3D кино, ТВ и игры: как это работает. Часть I / Умные вещи

⇡#3D-без очков. Автостереоскопия

Итак, выясняется, что обмануть наше зрение поддельной стереоскопической картинкой не так-то просто даже с помощью специальных очков и хитроумных приспособлений. Есть ли тогда смысл обсуждать способы имитации 3D-изображения без специальных очков? Ведь наше зрение не приспособлено разделять картинки для правого и левого глаза ни цветовой (анаглифической) дифференциацией, ни фазой/поляризацией, ни каким-либо другим способом. Единственным свойством зрения, "пригодным" для создания автостереоскопического изображения (то есть, без применения дополнительных приспособлений), остаётся рассмотренный в самом начале статьи эффект параллакса. Уточню - "единственным", если вы не собираетесь создавать голограммами или иными ухищрениями действительно объёмные, осязаемые или нет, копии объектов.

Самый простой, логичный и уже многократно "обкатанный" на практике способ формирования 3D-картинки без очков базируется на эмуляции перспективы, по аналогии с тем, как мы в действительности смотрим на объекты двумя глазами с двух разных точек обзора одновременно. За счёт эмуляции барьера параллакса – корректного направления изображения независимо для правого и левого глаза, 3D-картинку можно видеть невооруженным глазом.

…Представьте себе массив пикселей, каждый из которых представляет собой объёмную полусферу. Эта полусфера, в свою очередь, состоит из нескольких субпикселей, равномерно распределённых по всей поверхности полусферы. Соответственно, каждый субпиксель представляет собой одну или несколько миниатюрных RGB-ячеек. Пожалуй, именно так будет выглядеть структура приличного автостереоскопического дисплея с картинкой, близкой к идеалу (или к практически реализуемому приближению к идеалу). Дальше нам потребуется калькулятор. Сколько миниатюрных RGB-ячеек должно приходиться на субпиксель, а субпикселей на полусферический пиксель нашего гипотетического экрана? Ответ очевиден - чем больше, тем лучше. Но давайте для начала просчитаем хотя бы минимально разумный вариант. Пусть наш экран будет обладать разрешением Full HD, 1920 х 1080 пикселей (меньшее разрешение в наше время рассматривать нет смысла), а каждый из этих полусферических пикселей состоит из 16 субпикселей с одной RGB-ячейкой. Элементарным перемножением вычисляем, что наш "минимальный" экран будет содержать 1920 х 1080 х 16 х 3 = 99 532 800 активных элементов (например, органических светодиодов). То есть без малого 100 миллионов крохотных светодиодиков красного, зелёного и синего цвета на ограниченной площади диагональю несколько десятков дюймов! По силам ли создать такой автостереоскопический экран силами современной промышленности? Может быть, и по силам, но бюджет такого технического задания пока явно будет астрономический. Более того, даже если суммарное энергопотребление 100 млн светодиодов будет находиться на приемлемом уровне, всё равно каждым из этой сотни миллионов светодиодов придётся управлять, на каждый из них придётся подавать независимый сигнал со своим собственным уровнем яркости. Примерная "прикидка" возможностей сегодняшних флагманских видеокарт показывает, что для "прокачки" нашего гипотетического дисплея необходима производительность, как минимум, вдвое-втрое превышающая характеристики лучших современных образцов, а ещё лучше - превосходящая их хотя бы на порядок. Придётся признать очевидное - в обозримом будущем, скажем, в ближайшие пять лет, промышленность просто не в состоянии обеспечить нас качественными автостереоскопическими экранами по доступной цене. Разумеется, рано или поздно такие дисплеи появятся, и, по всей видимости, первоначально с небольшой диагональю экрана и скромным разрешением, например, для применения в составе мобильных гаджетов. Но что же делать сейчас? Вернуться к очкам, или… воспользоваться различными автостереоскопическими ухищрениями.

Например, можно сформировать поверхность автостереоскопического экрана из так называемого "лентикулярного" массива микролинз, то есть из крохотных линз специальной призматической формы, выстроенных в вертикальные ряды. Обычно даже небольшой разницы угла обзора для каждого из глаз достаточно для того, чтобы проявился эффект барьера параллакса и мы могли видеть разные грани каждой линзы. Благодаря этому каждый глаз будет получать индивидуальную картинку. Что-то подобное давным-давно демонстрируют старые добрые открытки с автостереоэффектом. Сегодня эта "открыточная" технология позволяет делать яркие насыщенные 3D-панно и покрытия размером до нескольких метров. Разработчикам дисплеев всего лишь потребовалось довести технологию до такого уровня, при котором передача объёма оставалась бы более-менее реалистичной, даже при воспроизведении видео. Важно подчеркнуть, что все современные автостереоскопические дисплеи с лентикулярной структурой производятся на базе старой доброй ЖК-технологии, это позволяет получать относительно недорогие 3D-экраны. Однако производителям по-прежнему приходится бороться с главной проблемой этой технологии – эффектом так называемых "фантомных" отражений, когда получаемый стереоэффект при некоторых углах обзора неожиданно распадается на раздваивающуюся картинку. К тому же нужно помнить, что подобные 3D-дисплеи в силу своей лентикулярной структуры обладают своеобразной "поляризацией", то есть при смене ориентации с портретной на альбомную (или наоборот) теряют стереоэффект.

Подобная автостереоскопическая технология в настоящее время используется уже рядом компаний, объявивших о разработке или даже о начале массового производства 3D-дисплеев "без очков". Некоторые из них успели достичь высокой степени реализма при создании автостереоэффекта. О прикладных примерах реализации технологии мы поговорим в следующей части материала. Если не брать в расчёт громоздкую и не совсем практичную технологию имитации 3D-картинки с помощью зеркал, определённым потенциалом применения в массовых и относительно недорогих бытовых устройствах обладает голография. Так, в разных лабораториях планеты учёные уже добились обновляемого эффекта трехмерной голографической проекции с памятью, при этом время цикла обновления (стирания/перезаписи) составляет несколько минут. Правда, пока что речь идёт о монохромном экране диагональю всего несколько дюймов, но главное в этом тот факт, что технология оказалась физически реализуемой на практике, и теперь требуется лишь её совершенствование, а не изобретение чего-либо принципиально нового.

В целом будущее голографического телевидения пока что остаётся туманным. Кто-то говорит, что разработка голографических дисплеев для домашнего и общественного пользования – дело ближайших 5-10 лет. Японцы так вовсе уверены, что смогут внедрить массовые голографические телевизоры до 2020 года, и в заявке FIFA на приём Кубка мира по футболу 2022 года даже обещают внедрить голографическое телевещание на основные стадионы планеты. Скептики же утверждают, что до становления голографии в качестве широко доступной 3D-технологии, если такое вообще состоится, пройдёт не один десяток лет. Что ж, рассудить их сможет лишь время. А мы в следующей части нашей статьи вернёмся к этой теме, чтобы рассказать о разработках, уже достигших к сегодняшнему дню уровня практического применения, а также наиболее перспективных решениях, коммерческое будущее которых не за горами.