要立体,不要眼镜

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  当詹姆斯·卡梅隆花费了5亿美元的《阿凡达》在人们眼前引爆的时候,不仅成了威力巨大的3D视觉炸弹,可能也成了一个新兴技术的开始。
  视觉刺激对于人类总是有天然的吸引力,另一方面他们却也可能对此更挑剔。拿3D电影来说,人们现在发现,在戴上3D眼镜之后往往需要牺牲画面的亮度,并且没有人愿意多戴一副眼镜。
  “能否把眼镜拿掉”,不仅消费者会这么想,这也是那些技术和研发人员的想法,毕竟更易于使用、体验更好的技术才会有更广阔的市场。我们也可以重点提提那些原本就戴着眼镜的人,他们对此当然会举双手赞成。
  在现阶段的3D视觉技术中,这副麻烦的眼镜还很有存在的必要。由于人的双眼之间约有6至8cm的距离,在观看同一个物体时,双眼相对于物体的角度不同,所接收的影像会产生轻微的差异。大脑正是根据这种视差的角度,判定出物体的远近,建立每个物体的相对距离,从而让人的视觉产生了天然的立体感。
  3D眼镜很好地利用了这种原理。目前主流的3D眼镜,大部分采用了“偏振光”原理。它由横向和纵向的两片偏振镜片组成。此外3D影片在拍摄时,也会同时采用两个镜头来得到横向与纵向的偏振光。
  所有这些准备都是为了银幕上的这一刻:横向的偏振光只能通过横向偏振镜片,纵向偏振光也只能通过纵向偏振镜片。它们之间的距离经过事先设计,一个人为制造的、在原本2D画面上的视觉差异就这么形成了,我们看到了一幅幅3D画面。
  最先对此有所反应的是一些日本的手机公司,它们陷在激烈的市场竞争中已经太久了,急需一些能够吸引消费者兴趣的新玩意。
  在《阿凡达》上映后第11个月,夏普发布了世界上第一款裸眼3D智能手机。这款拥有特殊屏幕的Android手机,允许消费者自由地在2D和3D效果上进行切换,同时手机内置了《洛克人》等多款支持3D显示的游戏。
  游戏开发商也紧随而至。包括卡普空(Capcom)、柯纳米(Konami)、南梦宫(Namco)在内—它们已经称得上日本以及世界范围内极具知名度的几家游戏开发商,都宣布将推出支持3D显示的手机游戏。任天堂(Nintendo)更是在2011年年初发布了第一款裸眼3D游戏机:Nintendo 3DS。
  这些公司现在还顾不上考虑太多问题,比如在小屏幕上表现3D会有多大的吸引力。它们只知道两件事:人们喜欢3D图像;如果为了看电影而戴上3D眼镜还算可以接受的话,那么恐怕没多少人会为了“3D手机”而专门随身携带一副眼镜。
  新的概念就这样出现了,它被称为“裸眼3D”(Glasses-Free 3D)。
  探路的日本公司使用的是名为“视差屏障”(Parallax Barrier)的技术,由此实现裸眼3D的效果。它们在屏幕上设置了许多宽度只有数十微米的栅栏,阻挡了一些屏幕光线的通过。
  人类的眼睛又一次被顺利欺骗了。在人的眼睛看来,左右眼被遮挡的部分并不相同,因此各自能看到不同的画面。只要将左右眼看到的画面交错排列,调整好距离和角度,就会形成立体的画面—至少是完整的画面。
  这的确只是最初的试探之举。视觉屏障技术在现有的LCD液晶屏幕上就可以实现,因此无论是夏普还是LG,都可以直接利用原有的生产线,不需要太多新的投入。
  市场却已经蠢蠢欲动,尤其是在电视机市场上。据行业调研机构DisplaySearch的一份报告统计,2011年3D显示屏出货量已经达到了5080万片,其中约有一半用于3D电视机,同比增长511%。到2012年结束时,会再增长90%,达到4600万台。
  “在2009年之前,进入这个领域的厂商很少。但2009年之后,随着3D电影的普及,大的厂商几乎都进来。经过两三年,3D几乎已经成为了液晶电视的标准配置了。”朗辰科技CEO吴志平告诉《第一财经周刊》。
  与电影院一样,目前主流的3D电视仍然需要佩戴特殊的眼镜。因为与手机相比,视差屏障技术运用到家用电视上时,它的不足也随着产品尺寸被放大了。
  光栅遮挡了部分光源、显示亮度偏暗,只是其中一个问题。为了产生立体效果,原本一体的画面被分割成左眼画面和右眼画面,造成分辨率也随之下降。最大的问题是“视点”太少,由于技术的限制,许多裸眼3D电视只有在特定的几个位置才能看到明显的3D效果,这太不讨用户喜欢了—除非他们都是《生活大爆炸》中的Sheldon,习惯自我约束在固定的座位上看电视。
  为了实现良好的3D效果、同时摆脱麻烦的眼镜,有人开始寻找更多的替代技术。朗辰科技和另一家位于杭州的沃飞,就都从飞利浦手中拿到了一种叫“柱状透镜(Lenticular Lens)”的裸眼3D技术的授权。
  与遮挡不同,这种技术利用了光的折射原理。它在液晶屏前设置了圆柱型的凸透镜薄膜,在每个凸透镜下,原有的图像被分成了几个子图像,当双眼通过不同的方向观看时,视差产生并形成了立体效果。
