Стр.1 - Вступление. Предыстория
Этот год, определённо, может стать первым, когда разнообразные средства трехмерного отображения информации имеют все шансы обрести единые стандарты и из узкоспециализированных устройств превратиться в действительно массовый продукт, предназначенный для самых широких слоев потребителей. Для кого-то первым 3D-устройством для просмотра объёмных фильмов станет компьютерный монитор или телевизор; кто-то купит тот же 3D-телевизор, но уже для объёмных игр с видеоприставки; отдельные счастливчики сразу начнут использовать 3D-телевизор по прямому назначению - для приёма различных стереоскопических телепередач.
Шансы 3D-устройств на обретение популярности еще до конца 2010 года достаточно высоки - уже сейчас в компьютерных магазинах есть некоторый выбор мониторов, пригодных для работы с 3-мерной картинкой; встречаются 3D-Ready телевизоры; понемногу расширяется ассортимент 3D-очков. Массовые продажи 3D-телевизоров стартуют в самое ближайшее время, к тому же на подходе сразу несколько моделей 3D-ноутбуков.
Ситуация с 3D-контентом постепенно переходит из тестовой стадии в коммерческую - уже выпущено приличное количество видеоигр с поддержкой 3D-режима, а готовится еще больше. Ассортимент 3D-фильмов стремительно прирастает как за счёт новых релизов, так и за счёт переиздания старых лент в новом формате. Наконец, ожидается, что уже к середине 2010 года вещанием в цифровом 3D-HDTV формате, в том числе через спутники, будут заниматься многие ведущие телекомпании мира.
Данный материал представляет собой своеобразный путеводитель по технологиям создания и воспроизведения 3D-изображений, ориентированный на домашнего пользователя. Мы расскажем о принципах формирования объёмной картинки, разберёмся с разновидностями современных способов формирования и воспроизведения 3D-сигнала, а затем попробуем заглянуть в ближайшее будущее 3D-технологий. Основная цель этой публикации состоит в том, чтобы любой читатель, даже не очень хорошо разбирающийся в современной технике, после знакомства с этой статьёй увереннее ориентировался во всём многообразии предложений 3D-техники и смог бы выбрать для себя именно то оборудование, которое действительно соответствует его требованиям и пожеланиям.
⇡#Предыстория
Бинокулярное зрение позволяет нам воспринимать мир объёмным благодаря тому, что "картинка" для каждого глаза обладает некоторым "сдвигом" относительно другого, а мозг может интерпретировать эту информацию в итоговое 3D-изображение. "Объёмные" свойства нашего зрения, такие как стереоскопический параллакс и способность глаза фокусироваться на разноудалённых объектах, дополняются "двумерными" свойствами, вроде субъективной угловой оценки удалённости объекта по заранее известным его габаритам, линейной и вертикальной перспективе и многим другим. Все они позволяют нашему мозгу формировать объёмное изображение не только за счёт реально получаемой визуальной информации, но также за счёт своеобразного "додумывания" при недостатке точных данных.
Даже если не углубляться в физиологию зрения, уже понятно, что для "обмана" мозга искусственным зрительным стереоэффектом необходимы два изображения, представляющие две перспективы одного и того же объекта для каждого глаза. Подсуньте каждому глазу фотографии, каждая из которых сделана под соответствующим углом, и получите один из самых простых способов имитации объёмной картинки - стереоскоп.
Многие из вас, скорее всего, видели такие или подобные компактные стереоскопы со вставленными в компактный корпус
стереограммами в коллекциях фотографий своих мам, пап, дедушек и бабушек - стоит поднести окуляры к глазам, и перед нами возникают в объёме наши ещё молодые родственники, снятые ловким фотографом на пляже где-нибудь в окрестностях Ялты или Сочи.
Стереоскоп, придуманный и сконструированный ещё на заре фотографии в 1840-х годах, стал предтечей
кинематоскопа - первого устройства для воспроизведения анимированных 3D-картинок, изобретённого в далёком 1855 году. Кинематоскоп представлял собой доработанный стереоскоп, в котором иллюзия движения с передачей объёма была реализована с помощью двух спаренных дисков с теми же стереограммами. В наше время принцип работы стереоскопа используется не только для развлечений, но и в топографии (фотограмметрия) для объёмного представления экспериментальных многомерных данных и в некоторых других прикладных отраслях.
