Объёмное телевидение

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Объёмное телевидение — общий термин, соответствующий различным видам телевизионных систем, воспроизводящих в той или иной степени трёхмерный характер окружающего мира[1]. Эти системы должны обеспечивать, по крайней мере, одно из следующих условий восприятия человеком телевизионного изображения:

  • различие конвергенции (скашивания) глаз в зависимости от удаленности (глубины) наблюдаемого объекта (стереоскопические, голографические телевизионные системы);
  • различие аккомодации (фокусировки) глаз в зависимости от удаленности наблюдаемого объекта (голографические телевизионные системы);
  • оглядывание объекта наблюдения при перемещении головы телезрителя (многоракурсные телевизионные системы);
  • изменение положения точки наблюдения в трёхмерном телевизионном пространстве по желанию телезрителя (телевизионные системы со свободной точкой наблюдения — free viewpoint television).

Совершенная система объёмного телевидения обладает двумя новыми качествами, отличающими её от простой телевизионной системы: трёхмерной интерактивностью — возможностью взаимодействия телезрителя с трёхмерным изображением и объёмностью, позволяющей глазам человека работать в естественном режиме, перемещая взор с близких объектов наблюдения на дальние.

Степень совершенства систем объёмного телевидения можно оценивать, пользуясь их классификацией[2][3], на основе геометрической части пленоптической функции[4], которая представляет собой запись распределения интенсивности света внутри пучка лучей на входе оптической системы глаза: P=P(θ, φ, r, x, y, z). Она является функцией шести параметров (измерений), при этом: θ, φ, r — составляют сферическую систему координат с центром в точке наблюдения, а x, y, z — декартовы координаты точки наблюдения. Шесть параметров (измерений) практически полностью определяют конфигурацию (геометрию) системы отображения в пространстве.

Поскольку совершенная система объёмного телевидения должна реализовать полный набор параметров (обладать полной конфигурацией) можно говорить о шестимерности совершенной системы объемного телевидения. С учётом сказанного, в таблице дан пример классификации различных систем телевидения.

№ п/п Параметры Формула (полная) Формула (сокращённая) Телевидение
1 θ, φ 2D(θ, φ) 2D Двумерное (обычное)
2 θ, φ, r 3D(θ, φ, r); 2,5D(θ, φ, r) 3D; [2,5D] Объёмное [стереоскопическое] без оглядывания объектов наблюдения
3 θ, φ, r, x 4D(θ, φ, r, x) 4D(r, x) Объёмное с оглядыванием по горизонтали
4 θ, φ, r, x, y 5D(θ, φ, r, x, y) 5D(r, x, y) Объёмное с оглядыванием по горизонтали и вертикали
5 θ, φ, r, x, y, z 6D(θ, φ, r, x, y, z) 6D(r, x, y, z) Объёмное с произвольным перемещением точки наблюдения
θ, φ – угол места и азимут линии визирования; r – расстояние от точки наблюдения до точки объекта; x, z (горизонтальные), y (вертикальная) – координаты точки наблюдения.

Здесь приведены условные формулы вариантов систем телевидения. Подобная формула 3D(θ, φ, x) (отсутствует в таблице), означает, что мы имеем дело с двумерным изображением θ, φ трёхмерного объекта, при возможности его оглядывания, перемещаясь по горизонтали x. В данном случае в телевизионной системе отсутствует измерение r, то есть, не предусмотрена возможность изменения аккомодации и конвергенции глаз человека при отслеживании объёмного сюжета.

Поскольку наличие угловых координат θ и φ в любой телевизионной системе обязательно, их можно опустить и использовать сокращённую формулу, например, 5D(r, x, z). Последняя обозначает систему объемного телевидения, или телевизора (формулы могут не совпадать) с трёхмерным с глубиной r изображением и возможностью перемещаться в трёхмерном пространстве (трёхмерная интерактивность) в горизонтальной плоскости x, z.

В приведенной системе классификации обычная стереоскопическая (3D — от англ. 3-dimensional -обозначение, принятое в торговле) система будет иметь формулу 2,5D(r).

