你还在带着笨重眼镜看3D- 裸视3D技术大全
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你还在带着笨重眼镜看3D? 裸视3D技术大全

接续上一篇 眼镜式 3D 的介绍后, 接下来小弟继续来聊一下裸视3D的一些技术原理

裸视3D可以分为三大类, 一类是空间多工式, 另一类是时间多工式, 还有就是很像未来世界的全像式与体积式3D, 以下就一一为各位介绍啦! 针对各个项目的内容, 这边也有一篇学术文章, 3D 立体显示技术之发展与研究, 写得满详尽的, 大家也可以参考看看啰!

目前立体显示技术分为 - 1. 眼镜式 2. 裸眼式

关于眼镜式的技术, 小弟上一篇也介绍的满多了, 有红绿眼镜(Anaglyph), 偏光眼镜(Polarization glasses), 快门眼镜(Shutter glasses)以及头盔式显示器(HMD), 但今天小弟要来介绍一下裸眼式的部份

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以下针对这篇学术文章[光学工程 98期] 3D 立体显示技术之发展与研究 做些小补充和新资讯给大家 (让小弟想到写论文的苦楚...)

空间多工式:

此技术是目前裸眼式的显示技术的主流, 原理是将不同角度的影像分别投射于空间中不同的位置, 让左眼与右眼分别接收两个不同角度的影像, 并在大脑中融合以形成立体资讯, 缺点是会降低约原先显示器一半的解析度.

有两种架构最广为被业界使用

1. 柱状透镜(Lens type):

此技术最早是由日本三洋(SANYO)提出, 原理是将液晶面板的画素分成数个奇数画素及偶数画素的影像对, 利用柱状透镜(Lenticular lens)将光线折射分到空间不同的角度上, 进而将奇数画素与偶数画素的影像, 分别投影至观赏者的两眼, 使观赏者能看到3D立体影像. 此技术的优点是亮度几乎不会损失, 但是缺点在于柱状透镜与液晶面板的对位必须十分精準, 才能使奇数画素对及偶数画素对的影像準确地投影至观赏者的左右眼, 加上柱状透镜时的製作不易, 常会使透镜表面不易平整, 进而产生散射, 此外, 若柱状透镜的间距(Pitch)控制不好, 例如在3D立体显示器的中央及边缘大小不一, 也会造成部分模糊的3D立体影像. 

这边把图示简单的分析给大家看

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2. 视差遮屏(Barrier type):

主推的公司有日本Sharp与韩国三星公司与LG公司, 任天堂推出的3DS也是利用视差遮屏(Parallax barrier)来进行分光, 视差遮屏的原理, 是以黑色与透明相间的直线条纹, 将其置于离显示器一小段距离, 由于这种类似光栅会遮蔽部分角度的光线, 使观赏者的其中一眼只能看到3D立体显示器奇数画素对, 观赏者另一眼则只能看到液晶面板偶数画素对, 以此来形成3D立体影像. 此技术的优点在于直接遮蔽掉观赏者原不该见到的另一眼影像, 观赏3D立体影像时不易产生叠影, 此外这种类似光栅的製作也比柱状透镜容易. 但缺点是因为会遮蔽部分的光线, 会大幅降低3D立体显示器的亮度, 背光的使用效率大约只有30%~40%, 与目前绿能省电的概念背道而驰.

原图可能稍有错误, 求证后, 小弟这边协助做些图示修正

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时间多工式

基本原理是提高显示器的更新率, 以不同时间间隔交替显示左右眼影像讯号与开启原先置于两侧背光模组的其中一组, 搭配3M 的「指向性背光 3D (directional back light unit 3D film)」, 其特殊的导光片图案(Light Guide Plate pattern)设计可以将原先射向四面八方的散射光导向观赏者的其中一眼, 所以能将左右画面分别投射到观赏者的左右眼中. 优点是不会牺牲显示器解析度, 但相对的由于左右眼画面是以指向性的方式显示, 目前这种技术也只能做到 2个视点而已, 因此只有正面从萤幕观看时才能看到3D立体影像, 当萤幕旋转 90 度时就无法显示立体影像.

这边将图层做些清楚的分层给大家了解

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全像式(Holographic Type)

以麻省理工学院为主所发展的, 利用红, 蓝, 绿三色雷射光源, 各自经过声光调变器晶体(Acoustic Optical Modulator, AOM), 产生相位型光栅, 带着光栅讯息的雷射光经过全像片合併之后, 利用垂直扫描镜(Vertical Scanning mirror)及多面镜(Polygonal mirror), 进行垂直及水平的扫描, 进而将立体影像呈现出来, 其优点为全像片的取得容易且技术成熟, 然而, 影像大小常受限于声光调变器晶体的大小, 且多面镜的扫描速度必须与三色雷射光源在晶体传播速度同步. 

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体积式(Volumetric)

德州仪器(Texas Instrument, TI)提出一种利用雷射扫描立体影像显示器, 又有人称之为体积式显示器. 如下图所示, 主要是利用一个快速旋转的圆盘, 配合由底下投影的雷射光源, 藉由雷射光源投射到快速旋转的旋转面时, 会产生散射的效应, 以扫描空间中的每一点, 其缺点是影像中央必须有一个旋转轴, 靠近轴心的影像旋转速度较慢, 立体影像较不清晰. 

以前小弟有介绍过, 这影片和论文可以算是搞互动科技的同学可以多多了解的好物!!

这篇论文 Rendering for an Interactive 360º Light Field Display 是一定要拜读的啦!!

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全像式及体积式可达到较佳的立体显示效果, 而且目前已经有实际的产品出现, 在今年6月的Computex也有展出, 只是应用在生活周边产品较不易, 也只有看到Epson 投影机有推出此概念的产品.

底下这影片是小弟在 Computex 拍的实际产品, 也给各位感受一下它的立体感.

裸视3D部分就介绍到这边, 下一篇文章要聊一个比较硬的话题, 也就是Cross Talk现象的成因, 还请大家多多指教. 最后还请大家多帮忙按个分享或是讚, 您的一点鼓励, 都是小弟继续写作的原动力, 感恩! 另外, 小弟在Facebook上也成立粉丝团, 欢迎大家加入聊天讨论啰!

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