2019年02月25日 | 显示技术的变革之路在哪里

来源：国家档案馆，“50年代的电视”，摘自“电视的便利和问题”

视频显示器可以说是无处不在，从智能手机到电影屏幕，它是由不多不同的材料制成。增加屏幕上像素的数量并且提升刷新频率是显示器行业持续发展的一个过程，但是会达到一个极限，无论再怎么清晰或者更快的刷新频率可能都不会引起用户的注意了。

表1:各种现实分辨率以及应用，由于存在很多标准4K和8K在水平和垂直方向的分辨率可能有所不同

更大更清晰的显示器需要屏幕上分布更多的像素点，在过去的十年里高清屏幕的分辨率是1080p，而影院屏幕播放的电影通常采用2K的分辨率，然而现在4K显示器已经开始作为电视或电脑的显示器进入家庭，分辨率技术最前沿的是8K。

图1：8K UHD、6K UHD、5K UHD、FHD和SD（标准清晰度）的对比，作者Libron，通过维基百科分享

视频：跟上脚步？

没有太多的视频内容能够适配最高的分辨率，视频通常使用超高清（UHD）的格式制作的，目的是为了视频效果且更容易编辑（可以缩放、裁剪、数字化修正，并且在切换到高清2K或1080p时看起来的效果仍然很好）。直到最近8K还是很少见的，仅在需要大量后期制作的情况下使用，它也被用于数字化的高质量电影制作，最有名的可能是2012年的电影“阿拉伯的劳伦斯”。

2016年6月“银河护卫舰队2”完成了8K数字版的制作，这是第一部以这种新兴格式制作的电影，但是8K版本的电影不太可能在影院上映，广泛采用的视频将是4K或者8K，但是消费者会意识到8K虽然会提升显示效果，但是可能需要更大电视才可以，而他们并不想在客厅里放太大的电视，注意下面的图2可以看出90英寸的电视播放4K的视频观看的最佳距离是5英尺，更不用说8K了，对于很多人来说根据起居室的设计和选择的显示器大小，采用1080p分辨率就足够好了。然而8K电视可能会很快得到普及，因为技术的进步不会轻易停滞，迈向更高分辨率的过程中可能会以广大普通家庭采用8K为终点。

图2：这张图显示对于84英寸的屏幕，4K分辨率只有在距离屏幕5.5英尺左右才能完全的显示出来，55英寸的屏幕适合3.5英尺左右的距离，来源卡尔顿?贝尔的文章“分辨率的重要性”。

加快数据帧的刷新频率是厂商推动发展并且标准化的又一个领域，所有LCD显示器都有一定的刷新频率，单位是赫兹（Hz），表示的是屏幕每秒刷新图像的次数，另一方面帧速率是图像发送到屏幕显示的次数。电影大体上保持了每秒24帧的标准，但是一些导演尝试了更高的标准，彼得 杰克逊以48帧每秒的刷新率拍摄了著名的电影“霍比特人”，但这使得一些评论家指责这部电影具有“肥皂剧效应”，相比观众看到的其他电影场景模糊的地方要少很多，现代液晶屏幕采用差值算法来减少场景模糊的问题，这算是一种平滑过渡技术，通过“猜测”中间帧的数据然后插入视频流中，在数据帧之间增加额外的一帧，从而人为的增加帧刷新速率，这种方式也会有类似的混合反应，走进任何一家消费电子产品商店都能看到采用插值帧率技术产品的“诡异山谷式”的外观。

游戏玩玩获得更真实的效果

采用高帧率技术获得巨大好处的一个行业是视频游戏，玩家会对屏幕上的视觉效果作出反应，因此高帧率会让人感觉更加的流畅，但是需要更强大的计算能力才能快速呈现新一帧的图像，这就是为什么游戏机类的游戏也有帧率上限，而PC游戏允许根据玩家的硬件配置作出调整，对于游戏机30fps是标准的，而60fps被认为是最佳的，Oculus Rift和HTC Vive使用90fps的帧速率，这两家公司目前在虚拟现实硬件领域处于领先地位，当我们在观看电影时我们是被动观察者，而在玩电子游戏时一个人在一定程度上是参与其中的，此外当一个人头上佩戴一款虚拟现实设备时，他们的大脑会认为他们看见的就是真实的世界，会对虚拟现实的场景作出不同的反应。因此帧率的不一致会被认为是导致眩晕的原因，然而这只是其中一种理论，“虚拟现实引发的身体不适”和帧速率之间的关系还没有确定，仍然需要进一步的研究。

