小時候,我們看到很多報刊雜志上設計有紅藍3D的插頁,總會不禁帶上紅藍眼鏡一睹3D畫面的風采?,F在,我們已經可以不用佩戴眼鏡,直接觀看4K分辨率下質量非常高的裸眼3D畫面,這之間的發展也只有短短的十余年。
縱觀顯示技術的發展,從早期厚重并且不環保的CRT顯像管技術已經發展到采用LED背光的輕薄液晶顯示技術,在節能和環保方面得到了顯著的提升。在分辨率方面,從低分辨和標清分辨率發展到目前的高度普及的全高清分辨率,為用戶帶來了細膩的畫質體驗。在顯示部分,從平面的畫面已經發展到立體的3D畫面,這也是顯示技術發展的最大突破。
民用級3D顯示器發展簡史
最早的民用級3D顯示器,出現在2008年底,由三星和優派兩家廠商與顯卡巨頭Nvidia共同合作開發,推出了市面上首批的3D顯示器產品。自此,民用級顯示器的畫面發展到從平面轉變為立體。
第一批的3D顯示器,不論是三星還是優派的產品,都采用了16:10屏幕比例的22英寸寬屏設計,這個尺寸比例也是當時最受消費者歡迎的規格,而當時推出的兩款產品采用了Nvidia的3D解決方案,使用時需要搭配上Nvidia自己研發的售價昂貴的3D眼鏡和Nvidia的顯卡以及驅動。這樣對于用戶來說,增加了非常多的購買成本,因此早期的3D顯示器并沒有引起消費者的廣泛購買欲望。
之后隨著16:9屏幕比例從電視引入顯示器產品線,支持1920×1080全高清規格的3D顯示器在2010年正式來到消費者的身邊。然后,3D顯示器的尺寸從22英寸擴展到已經涵蓋23英寸、23.6英寸、24英寸以及27英寸這些尺寸規格。
再然后,由于Nvidia的3D解決方案必須使用全套的Nvidia產品,購買成本過于昂貴,因此眾多顯示器廠商開始開發自己的3D解決方案,包括三星的自主快門式3D解決方案,LG Display的偏光式3D解決方案,AMD的快門式3D解決方案等等,這些產品和技術也一直沿用至今。
電影《阿凡達》的上映,讓全世界用戶充分體驗到了3D的震撼表現,自此3D顯示器的關注度和推廣力度也不斷的提升。
憑借著關注度的提升,3D顯示器的數量也開始增加,從2010年開始,偏光式和快門式兩大3D顯示器陣營也正式形成。其中三星、長城、明基等廠商在快門式3D顯示器陣營中,LG、AOC等顯示器廠商全力主推偏光式3D產品,而華碩、優派、Acer等等廠商則是同時推出兩種技術的3D顯示器,保持中立。
2011年底,LG率先推出了一款20英寸的民用級的裸眼3D顯示器,隨后的2012年初又推出了25英寸的裸眼3D顯示器,但是由于裸眼3D顯示器售價非常昂貴,并且技術限制較多,用戶體驗并不夠優秀,所以很快便被消費者所“遺忘”。
隨著時間的發展和技術的成熟,2011年中,3D顯示器大爆發,所涵蓋的產品全部以快門式和偏光式3D顯示器為主,并沒有裸眼3D的相關產品。而基本上市面上所有的主流顯示器廠商都推出了一款或者數款全新的3D顯示器,因此為消費者所提供的選擇逐步豐富起來。
2012年和2013年初,是3D顯示器比較慘淡的時間段,由于廣視角面板顯示器大量普及,并且售價下滑,因此消費者的關注主要轉向廣視角產品,對于3D顯示器的關注持續走低,3D顯示器的銷量也不夠理想。
將畫面從平面變成立體,聽起來很炫,看起來也很炫,那么是如何實現的呢?事實上,目前的3D顯示技術在用戶觀看時,可以分為佩戴眼鏡觀看和不佩戴眼鏡觀看兩個種類,而后者也就是我們俗稱的裸眼3D顯示。我們前面所介紹的所有無論是快門式還是偏光式的3D技術都需要相關眼鏡的配合才能夠讓用戶觀看到3D畫面。
● 偏光式3D顯示原理
目前市面上的3D顯示技術主要分為主動式3D方案和被動式3D方案,那么這個偏光式的3D顯示技術就是采用的被動式3D顯示方案設計。目前市面上的被動式3D技術解決方案以及相關液晶面板的主要提供商就是韓國知名的面板廠LG Display,簡稱LGD。包括LG、華碩、AOC、Acer、優派等品牌在內的偏光式3D顯示器,均采用了LGD生產的面板,并且搭配了其相關的3D顯示技術。
