Теперь, когда мы рассмотрели основные модели VR-шлемов, которые сейчас находятся в реальной продаже, имеет смысл подойти ближе к теории формирования стереоизображения…
Поднесите палец на расстояние 10 сантиметров от своего носа. Закройте правый глаз, и палец сместится несколько влево, а закрыв левый глаз, вы получите обратный эффект.
Это расстояние разницы между видимыми ощущениями правого и левого глаз именуется параллаксом. Если этот опыт повторить и расположить палец на более дальнее расстояние, параллакс станет меньше. В принципе, это и есть основа нашего 3D-видения. Явление параллакса не случайно, поскольку позволяет не только видеть предметы в объеме, но и определять расстояние до них, что, по сути, очень взаимосвязано.
Самое интересное, в России существует очень мощная школа по стереовидению, отличающаяся хорошим физическим базисом (чего нам не занимать). Поэтому у данной части материала могло быть два варианта - строго научный и научно-популярный. Естественно, идем по второму пути и поговорим немного о популярной теории. Документации как с нашей стороны, так и с западной очень мало… Но и изобретать велосипед уже не из чего!
В принципе, достаточно сформировать для каждого глаза отдельное изображение, связанное с двумя проекциями одного и того же предмета. Наверняка многие из вас помнят некогда модные детские игрушки 3D-биноклей. Для создания изображений в них использовался специальный метод фотосъемки дающий сразу две проекции. А пользователь смотрел в некое подобие бинокля, где для каждого глаза отображалась своя картинка. Это давало отличный 3D-эффект.
Для записи такого вида информации использовались и используются стереообъективные или двухаппартные системы. Сейчас их применяется три вида: съемка стереопары на одну пленку, стереосъемка на две пленки одним аппаратом и стереосъемка двумя аппаратами. Для этих целей были разработаны как системы со стереобъективом, так и двухаппаратные комплексы.
Что самое интересное, таким же образом можно было снимать и кино, синхронно подавая 24 кадра для каждого глаза с двух специально отстроенных камер. Но для этого необходимо было ломать индустрию и усаживать людей, одевая на них 3D-бинокли. При этом данная технология была бы самой верной с точки зрения природы человеческого зрения.
К сожалению, сейчас именно таких решений почти нет. Коммерсанты это объясняют сложностью внедрения технологии, персонализацией зрителя (одно устройство воспроизведения - для одного человека), отключения пользователя от реального мира. В результате получается ненужная, с их точки зрения, громоздкость технологий и дороговизна внедрения нового. Хотя мы знаем о том, что домашние кинотеатры и современные VR-шлемы - это также персональные элементы воспроизведения информации, но они получили свое яркое развитие только в последние годы.
Поэтому сейчас просто не стоит забывать о старых 3D-биноклях - они дорогая субкультура также, как и технология HRTF в звуке. Таким образом, остановимся на том, что вариант старых 3D-биноклей не только наиболее качественный, но и наиболее дорогой по данным на 2003 год. Гораздо лучше заниматься чем-то, что сравнимо с понятием психоакустики в звуке, а именно создании эмуляции стереоизображений, что мы и имеем на сегодняшний день.
Технологически данный метод получил название "Анаглифа". Суть его состоит в том, что в изображении выделяется синий и красный цвета, и после этого, они определенным способом накладываются друг на друга. Когда при просмотре вы используете красные и синие стекла для каждого глаза в отдельности, то считываете изображения с некоторым цветовым расхождением, что формирует параллакс, поскольку стекла работают как фильтры, пропуская лучи одного цвета и задерживая другого.
На самом деле продолжение данного метода когда-то пытались использовать в стерео-кино, но потерпели неудачу. Как мы уже говорили в первой части этого материала - у каждого человека различное цветовосприятие, и данный метод - не больше, чем эмуляция.
Удивительно, что анаглиф часто используется и поныне, но, по сути, это изобретение 1858 года, принадлежащее французким ученым Джозефу д'Альмедиа и Дюко дю Оронома. В советской науке оно часто называется "методом цветового мультиплексирования", а в реальности было внедрено Луи Люмьером в 1935 году для черно-белого кино.
Анаглиф - это самый дешевый способ получения стереоизображения по итогам на 2003 год.
Большинство сложных современных устройств вывода видеоинформации используют такое явление как поляризация света. С помощью явления линейной поляризации можно сделать изображение для правого и левого глаза "взаимоперпендикулярными" за счет формирования "специально ориентированных" световых волн. Зрители же видят изображения через специальные устройства - поляризационные очки (поляроидные очки), ориентированные таким образом, чтобы правый глаз не видел того, что видит левый.
Например, в стерео-кинотеатрах, в которых применяется поляризационный метод, изображение подается с двух проекторов. Одев соответствующие очки, зритель видит левым глазом только то, что показывает первый проектор, а правым - то, что второй.
При изменении позиции головы зрителя в данном случае стероскопичность меняется, что является самым главным недостатком поляризационных систем. При этом замечено, что в 3D, созданном таким методом, малые объекты фокусируются хуже, чем большие. Поэтому были изобретены специальные алгоритмы отображения видео, предусматривающие не линейную, а циркулярную поляризацию с анализаторами. Как будет понятно позже, для большинства систем эмуляции стереоизображений необходима информация по локализации зрителя.
