不閃式3D有多神奇?偏振顯示方案解析

不閃式3D有多神奇？偏振顯示方案解析

2011年05月07日 00:30作者：陳騁編輯：陳騁文章出處：泡泡網原創

    泡泡網顯卡頻道5月7日 3D立體顯示是當前最熱門的話題，是未來圖像技術的主要發展方向。目前3D立體顯示技術已經廣泛應用到民用產品中來，為我們日常的娛樂帶來新的體驗，相信很多用戶都很關注。

    3D顯示技術的原理是「欺騙」人的雙眼，讓左右眼分別看到不同的畫面，之後在大腦中接受到的畫面由於視覺差而產生凹凸感，從而體驗到立體的畫面。

    而這個「欺騙」方案，主要有「紅藍式」、「快門式」和「偏振式」三種，「偏振式」又被稱為「不閃式」，最近被炒得很火。「紅藍式」因為顯示效果太差，被用戶慢慢的唾棄。因此市面上主流的3D顯示設備基本就是「快門式」與「偏振式」的天下。

無論哪種3D技術，其原理都是讓左右眼看到有一定位移差的圖像

    在家用領域，3D顯示技術目前爭的火熱，目前兩大主流技術是快門式和偏振式。快門式3D主要由NVIDIA、SAMSUNG等廠商主推，偏振式則以LG為首。偏振式由於其畫面不閃爍的特點，又被起了個新名字：不閃式。那麼不閃式相比「有閃」的「快門式」有何優缺點呢？

    首先我們來看看比較普及的3D顯示技術：快門式。這並不是最近才發明的技術，其實早在CRT顯示器時代就出現了，它曾經被稱為「液晶分時技術」。

● 快門式（液晶分時）3D顯示技術

    這項技術根據字面意思就很容易理解其工作原理，它的主要技術在眼鏡上。它的眼鏡片是可以分別控制開閉的兩扇小窗戶，在同一臺放映機上交替播放左右眼畫面時，通過液晶眼鏡的同步開閉功能，在放映左畫面時，左眼鏡打開右眼鏡關閉，觀眾左眼看到左畫面，右眼什麼都看不到（眼鏡片處於黑屏狀態）。同樣翻轉過來時，右眼看右畫面，左眼看不到畫面，就這樣讓左右眼分別看到左右各自的畫面，從而產生立體效果。

眼鏡鏡片為黑白液晶屏，有透明和不透明兩種狀態

    雖然眼鏡鏡片的切換很關鍵，但實際上原始顯示設備更關鍵，假如顯示器的刷新率是60Hz，那麼通過遮光眼鏡後左右眼看到的畫面實際刷新率只有30Hz，這樣的刷新率下長時間很容易產生視覺疲勞，所以「時分法遮光技術」要求顯示器刷新率至少為120Hz，才能保證3D模式下左右眼分別看到60Hz的畫面。

CRT時代的3D眼鏡只是玩物

    CRT時代，高端顯示器很容易達到120Hz，因此10幾年前就出現過一些3D眼鏡，遊戲玩家得以率先體驗立體顯示效果。但相信很多人都有切身感受，85Hz以下的刷新率對於CRT顯示器來說都是非常閃的，60Hz完全不夠看。CRT顯象管時時刻刻都處在閃爍狀態，因此CRT與遮光眼鏡的時鐘同步要求非常精確，否則就會產生視覺混亂。

120Hz顯示器成為新的時尚話題

    到了LCD時代，由於刷新率很難突破60Hz，因此「時分法遮光技術」毫無用武之地，也漸漸的被大家所遺忘。隨著技術的不斷發展，如今120Hz液晶甚至等離子面板都不再是夢，塵封已久的「液晶分時技術」也得以重現天日，為大家呈現出最逼真的立體顯示畫面！

快門式3D的優點：

1. 顯示器無需任何特殊的設計，只需達到120Hz的刷新率即可
2. 顯示解析度沒有任何損失，3D立體效果非常出色

快門式3D的缺點：

1. 120Hz刷新率的液晶面板和驅動會導致成本提高
2. 快門式眼鏡需要充電，而且眼鏡比較厚重，長時間佩戴並不輕鬆
3. 雖然每隻眼睛都能保證看到60Hz刷新率的畫面，而且LCD本身不會閃爍，但由於眼鏡時時刻刻都處在開/關切換狀態，所以人看到時仍然會有輕微的閃爍感覺（因人而異）
4. 眼鏡片有一半時間處於黑屏狀態，會阻止顯示器光線進入，因此會造成圖像亮度下降

