光栅屏动画，是一种利用光栅屏障，让隔行扫描的静态图像产生动画错觉的技术。
其起源可追溯至16世纪末：
一种画在三角棱柱凹凸画板上的变形画（梯形画），当人们从不同角度观看时，会看到两幅图像来回变换。
不晚于19世纪，还出现了一种利用直立的薄片作为光栅挡片，把3幅画结合在一起的变体。
但由于难以控制速度和角度，这些早期的变形画不能实现流畅的动画效果。
16世纪的变形画
图源：维基百科 CC
16世纪变形画
（Giacomo Barozzi Da Vignola和Ignazio Danti，1583）
19世纪后期：
一些半色调印刷和彩色摄影工艺，以及1895年的“乔利彩色屏”（John Joly，1894年获得专利），刺激了发明家们对条纹屏幕在展示立体图像和变形动画方面的探索。
需要说明的是：光栅屏技术并不是专门为光栅动画发明的，它对色彩摄影、印刷、立体/彩色/动态图像呈现等多方面视觉技术发展均有重要作用。
乔利彩色屏
图源：Pénichon, S. (2013). Twentieth Century Colour Photographs. The Complete Guide to Processes, Identification & Preservation. London, Los Angeles: Thames & Hudson, 23.
1896年：
奥古斯特・贝蒂埃的视差屏障立体成像技术
- 1896 年 5 月，法国发明家奥古斯特·贝蒂埃（Auguste Berthier）在法国科学期刊《Le Cosmos》发表了一篇题为《大幅面立体图像》的论文。
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🥇 首次公开发表了利用光栅作为视差屏障 （parallax barrier）创造立体图像的方法，
- 贝蒂埃的方法基于双眼视差原理，其核心技术方案如下：
- 交织图像：将传统立体摄影的左右眼图像的垂直条带交替排列，形成一幅复合交织图像。
- 栅栏屏障：在复合图像前放置一块带垂直不透明条纹的玻璃屏障（视差栅栏），与图像保持几毫米距离。
- 立体效果：观察者从特定距离观看时，屏障上的不透明条纹会将左右眼图像分别导向对应的眼睛，从而产生裸眼立体视觉。
- 贝蒂埃在论文中提供了带有故意夸张尺寸交织图像条的示意图，用于说明这一创新技术的工作原理，但当时未能制作出实用的演示装置，也没有引起关注。
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Berthier A. Images stéréoscopiques de grand format[J]. Le Cosmos, 1896, 34(590,591):205-210, 227-233.
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- 贝蒂埃的视差屏障原理为后世裸眼 3D 显示技术奠定了理论基础，其技术思想在现代得到广泛应用：
- 现代应用：在液晶显示器前放置精密蚀刻的屏障，实现无眼镜 3D 显示，应用于手机、电视和电脑显示屏
- 技术演变：与柱面透镜技术 (lenticular) 共同构成现代自动立体显示两大主流方案，广泛用于广告、医疗影像和游戏设备。
↑ 至今仍然广为人知的是贝尔蒂埃所提出的立体图像生成方法：其中AB代表玻璃板，ab代表不透明的线条，P代表图像本身，O代表人的眼睛，而cn则表示哪些区域可以被视线看到，哪些区域则被遮挡住。
W.西蒙斯 条纹光栅屏 运动错觉专利（1896） &《摩托图形运动图像书》（1898）
- 1896年3月14日 ：西蒙斯（W. Symons）获得英国专利 No. 5759，提出用条纹遮罩（barrier-grid / line-screen）在印刷图像中制造运动错觉的方法。
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Symons W. Method of producing the illusion of motion in printed pictures [P]. GB 5759, 1896-03-14.
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- 1898 年：该方法被用于玩具书《摩托图形运动图像书》（The Motograph Moving Picture Book，1898）
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Toulouse-Lautrec H (designer), Vernay F J, Yorick (illustrators). The Motograph Moving Picture Book[M]. London: Bliss, Sands & Co., 1898.
