Идея 3D-телевидения так же стара, как мир телевидения и кино. Желание получить трёхмерное изображение и создать иллюзию того, что изображение на экране является чем-то большим, чем просто двухмерная картинка, существует с самого момента зарождения кинематографа и телевещания.
К сожалению, 3D-кино и 3D-телевидение всегда оставались на уровне лёгкого увлечения. И проблема всегда состояла в том, что поиск решений для того, чтобы заставить 3D работать, казался совершенно пустой тратой времени. С появлением HD-экранов ситуация начала улучшаться. В данном материале мы посмотрим, как выглядят современные 3D-телевизоры, рассмотрим принципы их работы, а также поможем вам определиться с наиболее подходящим для вас типом таких телевизоров.
Что такое 3D, и как его снимают?
Производство 3D-контента, по большому счёту, происходит именно так, как вы себе можете это представить. Для съёмок фильма в 2D используется одна камера, а для производства 3D-фильма требуется две камеры. Цель состоит в том, чтобы снять два различных и немного раздельных изображения, которые можно будет затем использовать для того, чтобы левый и правый глаз могли получать немного разные картинки происходящего. Такое действие, по сути, повторяет то, как мы видим естественную трёхмерную картину мира.
Для проведения такой «двойной» съёмки многие теле- и кинокомпании используют специальное оборудование, обеспечивающее одновременную работу двух камер. Устройство снабжено системой точного контроля, которая позволяет настраивать и подстраивать камеры для слаженной работы. Данный процесс сам по себе довольно сложен, кроме того, он требует, чтобы камеры и, в первую очередь, их оптическая составляющая, были практически идентичными – именно это и позволит получить наилучший результат. На рынке также имеется несколько видеокамер, снабжённых двухлинзовой системой съёмки. В частности, такие камеры – как для профессиональной, так и для любительской съёмки – поставляют компании Panasonic и Sony.
Разумеется, есть и другие способы съёмки 3D-видео. К примеру, изображение можно сделать трёхмерным в процессе пост-продакшна, особенно, когда речь идёт о фильмах с большим количеством компьютерных эффектов и графики. Поскольку большое количество фильмов снимается с использованием технологии «зелёный экран», сегодня есть много возможностей создавать то, что принято называть «искусственный 3D».
Во всех случаях готовый 3D-фильм состоит из двух отдельных рядов кадров: один ряд – для левого глаза, второй – для правого. А то, каким образом вы можете смотреть данное видео, определяется типами вещательной системы и системы просмотра, на которые мы и предлагаем обратить более пристальное внимание.
Активная 3D-технология
Активная 3D-технология – это система, которая работает на плазменных и жидкокристаллических экранах и требует наличия специальных активных 3D-очков для просмотра трёхмерного изображения. Сегодня эти очки достаточно лёгкие и удобные в использовании, хотя некоторые производители ещё не совсем довели их дизайн и функциональность до совершенства. Частенько данные очки снабжены аккумуляторным блоком, который заряжается при помощи подключаемого через USB зарядного устройства.
В основе данных очков лежит использование специальных линз с жидкокристаллическим верхним слоем. При прохождении через этот слой электрического напряжения линза практически полностью теряет прозрачность, при отсутствии напряжения прозрачность восстанавливается. Тем не менее некоторые световые потери наблюдаются при смотрении через линзу и в момент отсутствия напряжения в жидкокристаллическом слое, что делает видимое через очки изображение на экране телевизора немного темноватым по сравнению с оригиналом.
Для формирования 3D-кар-тинки телевизор последовательно отображает кадры для левого и для правого глаз. При этом очки затемняют линзу для «ненужного» в данный момент глаза. Частота таких затемнений для каждого раза составляет 24, 25 или даже 30 раз в секунду, поэтому вы практически этого не замечаете. Впрочем, отдельные люди жалуются на некоторое ощущение моргания картинки – именно с этим и связано возникновение головных болей у небольшого количества зрителей, использующих 3D-очки.
