3D立體眼鏡的成像原理

3D立體眼鏡的成像原理

我們?nèi)祟?lèi)之所以能夠看到立體的景物，是因?yàn)槲覀兊碾p眼可以各自獨(dú)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?yàn)槿祟?lèi)左右兩眼有間距，造成兩眼的視角有些細(xì)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(jì)算機(jī)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(dú)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(xù)在屏幕上表現(xiàn)出來(lái)。通過(guò)控制IC送出立體訊號(hào)(左眼->右眼->左眼->右眼->依序連續(xù)互相交替重復(fù))到屏幕，并同時(shí)送出同步訊號(hào)到3D立體眼鏡，使其同步切換左、右眼圖像，換句話說(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(duì)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(xù)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(yīng)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(cuò)顯示(Interlacing)、畫(huà)面交換(Page-Flipping)、線遮蔽(Line-Blanking)、畫(huà)面同步倍頻(Sync-Doubling)。

一、交錯(cuò)顯示(Interlacing)

交錯(cuò)顯示(Interlacing)就是依序顯示第1、3、5、7……等單數(shù)掃描線，然后再依序顯示第2、4、6、8……等偶數(shù)掃描線的周而復(fù)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(cuò)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(shù)描線所構(gòu)成的單數(shù)掃描線圖場(chǎng)或單圖場(chǎng)與偶數(shù)描線所構(gòu)成的偶數(shù)掃描線圖場(chǎng)或偶圖場(chǎng)。在使用交錯(cuò)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(cuò)格式。如果使用快門(mén)立體眼鏡與交錯(cuò)模式搭配，則只需將圖場(chǎng)垂直同步訊號(hào)當(dāng)作快門(mén)切換同步訊號(hào)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(dāng)換顯示偶圖場(chǎng)時(shí)，則切換遮住另一支眼睛，如此周而復(fù)始，便可達(dá)到立體顯像的目的。(如圖：1)

由于交錯(cuò)模式不適于長(zhǎng)時(shí)間且近距離的操作使用，就計(jì)算機(jī)顯示周邊技術(shù)而言，交錯(cuò)模式需要顯示硬件與驅(qū)動(dòng)程序的雙重支持之下方可運(yùn)行。隨著相關(guān)顯示周邊技術(shù)的進(jìn)步，非交錯(cuò)模式已完全取代交錯(cuò)模式成為標(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)立體3D效果。因?yàn)椴恢艿娘@示芯片有其獨(dú)特的工作原理，所以如果要使用畫(huà)面交換，那么必須針對(duì)各個(gè)顯示芯片發(fā)展獨(dú)特的立體驅(qū)動(dòng)程序以驅(qū)動(dòng)3D硬件線路，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(hào)作為快門(mén)切換同步訊號(hào)即可達(dá)成立體顯像的目的。而使用其它立體顯像設(shè)備則將左右眼圖像(以垂直同步訊號(hào)分隔的畫(huà)面)分送至左右眼顯示設(shè)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(cuò)顯示與3D立體眼鏡的遮蔽不佳的話，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(xiàn)。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(cuò)顯示，因此不可避免地會(huì)出現(xiàn)閃爍現(xiàn)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(dá)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，它是用硬件線路而不是軟件去產(chǎn)生立體訊號(hào)，所以無(wú)需任何驅(qū)動(dòng)程序來(lái)驅(qū)動(dòng)3D硬件線路，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(tǒng)上，對(duì)左右眼畫(huà)面做上下安排便可達(dá)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(hào)，如此便可使左右眼畫(huà)面，就像交錯(cuò)般地顯示在屏幕上，通過(guò)使用畫(huà)面垂直同步訊號(hào)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(duì)應(yīng)的雙眼中，達(dá)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(shè)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(jì)算機(jī)硬件規(guī)格，同時(shí)可利用圖像壓縮(MPEG)格式，達(dá)到進(jìn)一步傳輸、儲(chǔ)存的目的。(如圖：3)

四、線遮蔽(Line-Blanking)

線遮蔽(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(dá)到立體顯像的目的，相當(dāng)適合計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)的非交錯(cuò)顯示模式。

它的工作原理是將擷取的畫(huà)面儲(chǔ)存在相當(dāng)?shù)木彺嫫?Buffer)中，送出遮蔽偶數(shù)掃描線的畫(huà)面后送出一個(gè)畫(huà)面垂直同步訊號(hào)，再接著送出遮蔽單數(shù)掃描線的畫(huà)面，如此周而復(fù)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(hào)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(shè)備掃描頻率的上限。(如圖：4)

由于其采用立體交錯(cuò)格式，對(duì)于過(guò)去的交錯(cuò)顯示的應(yīng)用軟件及媒體，線遮蔽都可充分支持，因此這種立體顯示模式的回溯兼容性最佳。但它與交錯(cuò)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。