除了顯示器之外,目前大部分國產品牌和韓系的LG在電視產品上,也采用了LGD的偏光式3D液晶面板。
偏光式3D技術工作原理
偏光式3D技術的工作原理主要是顯示器和眼鏡上分別有偏光膜的設計(類似一個涂層的概念),一副畫面在顯示器傳達出來之后,被分割成為兩個畫面,透過偏光式3D眼鏡傳達給觀看者的眼睛,再有觀看者的大腦進行圖像的合成,這樣就看到了3D的立體畫面了。
● 快門式3D顯示原理
偏光式3D技術是采用的被動式3D方案,而快門式的3D技術則是采用了主動式的3D解決方案設計。目前的快門式3D顯示技術,除了Nvidia這個老牌廠商之外,包括三星、AMD等均有自己研發的快門式3D解決方案,并且均十分成熟。相比偏光式3D產品來說,快門式3D顯示器數量較少。
快門式3D技術工作原理(圖片來自百度)
快門式3D技術的工作原理,與偏光式截然不同。目前的主流快門式3D顯示,主要是將畫面的刷新率提升到120Hz(普通液晶顯示器刷新率為60Hz,目前華碩已經推出144Hz刷新率的3D顯示器),而顯示器的畫面就會以幀序列的方式不斷的左右交替發送出來,然后通過快門式的3D眼鏡以同步的刷新率接收這些畫面信號,保持與2D畫面相同的幀數傳達給我們的眼睛。由于畫面刷新速度很快,因此會讓我們的大腦產生錯覺,從而形成3D畫面。
● 裸眼3D顯示原理
相比前面的快門式和偏光式3D解決方案來說,目前裸眼3D技術并不足夠成熟。從技術分類上來看,目前的裸眼3D主要分為光屏障式、柱狀透鏡、指向光源、MLD多層顯示技術四種。
光屏障式裸眼3D技術工作原理
柱狀透鏡裸眼3D技術工作原理
光屏障式3D技術的實現原理是使用一個開關液晶屏、偏振膜和高分子液晶層,利用液晶層和偏振膜制造出一系列方向為90度的垂直條紋。光通過這些幾十微米寬的條紋,就形成了垂直的細條柵模式,稱為“視差壁障”。這種技術利用安置在背光模塊和液晶面板間的視差壁障,在立體顯示模式下,應由左眼看到的圖像顯示在屏幕上時,不透明的條紋會遮擋住右眼信號;同樣,應由右眼看到的圖像顯示在屏幕上時,不透明的條紋會遮擋左眼信號。這樣,將左眼右眼可視畫面分開,觀看者就獲得了立體影像。
柱狀透鏡的原理是在液晶顯示屏的前面加上一層柱狀透鏡使液晶屏的像平面位于透鏡的焦平面上,這樣在每個柱透鏡下面的圖像的像素被分成幾個子像素,這樣透鏡就能以不同的方向投影每個子像素。于是雙眼從不同的角度觀看顯示屏,就看到不同的子像素。不過像素間的間隙也會被放大,因此不能簡單地疊加子像素。讓柱透鏡與像素列不是平行的,而是成一定的角度。這樣就可以使每一組子像素重復投射視區,而不是只投射一組視差圖像,從而形成3D影像。
指向光源3D技術實現的方法是通過搭配兩組LED,配合快速反應的LCD面板和驅動方法,讓3D內容以排序方式進入觀看者的左右眼,由于互換影像產生視差,進而讓人眼感受到3D三維效果。
MLD多層顯示技術通過一定間隔重疊的兩塊液晶面板,實現在不使用專用眼鏡的情況下,觀看文字及圖畫時所呈現3D影像的效果。
紅藍3D技術由于原理非常簡單,并且已經淘汰,因此本文不再介紹相關內容。
快門式、偏光式和裸眼三種3D的技術和解決方案設計有著較大的區別,因此它們之間的實際表現效果也會有較大的差異和相應的優勢、劣勢。緊接著,我們就為大家一起探討一下這三種模式的3D技術究竟有什么樣的優劣勢。
● 快門式3D技術優劣勢解析
首先我們先來說說快門式的3D顯示技術的優勢和缺點有哪些。
由于快門式3D技術的實現原理和解決方案就與120Hz的刷新率有關(目前已經推出了144Hz刷新率的相關產品),因此無論是顯示器端還是眼鏡的接收端,都需要這個刷新率的支持。所以快門式3D技術的缺點就是因為眼鏡也會進行120Hz的不斷刷新接收畫面,因此容易受到外界的干擾,產生畫面中斷、亮度大幅度降低、閃爍等等問題。而快門式3D的優勢就是其3D畫面的景深表現非常出色,并且用戶可以自行調節,為用戶帶來的體驗性較強。
