3D立体显示技术原理与游戏应用历程简介

　　虽然眼镜方式能满足多人共同观看的需求，不过观看时必须配戴特殊眼镜仍旧是个相当大的障碍，各家厂商于是投入不需要配戴特殊眼镜的裸眼 3D 立体显示技术研发。

　　所谓的「裸眼 3D 立体显示」，是指在不配戴任何特殊配件的状态下以裸眼视觉就能直接观看到 3D 立体显示的效果。虽然基本原理仍旧是让左右眼观看不同画面产生视差来营造立体感，不过前提是不配戴眼镜，因此必须透过特殊设计的屏幕来达成目标。

　　由于裸眼 3D 立体显示在技术上仍有许多限制，因此主要用于个人化小型化的显示用途，如手机、数码相机等，较少用于多人化大型化的显示用途，如电视屏幕等。

　　裸眼 3D 立体显示根据运作模式又分为空间多功式与分时多功式两大类。

　　【空间多功式裸眼 3D 立体显示】

　　空间多功式裸眼 3D 立体显示是在同一个屏幕上，以分割显示区域（空间）同时显示左右两眼画面（多功）来达成 3D 立体显示效果的方式，因此被称为「空间多功」。

　　?柱状透镜式 3D 立体显示（Lenticular Lenses）

　　柱状透镜式 3D 立体显示屏幕，是在屏幕表面设置垂直排列的圆柱状凸透镜薄膜，透过透镜折射来控制光线行进方向，让左右两眼接受不同影像产生视差呈现立体效果。

　　由与光线在通过凸透镜时，行进方向会折射而产生变化，因此只要将左右眼画面以纵向方式交错排列，再透过一连串紧密排列的柱状透镜，就能让左右眼看到各自的画面。

　　柱状透镜方式的历史久远，应用范围也相当广泛，包括平面印刷或是屏幕显示器都能运用此方式来呈现 3D 立体画面，市面上常见的立体垫板等产品就是利用相同的原理所制作。除了呈现立体影像之外，柱状透镜还能用来呈现会随观看角度而变化的影像。

《但丁的地狱之旅》死神特别版封面就是采用柱状透镜印刷

　　由于柱状透镜可以在多个角度下产生立体效果，因此可以适用於多人观看的应用，不过在不合适的角度观看时会出现影像重叠的状况。一般的柱状透镜是固定贴附在屏幕表面，而且是以单一方向排列，因此无法切换显示模式，水平解析度会降为原本的一半，画质也会受到透镜折射影响，屏幕旋转 90 度时就会无法呈现立体感。不过也有厂商研发在柱状透镜中注入液晶来改变聚焦特性的技术，可关闭透镜的折射效果切换成 2D 模式。

　　视差屏障式 3D 立体显示（Parallax Barriers）

　　视差屏障式 3D 立体显示屏幕，是在屏幕表面设置称为「视差屏障」的纵向栅栏状光学屏障来控制光线行进方向，让左右两眼接受不同影像产生视差达成立体显示效果。

　　由于左右眼视线通过栅栏状视差屏障的角度不同，因此会看到后面屏幕的不同部分，只要将左右眼画面以纵向方式交错排列，就能让左右眼看到各自的画面产生立体感。

　　由于是采用遮蔽方式来达成立体显示效果，必须将屏幕分为左右两画面显示，因此水平解析度会降为原本的一半，而且画面亮度会下降。之外还会还有观看距离、角度与方向的限制，必须在规定的距离与角度内观看，画面转 90 度时就会无法呈现立体感。

　　后续厂商研发许多技术来改善视差屏障式 3D 立体显示萤幕的先天限制，像是采用可开关的液晶薄膜来充当视差屏障，就能透过液晶屏障的开关来切换 2D / 3D 显示模式，液晶屏障排列方式也可以制作成水平与垂直两种方向，配合横拿与直拿的需求切换。

可开关的液晶视差屏障

　　视差屏障式 3D 立体显示是目前最广泛应用于可携式装置的方式，包括 SHARP 与日立都不约而同的在任天堂发表 N3DS 后紧接着发表了各自的行动电话用视差屏障式 3D 立体显示屏幕。其中 SHARP 的产品将液晶屏障与触控薄膜整合在一起，而且同时支持横拿与直拿的应用，比较符合 N3DS 的需求，不过目前还无法确定是否会获得任天堂采用。

SHARP 3D 液晶屏幕产品示意图

日立 3D 液晶面板特色解说示意图

　　【分时多功式裸眼 3D 立体显示】

　　时间多功式裸眼 3D 立体显示是在同一个屏幕上，各切割一半时间来交替显示（分时）左右两眼画面（多功）以达成 3D 立体显示效果的方式，因此被称为「分时多功」。

　　?指向性背光分时式 3D 立体显示

　　指向性背光分时式 3D 立体显示，是藉由指向性背光膜搭配左右配置的背光光源，以高速交替方式分别朝左右眼显示不同画面来达成立体显示效果的方式。由于指向性背光膜可以控制光线射出的方向，因此能将左右画面分别投射到观看者的左右眼中。

　　当屏幕右侧的背光光源亮起时，就会透过指向性背光膜射出朝左眼方向的光线，用来显示左眼画面。当左侧的背光光源亮起时，就会透过指向性背光膜射出朝右眼方向的光线，用来显示右眼画面。藉由左右画面高速交替显示，就能平顺的显示立体影像。

　　由于指向性背光方式采用分时多功，因此每次都能以面板的完整解析度来显示画面，不像空间多功只能以面板的一半解析度来显示画面。而且只要左右两侧的背光光源同时亮起，就能切换为 2D 显示模式。不过由於左右眼画面是以指向性的方式显示，因此只有从屏幕正面观看时才能看到立体影像，而且当屏幕旋转 90 度时就无法显示立体影像。

　　指向性背光分时式 3D 立体显示产品目前仍处于研发阶段。

　　?深度融合式 3D 立体显示（Depth-fused 3D）

　　深度融合式 3D 立体显示是将两片液晶面板前后重叠在一起，分别在前后两片液晶面板上以不同亮度显示前景与后景的影像，藉由实体的深浅差异来呈现出景深效果。

日立研发的深度融合式 3D 立体显示屏幕

　　由于深度融合式并不像其他方式是以模拟两眼视差来产生立体感，而是让画面真正具备前景与后景的差别，能让观看者两眼视线的焦点自然落在画面位置并感受到景深，因此观看时眼睛比较不容易感到疲劳。不过受限于前后景重叠时的角度偏移不能太大，因此适合观看的角度有限，加上需要重叠两片液晶面板来构成，因此体积较大成本较高。

　　深度融合式 3D 立体显示不属于多工方式，产品问世已久不过应用层面有限。