在手机上应用3D显示和微投影技术_技术学园

　　显示效果是手机等便携设备的门面，它对用户和数字世界的交流将产生直接的影响，甚至决定着消费者的购买意愿。这也是为什么触摸显示技术会促进iPhone的大卖，即便是山寨手机厂家也会尽量把有限的成本多向显示器件上倾斜的原因。除了能耗、可靠性、耐压和显示质量等方面的基本要求，对于智能手机来说，消费者对更真实有趣的显示体验的要求越来越高，这些要求促进了3D显示和微投影技术在手机中的应用。前者可以为消费者带来更真实的使用体验，而后者则在解决手机显示屏幕过小的基础上还可以衍生出很多有趣、实用的应用。在前不久结束的一个行业研讨会上，诺基亚北京研究院亚洲创新系统工程总监许亮峰博士系统阐述了自己对3D显示和微投影技术在手机应用中的看法以及诺基亚在相关领域的最新研究进展。

　　增加TC层解决3D显示视角受限和分辨率受损难题

　　目前的三维立体显示技术可以分为分光立体眼镜、自动分光立体显示、全息术和体三维显示四大类。其中前两类都采用了视差的方式给人以3D显示的感觉，让观察者的左右眼看到有视差的图像，从而欺骗大脑，令人产生3D的感觉；全息术利用的不是数字化手段，而是光波的干涉和衍射，它一般只能生成静态的三维光学场景，并且对观察角度还有要求，它形成的三维图像信息量非常大，因此对于手机等带宽有限的移动设备应用来说，采用全息技术的3D显示并不适合；体三维显示技术目前大体可分为扫描体显示和固态体显示两种，由于可靠性和性能等方面的制约，体三维显示技术目前还没有到大规模商用的阶段。

　　比较而言目前使用较为广泛的三维技术还是以前两种所谓的“伪三维”技术为主。第一种技术是《阿凡达》等3D电影所采用的技术，在这类应用中，观察者佩戴特殊的眼镜，通过眼镜光栅和屏幕上的图像进行协调，从而产生立体效果。在手机等便携应用中，佩戴眼镜并不方便，因此将光栅放置在显示屏幕上，即所谓的自动分光立体显示技术，综合比较，该技术是目前手机应用中三维显示技术的最现实选择。

　　任天堂、LG和HTC都推出了采用自动分光立体显示技术的产品，即裸眼3D显示应用，但该技术也存在一些严重影响用户体验的问题。比如必须位于显示屏前的某个最佳角度才可以观看到3D显示效果，稍微移动位置就会受到严重影响。但在手机应用场合，一方面使用者经常处于运动当中，另外一些动作类的游戏(比如赛车等)内容也是不断变化的，如果必须在特定的角度才能欣赏到3D效果，这显然会严重影响到用户的使用体验。不仅如此，由于视角问题带来的2D显示效果和3D显示效果的非正常频繁切换甚至会让消费者产生头晕等不适的感觉。另外，绝大多数此类三维技术需要将图像分辨率减半，尽管《阿凡达》这样的立体电影已经采用时序控制等技术解决了该问题，但在移动终端产品上很多时候它还依然存在，而如果要保证多人观看的3D效果，遇到的问题还将会更多。

　　许亮峰表示，他的团队为了解决这些问题做了一些探索。解决的方法是将一层用特殊的液晶制成的传输单元(TC)层放置在背光和LCD之间，或者直接将其放在LCD上，给TC层加上电场后，根据液晶本身的特性，其中的液晶单元会重新排序，从而实现这种可以用电控制的特殊光栅。举例来说，如果不加电场，所有的光都可以透过显示屏的表面；当加了电场后，TC层的液晶将按照设计者的意图转向，只有设计者希望透过的光才可以通过，从而控制观看者的视角，这种技术用一句话概括，就是给显示屏幕增加了一层起到特殊光栅作用、用来控制视角的TC层。

