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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 67 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ColorCode 3D，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Virtual Boy（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3D Vision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 SEGA MarkIII / Master System 用的3D 眼镜，任天堂也在 1987 年推出 Famicom 用的Famicom 3D 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（Lenticular Lenses）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（Parallax Barriers）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，比较符合 N3DS 的需求，不过目前还无法确定是否会获得任天堂采用。SHARP 3D 液晶屏幕产品示意图日立 3D 液晶面板特色解说示意图【分时多功式裸眼 3D 立体显示】时间多功式裸眼 3D 立体显示是在同一个屏幕上，各切割一半时间来交替显示（分时）左右两眼画面（多功）以达成 3D 立体显示效果的方式，因此被称为分时多功。指向性背光分时式 3D 立体显示指向性背光分时式 3D 立体显示，是藉由指向性背光膜搭配左右配置的背光光源，以高速交替方式分别朝左右眼显示不同画面来达成立体显示效果的方式。由于指向性背光膜可以控制光线射出的方向，因此能将左右画面分别投射到观看者的左右眼中。当屏幕右侧的背光光源亮起时，就会透过指向性背光膜射出朝左眼方向的光线，用来显示左眼画面。当左侧的背光光源亮起时，就会透过指向性背光膜射出朝右眼方向的光线，用来显示右眼画面。藉由左右画面高速交替显示，就能平顺的显示立体影像。由于指向性背光方式采用分时多功，因此每次都能以面板的完整解析度来显示画面，不像空间多功只能以面板的一半解析度来显示画面。而且只要左右两侧的背光光源同时亮起，就能切换为 2D 显示模式。不过由於左右眼画面是以指向性的方式显示，因此只有从屏幕正面观看时才能看到立体影像，而且当屏幕旋转 90 度时就无法显示立体影像。指向性背光分时式 3D 立体显示产品目前仍处于研发阶段。深度融合式 3D 立体显示（Depth-fused 3D）深度融合式 3D 立体显示是将两片液晶面板前后重叠在一起，分别在前后两片液晶面板上以不同亮度显示前景与后景的影像，藉由实体的深浅差异来呈现出景深效果。日立研发的深度融合式 3D 立体显示屏幕由于深度融合式并不像其他方式是以模拟两眼视差来产生立体感，而是让画面真正具备前景与后景的差别，能让观看者两眼视线的焦点自然落在画面位置并感受到景深，因此观看时眼睛比较不容易感到疲劳。不过受限于前后景重叠时的角度偏移不能太大，因此适合观看的角度有限，加上需要重叠两片液晶面板来构成，因此体积较大成本较高。深度融合式 3D 立体显示不属于多工方式，产品问世已久不过应用层面有限。由于 3D 立体显示具备高度的娱乐性，因此很早就应用于娱乐产业，不过由于拍摄、制作与播映的成本高，因此普及率有限。不过近年来 3D 显示软硬件技术逐渐成熟普及，加上电影与家电厂商有计划的强力推广，因此自 2009 年以来一跃而成为热门话题。