從平面走向立體視覺的3D影像運算技術

3D立體顯示技術趨勢以眼鏡式為主流，未來將朝裸眼3D技術發展(ITRI)

以人類兩眼視差原理的3D立體景深的顯示技術由來已久，從數十年前廉價的紅藍濾光眼鏡，到2009年底3D電影阿凡達(AVATAR)所帶動的全球3D顯示應用的狂熱，從3D電視、顯示器、投影機，到顯示卡、筆電、平板、遊樂器、手機等加入3D立體顯示應用，讓畫面人物變得更立體、更生動…

3D顯示技術簡介

3D立體顯示技術在當遊戲或影像製作時，分別製作供左眼觀看與右眼觀看的畫面，以畫面連續間隔、上下或左右交叉的方式放映出來；藉由使用者配戴眼鏡或特殊顯示器透光設計，使左右眼的畫面能被區隔並各自進入左右眼，在腦中合成具有景深的立體影像。3D顯示技術可再區分為眼鏡3D(Stereo 3D with glasses)與裸眼3D(Naked 3D without glasses)兩大類。3D眼鏡廣為目前大尺寸液晶電視、顯示器、顯示卡與筆電所使用，而裸眼3D受限於液晶面板成本高且有可視點數的限制，目前集中在中小型液晶面板，如掌上型遊樂器、手機、平板的應用。

眼鏡3D又可分為：
1.快門式眼鏡(Shutter Glasses)，又稱為主動式3D眼鏡技術(Active 3D Glasses)。3D顯示器以高達120？240Hz頻率，連續性交叉顯示左、右眼的畫面；藉由快門眼鏡快速切換、遮蔽左右眼，使左右眼各自看到正確的左右眼畫面，在大腦內呈現出具深度感的立體影像。此技術不會犧牲3D畫面解析度且立體效果良好，但少數人觀看主動式3D眼鏡的顯示會有頭暈不舒服的情況。目前像三星(Samsung)、Panasonic、Sony Bravia等3D電視、NVIDIA 3D Vision等產品均是使用此快門式眼鏡技術。
2.偏光眼鏡(Polarization glasses)，又稱被動式3D 眼鏡(Passsive 3D Glasses)技術。其原理是在一般TV/Monitor前面貼上一層微偏光膜(Micro-retarder)，利用光的偏振方向將左眼與右眼的影像分離，當觀賞者戴上偏光眼鏡時，即可正確地讓左、右眼分別看到左、右眼畫面來產生3D效果。其優點在於成本較低，但畫面解析度會降為原來2D解析度的一半，且整體亮度也會拉低。目前以樂金(LG) 3D電視，宏碁(Acer)、聯想(Lenovo)筆電採取偏光眼鏡技術。
3.紅藍濾光眼鏡(Anaglyph Glasses)屬幾十年的老舊技術，因有色偏現已被淘汰。
4.頭戴顯示器(Head Mount Displays, HMD)，頭盔裝置內部分別有供左右眼獨立觀賞的微型顯示器，於大腦內形成視覺暫留並合成立體圖像。

裸眼3D部份則可分為：1.全像投影式(Holographic)。2.體積式(Volumetric)。3.視差光柵(Parallax Barrier)，利用透光柵欄來控制左右眼畫面光線的前進、折射方向，成本較低但有亮度與可觀視角╱點數限制，顯示2D文字時有較不清晰的現象。目前像LG Optimus 3D、HTC Evo 3D等智慧手機，任天堂(Nintendo) 3DS遊戲器所採用。4.柱狀透鏡(Lenticular, LC)，利用液晶分子因通電的扭轉使光線通過時造成折射現象，形成垂直柱狀透鏡的聚焦效果，優點是亮度高，但透鏡精密度要求高，成本也偏高。5.時間多工(Time-multiplexed)，以一組指向性背光板搭配一快速反應面板，快速切換顯示左、右眼影像讓使用者觀看，此技術的3D解析度與2D一樣，但因為成本因素尚未成為主流。

3D顯示熱潮從電影到電視、投影機

2010年3D顯示熱潮從電影延燒到電視，眾多電視大廠紛紛推出採主動式3D或被動式3D眼鏡的3D電視，在全球電視的市佔滲透率超越三成；即便2011年焦點轉向智慧連網電視(Smart TV/Connected TV)，各電視大廠仍然在主力中高階機種加入了3D做為選配規格。主要仍以主動式3D眼鏡為主，偏光式3D眼鏡則有後來居上之勢。

而柱狀透鏡？視差光柵技術的裸眼3D顯示技術，仍受限於偏光膜成本偏高與可視角狹隘等限制，但目前已有東芝(Toshiba)推出55吋採柱狀透鏡技術的55X3裸眼3D電視，大陸海信(Hisense)在德國IFA展中展示55吋採視差光柵技術的裸眼3D電視。除此之外，3D立體顯示也開始滲透到投影機，強調聲光效果的遊戲筆電、遊戲機(Arcade game)，並應用於工業設計、網頁顯示與電子商務，教育訓練及展示系統、醫學影像(Medical imaging)與交通控管等應用。

