裸眼3D單芯片解決方案

　　由于受到自由式3D顯示技術(shù)原理的限制，在一定的空間范圍內(nèi)會(huì)形成一系列的觀看區(qū)域，在這些區(qū)域中，觀眾能夠自由觀看3D效果，但是如果超出這些區(qū)域，就無(wú)法看到正常的3D效果。這種現(xiàn)象目前還沒(méi)有統(tǒng)一的定義，SuperD將這種只能在某些區(qū)域內(nèi)正常觀看3D效果而無(wú)法在這些區(qū)域以外觀看的狀態(tài)稱為“切變現(xiàn)象”。圖3描述了這種現(xiàn)象。

　　圖3中，A位置能正常看到3D效果，而B(niǎo)位置看到的3D效果卻是錯(cuò)誤的。因?yàn)閮蓚€(gè)眼睛所看到的圖像存在著交換，這就造成了3D層次感與應(yīng)該表現(xiàn)的層次感完全相反的效果。而人眼又不能自動(dòng)調(diào)節(jié)這種相反的效果，因而造成了嚴(yán)重的頭暈現(xiàn)象。處在切變區(qū)域所看到的3D效果我們稱之為“反視”。在這種情況下，觀眾會(huì)發(fā)覺(jué)本應(yīng)處在遠(yuǎn)處的物體反而離自己更近，本應(yīng)處在近處的物體卻離自己更遠(yuǎn)，跟我們平時(shí)的生理習(xí)慣形成很大反差。

　　為解決觀看區(qū)域受限制的問(wèn)題，SuperD研發(fā)了一種把頭部追蹤技術(shù)集成到原有3D顯示方案中的3D顯示設(shè)備。圖4為頭部跟蹤技術(shù)的示意圖。

　　SuperD利用跟蹤技術(shù)獲得觀眾的三維位置，然后根據(jù)位置調(diào)整3D圖像的像素排列，生成新的符合該位置的3D圖像，這樣就解決了觀看區(qū)域受限的問(wèn)題。目前的跟蹤技術(shù)還只能針對(duì)單個(gè)觀眾。頭部跟蹤技術(shù)本身是可以跟蹤多個(gè)用戶的，但由于存在顯示面板刷新率和分辨率的局限，還不適合多個(gè)用戶同時(shí)使用。這也是該技術(shù)被首先應(yīng)用到筆記本電腦和其他移動(dòng)設(shè)備上的原因。SuperD的頭部跟蹤技術(shù)要求的跟蹤精度非常高，精確到厘米級(jí)，并且是用一個(gè)攝像頭來(lái)完成的。這是目前很多頭部或者人臉跟蹤技術(shù)所達(dá)不到的。

　　此外，頭部跟蹤技術(shù)目前除了可以解決單個(gè)用戶的觀看區(qū)域受限問(wèn)題外，還可以用來(lái)處理很多其他應(yīng)用，比如與顯示設(shè)備的交互，在游戲控制中用來(lái)增加游戲的可玩性，用眼睛控制鼠標(biāo)來(lái)實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用軟件的交互等。因?yàn)镾uperD所采用的頭部跟蹤技術(shù)可以用一個(gè)攝像頭來(lái)獲取空間位置，所以也可以把它用在測(cè)量領(lǐng)域。

　　3D圖像處理芯片

　　SuperD的3D圖像處理芯片提供了單芯片集成方案，不但可以接收、還可以處理和發(fā)送顯示圖像數(shù)據(jù)流，同時(shí)也會(huì)根據(jù)圖像內(nèi)容的不同而調(diào)整并控制屏幕的光學(xué)設(shè)計(jì)部分。在圖像數(shù)據(jù)通路之中，芯片會(huì)自動(dòng)檢測(cè)圖像的格式，比如，分辨率的大小、顯示圖像幀的基本參數(shù)等等。這些參數(shù)經(jīng)過(guò)內(nèi)部運(yùn)算處理之后，在保證不改變數(shù)據(jù)流帶寬/吞吐率的前提條件下，會(huì)被圖像數(shù)據(jù)流發(fā)送模塊再次打包同步，發(fā)送至屏幕的顯示單元，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)縫接入和處理。與此同時(shí)，同步控制邏輯也會(huì)在預(yù)先設(shè)定好的工作模式下，根據(jù)圖像2D/3D區(qū)域來(lái)控制屏幕雙折射光學(xué)器件的驅(qū)動(dòng)電路，使之在符合特定電壓的條件下開(kāi)啟透鏡的折射效果，呈現(xiàn)出3D顯示和傳統(tǒng)2D顯示區(qū)域。這種不同顯示區(qū)域的控制和圖像的處理，不僅要保證控制的同步，還必須考慮到2D和3D圖像所具有的不同延遲屬性，保證圖像的瞬時(shí)連續(xù)性和帶寬的匹配。

