裸眼3D

3d是three-dimensional的縮寫，就是三維圖形。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。

基本介紹

• 中文名：裸眼3D
• 外文名：Autostereoscopy, glasses-free 3D, glassesless 3D
• 技術原理：視差障壁、柱狀透鏡技術
• 特點：無需3D眼鏡，立體效果
• 產品代表：任天堂3DS、裸眼3D平板、手機

裸眼3D技術

目前主流的裸眼3D技術手段有：狹縫式液晶光柵、柱狀透鏡、指向光源、主動式背光。

1、狹縫式液晶光柵。這種技術原理是在螢幕前加了一個狹縫式光柵之後，應該由左眼看到的圖像顯示在液晶屏上時，不透明的條紋會遮擋右眼;同理，應該由右眼看到的圖像顯示在液晶屏上時，不透明的條紋會遮擋左眼，通過將左眼和右眼的可視畫面分開，使觀者看到3D影像。

2、柱狀透鏡，這種技術原理是通過透鏡的折射原理，將左右眼對應的像素點分別投射在左右眼中，實現圖像分離。對比狹縫光柵技術最大的優點是透鏡不會遮擋光線，所以亮度有了很大改善。

3、指向光源，簡單說來就是精確控制兩組螢幕分別向左右眼投射圖像。

4、主動式背光，採用光學微結構構成背光模組，背光發出的光束可以在電子器件的控制下調整方向。

技術原理

計算機螢幕是平面二維的，我們之所以能欣賞到真如實物般的三維圖像，是因為顯示在計算機螢幕上時色彩灰度的不同而使人眼產生視覺上的錯覺，而將二維的計算機螢幕感知為三維圖像。基於色彩學的有關知識，三維物體邊緣的凸出部分一般顯高亮度色，而凹下去的部分由於受光線的遮擋而顯暗色。這一認識被廣泛套用於網頁或其他套用中對按鈕、3d線條的繪製。比如要繪製的3d文字，即在原始位置顯示高亮度顏色，而在左下或右上等位置用低亮度顏色勾勒出其輪廓，這樣在視覺上便會產生3d文字的效果。具體實現時，可用完全一樣的字型在不同的位置分別繪製兩個不同顏色的2d文字，只要使兩個文字的坐標合適，就完全可以在視覺上產生出不同效果的3d文字。

如今主流的3D立體顯示技術，仍然不能使我們擺脫特製眼鏡的束縛，這使得其套用範圍以及使用舒適度都打了折扣。而且不少3D技術會讓長時間的體驗者有噁心眩暈等感覺

光屏障式技術

光屏障式3D技術的實現方法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製造出一系列方向為90°的垂直條紋。這些條紋寬幾十微米，通過它們的光就形成了垂直的細條柵模式，稱之為“視差障壁”。而該技術正是利用了安置在背光模組及LCD面板間的視差障壁。通過將左眼和右眼的可視畫面分開，使觀者看到3D影像。

這種技術的優點是在成本上比較有優勢，像夏普的3D手機和任天堂的3DS遊戲機都是採用這種技術。不過採用這種技術的螢幕亮度偏低。

柱狀透鏡技術

柱狀透鏡技術也被稱為微柱透鏡3D技術，使液晶屏的像平面位於透鏡的焦平面上，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。於是雙眼從不同的角度觀看顯示屏，就看到不同的子像素。

柱狀透鏡技術並不會像光屏障式那樣影響螢幕亮度，所以其比後者的顯示效果要好。

產品代表

3DS遊戲機

任天堂公司為了推動已經發布5年的DS遊戲機需求，計畫推出新的3DS掌上遊戲機，使用戶不需要特殊眼鏡就可玩三維遊戲。為了完成裸眼3D效果，N3DS將採用夏普的視差屏障（parallaxbarrier）技術液晶屏，該液晶屏已經被套用於部分手機上，但不適合大屏電視。據任天堂公司介紹，新便攜遊戲機被命名為Nintendo 3DS（N3DS），並可玩為原先DS型號遊戲機製作的遊戲。N3DS的顯示屏將不到4寸，小於4.2寸的DSiLL。這次任天堂正式採用追加了電視、電影中運用的3D功能技術運用在遊戲裡。“裸眼技術”進行3D表現，將會令“N3DS”成為世界上首個在遊戲機上普及該技術的主機。

