（3D入门）渐入佳境 详述3D显示技术的发展历程

cddiy

<转帖>

        近一段时间，由于电影《阿凡达》的上映，让3D显示技术走进大众的视野。人们惊叹于这项技术通过电影带给人们的视觉冲击力，立体的画面让观众仿佛身临其境，更加接近真实世界的感受。其实，3D显示技术已经有了几十年的发展历程，早在1903年，科学家发现了“视差创造立体”的原理。当电视出现后，人们就已经开始着手研制立体电视，传统的用于观察静止图像或电影图像的立体显示方法几乎全部被应用到立体电视技术中。立体电视技术是随着立体视觉技术和电视技术的发展而发展的。

最早应用于电视的3D显示技术
　　在早期黑白电视时代，比较成功的立体电视是由两部电视摄像机拍摄影像并用两个独立的视频信道传输到两部电视机，每部电视机的屏幕上安置一块偏光板，然后用偏光眼镜去观察，这样的立体电视系统可以获得较好的立体图像。这种双信道偏光分像立体电视技术至今仍然是公认的一种质量较好的立体电视系统。

老电视也可以实现3D技术

       20世纪50年代，彩色电视技术发展到接近实用的阶段，“互补色立体分像电视技术”开始应用于立体电视。基本方法是用两部镜头前端加装滤光镜的摄像机去拍摄同一场景图像，在彩色电视机的屏幕上观众看到的是两副不同颜色的图像相互叠加在一起，当观众通过相应的滤光镜观察时就可以看到立体电视图像。
　　这种立体电视成像技术兼容性好，在立体电视技术领域曾经风靡一时。但存在的问题也十分明显，首先由于通过滤光镜去观察电视图像，彩色信息损失极大。其次是彩色电视机本身的“串色”现象引起干扰，同时由于左、右眼的入射光谱不一致，易引起视觉疲劳。

[ 本帖最后由 cddiy 于 2011-5-25 10:54 编辑 ]

cddiy

低成本的彩色立体三维显示技术
　　随后在80年代，彩色立体三维技术开始流行，这种技术的原理简单，通过物理学原理，使用不同颜色的滤光片进行画面滤光，使得一个图片能产生出两幅图像。这种技术的成本非常低廉，同时效果也非常的差，仅需要一副滤光片的眼镜就可以实现。

                                                                        彩色立体三维的成本仅仅是这个眼镜

　　但由于效果太差，因此只应用于一般的玩具、儿童读物中，同时低廉的价格，一副眼镜损坏后，也不会造成较大影响。

[ 本帖最后由 cddiy 于 2011-5-25 10:53 编辑 ]

cddiy

高成本的偏振三维技术
　　近几年，偏振三维技术的出现才让投影机成为3D显示技术的主流产品。这项技术是目前市场上应用较为广泛的一种，但其成本高昂。

                                                                                         偏振三维技术需要使用2台投影机

　　这项技术需要同时使用两台投影机，并加入偏光镜片，同时需要一台具备双输出显卡的电脑，将3D信号同时输出到两台性能参数完全相同的投影机中，通过加装在投影机镜头前方的偏振镜片进行水平和垂直方向上的滤光，实现图像分离。
　　观众需要佩戴立体眼镜从左右眼分别观看水平和垂直方向上的影像，从而在人眼中形成影像叠加，实现3D效果。而两台投影机的叠加，对于投射画面的调教都有着很高的要求，在实现上成本高、技术的需求以及后期的成本都是一大问题。

[ 本帖最后由 cddiy 于 2011-5-25 11:14 编辑 ]

cddiy

目前市场的主流技术快门式三维
　　目前应用于广大3D电视的3D技术就是快门式三维技术，这项技术是目前性价比和效果平衡较好的一项技术，但同样会有技术瓶颈，视角受到一定限制，不适合多人观看。   
　    该技术的实现需要三个要素，首先画面的刷新率需要达到每秒120帧，其次需要一个红外信号发射器，另外就是需要一个可以接收红外信号的3D立体眼镜。当3D信号通过电脑（或者其他设备）输入到投影机或电视中，图像以帧序列的格式实现左右帧交替产生，通过红外发射器将这些帧信号传输出去，负责接收的3D眼镜在实现信号同步的同时与左右帧图像进行同步交替开关。从而观看到立体影像。
　   快门三维技术通过使用高性能的投影机，可以获得很高的图像质量，而无需过多的设备和调试过程，使用起来较为方便。但通过红外信号来实现图像的分离，因此对于视角较小，坐在影院中间位置和两侧位置所收看到的效果有着一定得差距。

