近年來，随着平闆顯示技術與相關材料領域技術的不斷進步，以及好萊塢對3D顯示技術的運用和推動，3D顯示技術正離我們越來越近。這種對3D顯示的追求是符合顯示技術發展規律的。在顯示領域中，我們經曆了從黑白到彩色，從彩色到高清的技術跨越，而今從2D顯示跨越到3D顯示的時機已經來臨。
目前我們較多接觸到的3D顯示技術有兩類：眼鏡式3D顯示；無需眼鏡的3D顯示(即裸眼3D顯示)。此外還有全息顯示等，但是全息技術目前還很難推廣。眼鏡式3D顯示，顧名思義就是需要使用者佩戴專門的3D眼鏡，通過讓眼睛分别觀察到有視差的圖像而形成3D效果。眼鏡式3D顯示是目前電影院和3D 電視常采用的技術模式。眼鏡式3D顯示的技術門檻低、實作簡單，但是存在着需改變使用者觀看方式、不符合使用習慣，以及顯示亮度下降、特别不适合應用在移動裝置上等缺點。
裸眼3D顯示是指通過視差障礙或者透鏡陣列技術把經過專門設計的視差障礙或者透鏡陣列放置在顯示面闆上，通過它們的分光使得有視差的圖像分别進入不同的眼睛來形成3D效果。裸眼3D顯示技術複雜，除硬體外，還需要專門的圖像處理算法配合才能形成3D效果。該解決方案已經被多家筆記本廠商認可，并将于今年下半年上市。
裸眼3D的實作
SuperD公司采用的裸眼3D顯示技術是将設計獨特的雙折射柱透鏡陣列放置在顯示面闆前面，并配合專門研發的圖像處理軟體來形成3D效果。此外，SuperD還專門研發了用于完成3D圖像處理的晶片，将3D圖像處理獨立于現有的硬體運算資源。在能夠獲得很好3D顯示效果的同時，依然保證了現有硬體資源的使用率。圖1是裸眼3D顯示的示意圖，實際技術遠比圖中所示要複雜，圖1描述了裸眼3D顯示的基本原理。
透鏡式裸眼3D顯示技術不降低顯示亮度，不需改變使用者的觀看習慣，特别适合在移動裝置上實作。SuperD的裸眼3D顯示技術需要對現有LCD生産制造技術流程進行改良，需要合成新的材料，在利用精密的微加工技術來制作光學模具和器件的同時，需研發專門的軟體和圖形圖像算法來優化3D效果和滿足使用者對片源和應用的需求。為使3D圖形圖像處理負載均衡并保留未來完全獨立的3D顯示圖形圖像處理發展空間，需要設計專門的晶片。
2D/3D逐點技術的實作
SuperD的2D/3D共融技術也是差別于眼鏡式3D的一種重要屬性，因為眼鏡式3D不能區隔螢幕上的3D區域和2D區域，隻能采用同一種處理手段，這樣就導緻了2D顯示效果受到3D眼鏡的幹擾，變得不像原來那樣自然，進而影響視覺感受。
為使3D顯示不改變2D顯示的習慣和應用效果，SuperD研發了一種被稱為逐像素點2D/3D切換的技術(簡稱為2D/3D共融技術)。它的特點是允許在同一個顯示面闆上，同時顯示2D和3D内容。比如：可以通過這種技術來顯示網絡點播的視訊，視訊視窗可以觀看3D電影，而其他區域依然是2D顯示，包括2D圖檔、文字等都不受影響。圖2描述了2D/3D共融技術的效果。
SuperD研發的2D/3D共融技術包括：1、特殊設計的雙折射光學器件，它可以在一定驅動電壓下實作透鏡狀态的開關；2、專門針對這種光學器件的驅動電路，驅動電極的設計充分考慮了光學的幹涉效果，進而達到完全不影響畫面效果；3、針對這種光學器件的逐像素點的2D/3D驅動，來實作3D區域的開關、移動、縮放等功能。
