未來的裸眼3D顯示技術

2010年初，余觀影《阿凡達》感覺立體顯示技術貫穿始終，大有席卷整個數字領域之勢；同時立體顯示技術的產品如雨后春筍般接踵而出，譬如3D電視、3D顯示器、3D顯示屏等，目前已經有包括三星在內的多家顯示器廠商都推出了免佩戴專業眼鏡就能看到3D立體畫面的顯示設備。但是我們在體驗炫動的畫面時，必須要戴上一副視覺感光度極差的3D眼鏡，這套負累的配套設備確實使人頗感不便，于是追求完美的人們便把目光轉向了無輔助立體顯示技術。

無輔助立體顯示技術雖然拋棄了立體眼鏡的包袱，但其顯示效果會如何大家不免有疑問。由于無輔助顯示技術現在大多處于研發階段并且主要應用在工業領域，大眾接觸的并不多。我的論文關注最多的就是裸眼3D顯示技術。

談起裸眼3D顯示技術首先要說立體顯示技術。人眼看物體時，人的兩只眼睛同時觀察物體，不但能擴大視野而且能判斷物體的遠近，從而產生立體感；這是由于人的兩只眼睛同時觀察物體時，在視網膜上形成的像并不完全相同，左眼看到物體的左側面較多，右眼看到物體的右側面較多，這兩個像經過大腦綜合以后就能區分物體的前后遠近，從而產生立體視覺，并衍生出立體顯示技術。立體顯示技術主要分為眼鏡式3D顯示技術和無輔助立體顯示技術（即裸眼3D顯示技術），如下圖示。

裸眼3D顯示技術一般被稱為“裸眼多視點”技術，也就是不通過任何工具就能讓左右兩只眼睛從顯示屏幕上看到兩幅具有視差的、有所區別的畫面，將它們反射到大腦，人就會產生立體感。它也利用了人眼的視差原理，通過給觀看者左右兩眼分別送去不同的畫面，從而達到立體的視覺效果。由于觀察著可以不佩戴眼鏡，因此這些技術非常適合在公共場所展示的大屏幕顯示器，便于多人觀賞。不過，裸眼3D顯示技術的缺點也非常明顯：人們在觀看屏幕時，必須位于一定的范圍內才能觀察到立體畫面，若距離屏幕位置太遠，或觀察角度太大的時候，3D效果并不明顯。此外，若離屏幕距離太近，人會有明顯的頭暈現象，因此該技術暫時還不適合在小尺寸顯示器上使用。此外，這種技術在顯示效果方面相對較差。

3D畫面和常見的偏光式3D技術和快門式3D技術尚有一定的差距。不過液晶面板行業巨頭友達光電、研發巨頭3M等已經在積極進行研發，預計部分裸眼式3D顯示設備將于今明兩年實現量產。當前市面中裸眼3D顯示技術主要有以下幾種：

1.光屏障式(Barrier)

光屏障式(Barrier)技術示意圖

光屏障式3D技術也被稱為視差屏障或視差障柵技術，其原理和偏振式3D較為類似，是由夏普歐洲實驗室的工程師十余年的研究成功。光屏障式3D產品與既有的 LCD液晶工藝兼容，因此在量產性和成本上較具優勢，但采用此種技術的產品影像分辨率和亮度會下降。光屏障式3D技術的實現方法是使用一個開關液晶屏、偏振膜和高分子液晶層，利用液晶層和偏振膜制造出一系列方向為90°的垂直條紋。這些條紋寬幾十微米，通過它們的光就形成了垂直的細條柵模式，稱之為“視差障壁”。而該技術正是利用了安置在背光模塊及LCD面板間的視差障壁，在立體顯 示模式下，應該由左眼看到的圖像顯示在液晶屏上時，不透明的條紋會遮擋右眼；同理，應該由右眼看到的圖像顯示在液晶屏上時，不透明的條紋會遮擋左眼，通過將左眼和右眼的可視畫面分開，使觀者看到3D影像。

優點：與既有的LCD液晶工藝兼容，因此在量產性和成本上較具優勢。

缺點：畫面亮度低，分辨率會隨著顯示器在同一時間播出影像的增加呈反比降低。

2.柱狀透鏡(Lenticular Lens)技術

柱狀透鏡(Lenticular Lens)技術示意圖

柱狀透鏡(Lenticular Lens)技術也被稱為雙凸透鏡或微柱透鏡3D技術，其最大的優勢便是其亮度不會受到影響。柱狀透鏡3D技術的原理是在液晶顯示屏的前面加上一層柱狀透鏡，使液晶屏的像平面位于透鏡的焦平面上，這樣在每個柱透鏡下面的圖像的像素被分成幾個子像素，這樣透鏡就能以不同的方向投影每個子像素。于是雙眼從不同 的角度觀看顯示屏，就看到不同的子像素。不過像素間的間隙也會被放大，因此不能簡單地疊加子像素。讓柱透鏡與像素列不是平行的，而是成一定的角度。這樣就可以使每一組子像素重復投射視區，而不是只投射一組視差圖像。之所以它的亮度不會受到影響，是因為柱狀透鏡不會阻擋背光，因此畫面亮度能夠得到很好地保障。不過由于它的3D顯示基本原理仍與視差障壁技術有異曲同工之處，所以分辨率仍是一個比較難解決的問題。

