论文部分内容阅读
导语：前不久出差在北京首都国际机场三号航站楼偶然发现一款路虎汽车广告，让笔者为之一惊。为什么呢？因为此广告牌并非我们通常见到的灯箱、液晶或LED显示，而是立体的裸眼3D广告牌。虽然裸眼3D在各类展会笔者已见过多次，并不觉新奇，但在公众场合以大屏幕形式显示还是头一次看到。看来裸眼3D已真切来到我们身边。
对于立体3D，想必公众并不陌生。自《阿凡达》给观众带来了震撼3D体验之后，3D浪潮再次来袭。3D电影、3D游戏层出不穷、3D内容大量涌现、3D频道正式开通，3D投影机、3D电视、3D显示器和3D笔记本等产品也快速进入到了市场当中，政府、机构、厂商的共同推动让普通公众在此次浪潮中切切实实感受到了2D与3D迥然不同的、喷屏而出的感觉，近几年3D已超越高清、数字化成为市场最热的科技变革。然而如今流行的3D立体显示技术，虽然带来的视觉冲击让人享受，但是需要专用眼镜才能观看的方式却让人感觉有些遗憾，这使得3D的应用范围以及使用舒适度都大打折扣。于是人们对3D立体显示技术有了更高的期盼，希望能够不带眼镜、自由观看3D影像，这就是裸眼3D。
裸眼3D显示技术一般被称为“裸眼多视点”技术，也就是不通过任何工具就能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，将它们反射到大脑，人就会产生立体感。它同样利用了人眼的视差原理，通过给观看者左右两眼分别送去不同的画面，达到立体的视觉效果。由于观察者可以不佩戴眼镜，因此这些技术非常适用于公共场所展示的大屏幕显示器，便于多人观赏。
裸眼3D目前存在多种技术解决方案，比较常见也相对成熟的有两种，一种是视差障壁（Barrier）式，另一种是柱状透镜（Lenticular Lens）式。
视差障壁也被称为视障式，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经过十余年才研究成功。通过使用开关液晶屏、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”。利用安置在背光模块及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。该技术与既有的LCD液晶工艺兼容，因此在量产性和成本上较具优势，不足是背光因遭视差障壁阻挡，故亮度也将随之降低；另外，分辨率会因显示器同时呈现影像的多寡，而呈等比例降低。
柱状透镜也被称为柱镜式。柱状透镜通常放置在LCD面板最上方，原理是在液晶显示屏的前面加上一层柱状透镜，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。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。柱状透镜技术优点是，因其不会阻挡背光，故显示器亮度不受影响；但由于其3D显示基本原理与视差障壁技术相同，故分辨率仍将降低。
目前市面上绝大部分厂商生产的裸眼3D产品都基于以上两大技术延伸而来。当然也有创新者，如3M的指向光源裸眼3D技术、美国PureDepth公司的MLD（multi-layer display多层显示）裸眼3D技术，二者均已研发出成品并进行了展示，不过因开发成熟度和成本等原因，尚未被其他厂商大量采用，并且有待市场实践验证。
裸眼落后眼镜3D之谜
事实上，3D浪潮已潮起潮落数次，但站在数字化基础上的这一轮3D潮最为猛烈，裸眼3D也在此次浪潮中获得技术突破。2008年日企爱普生率先推出了2.57英寸的8视点裸眼3D液晶显示器，东芝紧随其后将9视点的裸眼3D显示器导入12.1英寸LCD显示器应用，不久韩企三星、LG也发布了相关产品。我国在此方面与国际厂商几乎同步，TFT LCD厂商华映在2008年6月即有推出4视点裸视3D LCD显示器，友达则采用视差障壁式开发出5视点的24英寸3D LCD显示器，同时该公司也开发了采用柱状透镜技术2D/3D自由转换影像的显示器。
裸眼3D发展至今各种产品层出不穷，从几英寸的小屏幕到103英寸的大屏幕产品，从手机、电脑到电视、公用显示应用应有尽有。不过这份热闹和繁荣仅局限在业内，公众对之却知之甚少，与眼镜3D如日中天的火热更是不可同日而语。
