自由立體顯示

c．)公司的專利，它是自動立體顯示技術中研究最早的一種技術。 s)技術菲利普公司對立體顯示技術的研究是基於傳統的微柱透鏡方法 。 最近兩校連手進行的視順序立體顯示技術的研究，更是引起了人們的極大興趣。

概述
眾所周知，現實世界是真正的三維立體世界，而現有的顯示設備絕大多數都只能顯示二維信息，並不能給人以深度感覺。為了使顯示的場景和物體具有深度感覺(也就是3D)，人們在各方面進行了嘗試。3D顯示技術的研究經歷了十幾年的發展，取得了十分豐碩的成果，從各種手執式觀測器、3D立體眼鏡、頭盔顯示器，到現在最新的不需要眼鏡的3D顯示器，有用稜鏡的、透鏡的、光柵的、電子開關的等等很多成果。廣泛套用的主要有3D Glasses和HMD，但它們都具有這樣或那樣的缺點。最近又研製出一項最新成果——一種不需要眼鏡的立體顯示器，它彌補了3D Glasses和HMD的許多缺陷。本文將對它們作詳細介紹，並展望其在虛擬現實中廣泛的套用前景。
立體成像原理
現實世界是三維立體世界，它為人的雙眼提供了兩幅具有位差的圖像，映入雙眼後即形成立體視覺所需的視差，這樣經視神經中樞的融合反射，以及視覺心理反應便產生了三維立體感覺。利用這個原理，通過顯示器將兩副具有位差的左圖像和右圖像分別呈現給左眼和右眼，就能獲得3D的感覺。現實世界給人眼豐富的信息，生立體效果的主要有靜態視差和運動視差。
立體顯示的分類
1 立體眼鏡
這種方式下兩眼要佩戴補色眼鏡，兩隻眼睛分別感受同一點視差圖像的補色部分。通過大腦融合後能得到較好的深度和彩色信息。這種方式的缺點是很難完全真實的還原彩色信息，可能會有一定色偏。對那些只在一個眼睛成像的點無法色彩還原。另外，長時間佩戴此種眼鏡可能會覺得頭暈和眼球乾澀。
2.頭盔顯示器（HMD）
HMD是目前3D顯示技術中起源最早，發展得最完善的技術，也是現在套用最廣泛的3D顯示技術。其基本原理是：在每隻眼睛前面分別放置一個顯示屏，兩個顯示屏分別同時顯示雙眼各自應該看到的圖像，當兩隻眼睛看見包含有位差的圖像，3D感覺便產生了。現在HMD的種類很多，根據不同的需要，有單目的、雙目的；有全投入式的；也有半投入式的。HMD存在著許多缺點：例如佩戴HMD觀察，必然減少觀察顯示試驗的娛樂，舒適和自然；人眼如此近距離聚焦容易感到疲勞；螢幕成像太小，必須儘可能放大以達到和人眼所見視野相一致；而且HMD的造價也比較昂貴等。
3.自由立體顯示（auto stereo）
針對上述3D顯示技術的諸多缺點，最近又研究出一種新型的3D顯示技術，觀察者不需要佩戴任何觀察儀器就可以直接看見3D圖像。這種技術按實現方法分主要有透鏡法和光柵法兩種。在兩種方法中都用了一種合成的圖像，包含豎直的交替排列的圖像條紋，這些條紋由具有位差的左圖像和右圖像構成。在透鏡法或光柵法中都有一個液晶顯示屏，通過排列一種普通的顏色過濾器來顯示合成圖像，該圖像由許多豎直的一個像素寬(比如說顯示RGB的3個點)的條紋狀圖像組成，但是即使是在觀測區域中也會引起色彩分離現象，為了防止色彩分離現象，合成圖像中必須用1個點寬的圖像條紋，這樣就需要一個額外的信號轉換電路。而且，這種合成圖像不適合現在廣泛套用於3D顯示的順序區域立體顯示方法。
自由立體顯示——立體顯示的發展和趨勢
不需要佩戴任何輔助工具的自由立體顯示方式，又稱“裸眼式3D技術”，由於其個方面的有點，必然成為立體顯示的發展趨勢。當今歐美等國和國際大公司的研究方向也主要集中這個方向。基於液晶顯示器的自由立體顯示技術主要有如下幾種。
1.視差照明技術
視差照明技術是美國DTI(Dimension Tech—nologies Inc．)公司的專利，它是自動立體顯示技術中研究最早的一種技術。DTI公司從20世紀80年代中期進行視差照明立體顯示技術的研究 ，1997年推出了第一款實用化的立體液晶顯示器。利用視差照明實現立體顯示的原理很簡單，在透射式的顯示屏(如液晶顯示屏)後形成離散的、極細的照明亮線，將這些亮線以一定的間距分開，這樣人的左眼通過液晶顯示屏的偶像素列能看到亮線，而觀察者的右眼通過顯示屏的偶像素列是看不到亮線的，反之亦然。因此觀察者的左眼只能看到顯示屏偶像素列顯示的圖像，而右眼只能看到顯示屏的奇像素列顯示的圖像。這樣觀察者就能接受到視差立體圖像對，產生深度感知。
2 視差屏障（Barrier）技術

