最新3D立体显示资料大全汇总.docx

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最新3D立体显示资料大全汇总

3D立体显示资料大全

「3D立体显示」可说是近来娱乐产业相当热门的话题，不但有好莱坞推出《阿凡达》等卖座3D立体电影，全球各大家电厂商也积极布局准备推出一系列支持3D立体显示的播放机与电视机等家电产品，NVIDIA也推出支持3D立体显示卡与周边，甚至连SCE与任天堂也陆续发表PS3与NDS后继机种的3D立体显示支持。

　　本文将针对3D立体显示的原理与应用作一简单介绍，了解各种3D立体显示是如何重现现实世界的立体感，以及3D立体显示在游戏领域的实际应用，供玩家参考。

　　立体视觉的构成

　　我们之所以能感受到立体视觉，是因为人类的双眼是横向并排，之间大约有6～7公分的间隔，因此左眼所看到的影像与右眼所看到的影像会有些微的差异，这个差异被称为「视差（Parallax）」，大脑会解读双眼的视差并藉以判断物体远近与产生立体视觉。

视差示意图

　　当观看者只以单眼来观看景物时，因为没有了视差，所以立体感也会随之消失。

3D立体显示的基础

　　由于立体视觉是基于视差而来，因此3D立体显示的基础，就是要以人工方式来重现视差，简单说就是想办法让左右两眼分别看到不同的影像，藉以模拟出立体视觉。

在这个基础之下发展出各式各样的3D立体显示技术，主要分为眼镜与裸眼两大类型。

　　3D立体显示的起源

　　3D立体显示的历史相当久远，早在19世纪摄影技术刚起步时就已经出现。

做法是将2台相机并列模拟双眼，同时拍下2张有着些微差异的相片，之后再透过平行视线法、交叉视线法或类似双筒望远镜的专属观看设备等方式让双眼分别观看2张并列的相片。

3D立体相机

藉由工具辅助来观看3D立体图片

观看立体空照图用的立体镜

 　 平行视线法：

让双眼视线平行，左右眼分别观看左右相片

平行视线法范例

　　交叉视线法：

将双眼视点移至近处（斗鸡眼）让视线交叉，左右眼分别观看右左相片

交叉视线法范例

　　以上两种方式不需要特殊的设备就能在一般的平面媒介上观看到立体影像，不过因为是以不自然的视线观看，并不是每个人都能适应，对眼睛的负担也大，实用性不高。

　　双镜筒式的专属观看设备可以明确分隔左右眼的视线，不需要让观看者自己凭感觉去调整视线来捕捉立体感，因此大多数人都能适应，这个方式后续也发展为头戴式3D立体显示萤幕，透过左右两组屏幕让左右眼观看不同画面产生视差以呈现立体画面。

19世纪制造的双镜筒式专属观看设备

　　不过上述几种方式每次只能让一个人观赏，并不适合有多人欣赏需求的应用。

为了满足像是电影等多人观看需求的应用，因此后续也出现了以特制眼镜来同时提供多人观看的各种3D立体显示方式，并根据运作模式分为被动式与主动式两大类。

　　【被动式3D立体眼镜】

　　被动式3D立体眼镜指的是眼镜本身是单纯的镜片+镜架所构成，不牵涉到任何机械式或电子式的运作。

虽然此类眼镜所采用的技术有很多种，不过基本原理都是透过光学方式让两组画面分别只能穿过左右其中一眼的镜片，让左右眼观看到具备视差的影像。

　　˙红蓝滤色片式3D立体眼镜

　　最早问世的是采用红色与蓝色（或红色与绿色）滤色片构成的3D立体眼镜，眼镜本身的成本很低（可使用红蓝玻璃纸与纸板制作），早期的3D立体电影多采用此方式，分别投射出经红色滤光与蓝色滤光的画面，再让观看者配戴红蓝3D立体眼镜来观看。

红蓝滤色式3D立体眼镜

　　红蓝滤色片方式可适用于平面印刷媒体或是一般显示设备。

以红蓝3D模式显示的《蝙蝠侠：

小丑大逃亡》

　　由于红蓝滤色片式3D立体眼镜有着无法正确重现原本画面色彩的缺点，因此后续有厂商推出了改良式的「ColorCode3D」，透过琥珀色与蓝色滤色片分别呈现彩色与单色两组画面，由于大脑会自动结合双眼观看到的影像，因此可以获得彩色的立体画面。

