3D與浸潤式顯示技術(shù)與應用

　　利用人類(lèi)兩眼視差產(chǎn)生立體景深的3D顯示技術(shù)由來(lái)已久，數十年前就有廉價(jià)的紅藍濾光眼鏡，應用于電影院;2009年電影阿凡達(AVATAR)所帶動(dòng)的全球3D顯示應用的狂熱，從3D電視、顯示器、投影機，到顯卡、筆記本、平板、游樂(lè )器、手機等加入3D立體顯示應用，后來(lái)結合穿戴式裝置的頭盔顯示器等擴增實(shí)境/浸潤式顯示技術(shù)，讓畫(huà)面人物變得更立體、更生動(dòng)…

　　3D顯示技術(shù)演進(jìn)趨勢

　　3D顯示技術(shù)，依照是否攜帶輔助觀(guān)察的裝置配件與否，而區分成眼鏡3D(Stereo 3D with glasses)與裸眼3D(Naked 3D without glasses)兩大類(lèi)。3D眼鏡廣為目前大尺寸液晶電視、顯示器、顯卡與筆記本所使用，至于裸眼3D技術(shù)仍在開(kāi)發(fā)階段，受限于液晶面板成本高且有可視點(diǎn)數的限制，初期以掌上型游樂(lè )器、手機、平板等中小型液晶面板為主的應用，后面將詳述其技術(shù)分類(lèi)以及相關(guān)應用。

　　更多眼鏡3D又可分為快門(mén)式眼鏡(Shutter Glasses)與偏光眼鏡(Polarization glasses)，以及頭戴顯示器(Head Mount Displays;HMD)三大類(lèi)?？扉T(mén)式眼鏡又稱(chēng)為主動(dòng)式3D眼鏡技術(shù)(Active 3D Glasses)。

　　3D顯示器以高達120～240Hz的屏幕刷新頻率，連續性的交叉顯示左、右眼的畫(huà)面;藉由快門(mén)眼鏡快速切換、遮蔽左右眼，使左右眼各自看到正確的左右眼畫(huà)面，在大腦內呈現出具深度感的立體影像。此技術(shù)不會(huì )犧牲3D畫(huà)面分辨率且立體效果良好，但少數人觀(guān)看主動(dòng)式3D眼鏡的顯示會(huì )有頭暈不舒服的情況。

　　目前像三星(Samsung)、Panasonic、Sony Bravia等3D電視、NVIDIA 3D Vision、3D Vision2等產(chǎn)品均是使用此快門(mén)式眼鏡技術(shù)。

　　至于偏光眼鏡又稱(chēng)被動(dòng)式3D眼鏡(Passsive 3D Glasses)技術(shù)。在TV/Monitor前面貼上一層微偏光膜(Micro-retarder)，利用光的偏振方向將左眼與右眼的影像分離，當觀(guān)賞者戴上偏光眼鏡時(shí)即可正確地分別看到左、右眼畫(huà)面產(chǎn)生3D效果。其優(yōu)點(diǎn)在于成本低，但分辨率會(huì )降為原來(lái)一半，且亮度也會(huì )拉低。目前以樂(lè )金(LG)3D電視，宏碁(Acer)、聯(lián)想(Lenovo)筆記本采取偏光眼鏡技術(shù)。

　　頭戴顯示器(Head Mount Displays;HMD)，頭盔裝置內部分別有供左右眼獨立觀(guān)賞的微型顯示器，于大腦內形成視覺(jué)暫留并合成立體圖象，不僅能帶來(lái)浸潤式的還場(chǎng)顯示效果，應用在虛擬實(shí)境或擴增實(shí)境(AR)的應用上也極為普遍。

