4D

名词概念

4D电影根据影片的情节精心设计出烟雾、雨、光电、气泡、气味、布景、人物表演等效果，形成了一种独特的表演形式，这就是当今十分流行的4D影院。

主要区别

众所周知，3D影院（通常称为立体电影）已经具有几十年历史。随着影娱乐技术的发展和娱乐市场的需求，人们不仅将震动、坠落、吹风、喷水、挠痒等特技引入3D影院。

由于4D影院中电影情节结合各种特技效果发展，所以观众在观看4D影片时能够获得视觉、听觉、触觉、嗅觉等全方位感受。

4D影院的发展非常迅猛，4D影院的表现形式也根据人们不断提高的娱乐需求有了很大的发展，平面银幕方式的4D影院正受到环幕方式的冲击，而新型特技座椅配合动感平台，又使4D影院进入了一个崭新的阶段。在进入21世纪后，大直径、多画面的柱面4D影院逐渐成为主流。尤其是柱面银幕4D影院的出现，各种动感平台，旋转平台，轨道车也根据剧情进入影院，成为当今发展最为迅猛的4D影院类型。

生机勃勃的4D影院将为观众带来更新的娱乐感受。

在地理信息GIS领域特指4D产品

DLG(数字线划图)

DOM（数字正射影像）

DEM(数字高程模型)

DRG(数字栅格地图=Digital Raster Graphic) 点,线,面,体就是0维,1维,2维,3维(3D).而4D就是进一个层次.

4D的真正概念：

3D就是空间的概念也就是由X、Y、Z三个轴组成的空间.而4D根据闵可夫斯基的理论就是加上了时间的概念。从而时间与空间相结合就成了所谓的4D空间。

衍生

4D影院是从传统的3D影院基础上发展而来，相比较于其他类型影院，具有主题突出、科技含量高、效果逼真、画面冲击性强等特点和优势。还根据影片的情景精心设计出烟雾、雨、光电、气泡、气味等效果，形成了一种独特的体验，这就是当今十分流行的4D影院。

4D电视则是3D电视的升级版，既在原有3D立体显示基础上由单一空间上的立体显示升级为空间上、时间上和空间与时间上三种立体显示模式，这样可以满足全家人围坐在一台电视机跟前同时以全屏的形式观看着各自喜欢的节目而互不影响，使得一台电视变为了多台电视。

4D电视是利用空间与时间的完美融合而衍生出的一种特殊显示技术的电视.，它既融入了传统的2D平面显示技术和时下流行的3D立体显示技术，又打破了单一空间上的显示方法，首次将时间概念引入其中。

随着显像技术的不断发展，过去的电视扫描频率只有50赫兹，也就是每一秒钟，电视屏幕上出现50次画面，这样才会像看动画片一样形成动态画面，电视扫描频率可以达到原先的十几倍甚至更多，也就是每一秒钟电视上有数百幅画面从我们面前闪过，只是因为视觉暂留现象我们没有发觉。

4D电视就是将两套或几套节目画面按照一定的顺序轮流输出于屏幕，使两套或几套节目几乎同时在一个屏幕上都以全屏的形式播出，这有点像过去的画中画，但区别在于画中画是将几套节目画面从空间上来分割的，属于2D电视的功能，而4D电视除了具备从空间上分割画面的功能外还具备从时间上分割画面的功能，比如拿扫描频率为600赫兹的两套节目同时播出的4D电视为例，是将A、B两套节目的画面信号实时的进行采集和编码后以全屏的形式逐幅轮流呈现于屏幕，先输出一幅A节目画面，再输出一幅B节目画面，然后再输出一幅A节目画面，紧跟着B画面，就这样ABABAB……的顺序输出，每秒钟A、B两节目画面分别输出约300幅，这时在我们看来屏幕上是两套节目画面叠加在一起的效果，此时需要我们佩戴特制的对应各自节目的光阀图像过滤眼镜将另外一套节目的画面屏蔽，就可以使我们在一台电视上同时以全屏的形式观看自己喜欢的节目而看不到同时播出的另外一套节目，节目伴音则是通过眼镜上的耳机输出。同时4D电视的遥控系统可以单独遥控各自的节目，这样使得一台电视变为了多台电视，就可以你看你的我看我的互不影响了。

