В последнее время широкое распространение получили системы с трехмерным изображением. Причем оно представляет собой не просто рисунок в определенной проекции: объемные стереообъекты прямо-таки выскакивают из экрана. Какие технологии используются при их создании?

Основной принцип объемного стереоскопического видения учитывает, что наши левый и правый глаз видят немного разные картинки, так как они разнесены на лице приблизительно на 6,5 см. В 3D-камере или компьютерной графике моделируется такая же ситуация — получаются два изображения, повернутые под небольшим углом друг к другу. В результате левый и правый глаз воспринимают специально подготовленные и рассчитанные картинки таким образом, что мозг воспроизводит объемное изображение. Если стерео сделано с ошибками, оно способно вызвать неприятные ощущения в глазах и головную боль.

Объемное изображение получается с помощью:

  • стереоскопов;
  • анаглифной технологии;
  • технологии Infitec (улучшенной анаглифной);
  • шлемов виртуальной реальности (видеоочков);
  • поляризационной технологии;
  • активной технологии (затворных очков);
  • лентикулярной (микролинзовой) технологии.

Стереоскопы

Принцип стереозрения был открыт еще в XIX в. Тогда стали модными стереоскопы — специальные устройства, позволяющие видеть фотографии в объеме. В то время они были доступны в качестве аттракционов на ярмарках, а в начале XX в. стали очень популярны индивидуальные стереоскопы, активно продававшиеся в Европе и Америке.

Для стереоскопа требуются две распечатанные картинки (левый и правый ракурсы), расположенные рядом. Устройство позволяет показать левый ракурс только левому глазу, а правый — правому. Вы можете воспроизвести эту «сверхсложную» технологию, просто разместив перегородку (лист бумаги) у переносицы, разделив картинки для разных глаз.

Анаглифное изображение

Поиск более удобных 3D-технологий для просмотра привел к появлению трехмерных очков. В частности, были созданы анаглифные (сине-красные) очки. При этом также выводится для каждого глаза свое изображение, но уже не требуется распечатывать две картинки. Они обрабатываются специальным цветовым фильтром и совмещаются в одну. Причем предназначенное для левого глаза изображение больше смещается в красную часть цветового спектра, а для правого — в синюю.

Кстати, если посмотреть на экран без очков, будет видно, что картинка двоится, заметны красный и синий контуры. Сине-красные очки декодируют ее: так как левая красная линза обрезает синюю составляющую спектра, а правая синяя — красную, то каждый глаз видит только то, что ему положено. В результате мозг воспринимает представленное на дисплее или фотографии в объемном виде.

Хотя анаглифная технология и применяется довольно давно, она не лишена определенных недостатков. Так, отмечаются заметное двоение объектов и искажение их цвета. Например, хуже отображаются красный и синий, поскольку соответствующий фильтр стремится их «отсечь». Такая технология не подходит для длительного просмотра видео, поскольку устают глаза. Однако, несмотря на все минусы, ее активно используют, чтобы смотреть 3D-фотографии и короткие трехмерные ролики, осуществлять монтаж, а также при проведении массовых мероприятий. Впрочем, сейчас имеются новые технологии, позволяющие получать объемную графику более высокого качества.

Infitec-технология

Например, сравнительно недавно появилась Infitec-технология (улучшенная анаглифная). Она также требует использования световых фильтров для разделения ракурсов для левого и правого глаза. Но это уже должны быть не простые сине-красные фильтры. Здесь применяется более сложное спектральное деление цветов, а не на красный и синий, как в анаглифном картинке. В результате для каждого глаза выводится изображение с цветовым смещением, но уже по всему спектру. Данное решение обеспечивает высокое качество объемного изображения без двоения, а также практически не искажает цветопередачу, хотя насыщенность немного падает. Как и раньше, не требуется специального экрана, поэтому Infitec активно применяется в кинотеатрах и на презентациях в крупных компаниях.

Шлемы (видеоочки) виртуальной реальности

Особняком стоит направление 3D-видеоочков и шлемов виртуальной реальности. Собственно, все началось еще в 90-х годах прошлого века со шлемов, предлагавшихся подороже и покачественнее для авиасимуляторов и подешевле — для игроков. Их функционирование базировалось на принципе стереоскопии. Причем свою картинку для каждого глаза формировали два маленьких монитора: одну — для левого, другую — для правого. К сожалению, при длительном просмотре возникал дискомфорт, да и разрешение экранов было низким, из-за чего данная технология не получила широкого распространения. Однако спираль прогресса совершила новый виток, и сейчас она возвращается в виде 3D-видеоочков, в стекла которых встроены ЖК-мониторы. Ожидается, что в ближайшие годы повысится разрешение экранчиков и улучшится качество изображения. Кстати, на CES компания Sony продемонстрировала первый прототип собственных трехмерных видеоочков.

Поляризационная технология

Теперь обратим внимание на поляризационную 3D-технологию. В ней также выводится картинка с двух ракурсов на один экран, но кодируются оба изображения уже с помощью поляризационных, а не цветовых фильтров. Попытаемся объяснить суть явления «на пальцах»: световые волны имеют поляризацию. Они колеблются в направлении, поперечном распространению, а соответствующие фильтры умеют пропускать свет с определенным углом наклона плоскости поляризации. Например, при линейной поляризации фильтр для левого глаза поляризуется под углом 45°, для правого — 135°. Они поляризованы ортогонально друг другу, а значит, каждый пропускает «свою» половину световых волн. Осталось поляризовать в перпендикулярных направлениях видеопоток для левого и для правого глаза, и фильтр для каждого из них пропустит только нужное изображение. Чтобы не нарушить поляризацию, требуется специальный 3D-экран, причем дорогой, с «серебряным» покрытием. И это, конечно, минус данной технологии.

Поляризационные системы обычно состоят из двух проекторов, на каждый из которых устанавливается соответствующий фильтр. Следует заметить, что в России предлагается еще и уникальный поляризационный 3D-телевизор компании JVC. Кроме того, появились образцы ноутбуков и мониторов с поляризованным экраном (например, продукт компании Zalman представлен на с. 17 этого номера), однако они пока не вышли на массовый рынок.

Поляризация бывает не только линейной, но и круговой. Например, в кинотеатрах формата IMAX используется линейная поляризация, а формата RealD — круговая. Поэтому не удастся посмотреть 3D-фильм формата IMAX в очках, взятых в RealD-кинотеатре.

Данная технология — самая удобная для проведения крупных массовых 3D-мероприятий. Она дает объемное изображение высокого качества. Причем очки могут быть бумажными, а значит, легкими и недорогими, не требующими контроля за их сохранностью.

Активная технология (затворные очки)

Вызывает вполне заслуженный интерес и активная технология (затворные очки). В ней стереоочки синхронизируются с источником изображения посредством инфракрасного сигнала или каким-либо другим способом. Именно поэтому данное решение назвали активным. Здесь очки — устройство, имеющее источник питания. Оно непрерывно синхронизируется с монитором или проектором. Работает все очень просто. Когда на экран выводится изображение для левого глаза, правый глаз закрывается — на очках затемняется правый ЖК-затвор. А при показе кадра для правого затемняется уже левый затвор.

При использовании такой технологии не нужен специальный экран. Однако для получения хорошего изображения требуется удвоенная частота показа кадров, поскольку необходимо показать две картинки вместо одной за тот же промежуток времени. Большинство ЖК-мониторов и проекторов выводили изображение с частотой 60 Гц, но ее не хватает для комфортного просмотра. Правда, некоторые ЭЛТ-мониторы поддерживают 120 Гц, но их разрешение и размер экрана недостаточны, чтобы получалась удовлетворительная картинка.

Активная стереотехнология сейчас широко распространена во всем мире. Массовое ее использование началось с внедрения компанией nVidia в 2009 г. решения 3D Vision. При его покупке в комплекте с затворными очками и монитором Samsung с частотой отображения 120 Гц пользователи получили полную возможность смотреть трехмерные фильмы. Сейчас поддерживаются 3D-телевизоры и других производителей, а также появилась возможность увидеть стереоизображение с помощью видеоплат фирмы AMD. В магазины поступает все больше стереотехники. Практически вся она работает с применением затворных очков. И это неудивительно, ведь активная 3D-технология — оптимальное решение для дома.

Лентикулярная (микролинзовая) технология

Стоит отметить и лентикулярную технологию, не требующую специальных очков. Здесь также используется принцип стереоскопии для мониторов и телевизоров. Изображения для левого и правого глаза разделяются специальной пленкой, нанесенной на экран телевизора и обладающей определенными оптическими свойствами. Микролинзы преломляют изображение под разными углами таким образом, что человек, находящийся в определенной зоне просмотра, получает разные картинки для левого и для правого глаза.

К сожалению, столь привлекательная технология пока только развивается. Она еще не способна обеспечить качественное изображение. У нее есть свои ограничения, в частности, получается не слишком хороший 3D-эффект, ограничены зоны просмотра для трехмерного изображения, да еще у последнего невысокое разрешение (дискретность падает при увеличении количества зон просмотра). Зато мониторы с ее применением пригодятся там, где невозможно пользоваться стереоочками: для рекламы в торговых центрах, на стереовыставках в музеях и в других местах с большим потоком посетителей.

Кстати, в 2010 г. появилась интересная новинка — стереопринтер FUJIFILM, печатающий объемные фотографии, покрытые лентикулярной пленкой. На них стереоизображение можно увидеть и без специальных очков, причем выглядит оно достаточно привлекательно. Это удалось реализовать, потому что фотопечать имеет более высокое разрешение, чем линзовый растр 3D-телевизоров. Но в целом распечатки, полученные на таком принтере, имеют те же преимущества и недостатки, что и лентикулярные телевизоры

* * *

И под конец стоит отметить некоторые интересные особенности стереоизображения:

  • Качество его получается выше, чем картинок, из которых оно образовано, поскольку ошибки одного ракурса сглаживаются за счет второго.
  • Следует помнить, что для стереокартин критично разрешение: качество 3D-эффекта значительно улучшается при увеличении разрешения системы отображения.
  • Размер экрана также имеет значение. Если вы смотрите 3D-фильм на мониторе, то как бы заглядываете в окно, а если на большом телевизоре или проекционном экране, то глубоко погружаетесь в трехмерный мир. Именно поэтому в кинотеатрах формата IMAX 3D делаются такие огромные 3D-экраны, чтобы их края не ограничивали обзор.

Об авторе: Глеб Усков, директор компании «3D Лига» (www.3dliga.ru).