Картинки рвутся наружу: Status Quo 3D-дисплеев


Лет десять-двенадцать назад в Московском доме книги на Новом Арбате был закуток, вокруг которого то и дело роилась молодёжь; в центре внимания обычно оказывался человек с нелепым, закрывавшим глаза шлемом на голове, отдалённо напоминавшем сушилку из парикмахерской, и державший в руках некое подобие джойстика. Компьютерного дисплея он, судя по всему, не видел, зато все остальные видели, что на экране переливалась всеми своими 256 цветами древняя игра Heretic.

На голове у сидевшего перед экраном человека, естественно, был один из тех VR-шлемов, которые, увы, так и не получили широкого распространения. С очками вышло немногим лучше. Пусть сейчас им и прочат скорое возвращение к «вящей славе».

Впрочем, в последние годы возникло новое поветрие из той же, по существу, области, — речь идёт о создании иллюзии хотя бы частичного погружения в объёмную сцену. Хотя бы на уровне стереоскопии — «картинок, вылезающих из экрана наружу».

Принцип стереоскопии эксплуатирует бинокулярное зрение человека — правый глаз человека видит картинку, несколько отличную от того, что видит левый, и наоборот, за счёт чего мы видим мир «в объёме». Для создания отчётливого стереоизображения необходимо заставить разные глаза видеть немного отличающиеся изображения.

Способов технической реализации для этого существует множество разных видов. Среди наиболее распространённых — решения, требующие использование поляризованных очков, с помощью которых обеспечивается, что левый глаз зрителя видит изображение, предназначенное только для левого, а правый — то, что предназначается только для правого. Мозг совмещает эти изображения, и таким образом формируется иллюзия объёма.

Среди примеров — 3D-кинотеатры iMAX и другие, например, 4D Cinema (не путать с пакетом Cinema 4D).

Менее приятный для глаза вариант — анаглифические изображения, где в два слоя друг на друга наложены два отличающихся обычных изображения, каждое из которых «предназначается» для левого и правого глаза. Для получения эффекта необходимо использовать специальные (анаглифи́ческие) очки, в которых вместо диоптрийных стекол вставлены специальные светофильтры, как правило, для левого глаза — красный, для правого — голубой или синий.

Стереоизображение представляет собой комбинацию изображений стереопары, в которой в красном канале изображена картина для левого глаза (правый её не видит из-за светофильтра), a в синем (или синем и зеленом — для голубого светофильтра) — для правого. То есть каждый глаз воспринимает изображение, окрашенное в цвет, соответствующий цвету светофильтра в очках.

Увы, использование анаглифических очков чревато головной болью, поскольку, как ни крути, это изнасилование зрения. Вдобавок, у такого метода есть существенное ограничение: при использовании цветофильтров цветопередача в принципе не может быть адекватной, так что более-менее «нормально» смотрятся только монохромные (а точнее, четырёхцветные) изображения. Цветные анаглифические картинки — тоже не редкость, но убедительной их цветопередачу назвать нельзя.

Использование поляризованных очков, кстати, также может вызывать некоторый дискомфорт, особенно, если в помещении для просмотра имеются посторонние источники освещения: каждый глаз начинает видеть лишний свет, картинка дробится, ощущение её «внеэкранной» объёмности распадается.

В последние годы предпринимаются множественные попытки создать и 3D-дисплеи принципиально иного типа, которые формируют иллюзию подлинного объёма изображений без вспомогательных устройств вроде очков — и для всех проходящих мимо зрителей сразу.

И вот тут вопрос в том, кто хитрее обманет человеческое зрение.

В принципе, много раз предпринимались попытки изготовлять дисплеи, формировавшие иллюзию трёхмерности, но большинство «работают» только при определённом положении глаз зрителя. Естественно, сидеть истуканом живой человек не в состоянии, а шаг влево, шаг вправо — и привет объёмности.

Для борьбы с таким бедствием выдумали разные средства.

Например, дисплеи «барьерного» типа, которые, как писал в прошлом году журнал «Компьютерра», появились еще в 90-х годах.

«На линзах, которые клеятся к стандартным ЖК-матрицам, размещаются так называемые барьерные сетки (система непрозрачных полос, расположенных под разным углом к экрану). Линзы преломляют свет под разными углами, благодаря чему стереокартинку видят несколько зрителей, включая и тех, что сидят в стороне от центральной оси дисплея. Непрозрачные же полосы нужны, чтобы скрывать от правого глаза те пикселы, которые строят изображение для левого глаза, и наоборот. Линзы сделаны из специальной стеклянной смеси, сводящей искажения практически к нулю. Поскольку расположение и форма пикселов для разных моделей дисплеев неодинаковы, то для каждой модели приходится разрабатывать свой слой барьерных линз» (источник — журнал «Компьютерра» за 27 марта 2008 года).