˙偏光式3D立体眼镜

　　在偏光技术普及后，开始有厂商采用偏光式的被动式3D立体眼镜。

偏光片是透过如百叶窗般排列的矽晶体涂料薄膜（偏光膜）来过滤原本朝不同方向震动的光线，会挡住与偏光膜方向垂直的光线，只让与偏光膜方向相同的光线通过。

由于偏光片只会过滤光线的方向，而不会像滤色片那样过滤光线的颜色，因此可以完整保留画面的色彩。

偏光原理

　　播放时只要使用两组设备分别透过偏光片投射出垂直偏光与水平偏光画面，或是使用一组设备搭配可切换偏光方向的主动式偏光片交替投射出垂直偏光与水平画面，再让观看者配戴垂直偏光片与水平偏光片组合的偏光式3D立体眼镜，就可以观看到立体画面。

偏光式3D立体眼镜

　　应用在液晶显示器时，可使用两片重叠的液晶面板各自显示垂直与水平偏光画面，此方式的成本较高。

或者是在屏幕表面配置奇偶交错排列的垂直与水平偏光片，各利用一半像素显示垂直与水平偏光画面，此方式的成本较低，不过垂直或水平解析度会减半。

SCET展示使用交错偏光片的3D液晶电视

　　近年的3D立体电影多半采用偏光方式来呈现。

不过偏光方式必须使用特殊的投影机或是屏幕等显示设备才能呈现，因此并无法适用于平面印刷媒体或是一般显示设备。

【主动式3D立体眼镜】

　　主动式3D立体眼镜是透过眼镜本身的主动运作来达成3D立体显示效果。

　　˙双显示器式3D立体眼镜

　　双显示器式3D立体眼镜虽然无法提供多人观看需求，不过仍就算是主动式3D立体眼镜的一种，运作的原理非常简单，透过左右眼镜中配置的两组小型显示器来个别显示左右眼画面，来达成立体显示的效果。

由于必须配置两组独立的显示器，因此成本较高，而且只能让单人观看。

因此通常只应用在特殊用途，像是搭配头部侦测应用在虚拟实境。

头戴式显示器

　　任天堂于1995年推出的便携式游戏机「VirtualBoy（VB）」就是此类设计。

　　˙液晶式3D立体眼镜

　　液晶式3D立体眼镜是采用主动式液晶镜片所构成的3D立体眼镜，运用液晶可借由电场来改变透光状态的原理，以每秒数十次的频率交替遮蔽左右眼视线。

播放时只要交替显示左右眼画面，再透过同步讯号让液晶式3D立体眼镜与画面同步运作，播出左眼画面时让右眼镜片变黑、播出右眼画面时让左眼镜片变黑，就可以达成立体显示的效果。

　　由于液晶式3D立体眼镜不需要滤色或偏光等特殊构造的播放设备就能呈现，只需要提升播放设备画面更新频率及添加同步讯号发送装置即可，因此可适用于大尺寸多人观赏需求，是目前最广泛应用于3D电视等民生娱乐领域的方式。

包括PC上由NVIDIA推出的「3DVision」以及各家电大厂最近狂推猛打的3D立体电视产品，都是采用此方式。

　　由于画面是采左右交替方式播放，同一时间内只有一只眼睛能看到画面，因此当开启3D立体显示模式时，画面刷新频率会变为原本的一半。

如果只搭配现有的每秒60次更新标准规格时，画面刷新频率会降到每秒30次，让观看者感受到明显的闪烁。

因此目前各厂商所推出的方案都是将屏幕刷新频率加倍到每秒120次，来避免闪烁的问题。

　　液晶式3D立体眼镜由于必须主动运作，因此构造上比被动式3D立体眼镜复杂，虽然播放设备的成本较低，不过眼镜的成本高出不少。

以目前主流的红外线同步方式来说，就必须配备额外的接收控制电路与电池。

而且液晶镜片的交错遮蔽会影响画面的亮度。

　　虽然液晶式3D立体眼镜这一两年才随着新产品的推出开始发烧，不过在游戏领域的应用事实上已经超过20年，最早是SEGA在1986年推出SEGAMarkIII/MasterSystem用的「3D眼镜」，任天堂也在1987年推出Famicom用的「Famicom3D系统」。