任天堂3DS：裸眼3D遊戲掌機

在過去的30年裡，任天堂一直在試圖發掘3D遊戲的潛力。早在1980年，任天堂就開發了第一個商用的3D產品——一款3D眼鏡，可以配合持FC遊戲機的光碟播放器，但這個項目從未走出過日本，最後以失敗告終。1995年，任天堂又開發出了Virtual Boy，一樣支持3D顯示，但還是遭到可恥的失敗。這幾年的經驗似乎在告訴任天堂，不要套用3D技術到Wii上。如今裸眼3d遊戲機3ds已經發售幾年了，改進版3dsll與3dsxl也已經推出，所有遊戲大都支持裸眼3d。

裸眼3D廣告機

裸眼3D廣告機有82寸、46寸、24寸、21.5寸等，以82寸裸眼3D廣告機為例。

82寸裸眼3D廣告機

產品參數

裸眼3D技術	柱鏡光柵（高亮度）
3D網路播放平台	支持
亮度	400nits
對比度	500：1
解析度	1920*1080
3D可適角度	70°
3D最佳觀賞距離	4.2m-7m（TBD）
主機類型	集成標配主機
長	191.8cm
寬	112.8cm
厚（Max）	20.57cm
重量	180Kg

46寸裸眼3D廣告機

產品參數

裸眼3D技術	柱鏡光柵（高亮度）
3D網路播放平台	支持
亮度	300nits
對比度	500：1
解析度	1920*1080
3D可適角度	70°
3D最佳觀賞距離	3.5m-6.5m
主機類型	集成標配主機
長	113cm
寬	67.5cm
厚（Max）	11.3cm
重量	55Kg

21.5寸裸眼3D廣告機

產品參數

裸眼3D技術	柱鏡光柵（高亮度）
3D網路播放平台	支持
亮度	200nits
對比度	500：1
解析度	1920*1080
3D可適角度	70°
3D最佳觀賞距離	1.2m-2m
主機類型	集成標配主機
長	58.7cm
寬	53.7cm
厚（Max）	10cm
重量	12Kg

裸眼3D燈箱

裸眼3D燈箱，是利用人兩眼具有視差的特性，在不需要任何輔助設備（如3D眼鏡、頭盔等）的情況下，即可獲得具有空間、深度的逼真立體影像。畫中事物即可以凸出於畫面之外，也可以深藏於畫面之中。色彩艷麗、層次分明、活靈活現、栩栩如生，是真正意義上的三維立體影像。裸眼立體影像以其真實生動的表現力，優美高雅的環境感染力，強烈震撼的視覺衝擊力深受廣大消費者的青睞。

產品參數表

裸眼3D燈箱
圖片更換	支持更換畫面
通用場景	機場、車站、展覽展示、公司企業等
長	N/A（可定製）
寬	N/A（可定製）
厚（Max）	N/A（可定製）
接口類型	220V（AV）/12V（DC）
產品優勢
優勢一	擺脫3D眼鏡，輕鬆體驗無懈可擊的立體影像效果
優勢二	大範圍觀看距離，全形3D顯示
優勢三	可以根據客戶的要求定製尺寸大小、外觀
產品特點
特點一	功耗低，節能環保
特點二	外觀時尚、精緻

裸眼3D筆記本

裸眼3D筆記本

裸眼3D技術	TN液晶盒+柱狀透鏡
3D網路播放平台	支持
亮度	300nits
對比度	600：1
解析度	1920*1080
可視角度	全形範圍顯示
最佳觀賞距離	0.6m-1m
2D-3D切換	支持
預裝系統	win8
主機類型	主流配置
螢幕尺寸	15.6inch
長	950px
寬	625px
厚（Max）	75px
重量	1.7Kg

