4D

眾所周知，3D影院（通常稱為立體電影）已經具有幾十年歷史。隨著影娛樂技術的發展和娛樂市場的需求，人們不僅將震動、墜落、吹風、噴水、撓癢等特技引入3D影院，而且還根據影片的情節精心設計出煙霧、雨、光電、氣泡、氣味、布景、人物表演等效果，形成了一種獨特的表演形式，這就是當今十分流行的4D影院。

由於4D影院中電影情節結合各種特技效果發展，所以觀眾在觀看4D影片時能夠獲得視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等全方位感受。

4D影院的發展非常迅猛，4D影院的表現形式也根據人們不斷提高的娛樂需求有了很大的發展，平面銀幕方式的4D影院正受到環幕方式的衝擊，而新型特技座椅配合動感平台，又使4D影院進入了一個嶄新的階段。在進入21世紀后，大直徑、多畫面的柱面4D影院逐漸成為主流。尤其是柱面銀幕4D影院的出現，各種動感平台，旋轉平台，軌道車也根據劇情進入影院，成為當今發展最為迅猛的4D影院類型。

生機勃勃的4D影院將為觀眾帶來更新的娛樂感受。

在地理信息GIS領域特指4D產品

DLG(數字線划圖)

DOM(數字正射影像）

DEM(數字高程模型)

DRG(數字柵格地圖=Digital Raster Graphic) 點，線，面，體就是0維,1維,2維,3維(3D).而4D就是進一個層次.

4D的真正概念：

3D就是空間的概念也就是由X、Y、Z三個軸組成的空間。而4D根據愛因斯坦的理論就是加上了時間的概念。從而時間與空間相結合就成了所謂的4D空間。

4D影院是從傳統的3D影院基礎上發展而來，相比較於其他類型影院，具有主題突出、科技含量高、效果逼真、畫面衝擊性強等特點和優勢。還根據影片的情景精心設計出煙霧、雨、光電、氣泡、氣味等效果，形成了一種獨特的體驗，這就是當今十分流行的4D影院。

4D電視則是3D電視的升級版，既在原有3D立體顯示基礎上由單一空間上的立體顯示升級為空間上、時間上和空間與時間上三種立體顯示模式，這樣可以滿足全家人圍坐在一台電視機跟前同時以全屏的形式觀看著各自喜歡的節目而互不影響，使得一台電視變為了多台電視。

4D電視是利用空間與時間的完美融合而衍生出的一種特殊顯示技術的電視.，它既融入了傳統的2D平面顯示技術和時下流行的3D立體顯示技術，又打破了單一空間上的顯示方法，首次將時間概念引入其中。

隨著顯像技術的不斷發展，過去的電視掃描頻率只有50赫茲，也就是每一秒鐘，電視屏幕上出現50次畫面，這樣才會像看動畫片一樣形成動態畫面，電視掃描頻率可以達到原先的十幾倍甚至更多，也就是每一秒鐘電視上有數百幅畫面從我們面前閃過，只是因為視覺暫留現象我們沒有發覺。

4D電視就是將兩套或幾套節目畫面按照一定的順序輪流輸出於屏幕，使兩套或幾套節目幾乎同時在一個屏幕上都以全屏的形式播出，這有點像過去的畫中畫，但區別在於畫中畫是將幾套節目畫面從空間上來分割的，屬於2D電視的功能，而4D電視除了具備從空間上分割畫面的功能外還具備從時間上分割畫面的功能，比如拿掃描頻率為600赫茲的兩套節目同時播出的4D電視為例，是將A、B兩套節目的畫面信號實時的進行採集和編碼后以全屏的形式逐幅輪流呈現於屏幕，先輸出一幅A節目畫面，再輸出一幅B節目畫面，然後再輸出一幅A節目畫面，緊跟著B畫面，就這樣ABABAB……的順序輸出，每秒鐘A、B兩節目畫面分別輸出約300幅，這時在我們看來屏幕上是兩套節目畫面疊加在一起的效果，此時需要我們佩戴特製的對應各自節目的光閥圖像過濾眼鏡將另外一套節目的畫面屏蔽，就可以使我們在一台電視上同時以全屏的形式觀看自己喜歡的節目而看不到同時播出的另外一套節目，節目伴音則是通過眼鏡上的耳機輸出。同時4D電視的遙控系統可以單獨遙控各自的節目，這樣使得一台電視變為了多台電視，就可以你看你的我看我的互不影響了。

