3D дисплеї. Частина 1

Автор: Сергій Книгін

Останнім часом про 3D дисплеї багато пишуть, але, як правило, мова йде про якусь конкретну модель або модельний ряд конкретного виробника. Нечисленні ж оглядові статті містять описи випадкового набору з окулярів, шоломів і, власне, 3D дисплеїв.

Практично відсутня класифікація існуючих 3D дисплеїв, що призводить до заплутаної термінології. Навіть солідні фірми-виробники часто називають свої вироби не тим, що вони є насправді.

У цій статті зроблено спробу систематизувати накопичений автором великий матеріал за технологіями відтворення 3D, одне тільки перерахування яких зайняло б кілька сторінок. Правда, велика їх частина існує у вигляді патентів і описів, набагато менше «» живих «» прототипів, і вже зовсім мала частина реалізована...

Почнемо з термінів:

По-перше, 3D дисплеєм ми будемо називати будь-який пристрій, здатний вивести зображення, що сприймається людиною як об'ємне, без окулярів або інших додаткових пристроїв.

По-друге, назвемо простір, в якому можна спостерігати зображення, що формується 3D дисплеєм, об'ємом відтворення, а простір, в якому знаходиться глядач - об'ємом спостереження. Тільки перебуваючи всередині обсягу спостереження, людина має право розраховувати на сприйняття нескаженого об'ємного зображення, укладеного в обсяг відтворення.

І по-третє, поділимо всі 3D дисплеї на групи, по здатності відображення 3D інформації:

1. Стереоскопічні. Відтворюють два ракурси об'ємної сцени, один з яких призначений для лівого, а інший - для правого ока.
2. Мультивідові. Відтворюють кілька послідовних ракурсів об'ємної сцени, будь-які два з яких складають стереопару.
3. Голографічні. Відтворюють безперервне світлове поле, що відповідає світловому полю реальної 3D сцени.
4. Волюметричні. Відтворюють зображення у вигляді набору точок (вокселів) або векторів, фізично рознесених в обмеженому робочому просторі дисплея (об'ємі відтворення).

Як людина сприймає світ в обсязі? Насправді, це дуже непросте питання. Два очі? Тоді закрийте одне око і подивіться навколо. Можна помітити, що картина не змінилася радикально, зображення не стало плоским! Вся справа в тому, що об'ємний образ світу віртуальний, він обчислюється мозком за допомогою алгоритмів, що враховують безліч факторів, серед яких відмінність між зображеннями, що сприймаються лівим і правим оком (паралакс) є важливою, але аж ніяк не єдиною.

При спостереженні реальних тривимірних сцен ці фактори пов'язані між собою цілком певним чином, що зафіксовано в нашому досвіді. Відповідно, 3D дисплей повинен формувати зображення з урахуванням різних факторів і їх взаємозв'язків. Виходячи з цього, можна проаналізувати перелічені вище типи 3D дисплеїв і виділити їх гідності та недоліки. При цьому, ми не будемо вдаватися в технічні тонкощі конкретних технологій (до речі, іноді ретельно приховувані виробниками), достатньо буде встановити, до якого з перерахованих типів відноситься конкретний пристрій.

Для кожного типу буде виділено ПРИНЦИП роботи, ПЛЮСИ та МІНУСИ.

СТЕРЕОСКОПІЧНІ 3D ДИСПЛЕЇ

Відразу відзначимо, що на сьогоднішній день до цього типу відносяться практично всі серійно випущені пристрої, якими б епітетами на кшталт «» реальне 3D «», «суперобйомний» «», приголомшливо реалістичний «», «» голографічний «» тощо не прикрашалися їхні рекламні буклети і прес-релізи.

ПРИНЦИП. Поділ об'єму відтворення на дві частини умовної вертикальної площини, перпендикулярної площини екрану і що проходить через його центр. Ліворуч від площини спостерігається зображення для лівого ока, праворуч - для правого.

Очевидно, що для спостереження стереозображення людина повинна мати голову так, щоб кожне око знаходилося в «» своєму «» просторі, а це дещо втомливо.

"Однокористувацьку" "конфігурацію легко доповнити автоматикою, яка повертає розділову площину слідом за рухом голови користувача (tracking).

Технічно для виробництва стереоскопічних 3D дисплеїв найкраще підходять LCD або плазмові панелі, оскільки пікселі в них жорстко прив'язані до місця, на відміну від CRT моніторів, де зображення може злегка зрушуватися і змінювати свій масштаб.

Паралакс-бар'єр, найпростіший спосіб поділу стереоракурсів (здійсненний навіть в «» домашніх «» умовах, якщо у вас є LCD монітор). Потрібно надрукувати на прозорій плівці малюнок, що складається з вертикальних чорних смужок з кроком у два пікселі вашого монітора, такої ширини, щоб між ними залишилися вузькі прозорі смужки. Якщо накладати отриманий растр на екран, з певної позиції буде видно лише парні пікселі, а з іншої - лише непарні.

