3D立體顯示應用產品的現況與未來發展

3D 立 體 顯 示 應 用 產 品 的 現 況 與 未 來 發 展 (2009-4-26) 作 者 : 程 治 博 士 ( 愛 爾 得 資 訊 副 總 經 理 ) 作 者 學 歷 : 美 國 夏 威 夷 大 學 電 機 博 士, 中 原 大 學 電 子 研 究 所 碩 士, 中 原 大 學 資 訊 工 程 系 作 者 經 歷 : 2006~ 迄 今 : 愛 爾 得 資 訊 副 總 經 理 2008~2009: 國 立 台 灣 藝 術 大 學 兼 任 副 教 授 2000~2006: 集 元 科 技 總 經 理 1998~2000: 愛 爾 得 資 訊 副 總 經 理 1995~1998: 工 研 院 電 通 所 前 瞻 技 術 中 心 研 究 經 理 兼 3D/VR 計 畫 主 持 人 1990~1995: 工 研 院 電 通 所 前 瞻 技 術 中 心 副 研 究 員 ( 美 國 夏 威 夷 大 學 在 職 進 修 攻 讀 博 士 班 ) 1984~1990: 工 研 院 電 子 所 微 電 腦 系 統 部 工 程 師 兼 子 計 畫 主 持 人 大 綱 : 前 言 一 3D 立 體 顯 示 的 歷 史 演 進 二 3D 立 體 顯 示 的 技 術 背 景 三 3D 立 體 顯 示 的 近 程 發 展 與 產 品 的 應 用 四 3D 立 體 顯 示 的 未 來 發 展 五 台 灣 在 3D 立 體 顯 示 產 業 的 發 展 契 機 結 語 參 考 圖 片 參 考 文 獻 摘 要 本 文 將 探 討 3D 立 體 顯 示 應 用 產 品 的 現 況 與 未 來 發 展 首 先 將 簡 短 介 紹 3D 立 體 顯 示 的 歷 史 演 進 與 技 術 背 景 接 著 將 重 點 放 在 3D 立 體 顯 示 的 近 程 發 展 與 產 品 的 應 用 與 3D 立 體 顯 示 的 未 來 發 展 最 後 以 台 灣 在 3D 立 體 顯 示 產 業 的 現 況 與 發 展 契 機 做 為 建 言 與 結 語 本 文 介 紹 與 討 論 的 3D 立 體 顯 示 主 題 將 不 只 侷 限 於 裸 眼 3D 立 體 平 面 顯 示 器 (Autostereoscopic Display), 也 將 涵 蓋 包 括 需 要 配 戴 眼 鏡 的 3D 投 影 ( 前 投 與 背 投 ) 系 統 與 具 備 垂 直 掃 描 120 Hz 以 上 的 3D 液 晶 平 面 顯 示 器

前 言 3D 立 體 顯 示 這 個 課 題 最 近 一 兩 年 在 液 晶 面 板 大 廠 的 積 極 投 入 下, 透 過 各 種 國 際 展 覽 與 平 面 網 路 媒 體 的 報 導 儼 然 已 經 成 為 下 一 代 液 晶 顯 示 器 的 主 流 研 發 項 目 之 一 隨 著 這 波 熱 潮, 國 內 最 早 也 是 持 續 最 久 的 ( 超 過 13 年 ) 專 業 3D 立 體 顯 示 技 術 研 發 公 司 - 愛 爾 得 資 訊, 在 市 場 與 技 術 兩 方 面 長 期 的 累 積 成 果 也 逐 漸 引 起 國 際 間 與 國 內 有 興 趣 投 入 相 關 產 業 的 業 者 注 意 與 重 視 我 們 願 意 透 過 這 篇 文 章 讓 更 多 國 內 的 電 腦 手 機 消 費 性 產 品 及 廣 告 遊 戲 業 者 更 深 入 了 解 3D 立 體 顯 示 技 術 的 背 景 應 用 與 錢 景, 進 而 產 生 不 管 在 技 術 面 或 市 場 面 的 整 合 或 合 作 的 機 會 來 對 抗 美 日 韓 及 歐 洲 方 面 的 強 大 競 爭, 以 期 在 這 塊 新 興 的 領 域 佔 有 一 席 重 要 的 地 位 一 3D 立 體 顯 示 的 歷 史 演 進 人 類 對 資 訊 的 表 達 與 傳 遞 從 最 早 的 聲 音 語 言 圖 騰 手 勢 文 字 照 片, 到 近 期 的 數 位 媒 介 如 多 媒 體 與 網 路 的 結 合 仍 然 不 能 滿 足 對 重 現 真 實 世 界 的 渴 望 與 追 求 在 顯 示 技 術 的 領 域 最 明 顯 的 就 是 黑 白 電 視 演 進 到 彩 色 電 視 的 巨 大 進 步 目 前 2D 影 像 或 視 訊 已 經 可 以 滿 足 大 部 分 人 類 對 平 面 顯 示 器 的 需 求 (1) 為 了 要 追 求 更 真 實 與 更 豐 富 的 視 覺 慾 望,3D 立 體 顯 示 技 術 的 研 究 與 產 品 推 出 就 應 運 而 生 3D 立 體 顯 示 技 術 的 發 展 已 經 超 過 百 年 的 歷 史 以 下 的 表 列 只 是 擷 取 其 中 幾 項 最 具 代 表 性 的 進 程 (2) : 1830s Wheatstone 首 創 發 明 3D 立 體 圖 片 觀 賞 器 (Stereoscopic Viewer) ( 圖 一 / 二 ) 1850s D Almeida 推 出 世 界 第 一 部 搭 配 紅 藍 眼 鏡 (Anaglyph Glasses) 的 電 影 ( 圖 三 / 四 ) 1920s Hammend 推 出 世 界 第 一 支 搭 配 LCS 眼 鏡 的 電 影 ( 圖 五 / 六 ) 1936 MGM 推 出 第 一 支 紅 藍 眼 鏡 商 業 電 影 1939s Chrystler Co. 推 出 第 一 支 偏 光 眼 鏡 立 體 電 影 ( 圖 七 / 八 ) (3) 1990s 裸 眼 3D 立 體 顯 示 器 開 始 萌 芽 2003 Sharp 推 出 首 台 裸 眼 3D 立 體 顯 示 器 ( 兩 個 視 點, 採 用 狹 縫 視 差,Parallax Barrier, 的 技 術 ) ( 圖 九 ) 從 1895 到 2007 年 間 全 世 界 總 共 發 行 了 314 支 3D 立 體 商 業 電 影, 其 中 包 括 像 在 IMAX 立 體 劇 場 播 放 的 短 片 (5) 2008 年 底 在 全 世 界 總 計 有 超 過 5000 家 DLP 電 影 院 可 以 播 放 3D 電 影 (6) 著 名 電 影 導 演,George Lucas, James Cameron, Steven Spielberg, 在 ShoWest 2005 先 後 發 表 未 來 的 作 品 將 全 部 3D 化 DreamWorks Animation 的 CEO,Jeffrey Katzenberg 也 宣 告 自 2009 年 3 月 以