4D电视配备的眼镜同快门式3D眼镜一样，只是在观看2D和3D节目时的打开方式不同，因此也可以在4D电视上同时观看两部或多部3D的立体节目。

4D电视将是未来电视的发展方向。

银幕

从视觉角度讲，采用180度的柱面环幕立体影像——它是指银幕保持在有相同圆心的一段弧度上，而不是一个平面（平幕）上。银幕的高宽比例为16 :9，柱面环幕3D物体运动影视范围大为扩展、开阔视野，摆脱了平面视觉束缚，使影视空间和现实空间更为接近，并且可以产生横越、环绕等多种运动方式，从而产生时空变换的感觉。（区别于“平面四维影视”——限制了观众的视觉角度，也限制了物体的运动方向。）

眼镜

针对柱面画面效果的需要，专门设计和制造了适合于观看柱面电影的柱面偏振光眼镜（即“立体眼镜”）。使观众看到的影片左眼和右眼的图像不同，这样反映到人脑中的影像就是3D影像，从而创造置身其中的立体视觉空间。

座椅

座椅根据影片的故事情节包含由计算机控制做出五种特技效果：分别是坠落、震动、喷风、喷水、拍腿。另再配以精心设计出烟雾、雨、光电、气泡、气味、布景、人物表演等等引入3D影视，从而调动了人的所有感知系统，使人真正走进影片情节。由于在四维影视中的电影情节结合了以上的特技效果，将观众与现场感受紧密地结合在一起，所以观众在观看4D影片时能够获得视觉、听觉、触觉、嗅觉等全方位的感受，体验身临其境、如梦如幻的感受。形成了一种独特的表演方式，这就是当今世界十分流行的4D影视。通过这一系列的技术改进和革新，四维影视已经突破了传统意义中电影是光影艺术的概念，是全新的、真正的高科技产品。

控制

上述各种要件都具备了之后，怎样才能使它们有机、有序的发挥自己的作用呢？这就需要针对不同影片内容专门设计的计算机控制系统来发挥功能了，控制系统的核心是控制软件，程序工程师根据影片的内容，在准确的时间点设定命令，用以控制放映系统、特效座椅、特效设备、音响系统等的开关，使整个4D影院系统构成一个有机的整体，为观众提供全方位的感官体验。

音响

4D影院的均衡点声源扬声器技术利用五个分立的音频通道播放声音，使观众能够听出每个声音的声源所在。（传统的5.1分散音响系统通过多个扬声器播放声音，会使听众无法辨别声源所在。）每座4D影院都经过声学处理，能够以最大的动态范围，准确、真实地呈现声音形象。因此，每座4D放映厅播放的声音都极其清晰，听众们不仅能听到一根针掉落到地面的声音，而且能听出这根针掉落的位置。每部4D影片的音轨都经过特别制作，以适应4D独特的音响系统。

技术

一、光学屏幕的焦距

屏幕焦距是光学背投幕一个比较特别和主要的参数，光学幕在制造过程中，背面的菲涅耳(Fresnel)透镜以同心圆的方向进行切割，以控制光线的入射角度。要想在背投幕上形成良好的图像聚焦，对光源的距离就会有一定的限制范围，在这范围内投影，才能使图像获得良好的聚焦度和解析度，避免图像模糊或重影。如果屏幕焦距与投影距离不吻合，透镜切割的痕迹比较容易在画面上作为一个螺旋条纹背景显示出来，屏幕的四角突出更甚。