Дальнейшая эволюция кинематоскопа в наше время материализовалась в разнообразных 3D-шлемах и очках, в которых источником изображения служат миниатюрные ЖК- или OLED-дисплеи – по одному для каждого глаза. К сожалению, эту технологию пока нельзя назвать массовой. Для этого таким устройствам ещё предстоит научиться передавать полноценную высококачественную картинку с большим разрешением и несколько сбавить в стоимости. Встроенные дисплеи в более-менее распространенных современных 3D-очках и шлемах обладают разрешением не более 640х480 точек, в то время как массовый переход на настольные Full HD дисплеи с разрешением 1920х1080 уже не за горами. Иными словами, шансы обрести популярность у современных электронных кинематоскопов есть, но не сегодня, для этого им передстоить пройти ещё несколько эволюционных шагов.
3D-технологии, обещающие стать действительно массовым явлением в ближайшее время, работают по другому принципу. Рассмотрим их подробнее.
Стр.2 - Анаглифические изображения
⇡#Анаглифические очки
Анаглиф, или анаглифические изображения – пожалуй, наиболее простой и недорогой способ получения объёмной картинки. Стереоэффект при этом достигается использованием двух изображений или потоков видео с двумя цветовыми слоями, а глубина эмулируется наложением этих слоёв со сдвигом относительно друг друга.
Для получения стереоэффекта при просмотре анаглифических изображений или видеороликов используются 2-цветные очки, где для каждого глаза установлен цветной фильтр хроматически противоположного цвета. Обычно используют красный и голубой (синий) фильтры, при этом красный фильтр, как правило, используют для левого глаза, хотя бывает и наоборот.
Таким образом, анаглифическая картинка содержит два наложенных друг на друга снимка – по одному для каждого глаза, каждый из которых "закодирован" своим цветовым фильтром, при этом главный объект картинки стараются расположить по центру, в то время как передний и задний планы обычно сдвинуты относительно друг друга. В результате просмотра анаглифической картинки через соответствующие очки получается, что каждый глаз видит несколько отличающееся изображение.
Так, при просмотре монохромного снимка с помощью традиционной красно-голубой анаглифической схемы, глаз, закрытый красным фильтром, "воспринимает" красные участки изображения в качестве "белых", а голубые участки в качестве "чёрных"; синий фильтр производит противоположный эффект. Реально белые и чёрные участки изображения воспринимаются каждым глазом одинаково. При просмотре цветных снимков анаглифические очки, соответственно, "декодируют" цветовую гамму каждого снимка, в результате чего зрительная зона коры головного мозга интерпретирует результат в качестве интегрированной объёмной цветной картины.
Простота анаглифического способа представления 3D-информации, его относительная дешевизна, а главное, возможность массового показа 3-мерных фильмов привела к тому, что первый 3D-фильм был представлен широкой публике ещё в 1922 году, а первый цветной 3D-фильм – в 1935 году.
Сейчас анаглифические очки переживают второе рождение, поскольку практически любой современный 3D-контент, включая видеоигры, кинофильмы и фотоснимки, можно восстанавливать и просматривать с помощью анаглифического 3D-процесса. К настоящему времени анаглифический способ значительно улучшен и по-прежнему очень дёшев благодаря применению простых пластиковых или картонных очков с усовершенствованными и очень качественными пластиковыми цветовыми фильтрами.
Несмотря на впечатляющий прогресс, позволяющий передавать весьма точно даже оттенки кожи, анаглифический метод не способен обеспечить полную цветопередачу даже при использовании наиболее прогрессивных "гибсоновских" очков Deep Vision с красным и бирюзовым фильтром. К тому же, продолжительное использование анаглифических очков может привести к временному смещению восприятия реальной цветовой гаммы окружающего мира.
