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影剧院3D技术介绍
3D发展动向

【作者: 高士】2010年04月06日 星期二

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以好莱坞为主体的立体影像风潮在娱乐(entertainment)世界,正以电视游乐器(video game)与影剧院为中心急遽扩张,50年代是第一次3D电影风潮,80年代发生第二次电影风潮,2005年称为第三次3D革命。



第一次3D风潮刚好是家用电视开始普及时期,电影院的入场人数开始减少,对策是上映3D电影,然而过份强调立体感演出却疏忽电影情节内容,而且观众之间出现疲劳、晕眩等评语,在此同时电影业者却开始大力推广宽屏幕,由于宽屏幕对人的视觉上,同样可以产生很大的临场感,因此一般认为3D电影与宽屏幕的争议是3D电影失败的主要原因,换句话说最后败在它的选择,草率结束这场3D电影风潮。



第二次3D电影风潮,正逢80年代家庭开始普及有线电视,有线电视公司分发支持红绿随机点(Anaglyph)立体影像观赏眼镜给观视者使用,进而演变成立体电影的契机,好莱坞深感新商机出现,开始制作许多3D电影,不过大多是内容没有深度的低阶电影,最后同样是失败收场,变成反复2次单靠立体影像技术,无法收揽客户的失败结果。



第三次3D电影风潮从2005年开始展开,它除了2003年好莱坞娱乐业绩低迷背景之外,美国George Lucas与James Cameron等电影导演,在2005年的ShoWest大力提倡3D电影也是原因之一。



美国可播放3D的屏幕数量,2008年为1400张,2009年激增至3000张以上,其背景主要是来自好莱坞各电影公司大量制作3D电影的牵动。



其实需求立体影像的领域非常宽广,例如为正确掌握状况,在医疗应用领域,它赋予提升诊断与手术精度的功能。



危险区域利用机器人进远程操作,或是户外、室内、街头宣传广告,都是立体影像发挥空间,其中还包含军事用途与研发领域的应用。



即使一般家用TV,国、内外各公司也相继发表支持3D相关技术,这次是电影世界第3次的变革,包含拓展至民生机器在内的3D,未来可望变成时代潮流,至于专业与一般民生应用,哪种技术会成为市场主流,目前还难分难解,特别是以液晶显示器为平台,不需使用特殊眼镜的家用裸眼3D显示器开发,几乎与影剧院用3D显示器同时进行。



3D影像的发展经纬


3D不是短期视野捕捉的对象,它的历史超过百年以上,影像从黑白、彩色,进化到高精细影像与显示形态,这意味着人类忍耐的同时,却不断尝试开发该时代不成熟的技术,终极目标就是追求看到的影像,更接近3次元的立体影像。



如图一所示3D显示技术分类,可以分成以「视差信息」为平台的方法,以及以「波面信息」为平的绕射(Hologram)方式。



以视差信息为平的方法,又分成「使用眼镜」的方法与「裸眼」观赏方法两种,眼镜方式的基本技术,分成「主动(时间分割方式)」与「被动(偏光方式)」,在影剧院可以发现利用这些组合的手段,造成分类上更复杂。



两视点(两眼)的场合,主动眼镜方式、被动眼镜方式,分别称为「主动立体方式」与「被动立体方式」。




《图一 3D显示技术的分类》




实现双眼立体方式,必需各别将影像送到左右眼,该手段有许多提案,此处根据基本原理进行以下分类,分别是:




  • ●利用直接偏光与圆偏光的偏光方向差异方法。



  • ●彩色滤光片方法



  • ●左右眼影像交互切换,利用快门独立送到各眼的方法。



  • ●未使用眼镜,调整来自屏幕的左右影像,使相异影像送到左右眼的方法。





这基本的4种方式分别如下:




  • ●红绿随机点(Anaglyph)方式(利用红蓝滤光片,左右分离影像)



  • ●被动(passive stereo)方式(利用直线偏光膜片圆或是偏光膜片,左右分离影像)