　　眼鏡3D顯示的應用

　　在阿凡達帶動(dòng)3D顯示熱潮下，2010年各電視大廠(chǎng)紛紛推出采主動(dòng)式3D或被動(dòng)式3D眼鏡的3D電視。全盛時(shí)期具備3D眼鏡的3D電視，在全球電視的市場(chǎng)滲透率超越3成;即便2011年市場(chǎng)焦點(diǎn)轉向智能連網(wǎng)電視(Smart TV/Connected TV)，各電視大廠(chǎng)仍然在主力中高階機種保留了3D眼鏡做為選配規格。

　　至于在X86架構的桌機、筆記本方面，繪圖芯片龍頭輝達(NVIDIA)，從13年前GeForce3 Ti500，就推出運用兩眼視差使PC具備3D立體顯示技術(shù)的3D眼鏡技術(shù)。2009年GeForce GTX 200系列顯卡開(kāi)始推nVIDIA 3D Vision套件。

　　到2011年推出第二代3D Vision2套件，由一組紅外線(xiàn)技術(shù)的主動(dòng)快門(mén)式眼鏡，須搭配N(xiāo)VIDIA的顯卡/圖形芯片，120Hz垂直更新頻率的顯示器，就可以游玩具備3D立體顯像效果的游戲、藍光電影、3D相片與YouTube 3D網(wǎng)絡(luò )影片。華碩 G53J、G73，惠普(HP) Envy 17 3D、索尼(SONY) VAIO F217、F219等3D筆記本，便采用NVIDIA的3D Vision2技術(shù)。

　　AMD則是在 Radeon HD 5000繪圖芯片/顯卡產(chǎn)品，提供AMD HD3D技術(shù)來(lái)做3D立體顯示的輸出。搭配TriDef 3D、iZ3D等第三方3D顯示軟件技術(shù)，只要顯示器符合HDMI 1.4a所規范的Frame Packing(1080p@24Hz、720p@50/60Hz)、Side-by-Side(1080i@50/60Hz)與Top-and-Bottom(1080p@24Hz、720p@50/60Hz)等3D格式，搭配第三方廠(chǎng)商提供的3D眼鏡(主動(dòng)式快門(mén)或偏光式)，就可以驅動(dòng)游戲、YouTube 3D影視或Blu-ray藍光影碟的3D立體顯示技術(shù)。目前有宏碁(Acer) 5738DG/3740DG等3D筆記本，支持偏光式3D眼鏡的顯示。

　　至于Intel從第二代Core i3/5/7處理器(Sandy Bridge)的Intel HD Graphics 2000繪圖處理器開(kāi)始，到第四代Core i3/5/7/-4xxx系列所搭配的Intel HD Graphics 4200/4400/4600/5000，Iris Graphics 5100與 Iris Pro Graphics 5200繪圖芯片，搭配支持HDMI 1.4a的S3D顯示器，搭配第三方廠(chǎng)商提供的主動(dòng)快門(mén)式3D眼鏡，就可以驅動(dòng)游戲、YouTube 3D影視或Blu-ray藍光影碟做3D立體顯示。但支持InTru 3D顯示技術(shù)的廠(chǎng)商與產(chǎn)品較為少見(jiàn)。

　　裸眼3D顯示的應用

　　裸眼3D技術(shù)目前有：1.全像投影(Holographic)。2.體積式(Volumetric)。3.視差光柵(Parallax Barrier)。4.柱狀透鏡(Lenticular;LC)。5.分時(shí)多工(Time-multiplexed)。

　　全像投影式利用紅、綠、藍3色雷射光源各自經(jīng)過(guò)調變器產(chǎn)生相位型光柵，雷射光在經(jīng)過(guò)全像片合并之后，以垂直掃描鏡及多面鏡進(jìn)行垂直及水平的掃描，使立體影像呈現出來(lái)。2014年5月Billboard音樂(lè )頒獎現場(chǎng)，就利用全像投影技術(shù)，讓已逝的搖滾巨星麥克.杰克遜，活生生的重現于現場(chǎng)觀(guān)眾與世人面前。