Впрочем, недостатки анаглифического метода с лихвой покрываются его доступностью и простотой. Так, на YouTube можно обнаружить множество анаглифических видеороликов, снятых с разрешением вплоть до Full HD. Поиск подобных роликов в YouTube удобнее всего проводить по тэгам "3D", " anaglyph ", "anagliph", "stereoscopic" и пр. Стереоскопический канал с анаглифическими роликами также имеется на популярном ресурсе
Vimeo: The Stereoscopic 3D-Channel.
В качестве примера типичного анаглифического видео приведём один из роликов, выложенных нами на YouTube в качестве иллюстрации тестирования первого массового стереоскопического цифрового фотоаппарата
Fujifilm FinePix REAL 3D-W1.
Ещё один, более наглядный пример анаглифического видео - трейлер к нашумевшему и прошедшему недавно в кинотеатрах с большой помпой 3D-фильму "Алиса в стране чудес". Этот трейлер вы можете просмотреть в разрешении до Full HD 1080p.
Нет способа приобщиться к 3D-технологиям дешевле и проще, чем заняться созданием анаглифических фотографий, отпечатков и видеороликов. Анаглифические 3D-фотографии можно создавать в ряде современных компьютерных программ, включая Adobe Photoshop, затем сохранять их в простейшем формате JPG, просматривать и даже распечатывать в "анаглифическом виде" на бумаге. Компиляция двух видеопотоков, снятых для правого и левого глаз, в единый анаглифический видеоролик, так же не составит особого труда, равно как и последующая закачка на многочисленные онлайн-сервисы хранения и показа видеороликов.
Раздобыть анаглифические очки в наше время также довольно просто. Самый дешёвый способ - посетить ближайший книжный магазин и поинтересоваться в отделе детской литературы о наличии книжек со стереоскопическими картинками (именно анаглифическими). Сейчас их выпускается довольно много и к каждой прилагаются готовые анаглифические очки.
Ещё один прекрасный способ раздобыть анаглифические очки и попутно обзавестись интересным контентом - покупка 3D-фильмов на DVD носителях. Для этого ищите в онлайновых или специализированных магазинах 2-дисковые лицензионные издания, где в комплекте с обычным диском с 2D-вариантом фильма и диском с 3D-анаглифическим вариантом фильма, как правило, прилагают несколько пар анаглифических очков. Например, 2-дисковое DVD-издание фильма "Дети шпионов 3D: Игра окончена (Spy Kids 3-D: Game Over) комплектуется двумя парами очков, а 2-дисковое DVD-издание бельгийского мультфильма "Мухнем на Луну 3D" (Fly Me to the Moon) - сразу четырьмя парами анаглифических очков.
Отметим, что вышеприведенными способами можно получить только самые примитивные анаглифические стереоочки, выполненные из картона с плёночными "стёклами". Для приобретения более комфортных анаглифических очков с пластиковой оправой и качественными фильтрами придётся обратиться в специализированные магазины.
Впрочем, у картонных очков имеется уникальный неоспоримый плюс - в случае, если вам попался анаглифический контент с реверсивным расположением красного и синего каналов (прецеденты были), такие очки запросто спасут ситуацию элементарным выворачиванием картонных дужек "наизнанку".
Стр.3 - Поляризационный метод
⇡#Поляризационный метод
Для "обмана" нашего зрения ради создания 3-мерной объёмной иллюзии можно с успехом использовать такую замечательную физическую характеристику светового потока как поляризация. В настоящее время освоены и широко применяются на практике оба классических типа поляризации света - линейная и круговая.
Сначала на примере проекционного оборудования разберём метод формирования 3D-изображения с помощью линейной поляризации. Представьте себе 3D-систему из двух синхронизированных проекторов, каждый из которых формирует на экране картинку для соответствующего глаза, причем объектив каждого проектора оснащён специальным фильтром-поляризатором. Допустим, для левого глаза установлена поляризация в вертикальной плоскости, для правого глаза – в горизонтальной плоскости. Тогда для нормального просмотра 3D-фильма зрителю потребуются очки с соответствующими поляризационными фильтрами, которые попросту "отсекут" ненужное изображение с "посторонней" поляризацией и покажут каждому глазу только ту картинку, которая для него предназначалась.
