立體顯示技術簡介 二、主動式眼鏡立體系統


需要眼鏡的立體顯示技術,最大的特色,就是需要帶上特殊的眼鏡了~由於效果、技術、成本等等因素,目前應該還是算較為普及的立體呈現方法。而眼鏡基本上又可以再分為幾類,這邊主要提三大類:主動式眼鏡(active glasses)、被動式眼鏡(passive glasses)、其他類型眼鏡。

而這一篇首先介紹的,就是主動式眼鏡;而這一類的眼鏡主要就是所謂的快門鏡(shutter glasses)。

技術原理

這種技術的基本原理就是,在螢幕上會以兩倍的頻率交互地顯示左眼和右眼的影像,而眼鏡則會去動態地屏蔽使用者的左眼和右眼,在螢幕顯示左眼影像時遮住右眼、在螢幕顯示右眼影像時遮住左眼,以此達到讓兩眼看到各自不同的影像。

上圖就是簡單的示意圖,左邊的的圖就是代表螢幕在顯示左眼畫面時,眼鏡的右眼會變黑將右眼遮蔽、僅有左眼能看到左眼的畫面;而右圖則是代表螢幕顯示右眼畫面,此時眼鏡的左眼會變黑將左眼遮蔽,僅有右眼能看到右眼的畫面。

雖然在這種狀況下,沒有兩隻眼睛是同時看到影像的,但是由於人眼的視覺暫留等機制的效果,還是能感覺到兩眼都有看到各自不同的影像,進而產生立體感的!

目前這樣的技術,在眼鏡上大多是搭配液晶(liquid crystal)控制透光度來做遮蔽,所以一般又稱 LC shutter glasses。而整套系統所需要的硬體,除了主動眼鏡本身外,還需要一台可以擁有兩倍以上更新率的顯示裝置(投影機或一般螢幕皆可);一般來說,傳統螢幕要有 60hz 才能維持良好的動態效果,而立體螢幕則需要 120hz 以上,才能讓兩眼各自都還有 60hz 的水準。另外,立體眼鏡也還要有辦法可以和螢幕的畫面同步,讓眼鏡的遮蔽和螢幕的左右眼一致;如果是無線式的話,就是要有專屬的同步訊號發射器。

實際上這項技術實際上已經被使用好一段時間了~大部分好一點的陰極射線管(cathode ray tube, CRT)螢幕都可以拿來搭配這種技術的眼鏡使用。不過早期的液晶螢幕(LCD)由於更新率不足,沒有辦法提供 120hz 的更新率,所以不適合用來搭配快門式的立體系統;一直到最近才因為在相關技術上的突破,使得新一代的 LCD 可以提供 120hz、甚至 240hz 的更新率,足以用來搭配快門式眼鏡作立體顯示。而目前使用這種類技術的產品中最有名的,應該就是 nVidia 的 3D Vision(參考:nVidia 官方網站)了!

下面則是一些這一類產品的介紹:


首先是早期的有線式快門眼鏡

右圖就是一款 Heresy 這邊有的有線式快門眼鏡。顧名思義,「有線」就是需要拉一條額外的線,用來提供電源與同步訊號;而 Heresy 手邊這一款是採用耳機用的 3.5mm 接頭。

而為了提供訊號給眼鏡,他還需要搭配專用的同步訊號產生裝置(左圖)才能使用。照片中最右邊的接頭,是用來連接電腦輸出的 D-Sub 訊號,然後除了再把訊號傳給螢幕外,也會另外產生所需的同步訊號,再傳送給眼鏡;而電源的部分,則是另外由 PS/2 鍵盤提供(中間的接頭)。

有線式的主要的缺點,就是卡了一條線,在行動上會比較不方便。而由於要另外接線,如果要多人使用的話,也需要額外處理接頭的分接等問題;這 Heresy 這次介紹的這款的話,預設就只能接兩附眼鏡。


