丢掉眼镜看3D：裸眼立体显示技术分析
技术空间
真实的世界是立体的，为了展现这个多维的世界，无论是软件内容提供方，还是硬件设备制造者，都在为打破传统的2D图像，在3D显示领域不断努力，如最近越来越火爆的3D电影、NVIDIA的3D Stereo技术等。但是早期不论是电影院中的大屏幕，还是用显示器作为显示设备，人们都需要佩戴特制的专用眼镜才能看到立体效果，这在实际应用中难免有些拘束。因此随着技术的不断改进，一些厂商推出了不需要佩戴3D眼镜就能够观察到立体画面的显示设备，它将成为显示器未来发展的趋势。接下来，我们看看这种更为先进和自由的裸眼3D技术。
佩戴3D眼镜的局限性
1.相似的工作原理
总体而言，3D显示技术可以分为需要佩戴3D眼镜和裸眼显示两大类，它们的工作原理都是相同的。通常基于人类通过右眼和左眼所看到的物体的细微差异来感知物体的深度，从而识别出立体图像的原理。3D显示技术的关键就在于如何将两组不同的图像中的一组内容只进入人的左眼或右眼，从而在大脑中通过视觉差异形成立体的感觉，以往所使用的专用眼镜便是用来解决这一问题的主要工具。
早期应用在影视方面的3D显示需要搭配的眼镜主要有两种，如Polarized 3D Glasses（偏振眼镜）采用了偏振滤光成像技术，电影放映机输出的光线在通过偏振镜片后，就成为了偏振光，而观众使用的偏振眼镜其实是一个还原过程。又如Anaglyph 3D Glasses（红绿或红蓝眼镜）采用了颜色滤光成像技术，实际上是通过插值运算的方法来实现立体效果。
2.戴眼镜的不便
不过，佩戴3D眼镜的3D显示有着一些局限性。戴眼镜始终是不便的，想一想，如果3D眼镜丢失、损坏，那么就无法继续体验立体影像，这主要表现在便携式产品用途上。而且一副眼镜只能一人使用，如果观众人数过多就会不敷使用，特别是在大型公用显示屏幕方面。再有就是很多用户反映长时间佩戴眼镜观看会产生疲劳甚至头晕的不适感，因此长期以来3D眼镜并未完全得到用户尤其是游戏玩家的认可。所以为了提高影像的临场感，也促使显示器厂商向裸视、多视点的3D显示技术发展。
显示器承担3D转换
既然不需要眼镜，那么“3D”的功能就要基于显示设备。实际上，以前那种通过眼镜偏振片的工作环节，如今则由显示器自己承担了。目前各个厂家采用的裸眼3D显示技术主要有以下几种。
1.视差障壁显示技术
视差障壁（Barrier）是基于多通道自动立体显示技术，被安置在显示器的背光模块和LCD面板之间。它利用特定的掩模算法，将展示影像交互排列，然后通过特定的视差屏障由两眼捕捉观察。通过摩尔干涉条纹判别法精确安装在显示器液晶板平面上的光栅阵列，可以准确控制每一个像素透过的光线，将左眼及右眼可视的画面分开。由于左眼或右眼观看屏幕的角度不同，利用这一角度差遮住光线就可将图像分配给左眼或右眼，经过用户大脑将这两幅有差别的图像合成为一幅具有空间深度信息的立体图像。
不过，该技术缺点是背光模块因为被视差障壁阻挡，使得亮度也随之降低，分辨率会因显示器同时呈现影像的多寡，而呈比例降低。
2.柱状透镜显示技术
该技术是由飞利浦和夏普共同创导，它在LCD面板的最表层添加了数组柱状透镜（Lenticular Lens），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呈一个小的角度摆放，并对应了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，最终形成影像，确保让用户在左眼或右眼中形成不同的图像，这样用户就可以看到逼真的立体效果。
柱状透镜技术的优点是，由于不会阻挡背光模块，因此显示器亮度不受影响，但如果用户观看液晶的角度不同，则可能无法看到立体效果，而且多视点影像极易造成眼睛疲劳。
3.多层显示技术
视差障壁、柱状透镜技术都是将画面分割成给左、右眼观看的两个不同角度的影像，再利用视觉暂留原理，在人脑形成立体画面，除此之外也有厂家推出了多层显示技术（MLD，Multi-Layer Display）。它利用两层LCD面板以一定间隔重叠，分别显示前景与后景，形成前后深度感，包括突出颜色及对比度。3D影像是通过在前后面板上分别显示内容相同、而亮度及大小均存在细微差别的影像而实现的。