● 偏光式3D技術優劣勢解析
接著,我們來看看偏光式3D技術的優勢和缺點會有哪些。
目前市面上能夠見到的快門式3D顯示器相比偏光式3D顯示器,數量少很多,其中最主要的原因就是偏光式的3D顯示器成本較低,因此售價就比較親民,最低的價格甚至不足1500元,而快門式的3D顯示器售價則廣泛在3500元之上。偏光式3D技術又被成為“不閃式3D”,這也就代表了這種3D解決方案不會造成畫面的閃爍,但是景深的表現并沒有快門式的出色,并且偏光式3D技術在觀看3D畫面時會造成分辨率減半的窘境,這一點也是目前用戶最苦惱的。
● 裸眼3D技術優劣勢解析
最后,我們來看看裸眼3D技術的優勢和缺點會涵蓋哪些方面。
目前的裸眼3D技術,雖然免去了用戶佩戴眼鏡的煩惱,因此不會造成畫面亮度降低的問題,也不會因為眼鏡影響用戶日常使用的體驗性,但是用戶在進行裸眼3D屏幕的觀看時,需要在特定的位置和角度才能夠觀看到完美的3D畫面,如果角度或者位置有偏差,那么3D的效果就會大大折扣。再有,目前的裸眼3D與偏光式3D一樣,會有分辨率減半的問題存在,因此如果用戶需要觀看全高清規格的3D畫面,需要原始分辨率達到接近4K的標準才行。此外,目前的裸眼3D成本較高,因此相關的產品售價也會偏高。
此外,三種3D顯示技術還擁有一個共同的缺點,就是用戶長時間觀看時,會造成嚴重的視疲勞感,無論是佩戴眼鏡還是不佩戴眼鏡,都會引發這個問題,這也與目前3D的技術解決方案有著直接的關系。
裸眼3D很神秘,裸眼3D技術并不夠成熟,但是裸眼3D技術其實也廣泛的應用在我們的身邊。緊接著,我們來為大家介紹一下目前市面上都有哪些電子產品已經應用了裸眼3D技術,這些產品的實際表現如何。
● 裸眼3D手機
手機總是各家廠商嘗試新技術的最好平臺,目前市面上已經有夏普SH8158U、HTC EVO 3D、LG Optimus 3D等幾款手機的屏幕設計了裸眼3D技術。在這幾款手機剛剛發布的時候,獲得了消費者極大的興趣,但是由于售價比較昂貴,因此其銷量并不理想。
HTC EVO 3D手機
現在來看,這幾款裸眼3D屏幕設計的手機產品已經慢慢的淡化,無論是消費者的關注度還是銷量方面都比較慘淡,一個原因就是上面說的價格偏高,另一個因素就是裸眼3D技術還不夠成熟,對于消費者日常的體驗性也不夠優秀。再有,用戶長時間觀看裸眼3D的畫面,會造成視疲勞,因此裸眼3D手機市場暫時沉寂。
● 裸眼游戲掌機
任天堂3DS游戲掌機
任天堂3DS,是目前市面上唯一一款采用了裸眼3D屏幕設計的游戲掌機設備。談到任天堂3DS,相信每位游戲迷都會十分了解,并且非常多的玩家都已經入手了這款游戲掌機設備。因此我們可以看到任天堂3DS搭配裸眼3D這個營銷模式在游戲掌機中屬于比較成功的案例。但是,目前我們并沒有得到任何消息表示任天堂或者索尼等廠商會推出新的裸眼3D游戲掌機設備。因此,裸眼3D在游戲掌機設備方面也已經沉寂。
● 裸眼3D數碼相機
富士3D W3數碼相機
在影像行業中,索尼推出了3D攝像機,而富士則推出了配備裸眼3D屏幕顯示技術的3D相機富士FinePix REAL 3D W1和富士3D W3。3D數碼相機產品,不僅可以拍攝3D圖像,還能夠通過相機的裸眼3D屏幕直接顯示3D畫面,但是目前來看,也僅限于相機本身觀看3D圖像,無法與其它人或者其它途徑分享,歸根結底還是技術不夠成熟。因此慢慢的,這些設備的關注度也快速的下滑。雖然廠商會定期繼續更新相關的系列產品,但是并不會針對這些產品進行大力的宣傳。因此,裸眼3D數碼相機市場也可以說是已經沉寂。
● 裸眼3D顯示器和電視
