李學(xué)東 孟唯娟

我們?cè)诂F(xiàn)實(shí)中看到的或體驗(yàn)過(guò)的影像3D顯示技術(shù)，如3D電影、電視等，大部分是兩向立體顯示技術(shù)，其立體效果必須借助于立體眼鏡、雙色濾色片、偏光濾色片等工具才能觀看到，這給3D技術(shù)的推廣應(yīng)用帶來(lái)極大的不便。隨著3D技術(shù)應(yīng)用研究的不斷深入，多向立體顯示技術(shù)即裸眼3D技術(shù)也開(kāi)始得到一定范圍推廣，主要應(yīng)用于公共場(chǎng)所的大型展示、宣傳、廣告等屏幕上。

熒屏影像的裸眼3D技術(shù)原理

人們?cè)谌粘Ｉ钪杏^察真實(shí)的物體時(shí)，具有的立體感主要是由于人的左右兩只眼睛之間有一定的距離，觀察物體圖像時(shí)的角度不同，因而會(huì)產(chǎn)生視差，正是這種有視差的圖像刺激大腦并在大腦中合成視覺(jué)的立體感。一般來(lái)講，在一定的視角范圍內(nèi)，明視距離越近，視差效果越顯著，觀察物體的立體效果就越好。

影像的裸眼3D技術(shù)，實(shí)際上就是在熒光屏上實(shí)現(xiàn)的多向顯示技術(shù)，可以不借助任何眼鏡或其他輔助工具就能讓人們用肉眼從顯示屏幕上看到具有立體感的圖像。這種3D效果圖像，實(shí)際上也是利用了人眼的視差原理，通過(guò)讓觀看者的左右兩眼分別接受不同的畫(huà)面，再將這些不同的的畫(huà)面反射到大腦，通過(guò)圖像合成產(chǎn)生立體感。

目前，國(guó)內(nèi)外能夠?qū)崿F(xiàn)影像的裸眼立體技術(shù)的顯示方法主要包括視差障壁技術(shù)、柱面透鏡法、MLD技術(shù)等。

1.視差障壁技術(shù)

視差障壁技術(shù)又稱(chēng)狹縫光柵技術(shù)，是使用一個(gè)具有偏振膜和高分子液晶層的顯示屏，利用液晶層和偏振膜產(chǎn)生帶垂直條紋的光柵，如圖1所示。當(dāng)形成圖像的光通過(guò)光柵狹縫時(shí)，圖像就會(huì)被分割，稱(chēng)之為“視差障壁”。原理是當(dāng)左眼看到的圖像顯示在液晶屏上時(shí)，不透明的條紋會(huì)遮擋右眼，當(dāng)右眼看到的圖像顯示在液晶屏上時(shí)，不透明的條紋會(huì)遮擋左眼，通過(guò)將左眼和右眼看到的不同圖像在大腦中進(jìn)行合成而到3D 影像。

2.柱狀透鏡法

柱狀透鏡，可以看成由許多透鏡片構(gòu)成的透鏡板。原理是在液晶顯示屏的前面加上一層柱狀透鏡，使液晶屏的像平面位于透鏡的焦平面上，同時(shí)保證透鏡的焦平面與透鏡的背面相重合。這樣，利用柱面透鏡的分像作用，如圖2所示，把不同方向上的圖像聚焦在每個(gè)透鏡焦點(diǎn)平面上。雙眼從不同的角度觀看顯示屏，就看到有視覺(jué)差異的圖像，差異的圖像在大腦中合成就形成立體感圖像。另外，通過(guò)讓柱透鏡與形成圖像的像素光線(xiàn)成一定的角度，可以使每一組子圖像重復(fù)投射到視覺(jué)區(qū)域，產(chǎn)生多組視差圖像，從而產(chǎn)生完整的、連續(xù)的立體圖像。

3.MLD技術(shù)

MLD技術(shù)于2009年4月，由美國(guó)PureDepth研究完成。MLD（Multi-Layer Display多層顯示）是通過(guò)一定間隔重疊的兩塊液晶面板，人的左右眼可以在不同液晶面板上接受不同圖像，在大腦中合成，從而呈現(xiàn)3D影像的效果。