Большим преимуществом активной системы является то, что она даёт истинное 1080p 3D изображение. Это значит, что, по крайней мере, в плане качества картинки данная система значительно превосходит пассивную 3D-технологию. Однако многое зависит от конкретной ситуации, и есть много причин для того, чтобы полюбить пассивную 3D-систему.
Пассивная 3D-технология
Наибольшим преимуществом пассивной 3D-технологии является то, что очки, необходимые для просмотра изображения в данной системе, являются безумно дешёвыми по сравнению со стоимостью очков с активным затвором.
Впрочем, при домашнем использовании пассивная 3D-система имеет один большой недостаток: разрешение изображения составляет половину от разрешения картинки в активной 3D-технологии. Причина этого состоит в том, что картинки для обоих глаз должны появляться на экране одновременно. На поверхности жидкокристаллического экрана (плазменных панелей для пассивного 3D не существует) размещён специальный фильтр, который по-разному поляризует каждую из строк, формирующих изображение. Таким образом, телевизор одновременно отображает две картинки (для правого и левого глаза), составляющие 3D-изображение: к одной из них относятся чётные строки, к другой – нечётные. Данный процесс называется «чересстрочная развёртка».
Каждая из двух линз, составляющих пассивные 3D-очки, поляризована таким образом, чтобы соответствовать поляризации того или иного набора строк на экране. Таким образом, каждый глаз видит лишь то, что предназначено конкретно для него. Минусом данной технологии является то, что чересстрочная развёртка снижает разрешение картинки: в пассивной 3D-технологии каждый глаз видит картинку с разрешением 1920 x 540 пикселей.
Таким образом, вы получаете полное разрешение по горизонтали, однако лишь половину – по вертикали. Впрочем, на практике это не составляет такой уж большой проблемы. Большинство зрителей считает, что пассивная 3D-технология намного удобнее для длительного использования, и если вокруг вас есть много любителей смотреть фильмы и спортивные трансляции, данная система является наиболее практичной и доступной.
Как 3D-видео передаётся в телевизионных сетях?
Телевизионные вещатели весьма ограничены в плане имеющейся у них ёмкости, поэтому передача полноценного 3D-сигнала, состоящего из двух отдельных потоков, в общем-то, нереальна. Для того чтобы обойти данную проблему, вещатели используют метод, названный «бок о бок». Данный метод заключается в том, чтобы взять пару из кадров, предназначенных для правого и левого глаза, и разместить их на экране бок о бок таким образом, чтоб вместе они заняли ровно столько же места, сколько на экране телевизора занимает стандартное HD-изображение. Если телезритель смотрит такую трансляцию на экране обычного 2D-телевизора, то он видит две практически идентичные картинки, сдавленные с боков так, что всё на них кажется высоким и тонким. В то же время 3D-телевизор разделяет этот «сдвоенный» кадр на две половинки и отображает их согласно принципам, свойственным использованной в нём системы 3D.
В результате мы получаем 3D-изображение, которое технически имеет HD-качество, однако это качество значительно ниже качества Full HD 3D фильма, воспроизводимого с Blu-ray диска. Тем не менее получаемые результаты весьма хороши, и качество 3D-картинки можно считать приемлемым.
Как работает 3D на Blu-ray дисках?
Гораздо в лучшем положении оказывается 3D-видео, будучи записанным на Blu-ray диск. В этом случае вы можете получить картинку в качестве Full HD 3D с разрешением 1080p, но только в случае использования правильного оборудования: пассивные 3D-системы не могут отображать 3D-видео в формате Full HD, на это способны лишь активные системы.