電視

3D平板電視需要3D眼鏡絕對會是3D電視普及的一個障礙，因此裸眼3D技術成為眾多廠商的一個開發重點。

“裸眼‘3D電視’是組合目前我們擁有的面板技術和引擎技術實現的。雖然是技術導向型產品，不過還是希望在消費市場上一決勝負”。東芝於2010年12月下旬就上市了可裸眼觀看三維(3D)影像的液晶電視“Glass-LessREGZA GL1”。東芝將上市的是畫面尺寸為20英寸和12英寸的兩款產品。市場預估價格方面，20英寸產品為24萬日元左右，12英寸產品為12萬日元左右，採用了較低的定價。“為獲得一定銷量，進行了戰略性定價”(大角)。預計銷售目標為每月1000台。

為使裸眼3D電視早日投產，東芝採用了不同於需要使用專用眼鏡的“CELL REGZA”3D液晶電視的技術。在裸眼觀看3D影像顯示方面，採用在液晶面板前方配置雙凸透鏡的“全景圖像(IntegralImaging)方式”。液晶面板是與東芝的集團公司——東芝移動顯示器共同開發的。

液晶面板的1個像素相當於通常二維(2D)影像的9個像素。採用了將RGB三色子像素沿縱向配置，然後將其沿9視差橫向排列的特殊像素排列方式。通過這些措施，在左右15度的視角範圍內，“能夠觀看到既有銳度又很少有干涉條紋的3D影像”。

顯示3D影像時，20英寸產品的像素數為1280×720(總像素為829萬4400)，12英寸產品的像素數為466×350(總像素為147萬)。由於顯示2D影像時，1個像素的9視差上都被分配到相同影像，所以影像的精細度極高。

顯示影像的內容方面，通過圖像處理，可將已有的2D影像和3D影像(左眼和右眼的兩視差)轉換為9視差影像。20英寸產品上配備了微處理器“Cell Broadband Engine”和基於多視差轉換用LSI的圖像處理電路。根據輸入影像來推定景深信息、生成9視差影像。

MP5

華旗數碼月光寶盒2010年12月上市裸眼3D MP5 PM5950 3D。該款產品可支持2D\3D模式一鍵切換，4.3英寸TFT顯示屏，800*480解析度高清晰顯示，支持觸摸操作，支持3D視頻或圖片播放，可自由選擇3D和2D模式。

光屏障式3D技術也被稱為視差屏障或視差障柵技術，其原理和偏振式3D較為類似。光屏障式3D產品與既有的LCD液晶工藝兼容，因此在量產性和成本上較具優勢，但採用此種技術的產品影像解析度和亮度會下降。

移動設備

惠普公司的研究人員開發出了一種讓裸眼3D視頻能以較大角度在移動設備上播放的辦法，這樣用戶通過傾斜螢幕就能更完整地看到物體。科學家們利用納米技術將多個帶有微小溝槽的圓圈蝕刻到顯示屏的玻璃層上。這些溝槽會使光線發生彎曲，從而可以從64個不同的視角觀看。通過移動螢幕，人們將在任一時刻透過這些視角中的兩個進行觀看，一個通過左眼，一個通過右眼，結果圖像就會以3D呈現。這篇論文的第一作者戴維·法特爾說，這種效果“很像你在電影《星球大戰》中看到的莉亞公主的全息影像”。

不過，他承認這種效果不會和全息影像完全一樣，因為圖像不會像電影中莉亞的投影那樣遠遠突出於螢幕之外。這項技術不會很快就出現在電影院裡。法特爾說，雖然可以用電腦動畫技術來製作移動影像，但現場拍攝將需要一組64台攝像機同時拍攝一個物體。國內2013年底也推出了一款裸眼3D手機6@9。

