平面裸眼3D顯示系統的大場景應用及其設計方法

　　平面裸眼3D的大場景應用及其設計方法

　　秦(qin)迪，劉紅，羅亮，劉明，郭慧，楊(yang)丹，李寧

　　(上海濟麗信息技術有限公(gong)司)

　　裸(luo)(luo)(luo)眼(yan)3D顯(xian)(xian)示分(fen)為(wei)平(ping)(ping)(ping)面(mian)裸(luo)(luo)(luo)眼(yan)3D、全息裸(luo)(luo)(luo)眼(yan)真3D、沉浸式(shi)裸(luo)(luo)(luo)眼(yan)3D等不(bu)同(tong)實現方式(shi)，其(qi)中平(ping)(ping)(ping)面(mian)裸(luo)(luo)(luo)眼(yan)3D顯(xian)(xian)示因為(wei)其(qi)不(bu)受環境和(he)(he)空間限制、硬件搭建簡單、成本相對有優(you)勢(shi)而更加(jia)受到行業的(de)(de)(de)關(guan)注。然而，相比之(zhi)下(xia)，平(ping)(ping)(ping)面(mian)裸(luo)(luo)(luo)眼(yan)3D顯(xian)(xian)示具有最大(da)的(de)(de)(de)技術難(nan)度(du)，有大(da)量的(de)(de)(de)技術難(nan)點亟(ji)待(dai)解決。平(ping)(ping)(ping)面(mian)裸(luo)(luo)(luo)眼(yan)3D顯(xian)(xian)示的(de)(de)(de)應用(yong)范圍涉及到行業應用(yong)市(shi)場(chang)、商業應用(yong)市(shi)場(chang)和(he)(he)消(xiao)費類電子市(shi)場(chang)三個維度(du)。從(cong)產業發(fa)展的(de)(de)(de)角度(du)看，裸(luo)(luo)(luo)眼(yan)3D顯(xian)(xian)示要(yao)在各(ge)個領域市(shi)場(chang)獲得(de)較大(da)突(tu)破，必須(xu)產業鏈協同(tong)整合發(fa)展，包(bao)括硬件技術和(he)(he)內容建設。

　　1 市場導入期的大場景應(ying)用

　　平面裸(luo)眼(yan)3D顯示(shi)產(chan)(chan)業(ye)經過(guo)持續多(duo)(duo)年的(de)(de)發(fa)(fa)展(zhan)，擁有巨大的(de)(de)市(shi)(shi)(shi)場(chang)(chang)空(kong)間(jian)，在(zai)(zai)部分(fen)應用(yong)(yong)(yong)(yong)領域也(ye)取得相應的(de)(de)進展(zhan)，將來是在(zai)(zai)國內(nei)具有上千億(yi)市(shi)(shi)(shi)場(chang)(chang)容(rong)(rong)量(liang)、全(quan)球具有上萬(wan)億(yi)市(shi)(shi)(shi)場(chang)(chang)規模的(de)(de)大產(chan)(chan)業(ye)，但目前整(zheng)體(ti)上卻(que)還處于產(chan)(chan)業(ye)導(dao)入(ru)期。目前，由于硬件成本較高、內(nei)容(rong)(rong)匱乏等諸多(duo)(duo)瓶頸，其在(zai)(zai)消費類電子市(shi)(shi)(shi)場(chang)(chang)乃至家(jia)用(yong)(yong)(yong)(yong)市(shi)(shi)(shi)場(chang)(chang)的(de)(de)應用(yong)(yong)(yong)(yong)顯然時(shi)機未到。因此，先行(xing)(xing)業(ye)及(ji)商(shang)業(ye)市(shi)(shi)(shi)場(chang)(chang)再消費類電子市(shi)(shi)(shi)場(chang)(chang)是必(bi)然的(de)(de)產(chan)(chan)業(ye)發(fa)(fa)展(zhan)路徑，開發(fa)(fa)裸(luo)眼(yan)3D顯示(shi)的(de)(de)行(xing)(xing)業(ye)及(ji)商(shang)業(ye)應用(yong)(yong)(yong)(yong)是目前的(de)(de)方向。而裸(luo)眼(yan)3D顯示(shi)的(de)(de)行(xing)(xing)業(ye)及(ji)商(shang)業(ye)市(shi)(shi)(shi)場(chang)(chang)偏向于大場(chang)(chang)景的(de)(de)應用(yong)(yong)(yong)(yong)，即裸(luo)眼(yan)3D顯示(shi)應用(yong)(yong)(yong)(yong)的(de)(de)大屏化(hua)。