С ростом популярности 3D была разработана новая система видеокомпрессии, которая позволяет значительно экономить объёмы используемой памяти. В итоге на стандартном диске можно разместить большее количество кадров, что крайне необходимо для 3D. Это, в свою очередь, означает, что на таком диске можно сохранять в формате Full HD оба ряда кадров – для правого и левого глаза, без того сжатия, которое мы видим при трансляции сигнала 3D-телевидения. Запись 3D-видео, даже с использованием новой системы компрессии, всё равно требует значительного пространства на диске, что в итоге приводит к отсутствию на диске места для записи дополнительных материалов. Однако это не является такой уж большой проблемой, поскольку в коробку всегда можно положить второй, дополнительный диск, записанный в HD-формате. Видео, состоящее из двух рядов кадров (для правого и левого глаза), отображается на экране вашего телевизора согласно системе, в которой он работает.
3D-кинотеатры против домашних 3D-систем
Существует несколько конкурирующих между собой 3D-форматов, используемых в кинотеатрах. Каждый из кинотеатров волен выбирать систему на собственное усмотрение. Большинство кинотеатров сегодня использует пассивные 3D-системы, и это означает, что им не приходится тратить деньги на дорогие очки с активным затвором для каждого зрительского места. В то же время первые кинотеатры IMAX 3D использовали активные 3D-очки, таким образом, эта система далеко не чужда кинотеатрам.
Для Dolby-кинотеатров существует система, которая является пассивной по своему характеру, однако требует использования более дорогих очков. Преимущество в использовании данной Dolby-системы состоит в том, что для её использования кинотеатру не приходится проводить замену экрана. Вместо этого используются очки со светофильтрами, «заточенными» под определённую длину световой волны, а также вращающийся фильтр, установленный перед проектором, позволяющие направлять картинки в нужный глаз.
Однако, по большому счёту, доминирующим 3D-форматом для кинотеатров является система RealD, которая использует поляризующие фильтры и недорогие очки. Кадры, предназначенные для левого и правого глаза, проецируются на экран через специальный поляризатор, установленный перед объективом кинопроектора. Система RealD предусматривает отдельную передачу кадров для правого и левого глаза – они передаются друг за дружкой с частотой 144 раза в секунду, а очки с поляризованными линзами перед глазами зрителей приводят к тому, что каждый глаз получает в итоге предназначенное лишь ему изображение.
Компания Sony предлагает облегчённый вариант данной системы, в котором используется 4К-проектор для одновременной передачи изображений для левого и правого глаза, при этом для каждого из глаз предназначается картинка с разрешением 2К.
3D-технология, не требующая специальных очков
У производителей телевизоров во всём мире есть одна общая цель: создать такую систему, которая бы не требовала использования очков при просмотре 3D-видео, но при этом создавала бы зрителю полный эффект трёхмерности. Технически это уже возможно, и телевизоры, использующие такие системы, уже в течение нескольких лет демонстрируются в рамках CES и других телевизионных выставок.
Наибольшей проблемой 3D-систем, не требующих использования очков для просмотра видео, является проблема качества. Безусловно, эти системы способны давать 3D-изображение, однако это далеко не то качество картинки, которое вам хотелось бы видеть. Кроме того, для полного погружения в просмотр такого видео вам придётся смотреть на экран под определённым углом, и эксперты, исследующие качество работы таких систем, после проведения испытаний жаловались на лёгкую косоглазость.
Впрочем, в компании Dolby убеждены, что полноценные 4K/3D-телевизоры, не требующие для просмотра очков, должны начать появляться на рынке в 2015 году. Технология Dolby, разработанная в сотрудничестве с Philips, основана на применении дисплеев с повышенным разрешением, используемым для отображения видео в формате 1080p/3D. Для проведения демонстрации технологии на выставке CES 2014 использовался 8K-телевизор производства Sharp. В компании Dolby утверждают, что в новой технологии сведены до минимума все проблемы прежних систем «3D без очков», включая необходимость сидеть перед экраном в определённой точке.
3D-системы на основе шлемов-масок
Одной из сфер, в которой 3D-видео имеет огромный потенциал, является использование 3D-дисплеев, которые можно носить на лице подобно очкам или шлему. В качестве примеров можно назвать такие устройства, как Oculus Rift и Project Morpheus, которые являются 3D-совместимыми масками-шлемами и могут быть использованы в качестве устройств виртуальной реальности.