К сожалению, технология формирования 3D-изображений с помощью линейной поляризации не лишена как минимум двух существенных недостатков. Прежде всего, зрителю в 3D-очках с линейной поляризацией рекомендуется держать голову прямо, ибо наклон головы даже на незначительный угол может привести к раздвоению или затемнению изображения. Вторая проблема связана с очень высокими требованиями к качеству экрана, который ради получения 3D-эффекта должен сохранять поляризацию проецируемых на его поверхность изображений от двух синхронизированных проекторов.
В кинотеатрах IMAX 3D, где используется технология линейной поляризации, обе проблемы успешно решают за счёт огромных размеров изображения и применения экрана со специальным серебряным покрытием. Однако в домашних условиях, при работе с небольшими экранами, добиться качественного стереоэффекта с применением линейной поляризации значительно сложнее. В настоящее время в продаже встречаются проекционные 3D-системы на базе двух проекторов и очков с линейной поляризацией. Несколько раз мне даже довелось побывать на 3D-презентациях, проводившихся с применением этой технологии. Нельзя сказать, чтобы просмотр изображения на большом экране действительно вызывал какие-либо затруднения, однако назвать эту технологию распространённой или наиболее перспективной для домашнего применения было бы большим преувеличением.
Лучшие шансы на перспективу имеет 3D-технология с применением метода круговой поляризации. Именно она применяется в современных кинотеатрах с технологией RealD 3D. Впрочем, более подробный разговор о тонкостях реализации кинотеатральных 3D-технологий, таких как IMAX 3D, RealD 3D-и других, у нас ещё впереди, а пока разберёмся с сутью обозначенного метода.
Применительно к проекционной 3D-технологии, использование круговой поляризации выглядит следующим образом. Для формирования стереоизображения на экране используется единый проектор, который поочерёдно проецирует кадры для правого и левого глаза, при этом перед оптической системой проектора устанавливается специальный поляризатор – как правило, жидкокристаллический, который задаёт круговую поляризацию каждому кадру: "закрученную" по часовой стрелке для одного глаза, и против часовой стрелки для другого, соответственно. Для просмотра качественной картинки зрителю остаётся только надеть поляризационные очки, где каждый "окуляр" оснащён покрытием с соответствующим направлением круговой поляризации.
Преимущество данного способа заключается в том, что при просмотре каждый глаз гарантированно видит именно тот кадр, который ему предназначается, даже при произвольном наклоне головы.
Чтобы свести к минимуму нежелательные побочные эффекты из-за применения одного проектора, например, мерцание картинки, в реальных 3D-приложениях с применением круговой поляризации повышают скорость обновления кадра и повторяют каждый кадр несколько раз. Например, в кинотеатральном оборудовании RealD Cinema каждый кадр проецируется трижды, а суммарная частота обновления картинки составляет 144 кадра в секунду. Впрочем, и при методе круговой поляризации необходимо применение качественного экрана с серебристым покрытием, что позволяет снизить потери яркости на отражение.
Если же говорить об использовании метода круговой поляризации применительно к компактным системам, например, экранам ЖК-мониторов и ноутбуков, принцип формирования 3D-картинки заключается в следующем - используется специальное покрытие дисплея, благодаря чему чётные строки пикселей приобретают круговую поляризацию по часовой стрелке, а нечётные строки - против часовой стрелки. Как и в случае с проекционным экраном RealD, на экране такого дисплея одновременно представлены оба кадра для двух глаз, и разделить их на картинки для каждого глаза помогут специальные поляризационные очки.
Плюсы такой технологии очевидны - простая и недорогая конструкция пассивных 3D-очков с поляризационным покрытием, возможность применения ЖК-матриц без особых требований к частоте кадровой развёртки, что критично для систем с активными затворными 3D-очками, да и весь аппаратный 3D-комплекс функционирует в пассивном режиме, без использования дополнительной электроники.
