3D立体显示技术

3D显示技术显示技术主讲学生：谭小明主讲学生：谭小明什么是什么是3D显示技术显示技术虽然虽然3D技术早就为大众耳熟能详了，技术早就为大众耳熟能详了，3D技术技术在市场上也有了多年的发展，包括在市场上也有了多年的发展，包括3D电视、电视、3D显示器以及显示器以及3D投影机。投影机。3D是是three-dimensional的缩写，就是三维图形。而的缩写，就是三维图形。而3D技技术就是虚拟三维的技术，通过利用计算机的运算达到视觉、术就是虚拟三维的技术，通过利用计算机的运算达到视觉、听觉等方面立体效果的一种技术。在电影中实现的听觉等方面立体效果的一种技术。在电影中实现的3D效果效果就是利用双眼立体视觉原理，使观众能从银幕上获得三维就是利用双眼立体视觉原理，使观众能从银幕上获得三维空间感视觉影像的电影。空间感视觉影像的电影。http:/ 3D 立立体体显显示示的的基基础础，就就是是要要以以人人工工方方式式来来重重现现视视差差，简简单单说说就就是是想想办办法法让让左左右右两两眼眼分分别别看看到到不不同同的的影影像像，藉藉以以模模拟拟出出立立体体视视觉觉。在在这这个个基基础础之之下下发发展展出出各各式式各各样样的的 3D 立立体体显显示示技技术，主要分为眼镜与裸眼两大类型。术，主要分为眼镜与裸眼两大类型。v我我们们之之所所以以能能感感受受到到立立体体视视觉觉，是是因因为为人人类类的的双双眼眼是是横横向向并并排排，之之间间大大约约有有 67 公公分分的的间间隔隔，因因此此左左眼眼所所看看到到的的影影像像与与右右眼眼所所看看到到的的影影像像会会有有些些微微的的差差异异，这这个个差差异异被被称称为为视视差差（Parallax），大大脑脑会会解解读读双双眼眼的的视差并藉以判断物体远近与产生立体视觉。视差并藉以判断物体远近与产生立体视觉。目前，市场上已经有了四种比较成熟的目前，市场上已经有了四种比较成熟的3D显示技术，包括彩色立体三显示技术，包括彩色立体三维，偏振三维，立体三维以及最新的维，偏振三维，立体三维以及最新的DLP Link技术。这四类技术是当前技术。这四类技术是当前被广泛采用的被广泛采用的3D投影技术。由于各自的原理不同，成本不同，效果不同，投影技术。由于各自的原理不同，成本不同，效果不同，也分别占有了不同的市场。也分别占有了不同的市场。其其中中，立立体体三三维维技技术术应应该该是是目目前前我我们们最最常常见见的的一一种种3D投投影影技技术术了了。因因为为几几乎乎目目前前所所有有的的3D影影院院都都是是采采用用的的这这种种设设备备，大大家家在在影影院院中中看看到到的的阿阿凡凡达达豚豚鼠鼠特特工工队队等等电电影影几几乎乎都是这种技术实现的。都是这种技术实现的。眼睛式眼睛式3D显示技术显示技术 被动式被动式 3D 立体眼镜立体眼镜 被动式被动式 3D 立体眼镜指的是眼镜本身是单纯的镜片立体眼镜指的是眼镜本身是单纯的镜片+镜架所构成，不牵涉到任镜架所构成，不牵涉到任何机械式或电子式的运作。虽然此类眼镜所采用的技术有很多种，不过基本原何机械式或电子式的运作。虽然此类眼镜所采用的技术有很多种，不过基本原理都是透过光学方式让两组画面分别只能穿过左右其中一眼的镜片，让左右眼理都是透过光学方式让两组画面分别只能穿过左右其中一眼的镜片，让左右眼观看到具备视差的影像。观看到具备视差的影像。红蓝滤色片式红蓝滤色片式 3D 立体眼镜立体眼镜最早问世的是采用红色与蓝色（或红色与绿色）滤色片构成的最早问世的是采用红色与蓝色（或红色与绿色）滤色片构成的 3D 立体眼立体眼镜，眼镜本身的成本很低（可使用红蓝玻璃纸与纸板制作），早期的镜，眼镜本身的成本很低（可使用红蓝玻璃纸与纸板制作），早期的 3D 立体立体电影多采用此方式，分别投射出经红色滤光与蓝色滤光的画面，再让观看者配电影多采用此方式，分别投射出经红色滤光与蓝色滤光的画面，再让观看者配戴红蓝戴红蓝 3D 立体眼镜来观看。立体眼镜来观看。偏光式偏光式 3D 立体眼镜立体眼镜 在在偏偏光光技技术术普普及及后后，开开始始有有厂厂商商采采用用偏偏光光式式的的被被动动式式 3D 立立体体眼眼镜镜。