[ 本帖最后由 cddiy 于 2011-5-25 11:19 编辑 ]

cddiy

被寄予厚望的DLP Link技术
　　前面几种立体技术分别有着图像质量差、成本过高、视角狭窄等问题，那么有没有一种技术可以同时解决这三种缺陷呢？2009年DLP芯片制造商德州仪器公司推出的DLP Link技术很好的解决了三种问题，让3D技术的普及，进入了实质性阶段。

                                                                               DLP Link技术


　　DLP Link技术的原理与立体三维技术大致相同，唯一的区别是3D信号的传输不是由红外装置，而是通过DLP投影机中的DMD芯片的闭合来控制3D信号的传输。由于DMD芯片的变换频率是以微秒为单位，因此人眼戴上立体眼镜观看过程中几乎是感觉不到信号的变化。这样的好处是信号传输更稳定，并且不受视角的影像。同时由于没有增加其他附加设备，投影机的生产成本不会增加，只需要一副立体眼镜就可以。不过，由于是最新的技术，同立体三维技术相似，3D片源较少影响该技术普及。
　　这项技术的推出，成功的解决了彩色立体三维显示技术画面质量差的问题，只要选择性能不错的投影机产品，就可以获得出色的画面效果；同时解决了偏振三维技术成本过高的问题，与没有采用3D技术的DLP投影机相比，采用DLP Link技术的投影机在成本上没有增加多少，目前市场上最便宜的3D投影机，售价仅为6000元左右；此外对于立体三维技术上由于解决了红外信号装置问题，因此视角问题就不再受到影响。

[ 本帖最后由 cddiy 于 2011-5-25 11:04 编辑 ]

cddiy

六种3D显示技术全解析

眼镜式3D技术


色差式
　　色差式3D历史最为悠久，成像原理简单，实现成本低廉，但是3D画面效果也是最差的，需要配合色差式3D眼镜才能看到3D效果。色差式3D先由旋转的滤光轮分出光谱信息，使用不同颜色的滤光片进行画面滤光，使得一个图片能产生出两幅图像，人的每只眼睛都看见不同的图像。目前我们较为最常见的滤光片颜色通常是红/蓝，红/绿，或者红/青，目前采用这种技术的影院以及越来越少了。

快门式
　　快门式3D技术主要是通过提高画面的快速刷新率（至少要达到120Hz）来实现3D效果，属于主动式3D技术。当3D信号输入到显示设备（诸如显示器、投影机等）后，120Hz的图像便以帧序列的格式实现左右帧交替产生，通过红外发射器将这些帧信号传输出去，负责接收的3D眼镜在刷新同步实现左右眼观看对应的图像，并且保持与2D视像相同的帧数，观众的两只眼睛看到快速切换的不同画面，并且在大脑中产生错觉（摄像机拍摄不出来效果），便观看到立体影像。

       NVIDIA的3D stereo、德州仪器的DLP Link还有XPAND 3D系统都是均属于快门式3D技术。从片源来看，快门式3D技术的资源也最为丰富，刷新率提升到120Hz的视频和游戏均可实现3D立体效果。得益于NVIDIA在显卡市场中的领先地位，和德州仪器DLP在投影机市场占据半壁江山优势，快门式3D技术在电脑和投影机行业已经成了3D技术的代名词。但是快门式3D技术的一大制约便是眼镜的价格，由于属于主动式眼镜，所以成本和售价较高，很多消费者难以接受。

偏光式
　　偏光式3D也叫偏振式3D技术，属于被动式3D技术，眼镜价格也较为便宜，目前3D电影院、3D液晶电视等大多采用的是偏光式3D技术。和快门式3D技术一样，偏光式3D也细分出了很多种类，比如应用于投影机行业的偏光式3D需要两台以上性能参数完全相同的投影机才能实现3D效果，而应用于电视行业的偏光式3D技术则需要画面具有240Hz或者480Hz以上的刷新率，从实现的方式二者也存在很多差别。

       在偏光式3D系统中，目前市场中较为主流的有RealD 3D系统、MasterImage 3D、杜比3D系统三种。特别是RealD 3D技术，其市场占有率最高，而且不受面板类型的影响，可以帮助任何支持3D功能的电视和显示器产生出高清3D影像，拥有这项技术的RealD公司主要是通过技术授权进行推广，目前已经和东芝、索尼、JVC、三星等公司达成了合作，在3D影院方面其占有率也遥遥领先。

