詳解4種立體顯示技術(shù)

1、詳解4種立體顯示技術(shù)要使一幅畫面產(chǎn)生立體感，至少要滿足三個方面的條件：一、畫面有透視效果透視效果是觀看三維世界時的基本規(guī)律，是畫面產(chǎn)生立體感的基本要求。如果畫一個立方體卻不遵照立方體的透視規(guī)律來畫，那么畫出來的作品就一定不會產(chǎn)生立方體所應(yīng)有的立體感，不過即使是這樣的作品還是有透視效果的，只不過是別的東西的透視效果。那么什么是沒有透視效果呢？一個正方形就沒有透視效果，如果畫面中只有一個孤零零的正方形的話就絕對不會有立體感。、畫面有正確的明暗虛實變化真實世界中根據(jù)光源的亮度、顏色、位置和數(shù)量的不同，物體會有相應(yīng)的亮部、暗部、投影和光澤等，同時近處的物體在色彩的飽和度、亮度、對比度等方面都相對較高，

2、遠(yuǎn)處的則較低。如果畫面中沒有這些效果或是違反這些規(guī)律，都不會產(chǎn)生好的立體感。三、雙眼的空間定位效果人眼在觀看物體時，兩只眼睛分別從兩個角度來觀看，看到的兩幅畫面自然有細(xì)微的差別，大腦將兩幅畫面混合成一幅完整的畫面，并根據(jù)它們的差別線索感知被視物的距離。這就是雙眼的空間定位，是人眼感知距離的最主要的手段。如果重放畫面的時候不能再現(xiàn)這種空間定位的感覺，那么即使前兩點做很不錯也總覺得欠缺點什么。以上三點只有同時滿足才能產(chǎn)生比較完美的立體效果，普通顯示器可以實現(xiàn)前兩點卻無法實現(xiàn)第三點，而所謂的立體顯示技術(shù)也就是能夠再現(xiàn)空間定位感的顯示技術(shù)。關(guān)于為什么普通顯示器無法再現(xiàn)空間定位感，可以藉由觀察視差角的不

3、同來理解。視差角就是雙眼和一點的兩條連線之間的角度，距離近則視差角大、距離遠(yuǎn)則視差角小，物體的表面有無數(shù)個點，那么就有無數(shù)個視差角，我們只需找其中有代表性的幾個作分析。如圖顯示，人眼在看真實的圓柱體和看屏幕上顯示的圓柱體時，視差角有明顯的不同，看屏幕時的視差角實際上和看平板玻璃時是一樣的，因此不管屏幕上顯示的內(nèi)容如何變化，立體感始終是一個平面，這也是普通顯示器無法實現(xiàn)立體顯示的原因。既然如此，首先想到的解決辦法自然就是把顯示器做成圓柱體形狀，這樣當(dāng)然可以完美的顯示圓柱體，不過這樣的顯示器不管顯示什么內(nèi)容時都會機(jī)械的制造出中間近、兩邊遠(yuǎn)的效果。世界上倒也的確有類似的技術(shù)，比如有一種國家專利的立體

4、眼鏡”，它就是通過光學(xué)手段把輸送給兩眼的畫面作處理，把給其中一只眼的畫面扭曲成平行四邊形。這樣就相當(dāng)于把畫面下部的視差角增大了，產(chǎn)生了近的感覺，畫面的上部則感覺比較遠(yuǎn)。雖然是十分單純的欺騙眼睛的手段，對于大部分畫面來說這種效果倒也不錯。但是，它并不能算是立體顯示技術(shù)。那么為了完美顯示每一種物體，顯示電風(fēng)扇時就得用電風(fēng)扇形的顯示器，顯示飛機(jī)又要用飛機(jī)形狀的顯示器，如果要顯示宇宙該用什么形狀的顯示器呢？顯然，這樣就走入了一條死胡同，因此必須找到其它的方法。我們繼續(xù)思考的話可以想到，視差角之所以存在都是因為我們有兩只眼睛，那么我們可以從這一點著手。設(shè)法分別向兩眼輸送兩個拍攝角度略有不同的畫面，給左眼

