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未来行业发展趋势 3D显示技术全面解析

导读: 早期不论是使用显示器还是电影院中的大屏幕来作为显示设备,人们都需要佩戴特制的专用眼镜才能看到3D立体效果,不过随着技术的不断改进,一些厂商推出了不需要佩戴3D眼镜,就能够观察到立体画面的显示设备

● 由来已久的3D显示技术

        在春节后,三星和优派分别结合NVIDIA最新的3D Stereo技术推出了新款3D液晶显示器(请详见《游戏视觉革命 优派发布全球首款3D液晶》和《画面有何不同?三星3D显示器全国首测》),很多网友都开始对这两款3D显示器产生了浓厚的兴趣,并且引发了新一轮3D显示的狂潮。

    事实上,3D显示技术并不是第一次和广大消费者见面。在三星2233RZ和优派VX2265wm发布之前,已经有不少支持3D显示的设备问世,不过它们和前两者采用的是完全不同的3D显示解决方案。

    事实上早在十几年前,3D立体显示技术雏形就已经被开发出来,以达到在2D显示设备上显示3D立体画面的效果。在随后的时间内,很多厂商都推出了自己的3D显示解决方案,它们在显示原理以及实际效果上都有很大的区别。

    在三星和优派分别推出3D显示器后,一部分网友并不以为然,认为它们所使用的3D技术和之前推出的相同。但事实上并非如此。接下来,我们就对目前常见的几种3D技术进行介绍,看看各种3D显示技术的优点和存在的问题。

● 3D显示技术的总体分类

    早期不论是使用显示器还是电影院中的大屏幕来作为显示设备,人们都需要佩戴特制的专用眼镜才能看到3D立体效果,不过随着技术的不断改进,一些厂商推出了不需要佩戴3D眼镜,就能够观察到立体画面的显示设备,因此总体上,3D显示设备可以分为需要佩戴3D眼镜和不需要佩戴3D眼镜这两大类。接下来,我们分别按照这两大类技术进行一一介绍,首先我们来看看不需要佩戴专用眼镜的裸眼3D技术。

    目前已经有包括三星在内的多家显示器厂商都推出了免佩戴专业眼镜就能看到3D立体画面的显示设备,它们最大的优势就是可以人们完全不需要佩戴眼镜就能体验到身临其境的效果。

    这项技术一般被称为“裸眼多视点”技术,也就是不通过任何工具就能让左右两只眼睛从显示屏幕上看到两幅具有视差的、有所区别的画面,将它们反射到大脑,人就会产生立体感。它也利用了人眼的视差原理,通过给观看者左右两眼分别送去不同的画面,从而达到立体的视觉效果。由于观察着可以不佩戴眼镜,因此这些技术非常适合在公共场所展示的大屏幕显示器,便于多人观赏。

    不过,裸眼3D显示技术的缺点也非常明显:人们在观看屏幕时,必须位于一定的范围内才能观察到立体画面,若距离屏幕位置太远,或观察角度太大的时候,3D 效果并不明显。此外,若离屏幕距离太紧,人会有明显的头晕现象,因此该技术暂时还不适合在小尺寸显示器上使用。此外,这种技术在显示效果方面相对较差。

    最近,柯达宣布推出了一种新的裸眼3D显示技术,和上文中提到不同的是,柯达发布的这项技术使用了两个高清晰度LCD显示屏的广视域和虚拟影像,这种台式显示器视域范围为45°×36°,分辨率为1280×1024。不过这种技术用于制作视频游戏、分子和化学模型等许多方面,更加注重专业级用户。

  由于显示效果和尺寸上的因素,在目前的3D技术中,绝大多数技术都通过专用3D眼镜的辅助,这样能够将3D技术应用在小尺寸桌面液晶显示器上,并且能够保证3D画面的效果。

● 传统的3D立体电影成像原理

    相信大多数读者最开始接触立体影像是在电影院中欣赏3D电影。亲自观看过立体电影的读者都知道,若在观看时把眼镜拿掉,仅使用肉眼来观看,会发现电影画面十分模糊,似乎画面由两个不同的影像所跌价而成,而戴上眼镜之后,这种现象也会消失,这是为何呢?