　　平(ping)面裸(luo)(luo)眼3D系(xi)統(tong)(tong)的(de)應用(yong)首(shou)選涉及(ji)大屏(ping)(ping)幕(mu)顯(xian)示系(xi)統(tong)(tong)的(de)傳統(tong)(tong)行業，最先導入的(de)主要包括科技場(chang)館(guan)、規劃(hua)展(zhan)示、文化傳媒、教育培訓、影院娛(yu)樂、工業設(she)計(ji)、模擬(ni)仿真等領域(yu)。然(ran)而，目(mu)前(qian)最重要的(de)問(wen)題依(yi)然(ran)是(shi)(shi)裸(luo)(luo)眼3D顯(xian)示內容(rong)的(de)高成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)，影響其高成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)的(de)主要原因是(shi)(shi)3D內容(rong)的(de)定制(zhi)化設(she)計(ji)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)與(yu)的(de)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)，但(dan)是(shi)(shi)隨著5G通(tong)信的(de)普(pu)及(ji)，網絡速度(du)倍速增長(chang)，傳輸(shu)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)會逐步下降(jiang)，所以目(mu)前(qian)最核心的(de)任務是(shi)(shi)能夠降(jiang)低(di)3D內容(rong)的(de)制(zhi)作成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)，誰能有(you)效的(de)降(jiang)低(di)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)，誰就更加擁(yong)有(you)迅速獲得(de)市場(chang)占有(you)率的(de)能力。我們作為(wei)最早(zao)從(cong)事(shi)拼接(jie)制(zhi)造(zao)和(he)裸(luo)(luo)眼3D顯(xian)示研究的(de)解決(jue)方案(an)提供商(shang)，具有(you)最佳的(de)推動裸(luo)(luo)眼3D大屏(ping)(ping)幕(mu)顯(xian)示系(xi)統(tong)(tong)市場(chang)發展(zhan)的(de)先決(jue)條件(jian)。首(shou)先從(cong)大屏(ping)(ping)幕(mu)傳統(tong)(tong)行業入手，提供裸(luo)(luo)眼3D大屏(ping)(ping)幕(mu)顯(xian)示系(xi)統(tong)(tong)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)套設(she)備，包括衍生類(lei)的(de)裸(luo)(luo)眼3D液晶廣告屏(ping)(ping)等;然(ran)后(hou)，逐步開發裸(luo)(luo)眼3D內容(rong)制(zhi)作市場(chang)和(he)軟件(jian)平(ping)臺，成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)為(wei)一(yi)站式解決(jue)方案(an)的(de)聚集(ji)地。

　　2平(ping)面裸眼3D大(da)屏硬件(jian)技術(shu)路(lu)線(xian)

　　2.1.裸眼(yan)3D拼接大(da)屏幕墻

　　拼(pin)接大屏幕由多個拼(pin)接顯示(shi)單(dan)元以行列的方式拼(pin)接而(er)(er)成(cheng)，形成(cheng)一面拼(pin)接，其因為便于運輸、搭建(jian)且(qie)(qie)具有超(chao)高分辨(bian)率的特點而(er)(er)得到廣泛應用(yong)，其經過(guo)接口(kou)升級，可實現3D信號的采(cai)集，且(qie)(qie)通過(guo)第三(san)方偏光眼(yan)鏡可呈現3D顯示(shi)，但不(bu)具備裸眼(yan)3D的功能(neng)，要(yao)(yao)獲得裸眼(yan)3D的，首先需(xu)要(yao)(yao)設計能(neng)實現裸眼(yan)3D的拼(pin)接顯示(shi)單(dan)元。

　　我們創新型的(de)(de)設計了(le)一種漸變節距針孔(kong)(kong)陣(zhen)(zhen)列的(de)(de)集成成像3D顯(xian)示裝置(zhi)[1]。其(qi)采(cai)用漸變節距孔(kong)(kong)陣(zhen)(zhen)列取代傳統的(de)(de)平均節距孔(kong)(kong)陣(zhen)(zhen)結(jie)構，克服了(le)現(xian)有(you)技術中現(xian)有(you)集成成像3D顯(xian)示設備存(cun)在的(de)(de)觀看視角小(xiao)的(de)(de)問題。圖1為漸變節距針孔(kong)(kong)陣(zhen)(zhen)列式裸眼3D顯(xian)示單元示意圖。

　　圖1 漸變節(jie)距針孔陣列式裸眼3D顯(xian)示單元示意圖

　　運用該技術對拼接顯示單元(如液晶拼接單元、LED箱體(ti)單元、DLP顯示單元)進行硬件處理，實現(xian)裸眼(yan)3D的(de)升級，實現(xian)裸眼(yan)3D的(de)更(geng)(geng)寬視角、更(geng)(geng)遠的(de)觀看距離顯示，且理論上(shang)不(bu)受(shou)拼接規模(大(da)(da)小(xiao))和工藝上(shang)不(bu)受(shou)屏幕種(zhong)類限制，極(ji)大(da)(da)的(de)促進裸眼(yan)3D大(da)(da)屏幕的(de)實用價值。

　　2.2.裸眼3D圖像(xiang)控制器(qi)

　　3D大(da)屏幕拼(pin)(pin)接(jie)(jie)控制(zhi)器(qi)(qi)是立體(ti)信號(hao)(hao)圖像(xiang)拼(pin)(pin)接(jie)(jie)控制(zhi)器(qi)(qi)，我們設計了一種(zhong)基于FPGA的(de)(de)圖像(xiang)拼(pin)(pin)接(jie)(jie)處理裝置[2]。采用先進的(de)(de)FPGA技術，可將多(duo)個(ge)顯示單元(yuan)(液晶拼(pin)(pin)接(jie)(jie)顯示單元(yuan)，LED顯示單元(yuan))拼(pin)(pin)接(jie)(jie)成為(wei)(wei)一個(ge)虛擬邏輯單元(yuan)。支持HDMI1.4A規范，支持普通的(de)(de)2D信號(hao)(hao)，及多(duo)種(zhong)格(ge)(ge)式(shi)的(de)(de)3D信號(hao)(hao)(FramePacking格(ge)(ge)式(shi)，左右半(ban)寬格(ge)(ge)式(shi)，上下半(ban)寬格(ge)(ge)式(shi)等)。圖2為(wei)(wei)平面裸眼(yan)3D拼(pin)(pin)接(jie)(jie)大(da)屏拓撲圖(以(yi)3×3液晶拼(pin)(pin)接(jie)(jie)為(wei)(wei)例)。

　　圖(tu)2 平面(mian)裸眼3D拼接大屏拓(tuo)撲圖(tu)

　　設備提(ti)供多(duo)路(lu)HDMI信號選擇輸入，多(duo)路(lu)HDMI信號輸出。典型應用：可將第(di)一(yi)路(lu)(或(huo)第(di)二路(lu))的HDMI信號顯(xian)示到多(duo)個顯(xian)示設備(2X2、3X3……)上，使多(duo)個顯(xian)示器(qi)顯(xian)示一(yi)個整體的畫(hua)面(每(mei)個顯(xian)示器(qi)顯(xian)示原(yuan)圖像的四分(fen)之(zhi)一(yi)、九分(fen)之(zhi)一(yi)……制(zhi)(zhi)作(zuo)好的3D內容再拓撲(pu)圖中(zhong)的3D內容播放器(qi)中(zhong)進行播放，并由3D拼接(jie)控制(zhi)(zhi)器(qi)采集、傳輸到裸眼3D拼接(jie)大(da)屏幕墻進行顯(xian)示，觀看者(zhe)將能夠通過雙眼直接(jie)感受3D的效果。

　　3 平面裸眼(yan)3D顯示內容庫

　　基(ji)于(yu)上述(shu)平面(mian)裸(luo)眼(yan)3D的硬件系統(tong)(tong)設(she)計(ji)，其(qi)顯示的內(nei)容(rong)可適(shi)配任何3D片源或(huo)內(nei)容(rong)。然(ran)而，目前3D內(nei)容(rong)的主要制作途徑為(wei)拍(pai)攝或(huo)定制設(she)計(ji)，成(cheng)本很高且不適(shi)合二(er)次開發，造成(cheng)巨大的重復(fu)工作量(liang)，因此大大的限制了平面(mian)裸(luo)眼(yan)3D大屏幕(mu)顯示系統(tong)(tong)的市場(chang)發展。

　　為了緩解上述問題，基于2D片(pian)源的(de)存量(liang)大且廉價的(de)特(te)點(dian)，我們設(she)(she)計(ji)了一(yi)款能(neng)夠實(shi)(shi)現2D—3D視(shi)頻轉(zhuan)換(huan)(huan)平臺系(xi)統軟(ruan)件(jian)(jian)。其(qi)基于一(yi)種根據圖(tu)像關鍵幀、鏡頭運動分(fen)割來計(ji)算(suan)深度信息的(de)后期制作系(xi)統，實(shi)(shi)時(shi)將2D圖(tu)像或視(shi)頻轉(zhuan)換(huan)(huan)成(cheng)3D視(shi)頻。其(qi)能(neng)在2D 到(dao) 3D 轉(zhuan)換(huan)(huan)，轉(zhuan)換(huan)(huan) 2D 到(dao) 3D，3D 到(dao) 2D轉(zhuan)換(huan)(huan)上實(shi)(shi)現便捷的(de)操作方(fang)法。將標準的(de)視(shi)頻文(wen)件(jian)(jian)以(yi)3D格(ge)式輕松(song)轉(zhuan)換(huan)(huan)成(cheng)3D電(dian)影(ying);以(yi)標準的(de)2D視(shi)頻格(ge)式自如交換(huan)(huan)L / R圖(tu)像和改(gai)變3D深度的(de)愿望;將2D轉(zhuan)換(huan)(huan)為3D視(shi)頻之(zhi)前播(bo)放和預覽文(wen)件(jian)(jian);將您的(de)文(wen)件(jian)(jian)通過相應設(she)(she)置不(bu)同的(de)輸出參數，以(yi)滿足特(te)定的(de)需求;播(bo)放不(bu)同格(ge)式的(de)文(wen)件(jian)(jian)用軟(ruan)件(jian)(jian)的(de)3D電(dian)影(ying)轉(zhuan)換(huan)(huan)器(qi)內置的(de)媒(mei)體播(bo)放器(qi)等(deng)等(deng)。

　　針對平面裸眼3D大(da)屏幕(mu)顯示系統行業用(yong)戶(hu)的(de)片(pian)源、內(nei)容、信(xin)號源制(zhi)作方面，在工程(cheng)應(ying)用(yong)及用(yong)戶(hu)需求(qiu)上具有強大(da)的(de)便捷性，將廣泛應(ying)用(yong)于3D大(da)屏幕(mu)或裸眼3D大(da)屏幕(mu)顯示系統的(de)內(nei)容制(zhi)作與此同時(shi)，還可以(yi)作為其他(ta)商(shang)業用(yong)途，輕(qing)松的(de)將2D視頻(pin)(pin)轉換成3D視頻(pin)(pin)，用(yong)以(yi)解決3D片(pian)源費用(yong)較(jiao)高、制(zhi)作周期較(jiao)長的(de)問題。除此之外，其還能在2D視頻(pin)(pin)的(de)各類(lei)制(zhi)式(shi)中互轉，應(ying)用(yong)簡單、直(zhi)觀、方便。

　　4總結

　　綜上(shang)所述(shu)，能清晰地分析平面裸(luo)(luo)眼(yan)3D顯(xian)(xian)(xian)示(shi)(shi)(shi)在市(shi)(shi)場(chang)(chang)導(dao)入期的大(da)(da)場(chang)(chang)景應用(yong)，同時能了解我們所設計的平面裸(luo)(luo)眼(yan)3D大(da)(da)屏(ping)幕(mu)顯(xian)(xian)(xian)示(shi)(shi)(shi)系(xi)統(tong)(tong)的關鍵(jian)技(ji)術路線，在市(shi)(shi)場(chang)(chang)的導(dao)入期基本(ben)形成了自(zi)身完整的產業鏈閉環(huan)雛形。今后將堅持深(shen)度(du)的技(ji)術研(yan)發、技(ji)術積累和資源整合，基于(yu)平臺軟件(jian)逐(zhu)步建立3D內容庫，實現裸(luo)(luo)眼(yan)3D大(da)(da)屏(ping)幕(mu)顯(xian)(xian)(xian)示(shi)(shi)(shi)系(xi)統(tong)(tong)在硬件(jian)、管(guan)理平臺軟件(jian)、內容制作(zuo)上(shang)一體(ti)化的、適應市(shi)(shi)場(chang)(chang)的平面裸(luo)(luo)眼(yan)3D拼接大(da)(da)屏(ping)幕(mu)顯(xian)(xian)(xian)示(shi)(shi)(shi)系(xi)統(tong)(tong)一站式完整解決方案，對引導(dao)平面裸(luo)(luo)眼(yan)3D大(da)(da)屏(ping)幕(mu)顯(xian)(xian)(xian)示(shi)(shi)(shi)系(xi)統(tong)(tong)的市(shi)(shi)場(chang)(chang)發展具有巨大(da)(da)的推動作(zuo)用(yong)。

　　參考(kao)文獻(xian)：

　　[1]劉紅，顧偉(wei)，鄒芳芳，羅亮，朱(zhu)傳香. 一種漸變節距針(zhen)孔陣(zhen)列的集成成像3D顯(xian)示裝置[P].中國(guo)發明專利授權號ZL201610511000.7.

　　[2]劉紅，朱傳香，張磊.一種(zhong)基于FPGA的圖像拼接(jie)處理裝(zhuang)置[P].中國實用新型專利(li)申請號201020697358.1,2011.09.14.

　　作者(zhe)簡介：

　　秦迪(1992—)，男，安徽人，大學本科，畢業于杭州電子科技大學，現任上海濟麗信息技術有限公司項目總監，主管項目設計與實施工作，Email：qd@tjgenius.com