3D立體眼鏡的成像原理

3D立體眼鏡的成像原理

我們人類(lèi)之所以能夠看到立體的景物，是因為我們的雙眼可以各自獨立看東西，也就是左眼只能看到左眼的景物，而右眼只能看到右眼的景物。因為人類(lèi)左右兩眼有間距，造成兩眼的視角有些細微的差別，而這樣的差別會(huì )讓兩眼個(gè)別看到的景物有一點(diǎn)點(diǎn)的位移。而左眼與右眼圖像的差異稱(chēng)為視差，人類(lèi)的大腦很巧妙地將兩眼的圖像融合，產(chǎn)生出有空間感的立體視覺(jué)效果在大腦中。

由于計算機屏幕只有一個(gè)，而我們卻有兩個(gè)眼睛，又必須要讓左、右眼所看的圖像各自獨立分開(kāi)，才能有立體視覺(jué)。這時(shí)，就可以通過(guò)3D立體眼鏡，讓這個(gè)視差持續在屏幕上表現出來(lái)。通過(guò)控制IC送出立體訊號(左眼->右眼->左眼->右眼->依序連續互相交替重復)到屏幕，并同時(shí)送出同步訊號到3D立體眼鏡，使其同步切換左、右眼圖像，換句話(huà)說(shuō)，左眼看到左眼該看到的景像，右眼看到右眼該看到的景像。3D立體眼鏡是一個(gè)穿透液晶鏡片，通過(guò)電路對液晶眼鏡開(kāi)、關(guān)的控制，開(kāi)可以控制眼鏡鏡片全黑，以便遮住一眼圖像;關(guān)可以控制眼鏡鏡片為透明的，以便另一眼看到另一眼該看到的圖像。3D 立體眼鏡就可以模仿真實(shí)的狀況，使左、右眼畫(huà)面連續互相交替顯示在屏幕上，并同步配合3D立體眼鏡，加上人眼視覺(jué)暫留的生理特性，就可以看到真正的立體 3D圖像。

3D立體眼鏡的顯示模式

市面上搭配3D/VR立體眼鏡應用的立體圖像種類(lèi)繁多。最常見(jiàn)的顯示模式主要有以下四種：交錯顯示(Interlacing)、畫(huà)面交換(Page-Flipping)、線(xiàn)遮蔽(Line-Blanking)、畫(huà)面同步倍頻(Sync-Doubling)。

一、交錯顯示(Interlacing)

交錯顯示(Interlacing)就是依序顯示第1、3、5、7……等單數掃描線(xiàn)，然后再依序顯示第2、4、6、8……等偶數掃描線(xiàn)的周而復始的循環(huán)顯示方式。這就有點(diǎn)類(lèi)似老式的逐行顯示器和NTSC、PAL、及SECOM等電視制式的顯示模式。

交錯顯示模式的工作原理是將一個(gè)畫(huà)面分為二個(gè)圖場(chǎng)，即單數描線(xiàn)所構成的單數掃描線(xiàn)圖場(chǎng)或單圖場(chǎng)與偶數描線(xiàn)所構成的偶數掃描線(xiàn)圖場(chǎng)或偶圖場(chǎng)。在使用交錯顯示模式做立體顯像時(shí)，我們便可以將左眼圖像與右眼圖像分置于單圖場(chǎng)和偶圖場(chǎng)(或相反順序)中，我們稱(chēng)此為立體交錯格式。如果使用快門(mén)立體眼鏡與交錯模式搭配，則只需將圖場(chǎng)垂直同步訊號當作快門(mén)切換同步訊號即可，即顯示單圖場(chǎng)(即左眼畫(huà)面)時(shí)，立體眼鏡會(huì )遮住使用者之一眼，而當換顯示偶圖場(chǎng)時(shí)，則切換遮住另一支眼睛，如此周而復始，便可達到立體顯像的目的。(如圖：1)

由于交錯模式不適于長(cháng)時(shí)間且近距離的操作使用，就計算機顯示周邊技術(shù)而言，交錯模式需要顯示硬件與驅動(dòng)程序的雙重支持之下方可運行。隨著(zhù)相關(guān)顯示周邊技術(shù)的進(jìn)步，非交錯模式已完全取代交錯模式成為標準配備。

二、畫(huà)面交換(Page-Flipping)

