VR-шлемы и системы стереовидения. Часть 4 / Мониторы и проекторы

Автор: Кристофер

В этой, предпоследней, части нашего обзора по современным системам стереовидения и вывода объемного изображения мы остановимся на самых новейших разработках, некоторые из которых уже имеют практическое применение в инженерной науке и медицине.

Также мы введем понятие воксель (voxel) - элемент объемного изображения ("трехмерный пиксель"). То есть до этого мы оперировали пискелями, теперь же входит в обиход и слово воксель.

Так ли все просто?

Для начала давайте рассмотрим некоторую таблицу:

	Модель Х	3D-дисплеи (стерео)	Обычные дисплеи
Пиксели	768х768х198=100 миллионов	1024х768х2=2 миллиона	1600х1200=2 миллиона

Из нее видно, что для того, чтобы предоставить видео в полноценном объеме Модели Х необходимо оперировать 100 миллионами точек, тогда как в стандартных самых современных решениях мы стоим на пороге обработки лишь 1/50-й части этого объема данных.

Но, вместе с тем, Модель Х существует и продается, называется она Perspecta от производителя Actuality Systems.

Perspecta 3D

Угол обзора изображения для дисплея Perspecta составляет 360 градусов. Внешне этот 3D-монитор настоящего напоминает спиритический шар:).

Объемное разрешение составляет 768 x 768 x 198 (100 миллионов вокселей), частота обновления кадров равна 24 Гц, встроенный графический процессор позволяет создавать изображения с цветовым разрешением от 3 до 21 бита, которые в натуральном виде воспринимаются как несколько сотен цветов.

В общую систему входят джойстик, PCI ultraSCSI card, беспроволочный калибратор и кабели. Программное обеспечение включает WebLab ViewerPro 4.0 (сейчас тестируется DS ViewerPro 5.0) и Perspecta Viewer 1.0 для просмотра VRML-объектов (VRML - Virtual Reality Modelling Language, мы о нем писали в первых частях этого материала).

На приведенной схеме с фотографией показана суть работы объемного диплея Perspecta. Как видно, он состоит из трех основных блоков: процессор обработки графического изображения, проектор и вращающаяся система, состоящая из двигателя, системы зеркал, полупрозрачного экрана и внутреннего купола. При большой скорости вращения (а она равна 730 RPM (730 оборотов в минуту)), получается объемное изображение. На следующей схеме схема устройства рассмотрена несколько более подробно.

Как вы понимаете, проекционная система для этой конструкции должна обладать высокими характеристиками яркости и контрастности.

Основные алгоритмы формирования и вывода объемного изображения заключены в сочетании конструктивных особенностей данной модели, алгоритмов обработки и преобразования изображений (аппаратная часть плюс программное обеспечение).

Как это удается разработчикам можно увидеть на фотографиях, взятых с их собственного сайта. Как вы сможете заметить, главной особенностью этой конструкции является то, что на Perspecta можно смотреть с любой стороны под разными углами.

Молекула ДНК.

Картинка в формате JPEG показанная в 2D.

Картинка в формате JPEG показанная в 2D (вид сбоку).

Крупинка сахара.

Самолет, летящий над горами.

Тазобедренная часть человека.

Тазобедренная часть человека (вид сбоку).

Голова, изображение которой было снято на 3D-камеру и переведено в VRML.

Голова, изображение которой было отснято на 3D-камеру и переведено в VRML (вид сбоку).

Очевидно, Perspecta может помочь в медицине, инженерной науке, военных и научных исследованиях. Не так уж плохо увидеть молекулу ДНК или крупинку материала в объеме.

Это одна из самых уникальных и интересных разработок на сегодня. На последок покажу как может выглядеть трехмерная математическая функция в объеме.

Все математики дружно облизнулись:)

Смотри реально! SeeReal

Отделение Компьютерной Науки (Department of Computer Science) Дрезденского Технологического Университета (Dresden University of Technology) на протяжении достаточно большого срока времени ведет исследования в области пользовательских 3D-дисплеев.

При этом стоит отметить, что разработчики используют в своих опытах весьма интересное изобретение основанное на базе рельефных ЖК -мониторов. Вы наверняка помните из детства пластмассовые календарики, которые при изменении угла просмотра показывали разные картинки. Точно также, с помощью цилиндрических линз формируется рельефный экран ЖК-монитора, таким образом, чтобы правый глаз видел только нечетное (например) количество вертикальных полос с толщиной в один пиксель, а левый - четное. В результате мы имеем тот же "календарик", только позволяющий передавать объемное изображение на мониторе.

Недостатка у этих технологий два: двукратное уменьшение разрешающей способности экрана и позиционирование зрителя строго по центру. При этом стоит отметить, что не смотря на недостатки, в этом направлении велось много исследований разработок и от других производителей, но…

В Дрезденском Технологическом Университете была разработана более сложная модель, которая позволяла определять месторасположение головы зрителя и подстраивать объемное изображение относительно ее текущего положения. Первая модель называлась просто "The Dresden 3D Display" и над этой разработкой трудилась команда из 20 физиков, ученых и инженеров. На данный момент изобретение перекочевала под торговую марку SeeReal, название которой можно перевести как "смотри реально". Схематическое представление дрезденской разработки можно увидеть на следующей схеме.

Система состоит из TFT-матрицы, определителя положения головы и смещающейся светоделительной пластины. При изменении положения головы зрителя на определенный угол, пластина смещается соответственно этому изменению. В результате, изображение постоянно получается объемным и передается с минимумом искажений.

SeeReal C-nt

На данный момент в продаже находятся две модели SeeReal C-i (для исследований и трехмерного проектирования) и SeeReal C-s (для медицины) с разрешениями 1280х1024 пикселей, 16,7 млн цветов, контрастностью 500:1 и яркостью 250 cd/m? и диагоналями в 18,1 дюма. Помимо этого разработан прототип C-nt с увеличенными значениями некоторых технических характеристик - 1600х1200, контрастность 600:1, диагональ - 20. Также важным параметром для всех этих устройств является значение оптимальной дистанции, оно равно 55 - 75 см.

Да-а… трудно приводить иллюстрации по 3D-мониторам на двухмерных картинках:).

В завершении части

На протяжении четырех частей мы рассмотрели передовые системы объемного видеизображения, которые имеются в продаже. Пятую, завершающую часть мы посветим новым изобретениям в этой области.

Что касается некоторых выводов по данным изобретениям, то можно сказать одно - они крайне полезны и предоставляют видеоинформацию в качественном объеме. Эти изобретения дают на порядок лучшее изображение нежели обычные 3D-очки. При этом пользователю не нужно никаких вспомогательных средств для того, чтобы качественно ощутить 3D.

Также хочется отметить возвращение языка VRML как базисного для построения трехмерных моделей. Мы можем наблюдать его в таких сферах как конструирование, исследования, анимация и т.п. При этом на протяжении многих лет его считали устаревшим, но им пользуются!