    偏振式3D顯示技術其實也有年頭了，只不過之前一直都應用在立體電影院裡面，而近年來才被引入到民用顯示器/電視機上面。首先我們來看看偏振式3D技術的顯示原理，然後再來看看具體顯示設備是如何實現的。

● 偏振式（不閃式）3D顯示技術

    很多電影院放映採用的是偏振法，通過兩個放映機，把兩個攝影機拍下的兩組膠片同步放映，使略有差別的兩幅圖像重疊在銀幕上。這時如果用眼睛直接觀看，看到的畫面是重影模糊不清的，要看到立體電影，就要在每架電影機前裝一塊偏振片。從兩架放映機射出的光，通過偏振片後，就成了偏振光。左右兩架放映機前的偏振片的偏振化方向互相垂直，因而產生的兩束偏振光的偏振方向也互相垂直。

偏振鏡分光原理示意圖

    這兩束偏振光投射到銀幕上再反射到觀眾處，偏振光方向不改變。當觀眾帶上偏振眼鏡後，左右兩片偏振鏡的偏振軸互相垂直並與放映鏡頭前的偏振軸一致，所以每隻眼睛只看到相應的偏振光圖象，即左眼只能看到左機映出的畫面，右眼只能看到右機映出的畫面，這樣就會像直接觀看那樣產生立體感覺。

● 偏振光技術簡介：

    為什麼帶上偏振眼睛後能使左右眼看到完全不同的圖像？確實不太容易理解，關於偏振光和偏振眼鏡的原理，由於涉及內容比較多，這裡僅作簡要介紹。

    光就是由互相垂直的電場和磁場形成的一種電磁波，自然光是很多電磁波的混合物，它在各個方向的振動是均勻的。當它以特定的角度(布儒斯特角)經過非金屬表面後反射形成的眩光是偏振光。偏離了這個角度，就會有部分非偏振光混雜在偏振光裡。部分偏振光是有程度的，偏離的角度越大，偏振光的成分越少，最終成為非偏振光。有了偏振光，有時會給我們照相帶來不利。玻璃表面的反射光，使我們拍攝不到玻璃櫥窗裡面的東西，水面的反射光使我們拍攝不到水中的魚……

    但利用偏振光的這種特性正好滿足立體電影的需求——讓左右眼看到完全不同的畫面。通過給兩個投影機加裝偏振片，讓投影機投射出互相垂直的完全偏振光波，然後觀眾通過特定的偏振眼鏡，就能讓左右眼看到各自不同的畫面而互不幹涉。

　　當然，實際放映立體電影是用一個鏡頭，兩套圖象交替地印在同一電影膠片上，還需要一套複雜的裝置，這裡就不做深究了。

    120Hz 3D顯示器的原理都完全相同，不管經過NVIDIA 3D Vision認證的，還是AMD HD3D或者第三方甚至山寨，都要搭配相應的快門式眼鏡就可以了。而偏振式顯示器則有好幾種解決方案，最完美的當然是上頁提到的電影院雙投影機方案，很顯然這種方案無法普及到千家萬戶。

● 第一種偏振式3D顯示器：雙液晶面板

    按照雙投影機的原理，有廠商製造了雙液晶面板的3D顯示器，為兩層液晶面板分別加裝互相垂直的偏振片，然後用戶帶上配套的偏振眼鏡，就能實現與電影院相媲美的3D立體顯示效果。

首款3D液晶顯示器：iZ3D H220Z1

雙液晶面板，兩個液晶面板有各自的接口，需要單獨連接顯卡

系統會識別兩個顯示器，一前一後

面板加裝了偏振片，上層是半透明狀態，下層在特殊角度才能拍攝到

用偏振眼鏡就可以看到下層面板的內容

    基本上，其原理與電影院的雙投影機沒什麼區別。這種雙液晶面板的顯示器，在玩3D遊戲的時候，用裸眼觀看，上下兩層面板的圖像完全重疊在一起，而帶上偏振眼鏡之後，則就是非常完美的3D立體影像。

雙液晶面板偏振式3D的優點：

1. 圖像毫無閃爍感
2. 顯示解析度沒有任何損失，刷新率沒有任何損失，3D立體效果接近完美

雙液晶面板偏振式3D的缺點：

1. 雙液晶面板，再加上特殊的偏振濾光片的設計，成本非常高
2. 需要顯卡雙頭輸出，性能損失很大
3. 已經沒有其它廠商採用這種代價高昂的設計

    雙液晶面板的3D顯示器由於成本太高、設置複雜、要求較高，目前各大顯示器廠商都已經放棄了這種方案。但偏振式毫無閃爍的特性，依然吸引著廠商們投入精力去研發。終於，一種成本比快門式更低的偏振式3D方案問世了：