偏偏光光片片是是透透过过如如百百叶叶窗窗般般排排列列的的矽矽晶晶体体涂涂料料薄薄膜膜（偏偏光光膜膜）来来过过滤滤原原本本朝朝不不同同方方向向震震动动的的光光线线，会会挡挡住住与与偏偏光光膜膜方方向向垂垂直直的的光光线线，只只让让与与偏偏光光膜膜方方向向相相同同的的光光线线通通过过。由由于于偏偏光光片片只只会会过过滤滤光光线线的的方方向向，而而不不会像滤色片那样过滤光线的颜色，因此可以完整保留画面的色彩。会像滤色片那样过滤光线的颜色，因此可以完整保留画面的色彩。偏光原理偏光原理 播放时只要使用两组设备分别透过偏光片投射出垂直偏光与水平偏光画面，或播放时只要使用两组设备分别透过偏光片投射出垂直偏光与水平偏光画面，或是使用一组设备搭配可切换偏光方向的主动式偏光片交替投射出垂直偏光与水是使用一组设备搭配可切换偏光方向的主动式偏光片交替投射出垂直偏光与水平画面，再让观看者配戴垂直偏光片与水平偏光片组合的偏光式平画面，再让观看者配戴垂直偏光片与水平偏光片组合的偏光式 3D 立体眼镜，立体眼镜，就可以观看到立体画面就可以观看到立体画面 液晶式液晶式 3D 立体眼镜是采用主动式液晶镜片所构成的立体眼镜是采用主动式液晶镜片所构成的 3D 立体眼镜，运用液晶可立体眼镜，运用液晶可借由电场来改变透光状态的原理，以每秒数十次的频率交替遮蔽左右眼视线。借由电场来改变透光状态的原理，以每秒数十次的频率交替遮蔽左右眼视线。播放时只要交替显示左右眼画面，再透过同步讯号让液晶式播放时只要交替显示左右眼画面，再透过同步讯号让液晶式 3D 立体眼镜与画立体眼镜与画面同步运作，播出左眼画面时让右眼镜片变黑、播出右眼画面时让左眼镜片变面同步运作，播出左眼画面时让右眼镜片变黑、播出右眼画面时让左眼镜片变黑，就可以达成立体显示的效果。黑，就可以达成立体显示的效果。液晶式液晶式 3D 立体眼镜立体眼镜主动式主动式 3D 立体眼镜立体眼镜主动式主动式 3D 立体眼镜立体眼镜主动式 3D 立体眼镜是透过眼镜本身的主动运作来达成 3D 立体显示效果。双显示器式 3D 立体眼镜双显示器式 3D 立体眼镜虽然无法提供多人观看需求，不过仍就算是主动式 3D 立体眼镜的一种，运作的原理非常简单，透过左右眼镜中配置的两组小型显示器来个别显示左右眼画面，来达成立体显示的效果。由于必须配置两组独立的显示器，因此成本较高，而且只能让单人观看。因此通常只应用在特殊用途，像是搭配头部侦测应用在虚拟实境 裸眼裸眼3D立体显示技术立体显示技术 虽然眼镜方式能满足多人共同观看的需求，不过观看时必须配戴特殊眼镜虽然眼镜方式能满足多人共同观看的需求，不过观看时必须配戴特殊眼镜仍旧是个相当大的障碍，各家厂商于是投入不需要配戴特殊眼镜的裸眼仍旧是个相当大的障碍，各家厂商于是投入不需要配戴特殊眼镜的裸眼 3D 立体显示技术研发。立体显示技术研发。所谓的裸眼所谓的裸眼 3D 立体显示，是指在不配戴任何特殊配件的状态下立体显示，是指在不配戴任何特殊配件的状态下以裸眼视觉就能直接观看到以裸眼视觉就能直接观看到 3D 立体显示的效果。虽然基本原理仍旧是让立体显示的效果。虽然基本原理仍旧是让左右眼观看不同画面产生视差来营造立体感，不过前提是不配戴眼镜，因左右眼观看不同画面产生视差来营造立体感，不过前提是不配戴眼镜，因此必须透过特殊设计的屏幕来达成目标。此必须透过特殊设计的屏幕来达成目标。裸眼裸眼 3D 立体显示根据运作模式又分为空间多功式与分时多功式两大类。立体显示根据运作模式又分为空间多功式与分时多功式两大类。空间多功式裸眼空间多功式裸眼 3D 立体显示立体显示 空间多功式裸眼空间多功式裸眼 3D 立体显示是在同一个屏幕上，以分割显示区域（空间）同时显示左立体显示是在同一个屏幕上，以分割显示区域（空间）同时显示左右两眼画面（多功）来达成右两眼画面（多功）来达成 3D 立体显示效果的方式，因此被称为空间多功。立体显示效果的方式，因此被称为空间多功。