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3D与浸润式显示技术与应用

编辑:zhanghexun 2014-12-04 09:29 浏览 评论 0 赞    来源:  集微网

  利用人类两眼视差产生立体景深的3D显示技术由来已久,数十年前就有廉价的红蓝滤光眼镜,应用于电影院;2009年电影阿凡达(AVATAR)所带动的全球3D显示应用的狂热,从3D电视、显示器、投影机,到显卡、笔电、平板、游乐器、手机等加入3D立体显示应用,后来结合穿戴式装置的头盔显示器等扩增实境/浸润式显示技术,让画面人物变得更立体、更生动。

  3D显示技术演进趋势

  3D显示技术,依照是否携带辅助观察的装置配件与否,而区分成眼镜3D(Stereo 3D with glasses)与裸眼3D(Naked 3D without glasses)两大类。3D眼镜广为目前大尺寸液晶电视、显示器、显示卡与笔电所使用,至于裸眼3D技术仍在开发阶段,受限于液晶面板成本高且有可视点数的限制,初期以掌上型游乐器、手机、平板等中小型液晶面板为主的应用,后面将详述其技术分类以及相关应用。

东京1.5分彩登陆   3D立体显示技术趋势逐渐从主动式眼镜、偏光式眼镜,朝向裸眼3D技术发展。

  裸眼3D应用于掌上游乐器、智能手机、超大尺寸电视。

  眼镜3D又可分为快门式眼镜(Shutter Glasses)与偏光眼镜(Polarization glasses),以及头戴显示器(Head Mount Displays;HMD)三大类。快门式眼镜又称为主动式3D眼镜技术(Active 3D Glasses)。

  3D显示器以高达120~240Hz的屏幕刷新频率,连续性的交叉显示左、右眼的画面;藉由快门眼镜快速切换、遮蔽左右眼,使左右眼各自看到正确的左右眼画面,在大脑内呈现出具深度感的立体影像。此技术不会牺牲3D画面解析度且立体效果良好,但少数人观看主动式3D眼镜的显示会有头晕不舒服的情况。

东京1.5分彩登陆   目前像三星(Samsung)、Panasonic、Sony Bravia等3D电视、NVIDIA 3D Vision、3D Vision2等产品均是使用此快门式眼镜技术。

  至于偏光眼镜又称被动式3D眼镜(Passsive 3D Glasses)技术。在TV/Monitor前面贴上一层微偏光膜(Micro-retarder),?用光的偏振方向将左眼与右眼的影像分离,当观赏者戴上偏光眼镜时即可正确地分别看到左、右眼画面产生3D效果。其优点在于成本低,但解析度会降为原来一半,且亮度也会拉低。目前以乐金(LG)3D电视,宏碁(Acer)、联想(Lenovo)笔电采取偏光眼镜技术。

  头戴显示器(Head Mount Displays;HMD),头盔装置内部分别有供左右眼独立观赏的微型显示器,于大脑内形成视觉暂留并合成立体图像,不仅能带来浸润式的还场显示效果,应用在虚拟实境或扩增实境(AR)的应用上也极为普遍。

  眼镜3D显示的应用

  在阿凡达带动3D显示热潮下,2010年各电视大厂纷纷推出采主动式3D或被动式3D眼镜的3D电视。全盛时期具备3D眼镜的3D电视,在全球电视的市场渗透率超越3成;即便2011年市场焦点转向智能连网电视(Smart TV/Connected TV),各电视大厂仍然在主力中高阶机种保留了3D眼镜做为选配规格。

  至于在X86架构的桌机、笔电方面,绘图晶片龙头辉达(NVIDIA),从13年前GeForce3 Ti500,就推出运用两眼视差使PC具备3D立体显示技术的3D眼镜技术。2009年GeForce GTX 200系列显示卡开始推nVIDIA 3D Vision套件。

  到2011年推出第二代3D Vision2套件,由一组红外线技术的主动快门式眼镜,须搭配NVIDIA的显示卡/图形晶片,120Hz垂直更新频率的显示器,就可以游玩具备3D立体显像效果的游戏、蓝光电影、3D相片与YouTube 3D网路影片。华硕 G53J、G73,惠普(HP) Envy 17 3D、新力(SONY) VAIO F217、F219等3D笔电,便采用NVIDIA的3D Vision2技术。

东京1.5分彩登陆   AMD则是在 Radeon HD 5000绘图晶片/显示卡产品,提供AMD HD3D技术来做3D立体显示的输出。搭配TriDef 3D、iZ3D等第三方3D显示软体技术,只要显示器符合HDMI 1.4a所规范的Frame Packing(1080p@24Hz、720p@50/60Hz)、Side-by-Side(1080i@50/60Hz)与Top-and-Bottom(1080p@24Hz、720p@50/60Hz)等3D格式,搭配第三方厂商提供的3D眼镜(主动式快门或偏光式),就可以驱动游戏、YouTube 3D影视或Blu-ray蓝光影碟的3D立体显示技术。目前有宏碁(Acer) 5738DG/3740DG等3D笔电,支援偏光式3D眼镜的显示。

