號：F104 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）40-0072-01

一、概述

3D打印技術(shù)，誕生于20世紀(jì)80年代后期，是基于材料堆積法的一種高新制造技術(shù)，是一種不再需要傳統(tǒng)的刀具、夾具和機(jī)床就可以打造出任意形狀，根據(jù)零件或物體的三維模型數(shù)據(jù)，通過成型設(shè)備以材料累加的方式制成實物模型的技術(shù)，被認(rèn)為是近20年來制造領(lǐng)域的一個重大成果。它集機(jī)械工程、CAD、逆向工程技術(shù)、分層制造技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、材料科學(xué)、激光技術(shù)于一身，可以自動、直接、快速、精確地將設(shè)計思想轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢üδ艿脑突蛑苯又圃炝慵瑥亩鵀榱慵椭谱鳌⑿略O(shè)計思想的校驗等方面提供了一種高效、低成本的實現(xiàn)手段。

3D打印機(jī)的原理：3D 打印機(jī)可以根據(jù)零件的形狀，每次制做一個具有一定微小厚度和特定形狀的截面，然后再把它們逐層粘結(jié)起來，就得到了所需制造的立體零件。每個截面數(shù)據(jù)相當(dāng)于醫(yī)學(xué)上的一張CT 像片；整個制造過程可以比喻為一個"積分"的過程。當(dāng)然，整個過程是在電腦的控制下，由3D打印機(jī)系統(tǒng)自動完成的。

二、國內(nèi)、外發(fā)展現(xiàn)狀

目前在歐美發(fā)達(dá)國家，3D打印技術(shù)已經(jīng)初步形成了成功的商用模式。如在消費(fèi)電子業(yè)、航空業(yè)和汽車制造業(yè)等領(lǐng)域，3D打印技術(shù)可以以較低的成本、較高的效率生產(chǎn)小批量的定制部件，完成復(fù)雜而精細(xì)的造型。另外，3D打印技術(shù)獲得應(yīng)用的領(lǐng)域是個性化消費(fèi)品產(chǎn)業(yè)。如紐約一家創(chuàng)意消費(fèi)品公司Quirky通過在線征集用戶的設(shè)計方案，以3D打印技術(shù)制成實物產(chǎn)品并通過電子市場銷售，每年能夠推出60種創(chuàng)新產(chǎn)品，年收入達(dá)到100萬美元。當(dāng)前，國際3D打印機(jī)制造業(yè)正處于迅速的兼并與整合過程中，行業(yè)巨頭正在加速崛起。

自20世紀(jì)90年代以來，國內(nèi)多所高校開展了3D打印技術(shù)的自主研發(fā)。清華大學(xué)在現(xiàn)代成型學(xué)理論、分層實體制造、FDM工藝等方面都有一定的科研優(yōu)勢；華中科技大學(xué)在分層實體制造工藝方面有優(yōu)勢，并已推出了HRP系列成型機(jī)和成型材料；中國科技大學(xué)自行研制了八噴頭組合噴射裝置，有望在微制造、光電器件領(lǐng)域得到應(yīng)用。但總體而言，國內(nèi)3D打印技術(shù)研發(fā)水平與國外相比還有較大差距。

三、經(jīng)典的應(yīng)用案例

（一）3D打印汽車

2011年，世界上首款應(yīng)用3D打印技術(shù)的汽車“Urbee”在經(jīng)過15年的艱苦研制后在加拿大亮相，這輛名為“Urbee”的汽車包括玻璃嵌板在內(nèi)的所有外部組件都是通過大型3D打印設(shè)備生產(chǎn)。 2012年8月，世界上第一輛3D打印賽車“阿里翁”，在德國霍根海姆賽道完成測試，最高時速達(dá)141公里。從設(shè)計到打印，“阿里翁”車身的出爐僅用時3周，所使用的3D打印機(jī)，能打印最大尺寸達(dá)到210×68×80厘米的零部件。

