裸眼3D電視的優(yōu)勢與未來發(fā)展

李應(yīng)樵

（香港萬科數(shù)碼集團(tuán)，香港 999077）

裸眼3D電視的優(yōu)勢與未來發(fā)展

李應(yīng)樵

（香港萬科數(shù)碼集團(tuán)，香港 999077）

在簡要介紹裸眼3D的優(yōu)勢之后，分享了該技術(shù)在香港教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用研究，發(fā)現(xiàn)該技術(shù)在提高學(xué)生注意力，增強(qiáng)教學(xué)效果方面有較好的成效。隨后，分析了3D與超高清技術(shù)結(jié)合發(fā)展的可能性。最后，對裸眼3D電視的未來進(jìn)行了展望。

裸眼3D；電視；教學(xué)；超高清；趨勢

近年來，3D視頻影像技術(shù)發(fā)展迅速，被業(yè)界廣泛認(rèn)同為公共事業(yè)和家庭娛樂的發(fā)展新方向，尤其是裸眼3D電視的應(yīng)用，最初從商用顯示器和商用廣告數(shù)字標(biāo)牌機(jī)開始，這兩年逐漸深入家庭和個人消費(fèi)電子領(lǐng)域，產(chǎn)品包括3D電視機(jī)、3D智能手機(jī)、3D筆記本電腦、3D平板電腦以及3D游戲機(jī)等。裸眼3D技術(shù)作為一種劃時代的技術(shù)，其面世將引領(lǐng)觀眾獲得前所未有的視覺體驗(yàn)，開創(chuàng)全新的立體時代。

1 裸眼3D的優(yōu)勢

使用裸眼3D電視具有許多優(yōu)點(diǎn)，例如：3D影像更容易吸引觀眾的眼球和注意力；觀眾更容易記住3D顯示器傳遞的信息；不需要佩戴眼鏡，適合于不同的應(yīng)用環(huán)境等。現(xiàn)階段，傳統(tǒng)助視3D的發(fā)展確實(shí)遭遇了一些瓶頸，這主要體現(xiàn)在助視3D電視的家庭應(yīng)用方面，其主要原因是助視3D電視要求觀看者額外佩戴眼鏡，這種不便性阻礙了助視3D電視的普及。

2 裸眼3D在香港教學(xué)的應(yīng)用研究

本節(jié)重點(diǎn)介紹一項(xiàng)2012年6月開始進(jìn)行的研究[1]，該研究是在公共小學(xué)的學(xué)校教學(xué)和學(xué)習(xí)中采用裸眼3D顯示技術(shù)，目的是研究并且了解裸眼3D顯示技術(shù)在教育中的有效性，并了解學(xué)生在3D環(huán)境中學(xué)習(xí)效果是否更好。

有研究發(fā)現(xiàn)，在上課時使用3D圖片，學(xué)生表現(xiàn)得更好，更專心并且更快地吸收新的概念[2]。這項(xiàng)研究在提高初等教育的標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量方面已經(jīng)給出了重要的結(jié)論?？紤]到在教育方面巨大的資源投入，了解什么因素可以提高小學(xué)教育內(nèi)容的學(xué)習(xí)將變得尤為重要。這項(xiàng)早期研究基于傳統(tǒng)的立體顯示技術(shù)，因此，學(xué)生需要佩戴眼鏡才能觀看3D圖像，因此產(chǎn)生了一些問題，如衛(wèi)生風(fēng)險(xiǎn)、課堂上小組討論問題時的眼神交流以及近視的學(xué)生需要戴兩副眼鏡等。

學(xué)校的孩子一般被定義為“數(shù)字原生代”類別[3]，依賴多媒體的刺激（如動畫、電腦游戲）來保持注意力。因此，裸眼3D LCD顯示技術(shù)通過以下兩種方式支持小學(xué)教學(xué)：1）以3D多媒體內(nèi)容吸引學(xué)生；2）通過“使對象真實(shí)”[4]給學(xué)生帶來相對“真實(shí)”的體驗(yàn)。為此，筆者與香港的一所公立小學(xué)合作開展了3D和2D課程教學(xué)。

裸眼3D電視允許3D立體圖像可以在不佩戴特殊眼鏡的情況下使多數(shù)人從不同的視點(diǎn)觀看。在這個項(xiàng)目中，采用的是萬科數(shù)碼有限公司的裸眼3D電視。在項(xiàng)目開始之前，將一個裸眼3D電視樣品交到2個學(xué)校校長和6個老師手中。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，裸眼3D電視的3D效果和圖像品質(zhì)在這個測試項(xiàng)目中得到了認(rèn)可。

在裸眼3D電視中顯示的3D教學(xué)資料是關(guān)鍵部分。這些資料是根據(jù)學(xué)校教學(xué)大綱專門準(zhǔn)備的。在顯示無法通過正常裸眼看到的物體時，3D顯示變得尤為有用。因此，選擇了傳染病醫(yī)學(xué)主題，在不同的領(lǐng)域（如生物學(xué)概念），提供主張的“真實(shí)體驗(yàn)”，如果不能給學(xué)生提供“可視化”的概念，那么教學(xué)將會變得十分困難[4]。

