165 лет эволюции: от 3D-фото до 3D-мониторов
Возможно, многие и не догадываются, что технология создания трехмерной картинки была изобретена человечеством очень давно и появилась чуть ли не сразу после изобретения фотосъемки. В то время как первой в истории фотографией считается снимок "Вид из окна", полученный французом Жозефом Нисефором Ньепсом в 1826 году с помощью камеры-обскуры на оловянной пластинке, покрытой тонким слоем асфальта, уже в 1844 году Девид Брюстер представил свой "стереоскоп" – устройство, которое позволяло делать трехмерные, вернее, объемные снимки. Француз Жюль Дюбоск улучшил эту технологию, и на Большой выставке в 1851 году все желающие могли полюбоваться на знаменитую фотокартину королевы Виктории.
Стереоскоп
Уже ко Второй мировой войне трехмерные камеры стали повседневной вещью для частного использования, при этом развитие 3D-кинематографа почти не отставало от фотосъемки. Уже в 1855 году был изобретен "кинематоскоп", первая камера для стереоанимации. Первый анаглифовый фильм появился в 1915 году, а первый публичный показ 3D-фильма состоялся в 1922-м. Это был фильм "The Power of Love!", то бишь "Сила любви!" (примечание: анаглифическая карта - карта с впечатанной в два цвета ситуацией со сдвигом, дающая объемное изображение при рассматривании через цветные очки, обычно с красной левой и голубой или синей правой линзой).
Афиша фильма Хичкока Dial M for Murder
В 1935 году уже появился первый цветной стереофильм. Благодаря росту популярности телевидения в США в 50-х годах появилось много трехмерных фильмов, даже сам Альфред Хичкок хотел снять свой Dial M for Murder ("В случае убийства наберите М") в 3D, но впоследствии было решено все-таки демонстрировать его в 2D для большей прибыли, так как 3D-кинотеатров было не так и много. Также интересным является тот факт, что и в Советском Союзе снимали трехмерное кино, причем первый советский 3D-фильм "Робинзон Крузо" был снят еще в далеком 1947 году.
Трехмерное телевидение BS 11
Что касается трехмерного телевидения, то оно использует те же технологии, что и 3D-кино, но на самом деле в потребительском секторе не так и много трехмерных телевизоров и мониторов (в настоящее время это больше элемент престижа и рекламных акций), хотя многие компании собираются в скором времени исправить это недоразумение. Тем не менее, например, в Японии уже с 2008 года кабельный телеканал BS 11 четыре раза в день демонстрирует трехмерные передачи, а в 2010 году компания British Sky Broadcasting, более известная как Sky UK, запускает в Великобритании спортивно-развлекательный телеканал Sky 3D. Для его просмотра будет необходим соответствующий "3D ready" телевизор и приставка Sky+HD DVR.
Трехмерная камера
Однако вернемся к самой технологии. Понятное дело, что для создания трехмерного изображения, то есть такого, каким его видит человек (с двумя глазами, разумеется), съемка должна производиться при помощи двух объективов, причем чем ближе они будут расположены, то есть максимально имитировать человеческое восприятие, тем качественнее получится результат. Однако в реальности такого добиться крайне сложно, поэтому для коррекции сдвоенной картинки используются либо специальные очки, либо иные, более продвинутые технологии, не требующие различных аксессуаров.
Стереоскопические очки
Иными словами, трехмерные дисплеи делятся на стереоскопические (с применением очков) и автостереоскопические (без очков). Причем очки также бывают разные, пассивные и активные. Пассивные в свою очередь делятся на анаглифические со светофильтрами вместо диоптрий, о которых мы писали выше, и поляризованные очки (применяются в кинотеатрах IMAX), через эффект поляризации формирующие разные изображения для разных глаз. При этом достаточно заметно падение яркости и четкости изображения по сравнению с обычными дисплеями.
Активные трехмерные очки NVIDIA
Однако наибольшее распространение получает технология активных очков, которую активно поддерживают многие производители игровых устройств и такие компании, как, скажем, NVIDIA, Sony, ViewSonic и другие. Ранее активными изысками в этой отрасли занималась Philips, но компания пока временно закрыла свое 3D-подразделение на неопределенный срок. Совсем недавно NVIDIA представила технологию GeForce 3D Vision для активных очков, для ощущения всей прелести которой необходимы видеокарта уровня GeForce 8800 и выше, затворные очки, а также специальный монитор, такой, как, скажем, ViewSonic VX2268wm (мы решили рассмотреть среднюю ценовую категорию, не трогая таких дорогих производителей, как, например, Sony).