圖1中标記為“3D視窗”的區域顯示的是3D效果，3D視窗外的區域是2D文字區域。2D/3D共融技術最大的應用領域為網際網路，通過這種技術人們可以在欣賞網際網路3D内容的同時，繼續使用2D下的功能。因為網際網路已經滲透到生活、生産的各個領域，通過網際網路我們可以動員大家利用大量資源來制作、傳播和共享3D内容以及3D應用，這反過來又将極大地推動3D顯示技術的發展，是以2D/3D共融技術對網際網路的支援是一個非常良性的循環，既保證了在現有技術條件下3D顯示與2D顯示的相容，同時又推動了3D顯示的不斷發展。
頭部跟蹤技術
由于受到自由式3D顯示技術原理的限制，在一定的空間範圍内會形成一系列的觀看區域，在這些區域中，觀衆能夠自由觀看3D效果，但是如果超出這些區域，就無法看到正常的3D效果。這種現象目前還沒有統一的定義，SuperD将這種隻能在某些區域内正常觀看3D效果而無法在這些區域以外觀看的狀态稱為“切變現象”。圖3描述了這種現象。
圖3中，A位置能正常看到3D效果，而B位置看到的3D效果卻是錯誤的。因為兩個眼睛所看到的圖像存在着交換，這就造成了3D層次感與應該表現的層次感完全相反的效果。而人眼又不能自動調節這種相反的效果，因而造成了嚴重的頭暈現象。處在切變區域所看到的3D效果我們稱之為“反視”。在這種情況下，觀衆會發覺本應處在遠處的物體反而離自己更近，本應處在近處的物體卻離自己更遠，跟我們平時的生理習慣形成很大反差。
為解決觀看區域受限制的問題，SuperD研發了一種把頭部追蹤技術內建到原有3D顯示方案中的3D顯示裝置。圖4為頭部跟蹤技術的示意圖。
SuperD利用跟蹤技術獲得觀衆的三維位置，然後根據位置調整3D圖像的像素排列，生成新的符合該位置的3D圖像，這樣就解決了觀看區域受限的問題。目前的跟蹤技術還隻能針對單個觀衆。頭部跟蹤技術本身是可以跟蹤多個使用者的，但由于存在顯示面闆重新整理率和分辨率的局限，還不适合多個使用者同時使用。這也是該技術被首先應用到筆記本電腦和其他移動裝置上的原因。SuperD的頭部跟蹤技術要求的跟蹤精度非常高，精确到厘米級，并且是用一個攝像頭來完成的。這是目前很多頭部或者人臉跟蹤技術所達不到的。
此外，頭部跟蹤技術目前除了可以解決單個使用者的觀看區域受限問題外，還可以用來處理很多其他應用，比如與顯示裝置的互動，在遊戲控制中用來增加遊戲的可玩性，用眼睛控制滑鼠來實作與應用軟體的互動等。因為SuperD所采用的頭部跟蹤技術可以用一個攝像頭來擷取空間位置，是以也可以把它用在測量領域。
3D圖像處理晶片
SuperD的3D圖像處理晶片提供了單晶片內建方案，不但可以接收、還可以處理和發送顯示圖像資料流，同時也會根據圖像内容的不同而調整并控制螢幕的光學設計部分。在圖像資料通路之中，晶片會自動檢測圖像的格式，比如，分辨率的大小、顯示圖像幀的基本參數等等。這些參數經過内部運算處理之後，在保證不改變資料流帶寬/吞吐率的前提條件下，會被圖像資料流發送子產品再次打包同步，發送至螢幕的顯示單元，進而實作無縫接入和處理。與此同時，同步控制邏輯也會在預先設定好的工作模式下，根據圖像2D/3D區域來控制螢幕雙折射光學器件的驅動電路，使之在符合特定電壓的條件下開啟透鏡的折射效果，呈現出3D顯示和傳統2D顯示區域。這種不同顯示區域的控制和圖像的處理，不僅要保證控制的同步，還必須考慮到2D和3D圖像所具有的不同延遲屬性，保證圖像的瞬時連續性和帶寬的比對。