Один из примеров — это дисплеи x3d/New Sight, которые обеспечивали 8 ракурсов с одного экрана с помощью таких вот барьерных сеток. При этом для эксплуатации таких дисплеев требуются очень мощные компьютеры, вдобавок, при смещении от «положенного» ракурса зритель вполне мог видеть двоящуюся картинку, к тому же имеется довольно ограниченная зона «комфортного просмотра». Ну, и к тому же, эти дисплеи кажутся тусклыми — в силу использования всё тех же барьерных сеток.

Ещё один «компенсационный» вариант предполагает использовать специальную камеру, которая отслеживала бы положение головы (глаз) зрителя и корректировала бы картинку «на лету».

В качестве примера можно привести разработку компании SeeReal Technologies.

Принцип действия довольно прост: из двух плоских картинок, предназначенных для левого и правого глаза, соответственно, формируется вертикально-чересстрочное изображение (чередующиеся столбцы ЖК-матрицы), специальный подвижный светоделитель распределяет его так, чтобы каждый глаз видел то, что ему положено. Детектор положения головы корректирует положение светоделителя, так что человек может двигать головой вправо-влево без особого ущерба для иллюзии стереоизображения. «Угол безопасности», впрочем, составляет только 25&grad;.

В свою очередь компания Philips разработала многоракурсные лентикулярные дисплеи WOWvx, где на поверхность матрицы крепится слой цилиндрических микролинз или микролинз Френеля, а изображение строится по технологии 2D+глубина (2D+Depth или 2D+Z).

Это подразумевает, что каждый «плоский» кадр дополняется т.н. картой глубины — чёрно-белым изображением (Z-буффером), определяющим визуальное (т.е. иллюзорное) положение каждого пикселя на экране — ближе к зрителю или дальше от него.

Микролинзы преломляют свет в разных направлениях, создавая девять ракурсов для просмотра. Так же, как и в случае с мониторами x3d, системные требования огромны, «неправильное» положение зрителя немедленно карается двоящимся изображением, кроме того, зона комфортного просмотра немногим лучше, чем у x3d — 3-10 метров, зато такие мониторы сохраняют «проектную» яркость и чёткость.

Кроме того, если сравнивать x3d и WOWvx по линии производства контента, то WOWvx тут в безусловном выигрыше: по сути дела для x3d одну и ту же трёхмерную сцену надо рендерить аж восемь раз, в то время, как адаптация трёхмерного изображения для WOWvx куда менее трудоёмка.

К тому же любой видеоряд можно конвертировать в формат 2D+глубина, хотя и не без затруднений.

В октябре прошлого года Philips представил гигантский стереодисплей с разрешением 3840×2160 точек, что вчетверо больше стандартного HD, и с 46 ракурсами «безопасного» просмотра. Тогда же было объявлено, что свою технологию 3D WOW (WOWvx) Philips будет активно продвигать в телевизионную отрасль.

Однако, всего лишь несколько месяцев спустя Philips объявляет о прекращении дальнейших разработок и поддержки технологии, и выходе с рынка 3D-дисплеев. Причина, судя по всему, кризис: как писала в конце марта деловая пресса, Philips ожидал от производителей ЖК-дисплеев массированных инвестиций в разработку гибридных дисплеев (которые могли бы работать в 2D- и 3D-режимах), которые позволили бы снизить цены на эти устройства — на данный момент слишком высокие. Однако из-за экономического спада этих инвестиций не последовало; соответственно, проникновение 3D-дисплеев на потребительский рынок откладывается на неопределённый срок. Посчитав «за» и «против» Philips почёл за лучшее переориентировать расходы на более перспективные (при текущем положении дел) направления.

Сказывается так же и не слишком большое количество контента. В основном 3D-дисплеи используются сейчас в рекламных целях, хотя время от времени наблюдаются «поползновения» со стороны игрового рынка. Опять же, Кризис заставляет всех пересчитывать расходы, так что сколько времени пройдёт, прежде чем 3D-дисплеи, для которых не нужно вспомогательных устройств, получат широкое распространение, не знает никто.

железо и софт
Комментарии  (обсудить на форуме)
Первое: никаких клинических удостоверений какого-либо психофизологического напряжения при просмотре нормальных анаглифов не имеется (дальтоники - крошечная группа с дефектом цветового восприятия). Это миф, который свыше 150 лет с разной степенью успешности используется против технологии цветокодирования - сначала в графике, затем в кино и затем на ТВ. Эстетический дискомфорт от использования цветокодирования (общее "посерение" картинки в итоговом восприятии) довольно быстро, без напряжения и с хорошим "приближением" элиминируется нашим "бортовым компьютером", который "докрашивает" зеленым - зеленую травку, голубым - "серое" небо и красным - детский румянец (на цветных картинках). При этом, чем больш опыта у зрителя, тем быстрее и точнее "восстанавливаются" цвета. Аналогичный миф часто применяется и против более современного поляризационного кодирования в стереоизображениях: и здесь, как для анаглифов, - нет никаких клинических противопоказаний в части утомления и пр. Дискомфорт большей частью возникает от необходимости ношения спецочков, а также при неудачном формировании демонстрируемых стереопар (т.е. из-за зрительно-неудачных пар ракурсов).
Второе - по поводу Philips: фирменная 3D-технология для рекламных панелей продана китайскому девелоперу по итогам переговоров, начатых еще в докризисный период. Это фактически означает, что сам Philips не видит какого-то особого рекорда в этой разработке.
С уважением, Степанян Б.Г.

