3D顯示技術(二) 快門式眼鏡

kisplay · 發表於 2010-11-24 11:02:48

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銜接上一篇3D顯示技術(一) 3D發展史(http://www.wretch.cc/blog/KisPlay/1390718) 文章基本上都是Google後整理而來, 如果對3D很了解的就不需要看這篇囉~

近來3D相關產品如雨後春筍般的出現在市場上, 動不動就可以看到3D TV、3D NB、3D電影…等廣告. 看完之後, 的確被搞的很糊塗, 為什麼有些產品需要戴眼鏡才能享受3D影像, 而有些產品卻不需要戴眼鏡. 所以小弟特地把目前找到的幾種3D技術作整理如下圖, 希望對自己與大家有點小小的幫助!

話說在眾多3D技術中, 廣告打的最兇, 而且賣的還算有成績的就是Nvidia, 他所使用的就是快門式眼鏡(shutter glasses)技術, 所以我們就先聊一下快門式眼鏡技術怎麼讓人感覺到3D.
還記得底下這張圖嗎? 就是上回再說3D歷史時的16世紀左右眼圖, 當左右眼分別只在同一個位置看到左右眼圖時, 此時大腦就會把他合成有立體感覺的形象, 也就是用兩張平面的圖來騙大腦的意思.

那怎麼樣讓左右眼圖可以在同一位置且分別只讓左右眼看到, 在以前沒有機器時可以用平行法, 也就是把眼睛的焦點放在圖的後面, 就可以慢慢的把兩張圖疊再一起, 這有點難! 但還有人發明一種小工具(PENTAX 3d image viewer), 把左右眼圖用中間檔板隔開後, 透過鏡片往下看就可以看到3D成像的照片

但一般而言, 在螢幕上要享受3D影像, 就是需要周邊軟硬體的支援. 以快門式眼鏡而言, 必須具備以下4個軟硬體條件
1. 影片、影像…等資料需具備3D內容；
2. NB/PC的繪圖處理器(GPU)要有能力處理3D影像資料；
3. 顯示器需要支援高更新頻率(120Hz, 240Hz…)；
4. 最後還需要一附快門眼鏡

由上圖可以得知, 快門式眼鏡的原理是將影像畫面分割成奇數畫面和偶數畫面. 透過PC端的無線發射器來控制眼鏡本身的液晶開關來達到和畫面同步的目的. 所以, 當我們在看3D影像的時候, 實際上快門眼鏡是在不同的時間輪流正確的啟動鏡片中的液晶, 來遮蔽左/右眼的視覺, 使得左/右眼分別僅能看到奇數及偶數影像, 當影像分別傳遞到大腦後, 就會形成具有縱深感的圖像, 也就是前面所提到在同一個位置同時(很快的切換時, 眼睛感覺不出不同時)看到左右眼圖, 這就是3D影像的成像原理.

這種3D影像的技術似乎在現今的電子產品當中, 接受度還蠻高的, 甚至很多研究機構也視為是短期內的主流技術. 但是快門式眼鏡的確存在一些缺點:
1. 高更新頻率的顯示器昂貴
2. 快門眼鏡(shutter glasses)昂貴且需額外提供電源
3. 人因界面舒適度考量眼鏡大又重, 不適合久戴
4. 亮度減半眼睛容易疲勞
5. 顯示器需使用特殊規格的IC為了支援Full HD解析度

一般而言, 顯示器外部介面不論是HDMI, DVI或VGA的訊號, 在內部都會轉換成LVDS的訊號, 參考下圖. 然而, 若以Full HD更新頻率120Hz的顯示器為例子, 以傳統雙通道LVDS的IC是無法處理龐大的資料量. 這也造成Full HD解析度的3D顯示器需要採用特殊規格的LVDS IC, 所以成本自然就會比較昂貴.

傳統雙通道LVDS像素頻率(pixel clock):
(1920+X)*(1080+Y)*120Hz/2 channel ~= 133.57MHz/channel
其中, 20 <200
這個速度遠超過面板可以處理資料的能力, 所以才需要藉由特殊規格的LVDS IC來實現Full HD的3D顯示器.

傳統顯示器架構

但是小弟卻有另一個想法, 假使顯示器具備DisplayPort的介面, 就不會有像素頻率太快的問題, 導致要另外開一顆新IC而增加成本, 參考下圖. 因為,
DisplayPort資料傳輸頻寬:
(1920+X)*(1080+Y)*120Hz*24bit-per-pixel = 6.41Gbps
這種資料量遠小於DisplayPort 1.1a規範的資料量上限 : 10.8Gbps. 另外, DisplayPort 1.2版本資料量上限 : 21.6Gbps, 並且支援多台螢幕串接的功能, 實現小型電視牆的目的.