裸眼 3D：起步于双眼显示，挑战高画质大范围观看

（一）

2010/06/24 00:00

目前，无需使用眼镜即可观看立体影像的裸眼式 3 维显示器的研究开发势头正旺。本文将

详细介绍裸眼式 3 维显示器的种类及工作原理。

在开始介绍裸眼式 3 维显示器之前，首先让我们了解一下立体视觉的基本原理。立体视觉

的生理性成因是什么，也就是说人是怎样感知立体影像的？。主要有五个成因（图 1）。

图 1：立体视觉的生理性成因

人对物体产生立体知觉的成因大致有 5 个：水晶体的调节、双眼的辐辏角、双眼视

差、单眼的运动视差、取像效果。

第 1 是水晶体的调节。当人看近处的物体时水晶体会变厚，看远处的物体时则会变薄。通

过对这一变化进行认知，人便获得了立体感。

第 2 是双眼的辐辏角。当观看位于近处的物体时，眼球会发生倾斜，对于远处的物体，则

是目光平行地观看。人能够通过这种眼球的角度（辐辏角）感知立体影像。

第 3 是双眼视差。由于右眼与左眼相距约 65mm，由此导致右眼与左眼看到的景象会有若

干差异。

第 4 是单眼的运动视差。人在看运动物体时，能够获得立体感。

第 5 是取像效果。该效果基于人在观看非常大的画面时可获得立体感这一生理现象。

在这五个成因中，效果最大的是双眼视差。因此，应用双眼视差的 3 维显示器开发势头正

旺。

接下来，让我们对立体影像显示方式进行分类。目前的立体影像显示方式大致可分为 3 类，

即眼镜式、头戴显示器（Head Mount Display）式、以及本文将介绍的裸眼式（图 2）。裸眼式

又可分为在空间中分离图像的方式（空间分割方式）以及时间分割方式（交互显示方式）。如

果将空间分割方式进一步分类，则又包括设定视点的方式、以及在不特别设定视点的情况下再

现光线空间的方式（光线空间再现方式）。

图 2：立体影像方式的种类

立体影像显示方式大体可分为裸眼式、眼镜式、头戴显示器（HMD）式 3 种。

关于视点，大致可分为 2 视点和多视点方式。只能在正面观看的成为 2 视点方式，在 2 视

点基础之上增加视点的方式称为多视点方式。后者的光线空间方式一般被称之为全景（Integral）

方式。

其中，多视点方式及全景方式存在运动视差，其特点是，如果横向移动头部，则可看到环

绕的图像。多视点方式及全景方式看到的图像几乎相同。

在多种多样的裸眼式立体视觉显示器中，最先开始开发的是 2 视点（双眼）方式。最先投

放市场的也是双眼方式，因此可以说双眼方式一直领先其他方式一步。继双眼方式之后，多视

点（多视点）方式、全景（光线空间再现）方式、以及视点数更多的超多视点方式相继被研发

出来。

按照不同的对象采用不同的方式

虽然裸眼式包括许多种类，但这些种类只是开发对象不同，基本构造等可以说是相同的。

这是因为，无论是双眼、还是超多视点，基本构造都是通过在液晶面板上设置多透镜

（Lenticular Lens）及格栅等来分离图像的，其基本思路是相同的。

那么，为什么又会出现多种方式呢？这是因为根据开发重点是放在显示的清晰度上、还是

放在平滑的 3 维显示上等不同的开发目标而导致的。笔者认为目前还无法断定是两视点更好还

是超多视点更胜一筹。人体工程学也没有明确地给出答案。尽管经常听到“立体显示器累眼”的

批评，但为了消除这种现象，是增加立体影像信息好呢，还是需要重视画质，这个问题目前也

还没有明确的答案。

在开发实例中，采用双眼显示及多视点显示、或者采用光线空间再现的居多（图 3）。如

果更详细地进行划分，则双眼显示包括：配合头部的运动、影像的显示也随着同步移动的头部

跟踪（Head Tracking）方式，HDDP 方式，扫描式背光板（Scan Backlight）方式等。多视点显

示方面有阶梯格栅（Step Barrier）方式以及倾斜透镜方式的开发先例。光线空间再现也有多种

方式，目前不同的企业及研究机构都冠以各自的名称进行开发。关于这些方式的工作原理，将

在后面予以介绍。

图 3：裸眼式立体视觉显示器的开发实例

采用双眼显示、多视点显示以及光线空间再现技术，相关开发进行得非常火热。

首先提升市场需求

让我们来看看近年来裸眼立体显示器的开发动向。与裸眼立体视觉相关的研究，旨在平滑

显示立体视觉影像。多视点、高密度指向性显示等通过增加视点数来实现更自然立体视觉效果

的显示器，是目前的开发趋势。依笔者近 10 年来从事多视点式立体显示器市场开拓的经验来

看，笔者感到找到需求至关重要。以前，将开发出的多视点式显示器拿给用户看时，经常会听

到“这是什么？画质真差”的疑问声。

为什么会出现这样的现象呢？事实上，目前对裸眼立体视觉的需求并不大。如果电影等会

在电视上播发的话，也许会产生需求，但目前的实际情况是需求很少。在没有需求的时候拿出

开发品让人评断的话，那么消费者自然会首先拿来与 2 维影像的画质进行比较。给看着 2 维影

像的人看立体影像，结果只会是被指责画质差。

从这个意义上来说，提升市场的需求至关重要。近期电影界在 3D 电影方面的举措变成了

起爆剂，各厂商都在加紧开发 3 维显示器商品。所以有内容才是最重要的。笔者到目前为止大

约 15 年时间都在从事 3 维显示器业务，毎年都听着“今后是 3 维时代”的论调进行开发。然而，

现实社会并没有出现 3D 热潮是不争的事实。但是，这次则不同。产业界被电影界的举措而触

发。有了内容，电子产品厂商自然会随之跟进，现实社会也出现了“3 维时代终于来临”的舆论。

如此想来，裸眼式立体显示器不必一步到位地执着于技术难度较大的多视点方式，而应从

双眼方式循序渐进地逐渐启动市场。尽管双眼方式存在着只能从正前方看到立体影像的问题，

但如果将目标锁定在有需求的消费者身上，那么市场就会形成。

那么，企业设想的 3 维显示器应用都包括什么呢？如果不限于裸眼方式的话，那么应该包

括电影、弹子机以及游戏之类的娱乐领域。在信息通信领域，辅助设计、互联网以及电视等会

存在 3 维显示器的用途。在医疗领域也值得期待，例如，拍摄立体影像信息用于手术等。笔者

认为，3 维显示器还适用于检查眼睛功能的装置以及图像诊断等。此外，可能还适用于艺术及

广告类领域。

无论是哪种用途，如果 3 维显示使得画质变差，那么，对于看惯了清晰画面的用户而言就

会感到欠缺。笔者认为，显示清晰度与视野范围的平衡至关重要。确保最低限度的显示清晰度，

并在此基础上尽量扩大可视范围的挑战十分重要。（未完待续，特约作者：滨岸 五郎，索尼

移动显示公司开发部）

裸眼 3D：起步于双眼显示，挑战高画质大范围观看

（二）

2010/06/25 00:00

双眼视差格栅（Parallax Barrier）方式

下面，将从技术上对裸眼式 3 维显示器作一介绍。首先，让我们来看拥有大量应用实例的

双眼视差格栅方式的基本构造（图 4）。与普通的液晶面板一样，液晶面板的背面配置有背照

灯。在液晶面板上交互显示 R（右眼用）及 L（左眼用）图像。如果在该液晶面板上设置起遮

光板作用的狭长切口（例如，纵向条状遮光板），则上述交互显示的右眼图像将会只到达右眼，

左眼图像只到达左眼。对于位于画面正前方的观看者而言，由于产生了双眼视差，结果便能获

得立体视觉。

图 4：双眼视差格栅方式的基本设计

在液晶面板上设置起遮光板作用的狭长切口（图中的视差格栅）。通过狭长切口，

R（右眼图像）只到达右眼，L（左眼图像）只到达左眼。

双眼视差格栅方式的 3 维显示器的设计流程如下。考虑在液晶面板的像素及其上面配置视

差格栅，设液晶面板的间距为 P，视差格栅的间距为 Q，液晶面板像素与格栅开口部的距离为

G。另外，设从视差格栅的观看距离为 D，眼间距离为 E。

此时，从图 4 中的 A 点线可以看出，形成了相似三角形。在该相似三角形中，

E：P＝D：G

的比例式成立。下面，让我们来观察图 4 中的 B 点线形成的三角形。此时，在三角形内

Q：D＝2P：（D＋G）

的比例式成立。满足该比例式，便意味着可通过在液晶面板上设置视差格栅来获得立体视觉。

例如，从图 4 中①像素射出的光通过视差格栅后，则成为图 4 中的 E 实线。同样地，从图 4 中

②像素射出的光成为 C 实线，从图 4 中③像素射出的光成为 D 实线。

事实上，必需解决串扰（Crosstalk）问题。为了使观看者能够清晰地观看图像，我们希望

分离图 4 中的①②③。然而，实际上由于光会扩散，因此，有时未完全分离而产生串扰，最终

表现为叠影。

这是立体显示器性能上的问题。虽然开发人员为了减少串扰而进行了设计，但又使得液晶

面板与视差格栅的干涉条纹变得显著，从而出现了云纹（Moire）。仅仅分离图像，也会产生

各种问题。

双眼多透镜方式

双眼多透镜方式

设置多透镜来取代格栅，也能通过透镜的折射来分离图像。这一原理可通过图 5 来说明。

在液晶面板上显示 R（右眼用）及 L（左眼用）图像，通过多透镜使像素在空间成像。

图 5 双眼多透镜方式的基本设计

在液晶面板上配置多透镜。使液晶面板显示 R（右眼用）及 L（左眼用）图像，通

过多透镜使像素在空间成像。

像双眼视差格栅方式一样，让我们用比例式来表示。相当于在相同的比例式中增加了透镜

成像的算式。设液晶面板像素与多透镜的距离为 G，从多透镜的观看距离为 D，再加上多透镜

的 f 值，则可表达为：

1/D＋1/G＝1/f

适当地设计 f 值，就能清晰地分离图像。然而，必需考虑到液晶面板的黑色矩阵（Black

Matrix）现象。液晶面板存在被称为黑色矩阵的、完全不透光的黑色区域。由于该区域同样通

过多透镜成像，因此会反映到观看者的眼中。如果观看者横向移动头部，虽然有些地方图像清

晰可见，但有的区域却是漆黑一片，看不到图像。

出现这种现象时，会使观看者产生不适感，因此，在配置多透镜的情况下使成像的焦点不

完全重合，借此虚化黑色区域的应用实例相当多。此外，近年来还开发出了不将多透镜垂直于

像素配置，而是采用略微倾斜设置的方法。这种故意使像素相关的做法，可实现消除云纹的设

计。

解决清晰度变差以及观看范围较窄的问题

下面介绍一个双眼显示技术的开发事例。如果观察各厂商的举措会发现，双眼显示技术的

一个开发方向是重视与 2 维显示的兼容性。也就是保证在 2 维显示时清晰度不会变差。

例如，在视差格栅中设置开关功能。夏普已将此技术应用于产品中，其他厂商进行开发的

例子也相当多。另外，还有一种方法是使液晶面板具有 2 倍的清晰度。这就是 NEC 液晶科技

正在开发的名为 HDDP 构造的技术。此外，三菱电机正在开发一种在光源上设置指向性功能、

以倍速顺次（Sequential）显示的技术。笔者所属的开发小组，正致力于开发一种采用阶梯格

栅构造、以减轻清晰度变差的显示方法。在采取清晰度变差对策的同时，还有试图解决只能观

看正前方影像的这一观看范围狭窄难题的技术。例如，通过检测观看者的位置来控制显示器的

方法。三洋电机以及德国 SeeReal Technologies 等厂商一直在进行这方面的开发。

通过像素分割以及背照灯的指向性实现高画质

接下来让我们仔细分析上述所说的各种相关技术。首先是 NEC 液晶科技开发的 HDDP 构

造。HDDP 是 Horizontally Double-Density Pixels 的缩写。普通像素为正方形，相对于正方形，

RGB 采用纵向条状构造。而 HDDP 构造的特点是，RGB 采用横向条状构造（图 6）。另外，

为了立体显示用，还要将横条进行分割，分配给右眼用像素及左眼用像素。横向上具有 2 倍的

像素密度。显示普通 2 维图像时，向右眼用像素及左眼用像素输入相同的图像数据，进行立体

显示时，则分别输入右眼用图像及左眼用图像。左右各自的图像采用多透镜进行左右分离，从

而使人能够得到立体视觉

图 6：通过 HDDP 构造实现的 3 维显示

在 HDDP 构造中，RGB 的各子像素采用横向条状构造。另外，作为立体显示用，

对横条进行分割，分配给右眼用像素及左眼用像素。在此基础上组装多透镜。这是

NEC 液晶科技开发的技术。

下面介绍三菱电机开发的扫描式背光板。其特点在于使得背照灯具有了指向性。背照灯的

导光板配备了右眼用 LED 及左眼用 LED。当右眼用 LED 发光时，通过棱镜片（Prism Sheet）

控制光的指向性，使其只能被观看者的右眼看到（图 7）。相反，当左眼用 LED 发光时，通

过棱镜片使光分离到与上述不同的方向，使其只能被左眼看到。如果像这样使背照灯的亮灯动

作交互地高速进行切换，并且与此同步地在液晶面板是显示相应图像，则可实现立体视觉。要

想清晰地进行显示，则必需以 2 倍速显示影像。这样做虽然技术难度会提高，但画质则完全不

会变差。（未完待续，特约作者：滨岸 五郎，索尼移动显示公司开发部）

图 7：通过扫描式背光板实现的 3 维显示

预先在背照灯的光源中设置右眼用 LED 及左眼用 LED。另外，使导光板上的棱镜

片具备指向性，使得右眼用 LED 亮灯时，光只到达右眼，左眼用 LED 亮灯时，光

只到达左眼。这是三菱电机开发的技术。

裸眼 3D：起步于双眼显示，挑战高画质大范围观看

（三）

2010/06/28 00:00

以方格状配置格栅，借此提高清晰度

接下来，来看看笔者研发的阶梯格栅构造。一般的条状格栅由纵向的条带（Stripe）排列

而成。图 8 中的白线四方形所围绕的部分构成 1 个像素的 RGB。一般情况下，表示像素的四

方形的横向宽度是纵向长度的 2 倍。也就是说，水平清晰度为 1/2。

图 8：通过阶梯格栅构造实现的 3 维显示

通过以方格状设置格栅，使 3 维显示时的图像变差现象变得不明显。这是爱普生影

像设备以前开发出的技术。

与此不同，阶梯格栅构造是以方格状配置格栅。相对于 R 和 B，G 使用旁边或者下方的格

栅，1 个像素形成 1 个三角形（图 8 中的白色虚线）。图像变差现象在水平及垂直方向上均匀

分布。也可以说，在水平及垂直方向上画质变差到原来的 1/√2 。相对而言，画质变差的程度

较小。

人眼对水平方向的清晰度非常敏感，而对垂直方向清晰度变差则不敏感。也就是说，保持

水平清晰度能使画质看上去更清晰。从图 8 中的白色三角形可以看出，纵向长度为横向的 2 倍。

换言之，就是使清晰度在水平方向上不变差，在垂直方向上变差 1/2。

我们近期经常进行 2 维显示模式、3 维显示模式、以及混合模式（在显示 2 维图像的同时，

局部显示 3 维图像），其清晰度变差现象几乎观察不到。实际上，2 维图像的清晰度的确变差

了，但通过人眼观看，几乎看不出变差。如果是文字显示，观看者会发现若干斜线，但在显示

图像时则没有这些问题。由于可在 2 维图像中局部性地显示 3 维图像，因此我们认为这种技术

很容易推广到多种应用领域。

检测观看者头部位置，切换左右影像

让我们来看看与清晰度变差对策同时进行开发的、针对观看范围狭窄问题实施的对策。为

了解决观看范围狭窄问题，主要有两个研究方向。一个是头部跟踪系统，另一个是近年来流行

的多视点方式及全景方式。

头部跟踪系统的最大特点是，可检测到观看者的位置，并使显示器进行跟踪。其他的特点

包括：视点数方面既可实现双眼、也可实现多视点，可将清晰度变差的程度控制在最小限度，

如果对构造进行优化，原理上可支持一名到多名观看者。这种方式，由于必需使显示系统运动，

因此，系统会变得复杂。

而多视点方式及全景方式则具有可再现运动视差的特点。另外，还具备可供多人同时观看

的特点。当采用 1 枚显示器面板时，由于只需在面板上放置格栅或者多透镜即可实现立体视觉

显示，因此，显示器构造非常简单。然而必需注意的是，如果增加视点数，虽然观看范围会扩

大，但相应地清晰度会变差。

如果将头部跟踪系统与多视点方式及全景方式进行对比，注重画质时，头部跟踪系统更占

优势。尽管如此，目前开发头部跟踪系统的厂商几乎没有。笔者个人认为，无论从哪个角度看

都具有较高画质的 3 维显示器是最终目标，所以可提高画质的头部跟踪方法应受到更多的关注。

要想在头部跟踪系统上取得发展，传感技术不可或缺。目前，传感技术的进步显著，在数

码相机上检测人物的脸部已轻而易举。所以在推进头部跟踪系统开发的过程中，这会起到非常