Помимо заложенного в эти устройства игрового потенциала, в силу наличия в них отдельных экранов для каждого из глаз, можно предположить их использование в качестве устройств, дающих впечатляющий 3D-эффект. Возможно, поначалу зрителям будет немного некомфортно носить на лице такую маску, и потребуется некоторое время для привыкания к ней, однако данные устройства несут в себе невероятный потенциал для реалистичного 3D-видео.
Есть ли будущее у 3D-телевидения?
Сегодня дополнить телевизор 3D-функцией относительно недорого. Для активных 3D-систем стоимость такого усовершенствования не превышает стоимости активных очков. Это значит, что практически все выпускаемые сегодня телевизоры имеют встроенную опцию 3D. Впрочем, это не отменяет использование маркировки «3D» для повышения продаж.
Поскольку Голливуд продолжает снимать фильмы в 3D, этот формат, несомненно, имеет своё место в домах зрителей. Запрос на новые блокбастеры, снятые и записанные в 3D, существует, хоть он и не так велик, как того хотелось бы Голливуду.
Возможно, в один прекрасный день на смену 3D придёт что-то гораздо лучшее – например, голографическое кино. Однако, судя по всему, этот день настанет ещё не скоро.
Футуристический вертолет проходит низко над головами зрителей, закованные в экзоброню роботизованные морпехи сметают все на своем пути, здоровенный космический шаттл сотрясает воздух ревом двигателей – так близко и устрашающе реально, что непроизвольно вжимаешь голову в плечи.
Недавно вышедший на экраны «Аватар» Джеймса Камерона или трехмерная компьютерная игра заставляют зрителя, сидящего в кресле перед экраном, чувствовать себя участником фантастического действа...
Совсем скоро инопланетные монстры будут прогуливаться в каждом доме, где есть современный домашний кинотеатр.
Но каким же образом плоский экран способен показывать объемную картинку?
Человек в трехмерном объемном пространстве...
Один и тот же объект левым и правым глазом мы видим под разными углами, таким образом формируются два изображения – стереопара. Мозг соединяет обе картинки в одну, которая интерпретируется сознанием как объемная.
Различия в перспективе позволяют мозгу определить размер объекта и расстояние до него. На основании всей этой информации человек получает пространственное представление с правильными пропорциями.
Как возникает объемное изображение
Для того чтобы картинка на экране казалась объемной, каждый глаз зрителя, как в жизни, должен видеть несколько отличающееся изображение, из которых мозг сложит единую трехмерную картину.
Первые фильмы в формате 3Д , созданные с учетом этого принципа, появились на экранах кинотеатров еще в 50-е годы.
Поскольку набирающее популярность телевидение уже тогда составляло серьезную конкуренцию киноиндустрии, дельцы от кинематографа хотели заставить людей оторваться от диванов и направиться в кино, прельщая их визуальными эффектами, которые в то время не мог обеспечить ни один телевизор: цветным изображением, широким экраном, многоканальным звуком и, разумеется, трехмерностью.
Эффект объема при этом создавался несколькими разными способами.
Анаглифический метод (анаглиф – по-гречески «рельефный»). На ранних этапах 3D-кинематографа в прокат выпускались только черно-белые 3D-фильмы. В каждом соответствующим образом оснащенном кинотеатре для их показа использовались два кинопроектора.
Один проецировал фильм через красный фильтр, другой выводил на экран слегка смещенные по горизонтали кинокадры, пропуская их через зеленый фильтр.
Посетители надевали легкие картонные очки, в которые вместо стекол были установлены кусочки красной и зеленой прозрачной пленки, благодаря чему каждый глаз видел только нужную часть изображения, а зрители воспринимали «объемную» картинку.
Однако оба кинопроектора при этом должны быть направлены строго на экран и работать абсолютно синхронно.
