[教程] 2D转3D成像技术全面解读(二)

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发表于 2011-8-1 08:51:40 |只看该作者 |倒序浏览

3D放映技术：杜比3D图像分色
用光的颜色来分隔显然不够科学，从传统红蓝3d电影的效果我们就可以看出来，难道图像分色技术是一条死胡同么？答案当然是否定的——影像数字化的发展让它焕发了新的活力！
● 杜比图像分色技术原理
利用偏振原理实现立体电影的效果是最好的，但要在家庭影院或者个人电脑上实现的难度很大，除非你使用2台加装了偏振光镜头的投影仪和2张不同角度拍摄的DVD和专业的播放设备和同步器，这样复杂的装备还有高昂的成本是大众无法接收的。因此就诞生了比较廉价的实现方案——光谱分光技术，俗称为红绿滤光或红蓝滤光。
如果你在 photoshop中打开一幅图像，在图像中移动鼠标，就会在右侧的信息板中看到其中的RGB数值在不断的变化，实际上图像中的任何一个象素的颜色都可以由一组RGB值来记录和表达，图像上所有的颜色，都是由这些红绿蓝三种色按照不同的比例混合而成，这红色绿色蓝色又称为三原色，三原色中任何一色都不能用其余两种色彩合成。RGB的所谓“多少”就是指亮度，通常情况下，RGB各有256级亮度，用数字从0、1、2...直到255来表示。按照计算，256级的RGB色彩总共能组合出约1678万种色彩，即256×256×256＝16777216。通常简称为24位色。纯黑的RGB值0,0,0；纯白的RGB值是255,255,255；纯红的RGB值是255,0,0。纯绿的RGB值是0,255,0；纯蓝的RGB值是0,0,255。
纯黄的RGB数值是255,255,0，可以看出：纯黄色＝纯红色＋纯绿色，根据互补色原理，补色指完全不含另一种颜色，红和绿混合成黄色，因为完全不含蓝色，所以黄色就是蓝色的补色。我们可以通过计算来确定任意一个颜色的互补色：首先取得这个颜色的RGB数值，再用255分别减去现有的RGB值即可。比如黄色的RGB值是255,255,0，那么通过计算：r(255-255),g(255-255),b(255-0)，互补色为：0,0,255。正是蓝色。
红色的互补色为青色，红色的RGB值是(0--255),0,0；而青色的RGB值是0,(0--255),(0--255)，由于它们不含有对方的颜色，利用这个特点，我们用红色来保存一幅图像的信息，而用青色来保存另一幅图像的信息，这样就完全可以用一幅图像来包含两幅图像的信息了。
接下来的问题就是怎样保证我们的左右眼分别只看到一幅图像，研究一下立体眼镜，红色眼镜片的RGB值是255,0,0；青色眼镜片的RGB值是 0,255,255，因为只有红色才能透过红色眼镜片，传送到我们左眼的图像的RGB红=R1,0,0；因为只有青色才能透过青色眼睛片，传送到我们右眼的图像的RGB青=0,R2,B2。这样包含在一幅红蓝立体图中的两幅图像的信息就被分别传送到了我们的左右眼睛。
● 杜比3D技术：图像分色技术质的飞跃
大家知道，可见光的波长大约在390到770nm之间的区域内。我们在利用数字放映机放映画面时，数字放映机通过数字方式还原以红绿蓝三个颜色为基色的彩色图像（见图一A）。杜比放映系统采用了安装在放映机内的、快速转动的滤光轮，将红绿蓝各自分为高（H）、低（L）波长两部分，各包含左、右眼图像内容。通过分色滤光眼镜，让观众感受到左右眼各自的彩色画面，产生立体效果。虽然原理和简陋的红蓝虑光相同，但是这种技术在图像的分隔上比早期的红蓝要优秀的多，效果也就不可同日而语了。

杜比成像原理

滤光设备和杜比3D眼镜

虽然都是图像分色技术原理营造的3D效果，但是片源的进步和数码分色补偿技术的完善让新杜比3D系统的成像质量有了质的飞跃。很多中小型3D影院都采用了这种方案。
▲ 特点：杜比3D使用标准的白色屏幕，放映者不需要增加额外成本，也不会有因为使用金属屏幕而带来的质量下降问题，该技术能让坐在影厅任何一个座位上的观众都得到出色的3D体验。由于滤光技术要对图像光谱进行分割，对色彩还原产生一定的影响，所以采用这种方式时，要在服务器上增加色彩管理软件，对图像数据进行校正处理。

3D放映技术：图像分时的原理

● 液晶分时技术的前世今生

偏振分光和杜比分光技术效果虽好、但实现难度太大，红蓝滤光技术成本最低、但效果不尽如人意，难道就没有更好的个人立体显示解决方案吗？现在就给大家介绍一种历史悠久、但很长一段时间里却没能得到普及的技术——时分法遮光技术，又称液晶分时技术，它的诞生让家庭3D触手可及！

眼镜镜片为黑白液晶屏，有透明和不透明两种状态
液晶分时技术主要靠眼镜来实现。它的眼镜片实质上是可以分别控制开闭的两扇液晶小窗户（开：透明；关：全黑），通过液晶眼镜和显示器刷新的精确的同步，在同一台放映机上交替播放左右眼画面时，在放映左画面时，左眼镜打开，右眼镜关闭，观众左眼看到需要让左眼看见的画面，右眼什么都看不到。同样翻转过来时，右眼看右画面，左眼看不到画面，就这样让左右眼分别看到左右各自的画面，模拟出“视觉位移”从而在平面上产生3D效果。