Такое дробное обозначение нуждается в пояснении. Когда мы направляем свое внимание на определенную зону пространства, задавая дистанцию наблюдения, эта зона выделяется с помощью органа зрения. Выделение по углу происходит благодаря пику разрешающей способности глаза возле линии визирования, а выделение по глубине (дальности) — благодаря аккомодации и конвергенции глаз. Аккомодация (фокусировка) глаза обеспечивает ясное видение в пределах глубины резкости. Конвергенция (скашивание) глаз минимизирует, диспаратность на выбранной дистанции наблюдения, исключая двоение изображения. Если телевизионная система не обеспечивает функций конвергенции и аккомодации глаз, то в ней отсутствует измерение r, если обеспечивает обе функции, можно говорить о наличии этого измерения, если обеспечивается только одна, о 50 % реализации измерения r или о 0,5 r. При наблюдении стереопары конвергенция глаз меняется при переносе внимания с близких точек объекта на дальние, а аккомодация остается неизменной, соответствуя дистанции расположения стереопары. Такая неестественная работа глаз приводит к их повышенному утомлению.

Телевизионные приёмники объёмного телевидения (телевизоры) подразделяются на три типа:

  • с плоским экраном (воспроизводящие обычное плоское телевизионное изображение, но позволяющие с помощью специального пульта (джойстика) реализовать свойство трёхмерной интерактивности);
  • со стереоскопическим экраном (со специальными очками или без очков, например, с лентикулярным растром);
  • объёмного изображения.

В свою очередь телевизоры объёмного изображения подразделяются на два типа:

  • замкнутого (рис. 1);
  • открытого (рис. 2).

Для обоих типов телевизоров объёмного изображения система телевидения может характеризоваться формулой 6D(r, x, y, z).

Images.png Внешние изображения
Рис. 1 Объёмный телевизор замкнутого(аквариумного) типа, замыкает(вырезает) небольшой сферический объём большого телевизионного мира
Image-silk.png http://telenavt.ru/images/vision_article/3.jpg

Для первого (замкнутого, аквариумного) типа точка наблюдения находится в точке физического пространства, внешней по отношению к пространству изображения. В отличие от реального аквариума вы можете менять с помощью джойстика содержание объемного изображения данного сферического терминала (телевизора) в интерактивном режиме, виртуально изменяя координаты x, y, z и перемещаясь, таким образом, в совершенно другую область телевизионного мира. С другой стороны вы можете, при желании обойти свой «аквариум» кругом, приблизиться или удалиться от него, тем самым изменяя свои координаты x, y, z в физическом мире. В обоих случаях центр системы координат x, y, z следует привязать к какой либо выбранной точке объёмного изображения. Описанную схему наблюдения большого телевизионного мира трудно назвать естественной, поскольку мы привыкли видеть окружающий мир без резких ограничений его объёма.

Images.png Внешние изображения
Рис. 2 Объёмный телевизор открытого типа, обеспечивает естественный обзор телевизионного мира из малого виртуального объёма
Image-silk.png http://telenavt.ru/images/vision_article/4.jpg

Для второго (открытого) типа конструкция монитора (телевизора) обеспечивает восприятие объёмного изображения без искусственных ограничений по глубине и с достаточно широким полем зрения. Телезритель находится перед «окном» объемного монитора, причем это окно может быть как небольшого размера, так и охватывать телезрителя вплоть до помещения его в центр сферы объёмного телевизора. В этом случае у телезрителя легко возникает иллюзия присутствия внутри телевизионного изображения, при минимально ощущаемых собственных размерах. Зритель может ощущать себя летящим в виртуальном вертолете, которым он управляет с помощью специального пульта (джойстика). Центр системы координат x, y, z в данном случае также следует привязать к выбранной точке объемного изображения.

Примечания[править | править исходный текст]

  1. Шмаков П. В. Основы цветного и объёмного телевидения. — М.: Советское радио, 1954. — 304 с.
  2. Проект telenavt.ru
  3. Архив рубрик — цифровое телевидение, кабельное телевидение, спутниковое телевидение, радиовещание, реклама, hdtv, iptv, dvb, DRM
  4. Adelson E. H., Bergen J. R. The Plenoptic Function and the Elements of Early Vision // Computational Models of Visual Processing / Ed. by M. S. Landy, J. A. Movshon. — Cambridge, MA: MIT Press, 1991. — P. 3—20. — ISBN 0-262-12155-7