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lcd裸眼3D

能看3D的慧眼在LCD上实现裸眼3D显示

2011-01-25王峰《微型计算机》2011年1月上

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在本栏目中我们曾为大家介绍过不少在电脑上通过各种方式实现3D立体显示的方法，但这些方法都需要我们佩戴专门的3D眼镜。

今天要展示给大家的则是能够摆脱眼镜束缚，在普通LCD上实现裸眼3D显示的一个改造方法。

3D立体显示是近两年IT领域中最热的一个词，如今不但支持3D立体显示的显示器、笔记本电脑、投影机等相关产品越来越多，电影、游戏等支持3D立体显示的应用也正蓬勃发展。

但目前主流的3D立体实现方式如分色技术、分光技术以及分时技术，都需要借助专门的3D眼镜来实现立体显示。

这或许会影响3D立体显示产品的普及速度，因为一来每次进行3D立体应用时都要佩戴眼镜显得不够方便，二来3D眼镜本身也是一笔不小的支出，特别是要想多人同时观看，每人都需要一副眼镜。

而不需要任何3D眼镜就能够看到高质量的3D立体影像的裸眼3D技术，不但是每个3D爱好者的梦想，也是相关产品未来发展的终极目标。

但由于技术成熟度及成本方面的原因，目前主流市场上还看不到相关的产品。

但如果我们仔细研究一下裸眼3D显示的成像原理，其实也能自己动手在普通的显示屏上实现简易的裸眼3D显示。

本文正是要跟大家分享如何自制一台裸眼3D立体显示器。

想玩裸眼3D？

先把原理弄清楚

与其他教大家动手改造的文章不同，要在普通LCD或笔记本电脑的显示屏上实现裸眼3D的操作过程并不算复杂。

而比较麻烦的是它实现的原理。

如果你把它的实现原理弄得很透彻了，那么按照步骤来做可能就要简单许多。

而如果只是根据改造步骤“知其然不知其所以然”，那么改造的结果很可能是失败的。

所以在教大家如何改造前，我们先重点讲一下我们本次制作裸眼3D显示器所需要用到的原理。

裸眼3D显示器的实现方式有很多种，其中光栅式立体显示器是以裸眼3D立体图片技术为基础发展而来，实现起来比较简单，是目前最有可能实现商业化的3D立体显示技术。

而我们要制作的裸眼3D显示器，正是要利用光栅式立体显示器中名为视觉光栅的原理来实现。

图1视觉光栅板透视原理图

由人眼视觉原理可知，人之所以具有立体视觉能力是由于人的两只眼睛可从不同的方位获取同一景物的信息，各自得到左右两幅二维图像。

人的大脑通过对左右两幅图像以及两幅图像的视差进行分析和处理后产生了立体感。

因此显示器要实现立体显示，要让显示屏上的左右图像分别进入左右眼睛，这样显示的效果在人眼看来就是立体的。

而我们要做的就是将左右图像分别显示在屏幕上，再经过视觉光栅板透视以形成立体影像。

图2

图2是我们要制作的裸眼3D显示器的基本构造图。

在屏幕上交互显示a（给右眼看的）及b（给左眼看的）图像。

这时如果在该LCD上设置起遮光板作用的狭长切口（例如纵向条状遮光板），则上述交互显示的右眼图像将会只到达右眼，左眼图像只到达左眼。

对于位于画面正前方的观看者而言，由于产生了双眼视差，便能获得立体视觉。

改造裸眼3D所需的LCD是否需要120Hz的产品？

左图按照视觉光栅板透视原理所制，我们可以看到，它采用的是L、R左右图像同时刷新显示模式，显示方式由后台软件控制，和分时眼镜式刷新显示交替模式是完全不同的立体显示方式。

同时刷新模式和分时刷新模式的区别

你可能会有这样的疑问，用这么密集的光栅放在屏幕前，还能看到清晰的图像？

通过针孔成像原理图可以看出，我们把透明的线条看成是垂直一排的光心（小孔），通过光心（小孔）的图像像素已经被放大。

在同时刷新模式和分时刷新模式的区别

当左眼看到左图像的系列图，右眼看到右图像的系列图，两个眼睛事实上还是可以观看到所有的图像，只是中间隔有间隔阴影线条，但是随着观看距离的增加阴影线条会越来越小，所以在距离60cm以上时，我们所看到的仍然会是一个高清的立体影像。

