3D立体眼镜的成像原理

3D立体眼镜的成像原理

我们人类之所以能够看到立体的景物，是因为我们的双眼可以各自独立看东西，也就是左眼只能看到左眼的景物，而右眼只能看到右眼的景物。因为人类左右两眼有间距，造成两眼的视角有些细微的差别，而这样的差别会让两眼个别看到的景物有一点点的位移。而左眼与右眼图像的差异称为视差，人类的大脑很巧妙地将两眼的图像融合，产生出有空间感的立体视觉效果在大脑中。

由于计算机屏幕只有一个，而我们却有两个眼睛，又必须要让左、右眼所看的图像各自独立分开，才能有立体视觉。这时，就可以通过3D立体眼镜，让这个视差持续在屏幕上表现出来。通过控制IC送出立体讯号(左眼->右眼->左眼->右眼->依序连续互相交替重复)到屏幕，并同时送出同步讯号到3D立体眼镜，使其同步切换左、右眼图像，换句话说，左眼看到左眼该看到的景像，右眼看到右眼该看到的景像。3D立体眼镜是一个穿透液晶镜片，通过电路对液晶眼镜开、关的控制，开可以控制眼镜镜片全黑，以便遮住一眼图像;关可以控制眼镜镜片为透明的，以便另一眼看到另一眼该看到的图像。3D 立体眼镜就可以模仿真实的状况，使左、右眼画面连续互相交替显示在屏幕上，并同步配合3D立体眼镜，加上人眼视觉暂留的生理特性，就可以看到真正的立体 3D图像。

3D立体眼镜的显示模式

市面上搭配3D/VR立体眼镜应用的立体图像种类繁多。最常见的显示模式主要有以下四种：交错显示(Interlacing)、画面交换(Page-Flipping)、线遮蔽(Line-Blanking)、画面同步倍频(Sync-Doubling)。

一、交错显示(Interlacing)

交错显示(Interlacing)就是依序显示第1、3、5、7……等单数扫描线，然后再依序显示第2、4、6、8……等偶数扫描线的周而复始的循环显示方式。这就有点类似老式的逐行显示器和NTSC、PAL、及SECOM等电视制式的显示模式。

交错显示模式的工作原理是将一个画面分为二个图场，即单数描线所构成的单数扫描线图场或单图场与偶数描线所构成的偶数扫描线图场或偶图场。在使用交错显示模式做立体显像时，我们便可以将左眼图像与右眼图像分置于单图场和偶图场(或相反顺序)中，我们称此为立体交错格式。如果使用快门立体眼镜与交错模式搭配，则只需将图场垂直同步讯号当作快门切换同步讯号即可，即显示单图场(即左眼画面)时，立体眼镜会遮住使用者之一眼，而当换显示偶图场时，则切换遮住另一支眼睛，如此周而复始，便可达到立体显像的目的。(如图：1)

由于交错模式不适于长时间且近距离的操作使用，就计算机显示周边技术而言，交错模式需要显示硬件与驱动程序的双重支持之下方可运行。随着相关显示周边技术的进步，非交错模式已完全取代交错模式成为标准配备。

二、画面交换(Page-Flipping)

画面交换(Page-Flipping)是由特殊的程序来改变显卡的工作原理，使新的工作原理可以用来表现立体3D效果。因为不周的显示芯片有其独特的工作原理，所以如果要使用画面交换，那么必须针对各个显示芯片发展独特的立体驱动程序以驱动3D硬件线路，因此画面交换仅限于某些特定显示芯片。

它的工作原理是将左右眼图像交互显示在屏幕上的方式，使用立体眼镜与这类立体显示模式搭配，只需要将垂直同步讯号作为快门切换同步讯号即可达成立体显像的目的。而使用其它立体显像设备则将左右眼图像(以垂直同步讯号分隔的画面)分送至左右眼显示设备上即可。(如图：2)

画面交换提供全分辨率的画面质量，故其视觉效果是四种立体显示模式中最佳的。但是画面交换的软硬件要求也是最高的，原因主要有两点。第一、屏幕的交错显示与3D立体眼镜的遮蔽不佳的话，那么有可能只能使左眼看到右眼的部份，右眼看到左眼的部份，造成"三重"图像(左眼、右眼、合成图像)，也就是说图像会有残影出现。所以要想同时存取左右眼的画面，那么画面缓存器(Frame Buffer)所需的最小容量就要普遍的两倍。第二，由于屏幕是交错显示，因此不可避免地会出现闪烁现象。要想克服立体显像的闪烁问题，左右眼都必须提供至少每秒60个画面，也就是说垂直扫描频率必须达到120Hz或更高。

三、画面同步倍频(Sync-Doubling)

画面同步倍频(Sync-Doubling)与前两种显示模式最大的不同，它是用硬件线路而不是软件去产生立体讯号，所以无需任何驱动程序来驱动3D硬件线路，因此任何一个3D加速显示芯片均可支持。只需在软件系统上，对左右眼画面做上下安排便可达成。

它的工作原理是通过外加电路的方式在左右画面间(即上下画面间)多安插一个画面垂直同步讯号，如此便可使左右眼画面，就像交错般地显示在屏幕上，通过使用画面垂直同步讯号为快门切换同步的方式，我们便可以将左右画面几乎同时送到相对应的双眼中，达到立体显像的目的。由于画面同步倍频会将原垂直扫描频率加倍，因此须注意显示设备扫描频率的上限。此模式是最具效果的立体显示方式，不会受限于计算机硬件规格，同时可利用图像压缩(MPEG)格式，达到进一步传输、储存的目的。(如图：3)

四、线遮蔽(Line-Blanking)

线遮蔽(Line-Blanking)与画面同步倍频一样，是通过外加电路的方式来达到立体显像的目的，相当适合计算机标准的非交错显示模式。

它的工作原理是将撷取的画面储存在相当的缓存器(Buffer)中，送出遮蔽偶数扫描线的画面后送出一个画面垂直同步讯号，再接着送出遮蔽单数扫描线的画面，如此周而复始的撷取画面并送出两个单偶遮蔽的画面，便可类似于画面交换的方式行立体显像的工作。其工作模式会将显卡送出讯号的垂直扫描频率加倍，因此使用这种立体显示模式，须注意显示设备扫描频率的上限。(如图：4)

由于其采用立体交错格式，对于过去的交错显示的应用软件及媒体，线遮蔽都可充分支持，因此这种立体显示模式的回溯兼容性最佳。但它与交错模式一样，垂直分辨率将会减少一半，所以立体画面品质会比画面交换模式稍差。