目前，SuperD的3D晶片已經支援全高清的分辨率，并已針對不同種類的3D内容格式内置了對左右格式、上下交錯格式等的支援。對于上層軟體而言，這種多格式支援隻需通過使用相關配置接口對3D晶片進行配置即可完成，是以，這種動态配置的實作使得上層軟體可以直接操作硬體資源和擴充應用範圍。
在圖像的處理上，SuperD的3D晶片采用的獨特設計思路使用了行緩存代替傳統圖像處理晶片中幀緩存的方法。僅此一項，行緩存就可以節省數倍的系統功耗，并降低了解決方案的成本。
運動視差技術的實作
要得到立體視覺效果，除了通過兩個眼睛分别采集具有視差的圖像供大腦合成立體視覺外，還有一個重要的單目立體因素，那就是運動視差效果。運動視差是觀看者在自身發生位移的情況下所看到的周圍物體在運動方向上和速度上的差異。圖5是描述運動視差的示意圖。
從圖5中我們可以看到，當觀看者位置發生變化時，應該看到不同的物體側面，并且距離觀看者遠近不同的物體發生的相對位移也不一樣。內建運動視差現象的應用可以很明顯地提高使用者的沉浸感。目前有些2D顯示下的應用也開始考慮運動視差現象，以此産生一種虛假的立體感覺來提高應用的吸引力。
SuperD通過把運動視差技術與3D顯示技術相結合，将更能增加3D顯示的真實性和沉浸感。是以，結合頭部跟蹤技術，我們提出了一種含有運動視差的3D顯示技術。目前該技術還主要用于遊戲應用中。因為現在的遊戲開發方法本身就包含了對場景的三維描述資訊，是以我們要做的是把這些資訊提取出來，并結合跟蹤技術得到的觀衆位置來實時地修正遊戲場景的矩陣資訊，以此産生對應不同視點位置下的不同渲染效果，使使用者形成運動視差的感覺，進而提高3D顯示技術的沉浸感。圖6是運動視差與3D顯示相結合的示意圖。
在圖6中注意觀察兩個立方體的顯示變化。這裡3D顯示裝置除了提供根據觀看者位置而新生成的對應該位置的3D圖像外，還把3D圖像按照運動視差要求進行處理。
Z軸優化
如何讓模拟出來的3D世界與真實的3D世界盡量接近呢？SuperD提出一種稱為Z軸優化的概念。在3D顯示技術條件下，由于引入了一個新的次元(Z軸)，傳統的基于2D顯示的圖形圖像處理技術需要進行改進。Z軸優化提出了不同圖形圖像處理的理論和技術，形成了适合3D顯示的處理方法。
首先，利用3D圖像隐含的視差資訊來描述Z軸。根據視差資訊，再結合顯示面闆尺寸、光學設計參數和待表現的場景類型等資訊，來判斷是否需要調整視差資訊以及如何進行調整。根據調整的視差資訊來生成新的3D圖像，新的3D圖像形成的3D效果會更适合目前條件下的顯示，這就是動态視差調整技術。圖7描述了這種技術的原理。
此外，根據視差資訊，我們還可以進行其他優化，比如基于深度資訊的圖像濾波和基于深度資訊的圖形渲染。最終目的就是利用Z軸優化的概念來優化3D成像效果，讓3D顯示技術更加适應人們的生理習慣。
本文小結
裸眼3D整體解決方案是一個全面的方案，SuperD公司在光學與材料研發、工藝研發、晶片和電子工程、圖像工程、3D視覺及3D應用等多方面都進行了深度的研發。該方案将被廣泛應用于筆記本電腦、網際網路、3D影視等各類産品上。(end)