3D液晶显示技术解析

对于电脑用户而言，在玩3D游戏时，往往会被游戏中华丽的3D场景所征服，而实际上，现有的2D显示器正在欺骗你的眼睛，你所看到的一切只是用2D技术模拟出的3D效果。我们只有在真正的3D显示器上，才能看到真实的3D画面，因为自然界是三维的，所以立体LCD显示器成为未来发展趋势。那么，到底什么是3D显示器呢？它与普通显示器有什么区别呢？要了解这些，就得从3D显示的原理开始讲起。

 

一、2D显示器实现3D场景

在信息时代，电脑已经在日常生活、企业办公等场合无所不在。在大家使用电脑时，如果显示网页、普通文本，眼前只是一张“平”面，但当你在看电影、玩游戏时，你看到的却是一个“3D”场景。而实际上，这台LCD显示器只是平面的，平面LCD显示器为什么能显示3D效果呢？这就和3D显卡、色彩原理和人眼的视觉原理有关了。

 

首先要明确一点，现在市场上的LCD显示器，都是2D平面显示器，但在3D显卡的作用下，却能给我们展现3D效果，所谓3D显卡，确切地说应该是“三维立体影像的二维平面投影成像”显卡，它实际上是用透视的方法，将3D影像投影在2D显示平面上，让人看起来“认为”是立体的而已。为什么人会出现这样的情况呢？我们知道，日常生活中人们是用两只眼睛来观察周围具有空间立体感的外界景物，而平面显示器上的3D，实际上是利用双眼立体视觉原理，使观众能获得三维空间感视觉影像，因为人眼的视觉有近大远小的特性，这样就会形成立体感。

 

从色彩原理学来说，三维物体边缘的凸出部分一般显高亮度色，而凹下去的部分由于受光线的遮挡而显暗色，当影像显示在2D显示器屏幕上时，因色彩灰度的不同而使人眼产生视觉上的错觉，从而将2D显示器的屏幕感知为三维图像。这一认识被广泛应用于网页或其他应用中对按钮、3D线条的绘制，比如要绘制3D文字，即在原始位置显示高亮度颜色，而在左下或右上等位置用低亮度颜色勾勒出其轮廓，这样在视觉上便会产生3D文字的效果。具体实现时，可用完全一样的字体在不同的位置分别绘制两个不同颜色的2D文字，只要使两个文字的坐标合适，就完全可以在视觉上产生出不同效果的3D文字，计算机里的3D有3个方向轴（长、宽、高），而2D只有两个轴（长、宽）。

 

二、3D立体电影的实现原理

不少人一定还记得，早在上个世纪90年代，电影院流行一种立体电影，观众只要戴上一副电影院提供的眼镜，就能观看到与普通电影不一样的三维立体电影。立体电影的原理究竟是什么呢？看过立体电影的人都知道，如果在观看时把眼镜拿到，结果电影十分模糊不清，似乎是由两个不同的影像所叠合而成，而戴上眼镜之后，透过立体眼镜对光的选择，而分别呈现在你的右眼以及左眼中，使你产生立体影像的感觉。从技术原理来看，3D立体电影一般采用两种成像原理，一种是红蓝滤光成像技术，典型的电影有《特工小子3D》，这种电影需要搭配专门的红蓝滤色镜才可以观看；而另一种是偏光滤光成像技术，典型的电影有《IMAX》，此类电影只有使用偏振光眼镜才能看到立体效果。

 

为什么戴上一副眼镜就可以看到立体电影呢？以偏光滤光成像技术为例，其拍摄同时使用2台摄影机从不同的角度同时拍摄下景物的图像，在放映时，通过两个加装偏正镜片的放映机，把用两个摄影机拍下的两组胶片同步放映，使这略有差别的两幅图像重叠在银幕上。电影放映机输出的光线在通过偏正镜片后，就成为了偏正光，而观众使用的偏正光眼镜其实是一个还原过程。而红蓝滤光成像技术不受现有影像设备的限制，只要搭配一副红蓝滤色镜就可以体验到近乎完美的立体效果。一些媒体播放软件（如东方影都3D版），在播放电影时，其实就是通过插值运算的方法达到立体效果，其实说白了就是红蓝滤光成像技术。

 

三、3D显示器的传统实现方案

一般LCD平面显示器无法再现空间立体感，是因为要能使显示画面呈现立体感，具有透视效果是最基本要求；另外是视觉差异角度问题，在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，因此无法显示立体影像。回顾立体显示器的发展历史，早在1950年这项立体LCD显示技术雏形就已经被开发出来，甚至目前在研究类似LCD显示技术还运用早年就已经研发而成的部分技术，其原理类似于前面所说的立体电影，同样是使用偏光滤光或红蓝滤光成像技术，以达到在2D平面LCD显示器上实现3D的效果。

 