（二）3D打印飛機(jī)零件

北京航空航天大學(xué)材料學(xué)院王華明教授是國內(nèi)激光成型技術(shù)的領(lǐng)軍人物。王教授提出“激光熔覆多元多相過渡金屬硅化物高溫耐磨耐蝕多功能涂層材料”研究新領(lǐng)域，研制出迄今世界最大、擁有核心關(guān)鍵技術(shù)的飛機(jī)大型整體鈦合金主承力結(jié)構(gòu)件激光快速成形工程化成套裝備，制造出中國最大的大型整體鈦合金飛機(jī)主承力結(jié)構(gòu)件，并通過裝機(jī)評審。我國成為目前世界上唯一掌握飛機(jī)鈦合金大型主承力結(jié)構(gòu)件激光快速成形技術(shù)并實現(xiàn)裝機(jī)應(yīng)用的國家。

四、技術(shù)優(yōu)劣勢和對鋼鐵行業(yè)的影響

（一）3D打印技術(shù)的技術(shù)優(yōu)勢

1.個性化、定制化。

3D打印這種全新的生產(chǎn)工藝，以及在線制造協(xié)作服務(wù)的普及，使得生產(chǎn)方式像輪子一樣兜了個圈又回到了原點(diǎn)，從大規(guī)模生產(chǎn)轉(zhuǎn)到更加個性化的生產(chǎn)定制方式。“這種新型的生產(chǎn)方式是“社會化制造”，當(dāng)它得到廣泛運(yùn)用，每個人都可以是一家工廠。”

2.節(jié)省勞動力。

3D打印技術(shù)會使傳統(tǒng)的，以廉價勞動力取勝的制造業(yè)發(fā)生根本性變化。一種可能的趨勢是，過去為追逐低勞動力成本轉(zhuǎn)移到發(fā)展中國家的資本，會很快移回到發(fā)達(dá)國家中去。傳統(tǒng)工廠需要大面積的車間，大量的工人，可未來，這些也許會被十幾臺3D打印機(jī)和幾名工人代替。一些專家樂觀表示，隨著3D打印技術(shù)的普及，有望緩解制造業(yè)用工荒的難題，甚至中國、印度等國所擁有的低成本勞動優(yōu)勢也會隨之減弱。

（二）3D打印技術(shù)的不足之處

1. 打印材料。

3D打印技術(shù)難點(diǎn)主要在于硬件，最典型的就是打印材料。目前，不同品牌的3D打印機(jī)能支持不同的材料，樹脂、尼龍、石膏、塑料使用較為普遍，隨著業(yè)界研發(fā)的進(jìn)步，支持鈦、不銹鋼或鋁、鐵金屬材料的打印機(jī)也已經(jīng)出現(xiàn)。不過，大多數(shù)個人桌面級3D打印機(jī)只能使用易加工、便于回收的塑料，其他只限于工業(yè)級3D打印機(jī)使用。對于工業(yè)級打印機(jī)來說，所用材料既要滿足打印精細(xì)度，還要滿足強(qiáng)度，這類材料的研發(fā)成本至少是千萬元級別。

2.打印精度。

由于3D打印工藝發(fā)展還不完善，特別是對快速成型軟件技術(shù)的研究還不成熟，目前快速成型零件的精度及表面質(zhì)量大多不能滿足工程直接使用，不能作為功能性部件，只能做原型使用。

3. 打印速度。

現(xiàn)階段，3D打印機(jī)無法作為大規(guī)模生產(chǎn)的手段，只能作用于原型開發(fā)或者單件制造。在生產(chǎn)效率上，3D打印技術(shù)雖發(fā)端于“快速成型”，耗時還是得以小時來計，尚難滿足批量生產(chǎn)的要求。無論是性能雖好但價格高昂的工業(yè)級3D打印機(jī)，還是性價與之對立的個人桌面級打印機(jī)，要真正革傳統(tǒng)工業(yè)的命，還有很長的路要走。

4.機(jī)械強(qiáng)度。

以Stratasys公司3D打印車為例，車子固然能“打印”出來了，但是否能在路上順利跑起來？使用壽命又有多長？從現(xiàn)有的技術(shù)來看，尚有差距：由于采用層層疊加的增材制造工藝，層和層之間的粘結(jié)再緊密，也無法和傳統(tǒng)模具整體澆鑄而成的零件相媲美，這意味著在一定外力條件下，“打印”的部件很可能會散架。