  • ●主动(ctive stereo方式(利用电子快门,左右分离影像)



  • ●分光方式





在漫长的3D电影历史中,红绿随机点方式广泛被采用,它不特别要求影剧院的投影机与屏幕的分辨率,使用的眼镜只是单纯的低价红、蓝滤光片,利用2部摄影机与投影机摄影、投影,镜头前面黏贴红、蓝滤光片即可,结构单纯却是烦琐、高单价的系统。



具体方法是将拍摄的左右影像以红、蓝滤光片化,再重迭制成一卷底片,最后利用投影机播放,这种方式的影像范例如图二所示,透过红、蓝滤光片合成左右用影像,再以红、蓝滤光片眼镜观赏就变成立体视,主要缺点会丧失影像的色彩。



接着出现扩张性的彩色红绿随机点,它是利用彼此有补色关系的色彩合成,透过红/深蓝、绿/紫、蓝/黄的组合,实现彩色红绿随机点。



彼此有补色关系色彩编制的红绿随机点影像,利用同样有补色关系的滤光片分离左右影像,左右一旦再组合就能够表现RGB所有颜色,由于它不具备理想性滤光片特性,因此会产生左右眼的影像失真、色彩质量劣化等问题。



《图二 Anaglyph方式》


被动立体方式主要是利用光线的偏光,它又分成「直线偏光」与「圆偏光」两种方式,为弥补直线偏光的缺点,最近大多改用圆偏光方式,图三是直线偏光与圆偏光的比较。



光线属于电磁波的一种,为朝垂直与水平方向振动,它与雷射光等连贯性光线不同,由于自然光在垂直面同样会振动,因此可以透过偏光滤光片,使特定方向振动的光线通过,图四直线偏光模式示意图。



《图三 直线偏光与圆偏光的比较》


《图四 偏光filter(直线偏光)》


圆偏光是指会随着光线传递,描绘圆形的偏光而言,它能够利用旋转方向分割,偏光滤光片本身无色,对影像的色彩不会造成不良影响,直线变更时的缺点是必需精确维持光线振动方向的角度,即使微细倾斜会造成影像偏差。此外长时间观赏时颈部肌肉会很酸痛,改善对策就是改用圆偏光方式,由于它只让特定振动方向的光线通过,会有光量不足问题。



为克服上述方式的缺点,最近出现利用影像数字化的新方式,以往模拟3D上下方向的偏差,对整合3D的大脑造成很大负担,数字影像可以完全解决这些问题,其中一种方式就是Real D。



其实目前正在进行第3次的3D电影革命,RealD方式几乎呈现压倒性局面领先其它业者,以全球观点而言,今后面临Dolby方式与XpanD方式的追赶,它的发展动向同样受到高度注意。



RealD方式是由偏光技术与时间分割技术构成,基本上RealD方式「Z screen」的透明液晶面板,该透明液晶面板可以将主动式立体影像,转换成圆偏光的被动式立体影像,用户只要戴上圆偏光眼镜观,就可以赏3D立体影像。



RealD方式方式投影到屏幕时会变成圆偏光,因此屏幕必需作金属覆膜特殊表面处理,包覆铝质微粒子的屏幕称作「银色屏幕」,它的反射率非常高,可以维持99%以上的偏光,一般白色屏幕会产生偏光散乱,无法作立体显示。



杜比(Dolby)方式则被归类成「分光方式」,杜比的3D投影方式采用Infitec公司开发的RGB波长分割滤光片技术,它是将RGB波长分别作二分割,变成6频带(R的高低、G的高低、B的高低),接着使用分色滤光片交互左右分割,如此就能获得立体视觉。



杜比方式主要优点是分离特性良好,不需作类似Real D方式ghost bust处理,滤光片的制作要求50层以上得覆膜,虽然成本非常高,不过它不是偏光方式,可以使用一般低价白色屏幕。