　　更多體積式則是由德儀所開(kāi)發(fā)的雷射3D投影技術(shù)，以雷射光照射在一個(gè)高速旋轉盤(pán)上的散射現象，于一個(gè)玻璃密閉空間內顯示立體物件的每一個(gè)點(diǎn)并組成立體影像。但缺點(diǎn)在于投影物件體積受到限制，且越靠近中央轉軸分辨率越低。

　　視差光柵則是利用透光柵欄來(lái)控制左右眼畫(huà)面的光線(xiàn)前進(jìn)、折射方向，成本較低但有亮度與可觀(guān)視角/點(diǎn)數限制，顯示2D文字時(shí)較不清晰。目前為L(cháng)G Optimus 3D、HTC Evo 3D等智能手機，任天堂3DS游戲器與佳的美(Gadmei)裸眼3D平板所采用。而2013年則分別有飛利浦、友達、東芝、京東方等開(kāi)發(fā)出具備9個(gè)視點(diǎn)55寸顯示電視/面板。

　　柱狀透鏡利用液晶分子因通電的扭轉使光線(xiàn)通過(guò)時(shí)造成折射現象，形成垂直柱狀透鏡的聚焦效果，優(yōu)點(diǎn)是亮度高;若搭配攝影鏡頭追蹤觀(guān)賞者還可以作到全視角，但相對成本偏高。友達于2011～2012年展示出柱狀透鏡技術(shù)，搭配攝影機的全視角裸眼3D顯示面板。東芝(Toshiba)的Qosmio F750、F855，華碩(ASUS) ROG G53SX等筆記本機種使用柱狀透鏡的裸眼3D面板技術(shù)。

　　分時(shí)多工技術(shù)又稱(chēng)為指向背光板(Directional Backlight)技術(shù)。以一組指向性背光板搭配快速反應面板，快速切換顯示左、右眼影像讓使用者觀(guān)看形成3D影像。目前3M掌握相關(guān)專(zhuān)利，并曾開(kāi)發(fā)出10寸中小尺寸顯示面板，能夠在不減低光源、色澤與亮度下，達到某個(gè)范圍視角內裸眼3D顯示效果。

　　浸潤式VR將取代近距離3D立體顯示

　　新一代的浸潤式虛擬實(shí)境(Immersion VR)顯示技術(shù)，象是Google Glass引領(lǐng)的智能眼鏡、虛擬實(shí)境眼鏡(VR Glasses)旋風(fēng)，其技術(shù)是以迷你投影機透過(guò)棱鏡反射之后，進(jìn)入眼睛在視網(wǎng)膜中成像，營(yíng)造出從2.4公尺的距離來(lái)看25寸屏幕一樣，且具備640x360的分辨率。Epson Moverio BT-200則把耳機與控制主機另外做成配件，眼鏡配件上僅960x540分辨率的Display、Camera與Sensor。

　　在專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域市場(chǎng)則有SBG Labs的DigiLens系列、MicroOptical的MV-1產(chǎn)品等。Innovega在CES 2014首度展示的iOptik隱形眼鏡+智能眼鏡的全新產(chǎn)品。

　　頭戴式顯示裝置(HMD)部分，例如Sony的HMZ-T1、HMZ-T3W可直接戴在頭上即可，享受劇院級的藍光電影或進(jìn)行游戲。被Facebook于2014年3月購并的Oculus公司Rift DK2，分辨率提升至Full HD，玩家可透過(guò)頭部與身體的移動(dòng)來(lái)控制游戲主角。

　　Technical Illusions公司的castAR為結合看穿式HMD功能的智能眼鏡，搭配魔杖(castAR Wand)以手勢控制來(lái)進(jìn)虛擬游戲。2014年9月META推出META Pro SpaceGlasses，比Google Glass畫(huà)面大15倍與40度視角之先進(jìn)AR，能將用戶(hù)的手機或計算機屏幕投射在眼鏡上。