Холодильник.Ру

3D мир: в очках или без?

Денис Бурый

3D мир: в очках или без?

Ни для кого не секрет, что для просмотра 3D фильма в кинотеатре выдаются специальные очки. Многие из вас наверняка слышали, что телевизоры, поддерживающие объемное изображение, нужно тоже смотреть в очках. И далеко не все что-то знают о безочковых трехмерных телевизорах. Так что это за «зверь» - 3D? Зачем нужны очки? И как возникает объемное изображение?

В этой статье мы постараемся не только ответить на поставленные вопросы, но и познакомить вас поближе с существующими 3D-технологиями, особенностями конструкции различных типов 3D-очков и 3D-телевизоров, расскажем о плюсах и минусах того или иного варианта.

Начнем с того, что попробуем разобраться, почему мы видим окружающие нас предметы объемными. Здесь, по большому счету, нет ничего сложного: мы обладаем бинокулярным (стереоскопическим) зрением. Проще говоря, когда мы смотрим на какой-то объект, левый глаз видит картинку, немного отличающуюся от той, которую видит правый (это происходит из-за того, что наши глаза расположены не в одном месте, а на расстоянии 5-7 см друг от друга). Далее, в коре головного мозга (зрительном анализаторе), полученные изображения объединяются в одно. Причем, следует отметить, что каждый глаз видит плоское изображение, а при их сложении в зрительном анализаторе, мы получаем объемное. Благодаря бинокулярному зрению человек способен не только видеть окружающий мир в 3D, но также может визуально определять расстояние до объектов.

Трехмерное видение является для нас натуральным и естественным, поэтому производителей электронной техники весьма прельщает разработка устройств, способных сделать максимально реальным мир компьютерной графики и кино. Это дает возможность потребителям получать новые эмоции и удовольствие от видеоигр и просмотра фильмов, а самим компаниям – увеличивать свои продажи. Казалось бы, все в плюсе! Однако оказалось, что технически реализовать эту идею довольно-таки сложно.

Тем не менее, существует множество способов создания 3D-иллюзии. Самые распространенные из них связаны с обманом зрительного анализатора, который заключается в том, что нашим глазам демонстрируют не объемную картинку, а серию плоских. Причем картинки, которые показывают левому и правому глазу, немного смещены друг относительно друга. А наш мозг принимает их за настоящее трехмерное изображение.

Теперь давайте рассмотрим несколько наиболее известных и часто применяемых технологий получения стереоизображения для домашнего просмотра. Кинотеатры и практически не используемые 3D технологии опустим (в жизни вам это не пригодится), а заострим ваше внимание на современных трехмерных телевизорах и очках (будет полезным при покупке 3D очков и 3D телевизоров).

В первую очередь, хотелось бы сказать несколько слов об анаглифической технологии, которая до недавнего времени находилась на пике популярности.

Возникла она в середине XIX века и применяется до сих пор. Это один из самых легких способов получения трехмерного изображения. Для его реализации достаточно простых очков с двухцветными стеклами и двух картинок, немного смещенных друг относительно друга. Одна картинка должна быть с красным оттенком, а другая – с синим, хотя могут использоваться и другие варианты цвета. В анаглифических очках стекла также окрашивают в цвета, соответствующие выводимому на экран изображению (в данном случае одна линза изготавливается из синего пластика, а другая – из красного). Эти пластиковые стекла выполняют функцию светофильтров, пропуская для каждого глаза свою составляющую светового спектра, т.е. через красную линзу мы видим изображение, выполненное в синих тонах, а через синюю – в красных. В итоге каждый глаз получает предназначенную для него картинку, а мозг объединяет их в одно объемное изображение.

Среди достоинств анаглифического метода хотелось бы отметить низкую стоимость его реализации: не нужно изменять конструкцию телевизора, а очки можно сделать из картона и пластика даже самостоятельно. Но есть у него и серьезные недостатки: слабый 3D-эффект, плохая цветопередача, низкое качество изображения, двоение, утомляемость глаз, после длительного просмотра на некоторое время ухудшается цветовое восприятие окружающего мира, может возникать чувство тошноты и головокружения. (На фото: Стереофотография – снимок на Марсе, для просмотра используйте анаглифические очки)

Как видим, недостатки анаглифии явно перевешивают достоинства. В то же время, анаглифическая технология уже практически не используется для полнометражного кино, ее чаще применяют для создания видеороликов или стереокартинок в детских книгах.

Следующая технология, которую мы рассмотрим, называется поляризационной (пассивной), и она по качеству воспроизводимого изображения значительно превосходит анаглифическую. Ее широко применяют в кинотеатрах и современных 3D-телевизорах. В данном методе акцент делается на такое свойство света, как поляризация: проходя через определенные материалы, свет приобретает необходимое направление и плоскость распространения (более подробную информацию о поляризации вы можете найти в статье «Как выбрать ЖК монитор и правильно за ним ухаживать»).

Для реализации 3D-эффекта этим способом может применяться дополнительный LCD экран, где жидкие кристаллы используются в качестве поляризаторов, изменяющих построчно направление и плоскость распространения света. Этот дополнительный экран всегда можно отключить и наслаждаться видеопросмотром в 2D. Более дешевым вариантом станет телевизор с нанесенной на дисплей поляризующей пленкой, однако тогда он будет работать только в трехмерном режиме.

Пассивные трехмерные телевизоры бывают с линейной и круговой поляризацией. Первые появились раньше, и принцип их работы заключается в следующем. На дисплей выводятся два полукадра: первый состоит из нечетных строк с горизонтальной поляризацией, а второй – из четных строк с вертикальной. Очки, при этом, оснащаются соответствующими фильтрами: одна линза пропускает горизонтально поляризованный свет, а другая – вертикально поляризованный. Таким образом, каждый глаз получает предназначенное только для него изображение, а в сумме они дают 3D-эффект.

Существенным недостатком поляризационной технологии является то, что зритель должен всегда ровно держать голову, иначе, при наклоне вправо-влево, качество изображения сильно ухудшается и пропадает трехмерный эффект. Данная проблема решена применением круговой (циркулярной) поляризации, где половина строк «закручивает» свет по спирали вправо, а другая половина – влево. В таком случае, при наклоне головы изображение практически не изменяется.

Преимущества: используются пассивные очки (низкая стоимость), отличная цветопередача, высокое качество изображения, отсутствует мерцание. Недостатки: вследствие того, что на экран выводятся 2 изображения одновременно (2 полукадра), разрешение картинки по высоте уменьшается вдвое: половина строк экрана используется для формирования одной картинки, а вторая половина – для другой. Неприятным моментом является и то, что поляризационные фильтры задерживают часть света, а это приводит к снижению яркости изображения. К тому же, не все модели поддерживают 2D режим.

Третья популярная (наверное, даже самая популярная) технология называется активной (затворной). Для ее работы необходимы самые сложные и дорогие 3D очки. В данном методе создания стереоизображения на экран телевизора последовательно выводятся полукадры для левого и правого глаза с высокой частотой. В это время очки, когда подается полукадр для левого глаза, «закрывают» правый, а когда для правого – «закрывают» левый. Благодаря высокой частоте смены кадров и в силу инерционности процессов в зрительном анализаторе, мы уже видим цельную объемную картинку.

Для реализации активного метода обязательным условием является синхронизация телевизора с очками, которая осуществляется с помощью ИК, блютуз или радиопередатчика: один встроен в затворные очки, а второй находится в телевизоре или подключается к нему. Конструкция активных очков усложняется еще и тем, что у них в каждое стекло встроена жидкокристаллическая матрица высокого быстродействия. Она открыта (пропускает свет), когда на ее электродах нет напряжения, и закрыта (непрозрачна) – при подаче напряжения. Поэтому для работы таких очков еще необходим источник питания, которым чаще всего является небольшой аккумулятор. Наличие всех этих «примочек» не только усложняет устройство, но и увеличивает его массу.

Зато конструкция телевизора не изменяется вовсе, он просто должен поддерживать частоту обновления 120Гц и выше. В таком случае частота смены полукадров для каждого глаза составит не менее 60 Гц. Если использовать более низкую частоту, то заметно мерцание экрана, которое приводит к быстрой утомляемости и может вызвать плохое самочувствие. Отличным вариантом станут LCD, поддерживающие 240 Гц, потому что тогда значительно возрастет качество картинки в динамичных сценах. Следует отметить, что в этом плане плазменные трехмерные телевизоры имеют преимущество, т.к. частота для них не является столь значимым фактором. Однако их изначально невысокая яркость становиться еще меньше в 3D режиме.

Преимущества: технология широко распространена и хорошо отработана, высокое качество изображения, полное разрешение, 2D-режим. Недостатки: дороговизна активных очков, их масса. Всегда есть вероятность того, что батарея в очках разрядится в самый неподходящий момент. Частоты 120 Гц может быть недостаточно для комфортного просмотра видео (особенно динамичных сцен). Могут также возникать перекрестные помехи – когда в левый глаз частично попадает изображение для правого, и наоборот, что приводит к двоению изображения и ухудшению его качества. В связи с тем, что в затворных очках в каждый момент времени открыта только одна линза, происходит значительное уменьшение яркости картинки.

Но главный недостаток всех рассмотренных технологий заключается в необходимости надевать очки – это непривычно и неудобно. Поэтому, в последнее время большой интерес представляет относительно новый и весьма перспективный способ получения стереоэффекта без использования очков. Давайте же посмотрим, чего добились производители безочковых (glassless) автостереоскопических 3D телевизоров на сегодняшний день. (На фото - Безочковый 3D-телевизор Toshiba 55ZL2G)

В настоящий момент известны 2 технологии изготовления безочковых 3D телевизоров, использующие стереоскопический эффект: технология лентикулярных линз и технология параллаксного барьера.

Первая разделяет изображение на правое и левое (для соответствующего глаза) с помощью небольших продольных линз, а вторая – с помощью щелевых отверстий. При использовании линзового растра высокие требования предъявляются к качеству линз и точности сборки, такие телевизоры могут работать только в 3D режиме. В телевизорах, использующих щелевые отверстия, параллаксный барьер, как правило, создается с помощью жидких кристаллов. Поэтому, при желании, его можно отключить и смотреть фильмы в 2D.

Самые первые появившиеся в продаже автостереоскопические телевизоры необходимо было смотреть на небольших экранах (до 20”), находясь на определенном расстоянии от дисплея, и при этом ровно держать голову. Ни высоким качеством изображения, ни глубоким 3D эффектом они не отличались. Теперь (буквально через 3-4 года) можно приобрести glassless 3D устройство с диагональю 55”, которое демонстрирует объемное изображение сразу в нескольких точках. Кроме того, некоторые приборы также осуществляют автоматический поиск положения глаз и соответственно подстраивают трехмерную картинку.

Достоинства: не нужны очки, перспективная быстроразвивающаяся технология. Недостатки: слабый 3D эффект, малые углы обзора, уменьшение разрешения по горизонтали (деление изображения на 2 картинки происходит по столбцам), возможность наблюдать объемное изображение только в определенных точках, высокая стоимость, небольшой выбор на рынке.

Существует также еще одна перспективная безочковая технология, которая работает не на стереоскопических уловках, а основываясь на принципах голографии. Этот способ создания 3D изображения в корне отличается от всех выше описанных, потому что он позволяет без специальных очков получить наиболее правдоподобное трехмерное изображение. Такая технология называется Holovizio (разработана компанией Holografika), и здесь главным козырем является то, что в качестве минимальных источников света используются не точечные (пикселы), а объемные (вокселы). Из чего и как их создают, компания не раскрывает, однако известно, что вокселы способны воспроизводить полное спектральное и пространственное поле света. Для каждого из них можно задать цвет, интенсивность и направление распространения излучения.

В итоге, формируется объемное изображение высочайшего качества, максимально приближенное к реальности. Причем трехмерный эффект сохраняется при любом положении зрителя или зрителей (если их несколько) и нет ограничений по количеству точек просмотра. С Holovizio можно смотреть фильмы в 3D, параллельно занимаясь домашними делами, т.к. объемная картинка не исчезнет, если вы отвлечетесь или отойдете от телевизора. Однако за такое удовольствие придется дорого заплатить: 32” модель Holovizio 128WLD стоит в России порядка 1,7 млн рублей, а модель 72” Holovizio 720RC более 15 миллионов рублей. К тому же эти телевизоры занимают довольно много места, имеют большую массу и высокое энергопотребление.

Вот мы и закончили рассмотрение самых интересных и важных (на наш взгляд) вопросов трехмерного настоящего и недалекого будущего. В заключение, подведем краткие итоги о современном состоянии 3D технологий для домашнего просмотра.

Самыми популярными, на сегодняшний день, являются трехмерные телевизоры с затворными очками. Однако, благодаря стараниям компании LG, поляризационные аналоги уже способны составить им достойную конкуренцию. Поэтому между этими двумя направлениями ожидается упорная борьба за первенство на рынке 3D технологий. Что касается автостереоскопических телевизоров, то они еще не готовы массово заполнить прилавки магазинов и нуждаются в доработке. Технология Holovizio является весьма интересной альтернативой стереоскопическим 3D телевизорам, однако ее цена отбивает всякое желание совершить такую покупку. Поэтому ближайшие несколько лет 3D мир для подавляющего большинства покупателей будет доступен только при наличии специальных очков.