- 随书附赠黑色条纹透明屏障薄片（transparency with black stripes），读者将透明薄片覆盖在图像上并缓慢移动，即可看到云雾、水波、裙摆等元素产生流动，而其他部分保持静止。
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- 技术原理：
- 复合图像： 将“关键帧”按竖向条带交织成一幅图。
- 遮罩选择 + 摩尔效应： 在图前以等距竖条透明遮罩作“空间采样”，遮罩条纹与插图中预设的影线（条带）相互干涉，产生摩尔效应（Moiré effect）；当遮罩缓慢滑动时，干涉花纹呈现序列性位移，从而依序显露不同关键帧，形成连续运动的错觉。
- 观看条件： 遮罩与图像保持小间距；条纹节距与图像条带严格匹配，以获得稳定、清晰的运动效果。
- 历史意义
- 作为 19 世纪末 “桌面式运动图像装置” 的技术改进尝试，该专利体现了早期动画技术 “从‘单纯视觉暂留’到‘物理光学辅助’” 的过渡路径；推动动画技术由实验原理走向民用、轻量化的出版与玩具形态。
- 为 20 世纪的“光栅式运动明信片／动画卡片”与后来的 “Scanimation” 提供了直接的工艺范式。
- 与同源的视差屏障（parallax barrier）在思路上相通：前者用于运动错觉，后者用于裸眼立体——皆以遮罩筛选来“分配”图像信息。
↑ The Motograph Moving Picture Book 封面（1898）
1898：
约翰·雅各布森（John Jacobson）波浪状透明表面自动立体图像技术专利（1898）
- 波士顿的约翰·雅各布森（John Jacobson）为申一种用于观察隔行扫描立体图像的，交错式立体图像的立体照片以及“具有波浪状或沟槽表面的透明图像载体”申请了专利。
- 虽然那些波浪状的线条或沟槽当时还并不属于真正的透镜式结构，但这是已知的第一种使用波浪状透明表面的自动立体图像技术。
- Jacobson J. 图片复制: US624042A[P]. 1898-4-11申, 1899-5-2获.
🛠️ 弗雷德里克·艾夫斯的视差立体图（Parallax Stereogram）（1903）
- 背景：从线栅与半色调屏的“印刷光学”到立体影像
- 美国发明家 弗雷德里克·尤金·艾夫斯（Frederic Eugene Ives）在对线栅/网屏（line screen）与半色调成像的长期研究背景下，提出一种新的立体呈现方式。根据其公开叙述，这一基本构想约在“十六年前”已出现，并在 1901–1903 年间被推进为可展示、可复制的成像工艺与专利体系。
- 专利：Ives, F. E. Parallax stereogram and process of making same: US725567. （申请：1902-09-25；授权：1903-04-14；Serial No. 124,849）
- 技术创新：无需“眼镜”的自动立体显示（视差屏原理的早期可行实现之一）
- Ives 的核心做法是将左右视图交错成极细的垂直条纹（interlacing / interleaved slivers），再配合一张与之匹配的光学分隔栅格——即由不透明线与透明缝交替组成、并与图像层保持特定间距与节距的线栅。
- 当观察者以正确距离观看时，线栅会在几何上把不同条纹分别“分配”给左右眼：左眼主要看到属于左视图的条纹，右眼主要看到属于右视图的条纹。
- 于是，双眼自然获得视差输入，大脑完成融合，从而在平面照片/印刷品上产生稳定立体感。这套“交错图像 + 视差屏（parallax barrier）引导”的结构，构成自动立体显示（autostereoscopic display）的重要早期范式。
- 历史意义：把立体影像从器械观看推向“可复制的平面媒介”
- Ives 的视差立体图被许多技术史叙述视为自动立体显示史的关键起点之一：它让立体影像第一次在原理上具备了无需立体镜/无需佩戴眼镜、且能够通过印刷或复制走向更广泛传播的可能性。
- 从“媒介形态”角度看，这意味着立体影像不再只能依赖专门的观看器（如立体镜）来实现，而可以被包装为更像“照片/卡片/印刷品”的消费形态。科学博物馆等相关藏品与人物条目也为其作为摄影物件进入收藏与流通体系提供了侧面佐证。
- 技术传承：从视差屏到柱透镜（lenticular）与“立体卡片文化”
- Ives 的基础思想——把多视图信息以条纹方式交错编码，再通过光学结构把不同条纹分发到不同视角/不同眼——成为后续多种立体印刷与展示技术的母体逻辑。此后包括 Ives 家族及其他发明者逐步用窄柱状透镜阵列（lenticular lenses）替代简单线栅，并引入多视点，从而发展出更接近日常所熟悉的“立体明信片/广告立体卡片（常被误称为全息卡）”这一大众形态。
- 同时，视差屏这一原理也在更晚期被引入电子显示系统，成为部分裸眼 3D 屏幕的重要技术路线之一（与柱透镜路线并列）。
↑ US725567专利附图
弗雷德里克·艾夫斯获得了和其“视差立体图”基于相同原理的“可变标志、图片等”美国专利（1904）
- Ives F. 可变标志、图片等: US771824A [P]. 1903-10-27申，1904-10-11获.