4D電視配備的眼鏡同快門式3D眼鏡一樣，只是在觀看2D和3D節目時的打開方式不同，因此也可以在4D電視上同時觀看兩部或多部3D的立體節目。

4D電視將是未來電視的發展方向。

從視覺角度講，採用180度的柱面環幕立體影像——它是指銀幕保持在有相同圓心的一段弧度上，而不是一個平面（平幕）上。銀幕的高寬比例為16 :9，柱面環幕3D物體運動影視範圍大為擴展、開闊視野，擺脫了平面視覺束縛，使影視空間和現實空間更為接近，並且可以產生橫越、環繞等多種運動方式，從而產生時空變換的感覺。（區別於“平面四維影視”——限制了觀眾的視覺角度，也限制了物體的運動方向。）

針對柱面畫面效果的需要，專門設計和製造了適合於觀看柱面電影的柱面偏振光眼鏡（即“立體眼鏡”）。使觀眾看到的影片左眼和右眼的圖像不同，這樣反映到人腦中的影像就是3D影像，從而創造置身其中的立體視覺空間。

座椅根據影片的故事情節包含由計算機控制做出五種特技效果：分別是墜落、震動、噴風、噴水、拍腿。另再配以精心設計出煙霧、雨、光電、氣泡、氣味、布景、人物表演等等引入3D影視，從而調動了人的所有感知系統，使人真正走進影片情節。由於在四維影視中的電影情節結合了以上的特技效果，將觀眾與現場感受緊密地結合在一起，所以觀眾在觀看4D影片時能夠獲得視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等全方位的感受，體驗身臨其境、如夢如幻的感受。形成了一種獨特的表演方式，這就是當今世界十分流行的4D影視。通過這一系列的技術改進和革新，四維影視已經突破了傳統意義中電影是光影藝術的概念，是全新的、真正的高科技產品。

上述各種要件都具備了之後，怎樣才能使它們有機、有序的發揮自己的作用呢？這就需要針對不同影片內容專門設計的計算機控制系統來發揮功能了，控制系統的核心是控制軟體，程序工程師根據影片的內容，在準確的時間點設定命令，用以控制放映系統、特效座椅、特效設備、音響系統等的開關，使整個4D影院系統構成一個有機的整體，為觀眾提供全方位的感官體驗。

4D影院的均衡點聲源揚聲器技術利用五個分立的音頻通道播放聲音，使觀眾能夠聽出每個聲音的聲源所在。（傳統的5.1分散音響系統通過多個揚聲器播放聲音，會使聽眾無法辨別聲源所在。）每座4D影院都經過聲學處理，能夠以最大的動態範圍，準確、真實地呈現聲音形象。因此，每座4D放映廳播放的聲音都極其清晰，聽眾們不僅能聽到一根針掉落到地面的聲音，而且能聽出這根針掉落的位置。每部4D影片的音軌都經過特別製作，以適應4D獨特的音響系統。

一、光學屏幕的焦距

屏幕焦距是光學背投幕一個比較特別和主要的參數，光學幕在製造過程中，背面的菲涅耳(Fresnel)透鏡以同心圓的方向進行切割，以控制光線的入射角度。如圖所示，要想在背投幕上形成良好的圖像聚焦，對光源的距離就會有一定的限制範圍，在這範圍內投影，才能使圖像獲得良好的聚焦度和解析度，避免圖像模糊或重影。如果屏幕焦距與投影距離不吻合，透鏡切割的痕迹比較容易在畫面上作為一個螺旋條紋背景顯示出來，屏幕的四角突出更甚。

市面常見的光學背投幕多數為單一的焦距範圍(俗稱單焦幕)，值得一題的是我們的光學背投幕採取了多種優化技術，使客戶在設計方案時有更多的選擇以達到最佳的預期效果。為了給客戶在選擇投影機時有更多的餘地，盡量不受屏幕焦距的限制，我們的光學幕具備多種不同的焦距範圍(俗稱多焦幕)，以適應不同焦距的投影機鏡頭，已經面市的焦距範圍幾乎覆蓋了0.7~2.2：1的所有鏡頭。

選擇正確的屏幕焦距對於表現最完美的光學背投效果至關重要，在大多數單層光學屏幕的安裝過程中，投影機的光線必須以正確的角度透射屏幕，再以垂直的角度分佈光線，才能使屏幕亮度達到良好的均衡。投影距離與屏幕焦距一般存在三種情況，我們以下例的配置方案加以說明：Barco SLM-G5投影機， 120″ 3200HC 光學背投幕(屏幕焦距3200mm，投影距離2600mm~4500mm)。

第一種情況：屏幕焦距=投射距離(配置Barco TLD1.2:1鏡頭)，利用Barco Lens軟體進行修正計算，投影距離=屏幕寬度(2438mm)×鏡頭焦距(1.2)=2964mm，很明顯投射距離與屏幕焦距3200mm很接近，投影機光線獲得垂直分佈，能夠使屏幕亮度達到良好的均衡，見下圖：

第二種情況：屏幕焦距<投射距離(配置Barco TLD1.6:1鏡頭)，利用Barco Lens軟體進行修正計算，投影距離=屏幕寬度(2438mm)×鏡頭焦距(1.6)=3860mm，很明顯投射距離偏遠了屏幕焦距3200mm，投影機光線匯聚成比較窄角的分佈，利用這種光學原理，當需要在比較小的會議室配備長焦鏡頭時，會議桌可以盡量的往屏幕方向靠近。

第三種情況：屏幕焦距>投射距離(配置Barco TLD0.8.:1鏡頭)，利用Barco Lens軟體進行修正計算，投影距離=屏幕寬度(2438mm)×鏡頭焦距(0.8)=2122mm，很明顯投射距離嚴重偏短了屏幕焦距3200mm，投影機光線擴散成比較廣角的分佈，一般會出現很明顯的太陽效應(見下圖)。設計單層光學背投系統時，屏幕焦距大於投射距離的方式在任何情況都不建議使用，這種情況應該把屏幕改成120″ 1850HC光學背投幕(屏幕焦距1850mm，投影距離1500mm~2600mm)。

二、柱面透鏡點距

柱面透鏡的技術也廣泛應用在光學屏幕的製造工藝上，通過屏幕正面的柱面透鏡結構，可以控制水平方向和垂直方向的光線分佈，具有擴大視角範圍的功能。柱面透鏡的點距，是指相鄰兩個柱面透鏡之間的距離，常用單位為mm，單位越小，則圖像細節更細膩，畫面的整體感覺越豐富；單位越大，則屏幕顯示圖像的解析度越粗糟，像素顆粒感覺越強烈。也有部分光學背投幕正面沒有柱面透鏡，散射層(Dispersion)表面無法控制光線的擴散角度，雖然可以獲得同等的水平與垂直1/2增益角，但視像範圍會相對狹窄。

三、屏幕焦距與最佳視像點

我們分析了屏幕焦距與投影機鏡頭存在密切的光學關係，也知道屏幕焦距在任何情況下都不建議大於鏡頭焦距。事實上，鏡頭焦距允許控制在大於屏幕焦距的1.4倍之內。在此範圍之內，選擇不同焦距的投影機鏡頭會直接影響最佳視像點的觀看位置。

第一種方案：要求在屏幕最近點獲得良好的亮度均衡，根據近距離觀眾座位離屏幕距離應大於2倍圖像高度的法則，我們自然想到了圖像高度(1524mm)×2=3048mm，最短鏡頭焦距=屏幕焦距(1850mm)/圖像寬度(2032mm)：1=0.91：1，顯然我們要配置Barco QVD0.85：1的短焦鏡頭，才比較吻合投影距離等於屏幕焦距可以獲得最大亮度均衡的原則，觀眾與屏幕上緣和下緣的垂直夾角分別是13?和14?，一般從大於10到30度之間稱為人眼的有效視域，顯然符合這個準則。

第二種方案：要求在屏幕最遠點獲得良好的亮度均衡。有一個經驗值是最遠觀眾座位的距離不超過4倍屏幕的高度。因為涉及到光學屏幕的焦距問題，公司有另外一個參考公式：

我們先償試配置Barco QVD1.3~1.8的變焦鏡頭，取最小焦距代入上述的公式可得：

投影距離2.504m是屏幕焦距1.850m的1.35倍，仍然符合鏡頭焦距允許控制在大於屏幕焦距的1.4倍之內的準則，只是觀眾與屏幕上緣和下緣的垂直夾角收窄到了6度，這也是建議光學背投屏幕到到最遠觀眾座位的距離不超過4倍屏幕高度的依據之一。

四、菲涅耳透鏡點距

菲涅耳(Fresnel)透鏡的技術廣泛應用在光學屏幕的製造工藝上，傳統的光學鏡頭只有曲面部分起作用，其他所有的部分都可以去掉。如果拉平有效的鏡頭曲面部分，就成了菲涅爾鏡頭，菲涅耳透鏡由CAD/CAM採用鑽石切割而成。

菲涅耳透鏡結構可以將入射光匯聚成平行光線，在一定的視角範圍內增加屏幕的亮度。在一塊屏幕上，切割了多達1萬種不同剖面的菲涅耳鏡頭。菲涅耳透鏡的點距，是指相鄰兩個菲涅耳透鏡之間的距離，也即每個剖面的尺寸，常用單位為mm;菲涅耳透鏡點距代表屏幕的解析度，在同等面積屏幕範圍內，菲涅耳透鏡點距的單位越大，則能夠顯示的最高解析度越底，一般菲涅耳透鏡點距的大小與屏幕的大小成正比。

五、折射投影距離的計算

光學背投屏幕是目前大屏幕顯示系統最頂尖的技術之一，但存在需要配備一個專用投影暗房而造成浪費建築空間的缺點。為了盡量節省背投房的空間，普遍使用真空鍍膜反射鏡對投影光路進行一次甚至多次的折射。

早期有設計師為了節省成本或沒有理解反射鏡真空鍍膜技術的意義，採用普通的鏡面進行投影光路折射，由於普通的鏡面多數採用背面水銀鍍層，水銀鍍層和玻璃面的相互作用會形成光路的多次折射與反射，造成圖像重影模糊。

很多工程師利用一些概率來估算一次或多次折射可以縮短的投影距離，但欠缺科學和嚴謹的態度，因為這個數據與屏幕安裝高度、投影方式(離軸或偏軸)、投影機體積、反射鏡面積等息息相關。當我們掌握了所有與投影有關的環境數據后，利用AutoCad軟體進行模擬製圖是一個非常有效、快捷且精確的方法。比如在上述屏幕焦距論述的第一種情況中，我們假設工程的指定環境如下，要求提供一次和二次折射投影的設計圖紙：

* 圖像底邊離地高度:110cm　* 投影方式：TLD1.2:1鏡頭在軸投影

* 投影機尺寸：寬529mm×高429 mm×深795mm，不含鏡頭

因為Barco Lens軟體修正後的計算值不需要考慮投影機鏡頭的長度，所以我們可以精確計算出120″直接投影需要的背投房總深度=投影光程2964mm+投影機機身深度795mm+安裝空間100mm=3859mm。

按比例在AutoCad上先製作直接在軸投射的圖紙，再利用軟體的"鏡像"功能，反覆調整反射鏡的距離和角度，直到投影機頂部與屏幕最接近但不遮光為止(盡量避免反射鏡需要很大的仰卧角度)，最後把所有需要知道的數據標註出來，這時你可以論證"經驗概率"與實際的誤差有多大。

二次折射投影的製圖原則一樣，但因為需要兼顧二次反射之間的相互牽制，製圖的時間會稍長。由於良好的真空鍍膜反射鏡反射率都高達94%以上，所以二次折射投影不會對亮度造成明顯的損耗。

閔可夫斯基“四維空間”是對現實世界空間和時間的歪曲

愛因斯坦相對論批判之59

閔可夫斯基四維空間

一個人如果不是數學家，當他聽到“四維”的事物時，會激發一種象想起神怪事物時所產生的感覺而驚異起來。可是。我們所居住的世界是一個四維空時連續區這句話卻是再平凡不過的說法。

愛因斯坦：《狹義與廣義相對論淺說》

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1.空間是事物存在範圍的大小，時間是事物變化過程的長短，空間和時間有本質區別，絕不能混為一談。空間可以從長、寬、高三個方向量度，所以空間是三維的，但時間不能從長、寬、高三個方向量度，只能從事物變化過程來量度，所以時間無維。現實世界的空間和時間是三維空間和無維時間，可是閔可夫斯基卻把時間的無維看作是空間的一維，把它當作一維空間加到三維空間上去，進而臆造了“四維空間”，從根本上歪曲了現實世界的空間和時間，陷入了謬誤。

2.當一個不是數學家的人聽一個數學家說“四維”的事物時之所以會“驚異起來”，是因為他簡直不敢相信，數學家居然也會胡說八道。的確，數學家也會胡說八道，如果他們的說法歪曲了客觀事實及其規律的話。

3.我們所居住的現實世界是物質世界，其空間是三維的，其時間是無維的，所謂“我們所居住的世界是一個四維空時連續區”這句話純粹是胡說八道，因為它歪曲了現實世界的本來面貌。本來現實世界的空間既有“連續區”也有“非連續區”，可是這句話卻片面地只講“連續區”不講“非連續區”，肆意抹殺“非連續區”，陷入了謬誤；本來現實世界的空間和時間有本質區別，絕不能混為一談，可是這句話卻用“空時”將空間和時間完全混為一談，陷入了謬誤；本來現實世界的空間是三維的，時間是無維的，空間和時間的總維數是3+0=3，可是這句話卻把空間和時間的總維數說成是3+1=4（“四維”），陷入了謬誤。總之，這句話是歪曲現實世界空間和時間的荒謬說法。

作為時間的第四維數

當人們說到“四維空間”時，經常指的都是關於時間的概念。在這種情況下，四維空間可以理解為三維空間附加一條時間軸。這種空間叫做閔可夫斯基時空或“(3 + 1)-空間”。這也是愛因斯坦在他的廣義相對論和狹義相對論中提及的四維時空概念。

作為空間的第四維數

第四維數可以用空間的方式理解，即一個有四個空間性維數的空間（“純空間性”的四維空間），或者說有四個兩兩正交的運動方向的空間。這種空間就是數學家們用來研究四維幾何物體的空間，與愛因斯坦提出的時間作為第四維數的理論不同。關於這一點，考克斯特曾寫道：把時間作為第四維數帶來的好處即使有的話也是微不足道的。實際上，H. G. 威爾在《時間機器》中發展的這種十分吸引人的觀點導致了J. W. 杜恩（《時間實驗》）等作者對相對論的非常錯誤的理解。閔可夫斯基的時空幾何是不符合歐幾里得體系的，所以也就與當前的研究沒有關係。- H. S. M. 考克斯特

數學方面

從數學方面講，普通三維空間集合的四維等價物是歐幾里得四維空間，一個四維歐幾里得賦范向量空間。一個向量的“長度”:X=(p,q,r,s)

以標準基底表示就是:||X||=

也就是勾股定理向四維空間進行的很自然的類比。這就讓兩個向量之間的夾角很容易定義了（參見歐幾里得空間）。

正交性

在我們熟悉的三維空間里，有三對主要方向：上下（高度），南北（緯度），東西（經度）。這三對方向兩兩正交，也就是說，它們兩兩成直角。從數學方面講，它們在三條不同的坐標軸 x、 y、 z上。計算機圖形學中講的深度緩衝指的就是這條 z軸，在計算機的二維屏幕上代表深度。

純空間性的四維空間另有一對垂直於其他三個主要方向的主要方向。這一對方向處在另一條同時垂直於 x、 y、 z軸的坐標軸上，通常稱作 w軸。對這兩個方向的命名，人們的看法不一。一些現行的命名有 安娜/ 卡塔，斯皮希圖/ 斯帕提圖，維因/ 維奧，和 宇普西龍/ 德爾塔。這些額外的方向處於（實際上是垂直於）我們所能觀察到的三維世界中的方向之外。