顯示技術(shù)的變革之路在哪里

　　視頻顯示器可以說(shuō)是無(wú)處不在，從智能手機到電影屏幕，它是由不多不同的材料制成。增加屏幕上像素的數量并且提升刷新頻率是顯示器行業(yè)持續發(fā)展的一個(gè)過(guò)程，但是會(huì )達到一個(gè)極限，無(wú)論再怎么清晰或者更快的刷新頻率可能都不會(huì )引起用戶(hù)的注意了。

表1:各種現實(shí)分辨率以及應用，由于存在很多標準4K和8K在水平和垂直方向的分辨率可能有所不同

　　更大更清晰的顯示器需要屏幕上分布更多的像素點(diǎn)，在過(guò)去的十年里高清屏幕的分辨率是1080p，而影院屏幕播放的電影通常采用2K的分辨率，然而現在4K顯示器已經(jīng)開(kāi)始作為電視或電腦的顯示器進(jìn)入家庭，分辨率技術(shù)最前沿的是8K。

　　圖1：8K UHD、6K UHD、5K UHD、FHD和SD(標準清晰度)的對比，作者Libron，通過(guò)維基百科分享

　　視頻：跟上腳步?

　　沒(méi)有太多的視頻內容能夠適配最高的分辨率，視頻通常使用超高清(UHD)的格式制作的，目的是為了視頻效果且更容易編輯(可以縮放、裁剪、數字化修正，并且在切換到高清2K或1080p時(shí)看起來(lái)的效果仍然很好)。直到最近8K還是很少見(jiàn)的，僅在需要大量后期制作的情況下使用，它也被用于數字化的高質(zhì)量電影制作，最有名的可能是2012年的電影“阿拉伯的勞倫斯”。

　　2016年6月“銀河護衛艦隊2”完成了8K數字版的制作，這是第一部以這種新興格式制作的電影，但是8K版本的電影不太可能在影院上映，廣泛采用的視頻將是4K或者8K，但是消費者會(huì )意識到8K雖然會(huì )提升顯示效果，但是可能需要更大電視才可以，而他們并不想在客廳里放太大的電視，注意下面的圖2可以看出90英寸的電視播放4K的視頻觀(guān)看的最佳距離是5英尺，更不用說(shuō)8K了，對于很多人來(lái)說(shuō)根據起居室的設計和選擇的顯示器大小，采用1080p分辨率就足夠好了。然而8K電視可能會(huì )很快得到普及，因為技術(shù)的進(jìn)步不會(huì )輕易停滯，邁向更高分辨率的過(guò)程中可能會(huì )以廣大普通家庭采用8K為終點(diǎn)。

　　圖2：這張圖顯示對于84英寸的屏幕，4K分辨率只有在距離屏幕5.5英尺左右才能完全的顯示出來(lái)，55英寸的屏幕適合3.5英尺左右的距離，來(lái)源卡爾頓?貝爾的文章“分辨率的重要性”。

　　加快數據幀的刷新頻率是廠(chǎng)商推動(dòng)發(fā)展并且標準化的又一個(gè)領(lǐng)域，所有LCD顯示器都有一定的刷新頻率，單位是赫茲(Hz)，表示的是屏幕每秒刷新圖像的次數，另一方面幀速率是圖像發(fā)送到屏幕顯示的次數。電影大體上保持了每秒24幀的標準，但是一些導演嘗試了更高的標準，彼得 杰克遜以48幀每秒的刷新率拍攝了著(zhù)名的電影“霍比特人”，但這使得一些評論家指責這部電影具有“肥皂劇效應”，相比觀(guān)眾看到的其他電影場(chǎng)景模糊的地方要少很多，現代液晶屏幕采用差值算法來(lái)減少場(chǎng)景模糊的問(wèn)題，這算是一種平滑過(guò)渡技術(shù)，通過(guò)“猜測”中間幀的數據然后插入視頻流中，在數據幀之間增加額外的一幀，從而人為的增加幀刷新速率，這種方式也會(huì )有類(lèi)似的混合反應，走進(jìn)任何一家消費電子產(chǎn)品商店都能看到采用插值幀率技術(shù)產(chǎn)品的“詭異山谷式”的外觀(guān)。

　　游戲玩玩獲得更真實(shí)的效果

　　采用高幀率技術(shù)獲得巨大好處的一個(gè)行業(yè)是視頻游戲，玩家會(huì )對屏幕上的視覺(jué)效果作出反應，因此高幀率會(huì )讓人感覺(jué)更加的流暢，但是需要更強大的計算能力才能快速呈現新一幀的圖像，這就是為什么游戲機類(lèi)的游戲也有幀率上限，而PC游戲允許根據玩家的硬件配置作出調整，對于游戲機30fps是標準的，而60fps被認為是最佳的，Oculus Rift和HTC Vive使用90fps的幀速率，這兩家公司目前在虛擬現實(shí)硬件領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，當我們在觀(guān)看電影時(shí)我們是被動(dòng)觀(guān)察者，而在玩電子游戲時(shí)一個(gè)人在一定程度上是參與其中的，此外當一個(gè)人頭上佩戴一款虛擬現實(shí)設備時(shí)，他們的大腦會(huì )認為他們看見(jiàn)的就是真實(shí)的世界，會(huì )對虛擬現實(shí)的場(chǎng)景作出不同的反應。因此幀率的不一致會(huì )被認為是導致眩暈的原因，然而這只是其中一種理論，“虛擬現實(shí)引發(fā)的身體不適”和幀速率之間的關(guān)系還沒(méi)有確定，仍然需要進(jìn)一步的研究。

