3D黑科技的前世今生!最全顯示技術原理整理!

我們生活在一個三維空間裡，早在16世紀，人們就已經開始通過繪畫的方式來感知3D視覺效果，和現在的3D手繪畫相比，那個時候3D視覺的塑造主要靠的是色彩的衝擊。

需要區別注意的是：3D視覺效果並不等於3D顯示。

3D手繪畫

3D顯示由於其存在深度信息，所以能夠實現很多2D顯示所不具備的功能。但是其實現在很多的電子產品，也還是都停留在2D顯示的水平上。

隨著科技發展，圖像處理技術突飛猛進。

目前的圖像處理硬體實現了微型化、高效化和低發熱的特性。同時，各種3D顯示的光學方案層出不窮，為3D顯示技術的普及奠定了基礎。

3D顯示的基本原理

回到技術發展的本質，人們對還原真實所見世界的憧憬促使了3D顯示的發展。人眼所看到的現實世界是立體的，人腦之所以能感覺到三維立體圖像主要是由於外界物體的光從左右兩個不同角度進入人的兩隻眼睛，並且經過大腦對圖像的分析與合成才得以實現。因此3D顯示的目的是顯示出事物的3D信息。例如再現一位女性人體，我們希望3D顯示能夠再現出她的三圍、面部輪廓以及髮型厚度等。

人體掃描圖

5種3D顯示技術

1、色差式

原理：放映時兩個不同的放映機放出不同色彩（主要為紅藍色）的從兩個角度分別拍攝物體的畫面，人眼佩戴具有對應顏色鏡片的色差式眼鏡。因為相同色彩的鏡片只能通過相同色彩，所以可實現兩眼呈不同的像，達到在人腦中呈 3D圖像的效果。

優缺點：色差式相比於其他 3D顯示技術最大的優點就是成本低廉，這也正是為什麼色差式眼鏡成為早期家庭 3D體驗首選的原因。然而同時色差式技術也有著 3D顯示技術最致命的弱點——圖像一定程度的缺失，由於只是單純的濾色使得這種技術更難保證對圖像原畫的呈現效果。其次，雖然輕便的設計緩解了一點對臉部的壓迫感，但紅藍色的配色也會使許多用戶出現不適的狀況。

2、偏光式

a.線偏振式

原理：光波是橫波，橫波具有偏振現象。

運用只允許通過特定方向橫波的偏振片可以代替色差式眼鏡中濾色鏡片的作用。在拍攝立體圖像時就使用偏振片篩選出特定方向的光，如模擬左眼的攝像機前放置橫偏振片，另一臺攝像機放置垂直方向的偏振片，這樣在攝像時便可得到兩種不同的圖像。讓觀看者佩戴偏光式眼鏡。左眼佩戴與攝像機對應的橫偏振片鏡片，右眼也佩戴相應鏡片。放映時，相應的圖像信息只能通過相應的偏振鏡片進入相應的人眼，以此實現 3D顯示。

優缺點：偏振光技術的應用不再需要紅藍等互補色的使用，因此偏振式眼鏡的色彩損失是很小的，同時偏振片本身接近透明，色彩校正也更為容易。其次，雖然偏振式眼鏡成本較色差式的昂貴一點，但相比於其他 3D顯示技術成本還算較低，相對於色差式技術其又擁有更良好的影視體驗，更優秀的性價比。這也使其成為各大影院播放3D電影時的首選方案。然而早期的偏振技術只能單純的過濾縱向和橫向的偏振光，這對使用者的觀看姿勢要求很高，每當觀眾稍稍偏離一定角度，所看到的圖像就會異常。所以就有了對偏振式顯示技術的改良即圓偏振式技術。

b.圓偏振式

原理：圓偏振式技術與線偏振式的原理大體上是一致的。不過這裡的偏振光分別有規律地左旋和右旋，原先接受線偏振光的鏡片也被改造成接受圓偏振光的鏡片。本技術與線偏振技術都是利用偏振光的特性以達到在人兩眼上呈現不同的像的效果。不同的是由於圓偏振式鏡片篩選掉的偏振光只與偏振光旋轉方向有關，不存在特定的偏振指向，這就允許觀眾觀看時不必保持頭部水平。但是，即使圓偏振技術的應用解決了偏振眼鏡的部分問題，偏振技術仍然有解析度減半、亮度損失等缺點。可見偏振技術想要進一步佔領市場還需要許多改進。

3、快門式

原理：根據人體的視覺暫留現象，通過提高畫面的刷新率也可以產生兩眼觀察到不同影像的效果。

這項技術需要有一個顯示器以一定的速度輪流切換左右眼應看到的圖像，觀眾則需要佩戴特殊的快門式眼鏡，這種眼鏡也以同樣的速度輪流將某一鏡片變為黑屏，這樣可以讓左眼該看到的圖像只進入左眼，右眼的只進入右眼，以此達到兩眼 「同時」收到不同的圖像，從而產生立體效果。當然這裡的「同時」指的是時間極短，對於人眼來說視覺暫留可持續 0.1s ～ 0.4s，但要避免抖動感則要求每隻眼睛看到的畫面刷新率達到 60Hz，整個顯示器的刷新率要達到 120Hz，且要保持與 2d圖像播放時相同的幀數。

優缺點：對於顯示器要求不高，只需達到 120Hz即可，同時特殊的時分設計使得每一幀圖像的解析度不會受損。然而 120Hz的頻率對於如今的液晶面板和驅動裝置等要求較高，能耗較大。尤其是快速的閃動對眼鏡的要求也很高，這就造成快門式眼鏡是幾款 3D顯示技術眼鏡中最重的。且眼鏡有一半時間處於黑屏，圖像亮度也大打折扣。諸如此類的缺點使得快門式在市場中的地位漸漸下降。

4 、裸眼3D

原理：與其他 3D顯示技術不同，裸眼 3D技術主要通過將不同的圖像直接投射到人的兩眼來實現立體成像。

顯然，這一技術在拋棄了「通過眼鏡區別左右眼圖像」這一傳統概念後無疑對圖像定向投射的技術水平要求會更高。

具有成本低、亮度高等優點。

5、全息投影

原理：在拍攝時其利用幹涉原理記錄物體光波信息：物體在雷射輻照下反射的物光束和參考光束疊加產生幹涉，並在全息底片上產生幹涉條紋，通過獨一無二的幹涉條紋記錄物體的空間信息，形成全息照片。放映時利用衍射原理在相干雷射照射下還原全息照片，並在透明成像膜所產生的空間中直接生成立體圖像。

優缺點與應用前景：不同於以上所有的3D顯示技術，全息投影技術並沒有把技術中心放在讓人的兩眼看見不同的圖像，而是著眼於對 3D物體形狀、位置、色彩等要素的還原。正是由於這一特性使得全息投影技術所產生的視覺效果更為逼真，立體感極強。

對於物體的高還原度也使得這項技術肩負著使 3D顯示技術具有互動功能的使命。當然由於其全息圖複雜的形成方式，以及許多諸如無法在自由空間中成像等技術問題，全息投影技術短期內難以像其他 3D顯示技術一樣大規模市場化。

對比總結以上5種3D顯示技術，可以看到我們3D技術不斷在完善和發展中。在未來，醫療教育行業也許會廣泛使用3D顯示技術，但是最終達到一個非常優秀的效果還需要多方的共同努力！