其它 3D 成像技術

在本章節會介紹其它各門各類的 3D 顯示技術，而它們都有各自的成像原理 和特別的技術，其中需靠 3D 輔助器成像的為頭盔顯示器(head mounted display，

HMD)會在 2.4.1 節中介紹；裸視 3D 的分別在 2.4.2 節:全息攝影(holographic projection)；2.4.3 節:體積式(volumetric type)；2.4.4 節:多帄面式(multi-plane type) 中做說明與介紹。

2.4.1 頭盔 3D 顯示器

頭盔顯示器如圖2.27所示[41]，是一種相當精巧的視覺感知器，它利用頭盔 將人的對外界的視覺、聽覺封閉貣來，讓使用者產生一種身在虛擬環境中的感覺。

其原理是將小型的傳統二維顯示器所產生的影像藉用光學系統放大，其所發射的 光線在經過凸狀透鏡使影像因折射產生類似遠方效果，利用此效果將近處物體放 大至遠處觀賞而使人體產生全像視覺(hologram)的感知[23]。早期的頭配顯示器 體積較為龐大且笨重，主要做為飛行員模擬空中軍事作戰或是駕駛飛行器的用途，

後來發展至娛樂與商業領域，近十年來，頭配顯示器發展與改良得更為輕巧，漸 漸被應用在醫學手術、專業修護所需的輔助影像接收工具方面。

圖 2.27 頭盔顯示器[41]。

2.4.2 全息攝影

全息攝影又稱為3D浮空技術，這項技術是源自於一種魔術:Pepper's ghost光 學技術，Pepper's ghost光學技術貣源於西元 1836年，倫敦Royal Polytechnic Institution的教授J. H. Pepper教授應用了當時一位英國工程師H. Dircks先生對於 一種光學鏡面的特性所提出的概念與想法，結合了類似魔術的劇場效果與當時的 投影技術，並在表演舞台上展示了一場驚奇的魔術，內容為一個虛幻像幽靈的鬼 影出現在實體的空間中，如圖2.28 (a) (b) (c)所示[42]。

(a) (b) (c)

圖 2.28 魔術Pepper's ghost效果示意圖[42]。 (a) 左方房間開燈；(b) 左方房間關 燈；(c) 左方房間燈由亮變暗。

達到此效果的原理是藉由一種反射率與穿透率各百分之五十的半銀面鏡 (half-silvered mirror)或是單面鏡(one-way mirror)，意即正反兩面都是類似鏡面效 果的玻璃，並且再加上燈光的控制，能夠在空間中投影出立體的、可穿透式的虛 擬影像。如圖2.28(a)所示，右下方帄行的框線可讓觀賞者看到右方房間裡面的情 形，中間斜向框線放置了半銀面鏡，而左方的房間裡放置真實的人像物體與桌子。

當左方房間開啟燈光時，左方房間裡的人像物體與桌子經由半銀面鏡的光學物理 效果做用後在右方房間產生了虛擬的人像物體與桌子，而觀賞者就可以在右方房 間看到此虛幻的影像。如圖2.28(b)所示，當左方房間關閉燈光時，左方房間裡的 人像物體與桌子也就隨之消失不見，因此觀賞者在右方房間裡就看不到任何虛幻

的影像。如圖2.28(c)所示，當左方房間的燈光由亮變暗漸漸調整時，觀賞者可以 E. Leith和J. Upatnieks發明了離軸全息攝影，其中提出的激光全息攝影和光學訊 息處理方法，使得全息攝影領域快速進入到實用的階段，並且成為了近年來全息 全息攝影圖，西元 1992 年又研發出 150mm75mm160mm 且擁有真實色彩的 3D 全息攝影圖[26]，之後在西元 1999 年美國底特律的汽車展覽會上，Zebra 公 司替 Ford 汽車公司製做了一個體積 4.9m1.2m 的真實色彩、大視角(可以任意 角度觀賞)和全視差(彎腰看可到圖像的底部，高處可看到頂部)的世界最大全息攝

影圖。全息攝影影像的影視及資訊效果遠超過了傳統的照片和影片，近十年來在 電影藝樂、藝術表演、廣告宣傳和國防科技上都有大量的運用與發展，有著無窮 盡的發展前景，成為當今了一項熱門的技術。

2.4.3 體積式 3D 技術

此技術最先由美國德州儀器公司於西元 2000 左右提出了一種利用鐳射掃描 立體影像的顯示技術[27]。主要是利用一個快速旋轉的圓盤，配合由底下投影的 鐳射光源，通過鐳射光源投射到快速旋轉的旋轉面時，會產生散射效應，以掃描 空間中的每一點。其缺點是影像中央必頇有一個旋轉軸，靠近軸心的影像旋轉速 度較慢，立體影像較不清晰。構造如圖 2.29 所示[43]。

圖 2.29 體積式3D顯示技術構造圖[43]。

2.4.4 多帄面式 3D 技術

多帄面式 3D 顯示技術[28]主要原理為利用一種兩面重疊的液晶面板，在兩 個面板顯示大小相同的影響，利用物體和觀賞者之間遠近不同的距離，會有明度 及顏色上的差別，進而重疊前後物體影像，使觀賞者在視覺上產生立體感。但是 其缺點是前後面板的對位困難，且因為此形態的立體 3D 顯示是將兩個 2D 影像 重疊，因此只有在特定範圍及方向內觀賞，才會有較佳的立體 3D 效果，其餘的 觀賞角度效果均不好。