与以往采用多透镜的裸眼3D显示器相比，该类产品不仅可以让显示的画面更生动，不会产生观看3D影像引发的头晕及眼睛疲劳等副作用，3D显示时分辨率不会降低，可同时组合显示文字图片等2D和3D影像，观看3D影像的视角没有明确的界限。虽然该技术在设计和生产原理上看似是两个LCD面板的拼合，不过其生产成本较高，经过多年仍未能最终实现市场化。
多视点，大势所趋
1.多视点的特点
需戴眼镜的3D显示器仅能做到2视点的3D视角范围，而无法做到3个视点以上。目前显示器厂商所推出的裸视多视点3D显示器不少，小至便携式产品，大至大型公用显示设备等，在引入上述的3D显示技术后，其视点数已由过去常见的2视点最大可做到30视点，多视点可看到3D影像的视角范围更广。
以人脸影像为例，在以2视点形成3D画面中，事先用双镜头拍摄人脸中间偏左及偏右的影像，当用户在屏幕正前方时，可看到人脸正面3D影像，但如果用户向显示器两旁移动，则看不到人脸的3D效果，原因是当初影像来源并没有多角度拍摄，而且LCD面板本身也无法区分出多角度影像，当用户走到屏幕侧边时，所看到人脸影像只剩下2D画面。相对的，多视点3D显示器所呈现出的3D影像视角范围广，其原因是由于单一物体是从多重角度拍摄，而且3D显示器本身能将多重画面分割出来。原始画面拍摄到人脸前方鼻子、侧边脸颊以及后方耳朵等部分，且3D显示器也将原多角度画面分别显示出来，因此当用户走到显示器侧边时，也能看到人脸颊及耳朵部分的3D影像。
2.多视点应用范围
目前多视点3D显示技术的真实性更强，但它也存在一些缺点。当一个显示器同时播放多个影像，分辨率则呈比例下降，以30视点3D显示器为例，单一影像所分配到的分辨率仅为原面板分辨率的1/30，而为解决此问题需要提高LCD面板精细度。如果是30视点的3D内容，则需拍摄30个不同的角度，多视点3D内容制作成本将随之增高。另外，多视点3D显示器会因用户所站立位置不对，出现叠影现象。
裸视多视点的3D显示技术目前多被引入大型公共显示的应用。为了吸引路人目光，公用显示器常用尺寸比一般家用电视或显示器更大，由于观看距离较远，它对分辨率要求较低，因此，目前多视点3D显示技术的缺点在广告应用中显得微乎其微，公用显示器也有可能成为3D显示器迈向规模化生产的出路。在未来用户对于视听质量享受要求提高的同时，它由电影院、商业用途等走进家庭，甚至是便携式产品，这将是未来的发展趋势。
3D产品的发展状况
裸眼3D显示产品也已被各大厂商作为液晶技术之后的最新研究方向。欧盟已投入700亿欧元用于3D显示技术研究，主要由飞利浦主导的ATTEST联盟进行研发。在日本，精工爱普生于2008年下半年推出2.57英寸的8视点显示屏，未来该产品主要应用在手机及手持式装置上。同时，NEC、东芝、日立、夏普等都相继推出了裸眼3D显示器（电视），而且这种显示产品已出现在日本各大机场。
日韩厂商多采用柱状透镜技术。韩国三星电子和LG Display主要朝公用显示器方向发展，三星发布了52英寸9视点3D显示器。LG Display则推出42英寸25视点产品，甚至高达30个视点数的试验品。韩国还提出了到2010年实现大多数显示产品和记录设备与3D格式转换的计划。
而我国台湾地区的厂商多采用视差障壁技术，华映已推出4视点面板，包括从15.4英寸至37英寸的各种产品，友达则开发了5视点的24英寸3D显示面板。在国内，TCL推出了8视点的3D显示器（电视），它采用了柱状透镜技术。
总结
在厂家的努力下，多年来裸眼3D技术已经取得了很大的成果。这些都说明了，我们将遭遇一个由2D到3D的视觉革命的时代，这将在很大程度上改变我们的生活。那么国内显示器市场什么时候会出现3D显示器大规模上市的情景？“目前来看，只要裸眼3D显示技术足够成熟，3D显示器成为主流甚至普及将会非常快，其速度将不亚于LCD替代CRT。”长城显示器有关人士如是说。
裸眼3D显示技术首先会在商业应用、3D影院方面发展，因为商业应用使用3D显示技术后所带来的效果比较明显，较容易被商业客户所采用，而3D影院是电影公司把用户重新拉回电影院的最好也是唯一的手段。但是对于个人家庭用户来说，目前裸眼3D显示产品的价格整体偏高，进入家庭可能尚需时日。