液晶快門立體眼鏡(Liquid Crystal Shutter GlassesLCS Glasses簡稱LCS眼鏡)

讓我們先來了解一下立體影像(Stereoscopic Images)LCS眼鏡的基本工作原理。我們人類之所以能夠看到立體的景物,是因為我們的雙眼可以各自獨立看東西;亦即左眼只能看到左眼的景物,而右眼只能看到右眼的景物,然後再經過大腦的自然融合(Fusing),即可以呈現立體的景物在大腦中。由於電腦螢幕只有一個,而我們卻有兩個眼睛,又必須要讓左、右眼所看的影像各自獨立分開,才能有立體視覺;此時,有一個解決的方法,那就是:以時間分割(Time Sharing) 的方式,將左、右眼的影像交替輪流顯示在螢幕上,再透過一個同步快門觀賞器(Synchronized Shutter Viewer),也就是LCS眼鏡,這種立體眼鏡係利用電子訊號來控制液晶鏡片的「全黑」(遮蔽)與「透明」(打開),當螢幕顯示左眼的影像時,將右眼遮蔽起來;相反地,當螢幕顯示右眼的影像時,將左眼遮蔽起來。如此週而復始地,以快於人類之視覺暫留的速度進行交替顯示,我們的大腦就這樣給矇混過去,而產生立體視覺了。

目前LCS眼鏡,係使用個人電腦來觀賞立體影像最經濟實惠的一種方法,過去是搭配CRT MonitorCRT TV、三槍投影機,現在則是搭配液晶螢幕(LCD Monitor)DLP投影機來觀賞立體影像。2009年有幾家國際大廠如nVidiaTIDolbyRealDPanasonicOlympus、…等相繼投入LCS眼鏡的開發與應用,可預期會帶給資訊產業消費市場3D流行風潮。

 

以下,我將就目前最普遍、最容易取得的液晶螢幕(LCD Monitor)DLP投影機來探討分析如何使用LCS眼鏡來搭配,以達到觀賞3D立體影像的目的。

液晶螢幕
(LCD Monitor)
當我們要以LCS眼鏡搭配液晶螢幕來觀賞3D立體影像時,馬上就會面臨一個現實的問題,要如何將立體影像顯示給LCS眼鏡觀賞?這裡頭牽涉有幾個議題:(1)顯示幕 (2)立體影像顯示格式 (3) 3D驅動程式 (Stereo 3D Driver) (4) 3D播放軟體 (3D Player)

 

  1. 顯示幕
    過去LCS眼鏡搭配CRT MonitorCRT TV、三槍投影機時,比較沒有什麼技術上的問題;但是自從液晶螢幕漸漸普及並取代傳統CRT Monitor後,儼然已成為主流且強勢的顯示幕,可是對於LCS眼鏡來說則是惡夢的開始,其主要有下列幾個因素:

      • 偏光性 (Polarization)
        因為液晶螢幕與LCS眼鏡皆貼有偏光膜(Polarizer),如果二者的偏光方向呈垂直90度,則LCS眼鏡所看到的將是全黑畫面,而無法看到液晶螢幕的影像;換言之,如果要使LCS眼鏡能看到液晶螢幕的影像,則二者的偏光方向必須是平行。

      • 像素反應時間 (Pixel Response Rate)
        一般液晶螢幕的顯示,其所費的時間比傳統CRT螢幕顯示一個畫面還多,這是因為液晶螢幕的像素反應時間較長,如此會造成LCS眼鏡有閃爍(Flicker)的現象,而使眼睛有不舒服感。所以,必須縮短液晶螢幕的像素反應時間,使其畫面顯示更新率(Refresh Rate)高達100 ~ 120Hz,才能有效解決閃爍的不舒服感。

      • 亮度 (Brightness)
        由於LCS眼鏡貼有偏光膜(Polarizer),其透光性(Transparency)約為50%~60%,加之一般液晶螢幕的有效穩定畫面(Stability Frame)的顯示時間約有25% ~ 35%的整個畫面顯示,這是因為液晶螢幕的像素由「關到開」與由「開到關」所佔的時間較長,扣除此時間後才是有效穩定畫面顯示;否則,不在有效穩定畫面開啟LCS眼鏡,會產生「鬼影」(GhostingCrosstalk)現象;但是,在有效穩定畫面才開啟LCS眼鏡會造成LCS眼鏡開啟的時間縮短,因而使觀賞的畫面變暗。有效解決之道:當開啟LCS眼鏡時,也要增強液晶螢幕的顯示亮度。

