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汇总:所有你该知道的AR/VR/3D技术与发展(三)

2020.10.26

  因为3D图像是依靠屏幕投射的,所以只要3D效果不是太夸张的话,自动立体显示本身可以支持支持视觉辐辏和视觉调节。

  但是这并不代表这种系统不会造成眼睛不适。事实上,这种系统在不同视觉区域的转换方面也有另外一个问题。

  这种系统的图像会出现频繁的跳跃、亮度变换、暗带、立体视觉中断等问题,最糟糕的是左右眼看到的内容被颠倒,导致完全相反的3D感受。

  那么我们应该如何解决这些问题呢?

  3M公司在2009年开始对这项科技进行商业化生产。

  棱镜膜会被插入到普通LCD屏幕背光的薄膜堆栈之中,可以分别通过来自左右某一方向的光线来照亮,当光源来自左边的时候,LCD的图像将会在投射在右边的区域, 当光源来自右边的时候,图像会在左边的区域投射。

  快速切换光源的方向,并按照同样的频率改变左右眼看到在LCD看到内容,这样可以产生立体视觉,但是前提是屏幕需要放在观看者的正前方。如果通过其他视角观看的话,立体效果将会消失,图像也会变会平面。

  因为观看的范围非常有限,所以这种显示技术通过称为“2.5D”。

  在一个2D屏幕上面加入一块被开了许多小口的遮盖层,当我们通过这些小口观察屏幕的时候,我们不能看到下面的所有像素。我们能够看到的像素实际上取决于观看角度,观察者的左眼和右眼可能会看到不同的像素组。

  “视差屏障”这个概念早在一个世纪以前就被发现了, 夏普在十年前首次将其投入到了商业应用。

  经过改良,现在这项技术采用了可切换的屏障,这实际上是另一个活动的屏幕层,它可以产生屏障效果,也可以变为透明,将屏幕恢复到2D模式,以显示完整的分辨率。

  早在2011年的时候,HTC EVO 3D和LG Optimus 3D就已经登上头条了,因为它们是全球率先支持3D功能的智能手机。但它们其实只是2.5D技术的另一个例子,只能在非常狭窄的视角范围提供3D效果。

  从技术上讲,视差屏障可以不断扩展形成更宽的视角。但问题是视角越宽,你所需要屏蔽的光线就越多,这样就会造成耗电量过大的问题,尤其是对于移动设备来说。

  在一个2D屏幕上面覆盖一层微型凸透镜,我们都知道凸透镜可以聚焦来自远处光源的平行光,小孩子用放大镜点着东西也是利用了这个原理。

  这些透镜可以收集从屏幕像素发出的光线,并将其转变为具有方向的光束。我们把这个现象称为准直(collimation)。

  光束的方向会随着透镜下方的像素位置而改变。这样的话,不同的像素将会跟随光束投射到不同的方向上。柱状透镜技术最终可以达到视差屏障同样的效果(都是利用在不同的空间位置看到的像素组不同的原理),只是柱状透镜不会遮挡任何的光线。

  那为什么我们在市面上没有看到柱状透镜3D屏幕呢?

  这不是因为没有人尝试,东芝就在2011年在日本发布过第一代系统。但是这种屏幕在仔细观看的时候会出现了一些难以接受的视觉假象,这主要是由透镜产生的问题。

  首先,屏幕像素通常都是由一个面积较小的发射区和一个面积较大的“黑色矩阵”组成的,后者是不发光的。在经过透镜的处理之后,单个像素的发射区和黑色矩阵会被偏折到空间的不同方向。这样会导致3D画面出现非常明显的黑色区域。唯一能解决这个问题的方法是对透镜进行“散焦”,但是这样做会导致不同视角之间的干扰,图像也会变得模糊。

  其次,只用单个透镜是很难在广视角下达到合适的准直的。这也是相机镜头和显微镜会使用复合透镜而不是单透镜的原因。因此柱状透镜系统只能在较窄的视角(大约20度)观察到真正的运动视差。超出这个范围的话,3D图像就会不断重复,感觉就像观看的角度不对一样,图像也会变得越来越模糊。

  较窄的视场和糟糕的视觉转换是柱状透镜屏幕的最大缺陷。对于电视系统来说,如果观众会自动调整他们的头部并且不会走来走去的话,那么现在的柱状透镜技术是可以接受的。


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