浅谈三维立体显示技术

胡帆

摘要：本文主要介绍了3D立体技术在商业应用上的发展现状，以及其发展前景。首先介绍了3D立体技术的概念和相关特征，然后简要说明其分类和技术应用，主要介绍了在显示方面的技术，分析了其存在的技术壁垒、发展存在的问题和适用盲区，最后介绍了它的发展前景。

关键词：3D立体技术；显示技术；眼睛式；裸眼式；现状分析；发展前景

引言：

随着计算机技术和和网络技术的飞速发展，3D立体的应用研究也越来越受到广泛关注。它已然不止在高科技的商业上层出现，2008年北奥会开幕式的立体卷轴的设计，2010年欧洲出现了第一张3D报纸，同年在国际消费电子展上出现了3D电视，而电影《阿凡达》将全球影视视角提高到三维立体的角度，国内随后也有《龙门飞甲》的3D特效给观众带来了前所未有的体验。日本京都府精华町的东洋纺阪京研究所开发3D电子模特，也将3D技术应用到虚拟服装领域。

一、三维立体技术概述

1.概念

（1）、三维立体图：是一类能够让人从中感觉到立体效果的平面图像。观察这类图像通常需要采用特殊的方法或借助器材。

（2）、三维立体技术：利用先进的数码合成技术制作神奇三维立体，选择清晰的照片或底片将其扫描到电脑里，直接在电脑里利用专业的三维立体制图软件进行配图和数字处理，用高精度彩喷机打印出来，再用冷裱机装裱即可。

（3）、三维立体显示技术：将三维影像通过一定的手段显示出来，并被观众体验到的技术。

2.特点

（1）、视觉上层次分明色彩鲜艳，具有很强的视觉冲击力。

（2）、立体图给人以真实、栩栩如生，人物呼之欲出，有身临其境的感觉，有很高的艺术欣赏价值。

（3）、利用三维立体图像包装企业，使企业形象更加鲜明，突出企业实力和档次，增加影响力

二、三维立体显示技术研究

常见的三维立体技术主要有四种：早期基于PS的三维立体技术、立体仿真技术、拟实景3D技术、数字实景3D技术。

3D技术内容方面主要包括制作、储存、压缩和传送，显示方面两个方面，双眼视差法，全景模式。其中双眼视差法，主要是包含眼镜式和裸眼式，目前3D电视中使用的主要是眼睛式，由于裸眼式对设备和宽带的要求较高，因此它还没有具备这个商业化的这样一个条件。下面主要介绍显示技术中的双眼视差法。

1、眼镜式3D

主要的类型：色差式、互补色、偏光式（不闪式）和主动快门式，也就是平常所说的色分法、光分法和时分法。

1.1、色差式

色差式是把两幅具有适当视差的同一景物分别制成红色和绿色图像，再把这两幅图像组合在一起。

优点：造价低廉。缺点：3D效果较差，色彩丢失严重。

1.2、互补色

互补色主要是红蓝、红绿立体眼镜，价格最便宜，十几元就能买一个，对显示器没有要求，还能在电视、投影等上面放，可是这种实现立体的办法有一个缺点，就是有一点点重影。但观看时间不宜过长。

1.3、偏振光

偏振光的观看方式目前只能在电影院中实现，在家中不可能实现。有的人用双投影的方法在家中使用，但价格昂贵，不大现实。

优点：无闪烁，可视角度广，能够用轻便舒适的眼镜享受3D影像。

2、裸眼式3D

裸眼式3D可分为光屏障式、柱状透镜技术和指向光源三种。目前市场上的主流裸眼3D采用了夏普的二层LCD屏的方式。

2.1、光屏障式

光屏障式3D技术的实现方法是使用一个开关液晶屏、偏振膜和高分子液晶层，利用液晶层和偏振膜制造出一系列方向为90°的垂直条纹。

优点：与既有的LCD液晶工艺兼容，因此在量产性和成本上较具优势。

缺点：画面亮度低，分辨率会随着显示器在同一时间播出影像的增加呈反比降低。

2.2、柱状透镜

柱状透镜3D技术的原理是在液晶显示屏的前面加上一层柱状透镜，使液晶屏的像平面位于透镜的焦平面上，这样在每个柱透镜下面的图像的像素被分成几个子像素，这样透镜就能以不同的方向投影每个子像素。