後 推 出 的 作 品 將 全 部 為 3D 電 影 他 認 為 3D 立 體 電 影 絕 對 是 電 影 製 作 的 未 來 主 流 趨 勢 繼 2008 年 3D 立 體 電 影 Beowulf ( 貝 武 夫 ),2009 年 四 月 份 將 有 兩 部 重 量 級 的 3D 立 體 電 影 即 將 在 台 灣 3D 立 體 電 影 院 播 放 : Monster vs. Aliens ( 怪 獸 大 戰 外 星 人 ),My Bloody Valentine (3D 血 腥 情 人 節 ) 2010 年 Walt Disney 將 發 行 17 部 3D 立 體 影 片 ( 係 將 其 過 去 曾 經 票 房 賣 座 佳 的 3D 動 畫 影 片 如 Toy Story Finding Nemo 等, 重 新 製 作 成 3D 立 體 影 片 ) 3D 電 影 片 源 的 增 加 將 有 利 於 助 長 3D 家 庭 劇 院 的 發 展 在 電 腦 週 邊 的 產 業 有 關 3D 立 體 顯 示 的 發 展 大 約 在 十 年 前, 也 就 是 CRT 顯 示 器 的 末 期, 由 於 世 界 首 支 3D 立 體 驅 動 程 式 Wicked 3D 搭 配 液 晶 快 閃 眼 鏡 ( 愛 爾 得 資 訊 也 正 逢 其 時 推 出 此 一 產 品 ) 在 遊 戲 的 應 用 而 聲 名 大 噪, 蔚 為 風 潮 接 著 Elsa 公 司 也 推 出 相 關 產 品, 甚 至 繪 圖 晶 片 大 廠 nvidia 公 司 讓 使 用 者 免 費 下 載 3D 立 體 驅 動 程 式, 讓 3D 立 體 眼 鏡 在 3D 遊 戲 的 應 用 推 上 高 峰 在 各 種 電 腦 展 中 各 家 主 機 板 廠 或 繪 圖 卡 廠 的 攤 位 上 都 可 以 看 到 許 多 人 駐 足 與 體 驗 3D 立 體 遊 戲 的 快 感 與 視 覺 享 受 但 是 好 景 不 常, 大 約 只 有 兩 年 的 時 間, 隨 著 CRT 螢 幕 的 快 速 被 LCD 顯 示 器 取 代, 由 於 LCD 反 應 頻 率 的 不 足, 因 而 3D 立 體 眼 鏡 一 下 子 就 從 市 場 中 消 失, 只 留 下 少 數 3D 立 體 眼 鏡 ( 偏 光 鏡 ) 搭 配 兩 台 投 影 機 及 專 用 全 反 射 銀 幕 的 被 動 式 3D 立 體 投 影 (Passive 3D Projection) 或 是 單 台 DLP 投 影 機 搭 配 液 晶 快 門 眼 鏡 (LC Shutter Glasses, 以 下 簡 稱 LCS 眼 鏡 ) 及 一 般 傳 統 投 影 幕 的 主 動 式 3D 立 體 投 影 (Active 3D Projection) 的 小 量 市 場 還 存 在, 這 是 使 得 大 多 數 的 廠 商 退 出 此 一 市 場, 但 是 也 有 一 些 對 3D 立 體 顯 示 比 較 執 著 的 廠 商 投 入 以 LCD 或 PDP 為 播 放 平 台 的 裸 眼 3D 立 體 顯 示 器 的 研 發 我 們 將 在 3D 立 體 顯 示 的 近 程 發 展 與 產 品 的 應 用 這 一 節 中 來 詳 加 敘 述 從 2000 年 起, 由 日 本 開 始 相 繼 有 許 多 大 廠 投 入 裸 眼 立 體 顯 示 的 技 術 但 都 沒 有 成 功 推 出 可 以 被 市 場 接 受 的 產 品 與 應 用 直 到 大 約 在 2006 年 後 期, 美 國 NewSight 公 司 在 併 購 了 X3D( 其 前 身 是 德 國 4D-Vision) 後, 藉 著 它 以 廣 告 公 司 的 優 勢 成 功 將 以 狹 縫 視 差 技 術 為 基 礎 的 裸 眼 3D 立 體 顯 示 器 安 裝 在 泰 國, 中 國 等 大 型 購 物 商 場 而 漸 漸 被 注 意 到 裸 眼 3D 立 體 顯 示 器 的 應 用 再 接 著 Philips 公 司 以 結 合 眾 多 動 畫 廣 告 公 司 的 方 式 推 出 以 柱 狀 透 鏡 (Lenticular Lens) 為 技 術 基 礎 的 裸 眼 3D 立 體 顯 示 器 帶 動 了 整 個 市 場 這 股 熱 潮 一 直 延 續 到 最 近 繪 圖 晶 片 大 廠 nvidia 公 司 推 出 配 戴 快 閃 液 晶 眼 鏡 搭 配 Samsung 120Hz 22 吋 LCD 螢 幕 主 打 電 腦 3D 遊 (7) 戲 市 場 的 產 品 在 市 場 上 大 受 青 睞, 再 加 上 3D 立 體 視 訊 標 準 即 將 確 定 以 及 美 國 Hollywood 電 影 製 片 今 年 將 推 出 20~30 部 的 3D 立 體 電 影, 可 以 預 見 不 管 是 配 戴 眼 鏡 型 的 或 是 裸 眼 3D 顯 示 器 將 會 再 次 造 成 市 場 的 轟 動 二 3D 立 體 顯 示 的 技 術 背 景

