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3D display technology

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3D 显示技术:让科幻走进大众生活 摘要 3D 显示对于大多数人来说其实并不陌生。相信很多人都看过 3D 电影,只要戴上一副特制 的眼镜,我们就能进入到仿佛真实的电影 3D 世界中——看到立体逼真的恐龙、具有震撼力 的火山喷发场面,以及那些触手可及的 ET 外星人。这一切都那么有棱有角、有血有肉,真 实得让人不敢相信自己的眼睛,这就是过去十年来借助立体眼镜实现的 3D 显示技术。随着 显示技术的发展,让大家摆脱立体眼镜的束缚,自由自在通过裸眼观看 3D 视频的新想法在 源源不断被尝试,这一领域也成为技术发展最为迅速的热点之一。

关键词:3D 显示

3D 显示对于大多数人来说其实并不陌生。相信很多人都看过 3D 电影,只要戴上一副特制 的眼镜,我们就能进入到仿佛真实的电影 3D 世界中——看到立体逼真的恐龙、具有震撼力 的火山喷发场面,以及那些触手可及的 ET 外星人。这一切都那么有棱有角、有血有肉,真 实得让人不敢相信自己的眼睛,这就是过去十年来借助立体眼镜实现的 3D 显示技术。随着 显示技术的发展,让大家摆脱立体眼镜的束缚,自由自在通过裸眼观看 3D 视频的新想法在 源源不断被尝试,这一领域也成为技术发展最为迅速的热点之一。

千百年来, 人类一直在思考如何能够使自己变得更加快乐。 显然在解决温饱问题以后, 视觉、 听觉、触觉、嗅觉的愉悦体验成为人们追逐的目标。随着音视频技术的发展,视觉、听觉的 虚拟体验逐渐走向深入。我们记载的美妙声音逐渐从留声机到磁带机再到 CD 机,越来越清 晰;我们听到的声音从单声道到两声道再到杜比立体声,越来越真实。与此同时,我们看到 的画面从黑白到彩色,从模拟到高清,从 480i 到 1080p,清晰度不断提升。人们依然没有停 止追逐终极体验的步伐,不断在实现一个梦想后向另一座高峰发起攀越的号角。在 3D 音效 成为现实以后,3D 显示就成为后高清时代显示领域的珠穆朗玛,攀越它成为视频显示研究

人员的新梦想。

3D 显示技术的发展历程

其实人类追求 3D 显示的历史已经非常久远。早在 1838 年,英国物理学家查尔斯惠斯通 (Charles Wheatstone)就构建了一种由棱镜和镜子组成的器材立体镜(stereoscope), 使人可以从 一对二维图像中观察到三维效果,首次发现了双眼视差在立体知觉中的作用。

在不断的摸索中,人们逐渐发现 3D 显示的基础原理并不复杂,它主要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。通常来讲,所

有的立体显示产品都要实现这样一个过程:首先,要产生两幅具有视差的画面。这一点并不 困难, 对于真实的场景, 可以用两架照相机相距一定的距离同时拍摄即可得到具有视差的两 幅画面;对于 3D 游戏,则可通过计算来得到具有视差的两幅画面。之后要在显示器上显示 出来。这有两种方式,一是在同一帧画面上同时显示这两幅具有视差的画面,二是用两帧画 面一前一后显示这两幅具有视差的画面。最后就是要通过各种方法让左眼只看到左眼的画 面,右眼只看到右眼的画面,这样就可以在*面的显示产品上显示真实的立体效果。

根据这个原理,科学家们开发出了眼镜式的 3 D 显示技术,根据原理的不同,可以分为快门 眼镜(Shutter glasses) 、偏光眼镜(Polarization glasses) 、红绿眼镜(Anaglyph) 、明暗眼镜 (Pulfricheffect) 和头盔式显示器(HMD) 五种。这些 3D 眼镜显示效果良好,但是由于需要眼 镜辅助给使用带来了不便,从上世纪九十年代开始,人们逐渐转入对裸眼 3D 技术的开发。

全新的 3D 显示技术及产品

英国 Reality Vision 公司较早提出了 HAD(Holographic Autostereoscopic Display,全息自动立 体显示)技术概念, 是裸眼式 3D 技术的重要进步。 HAD 其实就是 LCD 显示技术的简单综合, 它将 LCD 显示系统里的背景光源换成了 HOE(Holographic Optical Element,全息光学单元),