　　不过当年的液晶式3D立体眼镜周边在设计上迁就于既有NTSC/PAL规格映像管屏幕，游玩时画面的亮度低闪烁感强烈，加上当时的游戏机完全没有3D绘图能力，只能大概呈现具备前后层次感的平面图层，因此并未获得市场青睐，支持的游戏也相当少。

虽然眼镜方式能满足多人共同观看的需求，不过观看时必须配戴特殊眼镜仍旧是个相当大的障碍，各家厂商于是投入不需要配戴特殊眼镜的裸眼3D立体显示技术研发。

　　所谓的「裸眼3D立体显示」，是指在不配戴任何特殊配件的状态下以裸眼视觉就能直接观看到3D立体显示的效果。

虽然基本原理仍旧是让左右眼观看不同画面产生视差来营造立体感，不过前提是不配戴眼镜，因此必须透过特殊设计的屏幕来达成目标。

　　由于裸眼3D立体显示在技术上仍有许多限制，因此主要用于个人化小型化的显示用途，如手机、数码相机等，较少用于多人化大型化的显示用途，如电视屏幕等。

　　裸眼3D立体显示根据运作模式又分为空间多功式与分时多功式两大类。

　　【空间多功式裸眼3D立体显示】

　　空间多功式裸眼3D立体显示是在同一个屏幕上，以分割显示区域（空间）同时显示左右两眼画面（多功）来达成3D立体显示效果的方式，因此被称为「空间多功」。

　　˙柱状透镜式3D立体显示（LenticularLenses）

　　柱状透镜式3D立体显示屏幕，是在屏幕表面设置垂直排列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。

　　由与光线在通过凸透镜时，行进方向会折射而产生变化，因此只要将左右眼画面以纵向方式交错排列，再透过一连串紧密排列的柱状透镜，就能让左右眼看到各自的画面。

　　柱状透镜方式的历史久远，应用范围也相当广泛，包括平面印刷或是屏幕显示器都能运用此方式来呈现3D立体画面，市面上常见的立体垫板等产品就是利用相同的原理所制作。

除了呈现立体影像之外，柱状透镜还能用来呈现会随观看角度而变化的影像。

《但丁的地狱之旅》死神特别版封面就是采用柱状透镜印刷

　　由于柱状透镜可以在多个角度下产生立体效果，因此可以适用於多人观看的应用，不过在不合适的角度观看时会出现影像重叠的状况。

一般的柱状透镜是固定贴附在屏幕表面，而且是以单一方向排列，因此无法切换显示模式，水平解析度会降为原本的一半，画质也会受到透镜折射影响，屏幕旋转90度时就会无法呈现立体感。

不过也有厂商研发在柱状透镜中注入液晶来改变聚焦特性的技术，可关闭透镜的折射效果切换成2D模式。

˙视差屏障式3D立体显示（ParallaxBarriers）

　　视差屏障式3D立体显示屏幕，是在屏幕表面设置称为「视差屏障」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。

　　由于左右眼视线通过栅栏状视差屏障的角度不同，因此会看到后面屏幕的不同部分，只要将左右眼画面以纵向方式交错排列，就能让左右眼看到各自的画面产生立体感。

　　由于是采用遮蔽方式来达成立体显示效果，必须将屏幕分为左右两画面显示，因此水平解析度会降为原本的一半，而且画面亮度会下降。

之外还会还有观看距离、角度与方向的限制，必须在规定的距离与角度内观看，画面转90度时就会无法呈现立体感。

　　后续厂商研发许多技术来改善视差屏障式3D立体显示萤幕的先天限制，像是采用可开关的液晶薄膜来充当视差屏障，就能透过液晶屏障的开关来切换2D/3D显示模式，液晶屏障排列方式也可以制作成水平与垂直两种方向，配合横拿与直拿的需求切换。

可开关的液晶视差屏障

　　视差屏障式3D立体显示是目前最广泛应用于可携式装置的方式，包括SHARP与日立都不约而同的在任天堂发表N3DS后紧接着发表了各自的行动电话用视差屏障式3D立体显示屏幕。

其中SHARP的产品将液晶屏障与触控薄膜整合在一起，而且同时支持横拿与直拿的应用，比较符