与眼镜3D相比，裸眼3D最大的优势就是摆脱了眼镜的束缚，让使用者观看3D显示器有更高的便利性，观赏影像时可看到的立体影像范围更广。然而在实际演示中，我们发现裸眼3D无论是在分辨率、亮度、视角范围，还是内容制作、舒适度方面都与眼镜3D存在不小的差距。
在分辨率和亮度方面，考虑到规模成本等原因，大多数厂商选择了视差障壁式裸眼3D，视障式优点是电子可控，可开关使3D/2D切换时对2D显示没有影响，可控制能用于横屏竖屏显示切换，局部3D显示等，缺点是横向分辨率下降一半，亮度有一定损失。柱状透镜式优点是对亮度没有损失，缺点是分辨率也是横向下降一半，而且由于不可开关和控制，所以柱镜多用于大面板，观看距离比较远。
在视角范围方面，裸眼3D同样存在问题，它的视角范围与视点多少密切相关。视点越多可看到3D影像的视角范围就越广，LG曾展出高达30多个视点数的3D显示器，但从性价比考虑，多数厂商选择了5-9视点，这使得相隔视点之间必然存在3D盲区，需在合适的角度和距离观看，否则会出现3D效果降低或重影现象。
裸眼3D内容制作的成本居高不下，比眼镜3D要高很多。因为裸眼3D内容并不通用，要根据视点数量的不同，通过专业的软件分别制作内容并播放。而且由于没有行业标准，各厂商实现方式多种多样，技术流派也不少，即使视点相同，内容也可能不兼容，进一步提高了成本。 观看舒适度方面，对裸眼3D有头晕恶心的不适感人数明显要高于眼镜3D。这是因为裸眼3D内容制作人才奇缺，造成了3D内容参差不齐，从而直接影响到观看舒适度，加之分辨率不足造成的画面粗糙、观看视角等原因，加重了不适感。
最后是产品价格，在众人拾柴火焰高的推动下，眼镜3D产品的成本与2D产品已相差不多，DLP投影机中3D已作为标配存在，数字电视亦将如此。规模应用是促使成本下降的最大动因，而裸眼3D差强人意的视觉观感，让市场规模推广步履缓慢。
裸眼3D何时才能与眼镜3D并驾齐驱？
技术人员的最可爱之处是迎难而上，虽然裸眼3D存在种种不足，但世界各地研发者并未失去信心，仍在不懈地改进和创新中。士别三日当刮目相看，这句话用在裸眼3D再恰当不过。仅仅在去年，记者看到的裸眼3D显示效果还与眼镜3D差距甚大。但今年记者在上海数字标牌展上发现无论从画质清晰度、立体效果还是舒适度感受方面裸眼3D都有了质的飞跃。不仅出现了支持高清的产品、视角范围达到了150°以上，而且还突破了单屏限制、出现了液晶拼接的裸眼3D，以往3D内容是瓶颈，裸眼3D内容更是如此，现在通过2D/3D视频转换软件，可以使普通的2D视频自动转换为3D，更为令人振奋的是两视点3D视频也可实时转换为多视点裸眼3D，这意味着当前普通的2D/3D内容可以直接采用，无需重新制作，大大节省了制作费用，提升了工作效率。
曾经分辨率不足这个难题，在国际显示巨头的重视及推进下得到了解决，当前裸眼3D高清面板已经普及、超高清液晶面板也已入市，这使得裸眼3D进入实用市场成为现实。
“在显示技术方面，通过优化R-OPTICAL光学方案，重建驱动架构，优化匹配3D算法，再次将裸眼3D显示效果提升到新的水平。最新的裸眼3D技术无论在图像清晰度、立体效果、舒适度，还是3D转换功能上，都达到了较高水平，也更加接近大规模商业化的临界点。” 朗辰方面表示。
由于3D内容少且成本高，使得2D转3D这一途径成为不可忽略的选项，此项在眼镜3D设备上早已成为必备功能，如今在裸眼3D上也得以实现。2D转3D技术的应用大大缓解了3D内容的不足，让用户有机会欣赏到更多的精彩节目，在一定程度上促进了市场推广进程。但毕竟其效果还是无法和真正3D拍摄的画面相比，会出现立体效果不足，景深逻辑存在一定几率错误，长时间观看产生眩晕不适等问题。于是不少厂商将关注重点转到如何将两视点3D内容转换为多视点裸眼3D。在2011年上海易维视、深圳市维尚视界、朗辰科技等公司先后推出了多视点转换处理器，并在今年进入批量生产阶段，此举可将市场上的普通3D影像转换为裸眼格式的多视角影像，增加了3D显示器的可观看视角，让观赏者可从不同位置与角度看到3D立体影像。相比2D转3D实时技术，双视点转多视点从理论上可以做到真3D而不是伪3D效果。维尚视界公司表示，双视点转多视点技术可以说是决定裸眼3D能否商用的最后一个技术壁垒。
