3D立體顯示技術(shù)原理與游戲應(yīng)用歷程簡(jiǎn)介

　　雖然眼鏡方式能滿足多人共同觀看的需求，不過(guò)觀看時(shí)必須配戴特殊眼鏡仍舊是個(gè)相當(dāng)大的障礙，各家廠商于是投入不需要配戴特殊眼鏡的裸眼 3D 立體顯示技術(shù)研發(fā)。

　　所謂的「裸眼 3D 立體顯示」，是指在不配戴任何特殊配件的狀態(tài)下以裸眼視覺(jué)就能直接觀看到 3D 立體顯示的效果。雖然基本原理仍舊是讓左右眼觀看不同畫(huà)面產(chǎn)生視差來(lái)營(yíng)造立體感，不過(guò)前提是不配戴眼鏡，因此必須透過(guò)特殊設(shè)計(jì)的屏幕來(lái)達(dá)成目標(biāo)。

　　由于裸眼 3D 立體顯示在技術(shù)上仍有許多限制，因此主要用于個(gè)人化小型化的顯示用途，如手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等，較少用于多人化大型化的顯示用途，如電視屏幕等。

　　裸眼 3D 立體顯示根據(jù)運(yùn)作模式又分為空間多功式與分時(shí)多功式兩大類。

　　【空間多功式裸眼 3D 立體顯示】

　　空間多功式裸眼 3D 立體顯示是在同一個(gè)屏幕上，以分割顯示區(qū)域（空間）同時(shí)顯示左右兩眼畫(huà)面（多功）來(lái)達(dá)成 3D 立體顯示效果的方式，因此被稱為「空間多功」。

　　?柱狀透鏡式 3D 立體顯示（Lenticular Lenses）

　　柱狀透鏡式 3D 立體顯示屏幕，是在屏幕表面設(shè)置垂直排列的圓柱狀凸透鏡薄膜，透過(guò)透鏡折射來(lái)控制光線行進(jìn)方向，讓左右兩眼接受不同影像產(chǎn)生視差呈現(xiàn)立體效果。

　　由與光線在通過(guò)凸透鏡時(shí)，行進(jìn)方向會(huì)折射而產(chǎn)生變化，因此只要將左右眼畫(huà)面以縱向方式交錯(cuò)排列，再透過(guò)一連串緊密排列的柱狀透鏡，就能讓左右眼看到各自的畫(huà)面。

　　柱狀透鏡方式的歷史久遠(yuǎn)，應(yīng)用范圍也相當(dāng)廣泛，包括平面印刷或是屏幕顯示器都能運(yùn)用此方式來(lái)呈現(xiàn) 3D 立體畫(huà)面，市面上常見(jiàn)的立體墊板等產(chǎn)品就是利用相同的原理所制作。除了呈現(xiàn)立體影像之外，柱狀透鏡還能用來(lái)呈現(xiàn)會(huì)隨觀看角度而變化的影像。

《但丁的地獄之旅》死神特別版封面就是采用柱狀透鏡印刷

　　由于柱狀透鏡可以在多個(gè)角度下產(chǎn)生立體效果，因此可以適用於多人觀看的應(yīng)用，不過(guò)在不合適的角度觀看時(shí)會(huì)出現(xiàn)影像重疊的狀況。一般的柱狀透鏡是固定貼附在屏幕表面，而且是以單一方向排列，因此無(wú)法切換顯示模式，水平解析度會(huì)降為原本的一半，畫(huà)質(zhì)也會(huì)受到透鏡折射影響，屏幕旋轉(zhuǎn) 90 度時(shí)就會(huì)無(wú)法呈現(xiàn)立體感。不過(guò)也有廠商研發(fā)在柱狀透鏡中注入液晶來(lái)改變聚焦特性的技術(shù)，可關(guān)閉透鏡的折射效果切換成 2D 模式。

　　視差屏障式 3D 立體顯示（Parallax Barriers）

　　視差屏障式 3D 立體顯示屏幕，是在屏幕表面設(shè)置稱為「視差屏障」的縱向柵欄狀光學(xué)屏障來(lái)控制光線行進(jìn)方向，讓左右兩眼接受不同影像產(chǎn)生視差達(dá)成立體顯示效果。

　　由于左右眼視線通過(guò)柵欄狀視差屏障的角度不同，因此會(huì)看到后面屏幕的不同部分，只要將左右眼畫(huà)面以縱向方式交錯(cuò)排列，就能讓左右眼看到各自的畫(huà)面產(chǎn)生立體感。

