摆脱束缚 裸眼3D显示技术新探

在我们的生活中，时常都能接触到3D立体显示的应用。但如今主流的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。于是，3D立体显示能够持续发展的动力，就落到了裸眼3D显示技术这一前沿科技身上。

在刚刚过去的夏季电影市场，3D动画片与气温一样火爆，《飞屋历险记》、《冰河世纪3》等重量级影片逼真的3D效果给观众带来了前所未有的视觉享受。但是要欣赏这些3D电影，观众必须带上特制的3D眼镜，这让很多人觉得不方便，而且长时间观看还可能导致某些观众出现双眼疲劳甚至头昏。很多影迷都在问同样一个问题，何时才可以不依赖3D眼镜就能方便地欣赏3D电影？其实针对这个问题，很多科技公司已经研究出相应的技术解决方案了，这就是一项被称为“裸眼3D显示”的技术，这种技术能够不通过任何工具让左右两只眼睛从显示屏幕上看到两幅具有视差的、有所区别的画面，并将其传递给大脑，从而使人产生立体感。它不仅能够让3D电影摆脱眼镜的束缚，而且还能够走进我们的生活，应用到电视机、显示器、数码相框上，使我们的影像生活变得更加精彩。

主流裸眼3D显示技术揭秘

本来要借助特殊眼镜才能观看到的3D立体影像，如何仅通过肉眼就能看到？你一定很好奇吧，首先我们就来了解一下裸眼3D显示技术的实现原理。它的实现方式主要有两种：一是视差障壁技术，另一个为柱状透镜技术，目前主要的裸眼3D显示技术都是在这两种技术的基础上改良而成的。

视差障壁技术

对3D显示技术有些了解的读者可能知道电影院在放映3D电影时，广泛采用的是偏振眼镜法。而首先要介绍的视差障壁(Parallax Barrier)技术(它也被称为视差屏障或视差障栅技术)，与偏振眼镜法有些相似，不过一个需要通过眼镜，另一个却不需要。视差障壁技术是由夏普欧洲实验室的工程师经过十年研究所得。它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，在立体显示模式下，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(图1)。

图1 视差障壁式裸眼3D技术的原理示意图

不过该技术也存在一个较大的缺陷，就是由于背光遭到视差障壁的阻挡，所以亮度也会随之降低，要看到高亮度的画面比较困难。除此之外，分辨率也会随着显示器在同一时间播出影像的增加成反比降低，导致清晰度的降低。

柱状透镜技术

另一项名为柱状透镜(Lenticular Lens)的技术，也被称为双凸透镜或微柱透镜。它相比视差障壁技术大的优点是其亮度不会受到影响。它的原理是在液晶显示屏的前面加上一层柱状透镜，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。不过像素间的间隙也会被放大，因此不能简单地叠加子像素。让柱透镜与像素列不是平行的，而是成一定的角度。这样就可以使每一组子像素重复投射视区，而不是只投射一组视差图像(图2)。

图2 柱状透镜式裸眼3D技术的原理示意图

之所以它的亮度不会受到影响，是因为柱状透镜不会阻挡背光，因此画面亮度能够得到很好地保障。不过由于它的3D显示基本原理仍与视差障壁技术有异曲同工之处，所以分辨率仍是一个比较难解决的问题。

层出不穷的裸眼3D显示产品

由于裸眼3D显示技术具有良好的应用前景，参与研究的厂商也在逐步增加。仅在目前，国内外已经有不少厂商实现了裸眼3D显示产品的商业化应用，而这些产品也涉及到多种领域，呈现出百花齐放的局面。

应用多——显示器

显示器是裸眼3D显示技术运用得多的产品。而提到显示器，我们首先不得不提到裸眼3D显示器领域曾经的霸主——飞利浦。早在2006年，飞利浦就开始推广3D显示器，其在CES 2006上展出的42英寸裸眼3D显示器样机模型曾荣膺大会金奖。至今为止，飞利浦推出过22英寸、42英寸和
56英寸的多款WOWvx 3D显示器(图3)，其采用的WOWvx技术到目前为止仍然是领先的裸眼3D显示技术。但迫于金融危机的影响，飞利浦于今年4月表示将关闭3D显示部门，并全面停止销售3D显示器，包括经典的42英寸42-3D6W02显示器。这对于裸眼3D显示器的发展确实是一个非常大的损失。