        杜比3D数字影院由内置了3D颜色管理的杜比服务器、杜比3D滤光轮组件和杜比3D眼镜组成，其设计理念和优势就是采用被动式眼镜和适用于白色银幕。需要注意的是，杜比3D系统可以直接安装在数字放映机的灯泡和成像元器件之间，其滤光便相当于DLP投影机中的色轮，换言之，杜比3D数字影院使用了德州仪器DLP投影机的成像核心。

　　使用中，杜比3D滤光轮置于现行标准数字放映机内部，在灯泡和光引擎之间，可以减轻光引擎的压力，而且成像之前已完成分色，所以不会降低图像质量；旋转的滤光轮分出光谱信息不同的两份红、绿、蓝，经过特殊设计的眼镜则在左右眼只能分别接收到各自的光谱信号；使用杜比3D数字电影系统，2D和3D电影只需使用一个文件包即可，通过1U大小的杜比3D滤光轮控制器（DFC）保持滤光轮与放映机同步，杜比3D滤光轮可下降进入光路、呈现3D效果，也可上升避开光路、呈现2D效果，避免了双母版带来的麻烦；而且DFC操作极为简便，通过面板一键控制滤光轮的升降，并且面板可直观显示三种工作状态。

[ 本帖最后由 cddiy 于 2011-5-25 11:20 编辑 ]

cddiy

裸眼式3D技术
　　裸眼式3D技术大多处于研发阶段，并且主要应用在工业商用显示市场，所以大众消费者接触的不多。从技术上来看，裸眼式3D可分为光屏障式（Barrier）、柱状透镜(Lenticular Lens)技术和指向光源（Directional Backlight）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。
　　在显示行业新品展会上，笔者已经有幸见到了近十款裸眼式3D显示设备。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。不过可以告诉读者的是，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，预计部分裸眼式3D显示设备将于今明两年实现量产。

光屏障式（Barrier）
　　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。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。

光屏障式（Barrier）技术

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。

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(Lenticular Lens)技术
　　柱状透镜(Lenticular Lens)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，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。

柱状透镜(Lenticular Lens)技术示意图

      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。

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（Directional Backlight）技术
       对指向光源（Directional Backlight）3D技术投入较大精力的主要是3M公司，指向光源（Directional Backlight）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（sequential）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


其他裸眼3D技术
　　在2009年4月，美国PureDepth公司宣布研发出改进后的裸眼3D技术——MLD（multi-layer display多层显示），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。
　　另外，国内厂商欧亚宝龙旗下的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，在国内的3D显示行业处于领先位置。当然，由于非市场主流，对于MLD技术和Bolod裸眼3D显示器，我们此次只做简单的了解，不做深入技术性探讨。

cddiy

当前3D显示技术急需解决的问题
        对于3D显示技术，消费者也并非一片叫好声，笔者便听到了不少反对的声音。下面笔者便将这些观点整理发表，让大家时刻保持清醒的头脑，切不可盲目追随。

一、3D市场无比混乱
　　无比混乱的市场可以说是3D市场目前面临最大的难题。作为一种新型的显示技术，3D技术目前正处于蓬勃发展的阶段，但是整个3D行业却无统一标准，不仅消费者晕头转向，有些厂商的技术人员也为之头疼。就在笔者撰写此文的时候，也为众多说法不一的3D技术为之挠头。

3D行业急需制定统一标准

       如果想让整个市场取得革命性的突破，那么制定相关的3D行业标准也就成了迫在眉睫的事情。在3D内容制作、媒介传输、信号接口、显示解码等诸多环节均建议相应的规范，让厂商在生产研发之时有章可循，也还消费者一个明明白白。

[ 本帖最后由 cddiy 于 2011-5-25 11:30 编辑 ]

cddiy

二、3D使部分观众眩晕
　　大部分观众看完《阿凡达》都连声叫好，但是我们也不应忽视部分因为3D版《阿凡达》而出现眼干、眼痛、头晕、恶心等症状的观众，据报道还有观众观影后突发急性青光眼。据笔者了解，目前已经有不少专业眼科医生建议青光眼、屈光不正、眼肌有问题的观众放弃观看3D版《阿凡达》。

       3D画面是虚实交汇的，这些动感的虚画面会让人们聚焦眼球很困难，长时间观看很容易出现头晕、头痛。另外，电影院内光线比较暗，观众瞳孔自然就会放大，另外3D画面对于眼睛刺激性也特别大，眼压也会随之升高，出现眼干、眼痛等症状。