5、的畫面只讓左眼看到，給右眼的只讓右眼看到，那么如同前面提到的立體眼鏡，調(diào)節(jié)兩幅畫面之間的細(xì)微差距就相當(dāng)于調(diào)節(jié)視差角。既然可以人為的控制視差角，我們就可以在顯示圓柱體時調(diào)節(jié)視差角產(chǎn)生圓柱體的立體感，顯示電風(fēng)扇、飛機(jī)時產(chǎn)生電風(fēng)扇和飛機(jī)的立體感，顯示宇宙時產(chǎn)生宇宙中每個星球的立體感等等。按照這個方法不就可以實現(xiàn)完美的立體顯示了嗎？事實上，當(dāng)今主流的4種立體顯示技術(shù)都是基于這個原理的。立體顯示技術(shù)的種類非常多，大部分還在實驗室中，目前投入應(yīng)用比較多的是分色、分光、分時和光柵4種技術(shù)。根據(jù)上面的介紹，實現(xiàn)基于雙眼視覺的立體顯示需要經(jīng)過兩大步驟，首先，要準(zhǔn)備好兩套分別供左眼和右眼觀看的畫面。目前，這種畫面

6、的來源有三種途徑：一、雙機(jī)拍攝。拍攝電影或圖片時將兩臺照像機(jī)或攝像機(jī)并排放置，兩機(jī)間的角度和距離都模擬人的雙眼。二、從3D場景中提取。由于3D場景本來就被設(shè)計用來可供任何角度觀看，所以從中提取兩套畫面自然不難，提取的兩套畫面相互間的角度要模擬人的雙眼。三、用軟件智能模擬。這是利用計算機(jī)根據(jù)原始畫面重新生成兩套畫面，可用于將現(xiàn)有的普通視頻和圖片轉(zhuǎn)換為立體顯示的片源，但效果略差。在第一步中，三種獲取途徑是通用的，但實際的產(chǎn)品中通產(chǎn)只采用某一種方式。片源準(zhǔn)備好以后，第二個步驟就是將它們輸送給雙眼，并且要點是給左眼觀看的畫面只能讓左眼看到。在輸送時其實并不需要刻意的調(diào)節(jié)兩套畫面的差距，只要能將上述途徑

7、獲得的片源按要求輸送給雙眼，那么人眼就會自動產(chǎn)生與畫面對應(yīng)的立體感了。為了實現(xiàn)這一步，各種立體顯示技術(shù)采用了不同的方式，4種技術(shù)的區(qū)別也就在于此。4種主流立體顯示技術(shù)的原理及實現(xiàn)方法下面就介紹4種技術(shù)如何將片源輸送給雙眼，其中前三種，分色、分光、分時技術(shù)的流程很相似，都是需要經(jīng)過兩次過濾，第一次是在顯示器端，第二次是在眼睛端：分色：分色技術(shù)的基本原理是讓某些顏色的光只進(jìn)入左眼，另一部分只進(jìn)入右眼。我們眼睛中的感光細(xì)胞共有4種，其中數(shù)量最多的是感覺亮度的細(xì)胞，另外三種用于感知顏色，分別可以感知紅、綠、藍(lán)三種波長的光，感知其它顏色是根據(jù)這三種顏色推理出來的，因此紅、綠、藍(lán)被稱為光的三原色。要注意這

8、和美術(shù)上講的紅、黃、藍(lán)三原色是不同的，后者是顏料的調(diào)和，而前者是光的調(diào)和。顯示器就是通過組合這三元色來顯示上億種顏色的，計算機(jī)內(nèi)的圖像資料也大多是用三原色的方式儲存的。分色技術(shù)在第一次過濾時要把左眼畫面中的藍(lán)色、綠色去除，右眼畫面中的紅色去除，再將處理過的這兩套畫面疊合起來，但不完全重疊，左眼畫面要稍微偏左邊一些，這樣就完成了第一次過濾。第二次過濾是觀眾帶上專用的濾色眼鏡，眼鏡的左邊鏡片為紅色，右邊的鏡片是藍(lán)色或綠色，由于右眼畫面同時保留了藍(lán)色和綠色的信息，因此右邊的鏡片不管是藍(lán)色還是綠色都是一樣的。注意，也有一些眼鏡是右邊為紅色，這樣第一次過濾時也要對調(diào)過來，購買產(chǎn)品時一般都會附贈配套的濾色