有利的作用。

通过左右影像及格栅的移动扩大观看范围

作为头部跟踪系统的开发事例，下面介绍三洋电机采取的做法。三洋电机早就开发出了名

为分割转换格栅（Shift Barrier）方式的头部跟踪系统。该系统呈阶段性地不断发展，到 1997

年该公司又开发出了可在观看者移动时移动左右（LR）图像的技术，1999 年开发出了移动格

栅的技术。通过这些举措，可以说成功地在横向上使观看范围大幅扩大。2001 年发展出了分

割控制技术，在前后方向上也扩大了观看范围。下面加以详细介绍。

首先，是 1997 年开发出来的 LR 图像切换技术（图 9）。例如，当观看者向左移动了相当

于其眼间距离的 65mm 时，此人最初看到的右眼用图像及左眼用图像会发生互换。这种状态称

为“逆视”，此时无法产生立体视觉。该问题的对策非常简单，只需切换 LR 图像即可。笔者研

制的头部跟踪系统就采用了这种方法。

图 9：可切换 LR 图像的头部跟踪系统实例

当观看者的位置横向偏移时，切换液晶面板上显示的左眼用及右眼用图像（LR 图

像），以保证持续产生立体视觉。这是三洋电机开发的技术。

当时开发的显示器具备横长型传感器，通过检测人的头部位置来显示与其位置相吻合的影

像。位置检测的精度相当高，笔者曾将试制机带到日本九州大学供其用于手术。得到的评价是，

在时间非常长的手术中，无需戴眼镜就能看清手术的状况。

1999 年，我们开发出了当观看者的位置发生横向偏移时、可横向移动格栅位置的转换格

栅技术（图 10）。当移动了 65mm 时只需切换图像即可，但如果只移动该距离的一半、例如

32.5mm 时，会发生什么情况？会发生观看者的右眼同时看到右眼图像和左眼图像的串扰现象。

左眼也会出现相同的串扰状态。在这种情况下，只需略微移动格栅，串扰状态就能恢复到正常

状态，从而实现立体视觉。

图 10：通过移动格栅来消除串扰

如果观看者的横向移动距离小于眼间距离（65mm），则会产生同一只眼睛同时看

到右眼图像和左眼图像的串扰现象。作为这一问题的应对措施，三洋电机开发出了

移动格栅的技术。名为转换格栅方式。

这一过程的简单图解为图 11 所示。如果图 11 中立体视觉区的菱形位于观看者的两眼中央，

则为正视区，可实现立体视觉。该菱形的旁边有逆视区。正视区与逆视区之间就是串扰区。在

转换格栅方式下，为了改善这种串扰现象，通过移动格栅来移动可观看范围。然而，仅仅移动

格栅的话，有可能进入逆视区，因此，LR 图像的显示位置也要进行调整。这样一来，即使进

行横向移动，也能在几乎任何位置实现立体视觉。

图 11：转换格栅方式的效果

图中以图解方式展示了当观看者的脸部位置偏移时、通过转换格栅来扩展立体视觉

区域的效果。

1999 年试制的 3 维显示器中配备的传感器方面，我们决定通过 CCD 摄像头来检测观看者

的位置。遗憾的是，当时由于检测精度还很低，我们让观看者在头部中央贴了一个反射板。是

从显示器中配备的 LED 发出红外线，根据反射板所反射的光来检测头部位置的。（未完待续，

特约作者：滨岸 五郎，索尼移动显示公司开发部）

裸眼 3D：凭借多眼显示及全景方式扩大观看范围（四）

2010/08/02 00:00

本文是无需佩戴眼镜即可观看立体图像的裸眼式三维显示器技术的下篇。将介绍通过头

部跟踪的做法将观看范围向前后方向扩大的技术，以及通过采用多视点来进一步扩大观看范

围的技术。在前后方向上，通过根据观看者的位置来调整向左右眼分配显示图像的光栅，观

看范围可扩大至 4～5 倍。而在左右方向上，针对视点增加得越多分辨率就越差的现象采取措

施则是关键所在。

上篇在阐述裸眼式三维显示器的概要的同时，介绍了对公认为裸眼式的课题、即三维显示

时的画质下降问题进行改善的方法，以及对能够看到立体图像的范围进行扩大的方法。此次将

继续就扩大观看范围，介绍一下通过头部跟踪扩大观看者前后范围的技术，以及通过多眼显示

扩大观看范围的技术。

首先来看一下向前后方向扩大观看范围的方法。观看三维显示器的最佳距离（适看距离）

是由能够看见右眼图像的区域和能够看见左眼图像的区域，以 65mm 的左、右眼间距进行交替

显示形成的（图 1（a ））。顺便提一句，左、右眼之间正好是串扰区域，可看到重叠图像。

图 1：将立体视觉范围向前后方向扩大

(a）在适当的位置观看屏幕时。右眼看到的是右眼用图像，左目眼看到的是左眼用

图像。（b）为远离适当位置后观看屏幕时。右眼和左眼看到的是由右眼用图像和

左眼用图像排列而成的图像。

那么，当观看者从适于观看的位置向后移动时，又会观看到怎样的图像呢？结果如图 1

（b）所示，看到的是右眼用和左眼用图像呈条纹状排列的图像。比如，右眼看到的是左眼用

图像的一部分、串扰图像、右眼用图像、串扰图像及左眼用图像呈条纹状排列的图像。左眼也

如此，是右眼用图像的一部分、串扰图像、左眼用图像、串扰图像及右眼用图像。如果是这种

图像的话，观看者就无法看到立体的图像。

将屏幕分割成 16 份，并实现光栅移动

为了解决这一问题，采用的办法是将视差光栅（图像分割器）分割成 16 份，并使视差光

栅能够在各区域自由移动（图 2）。液晶面板也同样分割成 16 个区域，并能在各个区域对右

眼图像和左眼图像进行优化。通过移动视差光栅，可使串扰最明显的区域实现移动。这样一来，

便可改善右眼或左眼看到的屏幕内的串扰区域。

图 2：分割移动光栅方式

三洋电机 2001 年开发的分割移动光栅方式的概念图。将液晶面板和图像分割器

（视差光栅）分割成 16 份，进行最佳控制。

图 3：在距离适看位置稍远的地方进行观看

在距离适看位置稍远的地方观看屏幕时，尽管右眼看到的主要是右眼用图像，但同

时也看到了左眼用图像及串扰图像。左眼看到的主要是左眼用图像，但看到了串扰

图像及右眼用图像。不过，使用分割移动光栅方式后，只将视差光栅的开口移动

1/4 间距，即可解决这一问题。

如图 3 所示，对眼中看到的图像示例进行分析便可发现，右眼存在先看到串扰图像，再依

次看到右眼用图像、串扰图像及少许左眼用图像的状态。图 3 中右眼和左眼内的虚线表示右眼

用图像或左眼用图像的中心位置。在该部位，液晶点阵和光栅开口的位置关系处于最理想状态，

也就是能够正常看到图像的区域。串扰图像的中心（串扰最明显的位置）相对于观看者的眼睛，

在液晶点阵的边界位置上存在光栅开口。如果将该区域的光栅移动 1/4 间距，串扰图像的中心

就会变为右眼用图像或左眼用图像的中心。

在前后方向上将观看范围扩大 3 倍

这种方法被称为“分割移动光栅方式”，并于 2001 年发表。图 4 是假设在距离适看位置稍

远的地方进行观看时，只使串扰图像附近的光栅移动后所发生的情况。图 4 中的①区域只进行

了光栅移动，②区域没有进行任何控制，③区域分别使光栅以及右眼用图像和左眼用图像进行

了移动。这样一来，右眼用图像只能右眼看到，左眼用图像只能左眼看到。其中的关键在于，

这是通过移动光栅，将光栅拿到了图像的中心，并随之优化右眼用及左眼用图像这两种手段而

实现的。通过这一措施，原来为条纹状的图像就完变成了右眼用图像或左眼用图像。

图 4：分割移动光栅方式的效果

在稍稍偏离适看位置的情况下，通过移动光栅，便可看到全右眼用图像或全左眼用

图像。

对基于该分割移动光栅方式的、前后方向上的观看范围进行理论计算后显示，其区域扩大

到了约 3 倍。不过，理论计算时，当屏幕边缘的狭窄区域出现逆视（右眼用图像被左眼看到，

左眼用图像被右眼看到）现象时，就会被判定为无法正确看到，因此理论计算的范围要比实际

的可观看范围窄。实际上，即使屏幕边缘存在逆视现象，人们对此也大都不在意，所以感观上

的立体视觉范围更大。在本公司内部进行的实验表明，可形成立体视觉的范围原来为距离屏幕

76～106cm，而新方式则扩大到了约为 5 倍的 60～200cm。试制机为检测观看者的位置使用了

4 部摄像头。（未完待续，特约撰稿人：滨岸 五郎，索尼移动显示公司开发部）

裸眼 3D：凭借多眼显示及全景方式扩大观看范围（五）

