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IMAX《加勒比海盗4》震撼上映 3D技术五花八门

2011-05-20 本刊编辑 依马狮视听网


    继《阿凡达》,《盗梦空间》和《青蜂侠》等3D影片的辉煌成功,来自加拿大的3D电影巨头IMAX(巨幕)公司,正在推出的3D新片便是《加勒比海盗4:惊涛怪浪》。此片早在今年的5月14日,便已在法国戛纳的国际电影节上首映。在5月20日,中国的各大院线亦将同时上映。伴随着一股股3D电影的新浪潮,今年将是当之无愧的3D电影年,例如3D版的《建党伟业》即将推出,还有《变形金刚3》,《哈利波特7(下)》,《碟中谍4》和《丁丁历险记》等热门3D影片蓄势待发。难怪IMAX计划在5年内要在大中华地区运营300家以上的3D电影院,皆因3D电影一来有难以阻挡的大趋势,二来对日益猖獗的盗版行为能起到抑制作用。

    主流3D投影技术

    那么,在主流的3D投影技术方面,都有哪些新的趋势呢?其实从最早的彩色立体三维技术问世至今,3D显示技术已经有几十年的发展历史,当然,在民用领域的应用,是近几年的事情。目前比较常见的3D技术是彩色立体3D,偏振式3D,立体3D以及最新的DLP Link。由于各自的原理不同,成本与效果等亦不同,因此在市场占有率上亦是各有不同。

    例如彩色立体3D技术的成本最低,而且技术原理比较简单:就是通过物理学原理,使用不同颜色的滤光片来进行画面滤光,便可使得一个图片能产生出两幅图像。最常见的滤光片颜色通常是红/蓝,红/绿,或者红/青。

    而偏振式3D技术与彩色立体3D技术相比,在立体影像的画质提升方面是非常明显,但可惜成本较高。其显示的核心原理需要一台电脑的显卡,需具有双输出接口,可将3D信号同时输出到两台性能参数完全相同的投影机中。通过加装在投影机镜头前方的偏振镜片来进行水平和垂直方向上的滤光之后,便可实现图像分离。再通过偏光眼镜从左右眼分别观看水平和垂直方向上的影像,从而在人眼中形成影像叠加,实现了3D效果。此外,图像的画质取决于3D片源以及投影机的分辨率。如果原始分辨率的值越高,那么画质自然就越好,同时,偏光眼镜的成本也相对低廉,例如最低的几十元就能购买到。当然这类技术也有许多弊端,例如需要两台投影机,增加了成本。另外,还需要对两台投影机的位置进行准确调校,并且不能随意移动,因此后期维护比较麻烦。

    上述的立体3D技术,应该是目前最常见的一种3D投影技术,因为现在几乎所有的3D影院都是采用的此种设备,它主要是采用了帧序列的形式来产生立体图像,而实现的过程需要三个要素:首先投影画面的刷新率需要达到每秒120帧,其次需要一个红外信号发射器,最后就是需要一个可以接收到红外信号的3D立体眼镜。该技术的原理是当3D信号通过电脑(或者其他设备)输入到投影机中时,图像以帧序列的格式实现左右帧交替产生,通过红外发射器将这些帧信号传输出去,而负责接收的3D眼镜在实现信号同步的同时与左右帧图像进行同步交替开关,结果便观看到了立体3D影像。运用该技术的投影机通常其分辨率要在XGA以上,图像质量便非常好,而且不需要太多的附加设备。但是,由于此种规格的片源较少,并且使用红外传输信号很容易受到视角的限制,因此在影院里,为了让不同位置的观众看到稳定的3D影像,通常会需要增加很多的红外发射器来实现。

    最后,要论及技术最稳定的3D投影技术,便数最新的DLP Link了。该DLP Link技术是美国德州仪器最新推出的,主要是在立体3D技术的基础上进行更完善的图像实现。该技术原理与立体3D技术大致相同,唯一的区别是3D信号的传输不是经由红外装置,而是通过DLP投影机中的DMD芯片闭合来控制3D信号的传输。由于DMD芯片的变换频率是以微秒为单位,因此人眼戴上立体眼镜后,在观看影像的过程中几乎是感觉不到任何信号变化的。这样一来,好处是信号的传输更为稳定,并且不会受视角的影像。同时,由于没有增加其他附加设备,投影机的生产成本便不会增加,因为它只需要一副立体眼镜就可以了。不过,由于它是最新的技术,3D内容还较少,因此暂时影响了该技术的普及。据德州仪器介绍,该类技术将率先应用在生物、仿真教学中,协助讲师和教员来进行实际的演示。 [Page]