　　目前，SuperD的3D芯片已經(jīng)支持全高清的分辨率，并已針對(duì)不同種類的3D內(nèi)容格式內(nèi)置了對(duì)左右格式、上下交錯(cuò)格式等的支持。對(duì)于上層軟件而言，這種多格式支持只需通過(guò)使用相關(guān)配置接口對(duì)3D芯片進(jìn)行配置即可完成，因此，這種動(dòng)態(tài)配置的實(shí)現(xiàn)使得上層軟件可以直接操作硬件資源和擴(kuò)展應(yīng)用范圍。

　　在圖像的處理上，SuperD的3D芯片采用的獨(dú)特設(shè)計(jì)思路使用了行緩存代替?zhèn)鹘y(tǒng)圖像處理芯片中幀緩存的方法。僅此一項(xiàng)，行緩存就可以節(jié)省數(shù)倍的系統(tǒng)功耗，并降低了解決方案的成本。

　　運(yùn)動(dòng)視差技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

　　要得到立體視覺(jué)效果，除了通過(guò)兩個(gè)眼睛分別采集具有視差的圖像供大腦合成立體視覺(jué)外，還有一個(gè)重要的單目立體因素，那就是運(yùn)動(dòng)視差效果。運(yùn)動(dòng)視差是觀看者在自身發(fā)生位移的情況下所看到的周圍物體在運(yùn)動(dòng)方向上和速度上的差異。圖5是描述運(yùn)動(dòng)視差的示意圖。

　　從圖5中我們可以看到，當(dāng)觀看者位置發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)該看到不同的物體側(cè)面，并且距離觀看者遠(yuǎn)近不同的物體發(fā)生的相對(duì)位移也不一樣。集成運(yùn)動(dòng)視差現(xiàn)象的應(yīng)用可以很明顯地提高用戶的沉浸感。目前有些2D顯示下的應(yīng)用也開(kāi)始考慮運(yùn)動(dòng)視差現(xiàn)象，以此產(chǎn)生一種虛假的立體感覺(jué)來(lái)提高應(yīng)用的吸引力。

　　SuperD通過(guò)把運(yùn)動(dòng)視差技術(shù)與3D顯示技術(shù)相結(jié)合，將更能增加3D顯示的真實(shí)性和沉浸感。因此，結(jié)合頭部跟蹤技術(shù)，我們提出了一種含有運(yùn)動(dòng)視差的3D顯示技術(shù)。目前該技術(shù)還主要用于游戲應(yīng)用中。因?yàn)楝F(xiàn)在的游戲開(kāi)發(fā)方法本身就包含了對(duì)場(chǎng)景的三維描述信息，所以我們要做的是把這些信息提取出來(lái)，并結(jié)合跟蹤技術(shù)得到的觀眾位置來(lái)實(shí)時(shí)地修正游戲場(chǎng)景的矩陣信息，以此產(chǎn)生對(duì)應(yīng)不同視點(diǎn)位置下的不同渲染效果，使用戶形成運(yùn)動(dòng)視差的感覺(jué)，從而提高3D顯示技術(shù)的沉浸感。圖6是運(yùn)動(dòng)視差與3D顯示相結(jié)合的示意圖。

　　在圖6中注意觀察兩個(gè)立方體的顯示變化。這里3D顯示設(shè)備除了提供根據(jù)觀看者位置而新生成的對(duì)應(yīng)該位置的3D圖像外，還把3D圖像按照運(yùn)動(dòng)視差要求進(jìn)行處理。