裸眼3D手機最大的優勢就是擺脫了眼鏡的束縛，利用安置在背光模組及LCD面板間的視差障壁，通過將左眼和右眼的可視畫面分開實現3D畫面顯示，使觀者看到3D影像。

研究現狀

裸眼3D技術可以分為光屏障式、柱狀透鏡式以及方向性背光3D技術。早在2009年，美國的PureDepth 公司
研究開發出來的多層顯示技術（MLD）就是一種裸眼3D顯示技術，這種技術的好處是不會讓觀眾產生觀看的不良反應，如噁心，眩暈等。同時這種技術還突破了視野以及角度的限制，使得觀看場所可以進一步的擴大。最為個性化的一點是，使用這種3D 顯示技術還可以添加二維的字幕。現該技術已經在美國拉斯維加斯地區推廣使用。相比較於MLD技術，柱狀透鏡式3D顯示技術就不具有什麼優勢。柱狀透鏡式顧名思義就是要使用到柱狀的透鏡。在液晶顯示螢幕前加裝一排柱狀的透鏡，這樣圖像就會呈現在透鏡的焦平面上。從而將圖像中的各個像素點通過透鏡呈現在人的兩個眼睛中，一旦像素點的光通過不同的角度進入左右眼後，人就會在大腦中將雙眼所接收到的圖像進行疊加形成3D圖像。柱狀透鏡式3D顯示技術與其他的顯示技術相比，主要優勢就是在於能夠達到圖像的亮度要求，但是圖像畢竟是通過了一層透鏡呈現在觀眾眼前，所以在圖像的解析度上很難有更大的突破。而且在液晶螢幕前加裝透鏡需要更大的製造成本，後期維護成本也很高，不利於推廣使用。光屏障式3D 顯示技術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，該技術是通過在LCD液晶面板和內部發光器件之間增設偏振模和高分子層，當圖像通過液晶面板顯示在觀眾面前時，偏振模可以將左右眼接受的畫面區分開來，從而在觀眾大腦中形成立體的顯示畫面。這種技術是將偏振模和高分子層集成在了顯示器的內部，能夠在最廣以及成本控制方面起到一定的作用，但是在圖像的顯示方面難以提高亮度，同時難3D顯示技術。方向性光源3D技術在顯示原理上和上述顯示技術基本類似，不同的是該技術在呈現3D畫面時需要兩塊背景光源。在觀眾的左右眼同時接收畫面時，處在不同方向上的背景光源依次交替點亮，透過3M反射膜交替在觀眾面前呈現左右眼畫面。由於人眼具有一定的視覺暫停時間，所以交替出現的畫面就能夠在人腦中形成3D 畫面。但是最終的顯示效果同樣無法滿足高清晰度的要求。裸眼3D顯示器的關鍵技術主要有視圖進行分離的光學原理、亞螢幕分區、獨立視圖的呈現、立體顯示液晶屏圖形處理軟體等。實際上裸眼3D就是根據人們眼睛的視差進行相應圖像呈現的，只要能夠合理的分配左右眼圖像呈現就能夠出現立體的視頻效果。亞螢幕分區就是將裸眼顯示器進行視圖分區，每一個視圖都有固定的區域。在進行視頻顯示時需要將每一個亞螢幕中的圖像進行相互交錯呈現，已在觀眾大腦中形成立體視頻。當前的裸眼3D 顯示技術還不夠成熟，想真正的在人們生活中實現隨處可用隨處可見的裸眼3D顯示還為之尚早。但是裸眼3D顯示所能夠給人們帶來的巨大視覺享受還是激發著相關人員的研究熱情，其巨大的市場潛力也推動著相關技術的不斷進步以達到高清顯示效果。因此也不算是一種成熟的裸眼。