    主流3D投影幕

    3D电影除了要有好的投影技术之外,还需要一块好的3D投影幕来配合,正如英雄需要宝剑来相衬一样。最近亿立(Elite)银幕公司研制出的最新“3D银制投影幕”(Silver 3D Screen),便掀起了各大投影幕公司相继开发3D投影幕的热潮。

    首先,亿立的这款幕布是经由台湾的R&D精心研究而出,其表面的偏光涂层,能让3D影像更为立体的同时还增强了画面的整体亮度,而其银白色的表面则加强了颜色的对比度。还有,其银幕的增益可减少带上3D眼镜后的暗度,让画面更加明亮。据知,该投影幕一经推出就引起了市场的广泛关注,并且马上就获得了罗志祥世界巡回演唱会制作团队的采用。据了解,亿立提供的470寸超大型3D银幕,可让现场两万观众同时观看到最好的3D效果。因此,在罗志祥整场的演唱会中,将使用三段3D影片来串场,其中的一段更是会让现场观众与影片中的罗志祥进行互动,娱乐效果十足。据悉,此特效在全亚洲乃是第一次将3D银幕与万人演唱会“联姻”。 

    除了亿立,很多投影幕巨头亦有推出自己的3D投影幕。例如美国特丽(Da-Lite)推出透光率可达99%的3D投影屏幕。而该3D投影幕是采用了特丽公司专门用于立体显示的3D灰幕材料(3D Virtual Grey)。据悉,该幕料可以消除常见的残影或者细纹,而且,该3D灰幕材料将增益从1.3倍提升到了1.85倍,可有效改善当前低亮度投影机的显示效果。对于3D投影机来说,毋容置疑地,该3D投影幕是最佳搭档之一。 

    而来自丹麦的DNP公司,早已推出了3D投影幕Supernova。该Supernova 3D投影幕采用的是Supernova Infinity技术,可通过特制的铝制框架将多个强光屏幕组合在一起,构建为没有任何尺寸限制的大屏幕显示墙,可令观众在距离远,位置偏的情况下仍能看到投影幕中超清晰的图像品质。 

    还有不甘示弱的视图尔特(Stewart),也早于去年便推出了以Silver 5D材料制造的全新3D/2D投影屏幕。顾名思义,该投影幕既可用于3D,也可用于2D。据了解,其主要特色便是既可提升3D投影画面的显示效果,同时又可保证主流2D投影画面的出色画质。 

    而同是来自美国的Vutec,也于去年便推出了高清3D投影幕SilverStar。据知,该SilverStar是Vutec屡获大奖的的专利产品,并屡获大获奖的前投影屏幕,既支持主动式,也支持被动式的3D立体显示,不但有高质量画面,也有高亮度,高色彩,高增益,和高对比度此“四高”特性。此专利产品之专利技术名为“多选项光层结合银基材料”(A silver-based material combined with multiple optical layers),可大大地增加色彩饱和度与对比度。 

    当然,除了以上厂商,还有其它厂家也有推出各自的3D投影幕,例如美视晶莹(GrandView)自创的3D电影银幕,和OS Screen等投影幕巨头自产的3D投影幕。还有最值得一提的当然是来自加拿大的IMAX(巨幕)公司,其巨幅3D银幕早已在北美和中国多家院线落地生根。如今,IAMX最新的3D投影幕便是今年出产的400寸巨型银幕。 

    主流裸眼3D显示技术 

    如今电影院在放映3D电影时,广泛采用的是偏振眼镜法。而视差障壁(Parallax Barrier)技术(它也被称为视差屏障或视差障栅技术),与偏振眼镜技术有些相似,不过一个需要通过眼镜,而另一个却不需要。视差障壁技术是由夏普欧洲实验室的工程师们经过十年的研究所得,实现方法是使用一个开关液晶屏、偏振膜和高分子液晶层,利用液晶层和偏振膜制造出一系列方向为90°的垂直条纹。  [Page]

