裸眼3D單芯片解決方案
由于受到自由式3D顯示技術(shù)原理的限制,在一定的空間范圍內(nèi)會形成一系列的觀看區(qū)域,在這些區(qū)域中,觀眾能夠自由觀看3D效果,但是如果超出這些區(qū)域,就無法看到正常的3D效果。這種現(xiàn)象目前還沒有統(tǒng)一的定義,SuperD將這種只能在某些區(qū)域內(nèi)正常觀看3D效果而無法在這些區(qū)域以外觀看的狀態(tài)稱為“切變現(xiàn)象”。圖3描述了這種現(xiàn)象。
圖3中,A位置能正??吹?D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著交換,這就造成了3D層次感與應(yīng)該表現(xiàn)的層次感完全相反的效果。而人眼又不能自動調(diào)節(jié)這種相反的效果,因而造成了嚴(yán)重的頭暈現(xiàn)象。處在切變區(qū)域所看到的3D效果我們稱之為“反視”。在這種情況下,觀眾會發(fā)覺本應(yīng)處在遠(yuǎn)處的物體反而離自己更近,本應(yīng)處在近處的物體卻離自己更遠(yuǎn),跟我們平時的生理習(xí)慣形成很大反差。
為解決觀看區(qū)域受限制的問題,SuperD研發(fā)了一種把頭部追蹤技術(shù)集成到原有3D顯示方案中的3D顯示設(shè)備。圖4為頭部跟蹤技術(shù)的示意圖。
SuperD利用跟蹤技術(shù)獲得觀眾的三維位置,然后根據(jù)位置調(diào)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(qū)域受限的問題。目前的跟蹤技術(shù)還只能針對單個觀眾。頭部跟蹤技術(shù)本身是可以跟蹤多個用戶的,但由于存在顯示面板刷新率和分辨率的局限,還不適合多個用戶同時使用。這也是該技術(shù)被首先應(yīng)用到筆記本電腦和其他移動設(shè)備上的原因。SuperD的頭部跟蹤技術(shù)要求的跟蹤精度非常高,精確到厘米級,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(shù)所達(dá)不到的。
此外,頭部跟蹤技術(shù)目前除了可以解決單個用戶的觀看區(qū)域受限問題外,還可以用來處理很多其他應(yīng)用,比如與顯示設(shè)備的交互,在游戲控制中用來增加游戲的可玩性,用眼睛控制鼠標(biāo)來實現(xiàn)與應(yīng)用軟件的交互等。因為SuperD所采用的頭部跟蹤技術(shù)可以用一個攝像頭來獲取空間位置,所以也可以把它用在測量領(lǐng)域。
3D圖像處理芯片
SuperD的3D圖像處理芯片提供了單芯片集成方案,不但可以接收、還可以處理和發(fā)送顯示圖像數(shù)據(jù)流,同時也會根據(jù)圖像內(nèi)容的不同而調(diào)整并控制屏幕的光學(xué)設(shè)計部分。在圖像數(shù)據(jù)通路之中,芯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(shù)等等。這些參數(shù)經(jīng)過內(nèi)部運(yùn)算處理之后,在保證不改變數(shù)據(jù)流帶寬/吞吐率的前提條件下,會被圖像數(shù)據(jù)流發(fā)送模塊再次打包同步,發(fā)送至屏幕的顯示單元,從而實現(xiàn)無縫接入和處理。與此同時,同步控制邏輯也會在預(yù)先設(shè)定好的工作模式下,根據(jù)圖像2D/3D區(qū)域來控制屏幕雙折射光學(xué)器件的驅(qū)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(xiàn)出3D顯示和傳統(tǒng)2D顯示區(qū)域。這種不同顯示區(qū)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(xù)性和帶寬的匹配。
目前,SuperD的3D芯片已經(jīng)支持全高清的分辨率,并已針對不同種類的3D內(nèi)容格式內(nèi)置了對左右格式、上下交錯格式等的支持。對于上層軟件而言,這種多格式支持只需通過使用相關(guān)配置接口對3D芯片進(jìn)行配置即可完成,因此,這種動態(tài)配置的實現(xiàn)使得上層軟件可以直接操作硬件資源和擴(kuò)展應(yīng)用范圍。
在圖像的處理上,SuperD的3D芯片采用的獨(dú)特設(shè)計思路使用了行緩存代替?zhèn)鹘y(tǒng)圖像處理芯片中幀緩存的方法。僅此一項,行緩存就可以節(jié)省數(shù)倍的系統(tǒng)功耗,并降低了解決方案的成本。
運(yùn)動視差技術(shù)的實現(xiàn)
要得到立體視覺效果,除了通過兩個眼睛分別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(yùn)動視差效果。運(yùn)動視差是觀看者在自身發(fā)生位移的情況下所看到的周圍物體在運(yùn)動方向上和速度上的差異。圖5是描述運(yùn)動視差的示意圖。
從圖5中我們可以看到,當(dāng)觀看者位置發(fā)生變化時,應(yīng)該看到不同的物體側(cè)面,并且距離觀看者遠(yuǎn)近不同的物體發(fā)生的相對位移也不一樣。集成運(yùn)動視差現(xiàn)象的應(yīng)用可以很明顯地提高用戶的沉浸感。目前有些2D顯示下的應(yīng)用也開始考慮運(yùn)動視差現(xiàn)象,以此產(chǎn)生一種虛假的立體感覺來提高應(yīng)用的吸引力。
SuperD通過把運(yùn)動視差技術(shù)與3D顯示技術(shù)相結(jié)合,將更能增加3D顯示的真實性和沉浸感。因此,結(jié)合頭部跟蹤技術(shù),我們提出了一種含有運(yùn)動視差的3D顯示技術(shù)。目前該技術(shù)還主要用于游戲應(yīng)用中。因為現(xiàn)在的游戲開發(fā)方法本身就包含了對場景的三維描述信息,所以我們要做的是把這些信息提取出來,并結(jié)合跟蹤技術(shù)得到的觀眾位置來實時地修正游戲場景的矩陣信息,以此產(chǎn)生對應(yīng)不同視點(diǎn)位置下的不同渲染效果,使用戶形成運(yùn)動視差的感覺,從而提高3D顯示技術(shù)的沉浸感。圖6是運(yùn)動視差與3D顯示相結(jié)合的示意圖。
在圖6中注意觀察兩個立方體的顯示變化。這里3D顯示設(shè)備除了提供根據(jù)觀看者位置而新生成的對應(yīng)該位置的3D圖像外,還把3D圖像按照運(yùn)動視差要求進(jìn)行處理。
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