      • 3D立體影像顯示
        由於液晶螢幕係使用畫面填滿(Frame Based Hold-Type)顯示方式,所以3D立體影像必須配合依序將其左、右眼影像填滿畫面後輪流顯示(Frame Sequential Display)。目前最常見的3D立體影像顯示模式是「畫面交換」(Page-Flipping),但是必須搭配專用的3D驅動程式(Stereo 3D Driver)才可以使使用。


  2. 立體影像顯示模式 (Stereo 3D Display Modes)


    • 交錯顯示 (Interlacing)


      所謂「交錯顯示」模式即是將一個畫面 (Frame)分為二個圖場(Field),即奇數掃描線所構成的奇圖場(Odd Fields) 與偶數掃描線所構成的偶圖場(Even Fields)的顯示模式,其依序顯示第02468、…等偶數掃描線後,再依序顯示第13579、…等奇數掃描線,週而復始的循環顯示方式 (如上圖)。起初,「交錯顯示」模式並不是針對立體顯像所設計,而是早期映像管技術尚未成熟時所制定的電視播放標準,如現行的NTSCPAL、及SECOM等電視播放系統皆是以「交錯顯示」模式來傳送及播放訊號。在使用「交錯顯示」模式做立體顯像時,我們可以將左眼影像與右眼影像分置於偶圖場和奇圖場 (或相反順序) 中,故在電視或電腦螢幕上之立體影看起來會如下圖一般,我們稱此為「交錯影像格式」 (Interlaced Format)


      若使用
      LCS眼鏡與「交錯顯示」模式搭配,則只需將圖場垂直同步訊號 (Field V-Sync) 當作快門切換同步訊號即可,即顯示奇圖場時,立體眼鏡會遮住使用者之一眼,而當換顯示偶圖場時,則切換遮住另一隻眼睛,如此週而復始,便可達到立體顯像的目的。由於近年來的VGA顯示卡已不再支援「交錯顯示」模式,所以目前這種顯示模式已不再被使用於PC CRTLCD Monitor



    • 畫面交換顯示 (Page-Flipping)


      「畫面交換顯示」(Page-Flipping) 是將左、右眼影像交互顯示在螢幕上的方式 (如上圖),其提供全解析度 (Full Resolution) 的畫面,影像品質是其他立體顯示模式中最佳的;使用LCS眼鏡與這類立體顯示模式搭配,只需要將垂直同步訊號 (V-Sync) 作為快門切換同步訊號,即可達成觀賞立體影像的目的。

      「畫面交換顯示」其硬體需求較高:第一、由於其支援全解析度畫面,故其畫面暫存器 (Frame Buffer) 所需的容量為一般的兩倍;其二、欲克服立體顯像之「閃爍」問題,必須提供每個眼睛至少每秒六十個畫面,故其垂直掃描頻率必須至少120Hz或更高;最後,由於牽涉到硬體畫面暫存器的畫面交換安排與管理,所以需要顯示晶片、繪圖晶片或顯示繪圖卡廠商提供必要的3D驅動程式(Stereo 3D Driver)才得以使用「畫面交換顯示」,目前市面上僅nVidia有提供「畫面交換顯示」的3D驅動程式且其只搭售在nVidia 3D Vision 產品,並不提供免費下載,甚是可惜!


    • 畫面同步倍頻顯示 (Sync-Doubling)


      與「交錯顯示」及「畫面交換」最大的不同的是,「畫面同步倍頻顯示」不需要更動任何電腦顯示週邊,只需將垂直解析度減半之左、右眼影像做上下安排即可
      (如上圖,我們稱此為「上/下畫面」(Above/Below)格式。

      「畫面同步倍頻顯示」之工作原理是透過外加電路的方式,在左、右眼影像中間 (即上/下畫面中間) 多安插一個畫面垂直同步訊號 (V-Sync),如此便可使左、右眼影像交替地顯示在螢幕上。透過使用畫面垂直同步訊號(V-Sync)為快門切換同步的方式,我們便可以將左、右眼影像送至相對應的雙眼中,而達成觀賞立體影像的目的。

      由於「畫面同步倍頻顯示」會將原垂直掃描頻率加倍,因此可以有效解決LCS眼鏡觀賞時的「閃爍」(Flicker)問題。此一模式為LCS眼鏡在CRT Monitor最具效果的立體顯示方式,而且不受限於VGA顯示卡,可以使用於任何電腦系統上;但是,當LCD Monitor取代CRT Monitor後,此「畫面同步倍頻顯示」就英雄無用武之地了。