2010/08/03 00:00

通过背照灯来追踪观看者的位置

除了使视差光栅移动之外，还有利用前照灯来扩大观看范围的方法。可通过控制背照灯来

扩大观看范围。其基本思路是通过移动背照灯来追随观看者的位置（图 5）。采用在液晶面板

与背照灯之间配置透镜的结构。下面以观看者的右眼观看右眼用图像时为例，对该方法的机制

做一介绍。假设现在观看者的右眼正在观看右眼用图像。这时观看者向左方移动的话，就使发

光部追随观看者的动作向右方移动。通过这一操作，能够使右眼用图像送达右眼。这就是控制

背照灯扩大观看范围的基本概念。在使图像送达左、右眼的手段中，还有以时间分割方式来显

示右眼用图像和左眼用图像的方式，以及使用半反射镜合成右眼用图像（或左眼用图像）的技

术。要想供多人观看时，只需根据观看者的数量来控制发光部即可，可非常轻松地实现。

图 5：通过移动背照灯来扩大观看范围

利用头部跟踪来捕捉观看者的移动，并配合对背照灯的控制，便可扩大观看范围。

这种追随观看者的眼睛来移动发光部，从而总是可实现立体视觉的概念得到了德国

SeeReal 公司的采用。该公司通过对液晶面板的光源进行控制，实现了微小的线状发光，并通

过组合使用微小透镜和微小发光部，实现了与普通液晶面板相当的薄型化。

分辨率劣化明显的多眼显示

下面介绍通过多眼显示来扩大观看范围的方法。在裸眼式三维显示器中，目前多眼显示或

全景方式受到越来越多的关注。笔者等组成的研究小组也在进行多眼显示的研究，目标是实现

大观看范围，并利用运动视差提高立体视觉效果。

对多眼显示进行研究时，必须要注意的是越是多眼，图像就越差现象。换句话说，增加视

点数量，分辨率就会随之下降。具体而言，2 视点时降至 1/2，4 视点时降至 1/4，8 视点时降

至 1/8。虽然分辨率变差是不可避免的问题，但通过开发能够减轻这一问题，力争达到使观看

者不易察觉的程度。

多眼显示的优点在于不易出现逆视现象。2 视点时，观看距离适宜且位于正前方的观看者

能够充分体验到立体视觉。不过，位置稍有偏移的话就会出现逆视现象，形成逆视的概率达到

50％之多。而 4 视点时，液晶面板的像素中有 1、2、3、4 四个图像按照各个像素交替显示

（图 6）。在液晶面板上设置视差光栅的话，1 的可见区域、2 的可见区域、3 的可见区域、4

的可见区域就会交替延续。1 和 2 配对为正视，2 和 3 配对为正视，3 和 4 配对为正视，而 4 和

1 配对时立体信息颠倒，从而造成逆视。也就是说，逆视的比例为 25％。而反过来看，即使偏

离了适看距离，屏幕内仍有约 75％为正视区域，因此容易获得立体视觉。

图 6：逆视大幅减少的 4 眼显示

对 2 眼显示和 4 眼显示出现正视和逆视的概率进行了比较。2 眼显示出现正视的概

率只有 50％，而 4 眼显示达到了 75％。

通过光栅配置手段来解决分辨率下降问题

图 7 列出了笔者等在三洋电机开发的多眼显示方式的技术特点。原来的方式采用视差光栅、

即条纹状的开口。图 7（a）是通过开口观看液晶面板时的状态。该方式为 4 眼显示，在液晶

面板上按照 1、2、3、4、1、2、3、4 的顺序横向依次显示视点图像。图 7（a）为只观看 4 的

像素时。白色方框圈起来的部位相当于一个三维图像的每视点的像素的大小、即立体图像的 1

个像素。将像素的纵向长度设定为 a 的话，那么横向长度就达到了 4 倍。由于像素的纵横比变

成较差的 1 比 4，且横向非常长，因此存在与理想的 1 比 1 相背离的问题。

如图 7（a）所显示的那样，分辨率只在水平方向上降低。水平方向的分辨率降至 1/4，而

垂直方向的分辨率未下降。人眼对水平方向的分辨率较为敏感，因此水平方向降至 1/4 的话，

就会给人以分辨率确实变差的感觉。

图 7：阶梯光栅方式的 4 眼显示

通常的视差光栅方式使用条纹状的光栅（a）。而阶梯光栅方式使用阶梯状的光栅

（b）。由此将像素纵横比改善到了 9 比 4。

为了弥补原来的条纹光栅方式的缺点，三洋电机开发了利用阶梯光栅的方式。与条纹状不

同，该方式呈阶梯状设置光栅开口（图 7（b））。在 1、2、3、4 四个视点图像中，从 4 的视

点来看一下阶梯光栅方式的特点。RGB 在纵向上错开配置，由 RGB 构成的像素的尺寸在纵向

上变为 3 倍。而横向上以 RGBR 为一个像素，长度变为 4a/3。图像纵横比为 9 比 4。

9 比 4 的比例与原来方式的 4 比 1 相比更接近 1 比 1 的比例，从而改善了分辨率下降的比

重。水平方向降至 3/4，垂直方向降至 1/3，说起来还是垂直方向的降低程度较大，但水平方向

却控制在了 3/4，因此就图像而言是适当可行的手段。

利用该阶梯光栅方式，笔者等于 2002 年开发出了使用 22 英寸 QUXGA-W 级 900 万像素

高分辨率液晶面板的 7 视点型三维显示器。之后又于 2003 年开发出了 40 英寸 WXGA 级的、

可在二维与三维间切换的 4 视点型三维显示器。（未完待续，特约撰稿人：滨岸 五郎，索尼

移动显示公司开发部）

裸眼 3D：凭借多眼显示及全景方式扩大观看范围（六）

2010/08/04 00:00

通过将视点图像宽度减半来扩大正视区域

笔者等于 2008 年优化了多眼显示时的观看方法。该研究以如何使三维图像的分辨率与视

角形成最佳关系为出发点。而最近的研究多以竭力减细光线，实现更顺畅的立体视觉为目标。

虽然增加视点数量可实现顺畅的立体视觉，但也由此导致分辨率下降，很难经得起实用的考验。

尽管也有一些研究在使用 10 块、20 块的复数个面板来弥补分辨率的下降，不过从厂商的角度

而言，他们更希望在尽可能利用 1 块面板来抑制分辨率下降的同时，确保一定的视角。笔者等

在 2008 年尝试进行了这种优化。

图 8：原来的 4 眼显示

在远离适看位置的地方进行观看的、原来的 4 眼显示的示列。将视点图像宽度设定

为 62～65mm。左右眼看到的是视点 1、2、3 并排的图像或视点 2、3、4 并排的图

像（a）。由于屏幕内产生二维的部分，因此容易出现不适感（b）。

图 8（a）为多视点方式的观看方法示例。下面以视点图像宽度设计为通常的 62～65mm

时来做一分析。由于是 4 视点，因此显示的是 1、2、3、4 四个视点图像。右眼分别看到 1 视

点、2 视点、3 视点的图像。左眼也一样，看到的是 2 视点、3 视点、4 视点的图像。在这种状

态下，基本可形成立体图像。但进行详细分析后，问题就暴露出来了（图 8（b））。

1 和 2 的图像因具有立体的两眼视差信息，因此大体上为正视。不过，其下一区域是 2 和

2 的图像，因此看到的是二维图像。然后看到的是 2 和 3，为立体图像，接着是 3 和 3，又是二

维图像，而其旁边是 3 和 4，又变成了三维。这样便形成了三维与二维混合的状态。

原来公认为多视点的方式是以近 65mm 的视点图像宽度来设计的。长久以来，这种设计并

未认识到在三维图像中还存在着两维图像。为此，笔者等对去掉可看到二维图像的区域进行了

尝试。虽然这时减小光线的宽度即可，但过度减小的话，分辨率就会显著下降。2008 年发表

的设计在抑制分辨率下降的同时对视点宽度进行了优化。

那么，当时是怎么做的呢？具体而言，就是将视点图像宽度从原来的 65mm 减小到了一半、

即 32.5mm。也就是说，将以前的 4 视点增加到了 2 倍，变成了 8 视点的立体图像（图 9

（a ））。这时，右眼看到的是 2 到 6 的条纹图像，左眼看到的是 3 到 8 的条纹图像。将视点

宽度减小至一半后，屏幕内就变成了 2 与 3 配对、2 与 4 配对、3 与 4 配对……，消除了二维

图像的区域，从而实现了正视（图 9（b））。在该设计中，虽然偏离适看距离 2 倍以上时，

也会像上述一样出现可看到二维图像的区域，但可以断定的是，如果在适看距离的 1 倍的距离

之内防止产生二维图像区域的话，就足可解决问题。

图 9：将视点图像宽度减半的效果

将视点图像宽度从原来的 62～65mm减半至 31～32.5mm，并将视点数量增至 8 之