Добрый день, Бениамин Гургенович!

В первую очередь, позвольте отметить, что внимание такого серьезного специалист как Вы к нашему, во-многом развлекательному, порталу крайне приятно. Спасибо.

По существу. На напряжение, возникающее (или не возникающее) при просмотре анаглифических изображений, действительно, существуют разные точки зрения. Не вдаваясь в тонкости физиологии, выскажу свое личное мнение, основанное, опять-таки, на личном опыте человека, которому по долгу службы приходиться просматривать значительное количество стерео технологий и непосредственно изображений.

До головной боли дело не доходило, но ощутимый дискомфорт в анаглифических очках я испытываю.

Более того, постоянно нося очки в обычной жизни, у меня вообще есть некоторые сомнения в жизнеспособности любой 3D технологии, связанной с очками. Для «очкариков» надевать поверх вторые очки — крайне не удобно. Думаю, во многом дискомфорт связан еще и с этим. Т. е., разумеется, посмотреть 2-х часовой фильм вполне возможно, но вот удовольствие это несколько сомнительное.

Удивительно, что этот вопрос вообще практически не поднимается. Неужели разработчики технологий стерео изображений поголовно обладают 100-процентным зрением?

Что же касается Philips'а с его технологией 3D WOW, то соглашусь с Вами, какого-то особого прорыва я тоже не увидел. Весьма узкая зона просмотра, да и даже находясь внутри этой зоны впечатления не самые радужные (во всяком случае, это касается обычных 42-дюймовых дисплеев).

Кстати, может быть Вы поделитесь с читателями портала, как эти проблемы решаются в Вашей технологии? Мы бы с удовольствием предоставили наши страницы (или экраны?) для Ваших материалов.

С уважением,
Chanty

Неплохо былобы упомянтуь и про затворные LCD очки хотя, из за LCD мониторов они почти сошли на нет, но стереоэффект дают очень даже хороший.

А вот и не сошли. Современные LCD-мониторы позволяют показывать изображение с частотой >120 Гц, что вновь возвращает возможность использовать технологию затворных ЖК очков для формирования 3D изображения. Вот и NVIDIA выпустила новинку для подобных мониторов:
http://www.3dnews.ru/peripheral/nvidia_geforce_3d_vision/
Надеюсь ссылка пройдет и ее не сочтут за рекламу.

Если для нормального просмотра фильма хватает 24 кадра, то зачем затворные очки разгоняют на 120 герц? сделали бы синхронизацию кадрам фильма и привет!

Частота монитора 120 Герц
Соответственно, частота обновления видимого 3D-изображения 60 герц, так как картинка формируется за два такта обновления экрана, для левого и правого глаза. Из-за того, что в затворных очках левый глаз перекрывается в момент показа изображения для правого глаза и наоборот, будет ощущаться мерцание, подобно тому, как на это происходит на старом ЭЛТ-мониторе при частоте 60 Гц. Вспомните, ведь на ЭЛТ мониторе комфортно работать при частоте не менее 85 Гц.

На NVIDIA 3D Vision никаких мерцаний не заметил, даже при частоте 100 Гц.
Демо-фильмов много, а вот художественных в этом формате почти нет, зато в
играх полный ОК.

Возможно ли нанести "принтером" на LCD матрицу поляризующей материал если таким способом вообще это осуществимо???
или есть другой способ???

Здесь говорили о том, что для каждого глаза свое изображение и при наложении создается идлюзия 3Д, а как обстоят дела у людей глаза видят по разному(хуже, лучше). Вот например я при просмотре фильмов вижу эффект, хотя у меня правый глаз видит хорошо, а левый очень плохо.

мда.. десять лет назад я видел видел двумя глазами..( но щас как Один )3D смотрят мои дети. прикольно:)

"Принцип стереоскопии эксплуатирует бинокулярное зрение человека".
Существует несколько заболеваний глаз, при которых бинокулярное зрение отсутствует. Как же людям с такой патологией увидеть 3D и анаглифические изображения???

А не как, у меня нет одного глаза, и остаётся только догадываться как всё это выглядит.

неплохо но чевото не хвотает

Разделы:
Рубрики:
Популярное: