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浅谈3D立体影像与显示技术市场概况
 

【作者: 蔡雅琦】2010年03月24日 星期三

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尽管3D显示器技术不算是新颖的新概念,但是2009年以来由CES、光电展、IFA到横滨光电展,几乎全球各大面板厂均展出3D显示器相关技术,包括Samsung Electronics、LG Display、Sharp、 TMD、NEC、友达、奇美电、华映等全球各大面板厂,并有厂商预期将自2010年把3D显示技术带入家庭。多数消费性电子供应商,已陆续拥抱这立体3D视界所带来的市场,本文将分为三大区块探讨立体影像及显示市场现况,分别为:立体影像制作市场现况,立体显示器市场现况,及立体电视即将进驻家庭探讨



《图一  Professional stereo video camera》


立体影像制作市场现况


3D立体内容制作以提供3D立体电影院、科博馆及主题乐园播放最多,最基本的拍摄技术仍然是根据两眼视差的原理,所以设备上多采用两台同步的摄影机相临并排拍摄,或是整合成双镜头的摄影机。



最新技术的发展起源于多视角影像3D立体显示的需要,可以分为Depth-based取像及Multi-camera multi-view取像。



《图二  Stereo DSC》


Depth-based取像可以分为主动式及被动式两种,主动式是利用红外线或雷射扫瞄辅助测量影像点的深度值,技术发展较成熟,不过不适用距离远及大环境场景,目前已有产品应用,如3DV Systems Ltd.利用Time-of-Flight 原理所设计的ZCamTM Depth camera。另外一种为被动式方法,可以是从单张2D照片或2D影片算出深度地图(Depth map)资讯,或是从双镜头Stereo camera取得之两张2D视差照片或影片算出深度地图资讯,前者搭配现有2D取像装置即可转成深度地图资讯,利用算出的深度地图资讯加上原有的2D影像,可以合成其中视角的影像,目前这个技术的发展有其困难度及不易涵盖所有的影像内容,尤其是单张2D照片转3D,不过应用上有其过渡的市场价值,目前应用上采半人工off- line的方式,应用在将2D影片转成3D立体影片,如Philips、In-Three、Dynamic Digital Depth等。






《图三 3DV Systems Ltd. SCam Depth camera》

《图四 Philips Blue Box 2D to 3D system》 - BigPic:599x296


PHOTOKINA2008,日本Fujifilm发表全新的自然3D系统,这是一个涵盖了拍摄(3D数位相机)、观看(3D数位相框)、输出(3D数位冲印)的完整3D配套方案,完全不同于现今市场上所有影像系统,为数位影像世界开辟一片全新领域。而这款产品已于今年8月上市,一上市后,引起讨论,预料这款产品之后,将有机会让立体数位内容成为可被大量制造及传送,而让搭配上市的3D数位相框、3D显示器、3D手机及3D NB同步受惠。



Multi-camera multi-view取像是以多个摄影机固定排列同步取像,可以取得大角度或环场场景内容,多个视角影像配合3D建模或任意视角合成技术,目前在电影特效应用较多,大型转播工程的应用也是其中之一。目前美国、韩国及日本在此发展着墨较多。



立体显示器市场现况


3D立体视觉的形成主要在人脑接收左右眼视差影像所产生,所以技术上可以分为 :



眼镜式:Anaglyph Glasses, Polarized Glasses, Shutter Glasses, Head Mounted Display。



裸眼式:Lenticular Optics, Parallax Barrier, Auto-Tracking, Volumetric 3D, Holographics。



若依显示方式,技术上可以分为:




  • ●Projection Display



  • ●FPD Parallax Display



  • ●Volumetric Display



  • ●Holographic Display





眼镜式的发展历史最悠久也最成熟,目前国际上积极在推动3D立体影像进入家庭的标准就是眼镜式的3D。依不同的应用有不同的搭配需求,Anaglyph glasses与Polarized glasses为被动式,使用轻便,后者影像品质较优,目前最普遍采用,3D立体电影就是利用将左右眼影像分别正交偏极投影搭配Polarized glasses的技术,另外FPD面板加上偏极光学元件搭配Polarized glasses的技术也普遍被运用,日本Arisawa Xpol stereoscopic 3D LCD显示器就是用自己生产的Micropolarizer做成。



《图五  DD2D3 Process》 - BigPic:599x300


除2008年Samsung推出的61” PDP 3D TV,都是搭配Polarized glasses的3D立体显示器技术之外,2009年Nvidia推出主动快门方式(Active Shutter)眼镜加场序方式显示器的方案,可搭配三星电子与ViewSonic的120Hz液晶萤幕、MitsubishiDLP高画质电视。同时Sony的LCD TV,Panasonic、Samsung、LG的PDP TV也是采用主动快门方式眼镜加场序方式显示器,而LG、Philips、JVC的LCD TV则采用偏光方式眼镜(Polarized glasses)加贴附偏极光学元件的显示器。




《图六  Fujifilm 3D数位影像系统》




显然经过2009年的尝试后,市场看法皆为眼镜式立体显示技术即使对消费者不甚方便,但在价格、成本及立体显示效果表现明显优于裸视立体显示器,目前已上市的Acer 3D NB ,已于2010年推出的各家品牌3D TV多为为眼镜式立体显示技术,也间接带动立体眼镜的技术商机,目前已有协会开始制​​定眼镜的立体标准,包含美国3D@Home,SMPTE及CEA等均有进行相关标准制定讨论。而裸视立体显示技术则明确朝向小尺寸及户外看板应用,如手机、行动导航机及数位电子看板等。




《图七  USA Carnegie Mellon University Multi-camera array(取材自2007 3DID国际研讨会资料)》




近来好莱坞制作的3D电影颇受瞩目,2009年预计制作23部3D电影。目前全美电影院约39,000个萤幕中,约2千个支援3D影像。 3D电影制作、3D电影宣传、实验播放等用途显示器需求增加。而JVC即是看好3D电影的商机,预料相关市场持续扩大,未来锁定电影制作等用途进行销售。



裸眼式是3D立体显示追求的最终极目标,也是国际技术目前研发的主要方向,其中以Lenticular及Parallax Barrier这两种技术发展较久,也是目前采用最多的技术。以往裸眼观看立体显示,两眼需固定不能随意移动,长久观看也易造成人因问题,于是多视角影像的3D立体显示以及结合摄影机人眼追踪技术的Auto-Tracking 3D立体显示器技术成为研发方向,不过由于多视角影像会大幅降低3D立体影像的解析度,于是有slanted lenticular及slanted parallax barrier的技术发展,多视角影像slanted lenticular 3D显示器以Philips研发成果最突出,目前已展示采用Quad Full HD LCD发展的56” 9 views 3D显示器,及由九台9 views 42” 3D显示器以3x3阵列排成130” 3D显示电视墙,适用于多人观看的应用。至于Auto-Tracking 3D显示技术,利用追踪人头位置来调整立体影像视角位置,增加可视范围,近来辨识追踪技术已逐渐克服背景及环境干扰的问题,甚至可追踪眼球的移动,降低观看时因配合观者位置移动而内容变换所产生的不适,由于具有Full resolution 3D的优点,较偏重在特定专业应用上。



《图八 韩国有关multi-view 3D TV的规划(取材自2008 3DID国际研讨内容)》 - BigPic:599x463


至于Volumetric及Holographic 3D立体显示技术,虽然是较理想的3D立体显示方式,尤其是Holographic 3D,不过由于技术难度甚高,仍属实验室研发阶段,只有Volumetric 3D已被发展应用在医学影像上。



立体电视即将进驻家庭?


以新技术或商品的开发而言,立体显示相关应用市场在整体环境面已臻于成熟,而产业目前正快速建立上下游产业间生态系统(Ecosystem)。除了拍摄、内容制作和立体显示技术的趋向成熟之外,播放技术的代表为目前蓝光碟机阵营提出的在TEG2的V2.4中提出3D播放规格,采用MVC规格的作法。此外,美国SCTE(Society of Cable Telecommunications Engineers)和CEA(Consumer Electronic Associations)目前也已制定相关产品介面标准。和电视台业者的合作,成为目前推动立体电视业者最大的关键点,因此两大龙头业者SONY和Panasonic引航下,LG、Samsung、Toshiba、Mitsubishi、Sharp等已全面跟进,最重要的影响立体电视进入市场契机,将会是在各区域市场间电视品牌业者如何和电视台业者合作,成功将内容引入到消费家家庭。



尽管市场看似已全面启动,然而,获利模式却尚未清楚的前因下,品牌业者目前启动的战局,尚未延烧到以代工和技术见长的台湾业者投入。在消费者需求的研究下,发现目前最被期待的应用在家庭剧院系统,其次分别为3D电视和3D电玩的家用设备。反应在市场的现况,目前3D投影设备和剧院系统目前销售量超越3D电视。而3D电玩在Nvidia的力推下,有超过400家电玩游戏内容支援立体输出,搭配该公司提供的Shutter Glasses及供应商提供的高倍频显示器解决方案,即可达到高解析度而立体输出的游戏画质,此外,SONY的PS3游戏主机目前也已宣称支援蓝光3D规格输出,未来也可供应立体游戏的内容输出。前两类皆为封闭系统,在内容、播放系统和显示介面技术达成标准后,即可在市场推出。