市面常见的光学背投幕多数为单一的焦距范围(俗称单焦幕)，值得一题的是我们的光学背投幕采取了多种优化技术，使客户在设计方案时有更多的选择以达到最佳的预期效果。为了给客户在选择投影机时有更多的余地，尽量不受屏幕焦距的限制，我们的光学幕具备多种不同的焦距范围(俗称多焦幕)，以适应不同焦距的投影机镜头，已经面市的焦距范围几乎覆盖了0.7~2.2：1的所有镜头。

选择正确的屏幕焦距对于表现最完美的光学背投效果至关重要，在大多数单层光学屏幕的安装过程中，投影机的光线必须以正确的角度透射屏幕，再以垂直的角度分布光线，才能使屏幕亮度达到良好的均衡。投影距离与屏幕焦距一般存在三种情况，我们以下例的配置方案加以说明：Barco SLM-G5投影机， 120″ 3200HC 光学背投幕(屏幕焦距3200mm，投影距离2600mm~4500mm)。

第一种情况：屏幕焦距=投射距离(配置Barco TLD1.2:1镜头)，利用Barco Lens软件进行修正计算，投影距离=屏幕宽度(2438mm)×镜头焦距(1.2)=2964mm，很明显投射距离与屏幕焦距3200mm很接近，投影机光线获得垂直分布，能够使屏幕亮度达到良好的均衡。

第二种情况：屏幕焦距＜投射距离(配置Barco TLD1.6:1镜头)，利用Barco Lens软件进行修正计算，投影距离=屏幕宽度(2438mm)×镜头焦距(1.6)=3860mm，很明显投射距离偏远了屏幕焦距3200mm，投影机光线汇聚成比较窄角的分布，利用这种光学原理，当需要在比较小的会议室配备长焦镜头时，会议桌可以尽量的往屏幕方向靠近。

第三种情况：屏幕焦距＞投射距离(配置Barco TLD0.8.:1镜头)，利用Barco Lens软件进行修正计算，投影距离=屏幕宽度(2438mm)×镜头焦距(0.8)=2122mm，很明显投射距离严重偏短了屏幕焦距3200mm，投影机光线扩散成比较广角的分布，一般会出现很明显的太阳效应。设计单层光学背投系统时，屏幕焦距大于投射距离的方式在任何情况都不建议使用，这种情况应该把屏幕改成120″ 1850HC光学背投幕(屏幕焦距1850mm，投影距离1500mm~2600mm)。

二、柱面透镜点距

柱面透镜的技术也广泛应用在光学屏幕的制造工艺上，通过屏幕正面的柱面透镜结构，可以控制水平方向和垂直方向的光线分布，具有扩大视角范围的功能。柱面透镜的点距，是指相邻两个柱面透镜之间的距离，常用单位为mm，单位越小，则图像细节更细腻，画面的整体感觉越丰富;单位越大，则屏幕显示图像的解析度越粗糟，像素颗粒感觉越强烈。也有部分光学背投幕正面没有柱面透镜，散射层(Dispersion)表面无法控制光线的扩散角度，虽然可以获得同等的水平与垂直1/2增益角，但视像范围会相对狭窄。

三、屏幕焦距与最佳视像点

我们分析了屏幕焦距与投影机镜头存在密切的光学关系，也知道屏幕焦距在任何情况下都不建议大于镜头焦距。事实上，镜头焦距允许控制在大于屏幕焦距的1.4倍之内。在此范围之内，选择不同焦距的投影机镜头会直接影响最佳视像点的观看位置。

第一种方案：要求在屏幕最近点获得良好的亮度均衡，根据近距离观众座位离屏幕距离应大于2倍图像高度的法则，我们自然想到了图像高度(1524mm)×2=3048mm，最短镜头焦距=屏幕焦距(1850mm)/图像宽度(2032mm)：1=0.91：1，显然我们要配置Barco QVD0.85：1的短焦镜头，才比较吻合投影距离等于屏幕焦距可以获得最大亮度均衡的原则，观众与屏幕上缘和下缘的垂直夹角分别是13?和14?，一般从大于10到30度之间称为人眼的有效视域，显然符合这个准则。