    这些条纹宽几十微米,通过它们的光就形成了垂直的细条栅模式,称之为“视差障壁”。而该技术正是利用了安置在背光模块及LCD面板间的视差障壁,在立体显示模式下,应该由左眼看到的图像显示在液晶屏上时,不透明的条纹会遮挡右眼;同理,应该由右眼看到的图像显示在液晶屏上时,不透明的条纹会遮挡左眼,通过将左眼和右眼的可视画面分开,使观者看到3D影像。缺陷:由于背光遭到视差障壁的阻挡,所以亮度也会随之降低,要看到高亮度的画面比较困难。除此之外,分辨率也会随着显示器在同一时间播出影像的增加成反比降低,导致清晰度的降低。 

    还有另一项名为柱状透镜(Lenticular Lens)的技术,也被称为双凸透镜或微柱透镜。它相比视差障壁技术最大的优点是其亮度不会受到影响。它的原理是在液晶显示屏的前面加上一层柱状透镜,使液晶屏的像平面位于透镜的焦平面上,这样在每个柱透镜下面的图像的像素被分成几个子像素,这样透镜就能以不同的方向投影每个子像素。于是双眼从不同的角度观看显示屏,就看到不同的子像素。不过像素间的间隙也会被放大,因此不能简单地叠加子像素。让柱透镜与像素列不是平行的,而是成一定的角度。这样就可以使每一组子像素重复投射视区,而不是只投射一组视差图像。之所以它的亮度不会受到影响,是因为柱状透镜不会阻挡背光,因此画面亮度能够得到很好地保障。不过由于它的3D显示基本原理仍与视差障壁技术有异曲同工之处,所以分辨率仍是一个比较难解决的问题。 

    而最新的裸眼3D技术,是MLD技术。在2009年4月,美国PureDepth公司宣布研发出改进后的裸眼3D技术——MLD(multi-layer display多层显示),这种技术能够通过一定间隔重叠的两块液晶面板,实现在不使用专用眼镜的情况下,观看文字及图画时所呈现3D影像的效果。与以往采用柱状透镜技术的裸眼3D显示器相比,MLD技术具有以下几个优点: 

    一、观看3D影像时,用户不会产生眩晕、头疼及眼睛疲劳等副作用; 

    二、3D显示时,屏幕的分辨率不会降低; 

    三、可组合显示文字等二维影像和3D影像; 

    四、对观看3D影像的视野及角度没有太大的限制,通俗点说就是可视角度够大。据悉,采用MLD技术的显示设备已经在美国拉斯维加斯的部分娱乐场所得到了应用,并取得了良好的效果。

    时至今日,裸眼3D技术已成为各方关注焦点,夏普、索尼、东芝等企业纷纷推出了相关产品。在去年,全球有350万台3D电视的销量。而在本届CES上,推出大尺寸裸眼3D电视产品的厂商就有3家,分别是索尼、LG和东芝。而在中国,主要的彩电企业创维、康佳、长虹、TCL、海信、海尔等已开发出采用这类技术的3D液晶电视或3D等离子电视的样机。目前,TCL已经在国内市场正式推出一款采用新技术的3D液晶电视,目前该产品已在深圳和广州的机场使用。

    但是,值得一提的是,在电影领域,裸眼3D技术有着无法逾越的成本与内容这“两座大山”。例如,裸眼电视尺寸越大成本越高,而且成本是呈几何级数增长:一是采用裸眼3D技术的显示器必须是工业显示器,制作工艺与普通的液晶显示器有很大区别;二是3D电视的贴膜虽然制造容易,但要保证“点对点”对应贴膜却存在很大的技术难题,目前还没有办法进入工业量产阶段,所以生产大尺寸电视的时间成本较高。此外,裸眼3D影片的制作费非常高,由于要让不同视角的观众都看到立体图像,裸眼3D图像1帧画面的成本至少是普通图像的8倍。另外,裸眼3D图像的数据量是普通图像的数倍,其对存储设备和传输设备的要求也相当高。 [Page]

    因此,裸眼3D技术对于3D电视来说尚算可以普及,但对电影这么大的屏幕来说,尚需时日来实现其应用。

    裸眼3D立体显示器

    随着3D的风靡,3D影片正在蜂拥而至,但随之引发的问题也是不少,例如3D眼镜长期佩戴的不舒适和3D眼镜的美观性等问题,还有低成本3D眼镜对人体视力的伤害的问题。这些问题却催生了裸眼3D立体显示器的发展。

    裸眼立体显示器,是指无需佩戴眼镜,观众即可直接以肉眼观赏三维影像的立体显示器。在种类上可以分为全像式(Holographic)、体积式(Volu-metric Type)、成对立体影像式(Parallax Images)、观者追迹式(Tracking-based Type)、多平面式(Multi-Planar)以及2D多工式(Multiplexed 2D)。

    (1) 全像式(Holographic Type)

    全像式的3D裸眼立体显示器,当初是由麻省理工学院所开创,主要是利用红、蓝、绿三种颜色的镭射光源,在分别透过声光调变器晶体(Acoustic Optical Modulator,AOM)之后,产生了所谓的相位型光栅。而这些经过AOM的镭射光会携带着光栅讯息,在透过全像片合并之后,利用垂直扫描镜(Vertical Scanning mirror)以及多面镜(Polygonal mirror),进行垂直及水平的扫描,最后呈现三维立体图像。

    优点:全像片容易取得及其技术成熟。 
    缺点:其影响大小由于声光调变器晶体的大小,以及多面镜的扫描速度必须与三色的镭射光光源在晶体上传播的速度同步。

    (2)体积式(Volumetric Type)

    德州仪器(Texas Instrument,Tl)提出一种利用镭射扫描立体影像显示器,又成为体积式显示器。主要是利用一个高速旋转的圆盘,藉由地下投影的镭射光源,投射到此快速旋转面时,会产生散射的效应,藉此扫描空间中的每一点。

    缺点:影像中央有旋转轴,越靠近轴心的影像旋转速度则越慢,所产生的立体影像也因此较为模糊。

    (3)多平面式(Multi-Planar)

    多平面时立体显示主要原理为利用一种两个面重叠的液晶面板,在两个面板显示大小相同的影响,利用物体和观赏者之间远近不同的距离,会有明度及颜色上的差别,进而重叠前后物体影像,使观赏者在视觉上产生立体感。

    缺点:前后面板的对位困难。

    由于此形态的立体显示是将两个二维影像重叠,因此只有在特定的正视方向观赏,才会有较佳的立体显示效果,其余的观赏角度效果不佳。

    3D显示技术的主动式与被动式

    3D显示技术的主动式,又被称为SG快门式,而被动式又被称为PR偏光式。前者以索尼、三星、海信等为代表,后者以LG、创维、康佳等为代表。其实,都需要戴3D眼镜来观看的两大显示技术各有优劣,但都可以支持全高清显示,也可以支持2D与3D的转换。今年CES给我们的信号是“3D无处不在”。如今3D技术已经从电影和电视逐步渗透到相机、摄像机、电脑、MP5、摄像头和打印机等各种品类之中。那么,主动式和被动式的大战,到底谁会是赢家?

    从阵容来看,主动式3D电视的阵容更为强大,上市的产品亦早,例如三星,索尼,东芝,夏普,松下,LG,长虹,康佳,TCL,海信等3D电视全系列。但从价格来观察,被动式3D却有一定优势,因为被动式3D电视的成本较低,配备的3D眼镜价格基本上是在百元以下,比主动式3D眼镜动辄上千元的价格来得要低很多。因此,最便宜的被动式3D电视只需4千块左右。 [Page]

    再从技术角度来看:首先,两种技术原理在可视角度上打成平手,因为两者都无法做到随心所欲地观看。例如有些观众喜欢躺在沙发上或者侧身看3D电视,但主动式3D电视的画面会随着旋转角度的变化,而导致亮度变暗,甚至在水平90度时,会全黑!而被动式3D电视虽然不会出现这种情况,但会随观看角度的变化而出现重影!因此,双方可算打成平手。

    在亮度方面,被动式的3D画面更明亮,但从画质效果来说,主动式的3D效果更优。因此,综合来比较,3D效果更好的肯定是主动式技术占优,但从价格来考虑,则是被动式技术占据主要优势。所以,从市场营销的定位角度来说,主动式3D电视会受中高端客户的青睐,因为此类客户并不在乎花多少钱,他们要的是高端的3D效果。而被动式3D电视将会大受中低端客户的喜爱,因为舍不得花那么多钱的他们,先以低价格体验一下中端的3D效果也不错。

    3D眼镜的主动式与被动式

    最近,独立认证机构TCO Development公布了用于观看3DTV的主动快门眼镜或被动式薄膜偏光(FPR)眼镜技术的视觉体验比较的研究结果。该研究证实这两种技术在影响总3D体验的视觉功能特性方面是有区别的。例如:

    (1) 角相关串扰

    测量此串扰(亦称为图像鬼影)是由于它指的是左右图像通道的不完全隔离,因此在从不同角度观看屏幕时一个通道泄露或渗入另一通道。在水平和垂直方向最大30°测量。两种眼镜的水平方向串扰值低。不过在垂直方向,当倾斜角度超过15°时被动眼镜有较高的串扰。对置于适当高度或倾向观众的3D电视机,不见得观看角度在垂直方向大于15°。但一个结论是倾斜功能和适当的布置对于被动眼镜3DTV更重要。由于某些挂壁支架倾斜功能有限,这点要牢记。 

    (2) 亮度

    由于眼镜的不同透光率,主动式眼镜3DTV的白色中心亮度比被动式眼镜3DTV低3倍。当佩戴此眼镜,观众将自适应于此平均亮度,这意味着相同角度方向的观众将感觉不到亮度的大差异。不过,更高的亮度被视为有利于图像质量,而其它参数对观众的体验质量也很重要,例如黑电平、分辨率和串扰。当佩戴黑色眼镜,更难看到围绕电视机的物件,如遥控器。这对两种眼镜都适用,但主动式眼镜比被动式眼镜更暗。 

    (3) 3D模式通过每种眼镜的测量分辨率

    被动式眼镜3DTV必须牺牲垂直分辨率以便为有不同偏振的每只眼显示图像。一台3D模式下有1920 x 1080的被动式眼镜3DTV因而对每只眼只有1920 x 540的测量分辨率,而主动式眼镜3DTV每种眼有1920 x 1080测量分辨率。研究表明有相同分辨率的图像以3D比2D感觉更多的细节。这意味着以3D感觉被动式1920 x 540和主动式1920 x 1080的观看细节将略高于每只眼(被动式1920 x 540)和(主动式1920 x 1080)的观看细节。
无独有偶,最近松下、日立和三菱等公司亦联合制定了一些关于3D眼镜的统一标准,目前已得到了优派和精工爱普生的支持。该标准是与3D技术供应商Xpand 3D联合发布的倡议,名为M-3DI。M-3DI统一3D眼镜标准不但针对电视、影院的主动式3D技术,它还同样适用于电脑和家庭投影机。松下等标准制定者表示,在理想的情况下,用户可以佩戴同一副3D眼镜在家中或者影院中进行3D影像观看,并且获得同样的效果。据知中国海信、日本液晶电视制造商Funai、视丽(SIM2)也将加入标准的制定中。 

    新协议的授权将从今年4月份开始,目前还不清楚现有电视厂商的3D眼镜是否需要改动以适用于M-3DI标准。 此次电视厂商联合制定3D眼镜标准的行为倒是和3D技术工作组(3D TWG)的工作有直接冲突。后者是由消费电子协会支持,并在很早之前就开始标准的制定,但是直到现在也没有获得各厂商的公开支持。虽然M-3DI目前还没有获得三星、索尼、LG等重量级电视厂商的支持,但支持该标准的成员数量增长迅速。不过业界也存在这样的担忧,那就是主动式3D技术将会和被动式3D一样面临淘汰,裸眼3D将是最终观看途径。理由是目前的3D电视还存在不少缺点,例如用户老是抱怨主动式3D眼镜价格过高、太重、而且还需要经常进行充电。 [Page]

    3D的未来展望

    3D除了在电影上大显身手之外,在电视、相机、摄像机、电脑、MP5、摄像头和打印机等领域亦是各领风骚。3D立体数字告示,也将会成为3D未来发展的一个新趋势。例如3D数字告示的显示屏和显示墙,有许多显示屏厂商和大屏拼接的厂商已经在这方面有所动作。

    单是在显示墙的处理器领域,Jupiter(杰显通)和RGB便已推出了拳头产品。例如Jupiter的Fusion Catalyst显示墙处理器系列便堪称是展示了显示墙处理器的新标准。Jupiter采用了尖端的第二代PCI Express技术,可使带宽速度达到惊人的192 Gbps。据悉,此带宽足以用60帧/秒的速度传输多个超高分辨率的视频信号,可驱动32位象素的超高分辨率显示器,并完全支持任何配置要求。据知,该新产品可媲美RGB最新推出的新款显示墙处理器MediaWall 1900/2900。

    相信不久的将来,会有更多的3D产品层出不穷!

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