3D 立 體 顯 示 的 技 術 族 繁 不 及 備 載, 在 這 一 章 節 中 我 們 將 只 針 對 裸 眼 3D 立 體 顯 示 器 與 配 戴 LCS 眼 鏡 的 3D 立 體 顯 示 做 一 簡 單 的 說 明 首 先, 我 們 先 來 看 一 下 為 何 與 如 何 (Why & How) 人 類 可 以 看 到 3D 立 體 影 像 人 類 對 資 訊 的 表 達 方 式 由 聲 音 語 言 文 字 進 步 到 圖 形 相 片 視 訊 與 互 動 多 媒 體 為 了 傳 達 更 豐 富 的 資 訊, 自 然 免 不 了 對 3D 立 體 呈 像 與 顯 示 方 式 產 生 好 奇 與 探 討 就 如 同 由 黑 白 電 視 進 化 到 彩 色 電 視 一 樣,3D 立 體 影 像 能 帶 給 人 類 更 多 的 資 訊 與 真 實 感 但 是 如 何 能 讓 人 感 知 (Perceive) 3D 的 立 體 影 像 呢? 因 為 人 有 雙 眼 透 過 兩 隻 眼 睛 所 看 到 的 影 像 差 別 ( 因 為 兩 眼 之 間 有 固 定 視 差,Par allax), 在 大 腦 中 就 會 融 合 (Fuse) 成 一 具 有 層 次 景 深 的 影 像 由 圖 十 中, 很 明 顯 地 我 們 可 以 確 認 Object 1 與 兩 眼 所 形 成 的 角 度 θ1, 會 比 Object 2 與 兩 眼 所 形 成 的 角 度 θ2 來 得 大 因 此, Object 1 會 比 Object 2 較 靠 近 我 們 這 個 θ1 與 θ2 在 物 理 學 上 我 們 稱 之 為 光 角 (Optical Angle), 亦 即 物 體 與 兩 眼 所 形 成 的 角 度 我 們 就 是 利 用 這 個 光 角 來 判 斷 物 體 的 遠 近 因 為 可 以 判 斷 物 體 的 遠 近, 所 以 就 有 深 度 與 層 次 感 這 裡 有 個 小 實 驗, 您 可 以 將 您 的 左 右 手 指 分 別 放 在 兩 眼 前 面 不 同 的 位 置, 然 後 閉 上 您 的 左 ( 或 右 ) 眼, 看 看 您 是 否 可 以 分 辨 這 兩 個 手 指 的 遠 近 ; 然 後 您 再 以 雙 眼 來 看, 是 不 是 馬 上 就 可 以 分 辨 這 兩 個 手 指 的 遠 近? 立 體 影 像 顯 示 模 式 這 裡 所 要 介 紹 的 是 一 種 使 用 CRT 螢 幕 來 觀 賞 3D 立 體 影 像 的 方 式 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 將 左 右 眼 的 影 像 交 替 顯 示 在 螢 幕 上 ( 以 時 間 分 割 方 式 ), 再 透 過 一 個 同 步 快 門 觀 賞 器 (Synchronized Shutter Viewer), 也 就 是 LCS 眼 鏡, 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 市 面 上 搭 配 LCS 眼 鏡 應 用 之 立 體 影 像 種 類 繁 多, 其 最 常 見 之 顯 示 方 式 不 外 乎 下 列 幾 種 : 1. 交 錯 顯 示 (Interlacing) 2. 畫 面 交 換 顯 示 (Page-Flipping) 3. 畫 面 同 步 倍 頻 顯 示 (Sync-Doubling) 交 錯 顯 示 (Interlacing)