如今裸眼3D多项技术难题已获得解决，技术趋于成熟，存在的最大问题是成本依然较高，故立体显示专家、上海大学电子信息工程系主任安平教授表示目前商品化产品应多先导入商业广告、大型公共显示等应用，裸眼3D技术在广告、展示、游戏、电视以及移动终端方面会有很大的市场，未来围绕裸眼3D会形成新的产业模式。
对于立体3D，想必公众并不陌生。自《阿凡达》给观众带来了震撼3D体验之后，3D浪潮再次来袭。3D电影、3D游戏层出不穷、3D内容大量涌现、3D频道正式开通，3D投影机、3D电视、3D显示器和3D笔记本等产品也快速进入到了市场当中，政府、机构、厂商的共同推动让普通公众在此次浪潮中切切实实感受到了2D与3D迥然不同的、喷屏而出的感觉，近几年3D已超越高清、数字化成为市场最热的科技变革。然而如今流行的3D立体显示技术，虽然带来的视觉冲击让人享受，但是需要专用眼镜才能观看的方式却让人感觉有些遗憾，这使得3D的应用范围以及使用舒适度都大打折扣。于是人们对3D立体显示技术有了更高的期盼，希望能够不带眼镜、自由观看3D影像，这就是裸眼3D。
裸眼3D显示技术一般被称为“裸眼多视点”技术，也就是不通过任何工具就能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，将它们反射到大脑，人就会产生立体感。它同样利用了人眼的视差原理，通过给观看者左右两眼分别送去不同的画面，达到立体的视觉效果。由于观察者可以不佩戴眼镜，因此这些技术非常适用于公共场所展示的大屏幕显示器，便于多人观赏。
裸眼3D目前存在多种技术解决方案，比较常见也相对成熟的有两种，一种是视差障壁（Barrier）式，另一种是柱状透镜（Lenticular Lens）式。
视差障壁也被称为视障式，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经过十余年才研究成功。通过使用开关液晶屏、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”。利用安置在背光模块及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。该技术与既有的LCD液晶工艺兼容，因此在量产性和成本上较具优势，不足是背光因遭视差障壁阻挡，故亮度也将随之降低；另外，分辨率会因显示器同时呈现影像的多寡，而呈等比例降低。
柱状透镜也被称为柱镜式。柱状透镜通常放置在LCD面板最上方，原理是在液晶显示屏的前面加上一层柱状透镜，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。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。柱状透镜技术优点是，因其不会阻挡背光，故显示器亮度不受影响；但由于其3D显示基本原理与视差障壁技术相同，故分辨率仍将降低。
目前市面上绝大部分厂商生产的裸眼3D产品都基于以上两大技术延伸而来。当然也有创新者，如3M的指向光源裸眼3D技术、美国PureDepth公司的MLD（multi-layer display多层显示）裸眼3D技术，二者均已研发出成品并进行了展示，不过因开发成熟度和成本等原因，尚未被其他厂商大量采用，并且有待市场实践验证。
裸眼落后眼镜3D之谜
事实上，3D浪潮已潮起潮落数次，但站在数字化基础上的这一轮3D潮最为猛烈，裸眼3D也在此次浪潮中获得技术突破。2008年日企爱普生率先推出了2.57英寸的8视点裸眼3D液晶显示器，东芝紧随其后将9视点的裸眼3D显示器导入12.1英寸LCD显示器应用，不久韩企三星、LG也发布了相关产品。我国在此方面与国际厂商几乎同步，TFT LCD厂商华映在2008年6月即有推出4视点裸视3D LCD显示器，友达则采用视差障壁式开发出5视点的24英寸3D LCD显示器，同时该公司也开发了采用柱状透镜技术2D/3D自由转换影像的显示器。
裸眼3D发展至今各种产品层出不穷，从几英寸的小屏幕到103英寸的大屏幕产品，从手机、电脑到电视、公用显示应用应有尽有。不过这份热闹和繁荣仅局限在业内，公众对之却知之甚少，与眼镜3D如日中天的火热更是不可同日而语。
与眼镜3D相比，裸眼3D最大的优势就是摆脱了眼镜的束缚，让使用者观看3D显示器有更高的便利性，观赏影像时可看到的立体影像范围更广。然而在实际演示中，我们发现裸眼3D无论是在分辨率、亮度、视角范围，还是内容制作、舒适度方面都与眼镜3D存在不小的差距。