● 第二種偏振式3D顯示器：隔行交錯顯示

    1080i是曾經非常流行的高清視頻解析度，它以720p的文件體積實現了媲美1080p的顯示效果，性價比非常高。1080i的原理就是隔行交錯顯示，視頻文件的實際水平解析度保持1920不變，但垂直解析度只有1080的一半。其中奇數幀和偶數幀都只有540線，然後通過播放器合成，再輔以各種插值算法和圖形渲染技術，最後呈現在讀者面前的就是媲美1080p的高清圖像。

1080i視頻的顯示原理，圖像直接合成會有交錯，需要經過複雜的後期處理

    而今天要介紹的3D顯示技術，就是參考了1080i的原理。將液晶顯示器完整1080p像素，拆分為奇數行與偶數行兩組畫面，奇數行與偶數行像素上方分別鍍上了偏振薄膜（偏振方向垂直），這樣人眼帶上偏振眼鏡後，左眼將只能看到奇數行的像素，右眼將只能看到偶數行的像素。

隔行交錯偏振式3D顯示技術示意圖

    由於奇數行與偶數行的畫面有一定的位移差，大腦看到合成後的圖像就會產生立體感。這樣人腦通過左右眼合成的虛擬圖像將會接近與1080p的水平，但當圖像高速運動時，會不可避免的產生交錯感，這種感覺不可能通過軟體後期處理來消除。

「拉絲」現象顯著

    換句話說，1080i視頻可以通過改進算法（即反交錯技術）來提高畫面品質，但隔行交錯偏振式3D最終的顯示效果，始終會有交錯感。

隔行交錯偏振式3D的優點：

1. 顯示器採用普通60Hz液晶面板，附加一層特殊的偏振薄膜。成本要比雙面板、120Hz方案低很多，略高於普通LCD
2. 圖像毫無閃爍感
3. 偏振眼鏡輕巧、成本低

隔行交錯偏振式3D的缺點：

1. 偏振眼鏡有特定的可視角度
2. 3D模式下所有圖像以1080i模式輸出，解析度減半，有細黑色橫條

    既然快門式與偏振式是目前兩大熱門3D解決方案，下面我們就做一個詳細對比：

3D液晶顯示器的售價：快門式比偏振式貴近一倍

 

HANNS.G HS233H3B（快門式）價格約2700元，AOC E2352PZ價格約1500元

    先從成本上來看，快門式3D需要120Hz液晶顯示器或液晶電視，顯示設備的成本較高，通常最高解析度為1680x1050的22寸120Hz液晶顯示器價格也要2000元以上，達到1920x1080全高清解析度的23寸產品則要2500元以上。

    而偏振式3D液晶顯示器只比普通液晶顯示器貴一點點，性價比很高。雖然它的顯示效果因為隔行的關係可能會差一些，但當作2D顯示器用的時候，顯示效果沒有任何問題。

3D眼鏡的售價：快門式近千元，偏振眼鏡隨顯示器附送

一套NVIDIA 3D Vision套裝價格在千元以上

偏振眼鏡看上去和普通眼鏡沒區別，售價只有十幾元到幾十元

    除了面板，快門式眼鏡的成本也不低，因為眼鏡本身就是兩片液晶屏，需要電池、充電設備、紅外同步設備、各種相關認證費用……通常搭配顯示器一同銷售的快門式眼鏡價格在300~800元不等，而如果是NVIDIA的3D Vision快門式眼鏡，價格則要更貴一些，通常都在1000元以上。相比之下，不閃式3D的專用設備價格要平民不少，一臺1920x1080高清解析度的不閃式23寸液晶顯示器已經可達1500元的價位，並附送眼鏡，這個價格比起普通液晶示器來也不算貴了。而當有額外的眼鏡需求時，不閃式眼鏡的價格優勢將更加明顯。

免費的紅藍3D方案太山寨

    當然，對於用戶來說，價格並非唯一的取捨標準，如果僅考慮價格，那麼色分法的紅藍3D成本則僅有十幾元，加一隻紅藍3D眼鏡即可，但是它的效果就太差了，成像也並不穩定， 因此成像質量和效果則是人們另一個要考慮的問題。從圖像品質上來說，快門式可以提供解析度、畫質無損的立體圖像，但是存在刷新率下降的問題，因此會產生閃爍感，同時畫面亮度也會出現降低。而目前不閃式3D採取的技術為在顯示面板上增加一層偏振層，是由原畫面中抽離出一半並加以處理，產生不同方向的偏振光從而形成立體圖像，而它的問題就是解析度降低一半。

