網(wǎng)科技集團(tuán)秉承工匠精神，10多年來(lái)專(zhuān)注于創(chuàng)新的立體視覺(jué)研發(fā)，包括裸眼3D、VR/AR等領(lǐng)域，擁有超過(guò)200多項(xiàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)專(zhuān)利，在國(guó)內(nèi)外可謂是立體視覺(jué)領(lǐng)域的公認(rèn)大咖。
星小編曾經(jīng)撰文解析VR的前世今生，今天我們就來(lái)分享"裸眼3D"黑科技。
01 3D顯示簡(jiǎn)介
話(huà)說(shuō)"裸眼3D"還得從3D說(shuō)起。3D是Three-dimensional的縮寫(xiě)，是以三維立體形態(tài)呈現(xiàn)視覺(jué)圖像的簡(jiǎn)稱(chēng)。在計(jì)算機(jī)里顯示3d圖形，就是說(shuō)在平面里顯示三維圖形。不像現(xiàn)實(shí)世界里，真實(shí)的三維空間，有真實(shí)的距離空間。計(jì)算機(jī)里只是看起來(lái)很像真實(shí)世界，因此在計(jì)算機(jī)顯示的3d圖形，就是讓人眼看上就像真的一樣。人眼有一個(gè)特性就是近大遠(yuǎn)小，就會(huì)形成立體感。
3D顯示帶給人們更真實(shí)、更精細(xì)、更震撼的視覺(jué)感覺(jué)和身臨其境的體驗(yàn)。3D顯示主要分為空間顯示和平面顯示兩大類(lèi)?？臻g3D顯示技術(shù)難度大、成本高、技術(shù)復(fù)雜，應(yīng)用局限性較大。平面3D顯示技術(shù)分為全息和非全息兩類(lèi)，近年來(lái)得到大力發(fā)展的是非全息3D顯示技術(shù)。
02 非全息3D顯示技術(shù)原理
非全息3D顯示技術(shù)通常稱(chēng)為圖像對(duì)立體顯示技術(shù)，它利用人的左右眼分別接收不同畫(huà)面，然后大腦經(jīng)過(guò)對(duì)圖像信息進(jìn)行疊加重生，構(gòu)成一個(gè)具有前-后、上-下、左-右、遠(yuǎn)-近等立體方向效果的影像。
非全息3D顯示技術(shù)分為眼鏡式和裸眼式兩大類(lèi)。眼鏡式3D顯示技術(shù)已經(jīng)在家用消費(fèi)領(lǐng)域得到較好的應(yīng)用，如顯示器、電影或者電視等，通常需要配合3D眼鏡使用。而裸眼3D顯示有著真實(shí)感、立體感、無(wú)需佩戴專(zhuān)用眼鏡等優(yōu)勢(shì)，用途更加廣泛，例如影視娛樂(lè)、展覽展示、醫(yī)療教學(xué)、廣告?zhèn)鞑?、教學(xué)培訓(xùn)、虛擬仿真、軍事應(yīng)用等。
03 “裸眼3D顯示”是什么鬼？
裸眼3D顯示技術(shù)一般被稱(chēng)為“裸眼多視點(diǎn)”技術(shù)，不通過(guò)任何工具就能讓左右兩只眼睛從顯示屏幕上看到兩幅具有視差的、有所區(qū)別的畫(huà)面，將它們反射到大腦，人就會(huì)產(chǎn)生立體感。它利用了人眼的視差原理，通過(guò)給觀看者左右兩眼分別送去不同的畫(huà)面，達(dá)到立體的視覺(jué)效果。由于觀察者可以不佩戴眼鏡，使得3D的應(yīng)用范圍以及使用舒適度都大大提高。
裸眼3D通俗的解釋就是：裸著眼睛看3D，不用帶眼鏡！由于人們更希望在不需要任何輔助設(shè)備的裸眼條件下得到3D顯示的效果。因此，裸眼3D顯示也是目前業(yè)界公認(rèn)的3D顯示的最終形態(tài)。
04 裸眼3D的三種主流技術(shù)
從技術(shù)上來(lái)看，根據(jù)對(duì)左右眼圖像分割方式的不同，裸眼式3D可分為光屏障式（Barrier）、柱狀透鏡(Lenticular Lens)技術(shù)和指向光源（Directional Backlight）三種。
1、光屏障式3D技術(shù)
光屏障式3D技術(shù)也被稱(chēng)為視差屏障技術(shù)或視差障柵技術(shù)。它是由夏普公司歐洲研發(fā)部的幾位工程師共同研發(fā)出來(lái)的新型顯示技術(shù)。視差屏障技術(shù)利用液晶層和偏振膜制造出一系列明暗相間的條紋（視差柵欄）。在立體顯示模式下視差柵欄會(huì)被激活，雙眼的間距產(chǎn)生的微小視差會(huì)導(dǎo)致不透光條紋遮擋左右眼，使得左眼和右眼看到的像素并不相同。從而在觀眾大腦中形成立體的顯示畫(huà)面。