所 謂 交 錯 顯 示 模 式 即 是 依 序 顯 示 第 1 3 5 7 等 單 數 掃 描 線, 後 再 依 序 顯 示 第 2 4 6 8 等 偶 數 掃 描 線 的 週 而 復 始 的 循 環 顯 示 方 式 ( 圖 十 一 為 單 偶 數 掃 描 線 顯 示 之 示 意 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 NTSC PAL 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 交 錯 顯 示 模 式 將 一 個 畫 面 (Frame) 分 為 二 個 圖 場 (Field), 即 單 數 描 線 所 構 成 的 單 數 掃 描 線 圖 場 或 單 圖 場 (Odd Scan-line Field) 與 偶 數 描 線 所 構 成 的 偶 數 掃 描 線 圖 場 或 偶 圖 場 (Even Scan-line Field) 在 使 用 交 錯 顯 示 模 式 做 立 體 顯 像 時, 我 們 便 可 以 將 左 眼 影 像 與 右 眼 影 像 分 置 於 單 圖 場 和 偶 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 上 圖 一 般, 我 們 稱 此 為 立 體 交 錯 格 式 (Interleave Format) 若 使 用 LCS 眼 鏡 與 交 錯 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 單 圖 場 ( 即 左 眼 畫 面 ) 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 支 眼 睛, 如 此 週 而 復 始 地 顯 示 以 快 於 人 類 眼 睛 的 視 覺 暫 留, 便 可 達 到 立 體 顯 像 的 目 的 電 腦 顯 示 周 邊 於 早 期 亦 採 用 電 視 播 放 系 統 之 交 錯 模 式, 但 由 於 交 錯 模 式 不 適 於 長 時 間 且 近 距 離 的 電 腦 操 作 使 用, 且 就 電 腦 顯 示 周 邊 技 術 而 言, 交 錯 模 式 需 要 硬 體 ( 顯 示 晶 片 或 繪 圖 晶 片 ) 與 軟 體 ( 顯 示 驅 動 程 式 ) 的 雙 重 支 援 之 下 方 可 運 行 隨 著 相 關 顯 示 周 邊 技 術 的 進 步, 非 交 錯 模 式 (Non-Interlaced Mode) 已 完 全 取 代 交 錯 模 式 成 為 標 準 配 備 所 謂 非 交 錯 模 式 便 是 依 序 顯 示 第 1 2 3 4 等 之 掃 描 線, 在 硬 體 逐 漸 捨 棄 交 錯 模 式 的 支 援 下, 軟 體 的 獨 立 支 援 亦 漸 捉 襟 見 拙, 整 合 交 錯 顯 示 (Interlacing) 在 現 行 電 腦 系 統 上 日 益 困 難 ; 因 此 近 來 畫 面 同 步 倍 頻 與 畫 面 交 換 等 標 準 逐 漸 在 市 場 上 嶄 露 頭 角 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 圖 十 二 ); 使 用 立 體 眼 鏡 與 這 類 立 體 顯 示 模 式 搭 配 只 需 要 將 垂 直 同 步 訊 號 (Fame V-Sync) 作 為 快 門 切 換 同 步 訊 號 即 可 達 成 立 體 顯 像 的 目 的 ; 而 使 用 其 他 立 體 顯 像 設 備 則 將 左 右 眼 影 像 ( 以 垂 直 同 步 訊 號 分 隔 之 畫 面 ) 分 送 至 左 右 眼 顯 示 設 備 上 即 可 畫 面 交 換 其 硬 體 需 求 較 高 : 第 一 由 於 需 要 同 時 存 取 左 右 眼 兩 畫 面, 故 其 畫 面 暫 存 器 (Frame Buffer) 所 需 的 最 小 容 量 為 一 般 的 兩 倍 ; 其 二 欲 克 服 立 體 顯 像 之 閃 爍 (Flicker) 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, 故 往 往 需 要 硬 體 ( 即 顯 示 晶 片 繪 圖 晶 片 或 顯 示 繪 圖 卡 ) 的 特

殊 設 計 畫 面 交 換 提 供 全 解 析 度 (Full Resolution) 的 畫 質, 故 其 視 覺 效 果 是 三 種 立 體 顯 示 模 式 中 最 佳 的 ; 畫 面 交 換 的 軟 硬 體 依 存 度 (Dependence) 與 需 求 (Requirement) 卻 是 最 高 的, 這 往 往 是 畫 面 交 換 的 最 大 缺 點 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 不 需 要 更 動 任 何 電 腦 顯 示 周 邊, 只 需 將 左 右 眼 畫 面 做 上 下 安 排 即 可 ( 如 圖 十 三, 我 們 稱 此 為 上 / 下 畫 面 (Above/Below), 故 其 只 需 要 在 軟 體 系 統 上 作 適 當 的 更 動 便 可 達 成 目 標 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 畫 面 間 ( 即 上 / 下 畫 面 間 ) 多 安 插 一 個 畫 面 垂 直 同 步 訊 號, 如 此 便 可 使 左 右 眼 畫 面 交 換 輪 流 顯 示 在 螢 幕 上 ( 如 圖 十 三 ), 透 過 使 用 畫 面 垂 直 同 步 訊 號 為 快 門 切 換 同 步 的 方 式, 我 們 便 可 以 將 左 右 畫 面 幾 乎 同 時 送 至 相 對 應 的 雙 眼 中, 達 成 立 體 顯 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, 但 是 必 須 注 意 顯 示 器 的 垂 直 掃 描 頻 率 是 否 夠 快 此 一 模 式 為 最 具 效 果 的 立 體 顯 示 方 式, 而 且 不 受 限 於 繪 圖 卡, 可 以 使 用 於 任 何 電 腦 系 統 上 更 進 一 步, 它 所 使 用 的 上 / 下 畫 面 (Above/Below) 立 體 影 像 格 式 可 以 用 來 進 行 其 他 顯 示 模 式 所 無 法 進 行 的 MPEGI/II 數 位 壓 縮, 以 達 到 製 作 VCD/SVCD/DVD 的 目 的 裸 眼 3D 立 體 顯 示 技 術 (Autostereoscopic Display) 雖 然 配 戴 LCS 眼 鏡 的 3D 立 體 顯 示 方 法 可 以 獲 得 較 好 的 立 體 效 果 與 幾 乎 完 全 解 析 度 的 優 質 畫 面, 但 是 畢 竟 戴 眼 鏡 所 帶 來 的 不 方 便 導 致 其 應 用 仍 然 停 滯 在 封 閉 的 觀 賞 環 境 ( 如 3D 劇 院, 家 庭, 網 吧 等 ), 若 是 要 在 公 開 場 合 多 人 共 同 觀 賞, 或 是 小 型 消 費 性 產 品 如 數 為 相 框 與 手 機 等 應 用, 配 戴 眼 鏡 的 立 體 顯 示 模 式 顯 然 並 不 適 用 因 此 近 幾 年 來 LCD 面 板 廠 無 不 使 出 渾 身 解 數 來 開 發 裸 眼 3D 立 體 顯 示 的 平 台 ( 也 就 是 讓 顯 示 器 戴 眼 鏡 ) 目 前 這 類 技 術 可 以 綜 合 歸 納 成 兩 大 方 向 ( 不 包 含 全 像 式,Holographic,3D 顯 示 技 術 ): 狹 縫 視 差 (Parallax Barrier) 法 與 柱 狀 透 鏡 (Lenticular Lens) 法 狹 縫 視 差 法 與 柱 狀 透 鏡 法 最 大 的 不 同 在 於 貼 附 在 顯 示 器 面 板 前 的 光 學 膜 與 其 背 後 所 依 據 的 光 學 原 理 不 同, 前 者 是 利 用 極 細 的 遮 蔽 條 紋 來 將 左 右 眼 影 像 分 開, 而 後 者 則 是 利 用 折 射 原 理 將 左 右 眼 影 像 投 射 到 觀 賞 者 相 對 應 的 左 右 眼 ( 如 圖 十 四 與 十 五 所 示 ) 兩 者 相 同 之 處 則 是 都 採 用 斜 紋 式 的 設 計 來 增 加 觀 賞 者 的 視 點 ( 或 視 角 ) 以 及 放 寬 觀 賞 的 距 離 達 到 多 視 角 且 多 人 同 時 觀 賞 的 設 計 原 則 當 然 這 兩

種 的 設 計 各 有 優 缺 點 值 得 我 們 去 探 討 與 比 較 表 一 列 舉 幾 項 在 技 術 與 量 產 上 兩 種 方 法 的 優 缺 點, 雖 然 各 家 都 會 針 對 缺 點 來 想 辦 法 改 善, 例 如 狹 縫 視 差 法 的 亮 度 嚴 重 下 降 的 問 題, 面 板 廠 已 加 強 背 光 來 因 應, 但 是 相 對 產 生 功 耗 與 壽 命 等 問 題 解 析 度 下 降 則 以 增 加 面 板 解 析 度 減 少 視 角 數 目 來 解 決 2D/3D 切 換 (Switchable) 的 問 題 則 因 為 3D 顯 示 器 價 格 下 降 可 以 採 取 3D 專 用 機 ( 免 切 換 ) 的 策 略, 或 是 設 計 成 可 以 拆 卸 式 (Removable) 的 機 構 來 增 加 專 用 機 的 使 用 彈 性 最 重 要 的 是 價 格 了, 但 是 一 方 面 價 格 是 由 市 場 供 需 與 競 爭 者 價 格 來 決 定, 另 一 方 面 當 然 與 生 產 成 本 ( 產 能 與 良 率 ) 息 息 相 關 狹 縫 視 差 法 柱 狀 透 鏡 法 視 角 與 觀 賞 距 離 多 視 角, 根 據 設 計 可 定 義 觀 賞 距 離 範 圍 與 最 佳 觀 賞 距 離 多 視 角, 根 據 設 計 可 定 義 觀 賞 距 離 範 圍 與 最 佳 觀 賞 距 離 亮 度 嚴 重 下 降 保 持 亮 度 生 產 困 難 度 較 難, 對 位 精 準 度 要 求 非 常 高 容 易, 對 位 精 準 度 要 求 不 高 成 本 高, 良 率 低 低, 良 率 高 解 析 度 跟 隨 視 角 數 目 而 改 變 跟 隨 視 角 數 目 而 改 變 2D/3D 切 換 可, 相 對 容 易 可, 但 是 相 對 不 容 易, 會 增 加 可 觀 的 成 本 表 一 : 狹 縫 視 差 法 與 柱 狀 透 鏡 法 優 缺 點 比 較 當 然, 在 裸 眼 3D 立 體 顯 示 技 術 除 了 顯 示 器 本 身 外, 它 所 牽 涉 到 的 技 術 還 有 相 關 的 播 放 軟 體 與 3D 立 體 影 像 / 視 訊 生 成 的 編 輯 軟 體 (Authoring Tools), 以 及 能 將 原 本 是 以 3D 軟 體 ( 如 Direct3D 或 OpenGL) 為 基 礎 所 製 作 的 應 用 軟 體 ( 如 3D 遊 戲 或 3D 工 程 用 軟 體, 等 ) 即 時 (Real Time) 直 接 轉 換 為 多 視 角 的 影 像 的 驅 動 軟 體 (Driver), 或 是 具 有 直 接 全 自 動 將 2D 影 像 或 視 訊 轉 換 成 多 視 角 和 2D+ 深 度 圖 (Depth Map) 的 商 業 化 軟 體 的 支 持 都 是 做 為 評 估 一 種 3D 立 體 顯 示 技 術 的 好 壞 標 準 以 目 前 來 說, 國 內 愛 爾 得 資 訊 公 司 已 可 以 提 供 一 系 列 完 整 的 3D 立 體 節 目 製 作 的 解 決 方 案 與 工 具 軟 體, 並 且 提 供 快 速 與 價 格 合 理 的 原 型 (Prototype) 柱 狀 透 鏡 模 具 設 計 與 開 發, 讓 想 要 進 入 此 一 領 域 卻 還 沒 有 確 認 技 術 與 可 行 性 的 客 戶 一 個 開 發 量 產 模 的 保 障 除 了 新 開 發 軟 體 來 搭 配 3D 立 體 顯 示 器 外, 另 外 一 方 面 如 何 利 用 現 有 市 面 上 的 軟 體, 如 Photoshop After Effects 3DS Max Maya 等 來 加 速 製 作 3D 立 體 節 目 的 技 術, 以 及 利 用 兩 台 或 多 台 相 機 或 攝 影 機 來 拍 攝 立 體 實 景, 等 等, 都 需 要 累 積 一 定 的 經 驗 才 能 製 作 出 好 的 3D 立 體 動 畫, 影 片 或 廣 告 目 前 國 內 這 方 面 的 人 才 與 公 司 還 是 極 為 少 數, 因 此 有 待 以 公 司 之 間 的 合 作 或 政 府 的 統 籌 運 用 來 建 立 與 推 動 這 樣 的 產 業 鏈

