解碼裸眼3D黑科技

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星小編曾經撰文解析VR的前世今生，今天我們就來分享"裸眼3D"黑科技。

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3D顯示簡介

話說"裸眼3D"還得從3D說起。3D是Three-dimensional的縮寫，是以三維立體形態呈現視覺圖像的簡稱。在計算機里顯示3d圖形，就是說在平面里顯示三維圖形。不像現實世界裡，真實的三維空間，有真實的距離空間。計算機里只是看起來很像真實世界，因此在計算機顯示的3d圖形，就是讓人眼看上就像真的一樣。人眼有一個特性就是近大遠小，就會形成立體感。

3D顯示帶給人們更真實、更精細、更震撼的視覺感覺和身臨其境的體驗。3D顯示主要分為空間顯示和平面顯示兩大類。空間3D顯示技術難度大、成本高、技術複雜，應用局限性較大。平面3D顯示技術分為全息和非全息兩類，近年來得到大力發展的是非全息3D顯示技術。

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非全息3D顯示技術原理

非全息3D顯示技術通常稱為圖像對立體顯示技術，它利用人的左右眼分別接收不同畫面，然後大腦經過對圖像信息進行疊加重生，構成一個具有前-後、上-下、左-右、遠-近等立體方向效果的影像。

非全息3D顯示技術分為眼鏡式和裸眼式兩大類。眼鏡式3D顯示技術已經在家用消費領域得到較好的應用，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顯示有著真實感、立體感、無需佩戴專用眼鏡等優勢，用途更加廣泛，例如影視娛樂、展覽展示、醫療教學、廣告傳播、教學培訓、虛擬模擬、軍事應用等。

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「裸眼3D顯示」是什麼鬼？

裸眼3D顯示技術一般被稱為「裸眼多視點」技術，不通過任何工具就能讓左右兩隻眼睛從顯示屏幕上看到兩幅具有視差的、有所區別的畫面，將它們反射到大腦，人就會產生立體感。它利用了人眼的視差原理，通過給觀看者左右兩眼分別送去不同的畫面，達到立體的視覺效果。由於觀察者可以不佩戴眼鏡，使得3D的應用範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！由於人們更希望在不需要任何輔助設備的裸眼條件下得到3D顯示的效果。因此，裸眼3D顯示也是目前業界公認的3D顯示的最終形態。

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裸眼3D的三種主流技術

從技術上來看，根據對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)技術和指向光源（Directional Backlight）三種。

1、光屏障式3D技術

光屏障式3D技術也被稱為視差屏障技術或視差障柵技術。它是由夏普公司歐洲研發部的幾位工程師共同研發出來的新型顯示技術。視差屏障技術利用液晶層和偏振膜製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被激活，雙眼的間距產生的微小視差會導致不透光條紋遮擋左右眼，使得左眼和右眼看到的像素並不相同。從而在觀眾大腦中形成立體的顯示畫面。

光屏障式3D技術與既有的LCD液晶工藝兼容，只在自屏幕表面額外鍍一層膜，再對屏幕驅動電路做一些改造與匹配即可，因此在量產性和成本上較具優勢，但由於擋光，其畫面亮度只有2D屏的1/4。

優點：與既有的LCD液晶工藝兼容，因此在量產性和成本上較具優勢

缺點：畫面亮度低，解析度會隨著顯示器在同一時間播出影像的增加呈反比降低

2、柱狀透鏡技術

柱狀透鏡技術的原理是在液晶顯示屏的前面加上一層柱狀透鏡，並使液晶屏的像平面位於透鏡的焦平面上，這樣柱狀透鏡就能以不同的方向投影每個子像素。於是雙眼從不同的角度觀看顯示屏，就看到不同的子像素。