光屏障式3D技術(shù)與既有的LCD液晶工藝兼容，只在自屏幕表面額外鍍一層膜，再對(duì)屏幕驅(qū)動(dòng)電路做一些改造與匹配即可，因此在量產(chǎn)性和成本上較具優(yōu)勢(shì)，但由于擋光，其畫(huà)面亮度只有2D屏的1/4。
優(yōu)點(diǎn)：與既有的LCD液晶工藝兼容，因此在量產(chǎn)性和成本上較具優(yōu)勢(shì)
缺點(diǎn)：畫(huà)面亮度低，分辨率會(huì)隨著顯示器在同一時(shí)間播出影像的增加呈反比降低
2、柱狀透鏡技術(shù)
柱狀透鏡技術(shù)的原理是在液晶顯示屏的前面加上一層柱狀透鏡，并使液晶屏的像平面位于透鏡的焦平面上，這樣柱狀透鏡就能以不同的方向投影每個(gè)子像素。于是雙眼從不同的角度觀看顯示屏，就看到不同的子像素。
其實(shí)柱狀透鏡技術(shù)我們小時(shí)候就體驗(yàn)過(guò)了，那種從不同角度可以看到不同圖案的塑料直尺，他們的原理是基本相同的。
優(yōu)點(diǎn)：3D技術(shù)顯示效果更好，亮度不受到影響
缺點(diǎn)：相關(guān)制造與現(xiàn)有LCD液晶工藝不兼容，需要投資新的設(shè)備和生產(chǎn)線。
3、指向光源技術(shù)
指向光源3D技術(shù)搭配分布在左右兩側(cè)的兩組不同角度的LED，配合高刷新率的LCD面板和反射棱鏡模塊，讓畫(huà)面以奇偶幀交錯(cuò)排序方式，分別反射給左右眼。
指向光源技術(shù)中最表層的匯聚透鏡與柱狀透鏡類(lèi)似，但內(nèi)層還設(shè)有三棱鏡、導(dǎo)光板和兩組不同的光源，因此結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜成本也很高，目前還停留在研究室當(dāng)中。
優(yōu)點(diǎn)：分辨率、透光率方面能保證，不會(huì)影響既有的設(shè)計(jì)架構(gòu)，3D顯示效果出色
缺點(diǎn)：技術(shù)尚在開(kāi)發(fā)，產(chǎn)品不成熟
05 裸眼3D的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)
◎ 無(wú)需借助任何輔助設(shè)備即可觀看三維立體影像效果，能有效避免沉浸式體驗(yàn)帶來(lái)的惡心、眩暈、視覺(jué)疲勞等不良反應(yīng)
◎ 對(duì)環(huán)境光線沒(méi)有任何要求，具有較高的亮度，適合各類(lèi)場(chǎng)所
◎ 專(zhuān)門(mén)算法能有效支除摩爾紋，雙眼沒(méi)有障礙的接受視覺(jué)圖像，清晰度高
◎ 視覺(jué)縱深大
◎ 應(yīng)用范圍廣，幾乎適用于所有用戶(hù)形象展示和用戶(hù)體驗(yàn)的場(chǎng)所。
06裸眼3D的應(yīng)用領(lǐng)域
數(shù)據(jù)可視化
科學(xué)研究中的數(shù)值計(jì)算結(jié)果需要以直觀形象的方式表現(xiàn)出來(lái)，特別是三維圖形圖像，如蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、DNA及其他高分子形態(tài)特征的分子建模，立體顯微鏡及其顯示，天氣預(yù)報(bào)中的云圖運(yùn)動(dòng)分析、風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬、空氣動(dòng)力學(xué)的流暢模擬，空中攝影測(cè)繪數(shù)據(jù)建模、財(cái)務(wù)模型及預(yù)測(cè)模擬、過(guò)程控制數(shù)值模擬CAD/CAM設(shè)計(jì)工程中模型顯示、遠(yuǎn)程機(jī)器人視覺(jué)顯示等。
醫(yī)療衛(wèi)生
在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域，立體顯示技術(shù)給醫(yī)生和專(zhuān)家直接顯示測(cè)試實(shí)況和診斷實(shí)況，在遠(yuǎn)程診斷中可以獲得比平面顯示更多的視覺(jué)信息。在內(nèi)窺鏡及圖像展示、眼科疾病測(cè)試工、MRI、CAT成像、手術(shù)培訓(xùn)、手術(shù)現(xiàn)場(chǎng)成像、NASA虛擬臨床計(jì)劃等方面有重要的應(yīng)用前景。
房地產(chǎn)、城市規(guī)劃