五、結(jié)論

3D打印技術(shù)可以使金屬粉末按設(shè)計圖精確成型，形成各種復(fù)雜精密的結(jié)構(gòu)，但對其內(nèi)部的組織性能卻無法保證。與鑄造技術(shù)相比，3D成型技術(shù)在機(jī)械性能及組織結(jié)構(gòu)上還是有一定差距的。鋼鐵產(chǎn)業(yè)的下游為家電、汽車、造船、建筑、機(jī)械制造等產(chǎn)業(yè)，以造船為例，其制造方式為將高性能的中、厚板采用焊接的方式組裝起來，這樣操作簡單，成本低廉。若將3D打印技術(shù)引入造船行業(yè)，不僅龐大的3D打印機(jī)難以制造，但就從經(jīng)濟(jì)角度上講也是不可取的。同樣，對于建筑上的鋼結(jié)構(gòu)，如橋梁，鋼結(jié)構(gòu)的房屋等，3D打印技術(shù)也不適用。

現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)的主要特點(diǎn)是批量化和規(guī)模化，處于產(chǎn)業(yè)鏈的中游，主要為下游產(chǎn)品提供原材料。3D打印技術(shù)的主要特點(diǎn)是小批量和個性化，主要是生產(chǎn)終端產(chǎn)品，位于產(chǎn)業(yè)鏈的末端，與鋼鐵行業(yè)的定位不同。因此，從生產(chǎn)的特點(diǎn)與產(chǎn)品的定位來講，3D技術(shù)的發(fā)展對鋼鐵行業(yè)沖擊較小。

但從另一個角度考慮，當(dāng)3D打印的產(chǎn)品為金屬制品時，鋼鐵產(chǎn)業(yè)需為其提供原材料――粉末金屬。隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，3D打印材料尤其是粉末金屬材料的研發(fā)與制造將成為一個炙手可熱的課題，也將是鋼鐵企業(yè)一個新的高附加值產(chǎn)品，一個新的利潤增長點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 王雪瑩.3D打印技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及前景分析[J].中國高新技術(shù)企事業(yè).2012（9）.

篇9

另外一位也認(rèn)為3D打印機(jī)的用途之廣簡直難以想象，而關(guān)于3D能不能夠改變制造模式，實際上從2007年、2008年就有人在討論，只不過近兩年在升溫，3D打印能不能改變這個世界？

一個3D打印機(jī)可以打印出一個杯子來，兩個抓手，它還可以打印出來四個抓手的；它可以生產(chǎn)出強(qiáng)度、韌度一樣的扳手；它可以生產(chǎn)出來齒輪的模型；可以打印出來一些動物的玩具、動物的形象。它和傳統(tǒng)生產(chǎn)的區(qū)別是傳統(tǒng)生產(chǎn)叫做材料去除型，剩下的材料都扔掉，革命性工作在于節(jié)省材料，這和舊的生產(chǎn)過程是不一樣的。它能夠通過加入添加劑的方式，把一個產(chǎn)品通過打印，通過激光凝固或者是燒結(jié)，然后形成某種產(chǎn)品。

現(xiàn)在3D打印可打出來汽車、自行車，還能夠打印出來有70多個活動關(guān)節(jié)的移動物。意大利的一個發(fā)明家能夠打印整個立體建筑物，據(jù)說將來可以用在地球上制造房屋用。

3D技術(shù)產(chǎn)業(yè)潛力巨大。有一家3D技術(shù)公司，屬添加劑制造業(yè)，其2010年3D打印技術(shù)收入大概13億美元，預(yù)計到2016年會達(dá)到31億美元，預(yù)計到2015年3D系統(tǒng)出貨量可達(dá)1.5萬套。從目前來看，3D打印機(jī)的規(guī)模偏小，但是大型號的3D打印機(jī)已經(jīng)開始出現(xiàn)了。

大概需要十年左右的時間，或者更長一點(diǎn)，3D打印一定會成為主流的生產(chǎn)方式，對我們現(xiàn)在的生產(chǎn)方式帶來巨大影響。

第一，對產(chǎn)品生產(chǎn)過程有影響。傳統(tǒng)的大規(guī)模生產(chǎn)就會生產(chǎn)出樣品，然后做產(chǎn)品設(shè)計。這個過程需要不斷調(diào)整，最后確定下來才能夠制造、分銷，最后銷售。3D打印其實就減少了這樣一個過程，產(chǎn)品設(shè)計直接到產(chǎn)品制造、產(chǎn)品分銷，然后是產(chǎn)品最后銷售。同時，在這個過程中還有產(chǎn)品銷售改進(jìn)，這也是廠家和顧客的互動過程。