9、眼鏡，因此標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一也不用在意。以紅、綠眼鏡為例，紅、綠兩色互補(bǔ)，紅色鏡片會削弱畫面中的綠色，綠色鏡片削弱畫面中的紅色，這樣就確保了兩套畫面只被相應(yīng)的眼睛看到。其實準(zhǔn)確的說是紅、青兩色互補(bǔ)，青介于綠和藍(lán)之間，因此戴紅、藍(lán)眼鏡也是一樣的道理。目前，分色技術(shù)的第一次濾色已經(jīng)開始用計算機(jī)來完成了，按上述方法濾色后的片源可直接制作成DVD等音像制品，在任何彩色顯示器上都可以播放。分光：常見的光源都會隨機(jī)發(fā)出自然光和偏振光，分光技術(shù)是用偏光濾鏡或偏光片濾除特定角度偏振光以外的所有光，讓0度的偏振光只進(jìn)入右眼，90度的偏振光只進(jìn)入左眼（也可用45度和135度的偏振光搭配）。兩種偏振光分別搭載著兩套畫面，觀

10、眾須帶上專用的偏光眼鏡，眼鏡的兩片鏡片由偏光濾鏡或偏光片制成，分別可以讓0度和90度的偏振光通過,這樣就完成了第二次過濾。目前，分光技術(shù)的應(yīng)用還主要停留在投影機(jī)上，早期必須使用雙投影機(jī)加偏振光濾鏡的方案，現(xiàn)在已經(jīng)可以用單投影機(jī)來實現(xiàn)，不過都必須配合不破壞偏振光的金屬投影幕才能使用。線偏振光部分偏振光分時：分時技術(shù)是將兩套畫面在不同的時間播放，顯示器在第一次刷新時播放左眼畫面,同時用專用的眼鏡遮住觀看者的右眼，下一次刷新時播放右眼畫面，并遮住觀看者的左眼。按照上述方法將兩套畫面以極快的速度切換，在人眼視覺暫留特性的作用下就合成了連續(xù)的畫面。目前，用于遮住左右眼的眼鏡用的都是液晶板，因此也被稱為液

11、晶快門眼鏡，早期曾用過機(jī)械眼鏡。光柵：光柵技術(shù)和前三種差別較大，它是將屏幕劃分成一條條垂直方向上的柵條，柵條交錯顯示左眼和右眼的畫面，如1、3、5顯示左眼畫面，2、4、6顯示右眼畫面。然后在屏幕和觀眾之間設(shè)一層視差障礙”，它也是由垂直方向上的柵條組成的，對于液晶這類有背光結(jié)構(gòu)的顯示器來說，視察障礙也可設(shè)在背光板和液晶板之間。視察障礙的作用是阻擋視線，如圖，它遮住了兩眼視線交點以外的部分，使左眼看到的柵條右眼看不到，右眼看到的左眼又看不到。不過，如果觀看者的位置改變的話，那么視差障礙位置也要隨之改變。為了方便移動視差障礙，小型光柵顯示器都是采用液晶板來作為視差障礙的，而檢測觀看者位置的方法主要有

12、兩種，一種是在觀看者頭上戴一個定位設(shè)備，另一種是用兩個攝像頭像人眼一樣的定位。視差障礙視差器設(shè)在屏帶和雙眼之間視差障器設(shè)在液晶板和背光板之間4種主流立體顯示技術(shù)的優(yōu)缺點表面上看，4種技術(shù)在將左右眼畫面分別輸送給雙眼這一步驟上如同八仙過海，但仔細(xì)分析過后就會發(fā)現(xiàn)它們有著不同的優(yōu)缺點。應(yīng)用范圍方面：這4種技術(shù)可應(yīng)用的范圍還是比較廣的，值得一提的就是分時技術(shù)還不能應(yīng)用于液晶顯示器，主要是因為液晶顯示器的響應(yīng)時間太長，響應(yīng)特性也非常怪異。你可能會問，既然分時技術(shù)不能用于液晶顯示器，為什么可以采用液晶快門眼鏡呢？此事說來話長，大家若想了解這其中的乾坤，可以查閱其他介紹液晶顯示器響應(yīng)時間的文章。舒適性方面