柱状透镜式柱状透镜式 3D 立体显示（立体显示（Lenticular Lenses）柱状透镜式柱状透镜式 3D 立体显示屏幕，是在屏幕表面设置垂直排列的圆柱状凸透镜薄膜，立体显示屏幕，是在屏幕表面设置垂直排列的圆柱状凸透镜薄膜，透过透镜折射来控制光线行进方向，让左右两眼接受不同影像产生视差呈现立体效果。透过透镜折射来控制光线行进方向，让左右两眼接受不同影像产生视差呈现立体效果。由与光线在通过凸透镜时，行进方向会折射而产生变化，因此只要将左右眼画面以纵向由与光线在通过凸透镜时，行进方向会折射而产生变化，因此只要将左右眼画面以纵向方式交错排列，再透过一连串紧密排列的柱状透镜，就能让左右眼看到各自的画面。方式交错排列，再透过一连串紧密排列的柱状透镜，就能让左右眼看到各自的画面。视差屏障式视差屏障式 3D 立体显示（立体显示（Parallax Barriers）视差屏障式视差屏障式 3D 立体显示屏幕，是在屏幕表面设置称为视差屏障立体显示屏幕，是在屏幕表面设置称为视差屏障的纵向栅栏状光学屏障来控制光线行进方向，让左右两眼接受不同影的纵向栅栏状光学屏障来控制光线行进方向，让左右两眼接受不同影像产生视差达成立体显示效果。由于左右眼视线通过栅栏状视差屏障像产生视差达成立体显示效果。由于左右眼视线通过栅栏状视差屏障的角度不同，因此会看到后面屏幕的不同部分，只要将左右眼画面以的角度不同，因此会看到后面屏幕的不同部分，只要将左右眼画面以纵向方式交错排列，就能让左右眼看到各自的画面产生立体感。纵向方式交错排列，就能让左右眼看到各自的画面产生立体感。分时多功式裸眼分时多功式裸眼 3D 立体显示立体显示 时间多功式裸眼 3D 立体显示是在同一个屏幕上，各切割一半时间来交替显示（分时）左右两眼画面（多功）以达成 3D 立体显示效果的方式，因此被称为分时多功。指向性背光分时式 3D 立体显示指向性背光分时式 3D 立体显示，是藉由指向性背光膜搭配左右配置的背光光源，以高速交替方式分别朝左右眼显示不同画面来达成立体显示效果的方式。由于指向性背光膜可以控制光线射出的方向，因此能将左右画面分别投射到观看者的左右眼中。当屏幕右侧的背光光源亮起时，就会透过指向性背光膜射出朝左眼方向的光线，用来显示左眼画面。当左侧的背光光源亮起时，就会透过指向性背光膜射出朝右眼方向的光线，用来显示右眼画面。藉由左右画面高速交替显示，就能平顺的显示立体影像。由于指向性背光方式采用分时多功，因此每次都能以面板的完整解析度来显示画面，不像空间多功只能以面板的一半解析度来显示画面。而且只要左右两侧的背光光源同时亮起，就能切换为 2D 显示模式。不过由於左右眼画面是以指向性的方式显示，因此只有从屏幕正面观看时才能看到立体影像，而且当屏幕旋转 90 度时就无法显示立体影像。指向性背光分时式 3D 立体显示产品目前仍处于研发阶段。上文所述的是我们常见的上文所述的是我们常见的3D显示技术一些基本常识。随着科学技术的不显示技术一些基本常识。随着科学技术的不断发展，还有很多厂商都在研发新的断发展，还有很多厂商都在研发新的3D显示技术，下面，我们就来进行显示技术，下面，我们就来进行简单的介绍。简单的介绍。透镜透镜3D液晶显示技术液晶显示技术该该技技术术是是由由飞飞利利浦浦和和夏夏普普共共同同创创导导，其其不不需需要要佩佩戴戴眼眼镜镜，它它是是利利用用在在液液晶晶的的最最表表层层添添加加了了数数组组透透镜镜，而而在在这这层层凸凸透透镜镜数数组组上上形形成成影影像像。其其中中每每个个透透镜镜以以液液晶晶像像素素成成一一个个小小的的角角度度摆摆放放，并并且且对对应应了了7个个液液晶晶Cell，每每一一个个液液晶晶像像素素有有3个个液液晶晶Cell组组成成，具具备备呈呈现现RGB三三色色的的功功能能，再再加加上上根根据据特特殊殊的的算算法法，在在液液晶晶Cell中中形形成成不不同同颜颜色色，而而最最终终形形成成影影像像，确确保保让让观观看看者者在在左左、右右眼眼上上形形成成不不同同的的图图像像，这这样样就就可可以以看看到到逼逼真真的的三三维维效效果果，缺缺点点是是如如果果观观看看液液晶晶的的角角度度不不同同，因因为为Barrier的的效效果果减减弱弱，而而无无法法看看到到三三维维效效果果，而而且且多多焦焦点点影影像像极极易造成眼睛疲劳。