这样一来整个显示系统被分割成了分别对应于每只眼睛的两个相互*行的子系统, 从而产生 与立体电影相雷同的效果。 不过这种显示原理还是有一定的缺陷, 那就是一旦用户观察的位 置产生偏移,显示效果就会模糊。因此,设计者又对其增加了一个同步系统:让用户配戴一 个很小的位置跟踪器, 显示器依据跟踪器采集到的用户位置变化信息实时地旋转和调节好屏 幕的最佳观察位置。

位于新西兰的 DVI(Deep Video Imaging)公司也发展了同类技术 MLD(Multi-Layer Display, 多层显示技术),利用多层 LCD 前后排列,分别显示前景与后景,形成前后深度感。利用 前后景的明暗差,配合景物相对关系的巧妙设计,避免重影的现象,不过当角度大时这种情 况仍然难免。 于 2003 年就展示了由其合作伙伴 LG/Philips 的 LCD 部门加工的 38.1cm(15 DVI 英寸)样机,它可以提供两种不同的分辨率:1024×768 和 1280×1024。按照厂商的说法,该 类产品不仅可以让显示的画面更生动, 而且有助于缓解观察者眼睛的疲劳。 至于电脑显示系 统的配合问题,据说当前任何厂商生产的高性能视频显示卡都可以支持 MLD 产品。虽然该 技术在设计和生产原理上看似是两个 LCD 面板的拼合,不过其生产成本较高,经过多年仍 未能最终实现市场化。

除了专业的 3D 显示研究公司,3D 立体显示也已被各大电视厂商作为液晶后的最新研究方 向。欧盟已投入 700 亿用于 3D 立体显示研究,主要由 Philips 主导的 ATTEST 联盟进行研 发;日本则先后成立 HODIC、TAO、3D Consortium 、及 3D Business Promotion Consortium 等组织,以电视厂商为主,联合 200 多家公司共同研发 3D 显示;韩国则提出了“2010 年 3D 视觉”政策,计划到 2010 年实现大多数显示产品和记录设备与 3D 立体格式转换。

在大厂的介入下,多年来裸眼式 3D 技术已经取得了很大的成果。日本夏普公司在 2006 年 就推出 3D 手机、3D 笔记本和 3D 液晶显示器。美国 Provision 公司在 2 月底举行的 “DigitalSignageExpo”展会上展示了一款无需特制眼镜就可以看到在空间悬浮的立体影像的 投射型 3D 显示屏。而苹果公司的一项专利申请则更是引起全世界的关注,该公司表示已经 开发出一种新型显示系统,观众不需要配戴任何的头载式辅助装置,就能够提供一种全像 3D 立体显示与真实的观赏体验,显然 3D 显示市场上如果能够出现一款像 iPod 一样的产品 还是十分让人期待的。

而一些电视生产大厂也继续推出了改良后的 3D 显示产品。在今年 1 月的 CES 大展上,三 星展出了一款支持 3D 显示的背投电视以及一款可以显示 3D 图像的等离子电视。而在 2 月 底举行的“DigitalSignageExpo”展会上, 显示则从以往的几乎没有变成了厂商的竞相展出, 3D 其中飞利浦展示了 20 英寸、42 英寸、以及 9 枚 42 英寸并排形成的相当于 126 英寸的 3 款 3D 显示屏,而 LG 则展示了采用 42 英寸全高清液晶面板的 3D 显示屏。虽然这些设备还需 要外接眼镜去实现 3D 显示,但是我们已经可以看到国际大厂在逐渐重视 3D 显示领域。

在国内,也有数十家公司在研究 3D 立体显示技术,由于缺少电视厂商的支持,国内研究成 果一直受到的关注不多。 超多维科技公司是国内较早进行此方面研究和应用的公司, 他们于 2006 年末推出了全球最大的 63 英寸 3D 液晶显示器“HDB—63”,而由超多维科技研发的 SuperD 系列 3D 显示器则采用“裸眼多视点”技术, 通过在屏幕上提供 9 幅画面来达到裸眼观 看的立体效果。SuperD 系列对光线没有要求,在自然光、日光,甚至灯光直射的情况下都 可以观看。更为有趣的是,画面中的物体可以跃出屏幕,视觉纵深最大可达正负 1.5 米,技 术与国际先进水*基本达到了一致。据了解超多维科技已开始准备 3D 显示器的量产,将投 资 10 亿元在深圳成立 6 万*方米的立体显示生产研发基地。

