Стереодисплей

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Экран 3D-телевизора
Одна из первых фотографий экрана 3D-телевизора

Стереодиспле́й — название для устройства визуального отображения информации (дисплея), позволяющего создавать у зрителя иллюзию наличия реального объёма у демонстрируемых объектов и иллюзию частичного либо полного погружения в сцену, за счёт стереоскопического эффекта.

Стереоскопия всего лишь один из способов формирования объёмного изображения, так что не совсем правильно отождествлять понятия «стереодисплей» и «трёхмерный дисплей». Стереодисплей является трёхмерным дисплеем, но не всякий трёхмерный дисплей является стереоскопическим (само определение «трёхмерный» в отношении средств вывода графической информации связано с употреблением СМИ термина «3D» в отношении как стереоскопических технологий, так и (псевдо)трёхмерной (объёмной) компьютерной графики, несмотря на различие сути терминов «объёмность» и «стереоскопичность»). Единственным методом, в действительности дающем 3D-изображение является голограмма. Голограмма требует применения лазера, и создание даже одной голограммы — достаточно длительный процесс. Но микроструктуру голограммы (6000 линий на миллиметр), невозможно пока ни записать ни воспроизвести имеющимися электронными методами. Поток данных для передачи данных с 1 мм2 голограммы (минимальный размер зрачка как минимальный разумный размер экрана) соответствует примерно потоку телевидения сверхвысокой чёткости 8K UHDTV, что само по себе уже проблема. Учитывая цветность, поток данных становится, как минимум, в 3 раза больше.

Виды трёхмерных дисплеев[править | править вики-текст]

  • Стереоскопические 3D-дисплеи формируют отдельные изображения для каждого глаза. Такой принцип используется в стереоскопах, известных ещё с начала XIX века.
  • Объёмные дисплеи используют различные физические механизмы для показа светящихся точек в пределах некоторого объёма.

Стереоскопические дисплеи[править | править вики-текст]

Стереоскопические дисплеи делятся на два типа:

  • Автостереоскопические дисплеи — дисплеи, не нуждающиеся в дополнительных аксессуарах для головы или глаз (таких как стереоочки или шлемы виртуальной реальности), и способные самостоятельно формировать стереоэффект путём 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. У данного метода имеются множественные недостатки, в частности, выход зрителя из нужного ракурса или выход из ограниченной «зоны безопасного просмотра» приводит к разрушению эффекта стерео, а разрешение изображения по горизонтали значительно уменьшается. Компенсировать эти потери чёткости можно избыточной детализацией, например в телевизорах UHDTV зона комфортного просмотра значительно шире, правда качество 3D картинки падает до 720p, лишь телевизоры с матрицей 8К дают в 3D картинкe FullHD[1]

Производители стереодисплеев продолжают разрабатывать технологии, позволяющие уменьшить эти недостатки. Philips и NewSight[2] разработали свои технологии многоракурсных дисплеев — WOWvx[3] и MultiView[4]. Компания SeeReal Technologies, в свою очередь, встраивает в свои дисплеи подвижный светоделитель и детектор положения головы зрителя, перестраивая изображение под нужный угол зрения.[5]

Одним из перспективных направлений можно считать восстановление светового поля. При этом с определённой долей точности воссоздают световое поле оригинальной сцены. Впечатление от данной технологии напоминает просмотр голограммы. Объекты сцены можно осмотреть из разных ракурсов без заметных скачков при смене положения наблюдателя.

High-Rank 3D Display using Content-Adaptive Parallax Barriers использует для формирования объёмного изображения 2 LCD дисплея, установленные один перед другим и очень сложное программное обеспечение.

Ещё одним интересным решением формирования объёмных изображений может стать использование созданного компанией Philips формат 2D + Z. Канал Z представляет собой монохромную картинку, представляющую собой карту глубины. Удачное описание можно найти здесь: Формат 2D + Z. Создатель формата использует данный канал для рассчета дополнительных изображений в многоракурсных системах.

Современные 3D-дисплеи ряда фирм уже используют для разделения левого и правого каналов второго LCD-дисплея, второй из них предназначен для подстройки щелевого растра под положение телезрителей подробнее смотрите здесь: Стереоскопические 3D-дисплеи. Существуют технологии, позволяющие использовать массив пикселов иначе. Одна из них — голографические оптические элементы (Holographic Optical Elements — HOE). Перед LCD-панелью помещается плёнка, состоящая из миниатюрных голограмм, каждая из которых закрывает один пиксел и направляет проходящий свет в одном из заданных направлений. Незначительное изменение конструкции экрана позволит изменить метод формирования объёмных изображений.