　　快速處理意味著(zhù)更快的渲染時(shí)間和幀速率，但是我們人類(lèi)感知幀速率的速度時(shí)有上限的，我們可以將幀率感知與游戲性能進(jìn)行比較，屏幕上畫(huà)面移動(dòng)得很快，圖像切換的速率就要越快。2006年兩名研究人員Claypool和Damaa開(kāi)展了一項研究，測試了不同幀率下第一人稱(chēng)射擊運動(dòng)員的表現，得出的結論是在30-60幀之間玩家的表現并沒(méi)有明顯的提高，當然這項研究是在10年前進(jìn)行的，所以現在更復雜的游戲可能會(huì )影響當時(shí)的研究結果，許多游戲玩家可能不同意這種研究方式，因為幀率不僅與表現有關(guān)，還與“感覺(jué)”有關(guān)，當達到一定的清晰度時(shí)，游戲帶來(lái)的感覺(jué)是非?，F實(shí)的。盡管60fps是衡量玩家表現和感覺(jué)的一條標準，但是最終還是取決于每個(gè)人的眼睛，雖然人眼感知幀速率的速度是有限的，但每個(gè)人都是有區別的，如果我們假設大多數玩家在60fps時(shí)體驗效果開(kāi)始變差(這似乎是很多休閑玩家的情況)，那么在刷新速度方面顯示器制造商相對來(lái)說(shuō)是安全的。

　　圖3：幀速率和幀分辨率對用戶(hù)體驗的影響，分數vs幀率(分辨率512 x 384)來(lái)源：幀率和分辨率對第一視角射擊游戲玩家的影響，作者：Mark Claypool、Kajal Claypool和Feissal Damaa，2006年，http://web.cs.wpi.edu/~claypool/papers/fr-rez/paper.pdf

　　最先進(jìn)的顯示技術(shù)是165Hz以及1080p的顯示器，120Hz以下的顯示器具有更快的刷新頻率，但是最先進(jìn)的顯示器最終能夠支持最高的刷新頻率，更快的顯示器一直在研發(fā)中，但是今天的顯示技術(shù)可以支持非常流暢的游戲玩法。

　　下一個(gè)挑戰是使顯示器在高速刷新的同時(shí)也具有更高的分辨率，4K屏幕需要更強大的處理能力和更好的顯卡來(lái)滿(mǎn)足這些要求，同時(shí)將傳入的幀速率和顯示器的刷新速率同步，還有就是通信帶寬的問(wèn)題，由于需要以驚人的速度將大量數據傳輸到這些屏幕上，因此對于更大尺寸的屏幕，需要更好的軟件和接口硬件來(lái)實(shí)現同樣快的刷新率，DisplayPort是一款音頻/視頻接口，用于高分辨率、高刷新率數據幀的傳輸，目前支持30Hz以下的8K分辨率。

　　顯示技術(shù)將我們引向何方?

　　現在的屏幕已經(jīng)非常清晰了，看起來(lái)會(huì )非常的逼真，在尺寸大小合理的屏幕上刷新速率可以足夠的快，可以更好的展現游戲效果，視頻內容可能還不能充分利用這些最好的顯示技術(shù)，但是也會(huì )很快的普及，而且數量會(huì )更多。那么除了超高分辨率、超高刷新率之外顯示器行業(yè)的下一個(gè)目標是什么呢?盡管顯示器行業(yè)正在接近這堵“感官墻”，但是創(chuàng )新仍將會(huì )繼續，也許沒(méi)有人會(huì )在意16K分辨率何時(shí)出現，但是新的技術(shù)最終將會(huì )徹底改變顯示技術(shù)。曲面屏幕和背光技術(shù)可以在LCD、OLED和AMOLED市場(chǎng)上有多種選擇，但是高清電視升級后電視領(lǐng)域已經(jīng)開(kāi)始部署播放4K內容的基礎設施，而隨著(zhù)人們購買(mǎi)功能更加豐富的電池，互聯(lián)網(wǎng)流媒體服務(wù)也在不斷的增加4K視頻內容。

　　也許基于矢量的圖形技術(shù)會(huì )留在過(guò)去，隨著(zhù)智能電視的興起，消費者可能會(huì )經(jīng)常在家里看電影，同時(shí)在他們的平板電腦上查看電影的iMDB網(wǎng)頁(yè)(介紹演員和電影的在線(xiàn)資源)，這是家庭娛樂(lè )設備之間互動(dòng)的一個(gè)例子，在未來(lái)幾年內不要指望在像素和顯示清晰度方面出現跨越式發(fā)展的技術(shù)，但是我們可以期待這個(gè)行業(yè)會(huì )出現一些真正出乎意料且新穎的東西。