后的图像观看方法示例（a）。由于整个屏幕内形成了正视的图像对，因此可大幅

降低不适感（b）。

2008 年作为开发成果发表的显示器在 2.57 英寸 XGA 液晶面板上组合使用了双凸透镜。将

视点图像宽度设定为了 32.5mm 的 8 视点。虽说是 8 视点，但由于面板为 XGA 级别，因此可

确保每视点相当于 QVGA 的分辨率。如果是 2.5 英寸 QVGA 的话，可以说即使是 10 年前的手

机，画质也没有问题。而且既获得了顺畅的运动视差，同时又实现了 25 度的视角。

8 视点显示器以阶梯结构形成立体图像的像素，分辨率在纵向上降至 1/3，在横向上降至

3/8（图 10）。使用双凸透镜而非光栅，防止了光的损失。这时，在像素排列上，横向并排 1、

2、3、4、5、6、7、8 这 8 个视点图像。接着，在第二行，子像素错 1 格并排 1、2、3、4、5、

6、7、8，然后第三行再错 1 格并排 1、2、3、4、5、6、7、8。这样，1 组三维图像用像素就

变成了阶梯状的区域（图 10 中的 X）。该面板已在 2009 年举行的展会“Wireless Technology

Park ”上通过 NTT DoCoMo 的展台进行展出。

图 10：组合使用双凸透镜的 8 视点的示例

视点图像宽度为 32.5mm的、8 视点的 2.57 英寸 XGA 液晶面板所采用的像素结

构。将子像素呈阶梯状配置，并组合使用倾斜的双凸透镜。

还有 256 视点的开发案例

下面来介绍一下其他的多眼显示案例。首先是荷兰皇家飞利浦电子公司（Royal Philips

Electronics）的示例。开发出了分辨率在纵、横方向均等下降的 9 视点面板。纵向降至 1/3，横

向降至 1/3。该面板组合使用斜向配置的双凸透镜。

另外，如图 11 所示，还有东京农工大学和精工爱普生的开发案例。将普通面板形成 RGB

纵条纹的地方进行各 1/4 间距的横向错位。普通条纹在像素开口部旁边存在可看到黑矩阵的区

域。使用透镜后，有时只能看到该黑色部分，会出现非常密的波纹。因此，通过进行各 1/4 间

距的错位，在结构上防止了波纹的出现。另外还试制了视点数为 16 个的三维显示器。

图 11：进行各 1/4 间隔的横向错位

东京农工大学和精工爱普生开发的 16 视点的液晶面板。将子像素进行上下各 1/4

间距的错位。这样，便可防止产生起因于黑矩阵的模糊。

此外，东京农工大学在展出上述技术后，又开发出了 256 视点的三维显示器。使用 16 块

16 视点的面板，形成了 256 视点。在 16 视点的面板前配置双凸透镜，并在双凸透镜前面设置

投射透镜，向屏幕投射液晶面板的图像。观看者通过屏幕观看图像。（未完待续，特约撰稿人：

滨岸 五郎，索尼移动显示公司开发部）

裸眼 3D：凭借多眼显示及全景方式扩大观看范围（七）

2010/08/05 00:00

全景方式、60 视点的开发案例

接着来看一下全景（Integral）方式。日立制作所开发的“Integral Videography”技术与原来

的 RGB 配置不同，采用特殊的像素结构（图 12（a））。在一个绿色区域内放入 60 个像素，

在红色区域、蓝色区域内也各设置 60 个像素。通过在这些区域设置透镜，向 60 个区域分离光

线，获得 60 个视点。

图 12：全景方式的开发案例

（a）为日立制作所开发的“Integral Videography”。可获得 60 个视点。（b ）为东

芝开发的“Integral Imaging”。可获得 12 个视点。

东芝开发的“Integral Imaging”，其特点在于 RGB 的排列。采用倾斜方向的像素排列，即使

只是纵向看，也可形成 RGB（图 12（b））。在此设置双凸透镜的话，便可横向实现视差。由

于 RGB 是纵向排列，因此颜色也非常均匀自然。全景方式通常在纵向上也具有视差，而东芝

仅以横向的视差实现了 12 视点。

在空间内是像素成像，还是平行光线再现？

多眼显示方式与全景方式有何不同？

首先是思路不同。多眼显示方式通过双凸透对液晶面板内具有像素大小的区域赋予指向性

（图 13（a））。由于在透镜作用下成像的空间内存在只有该像素大小的区域，因此将该区域

定义为视点。

而全景方式是以平行光线的再现为目标（图 13（b））。不过，由于像素较大，因此在原

理上很难对平行光线进行准确再现。

多眼显示方式和全景方式还存在光线采样的不同。多眼显示方式以 65mm 的眼间距离进行

设计时，可形成如图 14（a）所示的光的聚光点。而全景方式则为平行光线。由于存在部分光

线未到达的区域，因此整个屏幕容易产生无法立体显示的区域（图 14（b））。对两者可聚光

的区域进行比较时，多眼显示方式可实现更高效的聚光。

图 13：多眼显示方式与全景方式的思路的不同

多眼显示方式将成像的像素图像定义为视点（a）。全景方式是在光线空间对平行

光线进行再现（b）。

图 14：多眼显示方式与全景方式的光线采样的不同

多眼显示方式有效利用光线（a）。而全景方式不易产生光线密度差，可获得均匀

的光线空间（b）。屏幕中的 IPD 为 Interpupillary Distance 的缩略语，Main Lobe 是

屏幕上可看到立体图像的区域。

不过，多眼显示方式在区域内容易产生光线密度差。而全景方式从任何地方看都不易产生

光线密度差，容易实现均匀的光线空间。

另外，多眼显示方式和全景方式也存在共同的课题。除了上述东京农工大学与精工爱普生

的开发案例之外，其他案例都容易在液晶面板与双凸透镜的干扰，或者液晶面板与视差光栅的

干扰下出现波纹。为了隐藏波纹而有意使串扰生产的话，图像越是立体浮起，模糊程度就越严

重。

要想对这样的三维影像是否出色进行评测，重要的是要制定对波纹、串扰以及图像的模糊

进行测定的方法。这时，关键是要在相同的条件下对各种方式进行比较，确定界限及目标。为

此，就需要将人体工程学的观点纳入评测范围。这样的话，今后就有望为三维显示器找到理想

的方式。（特约撰稿人：滨岸 五郎，索尼移动显示公司开发部）

注：本篇报道根据 2010 年 1 月 25 日由《日经电子》主办的研讨会“3 维显示器的基础与应用”

上的演讲编辑而成。演讲时作者的所属单位及职务为爱普生影像设备（Epson Imaging Device）

面板生产统管部 P 开发设计部主管部长。

■作者简介

滨岸 五郎: 索尼移动显示公司开发部

1983 年日本神户大学毕业。同年，进入三洋电机。自 1993 年起，负责无眼镜 3 维（3D）显示

器的开发。开发出了影像切割器（Image Splitter）方式 3D 显示器（双眼方式）、影像切割器

方式 2D/3D 光盘全兼容（Full Compatible）显示器（双眼方式）、分割转换格栅方式 3D 显示器

（双眼头部跟踪方式）以及阶梯格栅方式 3D 显示器（多视点方式）。2004 年以后，调至三洋

爱普生影像设备公司，开发出了双画面显示器。2006 年以后，调至精工爱普生，开发出优化

了各视点图像宽度的多视点方式 3D 显示器（2.57 英寸 XGA 8 视点）。随着业务移交给索尼移

动显示公司，自 2010 年 4 月 1 日起任现职。3D Consortium 技术部会长。工学博士。

■日文原文：多眼表示やインテグラル方式でさらなる観察範囲の拡大を目指す

裸眼 3D：数字内容制作——历程与未来（八）

2010/08/06 00:00

作为有关 3D 显示连载的最终篇，本文将介绍游戏业界针对 3D 影像的举措以及对今后 3D

影像的期待。虽然游戏业界针对 3D 影像的举措此前一度趋于减少，但作为可获得更高现场感

的手段，3D 影像目前再次受到了关注。而且不仅是游戏，在利用影像的多种用途方面作为可

提高 VR（Virtual Reality）的手段，3D 今后也很值得期待。

本篇报道根据 2010 年 1 月 25 日由《日经电子》主办的研讨会“3 维显示器的基础与应用”

