3D显示技术的现状及未来发展方向探讨

摘要：3D显示技术方兴未艾，但要真正在人民大众中普及还有相当多的技术难关要攻克，还有很多路要走，本文讨论了目前各种3D显示技术的优缺点，并探索性的提出了未来3D显示技术最有可能的发展方向，供相关科技人员共同探讨。

关键词：3D技术；发展方向；多通道

一. 3D显示技术的研究现状

（1）双显示屏头戴式显示技术

这是一种仅供单人使用的高精度3D显示器，其原理是利用两块独立的微型LED显示屏，通过光学系统分别分别显示在人的两只眼睛，从而达到很强的立体视觉效果，从理论上讲，如果通过加装重力感应及方向感应等更加先进的技术，这种方式可能达到最佳的3D显示效果及很强的沉浸感，但目前情况是一套设备仅供一个人使用，导致使用成本很高，只能停留在小范围内使用。

（2）眼镜式3D显示技术

从目前市场上情况来看，相对比较成熟的大范围3D显示技术，当属眼镜式3D显示技术，也就是让用户佩戴专门的3D眼镜，通过两只眼睛分别观察到有视差的两幅图像来形成3D感觉。

1.色分法：即分色眼镜式，利用不同颜色的光线分别显示左右图像，再配合相应的眼镜进行观看，从而得到3D视觉效果。（2）光分法：即偏光眼镜式，即利用偏光效应，让左右两幅图像以垂直交叉的偏振光显示，配合偏光眼镜进行过滤，从而让两眼分别看到不同的图像。（3）时分法：即高速电子开关式，利用高速切换的左右两幅画面配合开关式眼镜，让人得到3D视觉效果。

（3）裸眼3D显示技术

这是目前3D技术上方兴未艾的最热门的研究方向。从目前的研究情况来看主要有以下几种：

1.视差障碍法，这是目前最简单有效的技术，其原理是通过视差障碍或者透镜阵列技术，把特制的视差障碍或者透镜阵列，精确地集成在显示面前后，通过它们的分光使得有视差的图像分别进入左右眼睛，从而形成3D效果。采用视差障碍法的裸眼3D显示技术，在技术上，除硬件工艺复杂外还需要专门的图像处理算法与之相配合，该技术在实用性设计中一个最大的技术难点，就是观看者在水平方向只有若干固定的最佳成像区，在最佳成像区之外便不能正常观看。

2.光屏障式：将条纹宽几十微米的垂直的细条栅，安置在背光模块及LCD面板间的，形成视差障壁，在立体显示模式下，由左眼看到的图像显示在液晶屏上时，不透明的条纹会遮挡右眼，由右眼看到的图像显示在液晶屏上时，不透明的条纹会遮挡左眼，从而将左眼和右眼的可视画面分开，得到到3D影像。其优点在成本上比较有优势，但屏幕亮度偏低。

3.柱状透镜式：又称为微柱透镜3D技术，其最大的优势便是其亮度不会受到影响。柱状透镜3D技术的原理是在液晶显示屏的前面加上一层柱状透镜，使液晶屏的像平面位于透镜的焦平面上，这样在每个柱透镜下面的图像的像素被分成若干子像素，透镜就能以不同的方向投影每个子像素。于是双眼从不同的角度观看显示屏，就看到不同的子像素。柱状透镜技术并不会像光屏障式那样影响屏幕亮度，其显示效果较好。

4.指向光源式：该技术搭配两组LED，配合快速反应的LCD面板和驱动方法，让3D内容以排序式进入观看者的左右眼产生视差，进而让人眼感受到3D三维效果。

（4）MLD技术：即多层显示技术，通过一定间隔重叠的两块或多块液晶面板，实现在不使用专用眼镜的情况下，让文字及图画呈现3D影像的效果。这种技术的有优点是用户不会产生眩晕、头疼等的副作用，同时对于观看者的观看角度也没有太大的限制。

1.全空间扫描显示法，最成功的就是利用高速显示设备，在整个空间里显示完整的3D影像，这算得上是真正意义上的3D显示。从目前各国试验情况来看，利用镜面反射法等已经实现了在小范围内的电脑模型之类的真正3D显示，但要显示大型场景还不现实，更主要的对观赏者而言，由于不能身处其中，从而不能有效地形成身临其境的“沉浸感”。

2.激光全息显示法，就是利用激光干涉原理，利用高速激光扫描，形成真正的三维影像，理论上说这是最理想，最完美的3D显示技术发展方向，但由于技术过于复杂，在当今技术条件下，还只能进行静态图像的显示，很难实现复杂的动态3D显示。

二. 3D显示技术的未来的发展方向

（1）在一些特殊技术领域，3D显示技术可能向着类似高速旋转反光镜方式或多层MLD技术进行发展，在小范围内实现全信息3D显示，可能用在3D建筑模型、军事场景等领域中。

（2）在民用及娱乐领域，多通道视差障碍法的应用，可能会在不久后进入民用并取得真正的发展。

目前采用三通道及多通道的视差信息，这样才有可能同时满足多人同时精确跟踪的需要，达到最佳效果。多通道视差障碍法的应用，涉及到硬件和信息源两个关键因素，硬件方面，有现成双通道视差障碍法的技术支撑，应当没有多少障碍，可能要解决的主要问题就是信息源的问题，对于数字3D的信息源，这一点也没什么问题，主要是视频记录信息源的问题，由于涉及到记录设备的改造，这可能是普及过程中的最大的障碍。

改进后的头戴式3D显示器也可能会有不错的发展前景，头戴式3D显示器不仅显示效果好而且沉浸感强还有着节约空间，节约能源等诸多优点，有着得天独厚的优势。在对现有双显示屏头戴式3D显示器进行改进时，首先要做的是需解决多人同时观看的问题，随着液晶显示屏生产工艺的技术进步及生产成本的下降，其主要问题可能就在信息处理及传递上，如果能从这方面着手，采用优化的信号处理器以及无线连接等方式，把大量设备集成使用，就有可能降低成本，可望实现普及。在此基础上，如果能在显示过程中加入半透明技术，将虚拟世界与现实世界有机融合，将有可能产生更加诱人虚拟现实沉浸效果。

总之，目前3D技术仍未成熟，特别是在分辨率、可视角度和可视距离等许多方面还存在不足，但相信，随着技术的发展，在不久的将来大家都可以轻松体验到更加逼真的3D效果。