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| | 四种立体显示技术全面分析 |
［导读］：摘要：要使一幅画面产生立体感，至少要满足三个方面的条件。
三个产生立体感的条件
要使一幅画面产生立体感，至少要满足三个方面的条件：
一、画面有透视效果
透视效果是观看三维世界时的基本规律，是画面产生立体感的基本要求。如果画一个立方体却不遵照立方体的透视规律来画，那么 画出来的作品就一定不会产生立方体所应有的立体感，不过即使是这样的作品还是有透视效果的，只不过是别的东西的透视效果。那么什么是没有透视效果呢？一个正方形就没有透视效果，如果画面中只有一个孤零零的正方形的话就绝对不会有立体感。
二、画面有正确的明暗虚实变化
真实世界中根据光源的亮度、颜色、位置和数量的不同，物体会有相应的亮部、暗部、投影和光泽等，同时近处的物体在色彩的饱和度、亮度、对比度等方面都相对较高，远处的则较低。如果画面中没有这些效果或是违反这些规律，都不会产生好的立体感。
三、双眼的空间定位效果
人眼在观看物体时，两只眼睛分别从两个角度来观看，看到的两幅画面自然有细微的差别，大脑将两幅画面混合成一幅完整的画面，并根据它们的差别线索感知被视物的距离。这就是双眼的空间定位，是人眼感知距离的最主要的手段。如果重放画面的时候不能再现这种空间定位的感觉，那么即使前两点做很不错也总觉得欠缺点什么。
以上三点只有同时满足才能产生比较完美的立体效果，普通显示器可以实现前两点却无法实现第三点，而所谓的立体显示技术也就是能够再现空间定位感的显示技术。
关于为什么普通显示器无法再现空间定位感，可以藉由观察视差角的不同来理解。视差角就是双眼和一点的两条连线之间的角度，距离近则视差角大、距离远则视差角小，物体的表面有无数个点，那么就有无数个视差角，我们只需找其中有代表性的几个作分析。
立体眼镜技术
人眼在看真实的圆柱体和看屏幕上显示的圆柱体时，视差角有明显的不同，看屏幕时的视差角实际上和看平板玻璃时是一样的，因此不管屏幕上显示的内容如何变化，立体感始终 是一个平面，这也是普通显示器无法实现立体显示的原因。既然如此，首先想到的解决办法自然就是把显示器做成圆柱体形状，这样当然可以完美的显示圆柱体，不过这样的显示器不管显示什么内容时都会机械的制造出中间近、两边远的效果。
世界上倒也的确有类似的技术，比如有一种国家专利的“立体眼镜”，它就是通过光学手段把输送给两眼的画面作处理，把给其中一只眼的画面扭曲成平行四边形。这样就相当于把画面下部的视差角增大了，产生了近的感觉，画面的上部则感觉比较远。虽然是十分单纯的欺骗眼睛的手段，对于大部分画面来说这种效果倒也不错。但是，它并不能算是立体显示技术。
那么为了完美显示每一种物体，显示电风扇时就得用电风扇形的显示器，显示飞机又要用飞机形状的显示器，如果要显示宇宙该用什么形状的显示器呢？显然，这样就走入了一条死胡同，因此必须找到其它的方法。我们继续思考的话可以想到，视差角之所以存在都是因为我们有两只眼睛，那么我们可以从这一点着手。
设法分别向两眼输送两个拍摄角度略有不同的画面，给左眼的画面只让左眼看到，给右眼的只让右眼看到，那么如同前面提到的立体眼镜，调节两幅画面之间的细微差距就相当于调节视差角。
既然可以人为的控制视差角，我们就可以在显示圆柱体时调节视差角产生圆柱体的立体感，显示电风扇、飞机时产生电风扇和飞机的立体感，显示宇宙时产生宇宙中每个星球的立体感等等。按照这个方法不就可以实现完美的立体显示了吗？事实上，当今主流的4种立体显示技术都是基于这个原理的。
立体显示技术的种类非常多，大部分还在实验室中，目前投入应用比较多的是分色、分光、分时和光栅4种技术。
根据上面的介绍，实现基于双眼视觉的立体显示需要经过两大步骤，首先，要准备好两套分别供左眼和右眼观看的画面。目前，这种画面的来源有三种途径：
一、双机拍摄。拍摄电影或图片时将两台照像机或摄像机并排放置，两机间的角度和距离都模拟人的双眼。
二、从3D场景中提取。由于3D场景本来就被设计用来可供任何角度观看，所以从中提取两套画面自然不难，提取的两套画面相互间的角度要模拟人的双眼。