Трехмерный монитор ViewSonic
Принцип работы такого ЖК-дисплея с диагональю 22" заключается в том, что он работает не на стандартной частоте 60 Гц, а на частоте 120 Гц, то есть прокручивает параллельно сразу две картинки. Затворные очки, жидкокристаллические или поляризованные, синхронизированы с дисплеем и поочередно затемняются с той же частотой, с которой дисплей выводит изображения, предназначенные для каждого глаза. За счет эффекта инерции зрения в мозгу зрителя формируется цельное изображение. В остальном же дисплей почти не отличается характеристиками от двумерных "собратьев": время отклика - 3 мс, разрешение - 1680:1050, контрастность - 1000:1, яркость - 300 кандел на квадратный метр. Среди других компаний, которые занимаются разработками в области стереомониторов, можно выделить Alioscopy, Apple, 3Dicon, Dimension Technologies, институт Fraunhofer HHI, Holografika, i-Art, NewSight, DDD, SeeFront, SeeReal Technologies, Spatial View, Texas Instruments, Tridelity, VisuMotion, Zero Creative.
Трехмерный телевизор Philips
Трехмерные дисплеи, не требующие специальных очков, являются более дорогими, но при этом и более спорными решениями. Автостереоскопические дисплеи способны самостоятельно формировать стереоэффект путем направления нужного пучка света в нужный глаз. Как правило, для этого применяются микролинзы Френеля, выполняющие роль светоделителей, и специальные барьерные сетки так, чтобы каждый глаз зрителя видел только тот столбец пикселей, который предназначен для него. Однако у данного метода имеются множественные недостатки, в частности, необходимо соблюдать определенный ракурс, нарушение которого приводит к разрушению стереокартинки.
Но разные компании пытаются улучшить эту технологию, например, Philips и NewSight разработали свои технологии многоракурсных мониторов - WOWvx и MultiView, а компания SeeReal Technologies в свою очередь встраивает в свои дисплеи подвижный светоделитель и детектор положения головы зрителя, перестраивая изображение под нужный угол зрения. А в октябре 2008 года та же "почившая" Philips представила прототип стереодисплея с разрешением 3840х2160 пикселей и с рекордными 46 ракурсами "безопасного" просмотра.
Голографический трехмерный дисплей
Мы рассказали о моделях панелей, которые более-менее присутствуют на рынках, но есть и еще два типа трехмерных дисплеев, которые находятся на экспериментальном уровне, на уровне прототипов. Это голографические 3D-дисплеи, которые имитируют пространственное размещение световых волн в таком виде, как они располагались бы при отражении света от реального трехмерного объекта, а также объемные дисплеи. Они используют различные физические механизмы для показа светящихся точек в пределах некоторого объема. Такие дисплеи вместо пикселей оперируют вокселами. Объемные дисплеи строятся на разных принципах. Например, могут состоять из множества плоскостей, формирующих изображение, которые расположены одна над другой, или плоских панелей, создающих эффект объемности за счет своего вращения в пространстве.
Но прогресс и тут не стоит на месте. На прошедшей недавно выставке SIGGRAPH-2009 в Новом Орлеане ученые из токийского университета представили рабочий прототип сенсорного трехмерного дисплея. Устройство подобно тому, что можно увидеть в многочисленных фантастических фильмах (вспомним хотя бы "Джонни Мнемоник"). Как рассказал один из его создателей, профессор Хироюки Шинода (Hiroyuki Shinoda), при создании использовался эффект давления звуковых волн. Сам "дисплей" представляет собой 324 преобразователя, которые создают ультразвук с резонансной частотой 40 кГц. Примерно на высоте 30 см от "экрана" проецируется голограмма, и специальная программа совмещает данные о фазовом сдвиге и амплитуде, контролируемых отдельно для каждого преобразователя, с видимой картинкой. Собственно трехмерные объекты – это области фокусировки ультразвука. Давление в этой области составляет примерно 1.6 грамм-силы, и этого достаточно, чтобы создать ощущение прикосновения к объекту. А для расчета положения руки в пространстве используются два беспроводных контроллера консоли Nintendo Wii, которые освещают отражающий маркер на кончике пальца инфракрасными светодиодами. Нет сомнения, что новая технология найдет широкое применение в различных областях, в том числе и в компьютерных играх. Будем надеяться, что в скором времени трехмерные дисплеи станут повседневным явлением, как и обычные телевизоры. И, судя по всему, это время не за горами. Хотя еще через 165 лет, будем верить, появится еще и не такое.