Важным шагом на пути к созданию принципиально иного способа создания объёмных изображений может стать применение двух LCD-дисплеев и плёнки с голографическими элементами. На первый экран выводится обычное двухмерное изображение, второй LCD-дисплей без поляризаторов на входе и выходе вращает поляризованный первым экраном свет на угол, пропорциональный карте глубины. Голографические элементы выполняют функцию микролинз, коэффициент преломления света которых зависит от угла поляризации. Применение такой технологии способно визуально «приблизить» и «удалить» соответствующие объекты сцены. Глаз сможет фокусироваться на ближние и дальние объекты.

  • Дисплеи, требующие использования вспомогательных устройств (очков) для создания зрительного стереоэффекта. В свою очередь вспомогательные очки делятся на две категории — пассивные и активные:
    • Пассивные. Очки не требуют управляющего сигнала и элементов питания в отличии от активной системы. Для разделения ракурсов используется поляризованный свет. Подобные устройства делятся на два типа:
      • Поляризационные очки с линейной поляризацией. Применяются также в кинотеатрах IMAX.На специальном экране формируются одновременно оба изображения для левого и правого глаза. Пропускают разные изображения для разных глаз. Снижение яркости изображения для поляризационных очков составляет примерно 24 %, разрешение остается тем же (для систем с двумя ЖК-панелями: Planar[6], StereoPixel[7]) или снижается вдвое (Zalman[8]).
      • Поляризационная система (экран + очки) с круговой поляризацией. На экране монитора каждая строка изображения поляризует проходящий свет по-часовой стрелке или против (циркулярная или круговая поляризация). Очки имеют такой же круговой поляризатор на каждом стекле. Таким образом создаётся чересстрочное изображение для каждого глаза отдельно. Снижения яркости нет даже при сильных наклонах головы.[9] Главный разработчик — LG.
    • Активные — затворные очки[10][11] (жидкокристаллические или поляризационные) с линейной поляризацией, синхронизированные с дисплеем и поочерёдно затемняющиеся с той же частотой, с которой дисплей выводит изображения (кадры) для каждого глаза. За счёт эффекта инерции зрения в мозгу зрителя формируется цельное изображение (желательно иметь дисплей с удвоенной частотой развёртки 120 Гц, так, чтобы для каждого глаза частота обновления изображения составляла 60 Гц). Снижение яркости изображения для затворных составляет примерно 80 % (наклон головы 30о), перекрёстные искажения больше чем у пассивной системы.[12] Разрешение для каждого глаза остаётся тем же. Главный разработчик — Samsung.

Самый большой светодиодный 3D-телевизор был разработан украинской компанией ЕКТА и использовался для прямой трансляции финального матча Лиги чемпионов УЕФА в клубе Гётеборга (Швеция) 28 мая 2011 года[13]. Видеотрансляцию осуществила компания Viasat-Швеция[14]. Мировой рекорд зафиксирован в Книге рекордов Гиннесса[15].

Объёмные дисплеи[править | править вики-текст]

Термин «3D-дисплей» употребляется и в отношении так называемых объёмных или воксельных дисплеев, где объёмное изображение формируется (при помощи различных физических механизмов) из светящихся точек в пределах некоторого объёма. Такие дисплеи вместо пикселов оперируют вокселами. Объёмные дисплеи строятся на разных принципах. Например, могут состоять из множества плоскостей, формирующих изображение, которые расположены одна над другой, одной качающейся плоскости, или же вращающихся плоских, или криволинейных панелей[16][17]. Дисплеи на основе качающихся плоскостей и вращающихся панелей используют эффект зрительной инерции для достижения 3D-эффекта. За цикл своего движения движущаяся (качающаяся или вращающаяся) поверхность весь объём, в котором располагается изображение, зритель же воспринимает все положения поверхности как одновременные, в результате и видит вместо одной поверхности сплошное тело.

Сейчас получают распространение подобные дисплеи низкого разрешения на основе светодиодов (в том числе трёхцветных (RGB), позволяющих получить до 16 млн цветовых оттенков), как простейших, разрешением 3 × 3 × 3 (монохром), так и значительного размера и разрешения. Самый большой подобный дисплей находится в здании ж/д станции Цюриха (Швейцария) — его размеры 5 × 5 × 1 метр, состоит из 25 000 светящихся сфер (16 млн цветовых оттенков каждый) с частотой обновления 25 Гц[18].

Перспективы[править | править вики-текст]

Разработками стереодисплеев разных типов на сегодняшний день занимается множество компаний, в том числе: Alioscopy, Apple, 3D Icon, Dimension Technologies Inc., Fraunhofer HHI, Holografika, i-Art, NewSight[2], StereoPixel[7], DDD, SeeFront, SeeReal Technologies, Spatial View Inc., Tridelity, VisuMotion, Zero Creative (xyZ).

Октябрь 2008 года — компания Philips представила прототип стереодисплея с разрешением 3840 × 2160 точек и с рекордными 46 ракурсами «безопасного» просмотра. Вскоре после этого, однако, Philips объявил о приостановке разработок и исследований в области стереодисплеев.[5]

В апреле 2010 года — компания Samsung Electronics начала конвейерное производство 3D-телевизоров в России на своем предприятии в Калужской области.

Сентябрь 2010 года — компания LG анонсировала первый ноутбук, оснащённый 3D-дисплеем[19].

Октябрь 2010 года — компания Toshiba выпустила телевизоры, оснащённые 3D-дисплеями, не требующие специальных очков. Новая технология использует тонкие линзы на передней части дисплея[20]. Они разделяют изображение от экрана и направляют его на 9 опорных точек перед ТВ (когда пользователь смотрит хотя бы в одну из них, то у него создается впечатление трехмерности). Однако сейчас подобные образцы автостереоскопической техники позволяют сохранить иллюзию трехмерности лишь для сравнительно узкого угла обзора (не более 50 градусов), и научно-исследовательские разработки в этом направлении продолжают все ведущие игроки на рынке.

Безопасность и влияние на здоровье[править | править вики-текст]

Компания Sony признала наличие неприятных побочных эффектов от 3D-фильмов и игр (головокружение, тошнота и др.), и рекомендовала ограничить такие развлечения для детей, особенно до шести лет[21]. Ранее аналогичное предупреждение выпустила компания Samsung. Перечисляется гораздо больше возможных неприятностей от стереокино — включая ухудшение зрения, мышечный тик, головную боль и дезориентацию. Рекомендуется не ставить 3D-телевизоры вблизи лестниц и балконов, чтобы не сломать шею после просмотра. А также не рекомендуется смотреть 3D, будучи в состоянии опьянения, либо беременности.[22][23].

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. 3dnews. Телевизоры 4K/Ultra HD: как, зачем и почему
  2. 1 2 NewSight GmbH — Complete 3D autostereoscopic hardware and software solutions: NewSight
  3. Why 3D?. Philips.com(недоступная ссылка — история). Проверено 19 июня 2008. Архивировано из первоисточника 21 октября 2006.
  4. NewSight MultiView
  5. 1 2 «Картинки рвутся наружу: Status Quo 3D-дисплеев», «Мир 3D», 29.05.2009
  6. Planar: Products: LCD Monitors, Touch Screens and Projectors from Planar Systems — When Image Experience Matters
  7. 1 2 StereoPixel — Стереоочки и программы
  8. :: zalman.com ::
  9. Битва 3D-очков: активные vs пассивные
  10. NVIDIA официально представила технологию 3D Vision iXBT, 09.01.2009
  11. Проба игровых стереоочков eDimensional
  12. 3D TV Display Technology Shoot-Out
  13. В Книгу рекордов Гиннесса внесли огромный LED 3D-телевизор, изготовленный в Украине
  14. Пресс-релиз компании Viasat-Швеция
  15. Guinness World Record
  16. Объемные дисплеи: очередной шаг к массовому производству Компьюлента, 24.12.2008.
  17. Истинно объемное изображение. Computerworld Россия, 06.08.2002
  18. YouTube — Worlds LARGEST 3D Display
  19. Первый 3D-ноутбук фирмы LG, HTnew.ru (29 сентября 2010).
  20. Новые 3D-телевизоры от Toshiba
  21. Terms of Service (англ.). Sony. Проверено 22 февраля 2011.
  22. SAMSUNG 3D TV NOTICE (англ.). SAMSUNG. Проверено 22 февраля 2011.
  23. 3D-tv-warning (англ.). SAMSUNG. Проверено 22 февраля 2011.

Ссылки[править | править вики-текст]