3D裸眼技术的未来趋势
目前,3D裸眼显示器在诸多领域已得到了成功的应用,但还存在分辨率、可视角度和可视距离等诸多问题。因为3D画面的闪烁感太强,造成观看时间过长,会出现头晕等不适症状。为了保证观看效果,观看者所在的位置必须正对屏幕,双眼也要与屏幕保持水平。裸眼3D显示画面观看不能像以往2D画面可以随心所欲多角度观看。
全息投影技术可以完美的解决以上两个问题。全息投影是一种无需配戴眼镜的3D技术,观众可以看到立体的虚拟人物。全息立体投影设备不是利用数码技术实现的,而是投影设备将不同角度影像投影至一种全息膜上,让你看不到不属于你自身角度的其他图像,因而实现了真正的全息立体影像。
全息投影技术得到了越来越广泛的应用。2010年上海世博会中,多个国家馆就采用了全息投影技术,其亦幻亦真的感觉,带给人全新的视觉体验。可以把远处的人或物以三维形式投影在空气之中。《阿凡达》视觉团队把这一技术应用在湖南卫视2012跨年演唱会的舞台上,不必借助3D眼镜、IMAX屏幕,如幻似真的奇幻场面就呈现在舞台现场。全息投影技术本质上是通过空气或其它特殊的介质形成立体的影像,突破了传统的声、光、电等介质的局限性,成像色彩鲜艳,对比度、清晰度都非常高,强烈的空间感和透视感是这种技术最具魅力之处。许多专业人士及学者一致认为,全息投影有望超越当前的各种3D技术,成为终极立体显示解决方案。
3D裸眼技术的发展现状
目前,裸眼3D技术应用尚未普及,但相关技术正日趋成熟。在众多3D解决方案中,比较主流的裸眼3D技术分别是:柱状透镜式;指向光源技术;多层显示式;视障光栅式这四种。其中最受厂商喜爱的裸眼3D技术为柱状透镜式和视障光栅式。
对比这两种裸眼3D技术,各有优缺。视障光栅式也称为狭缝光栅式。基本的原理是利用小孔成像的原理,通过光栅遮挡的技术实现立体成像。在屏幕表面设置称为“视障光栅”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,虽然这种技术制造简单,较易实现,但存在因亮度损失高导致清晰度较低的缺点。因此,视障光栅式的优势是,可与既有的LCD
液
晶
工
艺
兼容,在量产性和成本上有可控性。不足之处是画面亮度低,分辨率会随着显示器在同一时间播出影像的增加呈反比降低。
光屏障式3D技术也被称为视差屏障或视差障栅技术,其原理和偏振式3D较为类似,是由夏普欧洲实验室的工程师十余年的研究成功。光屏障式3D产品与既有的LCD
液
晶
工
艺
兼容,因此在量产性和成本上较具优势,但采用此种技术的产品影像分辨率和亮度会下降。
光屏障式3D技术的实现方法是使用一个开关液晶屏、偏振膜和高分子液晶层,利用液晶层和偏振膜制造出一系列方向为90°的垂直条纹。
光屏障式(Barrier)技术
这些条纹宽几十微米,通过它们的光就形成了垂直的细条栅模式,称之为“视差障壁”。而该技术正是利用了安置在背光模块及LCD面板间的视差障壁,在立体显示模式下,应该由左眼看到的图像显示在液晶屏上时,不透明的条纹会遮挡右眼;同理,应该由右眼看到的图像显示在液晶屏上时,不透明的条纹会遮挡左眼,通过将左眼和右眼的可视画面分开,使观者看到3D影像。
优点:与既有的LCD
液
晶
工
艺
兼容,因此在量产性和成本上较具优势。
缺点:画面亮度低,分辨率会随着显示器在同一时间播出影像的增加呈反比降低。
光屏障式3D技术也被称为视差屏障或视差障栅技术,有欧洲夏普的研究人员耗费十年的时间,最终研制成功。它实现的方法主要是使用一个开关液晶屏、偏振膜和高分子液晶层,利用液晶层和偏振膜制造出一系列方向为90°的垂直条纹,通过它们的光就形成了垂直的细条栅模式,称之为“视差障壁”。在立体显示的模式下,显示应当由左眼看见的内容时,不透明的条纹便会遮挡右眼;同理,显示应当由右眼看见的画面时,便会遮挡左眼,通过将观看者的左眼与有眼的画面分开,来达到立体显示的效果。
光屏障式
不过光屏障式3D技术并不是特别的成熟,虽然在量产性和生产成本的控制上具有较大的优势,但是,由于其采用的是遮挡光的方式,在显示画面的过程中,便会损失很大部分亮度和分辨率,通过这种技术,人们很难享受到高清的3D画面。
相比较而言,柱状透镜式技术则是利用光的折射原理实现立体成像。通过在屏幕表面设置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,与狭缝光栅技术相比,使用这种技术几乎没有屏幕亮度的损失。其优缺点与光栅式正好相反,3D技术显示效果更好,亮度不受到影响,但与现有LCD
液
晶
工
艺
不兼容,需要投资新的设备和生产线才能投入量产。对于这两种技术的商业化现状,光栅式的技术复杂度较柱状透镜式低一些,目前市场上该类产品较多,其中包括夏普推出的3D手机,任天堂的3DS游戏机等等。但由于视差障壁技术立体显示效果和亮度较差,很难给消费者带来完美的用户体验,反响比预期差。
柱状透镜(Lenticular
Lens)技术也被称为双凸透镜或微柱透镜3D技术,其最大的优势便是其亮度不会受到影响。柱状透镜3D技术的原理是在液晶显示屏的前面加上一层柱状透镜,使液晶屏的像平面位于透镜的焦平面上,这样在每个柱透镜下面的图像的像素被分成几个子像素,这样透镜就能以不同的方向投影每个子像素。于是双眼从不同的角度观看显示屏,就看到不同的子像素。不过像素间的间隙也会被放大,因此不能简单地叠加子像素。让柱透镜与像素列不是平行的,而是成一定的角度。这样就可以使每一组子像素重复投射视区,而不是只投射一组视差图像。
柱状透镜(Lenticular Lens)技术
之所以它的亮度不会受到影响,是因为柱状透镜不会阻挡背光,因此画面亮度能够得到很好地保障。不过由于它的3D显示基本原理仍与视差障壁技术有异曲同工之处,所以分辨率仍是一个比较难解决的问题。
优点:3D技术显示效果更好,亮度不受到影响。
缺点:相关制造与现有LCD
液
晶
工
艺
不兼容,需要投资新的设备和生产线。
柱状透镜(Lenticular Lens)技术也被称为双凸透镜或微柱透镜3D技术,它实现的原理是在液晶显示屏的前面加上一层柱状透镜,让液晶屏的像显示平面与凸镜的平平面结合,在每个柱透镜下面的图像的像素被分成几个子像素,这样就能够像不同的方向投射子像素。当观众在观看显示屏时,由于双眼所处的角度不同,便接收到了不同的像素点叠加的不同画面,从而产生3D的效果。当然这种叠加并不是简单的叠加,由于角度的差别,这种叠加会产生一定的角度。
柱状透镜技术
柱状透镜技术相对于光屏障式显示技术来说,在亮度上,不会造成损失,从而,观看者可以通过这种技术,享受到真正的高亮度的3D内容。不过,由于在原理上与光屏障式大同小异,所以,在显示时,仍然会损失掉很大部分的分辨率,观看者仍然不能够享受到高清的3D显示效果。再者,柱状透镜技术由于与现有的LCD制造工艺不兼容,所以生产成本很高,要推广普及非常的困难。