3D與浸潤(rùn)式顯示技術(shù)與應(yīng)用

    利用人類兩眼視差產(chǎn)生立體景深的3D顯示技術(shù)由來已久，數(shù)十年前就有廉價(jià)的紅藍(lán)濾光眼鏡，應(yīng)用于電影院；2009年電影阿凡達(dá)(AVATAR)所帶動(dòng)的全球3D顯示應(yīng)用的狂熱，從3D電視、顯示器、投影機(jī)，到顯卡、筆記本、平板、游樂器、手機(jī)等加入3D立體顯示應(yīng)用，后來結(jié)合穿戴式裝置的頭盔顯示器等擴(kuò)增實(shí)境／浸潤(rùn)式顯示技術(shù)，讓畫面人物變得更立體、更生動(dòng)…

    3D顯示技術(shù)演進(jìn)趨勢(shì)

    3D顯示技術(shù)，依照是否攜帶輔助觀察的裝置配件與否，而區(qū)分成眼鏡3D(Stereo 3D with glasses)與裸眼3D(Naked 3D without glasses)兩大類。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)仍在開發(fā)階段，受限于液晶面板成本高且有可視點(diǎn)數(shù)的限制，初期以掌上型游樂器、手機(jī)、平板等中小型液晶面板為主的應(yīng)用，后面將詳述其技術(shù)分類以及相關(guān)應(yīng)用。

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

    3D顯示器以高達(dá)120～240Hz的屏幕刷新頻率，連續(xù)性的交叉顯示左、右眼的畫面；藉由快門眼鏡快速切換、遮蔽左右眼，使左右眼各自看到正確的左右眼畫面，在大腦內(nèi)呈現(xiàn)出具深度感的立體影像。此技術(shù)不會(huì)犧牲3D畫面分辨率且立體效果良好，但少數(shù)人觀看主動(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)品均是使用此快門式眼鏡技術(shù)。

    至于偏光眼鏡又稱被動(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?qū)⒆笱叟c右眼的影像分離，當(dāng)觀賞者戴上偏光眼鏡時(shí)即可正確地分別看到左、右眼畫面產(chǎn)生3D效果。其優(yōu)點(diǎn)在于成本低，但分辨率會(huì)降為原來一半，且亮度也會(huì)拉低。目前以樂金(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(nèi)部分別有供左右眼獨(dú)立觀賞的微型顯示器，于大腦內(nèi)形成視覺暫留并合成立體圖象，不僅能帶來浸潤(rùn)式的還場(chǎng)顯示效果，應(yīng)用在虛擬實(shí)境或擴(kuò)增實(shí)境(AR)的應(yīng)用上也極為普遍。

    眼鏡3D顯示的應(yīng)用

    在阿凡達(dá)帶動(dòng)3D顯示熱潮下，2010年各電視大廠紛紛推出采主動(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(zhuǎn)向智能連網(wǎng)電視(Smart TV/Connected TV)，各電視大廠仍然在主力中高階機(jī)種保留了3D眼鏡做為選配規(guī)格。

    至于在X86架構(gòu)的桌機(jī)、筆記本方面，繪圖芯片龍頭輝達(dá)(NVIDIA)，從13年前GeForce3 Ti500，就推出運(yùn)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，由一組紅外線技術(shù)的主動(dòng)快門式眼鏡，須搭配NVIDIA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(lán)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(guī)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，搭配第三方廠商提供的3D眼鏡(主動(dòng)式快門或偏光式)，就可以驅(qū)動(dòng)游戲、YouTube 3D影視或Blu-ray藍(lán)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，搭配第三方廠商提供的主動(dòng)快門式3D眼鏡，就可以驅(qū)動(dòng)游戲、YouTube 3D影視或Blu-ray藍(lán)光影碟做3D立體顯示。但支持InTru 3D顯示技術(shù)的廠商與產(chǎn)品較為少見。

    裸眼3D顯示的應(yīng)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(lán)3色雷射光源各自經(jīng)過調(diào)變器產(chǎn)生相位型光柵，雷射光在經(jīng)過全像片合并之后，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(xiàn)出來。2014年5月Billboard音樂頒獎(jiǎng)現(xiàn)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(xiàn)于現(xiàn)場(chǎng)觀眾與世人面前。

    更多體積式則是由德儀所開發(fā)的雷射3D投影技術(shù)，以雷射光照射在一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)盤上的散射現(xiàn)象，于一個(gè)玻璃密閉空間內(nèi)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(zhuǎn)軸分辨率越低。

    視差光柵則是利用透光柵欄來控制左右眼畫面的光線前進(jìn)、折射方向，成本較低但有亮度與可觀視角／點(diǎn)數(shù)限制，顯示2D文字時(shí)較不清晰。目前為L(zhǎng)G Optimus 3D、HTC Evo 3D等智能手機(jī)，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(dá)、東芝、京東方等開發(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(zhuǎn)使光線通過時(shí)造成折射現(xiàn)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賞者還可以作到全視角，但相對(duì)成本偏高。友達(dá)于2011～2012年展示出柱狀透鏡技術(shù)，搭配攝影機(jī)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(jī)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(yīng)面板，快速切換顯示左、右眼影像讓使用者觀看形成3D影像。目前3M掌握相關(guān)專利，并曾開發(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(dá)到某個(gè)范圍視角內(nèi)裸眼3D顯示效果。

    浸潤(rùn)式VR將取代近距離3D立體顯示

    新一代的浸潤(rùn)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(jī)透過棱鏡反射之后，進(jìn)入眼睛在視網(wǎng)膜中成像，營(yíng)造出從2.4公尺的距離來看25寸屏幕一樣，且具備640x360的分辨率。Epson Moverio BT-200則把耳機(jī)與控制主機(jī)另外做成配件，眼鏡配件上僅960x540分辨率的Display、Camera與Sensor。

    在專業(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(jí)的藍(lán)光電影或進(jìn)行游戲。被Facebook于2014年3月購(gòu)并的Oculus公司Rift DK2，分辨率提升至Full HD，玩家可透過頭部與身體的移動(dòng)來控制游戲主角。

    Technical Illusions公司的castAR為結(jié)合看穿式HMD功能的智能眼鏡，搭配魔杖(castAR Wand)以手勢(shì)控制來進(jìn)虛擬游戲。2014年9月META推出META Pro SpaceGlasses，比Google Glass畫面大15倍與40度視角之先進(jìn)AR，能將用戶的手機(jī)或計(jì)算機(jī)屏幕投射在眼鏡上。