第二，對產(chǎn)品供應(yīng)鏈的影響。傳統(tǒng)制造成本的原因，會把制造全部拿到低成本的地方，比如中國，這樣產(chǎn)品在生產(chǎn)完之后運(yùn)到本國倉庫，再運(yùn)到經(jīng)銷商和顧客的手里。3D打印方式允許其在國內(nèi)生產(chǎn)，傳統(tǒng)過程的供應(yīng)鏈就縮短了。也就是說，成本驅(qū)動的產(chǎn)品生產(chǎn)外包會減少，本地生產(chǎn)會增加。因為成本驅(qū)動的對外投資會回流，靠近消費(fèi)者生產(chǎn)。

對于國際貿(mào)易的影響，會有以下幾個方面：

第一，全球生產(chǎn)鏈縮短。因為中間環(huán)節(jié)減少，這種縮短就會增加它在本地化的3D打印規(guī)模，進(jìn)而有可能導(dǎo)致貿(mào)易流量的減少，因為它減少了運(yùn)輸環(huán)節(jié)，即一方面減少了運(yùn)輸成本，另一方面，也會導(dǎo)致國際貿(mào)易運(yùn)輸量的下降。

第二，全球產(chǎn)業(yè)合作減少。也就是說，外包更多轉(zhuǎn)為內(nèi)包，未來十幾年的趨勢是外包難以為繼。而且會導(dǎo)致去全球化的現(xiàn)象，貿(mào)易國對貿(mào)易的依存度可能會下降。

第三，發(fā)達(dá)國家依靠技術(shù)優(yōu)勢，要重新把握貿(mào)易和投資商的主動權(quán)。未來因為其站在技術(shù)高地，可以來選擇貿(mào)易和投資方式。

第四，對外投資會更多針對當(dāng)?shù)厥袌觥Ｎ磥砜赡艿街袊鴣硗顿Y，在3D打印技術(shù)成熟的時候，來到中國不是為了生產(chǎn)再拿走，或者是分銷到其他的市場，而是為了銷售到當(dāng)?shù)氐氖袌觥?/p>

第五，發(fā)展中國家可能再一次陷入被動，一方面可能會成為原料的提供者，另一方面還要面對3D打印規(guī)模化生產(chǎn)導(dǎo)致的勞動力需求減少的困境。在這個過程當(dāng)中，3D打印是不需要人的，勞動力的成本因素在里面變得非常少，所以這樣的話可能會產(chǎn)生勞動力過剩，甚至是社會不穩(wěn)定。

第六，發(fā)展中國家產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)可能會受到破壞。原來產(chǎn)業(yè)加工可能是為了向發(fā)達(dá)國家出口，但是一旦形成這樣一個格局，出口的基礎(chǔ)就不存在了，出口能力就會下降。

還有可能導(dǎo)致新一輪的世界經(jīng)濟(jì)不平衡。其實還有一些其他因素，比如說因為這樣3D打印技術(shù)的發(fā)展，還會產(chǎn)生一些新的產(chǎn)業(yè)，由此也可能會產(chǎn)生新的貿(mào)易政策。

從3D打印技術(shù)對我國貿(mào)易的影響看，可能會影響我國的出口和加工貿(mào)易，因為它產(chǎn)生替代作用。波士頓咨詢集團(tuán)預(yù)計，到2020年，我國10%～30%出口到美國的產(chǎn)品會在美國本地生產(chǎn)，美國的年產(chǎn)值會增加200億～550億。甚至也有學(xué)者說，中國的崛起可能會因第三次工業(yè)革命而終結(jié)。具體到產(chǎn)品上：

第一，模具行業(yè)。所謂的添加劑制造，或者叫3D打印，它最初產(chǎn)生就是替代模具。所以第一個受影響的就是模具行業(yè)的出口。

第二，塑料加工設(shè)備，因為未來加工塑料產(chǎn)品的時候可能不需要塑料加工設(shè)備，可影響我國十幾億美元的出口。

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【關(guān)鍵詞】3D人臉識別；局部曲線特征；SURF

【Abstract】It’s difficult to find feature points in 3D facial meshes when there are missing parts on these face scans. This work proposes a new recognition method based on local feature curve. Firstly， we calculate the projections of 3D faces in depth， curvature and geodesic coordinate system， then apply SURF on these projections to find out feature points， finally， we use artificial neural network to analyze the curve between feature points and thus face scans are recognized. The result shows that the robustness and accuracy of our method is higher than the method based on landmark.

