3DS 的架构

唯一一家让我持续修改分析文章的标准结构的公司就是任天堂。 这次，我需要从立体屏幕（即 "裸眼3D"）开始，然后再深入探讨其他内容。

首先 Nintendo 3DS 作为 Nintendo DS 的继任者，包含了两块 LCD 屏幕。 上屏分辨率为800 x 240像素，并且可以以某种方式显示深度图像。 当我第一次阅读这篇文章时，脑海中浮现的都是问题：

• 他们应用了哪些光学原理？
• 屏幕是如何设计的？
• 如何使游戏符合这个系统？

好吧，这里是答案！

原理

不管怎么说，它的基本原理与我在两年前曾分析过的Virtual Boy并没有太大的不同。 回忆一下，Virtual Boy 显示两个图像，每只眼睛一个，并将物体分别从中心偏移。 通过同时查看两张图片，可以感觉到一些物体在另一些物体的后面（深度感）。 这就是立体视差的基础。

左显示器。

右显示器。

Virtual Boy 执行这一操作的方式有些笨拙：它要求用户将头部靠近目镜，然后调整焦距和瞳距。 15年后，任天堂明智地对所有这些麻烦说"不"，并设计了一个新的系统，让用户可以享受3D场景，而无需_过量_干预。

上屏，左眼。

上屏，右眼。

这将引出我们的下一个问题。

特殊屏幕

再看看上部液晶屏的分辨率。 从理论上讲，它显示的宽度是800 x 240 像素，导致一个荒谬的宽高比。

再看 Nintendo 3DS ，更仔细地观察其屏幕。

实际上，物理屏幕由半宽像素组成，并以两种模式运行：

• 传统/2D 模式：当立体功能被禁用时，两个水平像素对被视为一个。
  • 说实话，屏幕仍然可以显示800 x 240像素的一帧，尽管没有商业游戏曾使用过。
• 立体/3D模式：所有像素单独处理，屏幕同时显示400 x 240像素的两个帧。

此外，为了实现立体视差，这块LCD包含了一个称为视差屏障 的额外层。 这些不透明的遮光板使得从LCD像素后面发出的背光发生偏移，从而令每只眼睛接收到不同部分的像素的光。 这些半宽像素也会看起来更宽，令人感觉其具有传统的长宽比。

总之，这项技术重现了Virtual Boy原来的效果，而不需要用户操作调整。

不过，这项技术并不完美，存在一些缺陷：

• 视差屏障需要额外的亮度，因此影响了电池续航能力。
• 用户不能以（相对用户的眼睛）倾斜的角度手握屏幕。 否则，用户会看到两个视差帧混乱地融合在一起，造成令人迷惑的体验。 更不用说眼睛也会感到额外的疲劳。
• 加之，用户在游玩时需要保持一个固定的姿势，而且立体视差会更快地导致眼睛疲劳。 整体上看，3D功能对于大多数用户来说很容易成为不必要的麻烦。

我试图捕捉原版3DS的倾斜效应。 把3D景深滑杆（在屏幕右侧）调到最高，从一侧看屏幕，可以看到上屏产生了鬼影效果。 这在真正使用中看起来相当费眼！

为了补救这种情况，任天堂添加了一个滑杆（叫做3D景深滑杆）用于调整物体之间的深度。 这种调整可以增加或减小两帧之间的差异。 对于觉得这种深度效果并不令人愉快或感觉太疲劳的用户，这么做可以减小这种效果。

将3D滑杆调到最大一开始可能会让人感到不适。 根据我的经验，我的眼睛最终会聚焦，此时我感觉顶部的LCD屏幕就像透过窗户看东西一样。 主要问题是，用户需要不断地移动眼睛才能看到下方的屏幕，这种重复的动作可能会非常费力。

顺便提一句，人们不禁觉得，在渲染立体帧时，图形管线经历了一个完整的循环，这很有趣。 在渲染过程中，3D数据被投射到2D空间中，而现在有了立体屏幕，第三维度又被"恢复"了。 到了这个时候，我们不如直接使用全息图，完全跳过3D投影阶段吧！

小型更新

New 3DS XL 的顶部 中央有一个前置摄像头和一个红外LED，两者都用于头部追踪。

随着"New 3DS"型号的出现，任天堂改进了其立体屏幕，以期达到更好的愉悦体验。 在新型号中，主机集成了面部追踪机制来解决倾斜效应，因此用户不再需要担心保持良好的"头机姿势"了。

特殊游戏

现在，为了让这个系统正常工作，游戏也必须"配合"（双关语）。 就像它们传统上与GPU交互以在显示器上绘制帧一样，它们现在必须广播两个场景帧，但物体会略微偏移。

为了方便开发者，有官方API可以协助完成这项工作，特别是对于那些具有3D场景的游戏。 这些API通过提供构建两个投影矩阵的例程来提供帮助，图形管线随后使用它们来渲染这两个略微偏移的帧。