在天橋小攤上看到的那些立體畫,是怎麼做出來的?

2021-01-07 中科院物理所

我打小就對這種酷炫的立體畫超感興趣,比較常見的偶遇就是在天橋上看老爺爺擺攤,總有賣的那幾種,有虎虎生威型,虎毛在翻轉中纖毫畢現的;也有那種轉一轉就變幻個動作,老虎從「潛伏爪牙忍受」的靜態圖,瞬間張牙舞爪...只要在天橋遇見這攤兒,總是忍不住停下來翻看有沒有進新貨...

這次在又找了 N 久的製造視頻和各種文獻資料後,感覺我們終於能解釋清楚了!那這種立體畫卡到底是怎麼做出來的呢?

立體原理

先說下結構:這種 3D 光柵卡的表面,其實覆蓋了一層柱狀的透鏡,就是在我們用手摸表面時,那個凹凸不平感的來源。當這層柱狀透鏡結合到平面畫上之後,才有了畫面立體的效果。

再來看為啥會立體,注意看下圖每一個小柱狀透鏡底下的平面畫:是由左邊(淺灰色塊)圖像和右邊(深灰色塊)圖像的切片組合而成的。

原理就是利用透鏡對光線的折射,我們左眼能看到左邊的圖像,右眼能看到右邊的圖像,這就產生了一個視差,也就出來了 3D 光柵卡的立體效果~

多圖原理

當我們想產生「橫看成嶺側成峰,遠近高低各不同」的效果,也就是那個「轉一轉能變圖」的多圖效果,那就得再去控制光線的折射和聚焦。比如讓我們在直視時,只能看到下圖深色切片的畫,再轉一轉卡片換個角度,我們就只能看到淺色切片的畫,而看不到深色切片的畫。

理一下邏輯:先是我們看畫面的視點移動了,看到了透鏡下不同的畫面,才有了畫面內容的改變——變畫效果!這個光柵卡是製作出來以後的結構就一直是固定的了。

搞清楚了結構和原理後,那麼我們接下來就要進入製造環節啦~

光柵卡原料

光柵卡的原料很簡單,就是塑膠粒,製造的關鍵點全在於怎麼做結構...

模具壓面

先把塑膠粒熔到半液狀,接著就上模具,在這個精細的模具裡,讓塑料板的一個面去被擠壓成柱狀線條,另一面則是保持平面。

這個柱狀表面的光柵,大概長下圖這樣...(我覺得靈魂手繪的挺好看的 = =)

切割成片

接著把成卷的光柵板抻開鋪平,去測量各個部分的光柵厚度。這一步非常重要,因為後面成變幻圖是需要光線折射進入的,如果各部厚度不一致,那折射角度也會各處對不上。

確認之後就可以將形成的光柵板,給切割成單獨的片狀待用了。

測試光柵板

現在需要把製造出來的光柵板進行對線,來確認光柵板的尺寸,以及怎麼個對齊聚焦。忍不住就回憶起小時候看《小虎隊冒險記》時,用解密卡在紙張上移來移去找答案的童年往事...

對齊之後,還需要對單片的光柵卡進行抽樣檢測透鏡厚度,以免到時候無法聚焦。需要用到下圖的精細機器,之前只測了剛製作出來的塑料板厚度,是沒法像現在這樣看到每個柱子的精細尺寸的。

這之後還需要做些韌性測試、斷裂測試啥的,用來確認穩定的產品壽命。

平面圖設計

在原理部分我們講解了一張平面圖能達到立體或動畫的效果,是因為這張圖並不是普通的一張圖,而是由幾張圖各自切成非常狹小的條子,再按照順序交替組合而成的,可以說是經過了「編碼」處理的。

雖然一般來說兩張圖就能看到立體效果,但現在電腦做圖已經非常快速了,所以為了獲得更好的效果,往往會使用一組序列的連續若干張圖,去組合起來展示。

這樣合起來之下,根據觀察的角度不同,只要同時看到這個序列中的幾幅圖像,就會感受到立體效果。比如下面用了小十張,多角度看看,還能看到動畫的效果。

我們放大已經做好的圖看看,就會發現畫面的模糊部分是由許多不同的圖組合而成的,這部分到時候通過透鏡的折射,就會聚焦在不同的視點上,就能產生動感的效果了~

打樣測試

接著鋪設彩膜片和細布,再一起裝進墨箱,我們來列印一個樣本測試下效果!

列印完,此時還是看起來平平無奇,甚至不太高清的 2D 圖片...

但是把光柵板放在上面,你就發現一切都變了!瞬間成為最閃耀最動感的立體動畫!移動一下光柵,聖誕老人的飛機螺旋槳就一直在轉,而禮物也開始緩緩下落。

組合成品

批量的把塑料層和畫面層都製作完成後,就要進行組裝了!畢竟這光柵要和處理過的平面圖雙劍合璧,珠聯璧合,才能達到完美的觀賞效果...

首先負壓把光柵板送去印刷,畫面是被印在光滑層的,要是被印在透鏡面,那就....毫無效果了。

飯要一口一口吃,顏色也要一種一種地上,把顏料逐層上好後,就可以利用過塑機,在畫面層上再粘附一層保護層,以防止畫面脫落。

最後把 3D 畫給切成一片一片的獨立包裝,就大功告成完成了!回到開頭的酷炫到沒朋友的三張展示畫面,我們也能知道切分的何止三張,只是做了三個主畫面的呈現,還有非常多的過程幀夾雜其中。

等等!小編還有話說

小時候還有一種 3D 立體畫,那是真的純裸眼無道具!那時候代表著先進科(huan)學(xiang)力的《科幻世界》,在某幾期封底刊登了 3D 立體畫,說是看著看著,就會有物體從畫中浮現...然而不管我怎么正對、側對、靠近、遠離看,都只是一片普通的畫面,困惑多年。

到昨晚小可愛 Nancy 在後臺發來一個圖,並告訴我能看到一輛浮在空中的滑板車...我鼓起勇氣,再次花了若干分鐘看圖,最終發現需要讓自己雙目不聚焦的失神呆滯狀,才行!這可真的是,要麼改變環境,要麼改變自己了...

嘗試一下就可以了,我剛失焦的有點久,現在有點頭暈...

校對:Cast + 江小喪

截圖:陽哥

文中 Gif 主要截取自 Discovery《How it's Made-3D lenticular card》以及專利文獻CN103419321A 和散落四方的忘記從哪裡存下來的資料...

來源:有趣的製造

編輯:lwk

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