三、用软件智能模拟。这是利用计算机根据原始画面重新生成两套画面，可用于将现有的普通视频和图片转换为立体显示的片源，但效果略差。
在第一步中，三种获取途径是通用的，但实际的产品中通产只采用某一种方式。
片源准备好以后，第二个步骤就是将它们输送给双眼，并且要点是给左眼观看的画面只能让左眼看到。在输送时其实并不需要刻意的调节两套画面的差距，只要能将上述途径获得的片源按要求输送给双眼，那么人眼就会自动产生与画面对应的立体感了。为了实现这一步，各种立体显示技术采用了不同的方式，4种技术的区别也就在于此。
实现方法
4种主流立体显示技术的原理及实现方法
下面就介绍4种技术如何将片源输送给双眼，其中前三种，分色、分光、分时技术的流程很相似，都是需要经过两次过滤，第一次是在显示器端，第二次是在眼 睛端：
分色：分色技术的基本原理是让某些颜色的光只进入左眼，另一部分只进入右眼。我们眼睛中的感光细胞共有4种，其中数量最多的是感觉亮度的细胞，另外三种用于感知颜色，分别可以感知红、绿、蓝三种波长的光，感知其它颜色是根据这三种颜色推理出来的，因此红、绿、蓝被称为光的三原色。要注意这和美术上讲的红、黄、蓝三原色是不同的，后者是颜料的调和，而前者是光的调和。
显示器就是通过组合这三元色来显示上亿种颜色的，计算机内的图像资料也大多是用三原色的方式储存的。分色技术在第一次过滤时要把左眼画面中的蓝色、绿色去除，右眼画面中的红色去除，再将处理过的这两套画面叠合起来，但不完全重叠，左眼画面要稍微偏左边一些，这样就完成了第一次过滤。第二次过滤是观众带上专用的滤色眼镜，眼镜的左边镜片为红色，右边的镜片是蓝色或绿色，由于右眼画面同时保留了蓝色和绿色的信息，因此右边的镜片不管是蓝色还是绿色都是一样的。
注意，也有一些眼镜是右边为红色，这样第一次过滤时也要对调过来，购买产品时一般都会附赠配套的滤色眼镜，因此标准不统一也不用在意。以红、绿眼镜为例，红、绿两色互补，红色镜片会削弱画面中的绿色，绿色镜片削弱画面中的红色，这样就确保了两套画面只被相应的眼睛看到。其实准确的说是红、青两色互补，青介于绿和蓝之间，因此戴红、蓝眼镜也是一样的道理。目前，分色技术的第一次滤色已经开始用计算机来完成了，按上述方法滤色后的片源可直接制作成DVD等音像制品，在任何彩色显示器上都可以播放。
分光：常见的光源都会随机发出自然光和偏振光，分光技术是用偏光滤镜或偏光片滤除特定角度偏振光以外的所有光，让0度的偏振光只进入右眼，90度的偏振光只进入左眼（也可用45度和135度的偏振光搭配）。两种偏振光分别搭载着两套画面，观众须带上专用的偏光眼镜，眼镜的两片镜片由偏光滤镜或偏光片制成，分别可以让0度和90度的偏振光通过，这样就完成了第二次过滤。目前，分光技术的应用还主要停留在投影机上，早期必须使用双投影机加偏振光滤镜的方案，现在已经可以用单投影机来实现，不过都必须配合不破坏偏振光的金属投影幕才能使用。
分时：分时技术是将两套画面在不同的时间播放，显示器在第一次刷新时播放左眼画面，同时用专用的眼镜遮住观看者的右眼，下一次刷新时播放右眼画面，并遮住观看者的左眼。按照上述方法将两套画面以极快的速度切换，在人眼视觉暂留特性的作用下就合成了连续的画面。目前，用于遮住左右眼的眼镜用的都是液晶板，因此也被称为液晶快门眼镜，早期曾用过机械眼镜。
光栅：光栅技术和前三种差别较大，它是将屏幕划分成一条条垂直方向上的栅条，栅条交错显示左眼和右眼的画面，如1、3、5…显示左眼画面，2、4、6…显示右眼画面。然后在屏幕和观众之间设一层“视差障碍”，它也是由垂直方向上的栅条组成的，对于液晶这类有背光结构的显示器来说，视察障碍也可设在背光板和液晶板之间。视察障碍的作用是阻挡视线，如图，它遮住了两眼视线交点以外的部分，使左眼看到的栅条右眼看不到，右眼看到的左眼又看不到。不过，如果观看者的位置改变的话，那么视差障碍位置也要随之改变。为了方便移动视差障碍，小型光栅显示器都是采用液晶板来作为视差障碍的，而检测观看者位置的方法主要有两种，一种是在观看者头上戴一个定位设备，另一种是用两个摄像头像人眼一样的定位。
优点缺点
4种主流立体显示技术的优缺点
表面上看，4种技术在将左右眼画面分别输送给双眼这一步骤上如同八仙过海，但仔细分析过后就会发现它们有着不同的优缺点。