优点：3D技术显示效果更好，亮度不受到影响。

缺点：相关制造与现有LCD液晶工艺不兼容，需要投资新的设备和生产线。

2.3、指向光源

指向光源3D技术搭配两组LED，配合快速反应的LCD面板和驱动方法，让3D内容以排序方式进入观看者的左右眼互换影像产生视差，进而让人眼感受到3D三维效果。此技术3M公司做的较好。

优点：分辨率、透光率方面能保证，不会影响既有的设计架构，3D显示效果出色。缺点：技术尚在开发，产品不成熟。

三、三维立体技术应用

1、应用范围

应用范围 ：摄影行业、广告行业、展览展示、装饰行业、旅游行业、印刷行业、产品包装等。

具体可表现在：机械仿真演示动画，企业宣传片，多媒体技术，建筑变现，建筑动画，影视广告，电视广告，商业广告，虚拟现实。

2、目前已存在的

（1）、基于裸眼式的产品：爱国者的裸眼3D电影本，裸眼3D月光宝盒，佳的美P83，纽曼的D40，爱普泰克的裸眼3D视频DV，以及凤凰的裸眼3D数碼相机PH-C1和3D电影本PH-M1等。

（2）、在电视广告上：南非世界杯开赛后上市5套播出的3D电视广告给观众带来了前所未有的体验。

（3）、在投影广告上：此前欧足联冠军联赛决赛结束之际Sony公司就在马德里投放了一段以足球为主题的3D影片。

（4）、3D影视：3D电影、3D电视、3D动画、3D建筑动画和3D装饰动画的兴起并已应用到生活的各个方面，给我们的生活带来了新的体验。例子已随处可见，比如装饰公司提供的立体演示装饰成品图。

四、三维立体技术发展存在的问题

虽然3D技术发展迅速，其应用惠及消费者和商家，但由于目前技术和成本等原因，也在一定程度上抑制了它的发展。另外3D技术本身也存在一些问题亟待解决，国内的3D显像技术还是有一些落后的。具体如下：

1技术壁垒

（1）、国产的3D能力似乎和国外的没有可比性，我们从前几年国内屈指可数的3D电影，就能看出国内的3D效果和好莱坞的工业光魔差距简直是天壤之别。不过2011年徐克《龙门飞甲》里面的精彩3D特效，让我们看到了国内3D技术的进步和希望，国内的3D技术已经开始逐渐向国际靠拢。

（2）、多人裸眼觀看的技术壁垒：双目转多目。在电影院观看时实现多人裸眼观看，减少了消费者负担，不用佩戴眼镜，但目前技术仍不十分成熟。

（3）、由于3D技术本身的成像显像原理，使播放的效果给人晕眩，所有影像都有重叠的视觉效果，模糊且播放速度也比正常的慢。

2消费者体验

（1）、易致“眼疲劳”：现在的3D电视虽然模拟了人眼的成像原理，但并没有考虑到人眼对注视物模糊程度差异的调节，导致电视的3D画面不分远近呈现出的都是清晰的，从而刺激眼睛容易产生视疲劳。

（2）、价格偏贵：3D电视要想真正走进普通家庭，似乎并非易事，高昂的价格足以让平民望而却步。尽管索尼公司在日前并未提到3D电视机的价格，然而分析师预计，早期3D电视机可能价值数千美元。

（3）、健康隐患：据国外媒体报道，某电子商通过其澳大利亚网站发出警告，称收看3D电视对身体健康不利，并在警告中罗列了一系列与这项技术相关的潜在危害性。

五、三维立体技术发展前景

随着3D技术的不断精进，搬进家庭客厅的3D电视机，将不再完全依赖于眼镜，减少了消费者使用眼镜更新电池的负担。无论是主动快门式3D技术还是不闪式3D技术，都需要佩戴眼镜观看，争论孰优孰劣都将没有意义，裸眼式3D技术将是主流方向。

我相信，随着技术和成本等的不断进步，3D技术必将发挥它的强大优势实现广阔应用。

【参考文献】

1. 蔡履中，刘华光，光学三维显示技术，现代显示，1996；

2. 赵晓敏，3D服装虚拟技术的研究发展及发展趋势，2007；

3. 凌美忠，科技之窗之裸眼3D技术无极限，2012；

4. 张晓媛，裸眼立体显示技术的研究，2007；