看3D會頭暈 你的器材有問題嗎

3D是一個正火熱的影片撥放方式, 雖然目前已經有很多的研究機構在著手研究3D對於人體健康的影響, 但是目前還是沒有一個明確的結論.

之前在介紹眼鏡式裸眼式3D 時有提到一種Cross talk現象, 簡單來說, 就是右眼接受到左眼的3D訊號, 反之亦然, 照成大腦在合成3D影像時出現疊影, 致使觀賞者覺得不舒服. 看3D會頭暈, 有很多原因就是這現象造成的. 接下來我們針對柱狀透鏡的裸眼式立體顯示器與快門式技術的Cross Talk成因, 讓大家瞭解一下你的器材有沒有問題.

首先先介紹柱狀透鏡的裸眼式立體顯示器(視差遮屏技術亦相同), 就影像數目可以分為雙視角和多視角系統, 雙視角系統一般而言都是應用在比較小尺寸的顯示器裝置上, 如任天堂3DS掌上型遊樂器, 因為只能有兩個影像分別提供給左, 右眼, 所以觀賞者必須要在固定的角度與距離才能觀看到合宜的3D立體影像.

在理想的情況下上觀賞者的左, 右眼在固定的位置上只會100%接受到相對左眼, 右眼的影像, 由於這些固定觀賞點在空間上並不是連續分佈的, 於是就造成了只要觀賞者頭部稍做移動, 左眼便會一下子接收到相當大比例的右眼影像, 同樣的右眼的情形也是一樣, 形成疊影的3D立體影像. 這現象就是剛剛聊到的串擾(cross talk), 而這個形成疊影的區域就被稱為視野死角(dead zone).

為了減少視野死角的區域相應就有了多視角裸眼系統的開發, 此技術主要是應用在中, 大尺寸的3D立體顯示器上, 可以在空間中提供數個較為連續的不同角度觀看立體影像, 然而在此技術中, 由於要將影像區分為空間中不同角度的左, 右眼多個不同影像, 因此在3D立體影像的解析度上, 會隨著空間多視角的數目越多而犧牲越多, 造成3D立體影像的畫質不夠細緻. 此外, 即便是多視角裸眼系統, 不可避免的也會有視野死角, 如下圖所示會在視點1與視點5的交界處出現視野死角

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為了避免這樣的現象, 所謂的臉部追蹤裸視3D因此誕生, 在這次橫濱FPD中, 各家也都推出臉部追蹤的3D系統, 看來這應該是個趨勢, 也可以讓想欣賞3D的使用者可以避免頭暈現象.

接下來要介紹3D快門式技術的串擾比較複雜, 讓我們先從成像的原理出發, 3D快門式技術是以時間上利用液晶面板來傳送左右眼的立體訊號, 以NTSC的訊號而言, 一般的2D畫面更新率是60Hz, 亦即每秒送60張畫面, 3D快門式技術為了維持動畫品質與避免人眼感覺到閃爍, 等效的螢幕更新率必須維持在60Hz的速率, 如此一來勢必需要加快訊號的傳送頻率, 並且搭配倍頻的液晶面板, 倍頻最基本的要求就是120Hz, 這樣意味者每秒需傳送60張左眼與60張右眼訊號. 在此狀況下, 不論是左眼或是右眼的訊號在理想的情況下必須在1/120秒(~8.25 msec)傳送完畢.

但是大家都知道液晶面板先天有反應速率的缺陷, 以目前市售的量產面板而言, Ton + Toff的時間大都在5~8msec, 這反應速率乍看之下很安全, 但我們可以再深入的討論一下, Toff 指的是最亮到最暗切換的時間, 亦即是訊號255 切換至訊號0, Ton則相反, 但一般我們所觀看的畫面都是灰階畫面切換, 如灰階192切換到灰階59, 即便是使用over drive技術其反應速度絕大部分是大於8msec.

簡單來說, 就是右眼畫面會短暫殘存部分影像被左眼看到, 左眼也會有短暫殘存部分影像被右眼看到, 造成Cross Talk. 如果想深入研究的可以繼續下面一段, 不然可以直接跳到結論, 底下這段還滿複雜的, 也滿難表達, 想看的要有點耐心

我們假設液晶的全灰階反應速度是5msec(實際上是不可能的), 並以線性模型來處理以下問題, 一個左眼訊號畫面是1080條線, 必須在約7msec內傳遞完畢, 因假設液晶的全灰階反應速度是5msec, 理想上當畫面在更新右眼訊號前, 左眼的全畫面訊號必須被液晶面板完全忠實地呈現, 以比例而言每7msec送1080條線, 當送到第540條線時, 此刻時間距離右眼3D訊號開始傳送的時間約是5msec(如下圖所示), 以目前假設的液晶反應速度, 從第505條線到第1080條線是無法在右眼訊號開始傳送前到達其該有的亮度值, 以極端例而言, 若液晶反應速度為零即可看見左眼3D畫面, 若液晶反應速度無限慢, 則仍看到右眼的3D畫面, 若處於中間, 此時觀賞者左眼所看到液晶螢幕的下半畫面會是處於右眼訊號與左眼訊號間的過渡灰階狀態, 此也可視為一種串擾.