Наиболее весомым недостатком такой технологии считается неизбежное снижение вертикального разрешения кадра в два раза. Даже если вы приспособите для этих целей высококачественный дисплей с FullHD разрешением, количество строк в результате упадёт до уровня, сравнимого с качеством DVD. Как уже говорилось, в 3D-кинотеатрах с круговой поляризацией такого не происходит по причине проецирования на экран полноразмерных кадров для обоих глаз. Ну а при использовании этого метода в мониторах и ноутбуках с уменьшением вдвое количества строк в каждом 3D-кадре остаётся только смириться.
Кроме того, несмотря на нечувствительность к наклонам головы вправо или влево, из-за определённой толщины поляризующего покрытия метод круговой поляризации весьма чувствителен к движениям головы по вертикали. Даже наклона на 5-10 градусов достаточно для того, чтобы изображение начало двоиться. Вот почему экраны с круговой поляризацией плохо подходят для коллективного просмотра, скорее, это индивидуальная технология, где для достижения качественного объёмного эффекта придётся подстраивать угол зрения.
В качестве примера практического применения круговой поляризации можно привести недавно изученный в лаборатории 3DNews ноутбук
Acer Aspire 5738DG.
Стр.4 - 3D-технология с применением активных затворных очков
⇡#3D-технология с применением активных затворных очков
Технологию получения 3D-изображения с помощью активных затворных очков можно назвать, пожалуй, наиболее практичной и многообещающей в ближайшей перспективе – по крайней мере, до тех пор, пока вовсе не отпадёт необходимость в применении очков для формирования зрительного стереоэффекта. Принцип работы активных затворных 3D-очков уже неоднократно описан в наших многочисленных публикациях по этой теме, однако вкратце ещё раз опишем эту методику.
В отличие от рассмотренных выше анаглифического и поляризационного методов, где применяются технологии
пространственного разделения изображений, принцип работы активных затворных 3D-очков основан на методе
временного разделения изображений. Иными словами, в каждый момент времени на экране телевизора, монитора или проекционного экрана появляется изображение только для одного глаза, которое затем чередуется с изображением для второго глаза, и так далее.
Теперь нам необходимо вооружиться специальными очками, каждая "линза" которых представляет собой скоростной жидкокристаллический "затвор". Прикрывая поочерёдно один глаз на время показа картинки для другого глаза, такие очки позволяют добиться чёткого 3D-изображения вместо слившейся воедино "каши" из картинок двух каналов.
Синхронизация очков при этом осуществляется, как правило, посредством специального инфракрасного передатчика дисплея, сигнал которого улавливается ИК-приёмником очков. Вместо ИК также может использоваться радиочастотный сигнал или интерфейс Bluetooth, а в последних разработках 3D-проекторов уже нашли применение очки, синхронизирующиеся по отражённому от экрана сигналу.
Питание затворных ЖК-очков осуществляется от миниатюрной перезаряжаемой батареи, размещённой непосредственно в очках. В целом, конструкция получается более сложная, тяжёлая и дорогая, нежели вариации на тему пассивных 3D-очков. Однако качество получаемой картинки при этом очень высоко - нет цветовых потерь как в случае с анаглифом или потери разрешения как в случае с круговой поляризацией.
Более того, активные 3D-очки превосходно работают с любыми современными средствами отображения информации – плазменными панелями, ЖК экранами, DLP проекторами, проекционными телевизорами и так далее.
Критичное ограничение технологии активных 3D-очков лишь одно - для достижения нормального качества картинки устройство отображения должно поддерживать скорость обновления кадров вдвое более высокую, нежели при работе с обычным 2D-изображением. Если использовать низкую скорость обновления кадров, итоговая 3D-картинка может получиться смазанной, к тому же высока вероятность появления достаточно неприятного мерцания. Иными словами, для комфортного просмотра 3D-картинки кадровая развёртка устройства отображения должна обеспечивать как минимум 100-120 обновлений кадра в секунду вместо привычных 50-ти и 60-ти.