    除了成本和畫面效果之外，其他方面的差異還有很多，比如眼鏡的重量、軟體設置、兼容性、性能等等。不過這都不是判斷兩者孰優孰劣的標準。在此之前，快門式3D我們已經進行過不少介紹和測試，這次我們來看看不閃式3D的實際使用方法和效果。

    前面已經提到不閃式3D技術的基本原理，它的關鍵設備在於顯示器。本次測試中我們選擇了這項技術的主推者-LG所設計製造的D2341顯示器。它的解析度達到了1920x1080的全高清解析度，60Hz刷新率，隨機帶有採用偏振分光技術的眼鏡。

 

標準的DVI-D+D-Sub接口

    其他配置則是上次進行AMD HD3D測試時的配置，並無其他變化，配置單如下：

    需要說明的是，不閃式3D目前是顯示器廠商主推的一項技術，對PC端硬體沒有特殊要求，因此任何平臺只要性能達到要求即可。

    首先進行的是3D電影播放測試，使用了PowerDVD 11 Ultra這款軟體。片源為藍光3D影片《HUBBLE》。

3D播放相關設置

在現實設備設置中選擇隔行式3D顯示設備

藍光3D影片播放效果實拍

    播放設置很簡單，完全沒有障礙，效果也相當理想，畫面沒有閃爍感是其最大特色，不過畫面解析度會降低。能明顯看到畫面中垂直解析度降低了一半。

    除此之外，LG這款顯示器也附送了一款TriDef 3D軟體，可以觀看3D影片、圖片、進行DVD 3D效果轉換、3D遊戲。效果也相當不錯，使用方法也很簡單。

    接下來是遊戲測試。TriDef 3D軟體中有3D遊戲組件，可以自動掃描電腦中已經安裝的遊戲，也可以手動添加，列表中包含數百款近幾年的主流3D遊戲，對於列表中沒有顯示的遊戲，可以選用通用配置選項，不過無法保證所有遊戲的兼容性。

簡單明了的設置畫面。

    除此之外，第三方軟體iZ3D的驅動也有隔行的選項，同樣可以支持不閃式3D顯示技術。

    遊戲實際測試效果，街頭霸王4和F1 2010。立體效果都很好，但是畫面垂直解析度的降低會造成體驗效果的下降。

    「不閃式3D」從名字來看，是強調自己的立體顯示效果不會降低刷新率，從而對人眼不會產生不良影響，這原本確實是偏振式3D顯示技術的優勢，不過之前電影院中採取的偏振式技術採用的是兩臺放映機放出兩個完整畫面，iZ3D也推出過擁有雙面板的液晶顯示器，其播放成本並不低，兩塊顯示面板的價格要高於一塊120Hz面板。而現在主推的「不閃式3D」則是增加了一層分離膜，這樣成本確實大大降低，甚至比普通液晶顯示器也貴不了多少，眼鏡價格也很平易近人。但是在原來的畫面上分割出兩個部分，導致解析度會直接降低一半。

    以筆者的實際測試感受，3D效果理想，但是畫面垂直解析度直接降低一倍的效果是直接的，顯而易見的。必定會帶來視覺體驗的直接下降，這就是低成本不可避免的帶來的問題。但這裡筆者可以告訴大家一個技巧，如果距離顯示器稍微遠一點的話，隔行所產生的解析度降低效果就不太明顯了。

快門式和不閃式3D技術的比較

    和快門式3D一樣，這種需要通過軟體處理的3D技術同樣對硬體性能有所消耗，實際遊戲測試中，無論使用哪款軟體來實現，開啟3D立體後效能下降了一半之多。這令筆者大為吃驚，以此看來，如果想流暢玩平時所玩的遊戲，顯卡性能需要有2倍以上的性能富裕量，如果平時都是剛剛達到流暢或者勉強達到流暢的遊戲，在開啟3D後根本無法滿足同樣效果下的流暢進行，而且解析度還下降了一半！

    當然，對於不同的用戶來說，各自的需求也是不同的，價格是一個直接影響用戶選擇的因素，除此之外，有些用戶對解析度並不很看重，卻對閃爍難以忍受。相反，也有人對畫面解析度的要求是最高的，閃爍和畫面變暗則無足輕重。3D顯示技術還在不斷發展中，將來也許還會有更完美的技術出現，而目前現存的技術之中，依然是各有優劣，並不能斷言哪一種更好。■<