立體顯示技術簡介 二、主動式眼鏡立體系統

需要眼鏡的立體顯示技術，最大的特色，就是需要帶上特殊的眼鏡了∼由於效果、技術、成本等等因素，目前應該還是算較為普及的立體呈現方法。而眼鏡基本上又可以再分為幾類，這邊主要提三大類：主動式眼鏡（active glasses）、被動式眼鏡（passive glasses）、其他類型眼鏡。

而這一篇首先介紹的，就是主動式眼鏡；而這一類的眼鏡主要就是所謂的快門鏡（shutter glasses）。

技術原理

這種技術的基本原理就是，在螢幕上會以兩倍的頻率交互地顯示左眼和右眼的影像，而眼鏡則會去動態地屏蔽使用者的左眼和右眼，在螢幕顯示左眼影像時遮住右眼、在螢幕顯示右眼影像時遮住左眼，以此達到讓兩眼看到各自不同的影像。

上圖就是簡單的示意圖，左邊的的圖就是代表螢幕在顯示左眼畫面時，眼鏡的右眼會變黑將右眼遮蔽、僅有左眼能看到左眼的畫面；而右圖則是代表螢幕顯示右眼畫面，此時眼鏡的左眼會變黑將左眼遮蔽，僅有右眼能看到右眼的畫面。

雖然在這種狀況下，沒有兩隻眼睛是同時看到影像的，但是由於人眼的視覺暫留等機制的效果，還是能感覺到兩眼都有看到各自不同的影像，進而產生立體感的！

目前這樣的技術，在眼鏡上大多是搭配液晶（liquid crystal）控制透光度來做遮蔽，所以一般又稱 LC shutter glasses。而整套系統所需要的硬體，除了主動眼鏡本身外，還需要一台可以擁有兩倍以上更新率的顯示裝置（投影機或一般螢幕皆可）；一般來說，傳統螢幕要有 60hz 才能維持良好的動態效果，而立體螢幕則需要 120hz 以上，才能讓兩眼各自都還有 60hz 的水準。另外，立體眼鏡也還要有辦法可以和螢幕的畫面同步，讓眼鏡的遮蔽和螢幕的左右眼一致；如果是無線式的話，就是要有專屬的同步訊號發射器。

實際上這項技術實際上已經被使用好一段時間了∼大部分好一點的陰極射線管（cathode ray tube, CRT）螢幕都可以拿來搭配這種技術的眼鏡使用。不過早期的液晶螢幕（LCD）由於更新率不足，沒有辦法提供 120hz 的更新率，所以不適合用來搭配快門式的立體系統；一直到最近才因為在相關技術上的突破，使得新一代的 LCD 可以提供 120hz、甚至 240hz 的更新率，足以用來搭配快門式眼鏡作立體顯示。而目前使用這種類技術的產品中最有名的，應該就是 nVidia 的 3D Vision（參考：nVidia 官方網站）了！

下面則是一些這一類產品的介紹：

首先是早期的有線式快門眼鏡。

右圖就是一款 Heresy 這邊有的有線式快門眼鏡。顧名思義，「有線」就是需要拉一條額外的線，用來提供電源與同步訊號；而 Heresy 手邊這一款是採用耳機用的 3.5mm 接頭。

而為了提供訊號給眼鏡，他還需要搭配專用的同步訊號產生裝置（左圖）才能使用。照片中最右邊的接頭，是用來連接電腦輸出的 D-Sub 訊號，然後除了再把訊號傳給螢幕外，也會另外產生所需的同步訊號，再傳送給眼鏡；而電源的部分，則是另外由 PS/2 鍵盤提供（中間的接頭）。

有線式的主要的缺點，就是卡了一條線，在行動上會比較不方便。而由於要另外接線，如果要多人使用的話，也需要額外處理接頭的分接等問題；這 Heresy 這次介紹的這款的話，預設就只能接兩附眼鏡。

接下來，則是比較早期的無線式快門眼鏡。

右圖就是 Heresy 這邊手邊有的一種無線的快門式立體眼鏡。由於快門式的立體眼鏡需要同步訊號來確定遮蔽的時間，所以無線的眼鏡一般都是透過紅外線來接收同步訊號的；在右圖中，兩眼中間上方的小黑點，就是紅外線的訊號接收器。

而有了接收端，當然也要有發送端；左邊的照片，就是這款眼鏡搭配的紅外線同步訊號發射器（emitter）。而這一類的訊號發射器的同步訊號來源，大多都是一種叫做「3-pin mini-DIN」的標準立體訊號接頭（左邊照片左方的線）；這種接頭在專業級的繪圖卡（例如 nVidia Quadro）上大多都有，可以直接接上去使用。而如果是使用一般的遊戲卡（例如 GeForce），則可以搭配專用的訊號分接線（照片一、照片二）來連接使用。而一個發射器可以涵蓋的範圍，則會因不同產品而有所不同，必要時也可以同時使用多個訊號發射器。

無線式的好處是擺脫了線的束縛，在行動上相對的比較自由；而且只要能收到發射器的訊號，不管是幾附眼鏡都可以直接同時使用，不需要額外處理。但是，由於這種眼鏡沒有線可以供給電源，所以需額外安裝電池（參考照片）才能使用；這也使得眼鏡有使用時間以及重量上的問題。

而接下來，則是提一下最近比較熱門的 nVidia 3D Vision。

其實說穿了，他基本上也只是無線式的快門眼鏡而以；只不過，他做得更漂亮、也更輕了！和前面提到的舊式眼鏡相比，他的眼鏡做得更小、造型更好，同時也改為使用 USB 充電的內建電池；而在同步訊號發射器方面，他也將界面改為現在很普遍的 USB 界面，同時也可以直接藉由發射器上的界面，做一些調整。

雖然 Heresy 覺得他改得相當不錯，但是相對的，他也做了許多限制；像是只能用在 nVidia 顯示卡的系統、必須要是 Windows Vista / 7 的作業系統等等，這些也在某些程度上，限制了他的使用範圍。關於 nVidia 3D Vision 的介紹，可以參考《3D顯示再進化！NVIDIA 3D VISION達到真正全3D顯示能力！》一文。

另外，還有一個是 DLP 3D 技術。

這樣技術是由 DLP（Digital Light Processing）技術開發廠商、德州儀器（Texas Instruments，官方網站）所提出的，它的資料網頁是《3D DLP HDTV》。

他採用的技術，基本上也是利用高更新率的畫面，來搭配主動式眼鏡使用。不過他的同步方法是採用所謂的「DLP Link」的方式，充分地利用 DLP 的特性，直接在顯示的畫面切換左右眼時，顯示超短時間的特殊畫面（似乎是 2ms 的灰階畫面）當作同步訊號給眼鏡接收；這個做法的好處，就是不需要額外的同步訊號發射器，可以降低一定的成本，同時也可以讓眼鏡接收同步訊號的範圍更大。

不過這種立體技術 Heresy 並沒有真的看過，所以不好對此做評論；而在《DLP Link：德儀的3D投影同步技術》有對此做簡單的介紹，有興趣的人可以參考。

小結

在 Heresy 來看，快門式的立體眼鏡是一種效果相當優異的立體呈現技術；透過快門式立體眼鏡，可以有效地遮住眼睛的視線，進而控制雙眼各別看到的畫面。而也因此，他產生的立體效果，也是 Heresy 覺得最好的一種！

不過他在呈現效果的缺點是，在使用時，所看見的亮度會降低許多；不過實際上這也是大部分的立體顯示技術都會有的共通問題。而在快門鏡系統裡，這個問題主要的原因是因為理論上，每隻眼睛看得到螢幕的時間，都會變成原來的一半（因為一半的時間會被遮住，只讓另一隻眼睛看），所以亮度自然會降低。

而如果像是 3D Vision 實際用在 LCD 上的話，又會因為 LCD 的更新率不夠快，有大部分的時間都會是液晶狀態轉換而不應該被看到的部分（下圖淺藍色的區域），這時候其實雙眼都會被眼鏡所遮蔽；而實際上真正可以看到螢幕的時間（下圖中藍色較深的區域）會比一半更短，甚至會不到 30%！這也導致了最後看到的畫面亮度，會在 30% 以下…

除了亮度的問題外，快門眼鏡另外的問題，就是成本了。和其他的眼鏡比起來，快門眼鏡算是相對貴的；以 nVidia 的 3D Vision 來說，一附眼鏡加上一個訊號發射器的官方售價要 199 美元，換算台幣約 6400 左右；而單買一副眼鏡則要 149 美元，換算後已經接近 5000 元台幣了！對於只有三五好友要用的話，多買幾附的價錢應該還可以接受，但是如果是要多人使用的話，這個價格就很可觀了！

而在多人使用時，也還有可能會因為不同系統的關係，而需要考慮到不同的同步訊號問題；例如紅外線的發射器所發出的訊號可能會被遮住、有線式的訊號需要分接…等等。也因此，某種程度上快門眼鏡的系統，並不是那麼適合多人使用。

另外，由於快門式的立體眼鏡本身是用一個固定的頻率在做遮蔽；而像日光燈管基本上也是在以一個固定的頻率在閃爍，如果兩者剛好不幸「配合」到的話，那就可能產生嚴重的干擾，進而影響到觀看的品質。不過 Heresy 這邊發生這樣的狀況，是比較早期的系統，新一代的系統會不會有類似的問題，由於沒有真的玩過，就不得而知了。

附註：亮度過暗以及同步訊號的問題，不確定是否會發生在 3D DLP 的系統上。