PC/NB的3D立體顯示應用

X86架構(Wintel)的PC/NB所採用的繪圖晶片(GPU)，遠自1997年便具備3D空間座標的處理能力。但最早運用兩眼視差使PC具備3D立體顯示技術的研發，首推PC繪圖晶片龍頭輝達(NVIDIA)，從12年前GeForce3 Ti500時就有推出3D眼鏡─當時稱為VR Glasses；2009年GeForce GTX 200系列顯示卡開始推NVIDIA 3D Vision，到2011年推出第二代3D Vision2套件，是一個包括顯示器、立體眼鏡、軟體環境等等的完整的系統架構。具備NVIDIA 3D Vision技術打造的3D PC/NB，搭配NVIDIA GPU、120Hz以上垂直更新頻率的顯示器，與紅外線技術的主動快門式眼鏡(Shutter Glass)，就可以遊玩具備3D立體顯像效果的遊戲、藍光電影、3D相片與YouTube 3D網路影片瀏覽。NVIDIA的3D Vision技術，像華碩(ASUS) G53J、G73，惠普(HP) Envy 17 3D、新力(SONY) VAIO F217、F219等3D筆電所採用。

AMD 則是在 Radeon HD 5000繪圖晶片/顯示卡產品，提供AMD HD3D技術來做3D立體顯示的輸出。搭配TriDef 3D、iZ3D等第三方3D顯示軟體技術，只要3D顯示器符合HDMI 1.4a所規範的Frame Packing(1080p @ 24 Hz、720p @ 50/60 Hz)、Side-by-Side(1080i @ 50/60 Hz)與Top-and-Bottom(1080p @ 24 Hz、720p @ 50/60 Hz)等3D格式，搭配第三方廠商提供的3D眼鏡(主動式快門或偏光式)，就可以驅動遊戲、YouTube 3D影視或Blu-ray藍光影碟的3D立體顯示技術。目前有宏碁(Acer) 5738DG/3740DG等3D筆電，支援偏光式3D眼鏡的顯示。

至於Intel從第二代Core i3/5/7處理器(Sandy Bridge)開始，所內建的 Intel HD Graphics 2000繪圖處理器，目前第三代Core i 3/5/7-3xxx系列所搭配的Intel HD Graphics 4000/2500，及第四代Core i3/5/7/-4xxx系列所搭配的Intel HD Graphics 4200/4400/4600/5000，Iris Graphics 5100與 Iris Pro Graphics 5200繪圖晶片，均可使用InTru 3D立體顯示技術。這也是第三方廠商所授權的軟體技術，只要搭配支援HDMI 1.4a的S3D顯示器，搭配第三方廠商提供的主動快門式3D眼鏡，就可以驅動遊戲、YouTube 3D影視或Blu-ray藍光影碟的3D立體顯示技術。

平板/手機/遊樂器/投影機的3D立體顯示應用

整個ICT產業在UI人機介面與遊戲的帶動下，影像運算的需求驅動GPU發展，不僅是Wintel x86架構的PC/NB/AIO，連平板、智慧手機等ARM架構的應用處理器的發展也是如此。不僅CPU核心走向多核，連GPU也朝向多核。像蘋果iPhone系列使用Imagination的PowerVR SGX繪圖晶片，其它Android智慧手機則使用ARM的Mali400MP，NVIDIA Tegra3、Tegra4等高效能3D應用處理器，或高通(Qualcomm)內建於應用處理器的Andreno繪圖晶片。

更進一步者，像是樂金(LG) Optimus 3D、宏達電(HTC) Evo 3D等智慧手機，任天堂(Nintendo) 3DS掌上型遊樂器，使用視差光柵(Parallax Barrier)面板並搭配2D轉3D晶片，來達到裸眼3D的立體顯示效果。大陸佳的美(Gadmei)，首推的裸眼3D平板─T863-3D，採晶晨半導體(AmLogic) 1GHz AML8726-M3的ARM Cortex-A9應用處理器，8吋採視差光柵(Parallax Barrier)、解析度1280 x 768 16:10比例的裸眼3D面板設計。

至於柱狀透鏡的裸眼3D技術部份，飛利浦(Philips)、樂金(LG)、友達(AUO)等供應相關面板，東芝(Toshiba)的Qosmio F750、F855，華碩(ASUS) ROG G53SX等筆電機種，採用此柱狀透鏡面板，並搭配視訊攝影機，即時追蹤用戶的觀賞角度並做動態調整，以求取較好的裸眼3D立體浮影效果。