畫(huà)面交換(Page-Flipping)是由特殊的程序來(lái)改變顯卡的工作原理，使新的工作原理可以用來(lái)表現立體3D效果。因為不周的顯示芯片有其獨特的工作原理，所以如果要使用畫(huà)面交換，那么必須針對各個(gè)顯示芯片發(fā)展獨特的立體驅動(dòng)程序以驅動(dòng)3D硬件線(xiàn)路，因此畫(huà)面交換僅限于某些特定顯示芯片。

它的工作原理是將左右眼圖像交互顯示在屏幕上的方式，使用立體眼鏡與這類(lèi)立體顯示模式搭配，只需要將垂直同步訊號作為快門(mén)切換同步訊號即可達成立體顯像的目的。而使用其它立體顯像設備則將左右眼圖像(以垂直同步訊號分隔的畫(huà)面)分送至左右眼顯示設備上即可。(如圖：2)

畫(huà)面交換提供全分辨率的畫(huà)面質(zhì)量，故其視覺(jué)效果是四種立體顯示模式中最佳的。但是畫(huà)面交換的軟硬件要求也是最高的，原因主要有兩點(diǎn)。第一、屏幕的交錯顯示與3D立體眼鏡的遮蔽不佳的話(huà)，那么有可能只能使左眼看到右眼的部份，右眼看到左眼的部份，造成三重圖像(左眼、右眼、合成圖像)，也就是說(shuō)圖像會(huì )有殘影出現。所以要想同時(shí)存取左右眼的畫(huà)面，那么畫(huà)面緩存器(Frame Buffer)所需的最小容量就要普遍的兩倍。第二，由于屏幕是交錯顯示，因此不可避免地會(huì )出現閃爍現象。要想克服立體顯像的閃爍問(wèn)題，左右眼都必須提供至少每秒60個(gè)畫(huà)面，也就是說(shuō)垂直掃描頻率必須達到120Hz或更高。

三、畫(huà)面同步倍頻(Sync-Doubling)

畫(huà)面同步倍頻(Sync-Doubling)與前兩種顯示模式最大的不同，它是用硬件線(xiàn)路而不是軟件去產(chǎn)生立體訊號，所以無(wú)需任何驅動(dòng)程序來(lái)驅動(dòng)3D硬件線(xiàn)路，因此任何一個(gè)3D加速顯示芯片均可支持。只需在軟件系統上，對左右眼畫(huà)面做上下安排便可達成。

它的工作原理是通過(guò)外加電路的方式在左右畫(huà)面間(即上下畫(huà)面間)多安插一個(gè)畫(huà)面垂直同步訊號，如此便可使左右眼畫(huà)面，就像交錯般地顯示在屏幕上，通過(guò)使用畫(huà)面垂直同步訊號為快門(mén)切換同步的方式，我們便可以將左右畫(huà)面幾乎同時(shí)送到相對應的雙眼中，達到立體顯像的目的。由于畫(huà)面同步倍頻會(huì )將原垂直掃描頻率加倍，因此須注意顯示設備掃描頻率的上限。此模式是最具效果的立體顯示方式，不會(huì )受限于計算機硬件規格，同時(shí)可利用圖像壓縮(MPEG)格式，達到進(jìn)一步傳輸、儲存的目的。(如圖：3)

四、線(xiàn)遮蔽(Line-Blanking)

線(xiàn)遮蔽(Line-Blanking)與畫(huà)面同步倍頻一樣，是通過(guò)外加電路的方式來(lái)達到立體顯像的目的，相當適合計算機標準的非交錯顯示模式。

它的工作原理是將擷取的畫(huà)面儲存在相當的緩存器(Buffer)中，送出遮蔽偶數掃描線(xiàn)的畫(huà)面后送出一個(gè)畫(huà)面垂直同步訊號，再接著(zhù)送出遮蔽單數掃描線(xiàn)的畫(huà)面，如此周而復始的擷取畫(huà)面并送出兩個(gè)單偶遮蔽的畫(huà)面，便可類(lèi)似于畫(huà)面交換的方式行立體顯像的工作。其工作模式會(huì )將顯卡送出訊號的垂直掃描頻率加倍，因此使用這種立體顯示模式，須注意顯示設備掃描頻率的上限。(如圖：4)

由于其采用立體交錯格式，對于過(guò)去的交錯顯示的應用軟件及媒體，線(xiàn)遮蔽都可充分支持，因此這種立體顯示模式的回溯兼容性最佳。但它與交錯模式一樣，垂直分辨率將會(huì )減少一半，所以立體畫(huà)面品質(zhì)會(huì )比畫(huà)面交換模式稍差。