图3 曾经风靡一时的飞利浦WOWvx裸眼3D显示器

飞利浦选择了退出，但同样有人选择加入进来，并且推出了一些新的产品。2009年4月，美国PureDepth公司宣布研发出改进后的裸眼3D技术——MLD，这种技术能够通过一定间隔重叠的两块液晶面板，实现在不使用专用眼镜的情况下，观看文字及图画时所呈现3D影像的效果。与以往采用柱状透镜技术的裸眼3D显示器相比，MLD技术具有以下几个优点：一、观看3D影像时，用户不会产生眩晕、头疼及眼睛疲劳等副作用；二、3D显示时，屏幕的分辨率不会降低；三、可组合显示文字等二维影像和3D影像；四、对观看3D影像的视野及角度没有太大的限制，通俗点说就是可视角度够大。据悉，采用MLD技术的显示设备已经在美国拉斯维加斯的部分娱乐场所得到了应用，并取得了良好的效果(图4)。

图4 运用MLD技术生产的20.1英寸产品和已经量产的12.1英寸原型机

这一领域并非由国外厂商所独霸，国内同样不乏在裸眼3D显示器方面达到世界级水平的厂商。国内厂商欧亚宝龙就曾接连推出过在当时全球大的61英寸以及103英寸的Bolod裸眼3D显示器，并且这些产品都已经正式推向市场(图5)，在国内的部分高校、电视台以及大型科技企业中，你或许就能看到它的相关产品。

图5 展示中的宝龙Bolod立体显示器

据悉，它旗下的Bolod裸眼3D显示器如今已经发展到第四代，产品也全部实现高清显示。国内企业能有如此成就，无疑是让人振奋的。

小屏也玩3D——数码相框

3D显示器仅是裸眼3D显示技术应用的一个方面，在数码相框领域，同样有厂商推出了相关的产品。想想看，数码相框中的普通图片“变成”具有3D立体效果的图片，照片中的人物、事物呼之欲出，是不是很有意思。在国内市场中，目前在售的就有掌网公司推出的3Dinlife裸眼3D数码相框。它是通过软件计算后利用偏光原理，把拍摄的图片或视频分别折射到人的双眼，使双眼在同一时间看到不同的图像从而感知到3D立体画面(图6)。

图6 掌网公司推出的3Dinlife数码相框

虽然在实际使用中，该数码相框还存在着诸如画面亮度不高，图片效果一般等需要进一步改进的问题，但普通照片能这样轻松地变得立体，如此新奇的体验还是值得肯定的。

图7 富士发布的裸眼3D数码相框FinePix REAL 3D V1

国际大厂也不甘寂寞，富士公司就在不久前发布了自己的裸眼3D数码相框FinePix REAL 3D
V1，其尺寸为8英寸。在显示正常的照片时，它的分辨率能达到800×600，但在3D显示时，分辨率就会降为400×600。另外它还支持“视差调整”的调节，用户可以手动调整不同的3D立体程度和显示效果(图7)。不过由于其发布时间较短，具体效果还有待考验。

节目不再是问题——电视里的3D频道

英国人似乎更加超前，他们甚至已经将裸眼3D频道纳入了议事日程。英国BSkyB电视台就透露他们有可能在明年开通一个全新的3D电视频道，为用户提供完全不一样的3D观看体验。当然，想要观看3D频道，用户还需要得到3D电视终端和SKY HD机顶盒的支持，新的3D机型可以实现裸眼
3D的效果。如果你的电视机不是新的3D机型，但具备3D READY功能，也可以通过佩戴立体眼镜的方式观看到3D画面。

图8 用3D电视终端和SKY HD的机顶盒观看的裸眼3D节目

当然，要想在家中获得前所未有的新奇体验，你所付出的代价也是不小的，整个花费可能达到3000英镑，高昂的价格注定了在家观赏裸眼3D节目暂时还是极小众的行为(图8)。也不知道什么时候，国内的电视台能开通个3D频道，而电视厂商也能生产出廉价的3D电视机，让我们也能享受到高科技带来的乐趣。

写在后

裸眼3D产品虽然层出不穷，但是在分辨率、可视角度和可视距离方面仍然存在不足，这也是未来各个厂商都要努力突破的技术难点。由于技术的原理所限，目前裸眼3D显示产品的分辨率普遍不太高，显示效果要进行提升比较困难，这对于习惯了高清节目的观众来说就比较难以忍受。可视角度也是一个急待解决的问题，目前的产品，人们在观看屏幕时，必须位于一定的范围内才能观看到立体画面，若观看角度太大，3D效果就会显得不那么明显。另外可视距离也是一个不容忽视的问题，如果观看者距离屏幕位置太远同样会使3D效果大打折扣，而离屏幕距离太近的话，人又容易出现明显的头晕现象。

以上这些问题，各个有志于在裸眼3D产品方面分一杯羹的厂商都在想尽办法寻求解决方案，前面提到的WOWvx技术、MLD技术等都是其中的佼佼者，相信用不了多久，我们就可以摆脱3D眼镜的束缚，尽情地去享受各种3D产品带来的快感了！