第二种方案：要求在屏幕最远点获得良好的亮度均衡。有一个经验值是最远观众座位的距离不超过4倍屏幕的高度。因为涉及到光学屏幕的焦距问题，公司有另外一个参考公式：

我们先偿试配置Barco QVD1.3~1.8的变焦镜头，取最小焦距代入上述的公式可得：

投影距离2.504m是屏幕焦距1.850m的1.35倍，仍然符合镜头焦距允许控制在大于屏幕焦距的1.4倍之内的准则，只是观众与屏幕上缘和下缘的垂直夹角收窄到了6度，这也是建议光学背投屏幕到到最远观众座位的距离不超过4倍屏幕高度的依据之一。

四、菲涅耳透镜点距

菲涅耳(Fresnel)透镜的技术广泛应用在光学屏幕的制造工艺上，传统的光学镜头只有曲面部分起作用，其他所有的部分都可以去掉。如果拉平有效的镜头曲面部分，就成了菲涅尔镜头，菲涅耳透镜由CAD/CAM采用钻石切割而成。

菲涅耳透镜结构可以将入射光汇聚成平行光线，在一定的视角范围内增加屏幕的亮度。在一块屏幕上，切割了多达1万种不同剖面的菲涅耳镜头。菲涅耳透镜的点距，是指相邻两个菲涅耳透镜之间的距离，也即每个剖面的尺寸，常用单位为mm;菲涅耳透镜点距代表屏幕的分辨率，在同等面积屏幕范围内，菲涅耳透镜点距的单位越大，则能够显示的最高分辨率越底，一般菲涅耳透镜点距的大小与屏幕的大小成正比。

五、折射投影距离的计算

光学背投屏幕是21世纪大屏幕显示系统最顶尖的技术之一，但存在需要配备一个专用投影暗房而造成浪费建筑空间的缺点。为了尽量节省背投房的空间，普遍使用真空镀膜反射镜对投影光路进行一次甚至多次的折射。

早期有设计师为了节省成本或没有理解反射镜真空镀膜技术的意义，采用普通的镜面进行投影光路折射，由于普通的镜面多数采用背面水银镀层，水银镀层和玻璃面的相互作用会形成光路的多次折射与反射，造成图像重影模糊。

很多工程师利用一些概率来估算一次或多次折射可以缩短的投影距离，但欠缺科学和严谨的态度，因为这个数据与屏幕安装高度、投影方式(离轴或偏轴)、投影机体积、反射镜面积等息息相关。当我们掌握了所有与投影有关的环境数据后，利用AutoCad软件进行模拟制图是一个非常有效、快捷且精确的方法。比如在上述屏幕焦距论述的第一种情况中，我们假设工程的指定环境如下，要求提供一次和二次折射投影的设计图纸：

* 图像底边离地高度:110cm　* 投影方式：TLD1.2:1镜头在轴投影

* 投影机尺寸：宽529mm×高429 mm×深795mm，不含镜头

因为Barco Lens软件修正后的计算值不需要考虑投影机镜头的长度，所以我们可以精确计算出120″直接投影需要的背投房总深度=投影光程2964mm+投影机机身深度795mm+安装空间100mm=3859mm。

二次折射投影的制图原则一样，但因为需要兼顾二次反射之间的相互牵制，制图的时间会稍长。由于良好的真空镀膜反射镜反射率都高达94%以上，所以二次折射投影不会对亮度造成明显的损耗。

相关理论

闵可夫斯基“四维空间”是对现实世界空间和时间的歪曲

爱因斯坦相对论批判之59

闵可夫斯基四维空间

一个人如果不是数学家，当他听到“四维”的事物时，会激发一种象想起神怪事物时所产生的感觉而惊异起来。可是。我们所居住的世界是一个四维空时连续区这句话却是再平凡不过的说法。