同属娱乐产业一环的游戏产业，应用 3D 立体显示技术也已经有 20 多年的时间，从 1986 年 SEGA 推出的3D 眼镜，到 1987 年任天堂推出的Famicom 3D 系统，1995 年任天堂推出的Virtual Boy，2010 年中 SCE 预定透过系统软体更新支持的 PS3 3D 立体显示功能，一直到 2010 年度内任天堂预定推出的Nintendo 3DS，可说是相当丰富。SEGA MarkIII / Master System3D 眼镜（3D Glasses）SEGA于 1986 年 6 月在北美推出以 SEGA MarkIII 架构搭配崭新外型设计的SEGA Master System，并于同年推出了游戏机史上首款 3D 立体眼镜周边3D 眼镜，采用有线连接的液晶式 3D 立体眼镜，在 SEGA MarkIII 与北美版 Master System 上必须透过卡片式转接装置来连接，在日本版 Master System 上则是直接提供专属的连接端子。SEGA 3D 眼镜支持 SEGA 3D 眼镜的游戏共有 8 款：剑鹰 3D（Blade Eagle 3-D火线行动（Line of Fire）迷宫猎人 3D（Maze Hunter 3-D）飞弹防空 3D（Missile Defense 3-D）Out Run 3-D海战 3D（Poseidon Wars 3-D）太空哈利 3D（Space Harrier 3-D）立体空战 3D（Zaxxon 3-D）任天堂 Famicom立体眼镜（）1987 年 3 月，草创期的 SQUARE 以 7 社联合品牌 DOG（Disk Original Group）在红白机磁碟系统推出支持 3D 立体显示的 3D 动作射击游戏立体大作战（大作戦），并随游戏送出附属红蓝滤色式 3D 立体眼镜立体眼镜（）。立体大作战游戏磁碟片与立体眼镜游戏的构成非常类似 SEGA 的太空哈利，采用朝画面深处奔驰跳跃的 3D 玩法，只要开启 3D 模式并戴上眼镜，就能在具备立体感的关卡中体验高速奔驰的乐趣。由于采用的是低成本的红蓝滤色式 3D 立体显示，因此能随游戏免费附赠眼镜无须另行添购，以 3D 玩法为卖点加上支援立体显示的新奇功能，推出当时颇受玩家注目。任天堂 FamicomFamicom 3D 系统（Famicom 3D System）输人不输阵的任天堂，也在 SEGA 3D 眼镜问世隔年的 1987 年 10 月，推出 Famicom 用 3D 立体眼镜Famicom 3D 系统，同样是采用有线连接的液晶式 3D 立体眼镜，透过插在 Famicom 周边扩充端子的转接装置连接，采用束带固定于头部的头戴式设计。任天堂 Famicom 3D 系统支持 Famicom 3D 系统的游戏共有 7 款：动物学园（学园）太空立体战争（）JJ 大作战（JJ）立体赛车（）任天堂方程式赛车 2：3D 越野赛（II 3D）太空立体战（）风云少林拳 黑暗魔王（风云少林拳 暗黒魔王）任天堂Virtual Boy上述的 3D 立体眼镜都是以选购周边方式推出，而且当时的游戏机完全不具备 3D 绘图能力，能呈现的立体影像仅限于有层次感的平面图像，因此普及率与支持度都不高。1995 年 7 月，任天堂推出首款真正支持 3D 立体显示的游戏主机Virtual Boy（VB），由曾主导 GAME&WATCH 与 GB 系列等畅销商品的任天堂开发一部部长横井军平提案研发，采用双显示器式的设计，透过左右两组显示器来营造出立体感。Virtual BoyVirtual Boy 采用 NEC 制造的 32 位元微处理器，可提供一定的 3D 绘图处理能力。为了克服双显示器设计的高成本，Virtual Boy 采用独特的红色 LED 阵列扫描成像，左右眼分别配置 384 个水平排列的红色 LED 阵列，透过每秒摆动 50 次的反射镜与每次摆动间闪烁 224 次的红色 LED 阵列，来构成 384 224 每秒更新 50 次的 4 段红黑色阶画面。