В противном случае неизбежно раздвоение изображения и, как следствие, головные боли вместо удовольствия от просмотра – у зрителей.
Подобные очки хорошо подходят и для современных цветных 3D-фильмов , в частности, записанных методом Dolby 3D. В этом случае достаточно одного проектора с установленными перед объективом световыми фильтрами.
Каждый из фильтров пропускает для левого и правого глаза красный и синий свет. Одно изображение имеет синеватый, другое – красноватый оттенок. Световые фильтры в очках пропускают только соответствующие, предназначенные для определенного глаза кадры.
Однако данная технология позволяет добиться лишь незначительного 3D-эффекта , с малой глубиной.
Затворный метод. Оптимален для просмотра цветных фильмов. В отличие от анаглифического этот метод предусматривает попеременную демонстрацию проектором изображений, предназначенных для левого и правого глаза.
Благодаря тому, что чередование изображений осуществляется с высокой частотой – от 30 до 100 раз в секунду – мозг выстраивает целостную пространственную картину и зритель видит на экране цельное трехмерное изображение.
Ранее данный метод назывался NuVision, в настоящее время он чаще именуется XpanD. Для просмотра 3D-фильмов по этому методу используются затворные очки, в которые вместо стекол или фильтров установлены два оптических затвора.
Эти небольшие светопропускающие ЖК-матрицы способны по команде от контроллера менять прозрачность – то затемняясь, то просветляясь в зависимости от того, на какой глаз в данный момент необходимо подать изображение.
Затворный метод используется не только в кинотеатрах: применяется он и в телевизорах, и в компьютерных мониторах. В кинотеатре подача команд осуществляется с помощью ИК-передатчика.
Некоторые модели затворных очков 90-х годов, предназначенных для ПК, подключались к компьютеру с помощью кабеля (современные модели имеют беспроводной интерфейс).
Недостаток данного метода в том, что затворные очки являются сложным электронным устройством, потребляющим электроэнергию. Следовательно, они имеют достаточно высокую (особенно по сравнению с картонными очками) стоимость и значительный вес.
Поляризационный метод. В сфере кино такое решение носит название RealD. Его суть в том, что проектор попеременно демонстрирует кинокадры, в которых световые волны имеют разное направление поляризации светового потока.
В необходимых для просмотра специальных очках установлены фильтры, пропускающие только световые волны, поляризованные определенным образом. Так оба глаза получают изображения с различной информацией, на основании которой мозг формирует объемную картинку.
Поляризационные очки несколько тяжелее картонных, но поскольку они работают без источника электроэнергии, то весят и стоят значительно меньше, чем затворные.
Однако наряду с поляризационными фильтрами, устанавливаемыми на кинопроекторы и в очки, для показа 3D-фильмов по этому методу требуется дорогой экран со специальным покрытием.
На данный момент предпочтение окончательно не отдано ни одному из названных методов. Стоит, однако, отметить, что с двумя проекторами (по анаглифическому методу) работает все меньшее количество кинотеатров.
Как создаются 3D-фильмы
Использование сложных технических приемов требуется уже на этапе съемки, а не только в процессе просмотра 3D-фильмов.
Для создания иллюзии трехмерности каждую сцену необходимо снимать одновременно двумя камерами, с разных ракурсов.
Как и глаза человека, обе камеры размещают близко друг к другу, причем обязательно на одинаковой высоте.
3D-технологии домашнего применения
Для просмотра 3D-фильмов на DVD до сих пор используются простые картонные очки, наследие далеких 50-х. Этим объясняется и скромный результат – плохая цветопередача и недостаточная глубина изображения.
Однако даже современные 3D-технологии привязаны к специальным очкам, и такое положение вещей, по всей видимости, изменится не скоро.
Хотя в 2008 году компания Philips и представила прототип 42-дюймового жидкокристаллического 3D-телевизора, не требующего использования очков, данная технология достигнет своей рыночной зрелости минимум через 3–4 года.