　　利用该技术，诺基亚做了几个有益的尝试。首先是对于2D显示，利用TC层对视角的控制为手机提高私密性。之前的手机显示角度为30°~45°，如果使用者在公共场合观看一些不愿意被旁人看到的短信或者图片，会有隐私被人有意无意看到的心理顾虑。增加了TC层后，只有垂直的光线可以出来，旁边的光线被吸收掉，手机上的显示内容在正面看得非常清楚，但30°以外就变得模糊，有效消除了用户这种隐私被偷窥的心理不适。第二种，通过多个TC层的配合控制光线的透过方向，将图像按照需求以足够快的速度分别进入到观察者左眼或者右眼，可以实现和电影一样的对于图像分辨率没有损失的3D显示效果。而且在不加电场的时候，TC层并不影响手机显示屏原有的2D显示效果，这样就可以通过TC层上电场的通断实现2D图像和3D图像的自动切换。第三种，利用手机的前照相机进行人脸跟踪，根据人脸和手机距离以及角度动态算出手机上光栅的排列方式，这样人脸稍微地移动位置，显示屏上的光栅会随之动态调整，从而解决之前3D显示可视角度受限的问题。

　　非接触手势输入方法提升手机微投影使用体验

　　微投影在手机上的应用已经逐渐开始，三星将其内置在手机当中，而LG则将其作为外设使用。在印度市场，消费者有较强烈的通过手机收看电视的需求，这是因为印度的基础设施条件较差，停电是家常便饭，如果消费者此时正在收看一部非常喜欢的电视剧或者是他们最着迷的板球比赛，通过微投影手机在手机上继续观看可以帮助这些用户解决燃眉之急。

　　微投影在手机中的使用受到亮度、功耗、散热和成本等问题的影响，不过这些方面正在逐渐提高和改善的过程当中。除了这些硬指标的影响，许亮峰认为，一些不够舒适的使用体验也严重影响了微投影在手机中的普及。比如，用户使用微投手机就必须要为其找到一个较为稳定的使用位置，因为放在手上的话，稍有移动图像的聚焦就产生变化而需要重新调整设置，但即使放在固定的位置上，当用户操作微投的功能时，只要有接触产生的振动和位置变化也会带来同样的问题。此时可以采用非接触手势输入方法来解决这一问题。

　　具体来讲，就是用手机的照相机来跟踪人的动作，再用处理器分析动作进行判断，从而发出相应的指令。实现这样的功能也存在一些困难，首先是把微投影模块放进手机，对机器结构设计有挑战。第二点，怎样解决微投影模块的发热问题，不仅对微投本身，它发出的热量还会对周围的其他手机关键零部件产生影响。这些还仅仅是实现微投功能的问题，实现手势识别也存在一些挑战。手势识别对手机的处理器运算能力有较高的要求，如果想减少手机处理器的运算负荷，手势识别的算法要做到尽量简单可靠。另外光源也是一个非常大的问题，因为是采用手机照相机跟踪人的动作，在不同的光线环境下实现的效果可能会大相径庭。在光线好的日光条件下是一种方法，室内灯光下可能需要另一种算法，而且投影需要在较暗的环境下使用才能达到较好的效果。在较暗的环境下进行有效的手势识别需要解决光源的问题，据许亮峰介绍，他的团队采用了红外光源、红外照相机的形式来检测人的手势。

　　现在许亮峰团队已经实现了一些投影手机简单的手势控制，比如手的上下左右挥动分别可以实现图片的翻页和移动电视频道的转换等，而且即使在比较暗的环境下，此类手势识别的可靠性也已经较高。

　　此外，许亮峰团队还开发了一种称之为“Touch on the wall”的技术，该技术需要对现有手机作如下改动：增加微投影功能、配置前置照相机、配置两个红外光源。使用时，在将手机的内容投到墙上之后，使用者可以直接在墙上对显示的内容进行触摸操作，比如书写文字和画图等。实际上是把在较小的手机屏幕上的触摸放大到了足够大的墙面上进行，从而也改善了消费者的使用体验，为手机拓展了新的应用模式和环境。


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