而3D电视的市场虽大,却尚未寻得可靠的获利模式,尽管SONY和Panasonic等公司在2010年CES做了许多声明,也宣称在今年世足赛和2012年奥运以立体频道进行运动赛事转播,而开播内容后续消费者的接受度和购买欲决定了立体电视是否可大规模引进消费者家庭,这其中立体频道建立,尚需花费成本建立头端设备和发布频宽系统的提升,尚值得观察。但是立体电视的普及却被视为是迟早会发生的,最大原因除了立体视觉接近真实视觉之外,是立体电影市场的兴起,导致片商发布内容进入家用市场是迟早发生的结果。假若立体电影将消费大众重新带回电影院,立体电影工业背后更大的获利市场-影片租赁和线上发行,将会在1~3年之内陆续推出,而当市场先驱者购买配备立体播放功能的电视之后,搭配完整的播放和片商发布系统,届时消费者对立体频道订阅的接受度,将会大幅提升。关键时间点被预期在2012年左近,到时候立体电视的获利将由内容播映权,转至广告获利,将有机会带动消费性电子周边市场,举凡立体电子看板、立体手机和立体数位相框等等。



《图九 多视角裸眼3D立体显示(上)与Lenticular plate 3D立体面板(下)》


然目前世界各国在3D电视开播上已有不少试播及开播规划,例如: 目前3DTV开播的有日本BS11、卫星电视营运商英国天空广播公司(BSkyB),准备今年在英国首度推出3D电视频道,另一家欧洲卫星电视营运商Eutelsat已经免费试播3D节目18个月,日本BS11也同样​​试播了这么久。韩国预计最快在2010年三月可以正式将已试行一段时间的3D TV透过地面广播和卫星方式提供传送服务,目前韩国已于2009年11月底推出由TU Media、Samsung、SKT等共同合作的3D行动数位多媒体(DMB)服务启动。此为韩国3D广播首度进入商用化。据了解,TU Media为了解决原有DMB市场用户成长停滞现象,在2009年初便积极与电信营运商SKT及3D专用终端机开发厂商Samsung研商推出3D行动服务,并与主要内容业者合作开发内容,且以运动、音乐、影片、连续剧等原来在DMB频道较热门的内容为主,不过,有鉴于初期3D内容仍相对不足,TU Media将不会以专用频道提供服务,而是在既有频道的空档时间,穿插相关3D内容。美国福斯电视台则是对3D电视兴趣最浓厚的美商。美国卫星电视供应商DirecTV集团以及拥有探索频道的探索传播公司(Discovery Communications),设法推出3D 电视节目。美国三菱数位电子公司产品研发主管纳兰乔预测,美国最快今年年初就能看到第一个高解析度3D频道。截至目前为止可支援立体频道播送的仍是极为少数,因此在传送信号到3D TV的载具上,预估将以支援3D影像的蓝光影碟机和多功能游戏机等盒装媒体为主体。



结语


综上所述,尽管目前蓝光光碟协会主导的120Hz Full HD规格,已替3D蓝光光碟规格迈向标准化流程,然而地面广播或是卫星传播业者标准却仍旧意见分歧。部分卫星与付费电视厂商,打算采纳一种所谓「half-HD」的方案;这种方案能将传送到左右两眼的资讯,做逐行(line by line)、由上至下(top and bottom) 、并排(side by side)或抽样(checker sampling)等不同配置。因此,目前在传输的3D内容格式和支援输出的显示端,仍尚未有统一的支援标准出现,预料各家公司将会采用各自规格先行于市场中推出。



无论3D TV采取哪一种形式,消费者所负担成本的时间分配会因3D方式而异,例如被动方式的一般形态便是佩戴偏光镜片眼镜,来观看萤幕上贴附有偏光滤光片的显示器。然而,由于显示器需要贴附价值数百美元的偏光膜,因此整机TV的价格会随之上涨。由此可见,3D TV采用任一3D技术所增加的成本将会成为消费者选购3D TV的考量因素之一,采用何种3D显示技术将会影响3D TV市场推展进程,而搭配的内容播映整体方案,将成为3D电视是否进入家庭的最关键成功要素。

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