也被稱為光屏障式3D技術或視差障柵技術，其原理和偏振式3D較為類似，夏普公司歐洲實驗室的工程師們經過10年的研究開發。能在三維/二維模式間轉換的自動立體液晶顯示器，並於2002年底成功推向市場。視差屏障技術的實現方法是使用一個開關液晶屏、一個偏振膜和一個高分子液晶層，利用一個液晶層和一層偏振膜製造出一系列的鏇光方向成90°的垂直條紋。這些條紋寬幾十微米，通過這些條紋的光就形成了垂直的細條柵模式，夏普公司稱之為“視差障柵”。在立體顯示模式時，哪隻眼睛能看到液晶顯示屏上的哪些像素就由這些視差障柵來控制。應該由左眼看到的圖像顯示在液晶屏上時，不透明的條紋會遮擋右眼；同理，應該由右眼看到的圖像顯示在液晶屏上時，不透明的條紋會遮擋左眼。如果把液晶開關關掉，顯示器就能成為普通的二維顯示器。
3 微柱透鏡投射(Lenticular Lens)技術

菲利普公司對立體顯示技術的研究是基於傳統的微柱透鏡方法 。該公司的自動立體液晶顯示器是在液晶顯示屏的前面加上一層微柱透鏡，使液晶屏的像平面位於透鏡的焦平面上。在每個柱透鏡下面的圖像的像素被分成幾個子像素，這樣透鏡就能以不同的方向投影每個子像素，雙眼從不同的角度觀看顯示屏，就看到不同的子像素。但同時像素間的間隙也被放大了，因此不能簡單的疊加子像素。更好的做法是使一組子像素交叉排列，這是一個創新。菲利普的另一個改進讓柱透鏡與像素列不是平行的，而是成一定的角度。這樣做是為了使每一組子像素重複投射視區，而不是只投射一組視差圖像。
4 微數字鏡面投射技術
牛津大學和麻省理工學院對三維顯示技術都研究得較早，並取得了一些突破性的進展。最近兩校連手進行的視順序立體顯示技術的研究，更是引起了人們的極大興趣。這種視順序立體顯示器允許觀察者在不同的位置觀察不同的圖像，並能實現運動視差。不象很多運用柱透鏡和視差障技術的立體顯示器，視順序技術使用時分多用的原理，實現不犧牲解析度的立體效果。但視順序顯示器的光路設計要求長光路，因此難以實現小型化。
5 指向光源（Directional Backlight）技術

對指向光源（Directional Backlight）3D技術投入較大精力的主要是3M公司，指向光源（Directional Backlight）3D技術搭配兩組LED，配合快速反應的LCD面板和驅動方法，讓3D內容以排序（sequential）方式進入觀看者的左右眼互換影像產生視差，進而讓人眼感受到3D三維效果。前不久，3M公司剛剛展示了其研發成功的3D 光學膜，該產品的面試實現了無需佩戴 3D 眼鏡，就可以在手機，遊戲機及其他手持設備中顯示真正的三維立體影像，極大地增強了基於移動設備的交流和互動。
6 多層顯示(multi-layer display)技術
在2009年4月，美國PureDepth公司宣布研發出改進後的裸眼3D技術——MLD（multi-layer display多層顯示），這種技術能夠通過一定間隔重疊的兩塊液晶面板，實現在不使用專用眼鏡的情況下，觀看文字及圖畫時所呈現3D影像的效果。
另外，國內廠商歐亞寶龍旗下的Bolod裸眼3D顯示器如今已經發展到第四代，產品也全部實現高清顯示，在國內的3D顯示行業處於領先位置。
立體顯示的問題和改進方向
一方面，顯示技術本身影響著自動立體顯示技術，自動立體顯示技術將隨著顯示技術的發展而發展。另一方面，在影視製作公司、計算機軟硬體開發公司沒製作出很多可以在立體螢幕上使用的三維產品之前，立體顯示技術是難以推廣的。目前，一個致力於推動三維顯示技術及其套用發展的三維國際聯盟已成立，該聯盟現在由70餘家公司和機構組成，包括三洋、夏普、索尼等5家核心公司及一些硬體製造商、軟體開發商、系統開放商、影視製作公司、廣播公司及研究機構等。