应用范围方面：这4种技术可应用的范围还是比较广的，值得一提的就是分时技术还不能应用于液晶显示器，主要是因为液晶显示器的响应时间太长，响应特性也非常怪异。你可能会问，既然分时技术不能用于液晶显示器，为什么可以采用液晶快门眼镜呢？此事说来话长，大家若想了解这其中的乾坤，可以查阅其他介绍液晶显示器响应时间的文章。
舒适性方面：前三种技术使用时必须要配戴专用的眼镜，好在观看的位置不限；光栅技术虽然不需要配戴眼镜，但有一部分产品要在头上配戴定位设备，同时观众必须在特定的范围内才能正常观看。
画面质量方面：4种技术普遍存在亮度损失的问题，分色技术使用颜色较深的滤色镜，亮度损失理所当然，同时它还会损失一部分颜色信息，另外显示彩色画面时，如果镜片颜色不够深，很可能导致滤色不彻底，会影响观看效果；分光技术要用到偏光片，它会吸收特定角度偏振光以外的所有光，亮度损失很严重；分时技术虽然在任意一个时刻只有一只眼睛能看到光线，但由于人眼的视觉暂留特性，所以这并不是它损失亮度的主要原因，之所以损失亮度，是因为液晶快门眼镜中也包含偏光片，所以它和分光技术是一样的；至于光栅技术，视差障碍使每只眼睛只能接收到原来一半的光线，因此亮度损失一半，同时水平分辨率也只有原来的一半。
保护视力方面：首先，分光和光栅两种技术对视力是没有损害的，另外两种技术中，分色技术是无药可救的，因为观看时，双眼接收到的颜色信息严重不平衡，虽然大脑可以将它们完美的组合在一起，但是会造成视神经疲劳，不能长时间使用。分时技术必须配合CRT这类的低响应时间的显示器才能使用，CRT一个显著的特点是瞬间发光，必须以非常高的频率重复的扫描，然后在人眼视觉暂留特性的作用下才能呈现连续的画面，为了使画面足够稳定并且不会对视力造成损害，刷新频应该达到85赫兹，普通显示器都可以达到这个指标，但使用分时技术后就不同了，由于单位时间内只有一只眼睛能看到画面，原来的85赫兹现在变成了42.5赫兹，如果还要保护视力的话，显示器的刷新率就要设置为170赫兹了。
但是显示器的性能有限，很多显示器即使在最低的分辨率下也只能达到120赫兹，实际只相当于60赫兹，在这样的刷新率下人眼就很容易疲劳了。即使显示器支持170赫兹的高刷新率，液晶快门眼镜也大多不支持。需要注意，这个缺点只是针对CRT而言，如果换用非瞬间发光的显示器就不存在这个问题了，但绝大部分的液晶快门眼镜都是为CRT优化的，可能会不适应其它显示器的响应时间和响应特性。
4种应用
4种主流立体显示技术在个人电脑上的应用
在了解了这4种技术以后，想必大家都很想在自己的电脑上体验一番吧，也不知道大家都看中了哪种技术，在文章的最后，我就介绍一下这4种技术在个 人电脑上的应用吧。
想在计算机上使用分色技术并不难，一种方法是直接购买制作好的分色技术的DVD，如《特工小子立体版》和《怪物史瑞克立体版》。另外也可以使用专用立体播放软件，如《东方影都立体版》，它可以实时的将普通电影转化成应用于分色技术的立体电影，是目前最廉价的方案。
要使用偏光技术就不太容易了，只有一些小作坊声称可以将笔记本电脑的屏幕改造为立体显示器，改造的方法很简单，就是将屏幕贴上玻璃纸，只是不知道他们提供的软件如何。玻璃纸的作用同偏光片，但更便宜。玻璃纸种类很多，原本都是用于包装的，所以不是所有的玻璃纸都有偏光的作用，记得以前有一则新闻就是报道美国的公司发现了一种偏光效果非常好的玻璃纸。
分时技术的产品绝大多数都是为个人电脑和工作站设计的，购买如《豪杰立体影院》之类的立体播放软件就会附赠配套的立体眼镜，这些播放器软件也可以将普通电影转换为立体电影，当然是应用于分时技术的立体电影。你也可以只购买单独的液晶快门眼镜，配合NVIDIA的立体驱动程序就可以使普通的3D游戏产生立体感，当然显卡也必须使NVIDIA的，除非你有其它显卡的立体驱动程序。
最后，在个人电脑上使用光栅技术是最简单的，只需购买一台光栅显示器就行了，不需要额外的软件，使用这类显示器时可以随意的在普通模式和立体模式之间切换。这类产品目前有很多，但国内并不多见，而且它们的价格都远远超出了普通的显示器。 |
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