其實柱狀透鏡技術我們小時候就體驗過了，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。

優點：3D技術顯示效果更好，亮度不受到影響

缺點：相關製造與現有LCD液晶工藝不兼容，需要投資新的設備和生產線。

3、指向光源技術

指向光源3D技術搭配分布在左右兩側的兩組不同角度的LED，配合高刷新率的LCD面板和反射稜鏡模塊，讓畫面以奇偶幀交錯排序方式，分別反射給左右眼。

指向光源技術中最表層的匯聚透鏡與柱狀透鏡類似，但內層還設有三稜鏡、導光板和兩組不同的光源，因此結構更加複雜成本也很高，目前還停留在研究室當中。

優點：解析度、透光率方面能保證，不會影響既有的設計架構，3D顯示效果出色

缺點：技術尚在開發，產品不成熟

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裸眼3D的應用優勢

無需藉助任何輔助設備即可觀看三維立體影像效果，能有效避免沉浸式體驗帶來的噁心、眩暈、視覺疲勞等不良反應

對環境光線沒有任何要求，具有較高的亮度，適合各類場所

專門演算法能有效支除摩爾紋，雙眼沒有障礙的接受視覺圖像，清晰度高

視覺縱深大

應用範圍廣，幾乎適用於所有用戶形象展示和用戶體驗的場所。

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裸眼3D的應用領域

數據可視化

科學研究中的數值計算結果需要以直觀形象的方式表現出來，特別是三維圖形圖像，如蛋白質結構、DNA及其他高分子形態特徵的分子建模，立體顯微鏡及其顯示，天氣預報中的雲圖運動分析、風洞實驗和數值模擬、空氣動力學的流暢模擬，空中攝影測繪數據建模、財務模型及預測模擬、過程式控制制數值模擬CAD/CAM設計工程中模型顯示、遠程機器人視覺顯示等。

醫療衛生

在醫療衛生領域，立體顯示技術給醫生和專家直接顯示測試實況和診斷實況，在遠程診斷中可以獲得比平面顯示更多的視覺信息。在內窺鏡及圖像展示、眼科疾病測試工、MRI、CAT成像、手術培訓、手術現場成像、NASA虛擬臨床計劃等方面有重要的應用前景。

房地產、城市規劃

隨著房地產行業的高速發展，傳統展示手段如 ：平面圖、沙盤等已經遠遠無法滿足消費者的需要。在房地產的建築行業中，立體顯示技術可以展示從設計、展覽、景觀美化、內部裝修、人性因素等方面的信息，幫助設計專家和技術人員關注具體細節，在施工前即可完成全部景觀的設計。以掌網裸眼3D為代表的超高清顯示技術將打造房地產營銷新方式，將樓盤建築及周邊環境通過立體表達方式，讓客戶更有親身經歷的感官。

軍工應用

隨著部隊武器裝備信息化程度不斷提高，構建逼真的作戰環境，讓部隊快速適應各種地形或反差大的生疏戰場提供有力支持，為提前謀劃推演作戰提供可靠保證，切實提高部隊能打勝戰的能力。3D裸眼顯示的應用對軍工行業應用意義巨大。

事實上，3D顯示技術最早應用在軍事領域。早在20世紀90年代，美國軍方就開展自由立體顯示技術的研究，並最早應用于軍事裝備中。3D顯示技術可以應用在國防軍事教學、飛行模擬、軍事演習、坦克駕駛、潛艇駕駛員在模擬環境中的培訓、立體攝影偵察、星際遙感遙測成像分析等。同時，也可以應用在武器操控、宇航探測、太空訓練等方面。

廣告傳媒

隨著傳媒市場競爭的日益白熱化，如何快速吸引廣告受眾關注、有效提升廣告投放效果，已成為傳媒公司及廣告業主最為關心的問題之一。裸眼3D顯示器的出現為就傳媒行業提供了一種全新的極具震撼效果的展示平台，具有無可比擬的應用優勢。廣泛應用於機場、地鐵、高鐵、酒店、電梯口、場館、企業專賣店、賣場、專櫃等領域。