另一个 3D 立体显示技术厂商欧亚宝龙国际也率先将立体显示器用于广告领域,其立体广告 网络已被部署在香港地铁、国内机场、北京商场等场所。

由于今年来国际电视厂商纷纷推出自己的 3D 显示设备,国内电视业界也开始逐步关注这个 市场,TCL 就于今年在北京新闻大厦展示了其 3D 高清液晶电视,这款 3D 高清液晶电视是 其和美国 SPECTRONiQ 公司共同研发的结晶。该产品形成 3D 影像的原理是:立体采用微 相位补偿片, 将液晶屏发出的光转换为左旋和右旋的圆偏振光发送, 经过高精度作业粘粘在 电视屏上的 3D 转换膜,将左右眼图像独立送入人眼,从而形成立体图像。人类是通过两眼 之间“视差”(Parallax)来产生立体感觉,由于两眼观看到场景轮廓不尽相同,看到的影像有细 微差别,大脑根据这两个场景进行综合处理,产生出精确的 3D 立体图像。TCL 此款新品定 位为消费电子领域,并计划于 2008 年年底在北美和国内先后上市。

3D 显示产品的市场及发展制约因素

随着各国大厂的关注和重点推广,未来的 3D 显示市场看好。据美国计算机协会图形图像分 会年会报告的统计, 显示技术应用发展迅猛, 2004 年的 474 亿美元到达 2008 年的 889 3D 从

亿 美 元 , 累 计 年 增 长 率 约 为 13 % 。 专 注 于 电 子 显 示 器 产 业 技 术 和 市 场 研 究 的 iSuppli/StanfordResources 公司发表报告称,受个人市场推动,全球 3D 显示器交货量在 2004 年达 290 万台,并且未来几年将以 18%的复合增长率增长。3D 显示技术在未来可广泛应用 于广告传媒、会展、军事模拟、医疗、博物馆、形象展示等方面,前途不可限量。

但也应该看到,目前 3D 显示产品的价格还偏高,进入家庭应用还需时日,例如飞利浦的 20 英寸立体电视售价为 5000 美元,42 英寸高达 1.3 万美元。超多维日前在国内展示的立体显 示器和立体电视目前处于定*锥危⑽创罅可谐∈奂鄞蛹竿虻绞竿蛟坏取9 售价令 3D 立体显示技术暂时只能应用军事、科研和商用领域,难以打入民用市场。

健康和安全也是 3D 显示技术急需攻克的难题。研究结果显示,观众在观看立体影像会使眼 睛迅速地来回移动,易造成眼睛疲劳。

3D 内容的匮乏也是制约 3D 显示设备普及的重要因素。 目前大多数电影和电视都是用 2D 制 作的,3D 的内容十分匮乏,不过这个现象将逐步得到改善,迪斯尼公司就宣称未来 4 年内, 将由旗下的迪斯尼动画和 Pixar 动画推出 10 部新的动画影片,其中 8 部为立体 3D 格式,内

容包括 3D 立体重制的《玩具总动员》《汽车总动员》系列及两部新的童话故事。 、 《泰坦尼 克号》 (Titanic)的导演詹姆斯卡梅隆就也拍摄了备受瞩目的 3D 科幻电影 《神之化身》 (Avatar), 并且他还表示未来在一些剧情片中都将尝试运用 3D 技术拍摄。有了知名的影片公司和导演 的支持,未来的 3D 显示片源方面应该能够得到一定的改善。

写在最后

虽然 3D 显示技术还存在一些急需解决的问题,但是从源源不断推出的新品,我们可以看到 实现显示技术从 2D 到 3D 的超越已经越来越*,只要我们一同努力,跨越 3D 显示的技术 高峰,普及 3D 显示之梦将决不遥远。

http://www.eefocus.com/article/09-03/68391s.html




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