А вот о выпуске 3D-телевизоров, работающих в тандеме с очками, на международной выставке IFA 2009 объявили сразу несколько производителей.
К примеру, Panasonic намерен уже к середине 2010 года выпустить модели телевизоров с поддержкой 3D, так же, как Sony и Loewe, делая ставку на затворный метод.
Компании JVC, Philips и Toshiba также стремятся взойти на «3D-подиум», однако они отдают предпочтение поляризационному методу. LG и Samsung разрабатывают свои устройства на основе обеих технологий.
Контент для 3D
Основным источником трехмерного видеоконтента являются Blu-ray-диски. Контент передается на источник изображения через интерфейс HDMI.
Для этого телевизор и проигрыватель должны поддерживать соответствующие технологии, а также недавно принятый стандарт HDMI 1.4 – одновременную передачу двух потоков данных формата 1080p обеспечивает только он. Пока что устройства с поддержкой HDMI 1.4 можно пересчитать по пальцам.
3D-технологии на компьютере
Первоначально просмотр трехмерного изображения на компьютере был доступен только с помощью очков или специальных шлемов виртуальной реальности. И те и другие были оснащены двумя цветными ЖК-дисплеями – для каждого из глаз.
Качество результирующего изображения при использовании данной технологии зависело от качества применяемых ЖК-экранов.
Однако данные устройства обладали целым рядом недостатков, которые отпугивали большинство покупателей. Кибершлем фирмы Forte, появившийся в середине 90-х, был громоздким, неэффективным и напоминал средневековое орудие пытки.
Скромного разрешения в 640х480 точек для компьютерных программ и игр было явно недостаточно. И хотя позднее были выпущены более совершенные очки, к примеру модель LDI-D 100 фирмы Sony, но даже они были достаточно тяжелыми и вызывали сильный дискомфорт.
Выдержав почти десятилетнюю паузу, технологии формирования стереоизображения на экране монитора вышли на новый этап своего развития. Не может не радовать то обстоятельство, что по крайней мере один из двух крупных производителей графических адаптеров, фирма NVIDIA, разработал нечто инновационное.
Комплекс 3D Vision стоимостью около 6 тыс. руб. включает в себя затворные очки и ИК-передатчик. Однако для создания пространственной 3д картинки при помощи этих очков требуется соответствующее аппаратное обеспечение: ПК должен быть оснащен мощной видеоплатой NVIDIA.
А для того чтобы псевдотрехмерная картинка не мерцала, монитор с разрешением в 1280х1024 точки должен обеспечивать частоту обновления экрана минимум в 120 Гц (по 60 Гц на каждый глаз). Первым ноутбуком, оснащенным данной технологией, стал ASUS G51J 3D.
В настоящее время доступны также так называемые 3D-профили более чем для 350 игр, которые можно скачать с веб-сайта NVIDIA (www.nvidia.ru). В их число входят как современные игры жанра экшн, к примеру Borderlands, так и выпущенные ранее.
В продолжение темы компьютерных игр, альтернативой затворному 3D является поляризационный метод. Для его реализации нужен монитор с поляризационным экраном, например Hyundai W220S.
Объемное изображение становится доступно при наличии любой мощной видеокарты ATI или NVIDIA. Однако при этом разрешение снижается с 1680x1050 до 1680x525 точек, поскольку используется чересстрочный вывод кадров.
По материалам журнала ComputerBild
Раздел постоянно пополняется полезностями:
Напишите свое мнение ниже в комментариях. Обсудим.
В мире все большую популярность набирают технологии объемного изображения. Это и выпуск новых фильмов в 3D формате, и оборудование кинотеатров новыми техническими средствами для просмотра объемных фильмов, и развитие 3D телевидения. И если создание и передача контента в 3D формате не от нас зависит, то приобретение телевизора с такой функцией это уже зависит от покупателя.