展覽展示

新穎生動的3D多媒體展示手段可大大加深參觀者對展示內容的印象。某些不便進行實物展示的內容，如對展示環境要求較為嚴格的文物、大範圍的自然景觀等，可以通過3D全息展示櫃進行形象而生動的三維展示。利用出色的裸眼3D顯示技術，可將需要展示的內容真實、直觀、清晰、自由地展現在觀眾面前，逼真的立體效果可以大大加深觀眾對展示內容的印象。應用場所：大型場館建設、展示活動、科技館、博物館展示等。

3D顯示系統可以廣泛應用於城市規劃館，市民中心，機場等重點政府工程項目，可以更好地展現城市風貌，城市精神及城市成就。

影視娛樂

隨著數字高清立體影視製作及播放技術的不斷進步，3D影片、動畫已成為影視娛樂行業新的熱點。傳統的3D影片播放需要配戴偏振或液晶眼鏡等，不利於長時間觀看及公眾場合的播放。裸眼3D顯示器的出現，則滿足了多人多視角觀看的需要，使得廣大觀眾無需配戴立體眼鏡即可觀看到逼真而極富視覺衝擊力的3D影視節目。

教育領域

立體顯示技術可用於抽象概念模擬，動畫製作強化等。它營造了「自主學習」的環境，由傳統的「以教促學」的學習方式代之為學習者通過自身與信息環境的相互作用來得到知識、技能的新型學習方式。例如在幫助學生理解空間概念和物理現象等原理時，利用立體圖像要比利用二維圖像的認知程度高，理解程度深。在裸眼3D虛擬教學方面，教學已不僅僅停留在原來的書本、圖片、PPT以及視頻等方式上，特別是生物科學、航天科技以及工業設計等需要對物體內部構造進行詳細剖析的課程，裸眼3D教學展示出巨大的應用潛力。

研究領域

利用裸眼3D顯示器，科研人員可獲得蛋白質、DNA及各種微觀結構的直觀圖像，可對大氣、海洋及地表地層數據進行三維建模顯示，可作為空氣動力學、氣象學、天文學等學科研究的輔助工具，還可利用所開發的互動式軟體進行遠程工程式控制制。

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"風口"中的裸眼3D

隨著裸眼3D技術的突破和成熟、瞳孔追蹤技術的發展、內容的豐富與顯示屏的不斷高清化發展，裸眼3D顯示技術即將重新崛起，進入爆發期。

著名市場調研機構賽諾市場諮詢在今年6月發布的《裸眼3D發展趨勢分析報告》指出，在技術、產品、內容和應用場景等方面，裸眼3D已具備了完善的生態環境，未來用戶體驗的提升將帶動裸眼3D進入市場爆發期。賽諾預測，2021年全球3D顯示器出貨量和市場規模將達到2.8億台和830億美元，未來裸眼3D市場滲透率將達到50%以上。而政策紅利，更為裸眼3D顯示的發展提供了強大助力，在2016年，國務院印發「十三五」國家戰略性新興產業發展規劃，裸眼3D就被納入其中。

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裸眼3D的未來趨勢

展望未來，裸眼3D將進一步凸顯其綜合優勢，不斷拓展在商業展示和個人消費類電子領域的應用空間，越來越多的上下游廠商將加入這一行列，共同推動裸眼3D產業向前發展。

技術的不斷創新和成本的不斷下將成為裸眼3D行業的必然趨勢，也意味著裸眼3D顯示的商業應用無論其規模還是深度都將成到巨大的發展，市場將蒸蒸日上，商機無限，幾乎所有的平面顯示領域都面臨著這一場震撼人心的「裸眼3D技術革命」，極大的影響人類生活的方方面面。

參考文獻：

1、《裸眼3D顯示,技術成就未來》作者：韓金容、王菊芬 [期刊論文]-今日印刷 2013(9)

2、《三維重建技術及其軍事應用》作者：吳彤、傅中力[國際科技]2015年第1期。

3、《裸眼3D發展趨勢分析報告》作者：賽諾市場諮詢2017年6月

4、百度百科及相關互聯網信息。

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