虽然 Virtual Boy 提供了货真价实的 3D 立体显示效果，不过由于红黑色阶的单调画面不吸引消费者目光，相较于同期的 PlayStation / SEGA Saturn 来说毫不讨喜，加上游玩时旁观者完全无法一窥究竟，而且有传闻指出 Virtual Boy 对儿童的视力有负面影响，因此销售状况欠佳，前后只推出 19 款游戏就下台一鞠躬，是任天堂历来最短命的游戏机。KONAMISolid EyeKONAMI于 2005 年 12 月推出 PSP 卡片策略游戏潜龙谍影 ACID 2（Metal Gear Acid 2），并随游戏附赠特制 PSP 用 3D 立体眼镜Solid Eye。该眼镜是以薄板组合而成，上面附有两个透镜孔，安装后会将 PSP 的画面分隔为左右两半，当玩家从透镜孔观看画面时，就会由左右两不同画面的视差产生出立体感，体验 3D 立体化的游戏乐趣。游戏中提供潜龙谍影 3：求生战的立体写真供玩家收集欣赏，也可以透过连线来下载自己拍摄的战场写真，之外还与写真偶像杂志sabra合作提供性感女星写真。潜龙谍影 4交叉视线法 3D 立体画面范例Solid Eye 采用的是前面提过的双镜筒平行视线法，不过由于开启 3D 模式时画面显示面积会变成原本的一半，而且游玩时双眼必须紧凑在眼镜前，趣味性大于实用性。NVIDIA3D VisionPC 显卡大厂 NVIDIA，于 2008 年底率先发表了供 PC 使用的 3D 立体眼镜3D Vision，并于 2009 年 3 月正式推出。搭配 NVIDIA 针对自家 GeForce 系列显卡所规划的解决方案与众多 PC 游戏厂商的支持，让玩家抢先体验 3D 立体显示游戏的乐趣。3D Vision 同样采用常见的液晶式 3D 立体眼镜，透过 USB 介面的红外线同步讯号发射器与 PC 显卡同步运作，搭配的显示器则要求必须支援每秒 120 次的刷新频率，以提供双眼稳定的每秒 60 张画面显示，因此对于显卡效能与显示器规格有相当的要求。红外接收器迷你USB充电端口正面具备立体显示功能切换开关背面具备景深调节旋钮由于 3D Vision 可从驱动程序去支持 3D 立体显示效果，因此许多先前推出的 PC 游戏都能就地获得 3D 立体显示效果，而不需要另行更新。不过 3D Vision 整套要价 199 美元，已经相当于中高端显卡的价位，因此销售量并不大。NVIDIA 后续配合 GeForce GTX 400 系列同步发表支持 3 屏幕的3D Vision Surround技术，可提供 3 屏幕环绕 3D 立体显示功能，不过对硬体配备的需求也更上层楼。KONAMI潜龙谍影 Arcade3D 立体显示在大型电玩机台的应用最早可追溯到 1980 年代，由于大型电玩机可针对游戏需求来订制硬件，因此包括体感框体、多萤幕显示、3D 立体显示等应用可说是五花八门，近期较受瞩目的当属 KONAMI 的潜龙谍影 Arcade（Metal Gear Arcade）。4 台连线的驾驶舱式豪华框体潜龙谍影 Arcade是以 2008 年 6 月推出营运的 PS3 连线动作对战游戏潜龙谍影 Online（Metal Gear Online）为基础所制作，承袭 PS3 版基本系统，并加入 3D 立体显示、5.1 声道身历声环绕音效、光线枪控制器 + 头部连动体感操作等崭新玩法。潜龙谍影 Arcade采用的是偏光式 3D 立体眼镜，除了提供 3D 立体显示功能（可关闭）之外，还配置了能侦测头部动作的装置，让玩家能以头部来控制角色的视点。SCEPlayStation 3推广 3D 不遗余力的 Sony，于 2009 年 1 月在美国消费电子展（CES）中，率先展示了以 PS3 搭配偏光式 3D 液晶电视来提供 3D 游戏娱乐的应用，后续也在 2009 年 2 月的台北国际电玩展中展出了相同的组合。2009 年 11 月举办的经营策略说明会中，则是正式确认所有 PS3 皆可透过系统软件更新方式支持 3D 立体显示多媒体影音游戏娱乐功能。2009 年台北国际电玩展的展出，当时采用的是偏光式 3D 眼镜2009 年资讯月展前记者会的展出，已改为液晶式 3D 眼镜Sony 目前已经确定会在 2010 年 6 月推出 3D 电视产品，并搭配 PS