裸眼3D顯示終端編碼方式

3D圖像呈現需要傳輸大量數據，所以要想進行3D技術的升級，就必須在進行數據壓縮方面的技術相當先進。傳統的3D 圖像編碼基本是將左側傳輸通道作為數據的基本層，而右側傳輸通道作為左側通道的輔助層。歐洲的ATTEST系統框架在進行3D圖像數據傳輸時所採用的是單通道視頻數據傳輸，同時配合相應深度數據的3D 立體視頻格式。通過將深度視頻數據進行超輕壓縮，從而起到減少數據量的效果，同時視頻數據主要使用單通道進行傳輸。Orbi以及Interview在進行深度編碼是所使用的編碼碼率分別是各自進行單通道編碼時碼率的6.2%和3.5%。這種3D立體圖像呈現終端的編碼方式適合傳統的裸眼3D顯示技術，它們的成像原理基本都是左右眼分別接受傳輸過來的圖像信息，然後在大腦中形成立體圖形，所以只需要兩個通道即可傳輸視頻數據。然而要想實現裸眼3D 視頻顯示，所需要輸出的數據量更加龐大，傳統的顯示終端編碼方式理論上根本不可能實現。但是在裸眼3D 顯示方面較為成功的就是基於視差的立體視頻終端編碼方法。它的主要工作原理是：首先對左眼所要接收的圖像信息進行H.264 標準編碼，然後將編碼過得左眼接收圖像和右眼接收圖像進行比對，進行視覺估計得到相應的視覺差別信息，在對這些信息進行H.264 編碼；將最終產生的左眼數據碼流和視差數據碼流通過傳輸通道送至解碼端，進行解碼操作得出經過編碼後的左眼視圖以及編碼後的視差視圖，根據這些信息得出右眼視圖數據以及其他的六個視點的數據信息，並最終整合所有數據在裸眼3D立體顯示器上進行顯示。這種顯示終端編碼方式也在一些實際的顯示器中套用，但是還是存在著一些問題：螢幕會出現閃爍，這是顯示器一直以來都存在的問題。不同大小的螢幕，不同的顯示環境均會造成閃爍的強度以及頻率不同；因為DLP螢幕前的光柵在周期性的移動，很容易在觀眾的某個區域產生與原來畫面像素不同的像素，這就是我們俗稱的彩虹效應，在裸眼3D 顯示器中也會存在。這些問題想要徹底消除是非常困難的，相關技術還均處在研究的階段。

分類

從技術上來看，裸眼式3D可分為光屏障式柱狀透鏡技術和指向光源三種。裸眼式3D技術最大的優勢便是擺脫了眼鏡的束縛，但是解析度、可視角度和可視距離等方面還存在很多不足。

在觀看的時候，觀眾需要和顯示設備保持一定的位置才能看到3D效果的圖像（3D效果受視角影響較大），3D畫面和常見的偏光式3D技術和快門式3D技術尚有一定的差距。不過液晶面板行業巨頭友達光電，研發巨頭3M等已經在積極進行研發，預計部分裸眼式3D顯示設備將於今明兩年實現量產。

優缺點

1. 光屏障式—光屏障式3D技術也被稱為視差屏障或視差障柵技術，其原理和偏振式3D較為類似，是由夏普歐洲實驗室的工程師十餘年的研究成功。光屏障式3D產品與既有的LCD液晶工藝兼容，因此在量產性和成本上較具優勢，但採用此種技術的產品影像解析度和亮度會下降。利用液晶層和偏振膜製造出一系列方向為90°的垂直條紋。

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

1. 柱狀透鏡—柱狀透鏡技術也被稱為雙凸透鏡或微柱透鏡3D技術，其最大的優勢便是其亮度不會受到影響。柱狀透鏡3D技術的原理是在液晶顯示屏的前面加上一層柱狀透鏡，

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

1. 指向光源—對指向光源3D技術投入較大精力的主要是3M公司，指向光源3D技術搭配兩組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互換影像產生視差，進而讓人眼感受到3D三維效果。前不久，3M公司剛剛展示了其研發成功的3D 光學膜，該產品的面試實現了無需佩戴 3D 眼鏡，就可以在手機，遊戲機及其他手持設備中顯示真正的三維立體影像，極大地增強了基於移動設備的交流和互動。

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