三、3D资源稀少
　　想看1080p高清视频？网上随便一搜便琳琅满目。但是3D内容呢？虽然支持3D的游戏已经多达百款，但是每年在影院放映的3D电影还寥寥无几，其他诸如3D图片等资源更是为数稀少，在这种情况下，消费者又有什么理由耗费数倍的价钱去购买一款“华而不实”的产品呢？
　　对于3D产品厂商来说，从行业长远的发展来看，将全部热情扑在产品的研发推广毫无疑问是错误的。作为普通的消费者，笔者只有亲身体验震撼逼真的3D效果，并且了解到市场中充斥着为数甚多的3D资源才会选购3D显示设备，相信有着这样想法的也不止笔者一位。

四、大多3D产品不支持1080p全高清
　　也许在一两年后，此问题便以得到彻底解决，但是从目前的情况来不支持1080p全高清的3D设备还是占据了大部分的市场。好不容易才感受到了1080p的清晰逼真，现在却让我为3D而选择放弃，相信没有几位消费者会答应。
　　好在3D技术经过10余年的发展，终于在近些年突破了这一瓶颈，大多已能够支持1080p内容。可以预见的是，以后的大屏幕3D显示设备均兼容1080p高清，二者缺一不可。

五、戴3D眼镜有诸多不便
　　“我本来就已经戴了一副近视眼镜，看3D电影的时候还要在外面加一副3D眼镜，鼻梁压的生疼不说，那个3D眼镜还又脏又破，看电影的过程中一个劲的往下掉。”——刚刚看完《阿凡达》的同事小王这样诉苦。

        戴3D眼镜不方便的问题是针对眼镜式3D技术而言的，但是在目前市场中，裸眼式3D产品寥寥无几，大众消费者默认为3D技术都是需要戴眼镜的。话题再回到《阿凡达》上来，据部分媒体报道，在《阿凡达》热映期间，各种3D眼镜在淘宝上销售创造了新高峰，看来人们对电影院电影的舒适度、大小、效果等还是有很多担心。

cddiy

3D代表着显示技术的终结了吗？非也！相信已经有部分前卫的读者听过“4D影院”、“全息影像”等新鲜名词了，那么这些指的又是什么呢？笔者在此也为大家顺便做简单的介绍。

4D影院
       4D影院是在3D影院的基础上发展起来的，除了传统的3D视觉震撼之外，还还根据影片的情节精心设计出烟雾、雨、光电、气泡、气味、布景、人物表演等效果。和传统的3D电影相比，观众在观看4D影片时除了视觉、听觉外还能感受到触觉、嗅觉等全方位感受。目前4D电影片源更为稀少，观众选择范围有限，笔者暂时也没有发现正式的商业4D电影。

4D影院更爽更逼真，但是无商业电影片源

全息影像
       全息影像目前也在飞速的发展中，诸如《星球大战》、《特种部队之眼镜蛇的崛起》等电影中的部分情节已经为我们展示了全息影像技术在未来应用的可能。另外，CNN报道奥巴马竞选总统期间，全息影像对于处于不同地点主持人之间进行互动也提供了不小的帮助。从严格意义上来讲，全息影像并不属于3D技术的范畴之内。

右边女主持人竟然是虚拟（全息影像）的，你看出来了吗？

　　如果想看到全息影像，首先要对拍摄设备进行改良。在拍摄全息画面的时候，摄影机不仅需要记录物体上的反光强度，也要记录位相信息。在观看的时候则需要借助透明度高的介质构成的多棱锥，然后经过光学的反射才能看到立体效果。作为一种新兴技术，全息影像技术的清晰度、容量等问题还没有得到妥善的解决，观看全息电影的时间更是遥远。


　　写在最后：经过几十年的历程，3D技术取得了迅猛的发展。当然，对于我们这些普通消费者来说，也没必要了解如此繁杂的3D技术，我们需要的只是效果更出色，实现难度更低，价格更低廉的3D显示产品而已。对于3D技术，我们已经等了几十年，现在是否意味着迎来曙光了呢？

metalslug04

此贴经典,必顶.

飞天的飞天

不错~ 转的好！

cddiy

自己顶

sdh168

楼主最好把这些贴子编辑到一起汇个总！这样方便新人查找！

cddiy

斑竹说的是，我回头编辑一下