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走近3D(一):3D显示技术的原理及应用

2014年03月20 18:19 来源:曼恒数字

什么是3D立体显示?

3D是three-dimensional的缩写,就是三维立体图形。由于人的双眼观察物体的角度略有差异,因此能够辨别物体远近,产生立体的视觉。3D立体显示正是利用这个原理,把左右眼所看到的影像分离,使画面变得立体逼真,让观众有身临其境的感觉。

3D显示技术可以分为眼镜式和裸眼式两大类。裸眼3D主要用于公用商务场合,将来还会应用到手机等便携式设备上,今天只介绍在显示器、投影机或者电视都需要配合的眼镜式3D技术。

眼镜式3D显示技术

根据技术原理的不同,眼镜式3D技术又可以细分出三种主要的类型:色差式、偏光式和主动快门式。

色差式3D技术

色差式原理是通过物理学原理,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,最常见的滤光片颜色通常是红/蓝,红/绿,或者红/青。

偏光式3D技术

偏光式也叫偏振式,运用这种原理的眼镜也叫被动立体眼镜。根据光的特性,先把图像分为水平光和垂直光两组画面,戴上偏光眼镜,左眼通过水平、右眼通过垂直的把视频画面传给观众,两组画面经由大脑重合,使其产生立体效果。

快门式3D技术

快门式3D技术根据人眼对影像频率的快速刷新来实现的。戴上快门式眼镜(也叫主动立体眼镜)后,屏幕先给出左眼画面,眼镜同时将右眼画面遮住;之后屏幕给出右眼画面,眼镜同一时间将左眼画面遮住。这种切换反复快速进行,由于人眼的视觉暂留现象,左右眼仿佛看到了两张不同的画面,经由大脑重合,产生立体感。屏幕刷新频率过低,图像会有闪烁和抖动现象。会引起人眼酸痛,头晕反胃等不适。因此,此种技术要求画面的刷新率至少达到120Hz(左右眼各60Hz)。

其次,需要一个同步信号来控制左右眼镜片的交替和左右画面的交替保持一致。通常,使用红外线来传输这个同步信号。2009年,美国德州仪器推出了DLP Link技术,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。

三种3D显示技术比较

色差式3D

这种技术历史最为悠久,成像原理简单,且播放时不需特殊的显示设备。和其他两种技术相比,成本低廉,但是画面效果不理想。

偏光式3D

成像效果比色差式好,眼镜价格相较于快门式更便宜且操作方便。影院普遍采用这种技术。但其在画面清晰度、色彩还原度上会略有损失。

快门式3D

不会损失任何的图像分辨率,画面效果出色。但眼镜的开关会受到日光灯等的影响,出现些微重影现象(观看时建议关灯)。并且眼镜售价相对较贵,需安装电池或充电。

3D技术的应用

3D技术的应用普及,有面向影视动画、动漫、游戏等视觉表现类的文化艺术类产品的开发和制作,有面向汽车、飞机、家电、家具等实物物质产品的设计和生产,也有面向人与环境交互的虚拟现实的仿真和摸拟等。具体讲包括: 3D软件行业、3D硬件行业、数字娱乐行业、 制造业、 建筑业、 虚拟现实、地理信息GIS、3D互联网等等。

在西方发达国家,3D已成为产品设计、制造、管理、市场、服务、消费等的创新基础和新的竞争高地;而掌握最前沿3D技术,也为他们把控产业链、获取巨额利润提供了依托。目前全球近80%的飞机与50%的汽车,使用法国达索系统的3D软件设计制造;欧特克更是在3D数字娱乐等众多领域引领全球创新走向。

欲善其事,先利其器。作为信息化条件下新的基本“语言”、“工具”和“平台”,3D技术的研发与应用关系着中国产业结构的提升,以及在下一波世界竞争中占据怎样的位置。没有3D技术与人才的支撑,产业升级、自主创新、文化软实力打造等将无从做起,“中国创造”将成为一句空话。

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