接下來,則是比較早期的無線式快門眼鏡

右圖就是 Heresy 這邊手邊有的一種無線的快門式立體眼鏡。由於快門式的立體眼鏡需要同步訊號來確定遮蔽的時間,所以無線的眼鏡一般都是透過紅外線來接收同步訊號的;在右圖中,兩眼中間上方的小黑點,就是紅外線的訊號接收器。

而有了接收端,當然也要有發送端;左邊的照片,就是這款眼鏡搭配的紅外線同步訊號發射器(emitter)。而這一類的訊號發射器的同步訊號來源,大多都是一種叫做「3-pin mini-DIN」的標準立體訊號接頭(左邊照片左方的線);這種接頭在專業級的繪圖卡(例如 nVidia Quadro)上大多都有,可以直接接上去使用。而如果是使用一般的遊戲卡(例如 GeForce),則可以搭配專用的訊號分接線(照片一照片二)來連接使用。而一個發射器可以涵蓋的範圍,則會因不同產品而有所不同,必要時也可以同時使用多個訊號發射器。

無線式的好處是擺脫了線的束縛,在行動上相對的比較自由;而且只要能收到發射器的訊號,不管是幾附眼鏡都可以直接同時使用,不需要額外處理。但是,由於這種眼鏡沒有線可以供給電源,所以需額外安裝電池(參考照片)才能使用;這也使得眼鏡有使用時間以及重量上的問題。


而接下來,則是提一下最近比較熱門的 nVidia 3D Vision

其實說穿了,他基本上也只是無線式的快門眼鏡而以;只不過,他做得更漂亮、也更輕了!和前面提到的舊式眼鏡相比,他的眼鏡做得更小、造型更好,同時也改為使用 USB 充電的內建電池;而在同步訊號發射器方面,他也將界面改為現在很普遍的 USB 界面,同時也可以直接藉由發射器上的界面,做一些調整。

雖然 Heresy 覺得他改得相當不錯,但是相對的,他也做了許多限制;像是只能用在 nVidia 顯示卡的系統、必須要是 Windows Vista / 7 的作業系統等等,這些也在某些程度上,限制了他的使用範圍。關於 nVidia 3D Vision 的介紹,可以參考《3D顯示再進化!NVIDIA 3D VISION達到真正全3D顯示能力!》一文。

補充:Heresy 自己的開箱文


另外,還有一個是 DLP 3D 技術

這樣技術是由 DLP(Digital Light Processing)技術開發廠商、德州儀器(Texas Instruments,官方網站)所提出的,它的資料網頁是《3D DLP HDTV》。

他採用的技術,基本上也是利用高更新率的畫面,來搭配主動式眼鏡使用。不過他的同步方法是採用所謂的「DLP Link」的方式,充分地利用 DLP 的特性,直接在顯示的畫面切換左右眼時,顯示超短時間的特殊畫面(似乎是 2ms 的灰階畫面)當作同步訊號給眼鏡接收;這個做法的好處,就是不需要額外的同步訊號發射器,可以降低一定的成本,同時也可以讓眼鏡接收同步訊號的範圍更大。

不過這種立體技術 Heresy 並沒有真的看過,所以不好對此做評論;而在《DLP Link:德儀的 3D 投影同步技術》有對此做簡單的介紹,有興趣的人可以參考。

補充:DLP 3D 介紹、立體眼鏡測試


小結

在 Heresy 來看,快門式的立體眼鏡是一種效果相當優異的立體呈現技術;透過快門式立體眼鏡,可以有效地遮住眼睛的視線,進而控制雙眼各別看到的畫面。而也因此,他產生的立體效果,也是 Heresy 覺得最好的一種!

不過他在呈現效果的缺點是,在使用時,所看見的亮度會降低許多;不過實際上這也是大部分的立體顯示技術都會有的共通問題。而在快門鏡系統裡,這個問題主要的原因是因為理論上,每隻眼睛看得到螢幕的時間,都會變成原來的一半(因為一半的時間會被遮住,只讓另一隻眼睛看),所以亮度自然會降低。

而如果像是 3D Vision 實際用在 LCD 上的話,又會因為 LCD 的更新率不夠快,有大部分的時間都會是液晶狀態轉換而不應該被看到的部分(下圖淺藍色的區域),這時候其實雙眼都會被眼鏡所遮蔽;而實際上真正可以看到螢幕的時間(下圖中藍色較深的區域)會比一半更短,甚至會不到 30%!這也導致了最後看到的畫面亮度,會在 30% 以下…

除了亮度的問題外,快門眼鏡另外的問題,就是成本了。和其他的眼鏡比起來,快門眼鏡算是相對貴的;以 nVidia 的 3D Vision 來說,一附眼鏡加上一個訊號發射器的官方售價要 199 美元,換算台幣約 6400 左右;而單買一副眼鏡則要 149 美元,換算後已經接近 5000 元台幣了!對於只有三五好友要用的話,多買幾附的價錢應該還可以接受,但是如果是要多人使用的話,這個價格就很可觀了!

而在多人使用時,也還有可能會因為不同系統的關係,而需要考慮到不同的同步訊號問題;例如紅外線的發射器所發出的訊號可能會被遮住、有線式的訊號需要分接…等等。也因此,某種程度上快門眼鏡的系統,並不是那麼適合多人使用。

另外,由於快門式的立體眼鏡本身是用一個固定的頻率在做遮蔽;而像日光燈管基本上也是在以一個固定的頻率在閃爍,如果兩者剛好不幸「配合」到的話,那就可能產生嚴重的干擾,進而影響到觀看的品質。不過 Heresy 這邊發生這樣的狀況,是比較早期的系統,新一代的系統會不會有類似的問題,由於沒有真的玩過,就不得而知了。

附註:亮度過暗以及同步訊號的問題,不確定是否會發生在 3D DLP 的系統上。


對「立體顯示技術簡介 二、主動式眼鏡立體系統」的想法

  1. […] 另外,威秀的 4DX 3D 的立體顯示是採用主動式立體顯示的設備(參考)。這種技術的眼鏡會有電池、自然比較大、也比較重,相對地也比較難維護、同時成本也高;所以雖然理論上它的立體效果會比較好,但是 Heresy 還是滿訝異、現在居然還有電影院是用這種眼鏡。 […]

  2. […] 在一般螢幕的顯示效果的部分,基本上採用 nVIDIA 3D Vision 這類主動式立體技術(原理介紹)的顯示器,為了讓面板的反應速度夠快到提供兩倍於常規的更新率,所以幾乎都是採用反應速度最快的 TN 面板(Heresy 唯一知道的例外,是 Sony 採用 VA 面板的 Sony PlayStation 3D 螢幕:CECH-ZED1);而不管是從規格、還是液晶排列方式(右圖,建議放大後看)來看,ASUS VG278H 這款 3D 螢幕,應該也是 TN 面板沒錯。 […]

  3. […] 之前在《立體顯示技術簡介》的系列文章中介紹主動式立體系統的時候,Heresy 就已經有提過 nVIDIA 3D Vision 這套電腦用的主動式立體顯示系統(官方網站)了。這套系統是由顯示卡大廠 nVIDIA 所推出,搭配自家的 GeForce 顯示卡的主動式立體顯示系統,也是目前市面上一般人比較容易買到的立體顯示系統之一。 […]

發表迴響

在下方填入你的資料或按右方圖示以社群網站登入:

WordPress.com 標誌

您的留言將使用 WordPress.com 帳號。 登出 /  變更 )

Google photo

您的留言將使用 Google 帳號。 登出 /  變更 )

Twitter picture

您的留言將使用 Twitter 帳號。 登出 /  變更 )

Facebook照片

您的留言將使用 Facebook 帳號。 登出 /  變更 )

連結到 %s

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.