CRT时代，高端显示器可以达到120Hz，因此10年前就出现过一些3D眼镜，游戏玩家得以率先体验立体显示效果。但相信很多人都有切身感受。但是85Hz以下的刷新率对于CRT显示器来说都会出现明显的闪烁，60Hz则完全不够看。因为它和液晶成像原理的不同，CRT显象管时时刻刻都处在闪烁状态，因此用CRT实现分时3D要求遮光眼镜和显示器的时钟同步非常精确，否则就会产生视觉混乱。

CRT时代的3D眼镜只是玩物
虽然眼镜镜片的切换很关键，但实际上原始显示设备更是不可或缺，假如显示器的刷新率是60Hz，那么通过遮光眼镜后左右眼看到的画面实际刷新率只有30Hz，这样的刷新率我们会感到明显的闪烁，很容易产生视觉疲劳，所以“时分法遮光技术”要求显示器刷新率至少为100Hz，最佳值是120Hz。LCD时代，由于刷新率很难突破60Hz，因此“时分法遮光技术”毫无用武之地，也渐渐的被大家所遗忘。

120Hz显示器让桌面3D成了可能
但随着近年来液晶技术的长足发展，液晶甚至等离子面板都已经相继诞生120Hz的产品，液晶分时技术又重新焕发了活力。难关攻克，“液晶分时技术”封印开启，王者归来！

3D游戏技术：解析"假3D"和"真3D"

● “假3D”和“真3D”
说起3D游戏，相信大家都不会陌生。不知道您或您的朋友有没有过这样的经历：在刚开始玩CS类Fps游戏的时候，会不由自主的左右摇晃身体，用以观察躲在屏幕边缘和角落的敌人，经过多次尝试之后才会明白，原来侧着身体并不能看到屏幕外的物体。之所以会产生如此可笑的举动，是因为大家玩游戏太投入了，还真以为3D游戏就是三维立体的。

尽管我们玩的确实是3D游戏，但这个3D是针对电脑内部显卡渲染过程而言，对于玩家来说，我们看到的图像是电脑内部三维物体“投影”到显示器上的一帧帧二维画面。事实上最终我们看到的图像其实是2D的，显示效果与电视/电影没有本质区别。

在电脑中生成的模型是3D的，但是最终我们看到的影响仅仅是一个2D投影，这种不合理从第一款3D游戏诞生到现在，已近存在了几十年了，而现在是该拨乱反正的时候了！通过上面我们介绍的液晶分时技术，我们终于可以感受到3D游戏真正的魅力！

这是AMD的立体眼镜，造型虽然不同但原理与NVIDIA的立体眼镜完全相同，虽然AMD已经正式公布了立体技术，但目前还没有实际产品出现，依然停留在实验室阶段。因此后文还是主要以NVIDIA的3D Vision立体显示技术为主进行介绍。
最成熟的GeForce 3D Vision方案
目前最为成熟的解决方案就是NVIDIA推出的GeForce 3D Vision技术，全套组件包括：无线分时眼镜、红外发射器、120Hz高刷新率显示器、配套驱动。有了这一套完整的解决方案，广大游戏玩家就可以轻松享受真正具有立体感、距离感的游戏。
NVIDIA在CES 2009上正式宣布推出业界第一套高清3D立体视觉方案，专为GeForce显卡打造的“GeForce 3D Vision”。其核心配件就是一副采用液晶分时技术的3D眼镜，附带大功率USB红外接收器，用来和3D眼镜同步遮光频率，当然还需要一台刷新率达120Hz显示器的支持，可以是液晶显示器、等离子电视或者投影仪。

其中无线3D眼镜的视距最大约6米，内置电池供电，可以连续工作40小时以上，眼镜空闲十分钟后会自动关闭以节约电池电力，电池可通过mini USB口充电，使用非常简单方便。红外发射器通过USB接口与电脑链接，红外接收半径大约6米。

除了硬件部分之外，真正核心部分在于驱动支持和游戏优化方面，据NVIDIA称，GeForce 3D Vision无需修改游戏设置，只要搭配GeForce 8/9/200系列显卡和最新版Forceware显卡驱动及立体驱动程序，可以自动给350多款PC游戏带来立体效果，诸如《Crysis》、《英雄连》、《虚幻竞技场3》、《失落星球》、《鬼泣4》等等大作可立竿见影带来立体效果。

GeForce 3D Vision已经在美国地区上市，建议零售价199美元(合1360元人民币)，本季度内推向全球市场。在国内，3D Stereo眼镜由索泰独家代理发售，目前价格未定。此外，120Hz显示器也开始大量上市，三星/优派22寸显示器的价格大概是399美元（合2727元人名币），想要第一时间体验最新、最酷的显示效果，自然需要付出一定的代价。
前文中已经对液晶分时技术做了详细的介绍，原理其实很简单，但实现起来就需要眼镜、红外接收器、显示器、驱动程序、显卡和游戏的全方位配合，任何一个环节出问题，都会导致立体成像系统紊乱。

下面我们先来看看NVIDIA GeForce 3D Vision套装实物：

包装豪华精制

配件丰富齐全，核心组件是眼镜和接收器

红外接收器正面：带Logo的按钮可快速唤醒眼镜

红外接收器背面：Mini USB与电脑相连

旋钮用来调节景深(奇偶帧视差位移)

红外接收器背面：通过各方电磁认证，低耗电

眼镜壁上有个按钮，与红外接收器快速同步，重置立体效果
GeForce 3D Vision自然只能用于NVIDIA自家的GeForce显卡，还需要一台刷新率达到120Hz显示器的支持，除此之外就没有别的需求了。对于显卡的要求也不是很高，9800GT以上级别就能在22寸显示器上展示出惊人的效果了，当然玩Crysis这种BT游戏还是需要更强显卡的支持。

杜比图像, 分色技术, GeForce, 3D, Vision