  3. 3D驅動程式 (Stereo 3D Driver)
    這裡所要談的3D驅動程式,主要是指可以透過它來啟動VGA顯示卡的立體影像顯示模式的程式,從VGA顯示卡的輸出,並可以提供LCS眼鏡工作所需要的快門切換同步訊號(Stereo-Sync)通常它是由顯示晶片或顯示卡廠商所提供給其產品消費者來使用,目前僅nVidia有提供此3D驅動程式,而且又支援PC Direct3DOpenGL3D立體應用;但是它只搭售在nVidia 3D Vision 產品,並不提供免費下載給非nVidia所製造的其它LCS眼鏡使用!

    市面上尚有其它所謂的「3D驅動程式」,其實只能支援PC Direct3D(/OpenGL)3D立體應用,並將左、右眼影像合成一個3D影像格式如交錯影像格式、上/下影像格式、紅藍影像格式、…等,而無法直接啟動VGA顯示卡的立體影像顯示模式,對於LCS眼鏡而言,就無法取得垂直同步訊號 (V-Sync)作為快門同步切換。


  4. 3D播放軟體 (3D Player)
    3D播放軟體」的功能主要是將不同3D格式的「靜態影像」(Still Images)或「動態視訊」(Videos),轉換成3D顯示幕(3D投影系統)所能接受的3D格式(或直接分割左、右眼影像),視需要再透過3D驅動程式的協助,將左、右眼影像交替地顯示(或投影)在螢幕上。

綜合上面幾個因素來分析:若要使用LCS眼鏡在LCD Monitor上觀賞3D立體影像,則必須有該LCS眼鏡專屬的LCD Monitor(可以取得LCS眼鏡的同步訊號、偏光方向一致且可以支援120Hz Refresh Rate)專用的3D驅動程式(3D播放軟體),缺一不可。目前看來只有nVidia 3D Vision產品可以提供此完整的解決方案;據聞另一顯示卡大廠ATI (已被AMD併購)也有意推出自己的3D驅動程式,唯目前尚不清楚其未來的行銷策略,只有靜觀其發展。

DLP投影機
與液晶螢幕比起來,DLP投影機就幸運多了,我們可以參考3D Compatible Projectors 所列的清單,並根據自己的預算與實際投影需要,在市面上買到可以與LCS眼鏡搭配作「主動式」3D立體投影的(前投式)DLP投影機。不過,解決了DLP投影機問題,我們還要取得「3D驅動程式」的支援才行。雖然nVidia並不提供最新版的「3D驅動程式」免費下載服務;但是我們仍然可以免費下載其前幾年的3D驅動程式」91.31版本,只是這個版本的「3D驅動程式」僅能使用於nVidia GeForce 7系列的顯示卡。如果您的系統符合上述的條件,則您就可以購買愛爾得公司的Cinema3D Premium ,自己架設一套如下的「主動式」3D立體投影系統。

另外,如果您的預算充裕的話,不妨可以考慮「背投式」的3D立體投影系統。這是使用TIDLP 3D HDTV」的技術應用於DLP的投影系統。使用時,必須將左、右眼影像合成如下圖的「棋盤式格式」(CheckerBoard) 輸入至使用TIDLP 3D HDTV」技術的DLP投影機,則DLP投影機會自動將左、右眼影像分離出來,再交替投影顯示,同時它也會輸出「立體同步訊號」(3D Sync)LCS眼鏡的控制器,為快門同步的切換,而達成觀賞立體影像的目的。

 

SamsungMitsubishi分別在2007年左右推出使用TIDLP 3D HDTV」技術的背投式120Hz Full HD TV來搶攻家電市場,不過限於可以播放的3D立體節目不多,所以並沒有在市場上造成流行;但是其3D畫質確實是相當優異、組裝相當簡單,而且可以在一般室內光線下使用,也不會造成LCS眼鏡有閃爍(Flicker)的現象,因此愛爾得公司特別為它推出完整的3D解決方案Cinema3D TV (如下圖的「3D背投影系統),可以搭配其3D Maker Plus所製作出來3D影片或動畫節目來播放,並支援Direct3D的應用(PC GamesVirtoolsQuest3DGoogle Earth、…等),非常適合教育、學習、專案、…等用途。

 

 

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