制作过程

从对裸眼3D显示器原理的解析中我们不难看出，在普通显示器上实现裸眼立体显示效果，最困难的就是制作视觉光栅板。

所以在整个制作过程中，我们最先要搞定的正是视觉光栅板。

下面我们来看看整个裸眼3D显示实现的全过程。

Step1

首先，我们要画出视觉光栅板的设计图（图3）。

画这个图时，我们首先需要根据将要进行改造的液晶屏幕的一些数据，使用距离等实际情况进行计算，其中L、R为显示中的立体图片，L为左图像、R为右图像，W1为光栅的线距离，E为人眼的双眼距离，L1为观看距离。

有了设计图，我们才可以量体裁衣，制作出搭配显示器的视觉光栅板。

图3

Step2

准备拥有高透明度的有机玻璃板，再根据显示器的分辨率，并按照图3的计算方式计算好数值后，用高精度的打印机将线条印制在有机玻璃板上（图4、5）。

图4

本例中加工完成后的视觉光栅板经过测光表测试透光量为56%，安装到屏幕上后只需要把显示器的亮度、对比度等调高15%左右，显示器画面的整体亮度就能保持在没有安装前的水平。

图5

由于这种光栅对精度的要求非常高，个人制作有一定的难度。

大家也可以在网上购买现成的视觉光栅板，只是在选择时同样需要根据显示屏的大小和分辨率综合考虑。

Step3

接下来，也是最关键的一个步骤，就是要将视觉光栅板放到液晶显示器的屏幕上面去。

做好了这一步，我们的改造就能成功。

但它可不是随便将视觉光栅板放到液晶显示器的屏幕上的任何位置那么简单。

要想通过视觉光栅版在普通液晶显示器上实现裸眼3D效果，还需要我们仔细地进行调校。

图6

调试过程中，我们可以借助一款名为DisplayX的软件。

该软件为绿色软件，下载后可直接运行。

DisplayX启动后，我们应在它菜单的“常规单项测试”中选择“交错”（图6），这时软件会全屏显示如图7所示的图案，而我们就可以以这个图案为背景进行视觉光栅板的调试，具体的调试方法如下：

图7

在调试的过程中，首先需要将我们的眼睛保持在正对屏幕中间的位置，这时眼睛距离屏幕的距离在40cm～50cm左右，然后将制作好的视觉光栅板对准屏幕上的光栅线，并对观看的角度进行调节。

在观看角度没有调好的时候，我们会看到屏幕上有很多彩虹色的条纹（图8），这是正常现象，而我们要做的就是使这样的条纹消失。

图8

方法是在调节中尽量将彩虹纹调节得跟屏幕成垂直状态。

要找到最佳的观看视角，我们可以采用这样的办法：

首先，睁开左眼并闭上右眼，然后左右平行移动直到左眼看到的屏幕完全变黑。

这时再睁开右眼并闭上左眼，如果调整得当，完美状态是右眼看到此时的屏幕为全白（图9）。

图9

如果屏幕不是全白，那么我们也可再适当调整位置。

当完成这一步的调节后，我们可以稍微退后一点，大概退到距离屏幕70cm～80cm处。

而在退后的过程中，你应该会发现在某个点能看到屏幕上的影像呈现出3D立体的效果。

别急着高兴，还没有完，当找到这个点后，我们仍需耐心地调试光栅线条的距离，以及有机玻璃板与屏幕的距离，以获得最佳的立体效果。

Step4

通过在普通的液晶显示器上加装视觉光栅板，最终呈现的效果就是这样（图10）。

图10

视觉光栅板可不能像这样用手一直拿着，要固定住它，我们可以用四个架子分别夹住视觉光栅板和液晶显示器（图11），如果没有合适的架子，也可在视觉光栅板的四角粘上双面胶，但可能没有夹子这么稳固。

图11

最后总结一下通过加装视觉光栅板的方法在普通液晶显示器上实现裸眼3D立体显示的优缺点。

它的优点很明显，一是不需要戴眼镜就能在显示器上观看到3D立体效果的影像；二是它对设备的要求低，普通的液晶显示器或笔记本电脑显示屏都可以用此种方法进行改造；三是它所花费的改造成本少，同时安装难度并不算高。

图12

当然，这一改造方法在最终的效果上也存在着不足的地方。

它的观看角度有限制，最佳的观看角度也就在6°～12°之间，比较窄。

另外它的观看距离也有限制，范围大概在55cm～75cm间。

但相比现在市面上在售的裸眼3D显示器成品的价格，如艺卓最新发布的DuraVisionFDF2301-3D需要花费差不多十万元，自己花几十块钱动手做一下，体验一下裸眼3D显示，这样的效果也足够了。

调校过程中所需的DisplayX，读者可点击这里下载。