Все разработки основываются на особенностях человеческого зрения. У нас есть два глаза расположенные на некотором расстоянии друг от друга, обычно 5-7 см. Каждый глаз видит свое изображение, это можно увидеть, если поочередно закрывать глаза, глядя на одну картинку. Вы увидите, как картинка немного смещается и видно все под несколько другим углом. Вот эта особенность и позволяет нам видеть все в объеме. Наш мозг, получая две картинки немного смещенные, научился совмещать их в одно изображение, но уже объемное. И нам кажется, что мы сразу же видим все в объеме. На самом деле мозг сам обрабатывает увиденное глазами и формирует объемное изображение, то есть он воспринимает расстояние до объекта и понимает глубину пространства.
По такому пути и пошли разработчики 3D телевидения. В основу был положен принцип, по которому для каждого глаза формировалось свое изображение, что бы мозг уже сам сложил их, и мы увидели объемную картинку.
Почти все лидеры в производстве телевизионной техники начали осваивать выпуск 3D телевизоров и другой техники этого формата, как например проигрыватели для дисков с 3D фильмами и другое. Основное развитие в 3D формате получили плазменные и жк LED телевизоры. В силу технологических особенностей плазменные 3D телевизоры показывают лучшее качество, чем LCD 3D телевизоры из-за строгого требования ко времени отклика матрицы (должно быть меньше 3 миллисекунд).
Все современные 3D телевизоры воспроизводят изображение в качестве Full HD . При этом видео выводится поочередно для каждого глаза и, что бы сохранить плавность картинки, нужна кадровая частота минимум в 60 Гц для каждого глаза. То есть общая кадровая частота должна быть не меньше 120 Гц да еще и в каждом кадре должно быть качество Full HD. Отсюда и такое строгое требование ко времени отклика матрицы, как писалось выше, оно должно быть не больше 3 мс.
Внешний вид телеприемника и очков для показа 3D
Для передачи сигнала Full HD сигнала с частотой не меньше 120 Гц может потребоваться применение HDMI 1.4. В телевизорах может еще быть HDMI 1.3.
При таком требовании к видео, выводимом на экран, реализация 3D эффектов возможна только с применением специальных очков. Сейчас все фирмы применяют так называемые активные очки. Эти 3D очки имеют встроенную микросхему и управляются сигналами с телевизора с помощью инфракрасного излучения. В зависимости от изображения на экране очки пропускают сигнал только для одного глаза, а в следующий кадр для другого глаза. Очки одной фирмы не будут работать на телевизоре другой фирмы.
Анаглифические очки
Впервые объемное изображение попытались получить еще в 1853 году в Германии. На экран выводилось изображение в разных цветовых оттенках. Зрителям раздавались очки, линзы которых были окрашены в разные цвета – красный, синий или зеленый. Каждый глаз получал только то изображение, которое было окрашено в цвет линзы на очках. Так каждый глаз видел только свое изображение, и картинка получала объем.
Анаглифические очки
Но недостатки были такими большими, что о применении данной технологии в домашних условиях нельзя было говорить. Изображение было с очень плохой цветопередачей. Из-за тонирования линз в очках картинка получалась с оттенками красного и синего (зеленого). И качество 3D картинки получалось не очень качественным.
Поляризационные очки
Другой технологией, где очки отфильтровывали изображение для каждого глаза, была поляризационная. Здесь уже линзы очков покрывались поляризационными светофильтрами в виде поляризационных пленок. Разделение изображения для левого и правого глаза получалось благодаря поляризации изображения. Поляризация – это когда световые волны имеют разные направления колебаний, по-другому колебания электрического поля световой волны происходит в разных плоскостях. В кинотеатре для этого используют два кинопроектора. Поляризационные очки используют в IMAX 3D и в RealD кинотеатрах.
