你還在帶著笨重眼鏡看3D? 裸視3D技術大全

kisplay · 發表於 2011-11-6 23:51:56

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接續上一篇眼鏡式 3D 的介紹後, 接下來小弟繼續來聊一下裸視3D的一些技術原理

裸視3D可以分為三大類, 一類是空間多工式, 另一類是時間多工式, 還有就是很像未來世界的全像式與體積式3D, 以下就一一為各位介紹啦! 針對各個項目的內容, 這邊也有一篇學術文章, 3D 立體顯示技術之發展與研究, 寫得滿詳盡的, 大家也可以參考看看囉!

目前立體顯示技術分為 - 1. 眼鏡式 2. 裸眼式

關於眼鏡式的技術, 小弟上一篇也介紹的滿多了, 有紅綠眼鏡(Anaglyph), 偏光眼鏡(Polarization glasses), 快門眼鏡(Shutter glasses)以及頭盔式顯示器(HMD), 但今天小弟要來介紹一下裸眼式的部份

以下針對這篇學術文章[光學工程 98期] 3D 立體顯示技術之發展與研究做些小補充和新資訊給大家 (讓小弟想到寫論文的苦楚...)

空間多工式:
此技術是目前裸眼式的顯示技術的主流, 原理是將不同角度的影像分別投射於空間中不同的位置, 讓左眼與右眼分別接收兩個不同角度的影像, 並在大腦中融合以形成立體資訊, 缺點是會降低約原先顯示器一半的解析度.
有兩種架構最廣為被業界使用

1. 柱狀透鏡(Lens type):
此技術最早是由日本三洋(SANYO)提出, 原理是將液晶面板的畫素分成數個奇數畫素及偶數畫素的影像對, 利用柱狀透鏡(Lenticular lens)將光線折射分到空間不同的角度上, 進而將奇數畫素與偶數畫素的影像, 分別投影至觀賞者的兩眼, 使觀賞者能看到3D立體影像. 此技術的優點是亮度幾乎不會損失, 但是缺點在於柱狀透鏡與液晶面板的對位必須十分精準, 才能使奇數畫素對及偶數畫素對的影像準確地投影至觀賞者的左右眼, 加上柱狀透鏡時的製作不易, 常會使透鏡表面不易平整, 進而產生散射, 此外, 若柱狀透鏡的間距(Pitch)控制不好, 例如在3D立體顯示器的中央及邊緣大小不一, 也會造成部分模糊的3D立體影像.

這邊把圖示簡單的分析給大家看

2. 視差遮屏(Barrier type):
主推的公司有日本Sharp與韓國三星公司與LG公司, 任天堂推出的3DS也是利用視差遮屏(Parallax barrier)來進行分光, 視差遮屏的原理, 是以黑色與透明相間的直線條紋, 將其置於離顯示器一小段距離, 由於這種類似光柵會遮蔽部分角度的光線, 使觀賞者的其中一眼只能看到3D立體顯示器奇數畫素對, 觀賞者另一眼則只能看到液晶面板偶數畫素對, 以此來形成3D立體影像. 此技術的優點在於直接遮蔽掉觀賞者原不該見到的另一眼影像, 觀賞3D立體影像時不易產生疊影, 此外這種類似光柵的製作也比柱狀透鏡容易. 但缺點是因為會遮蔽部分的光線, 會大幅降低3D立體顯示器的亮度, 背光的使用效率大約只有30%~40%, 與目前綠能省電的概念背道而馳.

原圖可能稍有錯誤, 求證後, 小弟這邊協助做些圖示修正

時間多工式
基本原理是提高顯示器的更新率, 以不同時間間隔交替顯示左右眼影像訊號與開啟原先置於兩側背光模組的其中一組, 搭配3M 的「指向性背光 3D （directional back light unit 3D film）」, 其特殊的導光片圖案(Light Guide Plate pattern)設計可以將原先射向四面八方的散射光導向觀賞者的其中一眼, 所以能將左右畫面分別投射到觀賞者的左右眼中. 優點是不會犧牲顯示器解析度, 但相對的由於左右眼畫面是以指向性的方式顯示, 目前這種技術也只能做到 2個視點而已, 因此只有正面從螢幕觀看時才能看到3D立體影像, 當螢幕旋轉 90 度時就無法顯示立體影像.

這邊將圖層做些清楚的分層給大家了解

全像式（Holographic Type）
以麻省理工學院為主所發展的, 利用紅, 藍, 綠三色雷射光源, 各自經過聲光調變器晶體(Acoustic Optical Modulator, AOM), 產生相位型光柵, 帶著光柵訊息的雷射光經過全像片合併之後, 利用垂直掃描鏡(Vertical Scanning mirror)及多面鏡(Polygonal mirror), 進行垂直及水平的掃描, 進而將立體影像呈現出來, 其優點為全像片的取得容易且技術成熟, 然而, 影像大小常受限於聲光調變器晶體的大小, 且多面鏡的掃描速度必須與三色雷射光源在晶體傳播速度同步.

體積式(Volumetric)
德州儀器(Texas Instrument, TI)提出一種利用雷射掃描立體影像顯示器, 又有人稱之為體積式顯示器. 如下圖所示, 主要是利用一個快速旋轉的圓盤, 配合由底下投影的雷射光源, 藉由雷射光源投射到快速旋轉的旋轉面時, 會產生散射的效應, 以掃描空間中的每一點, 其缺點是影像中央必須有一個旋轉軸, 靠近軸心的影像旋轉速度較慢, 立體影像較不清晰.

以前小弟有介紹過, 這影片和論文可以算是搞互動科技的同學可以多多了解的好物!!

這篇論文Rendering for an Interactive 360º Light Field Display 是一定要拜讀的啦!!

全像式及體積式可達到較佳的立體顯示效果, 而且目前已經有實際的產品出現, 在今年6月的Computex也有展出(http://www.wretch.cc/blog/KisPlay/1807876), 只是應用在生活周邊產品較不易, 也只有看到Epson 投影機有推出此概念的產品.

底下這影片是小弟在 Computex 拍的實際產品, 也給各位感受一下它的立體感.

裸視3D部分就介紹到這邊, 下一篇文章要聊一個比較硬的話題, 也就是Cross Talk現象的成因, 還請大家多多指教. 最後還請大家多幫忙按個分享或是讚, 您的一點鼓勵, 都是小弟繼續寫作的原動力, 感恩! 另外, 小弟在Facebook上也成立粉絲團(http://www.facebook.com/LoveKisPlay), 歡迎大家加入聊天討論囉!

chanzeno · 發表於 2011-11-11 09:29:57

I saw the same one you saw at computex

It is actually a normal LCD display at the top with special design graphics reflected on the triangle reflective glass to give you a illusion of 3D hologram

Fun and not difficult to make

ychao · 發表於 2011-12-17 21:11:10

本文章最後由 ychao 於 2011-12-17 21:11 編輯

對我來說，日本產總研開發中的這個，才是真正的3D投影啊！
http://www.aist.go.jp/aist_e/lat ... 60210/20060210.html

原理是利用新研發出來的高速線性馬達，控制鐳射光點的位置，以高能量的雷射把空氣游離化成電漿態發光點，所以除了空氣之外不需要任何螢幕。