【Key words】3D face recognition； Local curve characteristics； SURF

近年來，3D人臉識別問題一直是模式識別領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。在實際應(yīng)用中，如果過分強(qiáng)調(diào)人臉采樣的完整性，那么相應(yīng)的，這種采樣方法對采樣者的侵犯性也就越大，應(yīng)用的范圍也更加局限。因此研究基于局部特征的3D人臉識別方法是非常有必要的。針對這個問題，徐等通過對到鼻尖點(diǎn)的等距線提取特征，來得到局部的特征描述符，對人臉的遮擋、噪聲和表情變化有較好的魯棒性[1]。王等使用Gabor變換直接抽取人臉的特征，把得出的人臉子模式進(jìn)行特征融合，提高了人臉識別的正確率和性能[2]。基于局部曲線特征的人臉識別算法普遍是通過在人臉上標(biāo)定特定點(diǎn)，進(jìn)而獲得人臉特征曲線，本文提出一種不依賴標(biāo)定的特征曲線方法，引用仿射無關(guān)的SURF方法和多模式下的人臉數(shù)據(jù)，來提高基于局部曲線特征的人臉識別算法的魯棒性。

1 人臉的預(yù)處理

3D人臉數(shù)據(jù)是以三維網(wǎng)格的形式存儲的，在對人臉進(jìn)一步的處理之前，先通過預(yù)處理保證人臉網(wǎng)格的質(zhì)量是非常有必要的。類似處理二維圖像的椒鹽噪點(diǎn)，本文將中值濾波應(yīng)用到三維網(wǎng)格，清理到采樣過程中存在的噪點(diǎn)；由于網(wǎng)格的結(jié)點(diǎn)一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)多與實際需要，而過于繁多的邊和結(jié)點(diǎn)直接影響處理的復(fù)雜度，因此本文采用了頂點(diǎn)聚類方法，對網(wǎng)格進(jìn)行刪減。要計算3D人臉的投影，3D人臉的姿態(tài)直接關(guān)系到投影的正確性。因此本文使用鼻子區(qū)域作為參考點(diǎn)，計算鼻尖的法向量和鼻梁的向量，從而進(jìn)行姿態(tài)校正[3]。預(yù)處理部分的結(jié)果如圖1所示。

2 計算多模式人臉投影

本文提出的基于多模式局部曲線特征的人臉識別算法是通過分析人臉的深度、曲率和測地三種模式下人臉的信息得到的識別方法，因此在提取特征曲線之前，首先要計算這三種模式下的3D人臉投影。約定鼻尖點(diǎn)向人臉外側(cè)的法向量為Z軸正方向；由鼻尖沿鼻梁的方向為Y軸正方向；然后通過Y、Z軸確定X軸正方向。深度投影可以通過求3D人臉在Z軸上的投影得出；人臉的測地投影由人臉上的各個點(diǎn)到鼻尖點(diǎn)的在人臉表面上的最短路徑得出[4]；在人臉的曲率投影中，每一點(diǎn)的值為該點(diǎn)的高斯曲率值，我們可以由下式近似得出[5]。

K=（1）

其中m為該點(diǎn)的鄰接點(diǎn)個數(shù)；α為以該點(diǎn)為頂點(diǎn)和其相鄰兩鄰接點(diǎn)所成的角；A為這三個點(diǎn)所構(gòu)成的三角形的面積。對于四邊形網(wǎng)格可以依次連接該點(diǎn)的鄰接點(diǎn)來獲得三角形的面積，如圖2。

