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影劇院3D技術介紹
3D發展動向

【作者: 高士】   2010年04月06日 星期二

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以好萊塢為主體的立體影像風潮在娛樂(entertainment)世界,正以電視遊樂器(video game)與影劇院為中心急遽擴張,50年代是第一次3D電影風潮,80年代發生第二次電影風潮,2005年稱為第三次3D革命。



第一次3D風潮剛好是家用電視開始普及時期,電影院的入場人數開始減少,對策是上映3D電影,然而過份強調立體感演出卻疏忽電影情節內容,而且觀眾之間出現疲勞、暈眩等評語,在此同時電影業者卻開始大力推廣寬螢幕,由於寬螢幕對人的視覺上,同樣可以產生很大的臨場感,因此一般認為3D電影與寬螢幕的爭議是3D電影失敗的主要原因,換句話說最後敗在它的選擇,草率結束這場3D電影風潮。



第二次3D電影風潮,正逢80年代家庭開始普及有線電視,有線電視公司分發支援紅綠隨機點(Anaglyph)立體影像觀賞眼鏡給觀視者使用,進而演變成立體電影的契機,好萊塢深感新商機出現,開始製作許多3D電影,不過大多是內容沒有深度的低階電影,最後同樣是失敗收場,變成反覆2次單靠立體影像技術,無法收攬客戶的失敗結果。



第三次3D電影風潮從2005年開始展開,它除了2003年好萊塢娛樂業績低迷背景之外,美國George Lucas與James Cameron等電影導演,在2005年的ShoWest大力提倡3D電影也是原因之一。



美國可播放3D的螢幕數量,2008年為1400張,2009年激增至3000張以上,其背景主要是來自好萊塢各電影公司大量製作3D電影的牽動。



其實需求立體影像的領域非常寬廣,例如為正確掌握狀況,在醫療應用領域,它賦予提升診斷與手術精度的功能。



危險區域利用機器人進遠端操作,或是戶外、室內、街頭宣傳廣告,都是立體影像發揮空間,其中還包含軍事用途與研發領域的應用。



即使一般家用TV,國、內外各公司也相繼發表支援3D相關技術,這次是電影世界第3次的變革,包含拓展至民生機器在內的3D,未來可望變成時代潮流,至於專業與一般民生應用,哪種技術會成為市場主流,目前還難分難解,特別是以液晶顯示器為平台,不需使用特殊眼鏡的家用裸眼3D顯示器開發,幾乎與影劇院用3D顯示器同時進行。



3D影像的發展經緯


3D不是短期視野捕捉的對象,它的歷史超過百年以上,影像從黑白、彩色,進化到高精細影像與顯示形態,這意味著人類忍耐的同時,卻不斷嘗試開發該時代不成熟的技術,終極目標就是追求看到的影像,更接近3次元的立體影像。



如圖一所示3D顯示技術分類,可以分成以「視差資訊」為平台的方法,以及以「波面資訊」為平的繞射(Hologram)方式。



以視差資訊為平的方法,又分成「使用眼鏡」的方法與「裸眼」觀賞方法兩種,眼鏡方式的基本技術,分成「主動(時間分割方式)」與「被動(偏光方式)」,在影劇院可以發現利用這些組合的手段,造成分類上更複雜。



兩視點(兩眼)的場合,主動眼鏡方式、被動眼鏡方式,分別稱為「主動立體方式」與「被動立體方式」。




《圖一 3D顯示技術的分類》




實現雙眼立體方式,必需各別將影像送到左右眼,該手段有許多提案,此處根據基本原理進行以下分類,分別是:




  • ●利用直接偏光與圓偏光的偏光方向差異方法。



  • ●彩色濾光片方法



  • ●左右眼影像交互切換,利用快門獨立送到各眼的方法。



  • ●未使用眼鏡,調整來自螢幕的左右影像,使相異影像送到左右眼的方法。





這基本的4種方式分別如下:




  • ●紅綠隨機點(Anaglyph)方式(利用紅藍濾光片,左右分離影像)



  • ●被動(passive stereo)方式(利用直線偏光膜片圓或是偏光膜片,左右分離影像)