在分辨率和亮度方面，考虑到规模成本等原因，大多数厂商选择了视差障壁式裸眼3D，视障式优点是电子可控，可开关使3D/2D切换时对2D显示没有影响，可控制能用于横屏竖屏显示切换，局部3D显示等，缺点是横向分辨率下降一半，亮度有一定损失。柱状透镜式优点是对亮度没有损失，缺点是分辨率也是横向下降一半，而且由于不可开关和控制，所以柱镜多用于大面板，观看距离比较远。
在视角范围方面，裸眼3D同样存在问题，它的视角范围与视点多少密切相关。视点越多可看到3D影像的视角范围就越广，LG曾展出高达30多个视点数的3D显示器，但从性价比考虑，多数厂商选择了5-9视点，这使得相隔视点之间必然存在3D盲区，需在合适的角度和距离观看，否则会出现3D效果降低或重影现象。
裸眼3D内容制作的成本居高不下，比眼镜3D要高很多。因为裸眼3D内容并不通用，要根据视点数量的不同，通过专业的软件分别制作内容并播放。而且由于没有行业标准，各厂商实现方式多种多样，技术流派也不少，即使视点相同，内容也可能不兼容，进一步提高了成本。 观看舒适度方面，对裸眼3D有头晕恶心的不适感人数明显要高于眼镜3D。这是因为裸眼3D内容制作人才奇缺，造成了3D内容参差不齐，从而直接影响到观看舒适度，加之分辨率不足造成的画面粗糙、观看视角等原因，加重了不适感。
最后是产品价格，在众人拾柴火焰高的推动下，眼镜3D产品的成本与2D产品已相差不多，DLP投影机中3D已作为标配存在，数字电视亦将如此。规模应用是促使成本下降的最大动因，而裸眼3D差强人意的视觉观感，让市场规模推广步履缓慢。
裸眼3D何时才能与眼镜3D并驾齐驱？
技术人员的最可爱之处是迎难而上，虽然裸眼3D存在种种不足，但世界各地研发者并未失去信心，仍在不懈地改进和创新中。士别三日当刮目相看，这句话用在裸眼3D再恰当不过。仅仅在去年，记者看到的裸眼3D显示效果还与眼镜3D差距甚大。但今年记者在上海数字标牌展上发现无论从画质清晰度、立体效果还是舒适度感受方面裸眼3D都有了质的飞跃。不仅出现了支持高清的产品、视角范围达到了150°以上，而且还突破了单屏限制、出现了液晶拼接的裸眼3D，以往3D内容是瓶颈，裸眼3D内容更是如此，现在通过2D/3D视频转换软件，可以使普通的2D视频自动转换为3D，更为令人振奋的是两视点3D视频也可实时转换为多视点裸眼3D，这意味着当前普通的2D/3D内容可以直接采用，无需重新制作，大大节省了制作费用，提升了工作效率。
曾经分辨率不足这个难题，在国际显示巨头的重视及推进下得到了解决，当前裸眼3D高清面板已经普及、超高清液晶面板也已入市，这使得裸眼3D进入实用市场成为现实。
“在显示技术方面，通过优化R-OPTICAL光学方案，重建驱动架构，优化匹配3D算法，再次将裸眼3D显示效果提升到新的水平。最新的裸眼3D技术无论在图像清晰度、立体效果、舒适度，还是3D转换功能上，都达到了较高水平，也更加接近大规模商业化的临界点。” 朗辰方面表示。
由于3D内容少且成本高，使得2D转3D这一途径成为不可忽略的选项，此项在眼镜3D设备上早已成为必备功能，如今在裸眼3D上也得以实现。2D转3D技术的应用大大缓解了3D内容的不足，让用户有机会欣赏到更多的精彩节目，在一定程度上促进了市场推广进程。但毕竟其效果还是无法和真正3D拍摄的画面相比，会出现立体效果不足，景深逻辑存在一定几率错误，长时间观看产生眩晕不适等问题。于是不少厂商将关注重点转到如何将两视点3D内容转换为多视点裸眼3D。在2011年上海易维视、深圳市维尚视界、朗辰科技等公司先后推出了多视点转换处理器，并在今年进入批量生产阶段，此举可将市场上的普通3D影像转换为裸眼格式的多视角影像，增加了3D显示器的可观看视角，让观赏者可从不同位置与角度看到3D立体影像。相比2D转3D实时技术，双视点转多视点从理论上可以做到真3D而不是伪3D效果。维尚视界公司表示，双视点转多视点技术可以说是决定裸眼3D能否商用的最后一个技术壁垒。
如今裸眼3D多项技术难题已获得解决，技术趋于成熟，存在的最大问题是成本依然较高，故立体显示专家、上海大学电子信息工程系主任安平教授表示目前商品化产品应多先导入商业广告、大型公共显示等应用，裸眼3D技术在广告、展示、游戏、电视以及移动终端方面会有很大的市场，未来围绕裸眼3D会形成新的产业模式。