隨著房地產(chǎn)行業(yè)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)展示手段如 ：平面圖、沙盤(pán)等已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿(mǎn)足消費(fèi)者的需要。在房地產(chǎn)的建筑行業(yè)中，立體顯示技術(shù)可以展示從設(shè)計(jì)、展覽、景觀美化、內(nèi)部裝修、人性因素等方面的信息，幫助設(shè)計(jì)專(zhuān)家和技術(shù)人員關(guān)注具體細(xì)節(jié)，在施工前即可完成全部景觀的設(shè)計(jì)。以掌網(wǎng)裸眼3D為代表的超高清顯示技術(shù)將打造房地產(chǎn)營(yíng)銷(xiāo)新方式，將樓盤(pán)建筑及周邊環(huán)境通過(guò)立體表達(dá)方式，讓客戶(hù)更有親身經(jīng)歷的感官。
軍工應(yīng)用
隨著部隊(duì)武器裝備信息化程度不斷提高，構(gòu)建逼真的作戰(zhàn)環(huán)境，讓部隊(duì)快速適應(yīng)各種地形或反差大的生疏戰(zhàn)場(chǎng)提供有力支持，為提前謀劃推演作戰(zhàn)提供可靠保證，切實(shí)提高部隊(duì)能打勝戰(zhàn)的能力。3D裸眼顯示的應(yīng)用對(duì)軍工行業(yè)應(yīng)用意義巨大。
事實(shí)上，3D顯示技術(shù)最早應(yīng)用在軍事領(lǐng)域。早在20世紀(jì)90年代，美國(guó)軍方就開(kāi)展自由立體顯示技術(shù)的研究，并最早應(yīng)用于軍事裝備中。3D顯示技術(shù)可以應(yīng)用在國(guó)防軍事教學(xué)、飛行模擬、軍事演習(xí)、坦克駕駛、潛艇駕駛員在仿真環(huán)境中的培訓(xùn)、立體攝影偵察、星際遙感遙測(cè)成像分析等。同時(shí)，也可以應(yīng)用在武器操控、宇航探測(cè)、太空訓(xùn)練等方面。
廣告?zhèn)髅?/strong>
隨著傳媒市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益白熱化，如何快速吸引廣告受眾關(guān)注、有效提升廣告投放效果，已成為傳媒公司及廣告業(yè)主最為關(guān)心的問(wèn)題之一。裸眼3D顯示器的出現(xiàn)為就傳媒行業(yè)提供了一種全新的極具震撼效果的展示平臺(tái)，具有無(wú)可比擬的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。廣泛應(yīng)用于機(jī)場(chǎng)、地鐵、高鐵、酒店、電梯口、場(chǎng)館、企業(yè)專(zhuān)賣(mài)店、賣(mài)場(chǎng)、專(zhuān)柜等領(lǐng)域。
展覽展示
新穎生動(dòng)的3D多媒體展示手段可大大加深參觀者對(duì)展示內(nèi)容的印象。某些不便進(jìn)行實(shí)物展示的內(nèi)容，如對(duì)展示環(huán)境要求較為嚴(yán)格的文物、大范圍的自然景觀等，可以通過(guò)3D全息展示柜進(jìn)行形象而生動(dòng)的三維展示。利用出色的裸眼3D顯示技術(shù)，可將需要展示的內(nèi)容真實(shí)、直觀、清晰、自由地展現(xiàn)在觀眾面前，逼真的立體效果可以大大加深觀眾對(duì)展示內(nèi)容的印象。應(yīng)用場(chǎng)所：大型場(chǎng)館建設(shè)、展示活動(dòng)、科技館、博物館展示等。
3D顯示系統(tǒng)可以廣泛應(yīng)用于城市規(guī)劃館，市民中心，機(jī)場(chǎng)等重點(diǎn)政府工程項(xiàng)目，可以更好地展現(xiàn)城市風(fēng)貌，城市精神及城市成就。
影視娛樂(lè)
隨著數(shù)字高清立體影視制作及播放技術(shù)的不斷進(jìn)步，3D影片、動(dòng)畫(huà)已成為影視娛樂(lè)行業(yè)新的熱點(diǎn)。傳統(tǒng)的3D影片播放需要配戴偏振或液晶眼鏡等，不利于長(zhǎng)時(shí)間觀看及公眾場(chǎng)合的播放。裸眼3D顯示器的出現(xiàn)，則滿(mǎn)足了多人多視角觀看的需要，使得廣大觀眾無(wú)需配戴立體眼鏡即可觀看到逼真而極富視覺(jué)沖擊力的3D影視節(jié)目。