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另外觀賞者配戴的3D快門眼鏡也會帶來串擾, 一般會誤以為快門眼鏡切換的時間會如下圖(A-1 A-2 為螢幕, A-3 A-4為快門眼鏡)所示, 當送左眼3D訊號時, 3D快門眼鏡的左眼部分隨之開啟, 但實際的情況卻不是這樣的, 因為如果3D快門眼鏡如果以此模式操作的話, 為了簡化問題先假設液晶反應速度為零, 當第一條左眼3D訊號開始傳送時, 此時畫面的所有訊號都是右眼3D訊號, 此情形將會帶來嚴重的串擾.

看3D會頭暈 你的器材有問題嗎

 

 

比較合理的模式是下圖所示, 當送左眼3D訊號時, 3D快門眼鏡的左眼部分會在隨後開啟(延遲的時間需要考慮sync訊號傳送, 3D快門眼鏡的反應速度時與整體系統的考量), 這裡先假設是在傳送到一半畫面時, 再開啟3D快門眼鏡的左眼部分, 並假設3D快門眼鏡的Ton + Toff是8 msec, 因為3D快門眼鏡大多使用TN type, 其特性為亮畫面切換較慢, 暗畫面切換較慢, 因此可以推論Ton 約5msec, Toff約3msec, 如此一來理想上希望快門式3D面板能夠多一點的亮度, 3D快門眼鏡的左眼部分關閉的時間是盡量能與右眼3D訊號同步, 但是同樣因為液晶反應速度的關係, 3D快門眼鏡左眼部分將會有約3msec的反應時間差去接受到右眼的3D訊號, 照成串擾.

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以上面所述, 就有很多會對畫面進行部分時間的螢幕刷黑(補黑畫面), 但這會造成更嚴重的閃爍. 或是使用特殊演算法進行畫面補償, 讓Cross Talk現象降低, 但這會讓高對比畫面有嚴重的色塊, 就如上次在用Samsung D8000觀看HD Club站長西楓拍攝的3D煙火時, 在黑畫面有許多讓畫面不美觀的色塊.

結論

綜觀上述所談, 無論是柱狀透鏡裸眼式或是快門式3D技術, 都會有串擾產生, 以史丹佛大學視覺實驗室所做出的結果, 柱狀透鏡裸眼式的串擾會比快門式3D技術來的嚴重, 一般而言快門式3D技術串擾大約是在5%左右, 柱狀透鏡裸眼式大約是其的兩倍. 串擾值代表的是左右眼訊號干擾的程度, 數值越大代表疊影越嚴重.

但是這就意味著柱狀透鏡裸眼式對人體的健康影響會比快門式3D技術嚴重嗎?

以今年最新的麻省理工人因實驗工程研究室麥克潘汀博士所做出的報告指出, 串擾所照成的疊影遠雖然是一個重要的評估指標, 但是3D影像的在大腦合成的過程是否符合人類數千年來自然演化, 似乎才是影響人體的健康的重要因子, 人類的雙眼立體視覺演化, 是以空間差異來進行大腦立體影像的解讀, 但是快門式3D技術是以時間間隔方式來進行立體影像的合成.

更簡單的說明, 人類並不是以交叉睜閉左右眼來進行立體視覺的過程, 比起假的空間合成立體影像對大腦而言更是不符合自然的演化, 因此麥克潘汀博士認為快門式3D技術對於人體的健康影響程度會比較高. 當然這只是其初步的研究結果, 相信在不久的將來會有更多研究報告來佐證此推論的正確性. 小弟會隨時更新給各位知道的.

另外, 除了器材外, 好的3D拍攝與後製技術也是個很大的學問. 有時你的器材沒問題, 但是遇到一部粗製濫造的3D影片, 連針對器材的適性都沒有調整, 你想不頭暈都很難, 關於3D拍攝部分, HD Club這邊有更專業的討論, 小弟在這邊就不要亂放炮了.

以上淺見也歡迎大家提出不同的論點來討論, 讓小弟可以更了解3D的奧妙. 最後還請大家多幫忙按個分享或是讚, 您的一點鼓勵, 都是小弟繼續寫作的原動力, 感恩! 另外, 小弟在Facebook上也成立粉絲團(http://www.facebook.com/LoveKisPlay), 歡迎大家加入聊天討論囉!

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