裸眼3D

裸眼3D

成像技術
裸眼3D(英文:Autostereoscopy)是對不借助偏振光眼鏡等外部工具,實現立體視覺效果的技術的統稱。目前該類型技術的代表主要有光屏障技術、柱狀透鏡技術。
    中文名:裸眼3D 外文名:Autostereoscopy,glasses-free 3D,glassesless 3D 所屬學科: 技術原理:視差障壁、柱狀透鏡技術 特點:無需3D眼鏡,立體效果 産品代表:任天堂3DS、裸眼3D手機

技術原理

計算機屏幕是平面二維的,人們之所以能欣賞到真如實物般的三維圖像,是因為顯示在計算機屏幕上時色彩灰度的不同而使人眼産生視覺上的錯覺,而将二維的計算機屏幕感知為三維圖像。

基于色彩學的有關知識,三維物體邊緣的凸出部分一般顯高亮度色,而凹下去的部分由于受光線的遮擋而顯暗色。

這一認識被廣泛應用于網頁或其他應用中對按鈕、3d線條的繪制。比如要繪制的3d文字,即在原始位置顯示高亮度顔色,而在左下或右上等位置用低亮度顔色勾勒出其輪廓,這樣在視覺上便會産生3d文字的效果。具體實現時,可用完全一樣的字體在不同的位置分别繪制兩個不同顔色的2d文字,隻要使兩個文字的坐标合适,就完全可以在視覺上産生出不同效果的3d文字。

如今主流的3D立體顯示技術,仍然不能使人們擺脫特制眼鏡的束縛,這使得其應用範圍以及使用舒适度都打了折扣。而且不少3D技術會讓長時間的體驗者有惡心眩暈等感覺。

光屏障式技術:光屏障式3D技術的實現方法是使用一個開關液晶屏、偏振膜和高分子液晶層,利用液晶層和偏振膜制造出一系列方向為90°的垂直條紋。這些條紋寬幾十微米,通過它們的光就形成了垂直的細條栅模式,稱之為“視差障壁”。而該技術正是利用了安置在背光模塊及LCD面闆間的視差障壁。通過将左眼和右眼的可視畫面分開,使觀者看到3D影像。

這種技術的優點是在成本上比較有優勢,像夏普的3D手機和任天堂的3DS遊戲機都是采用這種技術。不過采用這種技術的屏幕亮度偏低。

柱狀透鏡技術:柱狀透鏡技術也被稱為微柱透鏡3D技術,使液晶屏的像平面位于透鏡的焦平面上,這樣在每個柱透鏡下面的圖像的像素被分成幾個子像素,這樣透鏡就能以不同的方向投影每個子像素。

于是雙眼從不同的角度觀看顯示屏,就看到不同的子像素。柱狀透鏡技術并不會像光屏障式那樣影響屏幕亮度,所以其比後者的顯示效果要好。

産品代表

遊戲機

任天堂公司為了推動已經發布5年的DS遊戲機需求,計劃推出新的3DS掌上遊戲機,使用戶不需要特殊眼鏡就可玩三維遊戲。為了完成裸眼3D效果,N3DS将采用夏普的視差屏障(parallaxbarrier)技術液晶屏,該液晶屏已經被應用于部分手機上,但不适合大屏電視。

據任天堂公司介紹,新便攜遊戲機被命名為Nintendo 3DS(N3DS),并可玩為原先DS型号遊戲機制作的遊戲。N3DS的顯示屏将不到4寸,小于4.2寸的DSiLL。這次任天堂正式采用追加了電視、電影中運用的3D功能技術運用在遊戲裡,并将以次作為抗衡索尼等推出的便攜式設備、遊戲機等。“裸眼技術”進行3D表現,将會令“N3DS”成為世界上首個在遊戲機上普及該技術的主機。

在過去的30年裡,任天堂一直在試圖發覺3D遊戲的潛力。早在1980年,任天堂就開發了第一個商用的3D産品——一款3D眼鏡,可以配合持FC遊戲機的光盤播放器,但這個項目從未走出過日本,最後以失敗告終。

1995年,任天堂又開發出了Virtual Boy,一樣支持3D顯示,但還是遭到可恥的失敗。這幾年的經驗似乎在告訴任天堂,不要應用3D技術到Wii上。如今裸眼3d遊戲機3ds已經發售幾年了,改進版3dsll與3dsxl也已經推出,所有遊戲大都支持裸眼3d,但技術不成熟,人不能大幅度的搖頭,否則會有重影。

