平面裸眼3D顯示系統(tǒng)的大場景應(yīng)用及其設(shè)計(jì)方法

　　秦迪，劉紅，羅亮，劉明，郭慧，楊丹，李寧

　　(上海濟(jì)麗信息技術(shù)有限公司)

　　裸眼3D顯示分為平面裸眼3D、全息裸眼真3D、沉浸式裸眼3D等不同實(shí)現(xiàn)方式，其中平面裸眼3D顯示因?yàn)槠洳皇墉h(huán)境和空間限制、硬件搭建簡單、成本相對有優(yōu)勢而更加受到行業(yè)的關(guān)注。然而，相比之下，平面裸眼3D顯示具有最大的技術(shù)難度，有大量的技術(shù)難點(diǎn)亟待解決。平面裸眼3D顯示的應(yīng)用范圍涉及到行業(yè)應(yīng)用市場、商業(yè)應(yīng)用市場和消費(fèi)類電子市場三個(gè)維度。從產(chǎn)業(yè)發(fā)展的角度看，裸眼3D顯示要在各個(gè)領(lǐng)域市場獲得較大突破，必須產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同整合發(fā)展，包括硬件技術(shù)和內(nèi)容建設(shè)。

　　1 市場導(dǎo)入期的大場景應(yīng)用

　　平面裸眼3D顯示產(chǎn)業(yè)經(jīng)過持續(xù)多年的發(fā)展，擁有巨大的市場空間，在部分應(yīng)用領(lǐng)域也取得相應(yīng)的進(jìn)展，將來是在國內(nèi)具有上千億市場容量、全球具有上萬億市場規(guī)模的大產(chǎn)業(yè)，但目前整體上卻還處于產(chǎn)業(yè)導(dǎo)入期。目前，由于硬件成本較高、內(nèi)容匱乏等諸多瓶頸，其在消費(fèi)類電子市場乃至家用市場的應(yīng)用顯然時(shí)機(jī)未到。因此，先行業(yè)及商業(yè)市場再消費(fèi)類電子市場是必然的產(chǎn)業(yè)發(fā)展路徑，開發(fā)裸眼3D顯示的行業(yè)及商業(yè)應(yīng)用是目前的方向。而裸眼3D顯示的行業(yè)及商業(yè)市場偏向于大場景的應(yīng)用，即裸眼3D顯示應(yīng)用的大屏化。

　　平面裸眼3D大屏幕顯示系統(tǒng)的應(yīng)用首選涉及大屏幕顯示系統(tǒng)的傳統(tǒng)行業(yè)，最先導(dǎo)入的主要包括科技場館、規(guī)劃展示、文化傳媒、教育培訓(xùn)、影院娛樂、工業(yè)設(shè)計(jì)、模擬仿真等領(lǐng)域。然而，目前最重要的問題依然是裸眼3D顯示內(nèi)容的高成本，影響其高成本的主要原因是3D內(nèi)容的定制化設(shè)計(jì)成本與信號(hào)傳輸的成本，但是隨著5G通信的普及，網(wǎng)絡(luò)速度倍速增長，傳輸成本會(huì)逐步下降，所以目前最核心的任務(wù)是能夠降低3D內(nèi)容的制作成本，誰能有效的降低成本，誰就更加擁有迅速獲得市場占有率的能力。我們作為最早從事拼接大屏幕制造和裸眼3D顯示研究的解決方案提供商，具有最佳的推動(dòng)裸眼3D大屏幕顯示系統(tǒng)市場發(fā)展的先決條件。首先從大屏幕傳統(tǒng)行業(yè)入手，提供裸眼3D大屏幕顯示系統(tǒng)成套設(shè)備，包括衍生類的裸眼3D液晶廣告屏等;然后，逐步開發(fā)裸眼3D內(nèi)容制作市場和軟件平臺(tái)，成為一站式解決方案的聚集地。

　　2平面裸眼3D大屏硬件技術(shù)路線

　　2.1.裸眼3D拼接大屏幕墻

　　拼接大屏幕由多個(gè)拼接顯示單元以行列的方式拼接而成，形成一面拼接顯示墻，其因?yàn)楸阌谶\(yùn)輸、搭建且具有超高分辨率的特點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用，其經(jīng)過接口升級，可實(shí)現(xiàn)3D信號(hào)的采集，且通過第三方偏光眼鏡可呈現(xiàn)3D顯示，但不具備裸眼3D的功能，要獲得裸眼3D的大屏顯示，首先需要設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)裸眼3D的拼接顯示單元。

　　我們創(chuàng)新型的設(shè)計(jì)了一種漸變節(jié)距針孔陣列的集成成像3D顯示裝置[1]。其采用漸變節(jié)距孔陣列取代傳統(tǒng)的平均節(jié)距孔陣結(jié)構(gòu)，克服了現(xiàn)有技術(shù)中現(xiàn)有集成成像3D顯示設(shè)備存在的觀看視角小的問題。圖1為漸變節(jié)距針孔陣列式裸眼3D顯示單元示意圖。

　　圖1 漸變節(jié)距針孔陣列式裸眼3D顯示單元示意圖

　　運(yùn)用該技術(shù)對拼接顯示單元(如液晶拼接單元、LED箱體單元、DLP顯示單元)進(jìn)行硬件處理，實(shí)現(xiàn)裸眼3D的升級，實(shí)現(xiàn)裸眼3D的更寬視角、更遠(yuǎn)的觀看距離顯示，且理論上不受拼接規(guī)模(屏幕大小)和工藝上不受屏幕種類限制，極大的促進(jìn)裸眼3D大屏幕的實(shí)用價(jià)值。