  • ●主動(ctive stereo方式(利用電子快門,左右分離影像)



  • ●分光方式





在漫長的3D電影歷史中,紅綠隨機點方式廣泛被採用,它不特別要求影劇院的投影機與螢幕的解析度,使用的眼鏡只是單純的低價紅、藍濾光片,利用2部攝影機與投影機攝影、投影,鏡頭前面黏貼紅、藍濾光片即可,結構單純卻是煩瑣、高單價的系統。



具體方法是將拍攝的左右影像以紅、藍濾光片化,再重疊製成一卷底片,最後利用投影機播放,這種方式的影像範例如圖二所示,透過紅、藍濾光片合成左右用影像,再以紅、藍濾光片眼鏡觀賞就變成立體視,主要缺點會喪失影像的色彩。



接著出現擴張性的彩色紅綠隨機點,它是利用彼此有補色關係的色彩合成,透過紅/深藍、綠/紫、藍/黃的組合,實現彩色紅綠隨機點。



彼此有補色關係色彩編製的紅綠隨機點影像,利用同樣有補色關係的濾光片分離左右影像,左右一旦再組合就能夠表現RGB所有顏色,由於它不具備理想性濾光片特性,因此會產生左右眼的影像失真、色彩品質劣化等問題。



《圖二 Anaglyph方式》


被動立體方式主要是利用光線的偏光,它又分成「直線偏光」與「圓偏光」兩種方式,為彌補直線偏光的缺點,最近大多改用圓偏光方式,圖三是直線偏光與圓偏光的比較。



光線屬於電磁波的一種,為朝垂直與水平方向振動,它與雷射光等連貫性光線不同,由於自然光在垂直面同樣會振動,因此可以透過偏光濾光片,使特定方向振動的光線通過,圖四直線偏光模式示意圖。



《圖三 直線偏光與圓偏光的比較》


《圖四 偏光filter(直線偏光)》


圓偏光是指會隨著光線傳遞,描繪圓形的偏光而言,它能夠利用旋轉方向分割,偏光濾光片本身無色,對影像的色彩不會造成不良影響,直線變更時的缺點是必需精確維持光線振動方向的角度,即使微細傾斜會造成影像偏差。此外長時間觀賞時頸部肌肉會很酸痛,改善對策就是改用圓偏光方式,由於它只讓特定振動方向的光線通過,會有光量不足問題。



為克服上述方式的缺點,最近出現利用影像數位化的新方式,以往類比3D上下方向的偏差,對整合3D的大腦造成很大負擔,數位影像可以完全解決這些問題,其中一種方式就是Real D。



其實目前正在進行第3次的3D電影革命,RealD方式幾乎呈現壓倒性局面領先其它業者,以全球觀點而言,今後面臨Dolby方式與XpanD方式的追趕,它的發展動向同樣受到高度注意。



RealD方式是由偏光技術與時間分割技術構成,基本上RealD方式「Z screen」的透明液晶面板,該透明液晶面板可以將主動式立體影像,轉換成圓偏光的被動式立體影像,使用者只要戴上圓偏光眼鏡觀,就可以賞3D立體影像。



RealD方式方式投影到螢幕時會變成圓偏光,因此螢幕必需作金屬覆膜特殊表面處理,包覆鋁質微粒子的螢幕稱作「銀色螢幕」,它的反射率非常高,可以維持99%以上的偏光,一般白色螢幕會產生偏光散亂,無法作立體顯示。



杜比(Dolby)方式則被歸類成「分光方式」,杜比的3D投影方式採用Infitec公司開發的RGB波長分割濾光片技術,它是將RGB波長分別作二分割,變成6頻帶(R的高低、G的高低、B的高低),接著使用分色濾光片交互左右分割,如此就能獲得立體視覺。



杜比方式主要優點是分離特性良好,不需作類似Real D方式ghost bust處理,濾光片的製作要求50層以上得覆膜,雖然成本非常高,不過它不是偏光方式,可以使用一般低價白色螢幕。



杜比方式使用傳統白色螢幕,2D→3D的區分很簡單,不過它必需使用多層覆膜的濾光片眼鏡,成本不易降低,反覆使用時一般影劇院都會要求回收高單價的濾光片眼鏡。



3D平面顯示器的發展


目前可以支援3D TV的平面顯示器,有PDP、DLP Projection、雷射Project、LCD等等,特別是面板性能的進化過程,最容易被接受的附加價值就是添加3D功能。



FPD在經濟變動中持續低價化,同時還受惠許多進化技術,例如LCD高速化、高解析度化、超解像化、薄型化、支援網路等等,PDP除了不需要高速化除外,其它完全相同。



這些面板顯示3D影像時,隨著種類顯示形式不同會受到某些限定,例如120Hz畫格循序方式的輸入,LCD會出現殘影無法顯示3D影像,不過各公司積極改善LCD高速的顯示技術之後,計劃在2009~2010年推出支援3D的LCD-TV。



此外3D內容的傳送信號未必是單一方式,採用複數方式可能性非常高,輸入型式可以分成Full-HD、Half-HD、Anaglyph三種型式,未來三種型式共存的可能性同樣非常高。



民生用3D TV的輸入必需配合顯示器的顯示方式,因此信號經過轉換之後才能顯示影像,此時能否顯示Full-HD 3D,完全取決於市場需求,屆時必需利用內建轉換器,構成Full-HD/Half-HD兩者都能顯示,或是只顯示其中一種的形式。



初期階段先行廠商開發的3D TV,支援單一顯示方式的TV會成為主流,Anaglyph與ColorCode 3D方式則支援所有TV,至於何者成為主流,取決於提供的內容形態與時機,一般認為短期而言Half-HD內容可能會變成主流,主要原因是Half-HD內容的配送、發行通路比較完整。民生用3D成功的3大要素,分別是:




  • ●高畫質、安全、高娛樂性。



  • ●提供容易取得的內容,2D/3D轉換成為必要功能可能性很大。



  • ●3D數位相機、攝影機的民生機器信號互換。





有關高畫質,最後Full-HD 3D勢必會成為市場主流,內容供應方式受限時,娛樂性優先的可能性很大。此外一般認為Near-HD、Half-HD的畫質,在容許範圍的同樣有機會普及化。



民生用3D TV即使是可作Full-HD、畫格循序3D顯示的最高階機種,增加具備Half-HD顯示功能與使用機會,也是重要要素之一,換句話說未來具備Half-HD顯示功能(內建轉換器)勢必成為必要條件。



只支援Half-HD的TV,同樣必需具備可以將Full-HD的輸入當作Down contert,以Half-HD方式顯示的功能。



不論如何支援Half-HD幾乎成為必要條件,最後只剩下是否支援Full-HD或是Half-HD顯示畫格循序的差異,亦即顯示形式另當別論,未來市場會要求3D TV必需具備支援所有輸入形式的功能。



PDP與DLP背投影不使用偏暗的偏光方式,基本上比較適合時間分割方式,反過來說液晶TV可以使用偏光方式,不過它的反應速度遲緩,因此不適合120Hz的時間分割方式。



然而最近液晶TV的進化速度令人驚訝,例如支援240Hz、blue phase液晶、OCB液晶陸續實用化,一般認為只要3D魅力未減,未來開發動作可望更加快腳步。此外有關所謂的超解析、4k×2k高精細顯示器的發展動向,部份技術甚至已經商品化。



預測2010年以後民生3D TV要求的規格,具體內容分別如下:




  • ●內建包含Full-HD與Half-HD在內,支援各種3D輸入形式的轉換器。



  • ●可以顯示120Hz畫格循序的Full-HD顯示能力。



  • ●直接顯示Half-HD內容,或是具備Full-HD轉換、顯示功能。



  • ●支援主動與被動兩方式。



  • ●可作2D/3D轉換。



  • ●2D內容可作舒適的視聽。





民生用3D TV例如PDP、DLP都非常適合,此外LCD偏光方式TV也開始被導入。有關3D TV的市場動,一般認為2011年開始會急遽成長,屆時3D TV可望超過200萬台,2013年佔民生FPD市場的7%,每年大約1300萬台左右的規模持續成長。



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