- 法国电影先驱莱昂·高蒙（Léon Gaumont）发现了艾夫斯的作品并带回法国展出，后又鼓励数学家尤金·埃斯塔纳夫（Eugène Estanave）研究视差立体图。
海勒姆·迪克斯：两项基于透镜状光栅屏的特殊印刷技术专利（1904-1907）
- 海勒姆·迪克斯（Hiram C. J. Deeks）获得两项基于透镜状光栅屏开发的特殊印刷技术美国专利。
- Deeks H. 用于打印多张照片的材料: US834048A [P]. 1904-11-25申, 1906-10-23获.
- Deeks H. 彩色图片及其制作方法: US856519A [P]. 1906-9-24申, 1907-6-11获.
- 迪克斯用这些技术来制作变形和变色的动画明信片，很快便成为一种流行商品。
透镜光栅屏专利配图
（Hiram C. J. Deeks，1906）
尤金·埃斯塔纳夫立体图像专利（1906）
- 法国数学家尤金·埃斯塔纳夫（Eugène Estanave）继续了伊夫的研究工作。他尝试使用棒状透镜组合，并将多张照片的图像相互叠加，从而创造出无需佩戴眼镜即可观看的立体照片。
- 1906年，埃斯塔纳夫为其发明的用于观察立体图像的线条薄片申请专利，其中包括“变化的”照片，可看到一位女士睁、闭眼的动画。
- Estanave E. 使用光栅的立体摄影和立体观察装置: FR371487A[P]. 1906-1-24申, 1907-03-08获.
- 1910年，埃斯塔纳夫又扩展了这项专利的应用范围，发明了利用具有垂直和水平线条的光栅屏，组合4个图像的“光栅立体动画系统”。这些动画立体照片如今仍然可以在世界各地的博物馆中看到。
- 埃斯塔纳夫似乎没有把自己的发明商业化，反而是其他人销售了一些类似的产品。
亚历山大·斯皮格尔——利用条纹屏障的动画显示设备专利（1906）
- Spiegel A. 显示设备: US829492A[P]. 1905-11-29申，1906-8-28获。
- 亚历山大·斯皮格尔（Alexander S. Spiegel）授权两家芝加哥公司以“魔法运动图像”（Magic Moving Picture）为名生产销售。
- 类似的产品后来在日本和法国也有发行。
《魔法运动图片》玩具书
（G. Felsenthal & Co.，1906）
加布里埃尔·李普曼“蝇眼屏”（1908）
- 1908年，法国诺贝尔奖得主、物理学家加布里埃尔·李普曼（Gabriel M. Lippmann）提出使用一组微小的球形凸面晶体透镜制作光栅屏的方法，被称为“蝇眼透镜/屏”。
- 不过当时还缺乏能够制造出具有理想光学特性的透镜的材料。利普曼的这一创新理念为后来关于动态立体图像的研究奠定了基础。
瓦尔特·鲁道夫·赫斯立体图像技术专利（1912）
- 1912年，瑞士诺贝尔奖得主、生理学家瓦尔特·鲁道夫·赫斯（Walter Rudolf Hess ）申请了相关专利，该专利涉及一种采用“赛璐珞外壳以及圆柱形透镜元件”构成的立体图像技术。
- 这种被称为“柱面光栅技术”的立体成像方法，是通过将多个半圆柱体以垂直排列的方式组合起来实现的；每个半圆柱体的下方都装有两组立体图像条纹。
- 这种技术无需任何辅助设备即可实现立体视觉效果，正是当今所谓的柱面透镜电影技术的基础。
1921年：
法国的索辛·埃德（Saussine Ed）发行了一种结合长卷画和条纹屏障的动画玩具“欧宝影院”（Ombro-Cinéma）。
- 图像带承载多个循环小动画，配有手摇转轴支架，
- 有的版本还结合了发条装置，在播放音乐盒的同时传送转轴。
“欧宝影院”玩具书
1937：
| 莫里斯·博内（Maurice Bonnet）把条纹光栅屏摄影系统扩展到可记录33张图像，从而获得很好的深度感。
- Bonnet M. 获得浮雕感照片的方法和装置: FR833891A [P]. 1937-7-2.