13、：前三種技術(shù)使用時必須要配戴專用的眼鏡，好在觀看的位置不限；光柵技術(shù)雖然不需要配戴眼鏡，但有一部分產(chǎn)品要在頭上配戴定位設(shè)備，同時觀眾必須在特定的范圍內(nèi)才能正常觀看。畫面質(zhì)量方面：4種技術(shù)普遍存在亮度損失的問題，分色技術(shù)使用顏色較深的濾色鏡，亮度損失理所當(dāng)然，同時它還會損失一部分顏色信息，另外顯示彩色畫面時，如果鏡片顏色不夠深，很可能導(dǎo)致濾色不徹底，會影響觀看效果；分光技術(shù)要用到偏光片，它會吸收特定角度偏振光以外的所有光，亮度損失很嚴(yán)重；分時技術(shù)雖然在任意一個時刻只有一只眼睛能看到光線，但由于人眼的視覺暫留特性，所以這并不是它損失亮度的主要原因，之所以損失亮度，是因為液晶快門眼鏡中也包含偏光片，

14、所以它和分光技術(shù)是一樣的；至于光柵技術(shù)，視差障礙使每只眼睛只能接收到原來一半的光線，因此亮度損失一半，同時水平分辨率也只有原來的一半。保護(hù)視力方面：首先，分光和光柵兩種技術(shù)對視力是沒有損害的，另外兩種技術(shù)中，分色技術(shù)是無藥可救的，因為觀看時，雙眼接收到的顏色信息嚴(yán)重不平衡，雖然大腦可以將它們完美的組合在一起，但是會造成視神經(jīng)疲勞，不能長時間使用。分時技術(shù)必須配合CRT這類的低響應(yīng)時間的顯示器才能使用，CRT一個顯著的特點是瞬間發(fā)光，必須以非常高的頻率重復(fù)的掃描，然后在人眼視覺暫留特性的作用下才能呈現(xiàn)連續(xù)的畫面，為了使畫面足夠穩(wěn)定并且不會對視力造成損害，刷新頻應(yīng)該達(dá)到85赫茲，普通顯示器都可以達(dá)

15、到這個指標(biāo)，但使用分時技術(shù)后就不同了，由于單位時間內(nèi)只有一只眼睛能看到畫面，原來的85赫茲現(xiàn)在變成了42.5赫茲，如果還要保護(hù)視力的話，顯示器的刷新率就要設(shè)置為170赫茲了。但是顯示器的性能有限，很多顯示器即使在最低的分辨率下也只能達(dá)到120赫茲，實際只相當(dāng)于60赫茲，在這樣的刷新率下人眼就很容易疲勞了。即使顯示器支持170赫茲的高刷新率，液晶快門眼鏡也大多不支持。需要注意，這個缺點只是針對CRT而言，如果換用非瞬間發(fā)光的顯示器就不存在這個問題了，但絕大部分的液晶快門眼鏡都是為CRT優(yōu)化的，可能會不適應(yīng)其它顯示器的響應(yīng)時間和響應(yīng)特性。4種主流立體顯示技術(shù)在個人電腦上的應(yīng)用在了解了這4種技術(shù)以后

16、，想必大家都很想在自己的電腦上體驗一番吧，也不知道大家都看中了哪種技術(shù)，在文章的最后，我就介紹一下這4種技術(shù)在個人電腦上的應(yīng)用吧。想在計算機(jī)上使用分色技術(shù)并不難，一種方法是直接購買制作好的分色技術(shù)的DVD,如特工小子立體版和怪物史瑞克立體版。另外也可以使用專用立體播放軟件，如東方影都立體版，它可以實時的將普通電影轉(zhuǎn)化成應(yīng)用于分色技術(shù)的立體電影，是目前最廉價的方案。要使用偏光技術(shù)就不太容易了，只有一些小作坊聲稱可以將筆記本電腦的屏幕改造為立體顯示器，改造的方法很簡單，就是將屏幕貼上玻璃紙，只是不知道他們提供的軟件如何。玻璃紙的作用同偏光片，但更便宜。玻璃紙種類很多，原本都是用于包裝的，所以不是所有的玻璃紙都有偏光的作用，記得以前有一則新聞就是報道美國的公司發(fā)現(xiàn)了一種偏光效果非常好的玻璃紙。分時技術(shù)的產(chǎn)品絕大多數(shù)都是為個人電腦和工作站設(shè)計的，購買如豪杰