在立體制作傳染病醫(yī)學(xué)內(nèi)容和特效后，經(jīng)過多視點(diǎn)立體轉(zhuǎn)換以兼容裸眼3D電視。為了消除未知的因素，作了以下標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定：所有的課程在星期四下午2點(diǎn)開始；每個課程長20min；所有的教學(xué)環(huán)境和老師都是相同的。在觀看教學(xué)內(nèi)容時，老師們組織學(xué)生進(jìn)行小組討論。教學(xué)內(nèi)容包括文字、圖像和動畫，并顯示在42 in（1 in=2.54 cm）的裸眼3D LCD電視上。小學(xué)四年級的學(xué)生們被隨機(jī)選擇參與2D課程或者3D課程。在每個課程之后，讓學(xué)生們填寫調(diào)查問卷。

首先進(jìn)行了第一個3D教學(xué)試點(diǎn)，其中包含了15名學(xué)生。雖然調(diào)查了他們的愛好和興趣，但發(fā)現(xiàn)小學(xué)生們不習(xí)慣這樣的調(diào)查。因此修改了評估，讓學(xué)生們在課程后繪出他們剛剛在課堂上學(xué)習(xí)的內(nèi)容。例如，讓學(xué)生們在回憶2D和3D教學(xué)中的病毒圖片有何不同。教學(xué)內(nèi)容中，一共有3種類型的病毒，外形簡繁不等，其中最復(fù)雜的病毒是T4噬菌體（見圖1）。

圖1 T4噬菌體裸眼3D顯示

2D課程的25個學(xué)生中，8個學(xué)生無法回想和畫出T4噬菌體，只有17個學(xué)生能回想起T4噬菌體的樣子（見圖2）。而所有上3D課程的16個學(xué)生都能回想起T4噬菌體的樣子（見圖3）。

通過圖2和圖3的比較，很顯然，采用2D教學(xué)的學(xué)生提供了比較少的病毒細(xì)節(jié)，而采用3D教學(xué)的學(xué)生則能更好地反饋較深層的信息。這有兩個主要原因：首先，學(xué)生在用3D教學(xué)的課程上比2D教學(xué)更能集中注意力；其次，孩子們發(fā)現(xiàn)很難想象出沒有展示出來的部分。當(dāng)他們接收到2D圖像的時候，通常都能記住這些圖像的呈現(xiàn)方式，但是，2D圖像僅僅只是二維平面圖像，盡管它們很容易被理解為3D對象。以同樣的方式，當(dāng)這些圖像用3D的方式顯示出來的時候，學(xué)生們能回想起T4病毒的三維圖像。

圖2 2D課程中17名學(xué)生所畫的T4噬菌體原圖

圖3 3D課程中全體16名學(xué)生所畫的T4噬菌體原圖

這項(xiàng)研究的貢獻(xiàn)是雙向的。首先，為3D技術(shù)用于教育領(lǐng)域提供了成功的案例，并且解決了一些實(shí)際問題。在香港，很多家長覺得他們的孩子需要佩戴3D眼鏡來接受教育很不方便。在這種情況下，裸眼3D LCD電視的應(yīng)用提供了可行的解決方案。當(dāng)學(xué)生需要穿戴或使用的專用設(shè)備越少，學(xué)生、老師和家長也越能接受這項(xiàng)新的高科技。這項(xiàng)研究的結(jié)論同樣說明了參加3D教學(xué)比2D教學(xué)的學(xué)生，到底多了解了些什么信息。

下一步，建議去探索如何使用3D技術(shù)來教授英語詞匯、介詞、位置等。文獻(xiàn)[5]提出，在小學(xué)營造一個自然和愉快的氛圍對于能夠成功學(xué)習(xí)外語至關(guān)重要。研究發(fā)現(xiàn)，3D材料能顯著地提高學(xué)生的參與度和記憶力，非常適合用于教授英語。雖然，根據(jù)一所小學(xué)的教學(xué)大綱來制作3D教學(xué)內(nèi)容，其最初的代價(jià)是昂貴的，但如果把這些內(nèi)容推廣到其他小學(xué)，將會變得物有所值。為了更徹底地解決因缺乏3D材料而影響3D教育及電視節(jié)目未能普及的問題，目前正研發(fā)一個2D轉(zhuǎn)3D的極速工作站，可把海量的2D內(nèi)容高效率地轉(zhuǎn)化為3D，以便打造出完整的3D生態(tài)環(huán)境，令3D的體驗(yàn)更加普及。