易造成眼睛疲劳。DFD立体显示技术立体显示技术DFD（Depth-Fused 3D）是是日日本本NTT根根据据全全新新的的错错视视原原理理开开发发的的景景深深融融合合型型立立体体影影像像技技术术，其其利利用用两两片片液液晶晶显显示示器器与与half mirror，开开发发不不需需特特殊殊眼眼镜镜就就可可以以观观赏赏的的立立体体影影像像的的技技术术，这这种种立立体体影影像像制制作作原原理理称称为为REAL。REAL立立体体影影像像的的制制作作过过程程是是先先利利用用一一般般摄摄影影机机、相相机机、闪闪光光灯灯摄摄影影等等方方式式拍拍摄摄影影像像，然然后后取取一一般般摄摄影影与与闪闪光光灯灯摄摄影影拍拍摄摄影影像像灰灰色色度度两两者者的的差差分分，再再与与一一定定峰峰值值比比较较藉藉此此获获得得二二值值化化（0与与1的的数数字字元元元元化化）的的影影像像，接接着着抽抽出出所所谓谓的的近近影影像像领领域域，最最后后再再将将Relief状状景景深深添添加加至至近近影影像像领领域域内内。被被照照物物景景深深形形状状除除了了球球体体比比较较接接近近真真实实景景深深外外，其其它它物物体体都都会会出出现现某某种种程程度度的的差差异异，只只要要近近影影像像与与远远影影像像两两者者前前后后关关系系维维持持正正确确，且且景景深深为为连连续续性性平平滑滑状状的的话话，通通常常利利用用肌肌理理描描绘（绘（texture）作补正，就可以获得非常协调的立体影像。）作补正，就可以获得非常协调的立体影像。手机手机3D显示技术显示技术除除了了桌桌面面显显示示器器外外，手手机机、PDA等等掌掌上上设设备备的的显显示示屏屏幕幕也也将将会会采采用用3D显显示示技技术术。近近期期，三三星星为为我我们们展展示示了了一一款款针针对对手手机机设设备备开开发发的的3D OLED面面板板。考考虑虑到到便便携携性性，这这类类手手机机3D屏屏幕幕不不会会要要求求人人们们佩佩戴戴专专用用的的3D眼眼镜镜。除除了了三三星星外外，如如东东芝芝等等厂厂商商也也推推出出了了相相关关的的技技术术，其其原原理理是是通通过过覆覆盖盖在在屏屏幕幕上上的的一一层层特特殊殊的的“透透镜镜”实实现现的的。它它可可以以把把小小型型显显示示屏屏中中显显示示的的图图像像“分分开开”称称两两幅幅略略微微不不同同的的画画面面，并并分分别别送送入入左左右右眼眼中中，让让画画面面变变得得立立体体有有深深度度。由由于于该该“透透镜镜”的的厚厚度度极极薄薄，人人的的肉肉眼眼甚甚至至无无法法直直接接看看到到它它的的存存在在，不不会会影影响响到到画画面面的的正正常显示。常显示。总结总结 眼睛式3D显示技术已经具备进入家庭的条件3D电视的用户体验还不够好，目前只适合成为电视机的附加功能从技术路线看。3D电视只是目前产品的升级，产业链格局不会有太大变化随随着着技技术术的的进进步步，3D显显示示技技术术和和普普通通消消费费者者的的距距离离已已经经越越来来越越近近，它它不不再再是是行行业业用用户户的的专专利利。在在三三星星和和优优派派均均推推出出游游戏戏性性3D显显示示器器后后，人人们们可可以以将将3D显显示示器器搬搬到到卧卧室室内内，而而不不用用和和其其他他人人一一起起挤挤在在电电影影院院中中观观看看。凭凭借借着着身身临临其其境境的的立立体体画画面面，3D显显示示器器对对高高端端游游戏戏玩玩家家而而言言拥拥有有极极大大的的吸吸引引力力。除除了了针针对对个个人人用用户户外外，3D显显示示器器同同样样适适合合于于商商用用以以及及科科研研，如如展展示示分分子子结结构构模模型型、军军事事目目标标、文文物物艺艺术术品品展展示示、会会展展、大大企企业业形形象象展展示示等等各各领领域域发发挥挥其其独独特特的的作作用用。相相信信随随着着3D技技术术进进一一步步成成熟熟，我我们们今今后后会会在在生生活活的的各各个个领领域域中中看看到到3D显示设备的身影。显示设备的身影。Thanks forlistening！