    电影荧幕中的光线透过立体眼镜对光的选择,而分别呈现在人的左眼和右眼中,使人体产生立体影像的感觉。从技术原理来看,3D立体电影一般采用两种成像原理,一种是红蓝滤光成像技术,这种电影需要搭配专门的红蓝滤色镜才可以观看;而另一种是偏光滤光成像技术,如IMAX电影,它只有使用偏振光眼镜才能看到立体效果。

    我们现在以偏振光滤光成像技术为例,在拍摄立体影片时,同时使用两台摄影机从不同的角度同时拍摄下景物的图像,在放映时,通过两个加装偏正镜片的放映机,把用两个摄影机拍下的两组胶片同步放映,使这略有差别的两幅图像重叠在银幕上。电影放映机输出的光线在通过偏振镜片后,就成为了偏振光,而观众使用的偏振光眼镜其实是一个还原过程。

    而对于红蓝滤光成像技术而言,该技术不会不受现有影像设备的限制,只要搭配一副红蓝滤色镜就可以体验到3D立体效果。在播放电影时,实际上是通过插值运算的方法来实现立体效果。这两项技术更多的出现在电影院等公共场所中。

● 3D显示器成像原理

    之前我们介绍的3D原理大多应用于公共场所的展示以及电影院等场合。除此之外,目前也有不少针对个人显示设备推出的3D技术。这些技术原理大致相同,总体上分为两大部分:主动3D成像和被动3D成像。而大多数厂商都采用被动3D成像这一解决方案。

    首先我们来看看被动式3D成像的原理,很多桌面级3D显示器都采用的是这种解决方案,原理也大致相同,如iZ3D推出的3D液晶显示器便是如此。

    从上面的原理图中,我们看到人眼之所以能够看到3D影像,可以简单的理解为影像是通过水平交错、曲折传递到人眼中,再由大脑重新排列组合成3D立体影像的。3D眼镜则可被看成是偏光膜,在画面通过第一层偏光膜之前,就要对画面进行处理。而影像的处理,是使用加载在显卡驱动程序内的插件进行调整的。

    这种技术只需要一台3D显示器和专用眼镜就能够实现3D画面,不过其游戏分辨率相对而言并不高,并且支持的游戏数量非常有限。

    除了上文中所表述的被动式3D显示外,接下来我们介绍主动式3D显示。三星2233RZ和优派VX2265wm都采用的是这种解决方案。这两款液晶显示器要呈现出3D画面就必须得到NVIDIA 3D Stereo技术的支持。究竟3D Stereo是一个怎样的技术,为何人们必须在拥有120Hz刷新率的液晶显示器上才能看到3D画面呢?

    NVIDIA 3D Stereo技术虽然并没有增加显卡的3D性能,但也不会给显卡带来过多的负担。通过安装最新的驱动程序,我们就能够在一块NVIDIA GeForce 8600GT或更高级别的显卡上实现这项技术,并且通过NVIDIA专用的3D眼镜观看液晶显示器上的3D画面。

    和之前3D显示器解决方案相似的是,我们依然需要佩戴专用的3D眼镜才能够看得到3D立体画面。

    NVIDIA 3D Stereo采用的是画面交换(Page Flipping)的方式在2D环境下来实现3D效果的。画面交换的工作原理是将左右眼图像交互显示在屏幕上的方式,使用专用的立体眼镜来进行搭配,将垂直同步讯号作为快门切换同步讯号即可达成立体显像的目的。通过液晶显示器将左右眼图像(以垂直同步讯号分隔的画面)分别传输到左、右眼显示设备上,这样我们就能够看到完整的3D立体画面了。根据这个特点,我们在不佩戴专用的3D眼镜,或者是遮住其中的一只眼睛时,都不会看到3D的立体效果。此外,NVIDIA这项技术还支持多个3D眼镜同时工作,这样用户可以和他的亲朋好友来一起同时玩3D游戏。