快速处理意味着更快的渲染时间和帧速率，但是我们人类感知帧速率的速度时有上限的，我们可以将帧率感知与游戏性能进行比较，屏幕上画面移动得很快，图像切换的速率就要越快。2006年两名研究人员Claypool和Damaa开展了一项研究，测试了不同帧率下第一人称射击运动员的表现，得出的结论是在30-60帧之间玩家的表现并没有明显的提高，当然这项研究是在10年前进行的，所以现在更复杂的游戏可能会影响当时的研究结果，许多游戏玩家可能不同意这种研究方式，因为帧率不仅与表现有关，还与“感觉”有关，当达到一定的清晰度时，游戏带来的感觉是非常现实的。尽管60fps是衡量玩家表现和感觉的一条标准，但是最终还是取决于每个人的眼睛，虽然人眼感知帧速率的速度是有限的，但每个人都是有区别的，如果我们假设大多数玩家在60fps时体验效果开始变差（这似乎是很多休闲玩家的情况），那么在刷新速度方面显示器制造商相对来说是安全的。

图3：帧速率和帧分辨率对用户体验的影响，分数vs帧率（分辨率512 x 384）来源：帧率和分辨率对第一视角射击游戏玩家的影响，作者：Mark Claypool、Kajal Claypool和Feissal Damaa，2006年，http://web.cs.wpi.edu/~claypool/papers/fr-rez/paper.pdf

最先进的显示技术是165Hz以及1080p的显示器，120Hz以下的显示器具有更快的刷新频率，但是最先进的显示器最终能够支持最高的刷新频率，更快的显示器一直在研发中，但是今天的显示技术可以支持非常流畅的游戏玩法。

下一个挑战是使显示器在高速刷新的同时也具有更高的分辨率，4K屏幕需要更强大的处理能力和更好的显卡来满足这些要求，同时将传入的帧速率和显示器的刷新速率同步，还有就是通信带宽的问题，由于需要以惊人的速度将大量数据传输到这些屏幕上，因此对于更大尺寸的屏幕，需要更好的软件和接口硬件来实现同样快的刷新率，DisplayPort是一款音频/视频接口，用于高分辨率、高刷新率数据帧的传输，目前支持30Hz以下的8K分辨率。

显示技术将我们引向何方？

现在的屏幕已经非常清晰了，看起来会非常的逼真，在尺寸大小合理的屏幕上刷新速率可以足够的快，可以更好的展现游戏效果，视频内容可能还不能充分利用这些最好的显示技术，但是也会很快的普及，而且数量会更多。那么除了超高分辨率、超高刷新率之外显示器行业的下一个目标是什么呢？尽管显示器行业正在接近这堵“感官墙”，但是创新仍将会继续，也许没有人会在意16K分辨率何时出现，但是新的技术最终将会彻底改变显示技术。曲面屏幕和背光技术可以在LCD、OLED和AMOLED市场上有多种选择，但是高清电视升级后电视领域已经开始部署播放4K内容的基础设施，而随着人们购买功能更加丰富的电池，互联网流媒体服务也在不断的增加4K视频内容。

也许基于矢量的图形技术会留在过去，随着智能电视的兴起，消费者可能会经常在家里看电影，同时在他们的平板电脑上查看电影的iMDB网页（介绍演员和电影的在线资源），这是家庭娱乐设备之间互动的一个例子，在未来几年内不要指望在像素和显示清晰度方面出现跨越式发展的技术，但是我们可以期待这个行业会出现一些真正出乎意料且新颖的东西。

1、克里斯托弗起，“《阿拉伯的劳伦斯》这部电影的4K复原版非常清晰，看起来就像是今天拍的。”， 独立报，2016年1月12日，链接：www.independent.co.uk/arts-entertainment/films/news/the-4k-restoration-of-lawrence-of-arabia-is-so-crisp-it-almost-looks-like-it-was-shot-today-a6807691.html

2、维基百科，《银河护卫队》(Guardians of the Galaxy)第二版本，链接：en.wikipedia.org/wiki/Guardians_of_the_Galaxy_Vol._2

3、卡尔顿·贝勒，“4K分辨率重要吗?”，2015年9月9日，链接：carltonbale.com/does-4k resolution-matter

4、杰弗里·莫里森，“什么是‘肥皂剧效应’?”，2015年12月15日，链接：cnet.com/news/what-is the soap-opera effect

5、维基百科，“高帧率”，2016年8月5日，链接：en.wikipedia.org/wiki/High_frame_rate

6、维基百科，“HTC万岁”，2016年8月4日，链接：en.wikipedia.org/wiki/HTC_Vive

7、维基百科，“虚拟现实引发的身体不适问题”，2016年7月11日，链接：en.wikipedia.org/wiki/virtual_reality_sick

8、帕特里克博士，“人类能感知的最大帧速率是多少？”，2011年11月20日

9、100 fps.com，www.100fps.com/how_many_frames_can_humans_see.htm

10、安东希洛夫，“华硕展示了全球首款IPS游戏显示器，刷新率为156Hz”，2015年9月3日

11、维基百科，“显示端口"， 2016年8月1日，链接：en.wikipedia.org/wiki/DisplayPort