  至于Intel从第二代Core i3/5/7处理器(Sandy Bridge)的Intel HD Graphics 2000绘图处理器开始,到第四代Core i3/5/7/-4xxx系列所搭配的Intel HD Graphics 4200/4400/4600/5000,Iris Graphics 5100与 Iris Pro Graphics 5200绘图晶片,搭配支援HDMI 1.4a的S3D显示器,搭配第三方厂商提供的主动快门式3D眼镜,就可以驱动游戏、YouTube 3D影视或Blu-ray蓝光影碟做3D立体显示。但支援InTru 3D显示技术的厂商与产品较为少见。

  裸眼3D显示的应用

  裸眼3D技术目前有:1.全像投影(Holographic)。2.体积式(Volumetric)。3.视差光栅(Parallax Barrier)。4.柱状透镜(Lenticular;LC)。5.分时多工(Time-multiplexed)。

  全像投影式利用红、绿、蓝3色雷射光源各自经过调变器产生相位型光栅,雷射光在经过全像片合并之后,以垂直扫描镜及多面镜进行垂直及水平的扫描,使立体影像呈现出来。2014年5月Billboard音乐颁奖现场,就利用全像投影技术,让已逝的摇滚巨星麦克.杰克逊,活生生的重现于现场观众与世人面前。

  体积式则是由德仪所开发的雷射3D投影技术,以雷射光照射在一个高速旋转盘上的散射现象,于一个玻璃密闭空间内显示立体物件的每一个点并组成立体影像。但缺点在于投影物件体积受到限制,且越靠近中央转轴解析度越低。

  视差光栅则是利用透光栅栏?控制左右眼画面的光线前进、折射方向,成本较低但有亮度与可观视角/点数限制,显示2D文字时较不清晰。目前为LG Optimus 3D、HTC Evo 3D等智能手机,任天堂3DS游戏器与佳的美(Gadmei)裸眼3D平板所采用。而2013年则分别有飞利浦、友达、东芝、京东方等开发出具备9个视点55寸显示电视/面板。

  柱状透镜利用液晶分子因通电的扭转使光线通过时造成折射现象,形成垂直柱状透镜的聚焦效果,优点是??高;若搭配摄影镜头追踪观赏者还可以作到全视角,但相对成本偏高。友达于2011~2012年展示出柱状透镜技术,搭配摄影机的全视角裸眼3D显示面板。东芝(Toshiba)的Qosmio F750、F855,华硕(ASUS) ROG G53SX等笔电机种使用柱状透镜的裸眼3D面板技术。

  分时多工技术又称为指向背光板(Directional Backlight)技术。以一组指向性背光板搭配快速反应面板,快速切换显示左、右眼影像让使用者观看形成3D影像。目前3M掌握相关专利,并曾开发出10寸中小尺寸显示面板,能够在不减低光源、色泽与亮度下,达到某个范围视角内裸眼3D显示效果。

  浸润式VR将取代近距离3D立体显示

  新一代的浸润式虚拟实境(Immersion VR)显示技术,像是Google Glass引领的智能眼镜、虚拟实境眼镜(VR Glasses)旋风,其技术是以迷你投影机透过棱镜反射之后,进入眼睛在视网膜中成像,营造出从2.4公尺的距离来看25寸屏幕一样,且具备640x360的解析度。Epson Moverio BT-200则把耳机与控制主机另外做成配件,眼镜配件上仅960x540解析度的Display、Camera与Sensor。

  在专业领域市场则有SBG Labs的DigiLens系列、MicroOptical的MV-1产品等。Innovega在CES 2014首度展示的iOptik隐形眼镜+智能眼镜的全新产品。

  头戴式显示装置(HMD)部分,例如Sony的HMZ-T1、HMZ-T3W可直接戴在头上即可,享受剧院级的蓝光电影或进行游戏。被Facebook于2014年3月购并的Oculus公司Rift DK2,解析度提升至Full HD,玩家可透过头部与身体的移动来控制游戏主角。

  Technical Illusions公司的castAR为结合看穿式HMD功能的智能眼镜,搭配魔杖(castAR Wand)以手势控制来进虚拟游戏。2014年9月META推出META Pro SpaceGlasses,比Google Glass画面大15倍与40度视角之先进AR,能将用户的手机或电脑屏幕投射在眼镜上。

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