3d立体显示技术.doc

深圳大学考试答题纸(以论文、报告等形式考核专用)二 11 二 12 学年度第 1 学期课程编号23169910 课程名称光电显示技术 主讲教师杜戈果评分学 号2008160149姓名谭小明专业年级08微电2班教师评语：题目：3D立体显示技术在“3D”里面的“D”，是英文单词Dimension(线度、维)的首字母，3D指的就是三维空间。与普通2D画面显示相比，3D技术可以使画面变得立体逼真，图像不再局限于屏幕的平面上，仿佛能够走出屏幕外面，让观众有身临其境的感觉。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。3D的发展历程3D成像技术最远可以追溯到1844年，一位名字叫做David Brewster的外国人通过一个立体镜拍下了世界上最早的3D照片。拍下了世界上最早的3D照片的立体镜1915年，全球首部3D电影爱的力量（The Power of Love）开始摄录并制作，并于1922年正式公映。1935年，首部彩色3D电影面世。最早的3D电影20世纪50年代是3D发展的黄金时期，美国开始出现不少3D电影作品，迪士尼、环球国际、哥伦比亚等知名片商在内都开始投资3D电影。不过由于当时很多影院不具备3D投放条件，出于盈利目的，片商还是把绝大部分精力放在2D电影的制作上来。80年代中期，IMAX开始制作首部3D纪实片。1986年，迪士尼主题公园和环球影城上映了由迈克尔杰克逊出演的3D影片Captain Eo。3D影院里面的观众2009年12月，由詹姆斯卡梅隆执导，耗资5亿美元的电影巨作阿凡达同时以2D、2D IMAX、3D、3D IMAX等多种版本在全球公映，掀起了全球3D热潮。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。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。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。1.眼镜式3D立体显示技术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。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。 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。2.裸眼3D立体显示技术空间多功式裸眼 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。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。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。3.3D立体显示的游戏应用任天堂 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。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。其实在游戏上的运用有很多，这里就不一一列举了。随着技术的进步，3D显示技术和普通消费者的距离已经越来越近，它不再是行业用户的专利。在三星和优派均推出游戏性3D显示器后，人们可以将3D显示器搬到卧室内，而不用和其他人一起挤在电影院中观看。凭借着身临其境的立体画面，3D显示器对高端游戏玩家而言拥有极大的吸引力。除了针对个人用户外，3D显示器同样适合于商用以及科研，如展示分子结构模型、军事目标、文物艺术品展示、会展、大企业形象展示等各领域发挥其独特的作用。相信随着3D技术进一步成熟，我们今后会在生活的各个领域中看到3D显示设备的身影。 3D显示技术不断推陈出新，华映在手持产品技术上开发出直看与横看都可以呈现3D影像的技术，透过画素RGBW四色排列与液晶显示控制，达到直看横看都可以显示3D。当然包