顯示器方面,LG在日本發售過一款型號為D2500N-PN的裸眼3D顯示器產品,在日本引起不小的轟動,但是僅限于關注,并沒有獲得消費者實際購買的支持。而大部分的裸眼3D顯示器,都是涉及到商用顯示領域,例如大型的展示廳、機場等等地方我們都可以看到裸眼3D顯示器的展示。而涉及到這些產品的廠商數量也較少。因此裸眼3D技術在顯示器行業中,還處于起步的階段,并沒有得到廣泛的發展。
LG裸眼3D顯示器
在顯示器、筆記本電腦、一體式電腦等等產品線中,3D的相關產品可能并不足夠火爆,但是在電視產品線中,3D技術卻獲得了消費者的大力支持。目前家中配備了一款3D電視的用戶數量絕對足夠龐大。而在裸眼3D電視部分,目前東芝、LG、飛利浦、索尼、松下、創維、海爾等等廠商均已經開始涉及裸眼3D技術的研發,并且部分廠商已經為消費者帶來了成品。從這兩年的CES大展上,我們可以看到裸眼3D這個話題不斷的升溫,因為裸眼3D在電視產品線中的應用前景大好。當然,3D技術在電視中如此火爆也與趕上好政策有一定的關系,因此各大廠商也愿意跟進研發技術并推出相關的產品。
● 其它裸眼3D設備
東芝裸眼3D筆記本電腦
除了上面介紹的這些產品之外,其實裸眼3D技術還在其它的產品線中進行應用。例如東芝的裸眼3D筆記本電腦,優派和愛國者推出的數碼相框產品等等,這些產品目前只是極個別的機型,并沒有廣泛的獲得消費者的肯定與支持。其最主要的原因就是體驗感受較差(主要是技術的限制)和價格比較昂貴。
裸眼3D是3D畫面技術的最終發展形態
十余年前的紅藍3D,是最簡單的3D表現形式,目前已經基本上淘汰了,但是紅藍3D讓人們初窺了立體畫面的門徑,也引起了人們對于立體畫面的興趣。之后隨著技術的發展,人們將3D技術廣泛的應用到了屏幕顯示上。快門式3D技術和偏光式3D技術兩種解決方案都已經高度的成熟,并且用戶在實現3D上全面的傻瓜化,操作極為簡便。但是上述的所有3D技術在觀看畫面時都需要用戶佩戴眼鏡,這對于用戶來說其實并不方便,并且很多用戶表示佩戴眼鏡觀看3D畫面非常不舒服。因此,我們可以認為目前的偏光式或者快門式3D技術都只是過渡階段的產物,裸眼3D這種最舒適的體驗才會未來3D畫面發展的最終形態。
● 4K或者8K規格能夠解決裸眼3D分辨率折半問題
以目前的水平來說,無論是偏光式3D技術還是裸眼3D技術,由于其技術原理本身的限制,都會造成分辨率折半的問題,這是除了3D視角之外,對于用戶體驗來說最不能忍受的就是3D畫面的顯示下,分辨率會折半。也就是說,原來1080p的規格畫面,折算成裸眼3D畫面時,只剩下540p,甚至都沒有達到720p的水平,嚴重的影響用戶的實際體驗感受。
東芝發布的4K分辨率裸眼3D電視55ZL2
從2012年開年時分,4K分辨率的概念被正式提出,同時8K分辨率的相應產品也跟隨者現身。并且在2013年的CES大展上,更多的廠商加入到4K分辨率和8K分辨率這個行列中,因此我們可以看到相關的產品和產業在今年會得到高速的發展。目前已經有部分廠商將4K分辨率與裸眼3D技術相結合,這樣傳輸出的裸眼3D畫面即便分辨率折半,也能夠達到1080p的規格,這樣就可以為用戶有效的解決畫面細膩程度體驗性的問題。但是,日本NHK表示將在2020年左右播送超高分辨率規格的電視信號,因此我們可以看到4K分辨率平民化距離我們尚需時日。
● 裸眼3D面板產能現狀
目前的市面上,裸眼3D面板的主要生產廠商很多,其中較大的主要以韓國的LG Display和***的奇美電子、友達光電為主。對于裸眼3D面板的生產,由于解決方案部分的限制(目前主流的裸眼3D技術主要是光屏障式和柱狀透鏡),其中一個最大的生產障礙就是保證與液晶分子點對點的對應3D貼膜,需要非常細致的技術和工藝。也正是因為高工藝的制造,成品的良品率并不能夠得到保證,相應的成本也急劇增加,因此在量產方面十分困難,所以目前來看裸眼3D面板的產能十分有限。
● 阻礙裸眼3D發展的因素有哪些?