杜比方式使用传统白色屏幕,2D→3D的区分很简单,不过它必需使用多层覆膜的滤光片眼镜,成本不易降低,反复使用时一般影剧院都会要求回收高单价的滤光片眼镜。



3D平面显示器的发展


目前可以支持3D TV的平面显示器,有PDP、DLP Projection、雷射Project、LCD等等,特别是面板性能的进化过程,最容易被接受的附加价值就是添加3D功能。



FPD在经济变动中持续低价化,同时还受惠许多进化技术,例如LCD高速化、高分辨率化、超解像化、薄型化、支持网络等等,PDP除了不需要高速化除外,其它完全相同。



这些面板显示3D影像时,随着种类显示形式不同会受到某些限定,例如120Hz画格循序方式的输入,LCD会出现残影无法显示3D影像,不过各公司积极改善LCD高速的显示技术之后,计划在2009~2010年推出支持3D的LCD-TV。



此外3D内容的传送信号未必是单一方式,采用复数方式可能性非常高,输入型式可以分成Full-HD、Half-HD、Anaglyph三种型式,未来三种型式共存的可能性同样非常高。



民生用3D TV的输入必需配合显示器的显示方式,因此信号经过转换之后才能显示影像,此时能否显示Full-HD 3D,完全取决于市场需求,届时必需利用内建转换器,构成Full-HD/Half-HD两者都能显示,或是只显示其中一种的形式。



初期阶段先行厂商开发的3D TV,支持单一显示方式的TV会成为主流,Anaglyph与ColorCode 3D方式则支持所有TV,至于何者成为主流,取决于提供的内容形态与时机,一般认为短期而言Half-HD内容可能会变成主流,主要原因是Half-HD内容的配送、发行通路比较完整。民生用3D成功的3大要素,分别是:




  • ●高画质、安全、高娱乐性。



  • ●提供容易取得的内容,2D/3D转换成为必要功能可能性很大。



  • ●3D数字相机、摄影机的民生机器信号互换。





有关高画质,最后Full-HD 3D势必会成为市场主流,内容供应方式受限时,娱乐性优先的可能性很大。此外一般认为Near-HD、Half-HD的画质,在容许范围的同样有机会普及化。



民生用3D TV即使是可作Full-HD、画格循序3D显示的最高阶机种,增加具备Half-HD显示功能与使用机会,也是重要要素之一,换句话说未来具备Half-HD显示功能(内建转换器)势必成为必要条件。



只支持Half-HD的TV,同样必需具备可以将Full-HD的输入当作Down contert,以Half-HD方式显示的功能。



不论如何支持Half-HD几乎成为必要条件,最后只剩下是否支持Full-HD或是Half-HD显示画格循序的差异,亦即显示形式另当别论,未来市场会要求3D TV必需具备支持所有输入形式的功能。



PDP与DLP背投影不使用偏暗的偏光方式,基本上比较适合时间分割方式,反过来说液晶TV可以使用偏光方式,不过它的反应速度迟缓,因此不适合120Hz的时间分割方式。



然而最近液晶TV的进化速度令人惊讶,例如支持240Hz、blue phase液晶、OCB液晶陆续实用化,一般认为只要3D魅力未减,未来开发动作可望更加快脚步。此外有关所谓的超解析、4k×2k高精细显示器的发展动向,部份技术甚至已经商品化。



预测2010年以后民生3D TV要求的规格,具体内容分别如下:




  • ●内建包含Full-HD与Half-HD在内,支持各种3D输入形式的转换器。



  • ●可以显示120Hz画格循序的Full-HD显示能力。



  • ●直接显示Half-HD内容,或是具备Full-HD转换、显示功能。



  • ●支持主动与被动两方式。



  • ●可作2D/3D转换。



  • ●2D内容可作舒适的视听。





民生用3D TV例如PDP、DLP都非常适合,此外LCD偏光方式TV也开始被导入。有关3D TV的市场动,一般认为2011年开始会急遽成长,届时3D TV可望超过200万台,2013年占民生FPD市场的7%,每年大约1300万台左右的规模持续成长。



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