    这个3D解决方案的优点是拥有较好的画面表现效果,并且支持较高的游戏分辨率,和目前大多数3D游戏都拥有很好的兼容性,并且可以随时切换2D和3D画面。不过缺点是只能使用图形芯片为NVIDIA的显卡和眼镜,才能输出3D画面。

  上文所述的是我们常见的3D显示技术。随着科学技术的不断发展,还有很多厂商都在研发新的3D显示技术,下面,我们就来进行简单的介绍。

● 透镜3D液晶显示技术

  该技术是由飞利浦和夏普共同创导,其不需要佩戴眼镜,它是利用在液晶的最表层添加了数组透镜,而在这层凸透镜数组上形成影像。其中每个透镜以液晶像素成一个小的角度摆放,并且对应了7个液晶Cell,每一个液晶像素有3个液晶Cell组成,具备呈现RGB三色的功能,再加上根据特殊的算法,在液晶 Cell中形成不同颜色,而最终形成影像,确保让观看者在左、右眼上形成不同的图像,这样就可以看到逼真的三维效果,缺点是如果观看液晶的角度不同,因为 Barrier的效果减弱,而无法看到三维效果,而且多焦点影像极易造成眼睛疲劳。

● DFD立体显示技术

  DFD(Depth-Fused 3D)是日本NTT根据全新的错视原理开发的景深融合型立体影像技术,其利用两片液晶显示器与half mirror,开发不需特殊眼镜就可以观赏的立体影像的技术,这种立体影像制作原理称为REAL。REAL立体影像的制作过程是先利用一般摄影机、相机、闪光灯摄影等方式拍摄影像,然后取一般摄影与闪光灯摄影拍摄影像灰色度两者的差分,再与一定峰值比较藉此获得二值化(0与1的数字元元化)的影像,接着抽出所谓的近影像领域,最后再将Relief状景深添加至近影像领域内。被照物景深形状除了球体比较接近真实景深外,其它物体都会出现某种程度的差异,只要近影像与远影像两者前后关系维持正确,且景深为连续性平滑状的话,通常利用肌理描绘(texture)作补正,就可以获得非常协调的立体影像。

● 手机3D显示技术

    除了桌面显示器外,手机、PDA等掌上设备的显示屏幕也将会采用3D显示技术。近期,三星为我们展示了一款针对手机设备开发的3D OLED面板。考虑到便携性,这类手机3D屏幕不会要求人们佩戴专用的3D眼镜。除了三星外,如东芝等厂商也推出了相关的技术,其原理是通过覆盖在屏幕上的一层特殊的“透镜”实现的。它可以把小型显示屏中显示的图像“分开”称两幅略微不同的画面,并分别送入左右眼中,让画面变得立体有深度。由于该“透镜” 的厚度极薄,人的肉眼甚至无法直接看到它的存在,不会影响到画面的正常显示。

    除了本文所说的在普通的2D屏幕中实现立体的画面的3D技术外,几年前国外有厂商推出了如地球仪似的球体显示设备,它能够真正显示出立体的3D效果,人们在不同的角度观察,能够看到不同的影像。不过这种显示设备更多的是用在医学或天文研究中,而不会作为消费类产品进行销售。

    随着技术的进步,3D显示技术和普通消费者的距离已经越来越近,它不再是行业用户的专利。在三星和优派均推出游戏性3D显示器后,人们可以将3D显示器搬到卧室内,而不用和其他人一起挤在电影院中观看。凭借着身临其境的立体画面,3D显示器对高端游戏玩家而言拥有极大的吸引力。除了针对个人用户外,3D显示器同样适合于商用以及科研,如展示分子结构模型、军事目标、文物艺术品展示、会展、大企业形象展示等各领域发挥其独特的作用。相信随着3D技术进一步成熟,我们今后会在生活的各个领域中看到3D显示设备的身影。
 

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