教育領(lǐng)域
立體顯示技術(shù)可用于抽象概念模擬，動(dòng)畫(huà)制作強(qiáng)化等。它營(yíng)造了“自主學(xué)習(xí)”的環(huán)境，由傳統(tǒng)的“以教促學(xué)”的學(xué)習(xí)方式代之為學(xué)習(xí)者通過(guò)自身與信息環(huán)境的相互作用來(lái)得到知識(shí)、技能的新型學(xué)習(xí)方式。例如在幫助學(xué)生理解空間概念和物理現(xiàn)象等原理時(shí)，利用立體圖像要比利用二維圖像的認(rèn)知程度高，理解程度深。在裸眼3D虛擬教學(xué)方面，教學(xué)已不僅僅停留在原來(lái)的書(shū)本、圖片、PPT以及視頻等方式上，特別是生物科學(xué)、航天科技以及工業(yè)設(shè)計(jì)等需要對(duì)物體內(nèi)部構(gòu)造進(jìn)行詳細(xì)剖析的課程，裸眼3D教學(xué)展示出巨大的應(yīng)用潛力。
研究領(lǐng)域
利用裸眼3D顯示器，科研人員可獲得蛋白質(zhì)、DNA及各種微觀結(jié)構(gòu)的直觀圖像，可對(duì)大氣、海洋及地表地層數(shù)據(jù)進(jìn)行三維建模顯示，可作為空氣動(dòng)力學(xué)、氣象學(xué)、天文學(xué)等學(xué)科研究的輔助工具，還可利用所開(kāi)發(fā)的交互式軟件進(jìn)行遠(yuǎn)程工程控制。
07"風(fēng)口"中的裸眼3D
隨著裸眼3D技術(shù)的突破和成熟、瞳孔追蹤技術(shù)的發(fā)展、內(nèi)容的豐富與顯示屏的不斷高清化發(fā)展，裸眼3D顯示技術(shù)即將重新崛起，進(jìn)入爆發(fā)期。
著名市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)賽諾市場(chǎng)咨詢(xún)?cè)诮衲?月發(fā)布的《裸眼3D發(fā)展趨勢(shì)分析報(bào)告》指出，在技術(shù)、產(chǎn)品、內(nèi)容和應(yīng)用場(chǎng)景等方面，裸眼3D已具備了完善的生態(tài)環(huán)境，未來(lái)用戶(hù)體驗(yàn)的提升將帶動(dòng)裸眼3D進(jìn)入市場(chǎng)爆發(fā)期。賽諾預(yù)測(cè)，2021年全球3D顯示器出貨量和市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到2.8億臺(tái)和830億美元，未來(lái)裸眼3D市場(chǎng)滲透率將達(dá)到50%以上。而政策紅利，更為裸眼3D顯示的發(fā)展提供了強(qiáng)大助力，在2016年，國(guó)務(wù)院印發(fā)“十三五”國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，裸眼3D就被納入其中。
08
裸眼3D的未來(lái)趨勢(shì)
展望未來(lái)，裸眼3D將進(jìn)一步凸顯其綜合優(yōu)勢(shì)，不斷拓展在商業(yè)展示和個(gè)人消費(fèi)類(lèi)電子領(lǐng)域的應(yīng)用空間，越來(lái)越多的上下游廠商將加入這一行列，共同推動(dòng)裸眼3D產(chǎn)業(yè)向前發(fā)展。
技術(shù)的不斷創(chuàng)新和成本的不斷下將成為裸眼3D行業(yè)的必然趨勢(shì)，也意味著裸眼3D顯示的商業(yè)應(yīng)用無(wú)論其規(guī)模還是深度都將成到巨大的發(fā)展，市場(chǎng)將蒸蒸日上，商機(jī)無(wú)限，幾乎所有的平面顯示領(lǐng)域都面臨著這一場(chǎng)震撼人心的“裸眼3D技術(shù)革命”，極大的影響人類(lèi)生活的方方面面。
參考文獻(xiàn)：
1、《裸眼3D顯示,技術(shù)成就未來(lái)》作者：韓金容、王菊芬 [期刊論文]-今日印刷 2013(9)
2、《三維重建技術(shù)及其軍事應(yīng)用》作者：吳彤、傅中力[國(guó)際科技]2015年第1期。
3、《裸眼3D發(fā)展趨勢(shì)分析報(bào)告》作者：賽諾市場(chǎng)咨詢(xún)2017年6月
4、百度百科及相關(guān)互聯(lián)網(wǎng)信息。
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