На практике, плазменные и DLP-системы играючи справляются с такими требованиями, чего нельзя сказать о всех ЖК-телевизорах и мониторах. Впрочем, в последнее время ЖК-дисплеев с поддержкой 120 Гц кадровой развёртки становится всё больше. Главное – обратить внимание на этот параметр при выборе дисплея, который предполагается использовать для создания домашней компьютерной 3D-системы. Что касается телевизоров, 3D-совместимые модели и без этого в обязательном порядке имеют маркировку "3D-Ready" или просто "3D".
Несмотря на единый принцип работы активных 3D-очков, уже сегодня среди них нет полной совместимости и взаимозаменяемости. И дело здесь не только в применяемых интерфейсах между передатчиком 3D-изображения и стереоочками – ИК, Bluetooth и пр. Так, например, активные 3D-очки
NVIDIA GeForce 3D Vision предназначены исключительно для работы с компьютерами, оснащёнными видеокартами NVIDIA GeForce, и вряд ли их удастся приспособить для совместной работы с какой-нибудь другой бытовой электроникой. Стоит отметить, что при отсутствии на горизонте какой-либо другой массовой 3D-технологии для компьютеров, очки NVIDIA GeForce 3D Vision понемногу становятся этаким индустриальным стандартом. Так что нет ничего удивительного в том, что на рынке уже появляются 3D-ноутбуки, например
ASUS G51J 3D, изначально укомплектованные такими очками.
В то же время, например, активные 3D-очки Panasonic 3D-Eyewear оптимизированы именно для работы с плазменными 3D-панелями VIERA. При разработке этих очков инженеры компании руководствовались достижением высокого качества "плазменной" картинки, без смазывания и наложения остаточных изображений, для чего пришлось свести время открытого состояния шторок 3D-очков до минимально возможного - вплоть до того, что имеются моменты, когда оба глаза оказываются полностью закрытыми. Не факт, что эти очки будут корректно работать с другими телевизорами, даже в случае совместимости с сигналом синхронизации.
Очевидно, что какое-то время на рынке устройств отображения 3D-контента будет царить некоторый разнобой и несовместимость даже однотипных изделий – вроде активных 3D-очков. Что ж, нам, покупателям, к таким "войнам стандартов" не привыкать - ещё свежи в памяти битвы форматов VHS и Betacam, до конца не улеглись страсти вокруг недавнего противостояния форматов HD DVD и Blu-ray. Вроде бы, уже виден конец в многолетней битве стандартов флэш-карт, хотя у меня на рабочем столе до сих пор "на всякий случай" приготовлен полный спектр форматов, включая CompactFlash, xD-Card, Secure Digital и вариации на его тему - microSD/miniSD, несколько разновидностей Memory Stick и так далее.
И в этом плане радует то, что ведущие компании индустрии успели договориться хотя бы по главным пунктам, а именно - совместимости интерфейсов 3D-устройств и соответствующих 3D-носителей для записи видео.
Так, уже в этом году были опубликованы финальные спецификации стандарта HDMI 1.4a с дополнениями по поддержке стереоскопического 3D-оборудования, включая телевизоры, плееры и игровую консоль PlayStation 3. Также приняты окончательные спецификации формата Blu-ray 3D, в котором уже совсем скоро начнут появляться 3D-фильмы, записанные с высоким качеством Full HD. Таким образом, обнадёживает хотя бы тот факт, что купленный в магазине фильм Blu-ray 3D будет воспроизводиться любым Blu-ray 3D-плеером, который, в свою очередь, при наличии выхода HDMI 1.4a может быть подключен к любому 3D-телевизору или проектору с поддержкой этого интерфейса, вне зависимости от торговой марки производителя этих устройств.
Что касается совместимости активных 3D-очков, то тут, скорее всего, какое-то время придётся потерпеть пока на рынке не появятся универсальные решения от сторонних производителей, или пока производители сами не одумаются и не примут единые стандарты на этот счёт. Впрочем, в скорой реализации второго варианта есть большие сомнения.
Стр.5 - 3D без очков. Автостереоскопия
⇡#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.
⇡#Ссылки по теме:
⇡#Материалы для дополнительного чтения:
