平面裸眼3D顯示系統的大場景應用及其設計方法

　　秦迪，劉紅，羅亮，劉明，郭慧，楊丹，李寧

　　(上海濟麗信息技術有限公司)

　　裸眼3D顯示分為平面裸眼3D、全息裸眼真3D、沉浸式裸眼3D等不同實現方式，其中平面裸眼3D顯示因為其不受環境和空間限制、硬件搭建簡單、成本相對有優勢而更加受到行業的關注。然而，相比之下，平面裸眼3D顯示具有最大的技術難度，有大量的技術難點亟待解決。平面裸眼3D顯示的應用范圍涉及到行業應用市場、商業應用市場和消費類電子市場三個維度。從產業發展的角度看，裸眼3D顯示要在各個領域市場獲得較大突破，必須產業鏈協同整合發展，包括硬件技術和內容建設。

　　1 市場導入期的大場景應用

　　平面裸眼3D顯示產業經過持續多年的發展，擁有巨大的市場空間，在部分應用領域也取得相應的進展，將來是在國內具有上千億市場容量、全球具有上萬億市場規模的大產業，但目前整體上卻還處于產業導入期。目前，由于硬件成本較高、內容匱乏等諸多瓶頸，其在消費類電子市場乃至家用市場的應用顯然時機未到。因此，先行業及商業市場再消費類電子市場是必然的產業發展路徑，開發裸眼3D顯示的行業及商業應用是目前的方向。而裸眼3D顯示的行業及商業市場偏向于大場景的應用，即裸眼3D顯示應用的大屏化。

　　平面裸眼3D大屏幕顯示系統的應用首選涉及大屏幕顯示系統的傳統行業，最先導入的主要包括科技場館、規劃展示、文化傳媒、教育培訓、影院娛樂、工業設計、模擬仿真等領域。然而，目前最重要的問題依然是裸眼3D顯示內容的高成本，影響其高成本的主要原因是3D內容的定制化設計成本與信號傳輸的成本，但是隨著5G通信的普及，網絡速度倍速增長，傳輸成本會逐步下降，所以目前最核心的任務是能夠降低3D內容的制作成本，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，具有最佳的推動裸眼3D大屏幕顯示系統市場發展的先決條件。首先從大屏幕傳統行業入手，提供裸眼3D大屏幕顯示系統成套設備，包括衍生類的裸眼3D液晶廣告屏等;然后，逐步開發裸眼3D內容制作市場和軟件平臺，成為一站式解決方案的聚集地。

　　2平面裸眼3D大屏硬件技術路線

　　2.1.裸眼3D拼接大屏幕墻

　　拼接大屏幕由多個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，其因為便于運輸、搭建且具有超高分辨率的特點而得到廣泛應用，其經過接口升級，可實現3D信號的采集，且通過第三方偏光眼鏡可呈現3D顯示，但不具備裸眼3D的功能，要獲得裸眼3D的大屏顯示，首先需要設計能實現裸眼3D的拼接顯示單元。

　　我們創新型的設計了一種漸變節距針孔陣列的集成成像3D顯示裝置[1]。其采用漸變節距孔陣列取代傳統的平均節距孔陣結構，克服了現有技術中現有集成成像3D顯示設備存在的觀看視角小的問題。圖1為漸變節距針孔陣列式裸眼3D顯示單元示意圖。

　　圖1 漸變節距針孔陣列式裸眼3D顯示單元示意圖

　　運用該技術對拼接顯示單元(如液晶拼接單元、LED箱體單元、DLP顯示單元)進行硬件處理，實現裸眼3D的升級，實現裸眼3D的更寬視角、更遠的觀看距離顯示，且理論上不受拼接規模(屏幕大小)和工藝上不受屏幕種類限制，極大的促進裸眼3D大屏幕的實用價值。

　　2.2.裸眼3D圖像控制器

　　3D大屏幕拼接控制器是立體信號圖像拼接控制器，我們設計了一種基于FPGA的圖像拼接處理裝置[2]。采用先進的FPGA信號處理技術，可將多個顯示單元(液晶拼接顯示單元，LED顯示單元)拼接成為一個虛擬邏輯單元。支持HDMI1.4A規范，支持普通的2D信號，及多種格式的3D信號(FramePacking格式，左右半寬格式，上下半寬格式等)。圖2為平面裸眼3D拼接大屏拓撲圖(以3×3液晶拼接為例)。

　　圖2 平面裸眼3D拼接大屏拓撲圖

　　設備提供多路HDMI信號選擇輸入，多路HDMI信號輸出。典型應用：可將第一路(或第二路)的HDMI信號顯示到多個顯示設備(2X2、3X3……)上，使多個顯示器顯示一個整體的畫面(每個顯示器顯示原圖像的四分之一、九分之一……制作好的3D內容再拓撲圖中的3D內容播放器中進行播放，并由3D拼接控制器采集、傳輸到裸眼3D拼接大屏幕墻進行顯示，觀看者將能夠通過雙眼直接感受3D的效果。

　　3 平面裸眼3D顯示內容庫

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

　　為了緩解上述問題，基于2D片源的存量大且廉價的特點，我們設計了一款能夠實現2D—3D視頻轉換平臺系統軟件。其基于一種根據圖像關鍵幀、鏡頭運動分割來計算深度信息的后期制作系統，實時將2D圖像或視頻轉換成3D視頻。其能在2D 到 3D 轉換，轉換 2D 到 3D，3D 到 2D轉換上實現便捷的操作方法。將標準的視頻文件以3D格式輕松轉換成3D電影;以標準的2D視頻格式自如交換L / R圖像和改變3D深度的愿望;將2D轉換為3D視頻之前播放和預覽文件;將您的文件通過相應設置不同的輸出參數，以滿足特定的需求;播放不同格式的文件用軟件的3D電影轉換器內置的媒體播放器等等。

　　針對平面裸眼3D大屏幕顯示系統行業用戶的片源、內容、信號源制作方面，在工程應用及用戶需求上具有強大的便捷性，將廣泛應用于3D大屏幕或裸眼3D大屏幕顯示系統的內容制作與此同時，還可以作為其他商業用途，輕松的將2D視頻轉換成3D視頻，用以解決3D片源費用較高、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，應用簡單、直觀、方便。

　　4總結

　　綜上所述，能清晰地分析平面裸眼3D顯示在市場導入期的大場景應用，同時能了解我們所設計的平面裸眼3D大屏幕顯示系統的關鍵技術路線，在市場的導入期基本形成了自身完整的產業鏈閉環雛形。今后將堅持深度的技術研發、技術積累和資源整合，基于平臺軟件逐步建立3D內容庫，實現裸眼3D大屏幕顯示系統在硬件、管理平臺軟件、內容制作上一體化的、適應市場的平面裸眼3D拼接大屏幕顯示系統一站式完整解決方案，對引導平面裸眼3D大屏幕顯示系統的市場發展具有巨大的推動作用。

　　參考文獻：

　　[1]劉紅，顧偉，鄒芳芳，羅亮，朱傳香. 一種漸變節距針孔陣列的集成成像3D顯示裝置[P].中國發明專利授權號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].中國實用新型專利申請號201020697358.1,2011.09.14.

　　作者簡介：

　　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