中的演讲编辑而成。演讲时作者的所属单位及职务为万代南梦宫游戏公司（NAMCO BANDAI

Games）P-7 业务本部首席 3D 研究员。

笔者首先想介绍几个采用 3 维（3D）影像的游戏实例。3D 影像的游戏从上世纪 80 年代中

期开始在商用游戏机上试运行。这与液晶快门价格下降的时代相呼应。

例如，有世嘉娱乐及松下电器产业（均为当时）于 1982 年发布的 3D 电视游戏“舒博克潜

舰 3D”（Subroc 3D）、以及南梦宫（Namco，当时）发布的“3D 立体漂浮战Ⅱ”（3D Thunder

Ceptor Ⅱ）等。3D 立体漂浮战Ⅱ采用了液晶快门 3D方式（图 1）。按照下文提示的显示器分

类方法，这些属于类别 1。

图 1 采用 3 维影像技术的电脑游戏

图为自上世纪 80 年代至 90 年代发布的 3D 游戏的代表例。

如果从可采用全高清方式的现在眼光来看，上述 3D 影像在技术上无法相提并论。但是，

这是目前主流的主动方式 3D 系统、对最大限度地利用当时的技术制作的 3D 影像所进行的一

次商业化推广。日本太东（Taito）等也曾推出此类游戏。

与这些游戏几乎相呼应，窥看式的 3D 游戏也面世了。例如，日本 Irem的“战斗之鸟

（Battle Bird）”就是利用半透明反射镜（Half Mirror）来窥看 2 个画面合成时的景象。笔者的

记忆中那是一些相当有立体感的内容。

此类技术之后从商用逐渐转向了家用。代表例子是任天堂的“Famicon 3D 系统”。作为游戏

的内容，有史克威尔（Square，当时）推出的名为“Highway Star”的赛车游戏。虽然现在来看

影像令人感觉简陋，但却非常有立体感。不仅是任天堂，世嘉也推出了家庭用 3D 游戏机。任

天堂的“Virtual Boy”也是窥看式的 3D 显示器。

如上所述，从上世纪 80 年代中期开始，3D 游戏从商用向家用转型，但遗憾的是，从那以

后直到最近几乎再也没出现过 3D 游戏产品。不过，高端 3D 游戏的试制倒是进行过许多次。

3D 不是一阵风式的热潮

近期，笔者被问到的问题中特别多的是，“3D 目前也许处于热潮之中，但是，今后会怎样

发展呢？会消失吧？”。如果从结论来说，笔者对这个问题可以明确地回答“不”。3D 影像这种

基础技术绝对不会无疾而终。在将来有可能出现的更尖端的影像技术中，将会不断采纳此前面

向 3D 影像开发出的成果，笔者个人这样认为。

对于 3D，可以听到各种各样的看法。“用来干什么？”“有多大用处？”，此类的质疑时有

耳闻。游戏业界的影像技术方面，笔者也曾听到过同样的意见。听到此类意见，笔者就会想起

此前面向商用用途开发出的游戏画面旋转功能。3D 功能有着与开发旋转功能时完全相同的特

点。旋转功能后来被高层次的优秀技术所采纳。按照那时的经验来说，笔者充满期待地认为，

3D 功能也将是这种发展模式，即：被将来的技术所采纳。

3D 计算机图形（Computer Graphics，CG）普及的契机是赛车游戏。赛车游戏面世以后，

纹理映射（Texture Mapping）之类在此之前还很素朴的多边形（Polygon）图画立刻带有了现

实意味。纹理映射技术的基础是旋转功能（图 2）。旋转功能成了影像技术进步的里程碑。

对虚拟现实的追求

让我们来考虑一下游戏中的影像技术及 CG 的定位。如果从大的框架来看，那就是对虚拟

现实（Virtual Reality，VR）的追求。如果考虑到游戏中的 VR，影像技术及 CG 的定位就会变

得明确。

关于 VR 的源头，可能有各种各样的意见。笔者认为是 Ivan E. Sutherland 于 1962 年发布

的“Sketchpad”。Sutherland 是一位堪称 CG 开山鼻祖的人物。Sketchpad 是一种对话型编辑图形

的程序。虽然时至今日这些都是理所当然的，但 Sketchpad 是首次实现了对图形进行编辑、复

制、删除之类操作的系统。这些功能是当时在一台现在看来性能非常低的计算机上实现的。

Sutherland 同时还试制出了 HMD（Headmounted Display）。笔者认为，以 Sutherland 的业绩来

看，可以将其视为 VR 的创始人。

图 2 赛车游戏中纹理映射技术的基础——旋转功能

“Assault”的游戏画面（左），“山脊赛车（Ridge Racers）”的游戏画面及游戏机机

身（右）。

图 3 规定 VR 的要素

虚拟现实（VR）的定义有多种多样

图 4 通过 AIP CubePresence（存在感，现场感）、Interaction（相互作用）、

Autonomy（自律性）这 3 个要素来规定 VR 的 AIP Cube 三要素。

图 5 目前向自律性方向发展

如果用 AIP Cube 进行评价，可以预测，游戏及 CG目前分别都朝着自律性

（Autonomy）方向发展。

第 2 次热潮是在上世纪 70 年代初。代表例子是 Myron W. Krueger 制作的“Videoplace”。

Krueger 是一位艺术家，其作品被称为现代影像艺术（Video Art）的先驱。在这一时期发生了

一件事，即：人首次对计算机生成的影像产生了实体感。

如果说起有数的几项 VR 的划时代性研究，就不能不提到美国航空航天局（NASA）的艾

姆斯研究中心（Ames Research Center）开发的虚拟平台工作站（NASA Virtual Environment

Workstation）。这项研究开创了头戴 HMD（头戴显示器）、手戴数据手套（Data Glove）、拿

着 Joy String 与虚拟世界对话的先河。不妨认为，由此 VR 才得以走向成熟。

历经这些历史事件发展而来的 VR，其定义也因人而异。例如，James D. Foley表示，“影

像”、“运动”及“操作”三者具备才是 VR。而美国麻省理工学院（Massachusetts Institute of

Technology，MIT）教授 David Zeltzer 则规定，VR 应包括 Presence（存在感、现场感）、

Interaction（相互作用）、Autonomy（自律性）3 要素。Zeltzer 的这个规定，被人取其首字母

称为 AIP Cube（图 3）。

在此，笔者想介绍一下 AIP Cube。AIP Cube 通过上述 3 要素对所有 VR 系统进行分类

（图 4）。代表存在感及现场感的 P，意味着让人以为实物真的在那里的真实度。代表相互作

用的 I 表示能否进行实际对话，这种对话完成的程度即为 I 要素。代表自律性的 A，其本身就