3 3D與超高清技術(shù)的結(jié)合

超高清技術(shù)（UHD）的快速發(fā)展和應(yīng)用無疑給整個視像市場打了一劑強(qiáng)心劑。超高清顯示技術(shù)的解析度達(dá)到了全高清的4倍，在消費(fèi)者的觀感體驗(yàn)上是一個巨大的提升和飛躍。由于多個視點(diǎn)在空間上共享顯示面板的RGB像素，裸眼3D技術(shù)會導(dǎo)致空間解析度的下降。超高清顯示技術(shù)增加了顯示面板的空間解析度，不僅使3D畫面更加清晰，體現(xiàn)更豐富的層次感，而且有利于緩解現(xiàn)有裸眼3D技術(shù)造成的觀看舒適度不夠的問題。裸眼3D與超高清技術(shù)的結(jié)合，成為消費(fèi)者對裸眼3D觀看效果更高標(biāo)準(zhǔn)的需求與顯示面板生產(chǎn)商超高清顯示器生產(chǎn)力兩者之間的完美契合點(diǎn)。因此，超高清技術(shù)的火熱發(fā)展態(tài)勢對裸眼3D技術(shù)的發(fā)展實(shí)際上起到了強(qiáng)有力的推動作用。

4 裸眼3D電視的未來

隨著液晶電視技術(shù)和電子信息產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，裸眼3D技術(shù)作為一種創(chuàng)新的技術(shù)，引領(lǐng)觀眾獲得前所未有的視覺體驗(yàn)。裸眼3D是一個新興的應(yīng)用市場，正在飛速成長，不僅具備可觀的商業(yè)前景，而且擁有廣闊的技術(shù)應(yīng)用前景。新一代的裸眼3D顯示設(shè)備以其新穎逼真的顯示效果以及高舒適度等特點(diǎn)，已經(jīng)開始逐漸滲透并應(yīng)用于消費(fèi)電子設(shè)備、影視娛樂內(nèi)容、廣告?zhèn)髅?、醫(yī)療衛(wèi)生和軍事國防等領(lǐng)域。除此之外，裸眼3D技術(shù)的應(yīng)用，對國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及人們?nèi)粘Ｉ睿季哂兄匾饬x。裸眼3D立體顯示不僅能推動顯示廣告3D化，而且有利于構(gòu)建強(qiáng)大的3D影片合作平臺以及完備的裸眼3D家庭娛樂整體解決方案，并最終促使以裸眼3D技術(shù)為基礎(chǔ)的環(huán)境虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)入家庭應(yīng)用。

香港萬科數(shù)碼集團(tuán)與亞洲頂尖大學(xué)合作，并與中國廣播電視科學(xué)院周毅博士、中國廣播電視研究所一起著手制定一套可以進(jìn)一步融合裸眼3D功能的全新3D技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)不但能夠幫助統(tǒng)一業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，更能進(jìn)一步提高3D廣播內(nèi)容的質(zhì)量和效率。預(yù)計(jì)該標(biāo)準(zhǔn)將成為中國3D領(lǐng)域的里程碑，在未來5年其市場將獲得大規(guī)模的發(fā)展。

[1]LEUNG H，LEE H，MARK K P，et al.Unlocking the secret of 3D content for education[C]//Proc.IEEE International Conference of Teaching，Assessment and Learning for Engineering（TALE）.[S. l.]：IEEE Press，2012：13-15.

[2] BAMFORD A.The 3D in education white paper[EB/OL]. [2014-09-30].http://www.gaia3d.co.uk/news/the-3d-in-educa?tion-whitepaper/.

[3] PRENSKY M.Digital natives，digital immigrants[J].On the Hori?zon，2001（9）：1-15.

[4]KERAWALLA L，LUCKIN R，SELJEFLOT S，et al.Making it re?al:Exploring the potential of augmented reality for teaching pri?mary school science[J].Virtual Reality，2006（10）：163-174.

[5] YANG J.Integrating video-capture virtual reality technology into a physically interactive learning environment for English learning [J].Comput.&Educ，2010（55）：1346-1356.

Advantages and Future Development of Naked Eye 3D

LI Yingqiao
（Hongkong Vanke Digital Group，Hongkong 999077，China）

After a brief introduction of naked eye 3D advantage,the application of this technology in Hong Kong teaching field is shared.It is found that the technology has good effect in improving students’attention,and enhancing teaching effectiveness.Then,the possibility of combining 3D and ultra HD technology development is analyzed.Finally,the future of the naked eye 3D TV is prospected.

naked eye 3D；TV；teaching；UHDTV;trend

TP391；TN949

A

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2014-10-10

【本文獻(xiàn)信息】李應(yīng)樵.裸眼3D電視的優(yōu)勢與未來發(fā)展[J].電視技術(shù)，2014，38（22）.

李應(yīng)樵，博士，美國林肯大學(xué)名譽(yù)教授，亞洲知識管理學(xué)院資深院士，香港理工大學(xué)工程系博士，現(xiàn)任香港萬科數(shù)碼集團(tuán)首席執(zhí)行官。