前者是利用光栅组件，使观视者产生多焦点影像达成3D显示目的，利用两台水平并列安置的电影摄影机，分别代表人的左、右眼，同步拍摄出两个画面。而放映时，则将两个胶片分别装入左、右两台具备偏振镜放映机中，而且两个偏振镜互成90度的偏振轴，这样投放在银幕上时，如果用普通肉眼观看就形成了左右双影，但需搭配特殊立体眼镜才能获得立体影像；后者是将正常的画面分解为两份，然后分别进行去掉其中的红色和蓝色，再把两者交错的组合起来。观看时需要佩戴一边为红色镜片，一边为蓝色镜片的眼镜，这样就迫使左右眼镜只能看到各自的色光图像，从而欺骗大脑以为看到了立体的图像。

 

四、新一代立体LCD显示技术

 

1．扫描式背光显示技术

扫描式背光显示技术是由三菱开发，其原理是利用液晶面板在显示左眼用的视差影像时点亮左侧LED，表示右眼用视察图像时点亮右侧 LED，这样不必配戴特殊眼镜，就能从对应的眼中看到各自的视觉影像。同时，只要以和电视磁场频率数相同的60Hz，分别进行左右视差影像更换跟左右LED闪烁同步时，便能使眼睛感受到2个影像同时稳定，而具有连续性地从面板显示出来，最终便在人脑中左眼影像及右眼影像合成为立体显示影像。另外还能够100％利用液晶面板清晰度以显示出高精细立体影像，在两侧观看影像时不会产生模糊不清、影像重叠或凹凸逆转影像等问题，而且在一般情况下能够顺利显示二维显示影像。

 

2．透镜3D液晶显示技术

该技术是由飞利浦和夏普共同创导，其原理与三菱的扫描式背光显示技术有点类似，同样不需要佩戴眼镜，它是利用在液晶的最表层添加了数组透镜，而在这层凸透镜数组上形成影像。其中每个透镜以液晶像素成一个小的角度摆放，并且对应了7个液晶Cell，每一个液晶像素有3个液晶Cell组成，具备呈现RGB三色的功能，再加上根据特殊的算法，在液晶Cell中形成不同颜色，而最终形成影像，确保让观看者在左、右眼上形成不同的图像，这样就可以看到逼真的三维效果，缺点是如果观看液晶的角度不同，因为Barrier的效果减弱，而无法看到三维效果，而且多焦点影像极易造成眼睛疲劳。

 

3．DFD立体显示技术

DFD（Depth-Fused 3D）是日本NTT根据全新的错视原理开发的景深融合型立体影像技术，其利用两片液晶显示器与half mirror，开发不需特殊眼镜就可以观赏的立体影像的技术，这种立体影像制作原理称为REAL。REAL立体影像的制作过程是先利用一般摄影机、相机、闪光灯摄影等方式拍摄影像，然后取一般摄影与闪光灯摄影拍摄影像灰色度两者的差分，再与一定峰值比较藉此获得二值化（0与1的数字元元化）的影像，接着抽出所谓的近影像领域，最后再将Relief状景深添加至近影像领域内。被照物景深形状除了球体比较接近真实景深外，其它物体都会出现某种程度的差异，只要近影像与远影像两者前后关系维持正确，且景深为连续性平滑状的话，通常利用肌理描绘（texture）作补正，就可以获得非常协调的立体影像。

 

总结：3D LCD显示器市场前景

一位大型电视机厂商的显示器技术人员认为：“3D技术只是实现临场感的一种手段而已，并不是必须的”。 LCD显示器从2D发展到3D，这的确是技术领域上的重大突破，3D立体显示器、电脑主机、播放软件，无需任何辅助设备便可呈现出清晰的3D立体影像，可以播放的香车、名表、美钻悬空旋转的立体影像，带给众多与会者新奇刺激的视觉享受，这一点非常适合喜欢看电影的用户，特别是欧美科幻大片，新一代3D显示器使观看者的视觉纵深最大可达1.5米，直接在显示器上就可以轻松观看立体电影了，但就目前的情况来看，3D显示器难以让普通PC用户接受，因为它的价格太贵了，比如iZ3D公司的22英寸宽屏立体显示器，其运用偏光眼镜及先进技术，可呈现栩栩如生的景深与跳出屏幕的3D图像，但售价要999美元，这是普通消费者难以接受的，也仅适合那些发烧游戏玩家、影像爱好者购买。

 

从应用角度来看，目前3D显示器比较适合商用市场，比如在医疗、科研、教学、军事等专业领域外，在奢侈品文物艺术品展示、会展、大企业形象展示、新媒体等各领域都正在发挥其独特的视觉作用，这些新兴3D显示器的实现和普及，将会形成下一代极具魅力的新兴图像产业。从发展趋势来看，3D显示技术有着非常广阔的市场前景。到2025年前，3D显示器作为颇具魅力的图像空间显示手段，在各个市场上将会逐步普及。它能实现可自然立体显视的复合感觉立体显示方式，以及将实现立体图像和观察者间进行交互通信的附加功能。3D立体显示技术，因其可以再现事物的原貌，给人以身临其境的视觉享受，不仅是人类追求完美视觉效果的终极梦想，也成为全球资本所看好的一块诱人“蛋糕”。