Игорь Дульский
Уже ко Второй мировой войне трехмерные камеры стали повседневной вещью для частного использования, при этом развитие 3D-кинематографа почти не отставало от фотосъемки. Уже в 1855 году был изобретен "кинематоскоп", первая камера для стереоанимации. Первый анаглифовый фильм появился в 1915 году, а первый публичный показ 3D-фильма состоялся в 1922-м. Это был фильм "The Power of Love!", то бишь "Сила любви!" (примечание: анаглифическая карта - карта с впечатанной в два цвета ситуацией со сдвигом, дающая объемное изображение при рассматривании через цветные очки, обычно с красной левой и голубой или синей правой линзой).
В 1935 году уже появился первый цветной стереофильм. Благодаря росту популярности телевидения в США в 50-х годах появилось много трехмерных фильмов, даже сам Альфред Хичкок хотел снять свой Dial M for Murder ("В случае убийства наберите М") в 3D, но впоследствии было решено все-таки демонстрировать его в 2D для большей прибыли, так как 3D-кинотеатров было не так и много. Также интересным является тот факт, что и в Советском Союзе снимали трехмерное кино, причем первый советский 3D-фильм "Робинзон Крузо" был снят еще в далеком 1947 году.
Что касается трехмерного телевидения, то оно использует те же технологии, что и 3D-кино, но на самом деле в потребительском секторе не так и много трехмерных телевизоров и мониторов (в настоящее время это больше элемент престижа и рекламных акций), хотя многие компании собираются в скором времени исправить это недоразумение. Тем не менее, например, в Японии уже с 2008 года кабельный телеканал BS 11 четыре раза в день демонстрирует трехмерные передачи, а в 2010 году компания British Sky Broadcasting, более известная как Sky UK, запускает в Великобритании спортивно-развлекательный телеканал Sky 3D. Для его просмотра будет необходим соответствующий "3D ready" телевизор и приставка Sky+HD DVR.
Однако вернемся к самой технологии. Понятное дело, что для создания трехмерного изображения, то есть такого, каким его видит человек (с двумя глазами, разумеется), съемка должна производиться при помощи двух объективов, причем чем ближе они будут расположены, то есть максимально имитировать человеческое восприятие, тем качественнее получится результат. Однако в реальности такого добиться крайне сложно, поэтому для коррекции сдвоенной картинки используются либо специальные очки, либо иные, более продвинутые технологии, не требующие различных аксессуаров.
Иными словами, трехмерные дисплеи делятся на стереоскопические (с применением очков) и автостереоскопические (без очков). Причем очки также бывают разные, пассивные и активные. Пассивные в свою очередь делятся на анаглифические со светофильтрами вместо диоптрий, о которых мы писали выше, и поляризованные очки (применяются в кинотеатрах IMAX), через эффект поляризации формирующие разные изображения для разных глаз. При этом достаточно заметно падение яркости и четкости изображения по сравнению с обычными дисплеями.
Однако наибольшее распространение получает технология активных очков, которую активно поддерживают многие производители игровых устройств и такие компании, как, скажем, NVIDIA, Sony, ViewSonic и другие. Ранее активными изысками в этой отрасли занималась Philips, но компания пока временно закрыла свое 3D-подразделение на неопределенный срок. Совсем недавно NVIDIA представила технологию GeForce 3D Vision для активных очков, для ощущения всей прелести которой необходимы видеокарта уровня GeForce 8800 и выше, затворные очки, а также специальный монитор, такой, как, скажем, ViewSonic VX2268wm (мы решили рассмотреть среднюю ценовую категорию, не трогая таких дорогих производителей, как, например, Sony).
Принцип работы такого ЖК-дисплея с диагональю 22" заключается в том, что он работает не на стандартной частоте 60 Гц, а на частоте 120 Гц, то есть прокручивает параллельно сразу две картинки. Затворные очки, жидкокристаллические или поляризованные, синхронизированы с дисплеем и поочередно затемняются с той же частотой, с которой дисплей выводит изображения, предназначенные для каждого глаза. За счет эффекта инерции зрения в мозгу зрителя формируется цельное изображение. В остальном же дисплей почти не отличается характеристиками от двумерных "собратьев": время отклика - 3 мс, разрешение - 1680:1050, контрастность - 1000:1, яркость - 300 кандел на квадратный метр. Среди других компаний, которые занимаются разработками в области стереомониторов, можно выделить Alioscopy, Apple, 3Dicon, Dimension Technologies, институт Fraunhofer HHI, Holografika, i-Art, NewSight, DDD, SeeFront, SeeReal Technologies, Spatial View, Texas Instruments, Tridelity, VisuMotion, Zero Creative.
Трехмерные дисплеи, не требующие специальных очков, являются более дорогими, но при этом и более спорными решениями. Автостереоскопические дисплеи способны самостоятельно формировать стереоэффект путем направления нужного пучка света в нужный глаз. Как правило, для этого применяются микролинзы Френеля, выполняющие роль светоделителей, и специальные барьерные сетки так, чтобы каждый глаз зрителя видел только тот столбец пикселей, который предназначен для него. Однако у данного метода имеются множественные недостатки, в частности, необходимо соблюдать определенный ракурс, нарушение которого приводит к разрушению стереокартинки.
Но разные компании пытаются улучшить эту технологию, например, Philips и NewSight разработали свои технологии многоракурсных мониторов - WOWvx и MultiView, а компания SeeReal Technologies в свою очередь встраивает в свои дисплеи подвижный светоделитель и детектор положения головы зрителя, перестраивая изображение под нужный угол зрения. А в октябре 2008 года та же "почившая" Philips представила прототип стереодисплея с разрешением 3840х2160 пикселей и с рекордными 46 ракурсами "безопасного" просмотра.
Мы рассказали о моделях панелей, которые более-менее присутствуют на рынках, но есть и еще два типа трехмерных дисплеев, которые находятся на экспериментальном уровне, на уровне прототипов. Это голографические 3D-дисплеи, которые имитируют пространственное размещение световых волн в таком виде, как они располагались бы при отражении света от реального трехмерного объекта, а также объемные дисплеи. Они используют различные физические механизмы для показа светящихся точек в пределах некоторого объема. Такие дисплеи вместо пикселей оперируют вокселами. Объемные дисплеи строятся на разных принципах. Например, могут состоять из множества плоскостей, формирующих изображение, которые расположены одна над другой, или плоских панелей, создающих эффект объемности за счет своего вращения в пространстве.
Но прогресс и тут не стоит на месте. На прошедшей недавно выставке SIGGRAPH-2009 в Новом Орлеане ученые из токийского университета представили рабочий прототип сенсорного трехмерного дисплея. Устройство подобно тому, что можно увидеть в многочисленных фантастических фильмах (вспомним хотя бы "Джонни Мнемоник"). Как рассказал один из его создателей, профессор Хироюки Шинода (Hiroyuki Shinoda), при создании использовался эффект давления звуковых волн. Сам "дисплей" представляет собой 324 преобразователя, которые создают ультразвук с резонансной частотой 40 кГц. Примерно на высоте 30 см от "экрана" проецируется голограмма, и специальная программа совмещает данные о фазовом сдвиге и амплитуде, контролируемых отдельно для каждого преобразователя, с видимой картинкой. Собственно трехмерные объекты – это области фокусировки ультразвука. Давление в этой области составляет примерно 1.6 грамм-силы, и этого достаточно, чтобы создать ощущение прикосновения к объекту. А для расчета положения руки в пространстве используются два беспроводных контроллера консоли Nintendo Wii, которые освещают отражающий маркер на кончике пальца инфракрасными светодиодами. Нет сомнения, что новая технология найдет широкое применение в различных областях, в том числе и в компьютерных играх. Будем надеяться, что в скором времени трехмерные дисплеи станут повседневным явлением, как и обычные телевизоры. И, судя по всему, это время не за горами. Хотя еще через 165 лет, будем верить, появится еще и не такое.
Игорь Дульский
Компьютерная газета. Статья была опубликована в номере 43 за 2009 год в рубрике hard