印刷輔助工藝方法探討

通過(guò)對(duì)以上裸眼3D技術(shù)原理研究可以發(fā)現(xiàn)，視差障壁技術(shù)中的“視差障壁”（Parallax Barrier）是利用偏振膜和液晶層來(lái)實(shí)現(xiàn)垂直條紋光柵的，在這里我們將嘗試和探討用印刷的方法直接印刷能夠?qū)崿F(xiàn)裸眼3D顯示效果的條紋光柵的可行性，具體工藝探討如下：

1.條紋光柵參數(shù)確定方法

從視差障壁技術(shù)原理的本質(zhì)來(lái)看，人眼透過(guò)條紋光柵的狹縫可以看到立體圖像，但圖像立體感及圖像的完整性是受狹縫的開(kāi)口比和條紋的寬度影響的。開(kāi)口比取決于光柵上透光條紋和遮光條紋的寬度。而透光條紋和遮光條紋的寬度又取決于明視距離及視角大小。條紋寬度作為主要參數(shù)需要依據(jù)最小視角、最小明視距離和最大明視距離進(jìn)行確定。調(diào)整視點(diǎn)的多少，一般要調(diào)整開(kāi)口比或者說(shuō)占空比，調(diào)整觀看距離，一般可調(diào)整狹縫光柵與顯示屏的相對(duì)距離。

一般來(lái)講，人眼的最小視角弧度應(yīng)該為0.00029弧度，按照明視距離，我們近點(diǎn)為250mm，遠(yuǎn)點(diǎn)設(shè)為1500mm以?xún)?nèi)，人眼的分辨率為0.0725～0.435mm，那么為了兼顧人眼的分辨率及圖像的立體效果，應(yīng)將線(xiàn)條的寬度可以限定在0.0725～0.435mm。為了印刷出能呈現(xiàn)最佳立體效果的光柵，我們需要依據(jù)這個(gè)線(xiàn)條的寬度范圍設(shè)定一組線(xiàn)條寬度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試，確定光柵遮光線(xiàn)條的最佳寬度及光柵周期長(zhǎng)度，以滿(mǎn)足不同視差圖像像素的周期排列。

2.材料選擇方法

①光柵片基或印刷片基

由于光柵的漏空位置要求有很好的透過(guò)光線(xiàn)性能，因此，在選擇塑料片基時(shí)，必須選擇透光率高的片基，對(duì)自然光的透過(guò)率要達(dá)到95%以上，厚度為0.1～0.12mm，熱縮率小于1%。

②油墨

從光柵功能的角度來(lái)看，印刷圖案部分是光柵的條紋部分，要求能夠起到光的阻隔作用，必須能夠全部吸收所有的可見(jiàn)光。

從印刷的角度來(lái)看，印刷到片基上的油墨要求能夠即時(shí)干燥，不蹭臟，線(xiàn)條邊緣光滑清晰，需選用紫外干燥油墨或墨水。

3.印刷工藝選擇

從條紋光柵應(yīng)用特點(diǎn)來(lái)看，一方面，由于光柵條紋是用來(lái)遮擋色光或者圖像的，那么就要求光柵的條紋要有良好的遮擋性，另一方面，由于廣場(chǎng)上的熒屏需要大幅面屏幕，相應(yīng)的條紋光柵也同樣要求大幅面。以上兩方面特點(diǎn)，具體到印刷的工藝選擇上需要考慮兩個(gè)因素：一是墨層厚度要足夠大，二是印刷幅面大小符合大屏幕要求。

根據(jù)以上分析，比較適合的印刷方式包括絲網(wǎng)印刷和噴墨印刷，因?yàn)檫@兩種印刷方式不僅都能滿(mǎn)足光柵的幅面要求和遮擋性要求，同時(shí)還可以滿(mǎn)足塑料片基印刷及UV快速干燥的需求。

當(dāng)今，裸眼3D技術(shù)在立體圖案印刷、全息印刷領(lǐng)域已經(jīng)得到了很好應(yīng)用，但還未有印刷輔助生產(chǎn)的裸眼3D影像技術(shù)。本文探討了印刷條紋光柵的工藝方法，由于相關(guān)知識(shí)及經(jīng)驗(yàn)的限制，論述如有不恰當(dāng)之處，望給予批評(píng)指正。

作者單位：青島恒星科技學(xué)院

責(zé)任編輯：李倩 liqian@cprint.cn