三 3D 立 體 顯 示 的 近 程 發 展 與 產 品 的 應 用 2007 年 國 內 顯 示 器 大 廠 奇 美 電 子 更 投 資 美 國 iz3d 推 出 配 帶 偏 光 眼 鏡 的 LCD( 雙 層 面 板 ), 韓 國 Zalman 也 推 出 配 帶 偏 光 眼 鏡 LCD( 單 層 面 板 ) 的 3D 立 體 顯 示 器 2009 年 繪 圖 晶 片 大 廠 nvidia 更 推 出 配 戴 LCS 眼 鏡 ( 圖 十 六 ) 搭 配 Samsung 120Hz LCD ( 面 板 供 應 商 為 奇 美 電 子 ) 主 打 電 腦 遊 戲 的 市 場, 目 前 還 有 多 家 品 牌 廠 家 會 在 今 年 內 陸 續 跟 進 而 如 果 我 們 想 使 用 LCS 眼 鏡 在 液 晶 螢 幕 上 觀 賞 3D 立 體 影 像, 則 必 須 要 考 慮 並 克 服 以 下 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 (Ghosting 或 Crosstalk) 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), 可 以 直 接 與 液 晶 螢 幕 搭 配 使 用 除 了 液 晶 螢 幕 之 外, 尚 有 DLP 前 投 式 與 背 投 式 投 影 機 可 以 搭 配 LCS 眼 鏡 來 觀 賞 3D 立 體 影 像, 這 就 是 主 動 式 (Active) 立 體 投 影

前 投 式 投 影 機 從 2008 年 Q4 起 陸 續 有 三 家 不 同 價 位 的 120Hz 投 影 機 的 問 世 : ProjectionDesign DepthQ 與 ViewSonic 他 們 的 型 號, 主 要 規 格 與 參 考 價 格 如 表 二 所 示 3D Projector Manufacturer ProjectionDesign DepthQ Viewsonic Model # F10 AS3D DepthQ-WXGA PJD6220-3D Resolution 1440x1050 1280x720 1024x768 Lumens 2000 1440-2000 2200 Contrast Ratio 3000:1 2000:1 2000:1 Available Nov. 2008 Nov. 2008 Feb. 2009 Price US$30,000 US$6,000 US$1,499 表 二 : 120Hz DLP 投 影 機 之 比 較 前 投 式 投 影 機 主 要 應 用 仍 然 是 小 量 市 場 的 3D 劇 院 學 校 博 物 館 或 軍 方 等 需 要 3D 立 體 顯 示 來 做 商 業 教 學 研 究 教 育 或 逼 真 的 演 練 等 用 途 目 前 尚 未 有 相 關 市 場 情 報 的 資 料 可 以 查 到 在 背 投 式 120Hz DLP TV 方 面,Samsung 與 Mitsubishi 分 別 在 2007 左 右 推 出 使 用 TI 的 晶 片 方 案 而 尺 寸 在 56 吋 及 72/73 吋 的 3D-Ready 1920x1080p 背 投 電 視 來 搶 攻 家 電 市 場, 只 是 現 在 可 以 播 放 的 節 目 ( 特 殊 棋 盤 式 CheckerBoard 的 3D 格 式 ) 太 少, 因 此 推 出 後 並 沒 有 造 成 太 大 的 風 潮 然 而 因 為 價 格 與 一 般 2D 背 投 電 視 價 格 相 去 不 遠, 只 有 期 待 不 久 將 來 當 大 量 的 好 萊 塢 3D 立 體 電 影 釋 出 到 家 庭 後, 背 投 式 3D 電 視 才 會 因 為 價 格 與 尺 寸 的 雙 重 優 勢 取 得 市 場 的 領 先 地 位 最 後 要 談 到 裸 眼 3D 立 體 顯 示 的 進 程 發 展 與 產 品 應 用 這 方 面 因 為 它 擺 脫 了 戴 眼 鏡 的 束 縛, 應 用 面 自 然 就 比 前 幾 項 技 術 與 產 品 更 佳 廣 闊 小 從 手 機 數 位 相 框 小 筆 電 (Netbook PC), 大 到 資 訊 站 (Kiosk) 數 位 電 子 看 板 (Digital Signage) 都 可 以 看 到 它 的 身 影 目 前 也 是 台 灣 面 板 廠 投 入 研 發 最 多 的 技 術 (120Hz 的 面 板 其 次 ) 不 過 除 了 華 映 (CPT) 奇 美 (CMO) 與 友 達 (AUO) 都 還 未 達 全 線 展 開, 離 大 量 出 貨 還 有 至 少 半 年 到 一 年 的 時 間 雖 然 也 聽 聞 其 他 面 板 廠 都 開 始 在 研 究 或 尋 找 合 作 夥 伴 中, 都 還 沒 有 看 到 在 正 式 國 際 展 中 亮 相 最 快 的 應 用 產 品 當 屬 採 用 柱 狀 透 鏡 法 在 大 型 數 位 電 子 看 板 與 小 型 消 費 性 產 品 - 數 位 相 框 的 應 用 了 四 3D 立 體 顯 示 的 未 來 發 展 拓 墣 研 究 所 在 2009 年 初 時 表 示, 2009 年 將 是 3D 數 位 內 容 大 量 爆 發 的 一 年, 但 鑒 於 3D 影 像 製 作 複 雜, 儲 存 容 量 需 求 較 為 龐 大, 所 以 3D 影 像 將 以 電 影

遊 戲 為 主, 未 來 則 可 望 拓 展 應 用 至 運 動 節 目 因 此 3D 視 訊 產 業 ( 也 包 括 顯 示 器 設 備 ) 首 度 擠 身 十 大 焦 點 產 品 ( 如 下 表 圖 示 ) 表 三 : 2009 年 全 球 十 大 焦 點 產 品 - 拓 墣 產 業 研 究 所,2009-1 由 以 上 的 報 導 以 及 近 期 有 關 3D 立 體 內 容 與 顯 示 技 術 的 新 聞 來 看,3D 立 體 的 產 業 即 將 型 成, 這 裡 面 包 含 了 底 層 的 播 放 機 顯 示 器 網 路 傳 送 節 目 製 作 軟 體 節 目 製 作 遊 戲 軟 體 業 者, 還 有 廣 告 商 的 加 入 將 可 以 帶 動 這 一 波 的 3D 立 體 的 熱 潮 3D 立 體 顯 示 的 未 來 發 展 雖 然 看 起 來 一 片 榮 景, 在 這 金 融 大 海 嘯 經 濟 衰 退 的 時 期 逆 勢 被 看 好, 不 過 有 一 些 負 面 的 思 考 必 須 要 時 常 反 問 自 己 (1) 3D 立 體 是 否 是 必 需 品? 還 是 一 時 的 噱 頭? (2) 是 先 發 展 顯 示 器 平 台 還 是 先 開 發 節 目 內 容? 有 節 目 沒 有 平 台, 有 平 台 沒 有 節 目, 都 會 造 成 這 個 產 業 的 瓶 頸 (3) 能 做 3D 節 目 並 不 代 表 能 做 出 好 的 3D 節 目, 一 個 好 的 3D 節 目 可 以 傳 達 豐 富 的 訊 息 並 爭 取 到 更 多 的 目 光, 但 是 一 個 不 好 的 3D 節 目 會 嚴 重 破 壞 觀 賞 者 對 3D 的 評 價 (4) 標 準 的 訂 定 刻 不 容 緩 標 準 的 掌 握 度 有 多 少? (5) 台 灣 除 了 顯 示 面 板 或 顯 示 平 台 的 製 造, 如 何 結 合 國 際 在 內 容 的 製 作 與 廣 告 商 的 創 意 與 雄 厚 的 實 力 站 上 國 際 舞 台? 如 果 能 說 服 自 己 回 答 以 上 的 問 題, 只 有 埋 頭 努 力 研 發 與 通 路 的 投 資 往 前 衝 了 五 台 灣 在 3D 立 體 顯 示 產 業 的 發 展 契 機 台 灣 的 資 訊 電 子 硬 體 相 關 的 產 業 得 天 獨 厚, 尤 其 是 電 腦 系 統 與 面 板 不 管 品 牌 與 代 工 不 是 排 名 世 界 第 一 就 是 第 二 的 產 業, 但 是 在 軟 體 與 節 目 內 容 或 遊 戲 的 產 業 並 未 跟 上 腳 步, 難 與 歐 美 抗 衡 尤 其 在 連 結 軟 硬 體 之 間 的 3D 立 體 平 台, 像 LCS 眼 鏡 播 放 軟 體 與 節 目 內 容 製 作 軟 體 只 有 愛 爾 得 資 訊 公 司 專 注 在 此 技 術 的 研 發, 歷 經 超 過 十 三 年 的 技 術 經 驗 累 積 已 經 是 世 界 上 少 數 具 有 3D 立 體 軟 硬 體 及 光 學 柱 狀 透 鏡 設 計 開 發 與 量 產 的 公 司 現 在 正 是 3D 立 體 產 業 要 起 飛 的 時 間, 也 正 是 合 作 聯 盟 減 低 重 複 投 資 的 風 險 來 因 應 全 球 經 濟 的 不 景 氣 另 外 由 2009 三 月

底 產 業 新 聞 得 知 Philips 決 定 關 閉 3D 顯 示 器 的 研 發 與 運 作 (10), 主 因 是 當 初 Philips 錯 估 裸 眼 3D 立 體 顯 示 器 可 以 很 快 的 進 入 家 庭 3DTV 的 市 場 但 是 因 為 難 敵 市 場 的 緊 縮 與 節 目 內 容 的 銜 接 不 上, 只 有 暫 時 退 出 這 也 是 台 灣 相 關 產 業 的 契 機, 一 方 面 立 即 填 補 Philips 所 遺 留 下 的 控 缺, 另 一 方 面 加 強 產 品 的 研 發 一 舉 取 得 技 術 與 市 場 的 領 先, 再 透 過 OEM 的 強 大 運 作 下 相 信 很 快 就 可 以 以 追 兵 姿 態, 超 韓 追 日 趕 美, 再 為 台 灣 在 此 一 新 的 產 業 上 立 下 輝 煌 的 戰 果 結 語 回 顧 3D 立 體 顯 示 的 市 場 大 概 每 十 年 一 個 高 峰 期 這 也 驗 證 電 腦 技 術 的 進 步 也 是 大 約 每 十 年 會 有 一 個 大 的 改 變 過 去 十 年 為 什 麼 3D 顯 示 的 產 業 沒 有 太 大 的 引 人 注 目, 原 因 是 它 的 應 用 沒 有 很 明 確 與 多 元 化, 讓 業 者 投 入 的 興 趣 不 大 如 今 整 個 大 環 境 不 同,3D 遊 戲 如 雨 後 春 筍 般 的 推 陳 出 新,3D 立 體 電 影 也 如 火 如 荼 般 的 在 拍 攝 與 製 作 中, 還 有 電 腦 與 其 週 邊 設 備 大 廠 在 播 放 平 台 上 也 陸 續 準 備 妥 當 來 迎 接 這 個 新 的 產 業 未 來 在 這 些 大 廠 與 Hollywood 電 影 的 推 波 助 瀾 下, 相 信 不 會 再 像 過 去 一 樣 曇 花 一 現 又 回 到 起 始 點, 而 是 一 個 可 以 一 直 進 步 直 到 有 一 天 3D TV 進 入 到 每 一 個 人 的 家 庭, 而 且 每 人 手 中 的 手 機 都 有 3D 立 體 顯 示 的 功 能 的 時 代 將 不 再 是 遙 不 可 及 的 夢 想 而 已

參 考 圖 片 圖 一 : 立 體 圖 片 觀 賞 器 圖 二 : 並 列 式 立 體 圖 片 圖 三 : 紅 / 藍 眼 鏡 圖 四 : 搭 配 紅 / 藍 眼 鏡 的 立 體 圖 圖 五 : 愛 爾 得 公 司 無 線 3D 立 體 LCS 眼 鏡 圖 六 : 愛 爾 得 公 司 有 線 3D 立 體 LCS 眼 鏡

圖 七 : Circular 3D 立 體 偏 光 鏡 圖 八 : Linear 3D 立 體 偏 光 鏡 圖 九 : Sharp LL-151-3D 15 裸 眼 3D 立 體 顯 示 LCD (4) 圖 十 : 物 理 上 光 角 的 定 義

圖 十 一 : 交 錯 顯 示 (Interlacing) 圖 十 二 : 畫 面 交 換 顯 示 (Page-Flipping) 圖 十 三 : 畫 面 同 步 倍 頻 顯 示 (Sync-Doubling) 圖 十 四 : 狹 縫 視 差 法 圖 十 五 : 柱 狀 透 鏡 法 圖 十 六 : nvidia 公 司 推 出 搭 配 Samsung 22 吋 120Hz LCD 的 快 閃 液 晶 3D 立 體 眼 鏡

參 考 文 獻 (1) 陳 彌 彰 3D 顯 示 應 用 現 況 挑 戰 與 機 會,3D 平 面 顯 示 器 最 新 技 術 及 應 用 發 展 研 討 會,2008-12-24 (2) 蔡 朝 旭 立 體 顯 示 技 術 的 過 去 現 在 與 未 來,2002-10-14 (3) http://www.berezin.com/3d/3dglasses.htm (4) http://www.physorg.com/news733.html (5) Matthew Brennesholtz Prospects for 3D Digital Cinema, 3D Biz-Ex, 2007-9-18 (6) 電 子 工 程 專 輯,2007-1-15 (7) 3D 電 視 標 準 化 工 作 今 夏 起 跑 - http://www.eettaiwan.com/art_8800569926_480702_nt_53826c7f.htm (8) 王 俊 貴 - http://tw.myblog.yahoo.com/3d-blog (9) 2009 年 全 球 十 大 焦 點 產 品 - 拓 墣 產 業 研 究 所,2009-1 (10) http://displaydaily.com/2009/03/27/philips-decides-to-shut-down-3d-opera tion/