?、?技術不夠成熟。相比快門式或者偏光式的3D技術,裸眼3D技術擺脫了眼鏡的束縛,這是最大的優勢,但是目前的裸眼3D顯示設備必須要在特定的角度和位置才能夠觀看到最佳的3D畫面,并且目前的大部分成品都會有視角限制的缺陷,這是其一。其二,雖然4K分辨率能夠解決裸眼3D畫面分辨率折半的問題,但是4K分辨率相關設備本身就是在剛起步的階段,并沒有成熟和量產,因此談到對于裸眼3D技術的扶持和彌補,仍為時尚早,分辨率折半的問題仍然沒有獲得妥善的解決。而目前針對技術上帶來的缺陷,仍然沒有新的突破。
?、?售價昂貴。無論是手機、相機、電視、筆記本電腦還是液晶顯示器,只要與3D技術沾邊,售價都會比一般的同類型產品高出很多,如果是搭配上裸眼3D技術,目前來看更是處于天價的水平,因此消費者目前只停留在感興趣的階段,并沒有實際的購買行為。價格過高的原因主要是裸眼3D的生產成本過高,包括研發技術和面板的制造,再加上良品率的控制,都需要非常高的成本。
③ 視疲勞。視疲勞這一點也是最重要的阻礙因素。接觸過3D的朋友,尤其是接觸過裸眼3D設備的朋友,我相信大家都只是抱著嘗鮮的態度來體驗這些產品,很少有用戶長時間的觀看裸眼3D的畫面。因為裸眼3D技術目前來看主要是通過穿插的畫面將畫面分開投射到用戶的雙眼,再由大腦合成3D畫面,所以長時間的觀看3D畫面會造成用戶眼睛的強烈疲勞感,損傷視力,同時也會造成大腦的疲勞。
④ 應用稀缺。沒有應用的支持,用戶即便購買了裸眼3D的設備又能怎樣呢,難道用來砸核桃嗎?而且現階段的3D片源,主要針對于偏光式或者快門式技術的3D解決方案進行制造,如果升級到裸眼3D設備,這些片源需要再次進行改革和升級,才能夠進行播放,這無形中就造成了更多的成本和麻煩。因此針對于裸眼3D的應用,包括片源、電視信號、游戲等等也是目前非常大的阻礙因素。
● 裸眼3D距離我們還有多遠?
目前全球最大的面板提供廠商LG Display早在2010年就表示正在研發裸眼3D技術以及相關的產品,但是至今仍然沒有突出的改進和成效。LG Display的高層表現裸眼3D技術目前還有很多問題沒有得到解決,并且生產的成本比較高,因此還不能夠大規模的量產。
雖然很多廠商都表示在2013年左右就能夠推出比較成熟技術涵蓋的裸眼3D產品,但是從目前的形式來看,這個時間點仍然要繼續往后推。雖然裸眼3D是未來發展的一個必然的重要趨勢,但是如果技術沒有突破,就難以引起消費者的購買欲望,這樣就更不會有廠商愿意推出或者研發相關的產品,惡性循環。
根據筆者的了解以及目前市場狀況來看,裸眼3D的大批量面市至少還要一到兩年的時間,并且一定會率先在手機、平板電腦、筆記本電腦等等移動設備和小尺寸的液晶顯示器產品上實現普及應用,而大尺寸的裸眼3D電視在普及上仍然需要更久的時間。因此,在目前來看,只有裸眼3D技術有了一定的突破之后,才能夠來到消費者身邊,這也是現在最需要解決的問題。
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