Зверніть увагу на зазор між растром і панеллю, що забезпечує необхідний кут огляду. Залишилося вивести на екран спеціально підготовлене зображення, в якому чергуються пікселі лівого (L) і правого (R) ракурсів. Детальніше про щілинні розтрати можна прочитати у статті «Щолеві растри». Браком щілинного растру є істотне зниження яскравості монітора, оскільки частина світлової енергії поглинається чорними смужками. Природним розвитком щілинних растрів є лінзові растри, так само, як об'єктив фотоапарата є розвитком маленького отвору камери-обскури.

Суттєвим недоліком методу паралакс-бар'єру, незалежно від його технічної реалізації, є те, що він формує не одну умовну площину, а декілька.

У розділених ними областях спостереження чергуються L і R ракурси, так, що при зміщенні спостерігача на деякий кут від головної площини виникає неприємний ефект, званий «» псевдоскопічним «», коли праве око бачить ліву картинку і навпаки.

Наступний недолік - зниження горизонтальної роздільної здатності 3D дисплея вдвічі порівняно з моно, адже пікселі потрібно ділити між двома ракурсами стереозображення. Певні зусилля розробників спрямовані на можливість повного використання дозволу 3D дисплея в моно-режимі.

Щолеві растри роблять електрично вимкненими, наприклад, на основі рідких кристалів. Природно, що лінзовий растр відключити неможливо. Іншою варіацією на тему паралакс-бар'єру є метод паралаксного освітлення. LCD панель освітлюється набором тонких вертикальних джерел світла.

Увімкненням другого набору джерел (на малюнку позначені блакитним кольором) дисплей переводиться в режим моно.

І, нарешті, найголовніший недолік. Стереозображення недарма називають найбільшою ілюзією в історії людства. Коли ви бачите стереокартинку, ваш мозок легко впадає в оману, що перед вами істинно об'ємне зображення. Але лише до тих пір, поки ви нерухомі. Варто трохи нахилити голову або переміститися, як зображення зазнає спотворення, абсолютно не властиві реальним предметам, оскільки кожне око як і раніше бачить зображення, отримане відповідною йому камерою з фіксованої точки простору.

Строго кажучи, зображення, сформоване стереодисплеєм, сприймається без спотворень лише в одній точці спостереження, коли положення кожного ока спостерігача точно співвідноситься з положенням камер при зйомці. З тієї ж причини неможливі такі ефекти, як «» оглядання «» і динамічний паралакс. Як не переміщайся перед стереодисплеєм, якщо ми навіть не виходимо із зони стереоефекту, то картинку все одно бачимо ту ж саму, а якщо закрити одне око, всі хитрощі розробників і зовсім пропадуть задарма - нічого, крім монозображення, ми не побачимо.

Так чому ж при такій кількості серйозних недоліків ідея стереоскопічного 3D дисплея настільки популярна? Все визначається доступністю тієї чи іншої технології при даному рівні розвитку техніки. Для стереодисплея сьогодні існує весь технологічний ланцюжок ПРИСТРІЙ-ДРАЙВЕР-ПРОГРАМА-КОНТЕНТ. Простіше кажучи, стереодисплей є куди включити, є чим узгодити, є що і за допомогою чого побачити. Це відеоадаптери з двома і більше відеовиходами, стереодрайвери, безліч ігор і небагато (поки) стереофільмів.

Маховик індустрії вже розкручується, наявність контенту створює попит на пристрої, наявність пристроїв створює попит на контент.

Ціни на стереоскопічні 3D дисплеї досить високі (приблизно від $1500 і вище), хоча собівартість власне «» заліза «» не дуже істотно відрізняється від звичайних LCD моніторів. Вся справа лише в незначному поки обсязі випуску, так що не за горами той день, коли і ми з вами зможемо собі дозволити покупку стереомонітора.

Підіб'ємо підсумок першої частини.

ПЛЮСИ:

• відносна простота виготовлення, є серійно випущені моделі;
• невисока собівартість, можливе зниження ціни в осяжному майбутньому;
• реально досяжна швидкість потоку даних (дворазове збільшення від моно);
• наявність контенту, драйверів, програм

МІНУСИ:

• неможливість «» оглядання «» і динамічного паралаксу;
• дуже обмежена зона стереоефекту;
• наявність зон «» неправильного «» псевдоскопічного ефекту;
• вдвічі менша горизонтальна роздільна здатність у стереорежимі

Природно, не все з сказаного вище вірно для будь-якого конкретного дисплея, існує безліч способів подолання того чи іншого недоліку, але головний недолік можна усунути тільки в 3D дисплеях, що належать до інших груп. Про них піде мова в наступних статтях циклу.

 Коментувати () 

Якщо Ви помітили помилку - виділіть її мишею і натисніть CTRL + ENTER.

Матеріали за темою

 Підсумки 2020 року: монітори. Стабільність - ознака професіоналізму!

Огляд 24-дюймового WUXGA-монітора Dell P2421: любов за розрахунком

Огляд 27-дюймового WQHD-монітора ASUS ProArt PA278QV: доступний професіонал

Огляд ігрового UWQHD-монітора Gigabyte G34WQC: особливий випадок

Огляд ігрового 27-дюймового WQHD-монітора Acer Nitro VG272UV: їхати без шашечок

Огляд платформи «Яндекс.ТВ»: розумне ТБ по-російськи

"