　　2.2.裸眼3D圖像控制器

　　3D大屏幕拼接控制器是立體信號(hào)圖像拼接控制器，我們設(shè)計(jì)了一種基于FPGA的圖像拼接處理裝置[2]。采用先進(jìn)的FPGA信號(hào)處理技術(shù)，可將多個(gè)顯示單元(液晶拼接顯示單元，LED顯示單元)拼接成為一個(gè)虛擬邏輯單元。支持HDMI1.4A規(guī)范，支持普通的2D信號(hào)，及多種格式的3D信號(hào)(FramePacking格式，左右半寬格式，上下半寬格式等)。圖2為平面裸眼3D拼接大屏拓?fù)鋱D(以3×3液晶拼接為例)。

　　圖2 平面裸眼3D拼接大屏拓?fù)鋱D

　　設(shè)備提供多路HDMI信號(hào)選擇輸入，多路HDMI信號(hào)輸出。典型應(yīng)用：可將第一路(或第二路)的HDMI信號(hào)顯示到多個(gè)顯示設(shè)備(2X2、3X3……)上，使多個(gè)顯示器顯示一個(gè)整體的畫面(每個(gè)顯示器顯示原圖像的四分之一、九分之一……制作好的3D內(nèi)容再拓?fù)鋱D中的3D內(nèi)容播放器中進(jìn)行播放，并由3D拼接控制器采集、傳輸?shù)铰阊?D拼接大屏幕墻進(jìn)行顯示，觀看者將能夠通過雙眼直接感受3D的效果。

　　3 平面裸眼3D顯示內(nèi)容庫

　　基于上述平面裸眼3D的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其顯示的內(nèi)容可適配任何3D片源或內(nèi)容。然而，目前3D內(nèi)容的主要制作途徑為拍攝或定制設(shè)計(jì)，成本很高且不適合二次開發(fā)，造成巨大的重復(fù)工作量，因此大大的限制了平面裸眼3D大屏幕顯示系統(tǒng)的市場發(fā)展。

　　為了緩解上述問題，基于2D片源的存量大且廉價(jià)的特點(diǎn)，我們設(shè)計(jì)了一款能夠?qū)崿F(xiàn)2D—3D視頻轉(zhuǎn)換平臺(tái)系統(tǒng)軟件。其基于一種根據(jù)圖像關(guān)鍵幀、鏡頭運(yùn)動(dòng)分割來計(jì)算深度信息的后期制作系統(tǒng)，實(shí)時(shí)將2D圖像或視頻轉(zhuǎn)換成3D視頻。其能在2D 到 3D 轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換 2D 到 3D，3D 到 2D轉(zhuǎn)換上實(shí)現(xiàn)便捷的操作方法。將標(biāo)準(zhǔn)的視頻文件以3D格式輕松轉(zhuǎn)換成3D電影;以標(biāo)準(zhǔn)的2D視頻格式自如交換L / R圖像和改變3D深度的愿望;將2D轉(zhuǎn)換為3D視頻之前播放和預(yù)覽文件;將您的文件通過相應(yīng)設(shè)置不同的輸出參數(shù)，以滿足特定的需求;播放不同格式的文件用軟件的3D電影轉(zhuǎn)換器內(nèi)置的媒體播放器等等。

　　針對平面裸眼3D大屏幕顯示系統(tǒng)行業(yè)用戶的片源、內(nèi)容、信號(hào)源制作方面，在工程應(yīng)用及用戶需求上具有強(qiáng)大的便捷性，將廣泛應(yīng)用于3D大屏幕或裸眼3D大屏幕顯示系統(tǒng)的內(nèi)容制作與此同時(shí)，還可以作為其他商業(yè)用途，輕松的將2D視頻轉(zhuǎn)換成3D視頻，用以解決3D片源費(fèi)用較高、制作周期較長的問題。除此之外，其還能在2D視頻的各類制式中互轉(zhuǎn)，應(yīng)用簡單、直觀、方便。

　　4總結(jié)

　　綜上所述，能清晰地分析平面裸眼3D顯示在市場導(dǎo)入期的大場景應(yīng)用，同時(shí)能了解我們所設(shè)計(jì)的平面裸眼3D大屏幕顯示系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)路線，在市場的導(dǎo)入期基本形成了自身完整的產(chǎn)業(yè)鏈閉環(huán)雛形。今后將堅(jiān)持深度的技術(shù)研發(fā)、技術(shù)積累和資源整合，基于平臺(tái)軟件逐步建立3D內(nèi)容庫，實(shí)現(xiàn)裸眼3D大屏幕顯示系統(tǒng)在硬件、管理平臺(tái)軟件、內(nèi)容制作上一體化的、適應(yīng)市場的平面裸眼3D拼接大屏幕顯示系統(tǒng)一站式完整解決方案，對引導(dǎo)平面裸眼3D大屏幕顯示系統(tǒng)的市場發(fā)展具有巨大的推動(dòng)作用。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]劉紅，顧偉，鄒芳芳，羅亮，朱傳香. 一種漸變節(jié)距針孔陣列的集成成像3D顯示裝置[P].中國發(fā)明專利授權(quán)號(hào)ZL201610511000.7.

　　[2]劉紅，朱傳香，張磊.一種基于FPGA的圖像拼接處理裝置[P].中國實(shí)用新型專利申請?zhí)?01020697358.1,2011.09.14.

　　作者簡介：

　　秦迪(1992—)，男，安徽人，大學(xué)本科，畢業(yè)于杭州電子科技大學(xué)，現(xiàn)任上海濟(jì)麗信息技術(shù)有限公司項(xiàng)目總監(jiān)，主管項(xiàng)目設(shè)計(jì)與實(shí)施工作，Email：qd@tjgenius.com