　　由于是采用遮蔽方式來(lái)達(dá)成立體顯示效果，必須將屏幕分為左右兩畫(huà)面顯示，因此水平解析度會(huì)降為原本的一半，而且畫(huà)面亮度會(huì)下降。之外還會(huì)還有觀看距離、角度與方向的限制，必須在規(guī)定的距離與角度內(nèi)觀看，畫(huà)面轉(zhuǎn) 90 度時(shí)就會(huì)無(wú)法呈現(xiàn)立體感。

　　后續(xù)廠商研發(fā)許多技術(shù)來(lái)改善視差屏障式 3D 立體顯示螢?zāi)坏南忍煜拗�，像是采用可開(kāi)關(guān)的液晶薄膜來(lái)充當(dāng)視差屏障，就能透過(guò)液晶屏障的開(kāi)關(guān)來(lái)切換 2D / 3D 顯示模式，液晶屏障排列方式也可以制作成水平與垂直兩種方向，配合橫拿與直拿的需求切換。

可開(kāi)關(guān)的液晶視差屏障

　　視差屏障式 3D 立體顯示是目前最廣泛應(yīng)用于可攜式裝置的方式，包括 SHARP 與日立都不約而同的在任天堂發(fā)表 N3DS 后緊接著發(fā)表了各自的行動(dòng)電話用視差屏障式 3D 立體顯示屏幕。其中 SHARP 的產(chǎn)品將液晶屏障與觸控薄膜整合在一起，而且同時(shí)支持橫拿與直拿的應(yīng)用，比較符合 N3DS 的需求，不過(guò)目前還無(wú)法確定是否會(huì)獲得任天堂采用。

SHARP 3D 液晶屏幕產(chǎn)品示意圖

日立 3D 液晶面板特色解說(shuō)示意圖

　　【分時(shí)多功式裸眼 3D 立體顯示】

　　時(shí)間多功式裸眼 3D 立體顯示是在同一個(gè)屏幕上，各切割一半時(shí)間來(lái)交替顯示（分時(shí)）左右兩眼畫(huà)面（多功）以達(dá)成 3D 立體顯示效果的方式，因此被稱為「分時(shí)多功」。

　　?指向性背光分時(shí)式 3D 立體顯示

　　指向性背光分時(shí)式 3D 立體顯示，是藉由指向性背光膜搭配左右配置的背光光源，以高速交替方式分別朝左右眼顯示不同畫(huà)面來(lái)達(dá)成立體顯示效果的方式。由于指向性背光膜可以控制光線射出的方向，因此能將左右畫(huà)面分別投射到觀看者的左右眼中。

　　當(dāng)屏幕右側(cè)的背光光源亮起時(shí)，就會(huì)透過(guò)指向性背光膜射出朝左眼方向的光線，用來(lái)顯示左眼畫(huà)面。當(dāng)左側(cè)的背光光源亮起時(shí)，就會(huì)透過(guò)指向性背光膜射出朝右眼方向的光線，用來(lái)顯示右眼畫(huà)面。藉由左右畫(huà)面高速交替顯示，就能平順的顯示立體影像。

　　由于指向性背光方式采用分時(shí)多功，因此每次都能以面板的完整解析度來(lái)顯示畫(huà)面，不像空間多功只能以面板的一半解析度來(lái)顯示畫(huà)面。而且只要左右兩側(cè)的背光光源同時(shí)亮起，就能切換為 2D 顯示模式。不過(guò)由於左右眼畫(huà)面是以指向性的方式顯示，因此只有從屏幕正面觀看時(shí)才能看到立體影像，而且當(dāng)屏幕旋轉(zhuǎn) 90 度時(shí)就無(wú)法顯示立體影像。

　　指向性背光分時(shí)式 3D 立體顯示產(chǎn)品目前仍處于研發(fā)階段。

　　?深度融合式 3D 立體顯示（Depth-fused 3D）

　　深度融合式 3D 立體顯示是將兩片液晶面板前后重疊在一起，分別在前后兩片液晶面板上以不同亮度顯示前景與后景的影像，藉由實(shí)體的深淺差異來(lái)呈現(xiàn)出景深效果。

日立研發(fā)的深度融合式 3D 立體顯示屏幕

　　由于深度融合式并不像其他方式是以模擬兩眼視差來(lái)產(chǎn)生立體感，而是讓畫(huà)面真正具備前景與后景的差別，能讓觀看者兩眼視線的焦點(diǎn)自然落在畫(huà)面位置并感受到景深，因此觀看時(shí)眼睛比較不容易感到疲勞。不過(guò)受限于前后景重疊時(shí)的角度偏移不能太大，因此適合觀看的角度有限，加上需要重疊兩片液晶面板來(lái)構(gòu)成，因此體積較大成本較高。

　　深度融合式 3D 立體顯示不屬于多工方式，產(chǎn)品問(wèn)世已久不過(guò)應(yīng)用層面有限。