在自律性地运动，处于与人的操作相对立的一方。这种自律性运动的程度即为 A 要素。

例如，如果通过 AIP Cube 对电视节目进行评价的话，由于电视的影像在自律性地运动，

因而属于 A 要素。计算机的帮助功能等，可以说非常偏向于 I 要素。游戏也接近于 I 要素。

如果对 CG 领域作一评价的话，可以说是在最初非常重视现场感（P）的情况下才得以发

展至今。而游戏则是在侧重于相互作用（I）的情况下发展而来的。这是因为，如果在游戏中

牺牲掉相互作用（I）的话，只会落得个“鸡飞蛋打”的结果。在游戏领域里，有时不惜降低图

像品质，也就是降低现场感（P）来优先表现相互作用（I）。

就是说，游戏是从相互作用（I），而 CG 是从现场感（P）进入 VR 的。游戏在将相互作

用（I）作为主要要素的同时，不断获得现场感（P），借此不断地发展。可以预测，目前其正

在向自律性（A）的方向发展（图 5）。

如果按照这个思路想下去，就能弄明白各种技术处在什么样的定位上。这就是通过过去的

延续来把握未来世界。（未完待续，特约作者：宫泽 笃，东京工艺大学特聘讲师，原就职于

万代南梦宫游戏公司）

裸眼 3D：数字内容制作——历程与未来（九）

2010/08/09 00:00

对于更高 VR 效果的追求，3D 将发挥作用

那么，要想提高现场感，应该怎样做呢？笔者认为，这个问题的答案是 3D。虽然笼统地

称为 3D，但其实有各种各样的解释。笔者希望明确这些概念。其实，游戏的 3D 与电影的 3D

有着细微的差别。

一直以来，电视摄象机（Television Camera）拍出的 2D 影像以及电影胶片等，都是将平

面的物体显示在平面显示器上。有被显示的物体以及作为显示对象的显示器这两个元素。在这

种状况下，我们称其为 2D、3D（图 6）。除此之外，有时会将 3D 的物体显示在 2D 显示器上。

这就是 3D－On－2D，即：虽然建模是 3D 方式，但显示装置是 2D 方式。代表性例子是个人

电脑（PC）及游戏机的影像。

我们力争实现的应该是在 3D 显示器上显示 3D Object 的 3D－On－3D。在这种模式下，

制作时非常忠实地表现现实世界，而且观看时具有立体效果。

3D 这个词容易招致误解。如果在电影领域说 3D，是指立体视觉显示器。而如果是 Object，

一般则意味着被称为 CG 的 3D 模型。至于游戏机领域的 3D，通常情况下是指多边图形

（Polygon）游戏之类的模型。如果不同领域的人们在一起谈论 3D，有时会产生分歧，希望大

家加以注意。近年来，出现了 Stereo（Scopic）3D 或者 3D Stereo 这种易懂的词汇，在欧美已

开始普遍使用。

图 6 显示器与 Object 的关系

图为用于显示 2D 影像及 3D 影像的显示器与所显示的 Object 的组合。

图 7 3 维显示器的新分类

万代南梦宫游戏公司的 3D 显示器分类。大体分为 4 类（类别 2 及类别 1 的实际应

用，由于具体例子太多，予以割爱）。

3D 显示器的类别大体分为 4 种

虽然可笼统地称为 3D 显示器，但其实有各种不同的方式。理想的显示器是什么样的？我

们将 3D 显示器大致分为四类（图 7）。将体积扫描法等展示实物的方式定为类别 4。例如索

尼于 2009 年发布的“360°立体显示器”等，能够从周围任何地方观看的显示器即为类别 4。

图 8 实时立体显示器系统。图为类别 1、类别 2.1 及类别 3

类别 3 是利用成像光学系统的方式。是一种形成实像的显示器类型。我们将汇集物体成像

所需的足够光线作为类别 3 的条件。全息摄影以及集成摄影（Integral Photography）等，相当

于类别 3 的方式不在少数。

类别 2 是非成像方式。其中，我们特别将显示器本身可实现立体视觉的定为类别 2.1。非

成像方式的代表性例子是双凸透镜（Lenticular）方式、视差格栅（Parallax Barrier）方式以及

背照灯控制等。

另外，我们将使用眼镜的方式以及使用立体镜（Stereoscope）的方式定为类别 1。如果以

游戏来说，本文开头介绍的“3D 立体漂浮战Ⅱ”相当于类别 1（图 8）。另外，3D 立体漂浮战

Ⅱ采用了使用快门的时分多重方式。

无论采用如此分类后的显示器中的哪一种，提供游戏影像时核心部件的性能至关重要这一

点没有改变。例如以帧频而言，能够确保每秒钟 60 帧、还是 30 帧的帧数这一点至关重要。如

果核心部件没有处理这种影像数据的能力，就无法在显示器上显示影像。如果从上述的 VR 规

定以及 AIP Cube 来看，在游戏领域里是优先表现相互作用（I），然后才追求现场感（P）。

为此，必需重视实时性，尽量提高核心部件的性能。

SF 是 3D 显示器应用法的宝库

将来，我们会怎样使用 3D 显示器呢？可以说，这方面的灵感就在 SF（科幻）电影及电视

剧中出现的 3D 显示器的使用方法中。如果着眼于模拟现实感（Simulated Reality）中的 3D 显

示器，人对于 3D 显示器寄予了什么样的期望大概就显而易见了吧（图 9）。在此动机下，笔

者进行了一番调查。

如果说起电影中出现的 3D 显示器，那么以 1956 年的《禁忌星球（Forbidden Planet）》为

发端，在 1977 年的《星球大战（Star Wars）》中登场的莱娅·奥加纳（Leia Organa）公主最为

有名。不过，除了这些以外还有一些事例。

例如，在 1971 年的电影《天外来菌（The Andromeda Strain）》中出现的介绍地下基地情

况的场面中，3D 显示器登台亮相。如果用上述类别对这个显示器进行分类，应属于类别 3。

之后，在《星球大战》以后的电影中登场的 3D显示器几乎全都是类别 4。这是一种从每

个人的角度都能观看的、在某种意义上堪称理想的显示器。这种显示器在《星球大战》以后变

得非常“灵敏”，可以说达到了空间里会突如其来显现出影像的程度。最近，《阿凡达》可谓是

一次 3D 显示器的大汇演，各种方式的显示器悉数登场。在便携式显示器以及采用体积扫描法

的大型显示器上，3D 影像还会滚动。

全息摄影已十全十美了吗……

如果进一步观察《星球大战》中使用 3D 显示器的场面，会看出一个意味深长的现象。由

于必需从所有方向显示图像，因此，凭借实像形成技术无法实现。即便是下国际象棋的场面，

此时图像也是浮现在空间中。这种技术被称为全息摄影，但实际上并不是全息摄影。

笔者觉得，从这种场面能够了解到消费者期待着什么。例如，为了找回曾经的记忆而播放

怀旧影像时，目前只有 2D 的表现方式。但是，在电影的场面中，图像是浮现在空间中的。尽

管在对于图像是如何浮现在空间中的完全未作说明的情况下，很遗憾地，相关的机制不得而知，

但对观看电影的一方而言，那是非常令人印象深刻的场面。将来，3D 影像有可能被用于这种

唤起存在于大脑某处的过往记忆的用途。

浮现在空间中的图像看上去连内侧都制作得相当规规矩矩。虽然没有得到关于工作原理的

说明，但像这样看上去似乎物体浮现在空间中的 3D影像，不就是消费者最期盼的吗？虽然人

们常说全息摄影是实现 3D 影像的手段，但是要借助实像全息摄影来实现 3D 影像很明显是勉

为其难。（未完待续，特约作者：宫泽 笃，东京工艺大学特聘讲师，原就职于万代南梦宫游

戏公司）

裸眼 3D：数字内容制作——历程与未来（完）

2010/08/10 00:00

日本国内作品中为数不少的 3D 应用

至此介绍的都是西洋电影，其实日本以前也有过以尖端技术为题材的科幻故事（图 10）。

例如，在 1973 年的小说《日本沉没》中，就出现过类别 4 的 3D 显示器。有一个场面是渐渐沉

没的日本列岛被投影在一个名为“Block Screen”的 3D 显示器上，供后人纪念。

《日本沉没》后来被改编成了电影，但很遗憾的事，电影没有制作日本沉没的 3D 影像。

从上世纪 70 年代中期开始，3D 显示器取得了长足进步。与此相呼应，小说家以及影像制作人

也开始积极地将其应用到作品中。

近期的例子有电视动画片《青蛙军曹》（Keroro Gunsou）。电影中 3D 显示器的用法是，

在主人公青蛙军曹制作卡片游戏（Card Game）的场面中，与卡片游戏相应地以全息方式投影

游戏角色。这种用法作为 3D 影像推广的方法很有趣。笔者觉得，这是一个有了 3D 显示器后

应这样使用的好例子。

图 9 “3D 立体”是如何描绘出来的（海外作品）

在海外发表的 SF 作品中出现的 3D 显示器的例子。

图 10 “3D 立体”是如何描绘出来的（日本国内）

在日本发表的作品中出现的 3D 显示器的例子。

在 3D 技术领域，日本一直以来在从事开创性的工作。日本 NHK 放送技术研究所以及东

京大学生产技术研究所很早就着手开发 3D 技术等，3D 技术的积淀也相当深厚。日本不仅有技

术，而且制作人一直是在虚构故事中来考虑 3D 影像。但是，一旦揭开表象来看就会发现，现

实情况是 3D 业务都来自大洋彼岸。

图 11 实拍版 3D 电影

在海外，已经出现了将歌手巡演的影像以 3D 电影方式进行推广的例子。

《U2 3D》是今后的参照物

至此为止，我们看了虚构故事中出现的 3D 影像的使用方法。此次作为一种现实存在，笔

者将就 3D 电影作一思考（图 11）。虽然迄今为止有众多作品发表出来，但在此笔者举出

《U2 3D》这部作品。

《U2 3D》是将音乐组合 U2 的巡演实况以 3D 方式拍摄而成的电影。很好地再现了演唱会

的气氛。在这部电影中，摄像机的调度十分熟练。在 3D 影像方面，要向观看者传达现场感，

应该在摄像机调度上付出许多努力。《U2 3D》从多个摄像机方向进行拍摄，笔者认为它是摄

像机调度全都十分成功的例子。

不仅如此，这部电影还做了非常了不起的尝试。那就是照明从歌手背后进行打光的场面，

影像看上去非常眩目。在普通的平面画面上制造眩目效果是非常困难的，而在 3D 方式下则可

轻松地制造出来，这部电影利用了这一点。

为什么 3D 方式下能够制造出眩目的画面呢？其理由是，由于是利用眼镜来观看，因而可

创造出一种状态，即：只有一侧的眼睛里有光进入，光不会到达另一侧眼睛里。通过制造这种

状态，即可表现出眩目感（专业地说，这是被称为“视野斗争”的现象的一种）。这种场面在电

影中会大量出现。大概是制作者预先知道这一效果，有意识地运用的吧。在这个意义上而言，

这部电影利用了 3D 独有的技巧。由于这部电影的 3D影像即使在总览全局时也能稳定顺畅地

观看，因此，可以说这是一部近乎判断 3D 影像优劣时的参照物的作品。

寄希望于在 AR 及 VR 领域的应用

在本稿的最后，笔者想就 3D 影像今后的发展发表一点个人看法。3D 影像技术的发展潜力

还很大。不会仅仅止于电影，也不会仅仅止于游戏。笔者认为，今后将会有多方面的发展。虽

然是个人的意见，但笔者想举出 3 点今后有发展前途的 3D 应用领域。

类别 1 是增强现实（AR：Augmented Reality）。目前，AR 在多个领域进行着探讨。作为

AR 的关键技术，3D 得到采用应该是不容置疑的。

类别 2 是 VR。也许是一种“原点回归”吧，如果用上述 AIP Cube 进行评价的话，目前的

VR 并非十全十美。在 AIP Cube 中，在尚有发展空间的要素（例如自律性）的方向上，VR 有

可能借 3D 之助不断发展。

类别 3 是在教育领域的应用。与 3D 这样的新技术相对应地，新的教育法也有望同时提出。

当然，采用立体镜的高中数学参考书、以及以立体显示地形图及宇宙星辰的书等，诸如此类，

过去有过许多了不起的尝试。笔者认为，如果不仅仅是将之前的教材改成 3D方式，而是同时

提出新的学习法，并且 3D 与新学习法紧密融合的话，那么例如以游戏机等作为平台，3D 影像

技术还蕴含着长足发展的可能性。（全文完，特约作者：宫泽 笃，东京工艺大学特聘讲师，

原就职于万代南梦宫游戏公司）

本篇报道根据 2010 年 1 月 25 日由《日经电子》主办的研讨会“3 维显示器的基础与应用”中的

演讲编辑而成。演讲时作者的所属单位及职务为万代南梦宫游戏公司（NAMCO BANDAI

Games）P-7 业务本部首席 3D 研究员。

■作者简介

宫泽 笃：东京工艺大学特聘讲师，原就职于万代南梦宫游戏公司

1983 年，进入日本 IBM，在东京基础研究所参与证券投资信息系统解决方案的开发项目。

面向 IBM-PC 用途开发出提供图形基本功能的软件包（SoftWare Package）“Graphics Base

Library”。1992 年，参与美国佛罗里达州博卡拉顿（Boca Raton）产品开发研究所的新一代多

任务操作系统 OS/2 的开发项目。自 1997 年起，在当时的南梦宫研究部从事可提供未来一段时

间内游戏平台所不可或缺的现场感及现实感的娱乐用实时交互 3 维影像系统（可同时进行

2D/3D 显示的 5 眼双凸透镜式 3D 显示器等）的开发。自 2006 年起，担任万代南梦宫游戏公司

P-7 业务本部首席 3D 研究员。2010 年 3 月从该公司退职，目前以自由职业者身份继续进行 3D

影像技术的研究。著作包括《计算机游戏的技术》（岩波书店，1999 年）

■日文原文：3D デジタル·コンテンツ制作の本質，これまでの歩みと行く末