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裸眼3D的概念/原理以及应用领域分析

编辑:格非儿 文章来源:数字展示在线 发布日期:2017-7-3 7:36:12

  3D是three-dimensional的缩写,就是三维图形。在计算机里显示3d图形,就是说在平面里显示三维图形。不像现实世界里,真实的三维空间,有真实的距离空间。计算机里只是看起来很像真实世界,因此在计算机显示的3d图形,就是让人眼看上就像真的一样。人眼有一个特性就是近大远小,就会形成立体感。裸眼3D就是让我们摆脱特制眼镜的束缚,让计算机显示的3d图形,让人眼看上就像真的一样。裸眼3D技术

  计算机屏幕是平面二维的,我们之所以能欣赏到真如实物般的三维图像,是因为显示在计算机屏幕上时色彩灰度的不同而使人眼产生视觉上的错觉,而将二维的计算机屏幕感知为三维图像。基于色彩学的有关知识,三维物体边缘的凸出部分一般显高亮度色,而凹下去的部分由于受光线的遮挡而显暗色。这一认识被广泛应用于网页或其他应用中对按钮、3d线条的绘制。具体实现时,可用完全一样的字体在不同的位置分别绘制两个不同颜色的2d文字,只要使两个文字的坐标合适,就完全可以在视觉上产生出不同效果的3d文字。

  目前主流的裸眼3D技术手段有:狭缝式液晶光栅、柱状透镜、指向光源、主动式背光。
  1、狭缝式液晶光栅。这种技术原理是在屏幕前加了一个狭缝式光栅之后,应该由左眼看到的图像显示在液晶屏上时,不透明的条纹会遮挡右眼;同理,应该由右眼看到的图像显示在液晶屏上时,不透明的条纹会遮挡左眼,通过将左眼和右眼的可视画面分开,使观者看到3D影像。
  2、柱状透镜,这种技术原理是通过透镜的折射原理,将左右眼对应的像素点分别投射在左右眼中,实现图像分离。对比狭缝光栅技术最大的优点是透镜不会遮挡光线,所以亮度有了很大改善,
  3、指向光源,简单说来就是精确控制两组屏幕分别向左右眼投射图像。
  4、主动式背光,采用光学微结构构成背光模组,背光发出的光束可以在电子器件的控制下调整方向。

  裸眼3D技术原理
  计算机屏幕是平面二维的,我们之所以能欣赏到真如实物般的三维图像,是因为显示在计算机屏幕上时色彩灰度的不同而使人眼产生视觉上的错觉,而将二维的计算机屏幕感知为三维图像。基于色彩学的有关知识,三维物体边缘的凸出部分一般显高亮度色,而凹下去的部分由于受光线的遮挡而显暗色。这一认识被广泛应用于网页或其他应用中对按钮、3d线条的绘制。比如要绘制的3d文字,即在原始位置显示高亮度颜色,而在左下或右上等位置用低亮度颜色勾勒出其轮廓,这样在视觉上便会产生3d文字的效果。具体实现时,可用完全一样的字体在不同的位置分别绘制两个不同颜色的2d文字,只要使两个文字的坐标合适,就完全可以在视觉上产生出不同效果的3d文字。
  如今主流的3D立体显示技术,仍然不能使我们摆脱特制眼镜的束缚,这使得其应用范围以及使用舒适度都打了折扣。而且不少3D技术会让长时间的体验者有恶心眩晕等感觉

  光屏障式技术
  光屏障式3D技术的实现方法是使用一个开关液晶屏、偏振膜和高分子液晶层,利用液晶层和偏振膜制造出一系列方向为90°的垂直条纹。这些条纹宽几十微米,通过它们的光就形成了垂直的细条栅模式,称之为“视差障壁”。而该技术正是利用了安置在背光模块及LCD面板间的视差障壁。通过将左眼和右眼的可视画面分开,使观者看到3D影像。
  这种技术的优点是在成本上比较有优势,像夏普的3D手机和任天堂的3DS游戏机都是采用这种技术。不过采用这种技术的屏幕亮度偏低。
  柱状透镜技术
  柱状透镜技术也被称为微柱透镜3D技术,使液晶屏的像平面位于透镜的焦平面上,这样在每个柱透镜下面的图像的像素被分成几个子像素,这样透镜就能以不同的方向投影每个子像素。于是双眼从不同的角度观看显示屏,就看到不同的子像素。
  柱状透镜技术并不会像光屏障式那样影响屏幕亮度,所以其比后者的显示效果要好。

  裸眼3D分类
  从技术上来看,裸眼式3D可分为光屏障式柱状透镜技术和指向光源三种。裸眼式3D技术最大的优势便是摆脱了眼镜的束缚,但是分辨率、可视角度和可视距离等方面还存在很多不足。
  在观看的时候,观众需要和显示设备保持一定的位置才能看到3D效果的图像(3D效果受视角影响较大),3D画面和常见的偏光式3D技术和快门式3D技术尚有一定的差距。不过液晶面板行业巨头友达光电,研发巨头3M等已经在积极进行研发。
  优缺点
  光屏障式—光屏障式3D技术也被称为视差屏障或视差障栅技术,其原理和偏振式3D较为类似,是由夏普欧洲实验室的工程师十余年的研究成功。光屏障式3D产品与既有的LCD液晶工艺兼容,因此在量产性和成本上较具优势,但采用此种技术的产品影像分辨率和亮度会下降。利用液晶层和偏振膜制造出一系列方向为90°的垂直条纹。
  优点:与既有的LCD液晶工艺兼容,因此在量产性和成本上较具优势
  缺点:画面亮度低,分辨率会随着显示器在同一时间播出影像的增加呈反比降低


  柱状透镜—柱状透镜技术也被称为双凸透镜或微柱透镜3D技术,其最大的优势便是其亮度不会受到影响。柱状透镜3D技术的原理是在液晶显示屏的前面加上一层柱状透镜,
  优点:3D技术显示效果更好,亮度不受到影响
  缺点:相关制造与现有LCD液晶工艺不兼容,需要投资新的设备和生产线


  指向光源—对指向光源3D技术投入较大精力的主要是3M公司,指向光源3D技术搭配两组LED,配合快速反应的LCD面板和驱动方法,让3D内容以排序方式进入观看者的左右眼互换影像产生视差,进而让人眼感受到3D三维效果。前不久,3M公司刚刚展示了其研发成功的3D 光学膜,该产品的面试实现了无需佩戴 3D 眼镜,就可以在手机,游戏机及其他手持设备中显示真正的三维立体影像,极大地增强了基于移动设备的交流和互动。
  优点:分辨率、透光率方面能保证,不会影响既有的设计架构,3D显示效果出色
  缺点:技术尚在开发,产品不成熟

 

  总结

  与传统的3D技术需要3D眼镜或者3D头盔的支持相比,裸眼3D技术可以应用的范围和场景都比较多,有显示器、电视机,还有手机、游戏机等移动设备,也不仅仅能够看电影、玩游戏,并且还能针对各种不同设备进行各种优化,裸眼3D技术的发展潜力还是很大的。

 标签:裸眼3D 
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