Для воспроизведения ощущений представленных данной технологией линейной поляризации было принято два вида поляроидных очков - один с L-ориентацией фильтров, где плоскость одного фильтра расположена горизонтально, а другого вертикальна, второй - с V-ориентацией, где плоскости поляризации взаимно-перпендикулярны, при этом каждая из них находится под углом 45% к горизонту. V-ориентация сейчас принята как стандарт, а от L-варианта отказались еще в 70-х годах, при этом все сейчас больше думают о применении именно циркулярной поляризации, поэтому стандарты меняются.
На данный момент мы не будем оперировать русскоязычными понятиями. Это обоснованно, поскольку, VR-шлемов у нас почти не производится, а название технологии "Interlaced" "там" присутствует. Наиболее подходящий перевод "interlaced" - это "сплетенный". Понять суть алгоритма можно довольно просто - достаточно посмотреть на обычный телевизор (на экране видны строчки). Распределение видеоизображения для каждого глаза происходит построчечно, в результате мы получаем на 50% меньше экран и на 50% меньшую яркость.
Этот метод пришел конечно же от телевидения еще в 1959 году, а в 80-х применялся на компьютерах под DOS. Сейчас же большинство виртуальных головных дисплеев HMD для игровых приставок и компьютеров могут предложить вам и такой вариант представления видеоинформации.
"Временное мультиплексирование"… Если у вас на видеокарте частота воспроизведения сигнала 100 Гц, то мы ее можем поделить пополам, направив 50-герцовые сигналы для каждого глаза в отдельности. В результате, получается стерео-изображение, причем в лучшем виде, если будет предусмотрено смещение некоторой геометрической характеристики (создание сдвига) и тем самым эмулирующее реальный параллакс.
Также можно пойти по другому пути и пустить сигнал на вторую матрицу с небольшой задержкой и смещением изображения, удвоив частоту. Это другой алгоритм.
Все современные методы "временного мультиплексирования", так или иначе, связаны с раздвоением изображения таким образом, чтобы оно подавалось для каждого глаза по очереди с определенной частотой. Конечно, гораздо более лучший вариант в этом случае - это создание видеокарты с двумя синхронизированными выходами специально для реализации 3D-видео, но, судя по последним новостям, такое пока не возможно - просто дорого, и не нужно офисным служащим:). Хотя, есть и рынок геймеров, который влияет не меньше.
Самый главный минус VR-шлемов и, как следствие, всех современных устройств стереовидения - это ограничения, которые в последнее время начинают вводиться повсеместно, что, конечно, не играет на руку руководителям компьютерных клубов. А дело вот в чем… На некоторых сайтах производителей уже появилась информация следующего плана: "VR-шлемы запрещены для детей до 16 лет, людей страдающих гипертонией и нервными расстройствами". Серьезных исследований на данную тему я пока не встречал, но, будьте начеку!
Скорее всего, такие же ограничения будут действительны и даже для очков, хотя глубина воспроизведения 3D-ощущений в них никогда не описывалась в превосходной степени.
Есть и другие неудобства. Для многих очков стереовидения не пригодны к использованию мониторы Trintron и LCD-дисплеи. И сейчас ведется очень много исследований по различным типам устройств, и, в частности, в материале "Проекционные системы нового поколения" мы затрагивали данный вопрос.
Сейчас на рынке присутствует очень много стандартных решений, спецификации которых сходны, и мы не будем рассматривать все из них, достаточно показать в качестве примера Another EYE 2000 Wired 3D-Shutterglasses.
Another EYE 2000 на сегодня является одним из самых удачных решений в области дешевой реализации 3D-видения. Это устройство поддерживает такие режимы формирования стерео как Page Flip, Line Blank и Sync Double. Что интересно с очками поставляется специальный плагин, используя который можно видеть интернет-браузер и просматриваемые страницы в 3D.
С очками поставляется программное дополнительное программное обеспечение, достаточно требовательное к системе. Например, для использования программы-драйвера Metabyte Wicked 3D нужно иметь видеосистему с характеристиками: 120 Гц и выше, 640х480 и выше.
Видео-, игро- и кино- индустрии предназначены для развлечений. В звуке мы уже имеем прогресс в 5.1 или даже в 10.1 реализаций пространственного звука. А в рамках этого материала у вас могло возникнуть ощущение: "Неудобства, неудобства, неудобства…". Отнюдь! Просто данные видеосистемы только сейчас начали разрабатываться серьезно.
Скорее всего, в эволюции устройств видеоизображения нам сейчас нужно пройти этап внедрения обычных проекционных систем, которые с каждым годом удешевляются и, на данным этапе, уже могут составить конкуренцию обычным мониторам. Помимо этого, на базе LCD-дисплеев сейчас разрабатываются концептуально новые системы стереовидения, не требующие использования стерео-очков, о чем мы поговорим в следующей части этого проекта.
Продолжение следует…