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成为第一位成功销售这类立体照片的发明家。
- 博内在1934年发明了可以使用11个镜头的立体照摄影系统。
- 但他几年后便转向了透镜状光栅屏。
博内的立体照片（摄于1961-1979年间）
© musée Nicéphore Niépce
1952：
| 维克多·安德森（Victor G. Anderson）申请了一项基于透镜光栅屏的可变图像显示技术专利，其产品“Vari-Vue”于次年开始销售。
- Anderson V. 可变图像显示装置领域中的组装方法: US2815310A[P]. 1957-12-03.
- 1960年代，其他公司也开始生产类似“Vari-Vue”的产品，各种各样的光栅动画小卡很快便传遍世界各地，时至今日依然活跃于文创产品市场。
安德森专利配图（1952）
Vari-Vue
Vari-Vue
贝拉·尤列斯：深度视觉实验（1959）
- 匈牙利感知心理学家贝拉·尤列斯（ Béla Julesz）是认知科学的先驱，他因关于深度视觉的实验研究而闻名于世。
- 1959年，他提出了著名的“随机点立体图”这一实验装置。这种立体图由两组图像组成，每组图像上都有随机分布的点，两者之间仅存在细微的差异——比如某些点的位置发生了变化。
- 当这些随机点发生水平方向上的位移时，观察者会感觉到这些点出现了空间上的深度变化。第一张图像上这些点的高度与第二张图像中它们新的位置之间存在差异，因为大脑会努力使这两张图像在视觉上重合起来。
- 尤列斯将这些现象称为“独眼视觉效应”，因为这种效果只有在大脑将这两张图像整合在一起时才会出现，而并非在各自的双眼中产生。通过实验证明，空间感知能力实际上是在大脑中形成的。
1990年代：
| 视觉艺术家萨科内（Gianni A. Sarcone）创作了一些有趣的光栅动画变体，包括使用蜂窝网和径向旋转栅栏屏障。
| 美国发明家、电影制作人鲁弗斯·赛德（Rufus B. Seder）在透镜光栅屏的基础上，开发出名为“生命瓷砖”（LIFETILE）的光栅动画。
- 它就像普通瓷砖一样，可以安装在室内或室外的墙体上，当人们走过的时候，瓷砖里的图像便会活动起来，展示一个无限循环的奇妙动画。
| 视觉艺术家萨科内（Gianni A. Sarcone）创作了一些有趣的光栅动画变体，包括使用蜂窝网和径向旋转栅栏屏障。
约瑟夫·朗关于斜视的研究（1971-1973）
- 1971年，第一本关于斜视的医学教科书《斜视》（Strabismus）问世。
- 约瑟夫·朗（Joseph Lang）深刻了解那些面对斜视儿童而感到束手无策的眼科医生的困扰。在他这本简洁明了的教科书中，他直言不讳地指出了各种问题，揭开了斜视这一疾病的神秘面纱，同时也摒弃了那些无效的伪治疗方法。这本教科书取得了巨大的成功，在接下来的四十年里，它一直是培训眼科医生和正视医师进行斜视治疗的首选教材。这本书被翻译成了多种语言，并随后经历了四次修订。
- 1973年，约瑟夫·朗完成了他的资格认证论文《微斜视》。
- 论文详细阐述了他所定义的微斜视的临床表现。这种斜视在外观上并不明显，斜视角度非常小；然而它却常常与斜视性弱视以及视网膜对应异常相关联，因此往往被发现得过晚。
- 通过这篇论文，朗首次提出了“微斜视”（microstrabismus）这一术语，在英语中则称为“microtropia”。