  这就像把筷子插入水中,由于这层薄膜本身是透明的,不会阻挡背光,所以与“视差屏障”相比亮度获得了很大提升,几乎与传统的液晶电视一致。
  这种技术还可以实现2D和3D的自由切换。朗辰的技术是当不需要显示3D效果时,打开相关的开关,使原本要右偏的光线向左偏,抵消折射效果;而当需要显示3D效果时,关掉这个开关即可。
  考虑到这种做法带来的成本以及产品重量、厚度的增加,沃飞采用了不同的做法。它选择研发图像转换软件,通过渲染算法实现2D和3D的转换。“我们现在已经可以实现实时转换和离线转换。”沃飞CEO张强说。
  技术的提升带来了一些客户。开始有像奔驰、别克这样的汽车品牌找到沃飞和朗辰,希望它们帮忙制作3D广告片;一些地产和奢侈品品牌希望采购设备用于产品的店面展示;一些大型的会展、时装周也开始把裸眼3D设备作为新的营销工具,2012年的上海春夏时装周首次同沃飞合作,用作展示了20多位设计师的作品。   尽管打入了一些商用市场,但基于透镜技术的裸眼3D电视还无法量产。无论是夏普、LG,还是拥有技术专利的飞利浦,都还不太愿意进行技术升级。一个原因是它们还不太能把握电视用户的接受程度:无论是“柱状透镜”还是“视差屏障”,图像都是被分割的,前者除了能保证显示亮度,在分辨率和可视角度的提升上并不明显。
  另一个重要的原因是成本。相关的工艺、工序和设备,与厂商原有的LCD液晶屏生产线不兼容,需要在人员、设备上进行新的投资,2D和3D的转换也需要花费更高的成本。如果不能实现大规模的量产,为了保证利润就必须把单品价格定得很高,反过来又会抑制消费者的购买热情。“现在的产品出厂价是普通电视的2至3倍,”张强告诉《第一财经周刊》,“除了本身的制造成本,主要就是量上不去。”
  裸眼3D还需要更进一步。
  采用更高清的面板是解决分辨率的一个快速有效的方法—如果不考虑成本上升的话;如果从现有技术改进,研发人员正在设法运用宽度更窄的光栅,减少阻挡的光线以提高分辨率;此外还可以通过优化软件的算法,提高输出图像的清晰度,把损失的分辨率补回来。
  吴志平说,他们也正在密切关注“眼球追踪”技术在裸眼3D中的应用:理想状态下,通过捕捉眼球的位置,将数据反馈到控制芯片中,并通过软件调节光线,最终可以将影像准确地投射到眼球中。
  应用场景的不同,也会影响技术侧重点的变化。如果用在户外广告,由于需要在几秒之内抓住消费者的眼球,就需要优先强调立体成像的效果;如果是在家中观看3D影片,可能更应该关注可视角度和3D效果的稳定性。
  这个市场的诱人之处在于,已经开始有越来越多的公司试图加速它的“引爆点”的到来。
  3M公司的指向光源(Directional Backlight)技术,直接作用在了背光上。它使用两组LED,同时配合反应更快的LCD液晶主屏幕,以高速交替的方式分别朝左右眼交叉投射不同画面,产生视差和立体感。
  由于是背光两侧的LED交替产生画面,而不是将同一个画面进行像素切割,因此可以很好地解决分辨率下降的问题。如果需要显示2D画面,只要将两侧的LED光源同时亮起,不需要增加额外的重量和成本。
  这项技术目前在试图解决一个问题。靠交替显示制造出视差,可视角度的限制很大,只有在正面很小的范围内才能看到3D的效果。
  抛开技术本身的种种制约,3D内容和格式标准的缺乏,也是这个行业的大问题。“中央电视台开了一个3D实验频道,一天轮播2次,一共12个小时。这就是全部的内容了。”张强说。在国外,3D电视频道也还没有高清频道那样普及。
  没有统一的格式标准,缺乏3D终端显示、编码、传输等行业标准,不仅困扰着沃飞和朗辰这样的企业,也让大公司们对进入这一市场举棋不定。杜比实验室已经参与了进来,它们与飞利浦合作,希望通过提供标准化的杜比3D格式以及相关技术授权,推动业界采用裸眼3D技术。
  面对种种正在演进的技术,消费者和市场期待的是那些敢于下注并积极推动的公司。从这个角度看,现在也是一个令人兴奋的“爆炸”前夜。要知道,“完美无缺”一向不是一个技术最终获得市场认可的前提。
  2015年,《阿凡达2》就将卷土重来,不知道当人们再次走进影院时,手里还需不需要抓着那副眼镜。




  01 视觉屏障技术:利用“栅栏”阻挡一部分光线,使原本2D的画面在双眼中呈现出两个不同视角,即视角A和视角B。视角A和视角B交替出现,形成了立体图像。
  02 柱状透镜技术:在屏幕前方覆盖一层管状凸透镜薄膜,使人眼看到的图像产生折射,这种折射让画面内的物体,在人眼内有了距离上的差距。
  03 指向光源技术:通过两处LED光源,向左眼和右眼投射不同角度的图像。当第二幅画面出现时,第一幅画面仍在人眼中留有“残影”,两者的视觉差异形成了3D图像。
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