燈箱

裸眼3D燈箱,是利用人兩眼具有視差的特性,在不需要任何輔助設備(如3D眼鏡、頭盔等)的情況下,即可獲得具有空間、深度的逼真立體影像。畫中事物即可以凸出于畫面之外,也可以深藏于畫面之中。色彩豔麗、層次分明、活靈活現、栩栩如生,是真正意義上的三維立體影像。裸眼立體影像以其真實生動的表現力,優美高雅的環境感染力,強烈震撼的視覺沖擊力深受廣大消費者的青睐。

電視

3D平闆電視需要3D眼鏡絕對會是3D電視普及的一個障礙,因此裸眼3D技術成為衆多廠商的一個開發重點。

東芝于2010年12月下旬就上市了可裸眼觀看三維影像的液晶電視“Glass-LessREGZA GL1”。

為使裸眼3D電視早日投産,東芝采用了不同于需要使用專用眼鏡的“CELL REGZA”3D液晶電視的技術。在裸眼觀看3D影像顯示方面,采用在液晶面闆前方配置雙凸透鏡的“全景圖像方式”。液晶面闆是與東芝的集團公司——東芝移動顯示器共同開發的。

液晶面闆的1個像素相當于通常二維影像的9個像素。采用了将RGB三色子像素沿縱向配置,然後将其沿9視差橫向排列的特殊像素排列方式。通過這些措施,在左右15度的視角範圍内,“能夠觀看到既有銳度又很少有幹涉條紋的3D影像”。

顯示3D影像時,20英寸産品的像素數為1280×720,12英寸産品的像素數為466×350。由于顯示2D影像時,1個像素的9視差上都被分配到相同影像,所以影像的精細度極高。

顯示影像的内容方面,通過圖像處理,可将已有的2D影像和3D影像轉換為9視差影像。20英寸産品上配備了微處理器“Cell Broadband Engine”和基于多視差轉換用LSI的圖像處理電路。根據輸入影像來推定景深信息、生成9視差影像。

MP5

華旗數碼月光寶盒2010年12月上市裸眼3D MP5 PM5950 3D。該款産品可支持2D3D模式一鍵切換,4.3英寸TFT顯示屏,800*480分辨率高清晰顯示,支持觸摸操作,支持3D視頻或圖片播放,可自由選擇3D和2D模式。

光屏障式3D技術也被稱為視差屏障或視差障栅技術,其原理和偏振式3D較為類似。光屏障式3D産品與既有的LCD液晶工藝兼容,因此在量産性和成本上較具優勢,但采用此種技術的産品影像分辨率和亮度會下降。

移動設備

惠普公司的研究人員開發出了一種讓裸眼3D視頻能以較大角度在移動設備上播放的辦法,這樣用戶通過傾斜屏幕就能更完整地看到物體。科學家們利用納米技術将多個帶有微小溝槽的圓圈蝕刻到顯示屏的玻璃層上。

這些溝槽會使光線發生彎曲,從而可以從64個不同的視角觀看。通過移動屏幕,人們将在任一時刻透過這些視角中的兩個進行觀看,一個通過左眼,一個通過右眼,結果圖像就會以3D呈現。

不過,他承認這種效果不會和全息影像完全一樣,因為圖像不會像電影中莉亞的投影那樣遠遠突出于屏幕之外。這項技術不會很快就出現在電影院裡。法特爾說,雖然可以用電腦動畫技術來制作移動影像,但現場拍攝将需要一組64台攝像機同時拍攝一個物體。

裸眼3D手機最大的優勢就是擺脫了眼鏡的束縛,利用安置在背光模塊及LCD面闆間的視差障壁,通過将左眼和右眼的可視畫面分開實現3D畫面顯示,使觀者看到3D影像。

主流技術手段

目前主流的裸眼3D技術手段有:狹縫式液晶光栅、柱狀透鏡、指向光源等。

1、狹縫式液晶光栅。這種技術原理是在屏幕前加了一個狹縫式光栅之後,應該由左眼看到的圖像顯示在液晶屏上時,不透明的條紋會遮擋右眼;同理,應該由右眼看到的圖像顯示在液晶屏上時,不透明的條紋會遮擋左眼,通過将左眼和右眼的可視畫面分開,使觀者看到3D影像。

2、柱狀透鏡,這種技術原理是通過透鏡的折射原理,将左右眼對應的像素點分别投射在左右眼中,實現圖像分離。對比狹縫光栅技術最大的優點是透鏡不會遮擋光線,所以亮度有了很大改善。

3、指向光源,簡單說來就是精确控制兩組屏幕分别向左右眼投射圖像。

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