3 特征向量的計算

3.1 獲得特征曲線

多模式局部曲線特征向量由三個元素組成，分別為人臉在深度，曲率，測地三種模式下的特征曲線加權(quán)距離值，分別用Dd，Dc和Dg來表示。

深度模式下的人臉上的特征點(diǎn)由SURF獲得[6]。這種方法并不對特征點(diǎn)的位置和數(shù)量有任何假設(shè)，也不保證這些特征點(diǎn)是人臉上有特殊意義的部分（如眼窩、鼻尖、臉頰等），而是把這些也當(dāng)作人臉特征的一部分。對數(shù)據(jù)庫中每張人臉的每個網(wǎng)格圖像都使用SURF提取，兩兩配對，使用RANSAC剔除較大誤差。得到精確匹配的N個特征點(diǎn)如圖3（a）所示，在對這N個特征點(diǎn)兩兩配對，得到C2 N個特征點(diǎn)對，將特征點(diǎn)對在深度投影上用直線連接，得到C2 N條深度特征曲線。將這些特征點(diǎn)以鼻尖點(diǎn)PNOSE作為參考點(diǎn)平移到曲率圖像和測地圖像上，就得到了曲率和測地特征曲線如圖3（b）所示。

3.2 特征曲線對的距離計算

3.3 計算特征曲線的權(quán)值

在以標(biāo)定作為人臉的特征點(diǎn)定位方法中，通常會選擇眼角，鼻尖附近等有意義的點(diǎn)。在本文的方法中，雖然通過SURF和RANSAC自動尋找特征點(diǎn)，然而通過實驗發(fā)現(xiàn)，大部分的特征點(diǎn)落在人臉上“有意義”的區(qū)域上，這間接的說明了，在使用以上步驟獲得的特征曲線對于匹配人臉來說應(yīng)該有不同的權(quán)值。

假設(shè)共有n張不同的人臉，用xi表示每張臉的ID，即xi∈（x1，x2，x3...xn）；用表示yi人臉xi上的特征曲線，則集合為yj∈（y1...y1，y2...y2...ym...ym）。如果把人臉I(yè)D看成隨機(jī)變量X，特征曲線看成隨機(jī)變量Y，那么通過某一條特征曲線判斷出人臉I(yè)D的概率可由香農(nóng)信息熵給出。

4 實驗結(jié)果

4.1 使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測

定義多模式下的人臉曲線的特征向量為（Dd，Dc，Dg），其中Dd為深度投影下人臉上的某一條特征曲線對的距離差值；Dc為該條特征曲線對對應(yīng)在曲率投影下的距離差值；Dg為該條特征曲線對對應(yīng)在測地投影下的距離差值。

在GavabDB中，每個人采集了9份不同姿態(tài)不同表情的人臉，隨機(jī)從中抽取一份用于驗證，其他的八分人臉用于訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。對于采集到的同一個人的人臉樣本，抽取數(shù)對人臉，計算這兩張人臉之間特征曲線對的距離值，作為輸入給入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，并且將這張人臉的ID作為教師信號。經(jīng)過上面的步驟得到了訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。在測試時，計算待測定人臉和數(shù)據(jù)庫人臉的之間的特征曲線對的距離差值，由于一張人臉有多條特征曲線，所以對于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出也可能有不止一種結(jié)果，那么得到輸出模式個數(shù)最多的則對應(yīng)該待測定的人臉的ID。

4.2 實驗數(shù)據(jù)

4.3 實驗數(shù)據(jù)分析

根據(jù)表1中數(shù)據(jù)，本文采用的基于多模式局部曲線特征的方法的正確率高于基于標(biāo)定的人臉識別算法，而且，相比基于標(biāo)定的算法，本文的方法在殘缺的人臉成像上也能獲得良好的效果。數(shù)據(jù)表明，本文使用的多種特征的方法相比于只使用單一特征的三種方法，識別正確率有明顯提高，說明綜合多種特征是有必要的。

5 結(jié)束語

本文分析了3D人臉的深度投影，曲率投影和測地投影，將局部曲線特征的方法應(yīng)用到這三種模式中。使用SURF和RANSAC提取特征點(diǎn)對。這使算法在人臉圖像殘缺的情況下也能穩(wěn)定運(yùn)行，保證了算法的魯棒性。應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對得到的三個特征進(jìn)行回歸分析預(yù)測，提高了算法的正確率。

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