爱因斯坦：《狭义与广义相对论浅说》

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1.空间是事物存在范围的大小，时间是事物变化过程的长短，空间和时间有本质区别，绝不能混为一谈。空间可以从长、宽、高三个方向量度，所以空间是三维的，但时间不能从长、宽、高三个方向量度，只能从事物变化过程来量度，所以时间无维。现实世界的空间和时间是三维空间和无维时间，可是闵可夫斯基却把时间的无维看作是空间的一维，把它当作一维空间加到三维空间上去，进而臆造了“四维空间”，从根本上歪曲了现实世界的空间和时间，陷入了谬误。

2.当一个不是数学家的人听一个数学家说“四维”的事物时之所以会“惊异起来”，是因为他简直不敢相信，数学家居然也会胡说八道。的确，数学家也会胡说八道，如果他们的说法歪曲了客观事实及其规律的话。

3.我们所居住的现实世界是物质世界，其空间是三维的，其时间是无维的，所谓“我们所居住的世界是一个四维空时连续区”这句话纯粹是胡说八道，因为它歪曲了现实世界的本来面貌。本来现实世界的空间既有“连续区”也有“非连续区”，可是这句话却片面地只讲“连续区”不讲“非连续区”，肆意抹杀“非连续区”，陷入了谬误；本来现实世界的空间和时间有本质区别，绝不能混为一谈，可是这句话却用“空时”将空间和时间完全混为一谈，陷入了谬误；本来现实世界的空间是三维的，时间是无维的，空间和时间的总维数是3+0=3，可是这句话却把空间和时间的总维数说成是3+1=4（“四维”），陷入了谬误。总之，这句话是歪曲现实世界空间和时间的荒谬说法。

作为时间的第四维数

当人们说到“四维空间”时，经常指的都是关于时间的概念。在这种情况下，四维空间可以理解为三维空间附加一条时间轴。这种空间叫做闵可夫斯基时空或“(3 + 1)-空间”。这也是爱因斯坦在他的广义相对论和狭义相对论中提及的四维时空概念。

作为空间的第四维数

第四维数可以用空间的方式理解，即一个有四个空间性维数的空间（“纯空间性”的四维空间），或者说有四个两两正交的运动方向的空间。这种空间就是数学家们用来研究四维几何物体的空间，与爱因斯坦提出的时间作为第四维数的理论不同。关于这一点，考克斯特曾写道：把时间作为第四维数带来的好处即使有的话也是微不足道的。实际上，H. G. 威尔在《时间机器》中发展的这种十分吸引人的观点导致了J. W. 杜恩（《时间实验》）等作者对相对论的非常错误的理解。闵可夫斯基的时空几何是不符合欧几里得体系的，所以也就与当前的研究没有关系。- H. S. M. 考克斯特

数学方面

从数学方面讲，普通三维空间集合的四维等价物是欧几里得四维空间，一个四维欧几里得赋范向量空间。一个向量的“长度”:X=(p,q,r,s)

以标准基底表示就是:||X||=

也就是勾股定理向四维空间进行的很自然的类比。这就让两个向量之间的夹角很容易定义了（参见欧几里得空间）。

正交性

在我们熟悉的三维空间里，有三对主要方向：上下（高度），南北（纬度），东西（经度）。这三对方向两两正交，也就是说，它们两两成直角。从数学方面讲，它们在三条不同的坐标轴x、y、z上。计算机图形学中讲的深度缓冲指的就是这条z轴，在计算机的二维屏幕上代表深度。

纯空间性的四维空间另有一对垂直于其他三个主要方向的主要方向。这一对方向处在另一条同时垂直于x、y、z轴的坐标轴上，通常称作w轴。对这两个方向的命名，人们的看法不一。一些现行的命名有安娜/卡塔，斯皮希图/斯帕提图，维因/维奥，和宇普西龙/德尔塔。这些额外的方向处于（实际上是垂直于）我们所能观察到的三维世界中的方向之外。

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