優點：3D技術顯示效果更好，亮度不受到影響。

缺點：相關制造與現有LCD液晶工藝不兼容，需要投資新的設備和生產線。

3.指向光源(Directional Backlight)技術

3M的指向光源3D技術示意圖

對指向光源(Directional Backlight)3D技術投入較大精力的主要是3M公司，指向光源(Directional Backlight)3D技術搭配兩組LED，配合快速反應的LCD面板和驅動方法，讓3D內容以排序(sequential)方式進入觀看者的左右眼互 換影像產生視差，進而讓人眼感受到3D三維效果。前不久，3M公司剛剛展示了其研發成功的3D 光學膜，該產品的面試實現了無需佩戴 3D 眼鏡，就可以在手機，游戲機及其他手持設備中顯示真正的三維立體影像，極大地增強了基于移動設備的交流和互動。

優點：分辨率、透光率方面能保證，不會影響既有的設計架構，3D顯示效果出色。

缺點：技術尚在開發，產品不成熟

4.其他裸眼3D顯示技術

DFD（Depth-Fused 3D）是日本NTT根據全新的錯視原理開發的景深融合型立體影像技術，其利用兩片液晶顯示器與half mirror，開發不需特殊眼鏡就可以觀賞的立體影像的技術，這種立體影像制作原理稱為REAL。REAL立體影像的制作過程是先利用一般攝影機、相機、閃光燈攝影等方式拍攝影像，然后取一般攝影與閃光燈攝影拍攝影像灰色度兩者的差分，再與一定峰值比較藉此獲得二值化（0與1的數字元元化）的影像，接著抽出所謂的近影像領域，最后再將Relief狀景深添加至近影像領域內。被照物景深形狀除了球體比較接近真實景深外，其它物體都會出現某種程度的差異，只要近影像與遠影像兩者前后關系維持正確，且景深為連續性平滑狀的話，通常利用肌理描繪（Texture）作補正，就可以獲得非常協調的立體影像。

在2009年4月，美國PureDepth公司宣布研發出改進后的裸眼3D顯示技術MLD(multi-layer display多層顯示)，這種技術能夠通過一定間隔重疊的兩塊液晶面板，實現在不使用專用眼鏡的情況下，觀看文字及圖畫時所呈現3D影像的效果。

另外，國內廠商歐亞寶龍旗下的Bolod裸眼3D顯示器如今已經發展到第四代，產品也全部實現高清顯示，在國內的3D顯示行業處于領先位置。當然，由于非市場主流，對于MLD技術和Bolod裸眼3D顯示器，我們此次只做簡單的了解，不做深入技術性探討。

除3D桌面顯示器外，手機、PDA等掌上設備的顯示屏幕也將會采用裸眼3D顯示技術。近期，三星為我們展示了一款針對手機設備開發的3D OLED面板?？紤]到便攜性，這類手機3D屏幕不要求人們佩戴專用的3D眼鏡。除三星外索尼等其他廠商也相繼推出了相關技術的產品，其原理就是通過覆蓋在屏幕上的一層特殊的“透鏡”來實現立體顯示的。它可以把小型顯示屏中顯示的圖像“分開”為兩幅略微不同的畫面，并分別送入左右眼中，讓畫面變得立體并且看起來有深度。由于該“透鏡”的厚度極薄，人用肉眼甚至無法直接看到它的存在，不會影響到畫面的正常顯示。

隨著技術的進步，縱觀3D顯示技術已成功應用到了數字顯示領域，3D顯示技術和普通消費者的距離已經越來越近了；在三星和優派均推出游戲性3D顯示器后，人們可以將3D顯示器搬到臥室內，而不用和其他人一起擠在電影院中觀看。憑借著身臨其境的立體畫面，3D顯示器對高端游戲玩家而言擁有極大的吸引力。除了針對個人用戶外，3D顯示器同樣適合于商用以及科研，如分子結構模型展示、軍事目標、文物藝術品展示、會展、大企業形象展示等各領域發揮其獨特的作用。而作為新起之秀的裸眼3D顯示技術必將青出于藍而勝于藍，未來裸眼3D顯示技術發展前景不可限量！相信隨著3D顯示技術進一步成熟，我們今后會在生活的各個領域中看到3D顯示設備的身影。