- 对“舒适立体”的生理学指导：
- 在立体电影制作中，如果左右眼画面的视差（Disparity）设计不当，会导致观众出现严重的视觉疲劳甚至恶心。
- 他的研究为立体影像中的“舒适视差区间”提供了医学数据支持，帮助后期制作人员理解如何调整画面深度，以照顾到视觉调节能力较弱的观众（如儿童或轻微斜视患者）。
约瑟夫·朗：基于柱状栅格的立体显示/ 测试技术（1980年代初）
- 医学需求驱动的“裸眼立体”（Autostereoscopy）发明：
- 1980年，受 本诺·路易斯·佩特里格（Benno Louis Petrig） 关于婴儿在生命早期即具备立体视觉能力这一发现的启发，约瑟夫·朗（Joseph Lang）意识到：当时主流的立体视检测方法（如红绿眼镜或偏振眼镜）在婴幼儿群体中几乎不可行，既不可靠，也难以操作。在这一背景下，他着手开发一种无需佩戴任何眼镜、即可可靠检测立体视觉能力的方法。
- 随机点立体图（random-dot stereograms）×柱状透镜（Lenticular lens）：无需眼镜的立体感生成
- 朗提出并实现的方法，是将随机点立体图与一层柱状透镜薄膜（lenticular foil）相结合。
- 当测试者用双眼在正常阅读距离观看这些图像时：左右眼会因透镜的几何分配作用，接收到略有差异的图像信息；这些视差信息在大脑中被整合，从而使某些图形明显地“浮现”或“凹陷”于背景之上。这一过程完全不依赖眼镜或外部装置，使其在医学检测中具有极高的实用价值。
- “朗立体视测试”（Lang-Stereotest）：便携化与工程化
- 约瑟夫·朗和托马斯·朗（Thomas Lang ）随后开发了这一技术的原型及多个变体，最终形成后来广泛使用的 “朗立体视测试”（Lang-Stereotest）。
- 其设计具有鲜明的工程特征：明信片大小、极度便携，可直接放入口袋；适合在标准阅读距离进行测试；通过改变随机点图中图形的视差大小与凸/凹关系，可精细区分不同立体视能力水平。
- 研究者在实验中发现：在当时透镜制造精度有限的条件下，必须使用相对较大的视差值，才能确保立体图形被稳定识别；这也解释了早期 Lang 测试卡中立体深度“相对夸张”的现象。
- 从医学测试到自动立体显示的关键验证
- 从动画与显示技术史的角度看，Lang 的贡献远超医学测验本身。
- 1980 年代初，正是数字显示技术开始探索自动/裸眼立体显示（Autostereoscopic display）的早期阶段。朗通过一种低成本、可复制、无需佩戴设备的医学工具，实证性地证明了：通过精密排列的柱状微透镜，可以在不佩戴眼镜的情况下，让左右眼分别接收到不同的信息流，并在大脑中稳定地产生立体感。
- 这一原理与后来广泛应用于柱状透镜式裸眼 3D 显示器的机制在视差分离这一底层逻辑上保持一致，如任天堂的3DS，以及若干早期裸眼 3D 电视与展示系统。
- 它不是为了娱乐影像而生，却首次在大规模、低门槛条件下，验证了裸眼立体技术的可行性，为后来数字影像与动画显示系统提供了“已被人体感知系统验证”的技术基础。
2007：
| 鲁弗斯·赛德开始制作可以自动播放的动画书“扫描动画”（Scanimation）
- 开合书页时自动牵引光栅屏移动，读者将直接看到6帧或以上的循环动画。
鲁弗斯·赛德的生命瓷砖
萨科内的光栅动画
© G. Sarcone