Поляризационные очки
В очках фильтр на одной линзе пропускает только волны света горизонтально ориентированные, а фильтр на другой линзе пропускает только волны с вертикальной поляризацией. В итоге каждый глаз получает только свою картинку, и мы воспринимаем изображение как объемное. Для того чтобы не терялись контрастность и яркость изображения при наклоне головы, стали применять круговую поляризацию. Здесь уже одно изображение имеет левую поляризацию, а другое – правую.
Использовать эту технологию получения объемного изображения на телевизоре в домашних условиях очень сложно. Из-за этого производители телетехники стали использовать её только в 2011 году. Первой на рынок телевизоров 3D с поляризационной технологией свои модели представила фирма LG со своей разработкой LG Cinema 3D. Увидев определенный интерес к данной технологии у покупателей, свои модели представили и компании Toshiba, Philips, Samsung.
К достоинствам поляризационной технологии можно отнести качественное изображение 3D с хорошей цветопередачей и детальностью. Поляризационные очки получились легкими и удобными без электронной схемы. Отсутствуют перекрестные искажения и мерцания в отличие от активной технологии, поэтому и уменьшена утомляемость глаз.
Недостатком считают уменьшение разрешения по вертикали, потому что в кадре идет чередование строк для левого и правого глаз.
Затворные очки для телевидения 3D
Самая совершенная на сегодня технология получения на телевизоре 3D изображения - это технология с активными очками. В таких очках линзы закрываются специальной электронной схемой управления, находящейся в очках. Линзы состоят из жидких кристаллов, как и матрица телевизора, и схема управления в нужные моменты времени дает сигнал кристаллам пропускать световой поток к глазам поочередно для получения объемной картинки. Управляются очки от телевизора по инфракрасному каналу связи или по Bluetooth. Наиболее сильно данную технологию продвигают Samsung, Sony, Panasonic.
Затворные очки
Потому как для каждого глаза нужно подавать отдельное изображение то в таких телевизорах кадровая частота понижается вдвое. Поэтому телевизоры 3D с активной технологией имеют кадровую частоту 100/120 Гц. Для борьбы с мерцанием изображения кадровую частоту повышают до 200/240 Гц. При этом движения в кадре становятся более равномерными и плавными.
К достоинствам активной технологии можно отнести её надежность и совершенство. Ведущие производители уже успели её отработать и устранить большинство недостатков. Применяется ведущими производителями плазменных и жк телевизоров.
Недостатком являются очки, которые стоят дорого и требуют постоянной замены батареек. Линзы очков задерживают часть светового потока, поэтому может быть тусклым изображение при низкой яркости экрана. Частота кадров в 100/120 Гц при динамических сценах может быть недостаточной.
Безочковые 3D телевизоры
В продаже стали появляться автостереоскопические 3D телевизоры, которым не нужны очки для просмотра объемного телевидения. Но им тяжело конкурировать с другими технологиями, потому что их цена ещё высока и качество изображения не очень высокое. В автостереоскопических телевизорах наносятся на экран прозрачные оптические элементы. Вот они и разделяют изображение для каждого глаза отдельно.
Безочковый 3D телевизор Toshiba 55ZL2
Первый метод получения стереоизображения в таких телевизорах получается путем нанесения множества продольных линз. Называется он – метод лентикулярных линз.
При втором методе перед матрицей жк располагают множество щелевых отверстий. Называется такой метод – параллаксный барьер. В качестве визуальных барьеров используются жидкие кристаллы. Под действием сигнала эти кристаллы поворачиваются и направляют световой поток в нужном направлении. При необходимости этот барьер отключается и можно смотреть обычное 2D телевидение.
3D эффект может быть достигнут, если зритель находится в определенных точках при просмотре. Хорошо, что таких точек много и телевизор можно смотреть и нескольким людям.
Развитие автостереоскопических телевизоров продолжается, и в ближайшие пять лет их доля на рынке будет только расти.
Достоинством такого метода получения объемного изображения можно считать отсутствие очков. А к недостаткам можно отнести выбор определенного места при просмотре.
Дополнительная информация
Источником сигнала для 3D телевизоров может служить проигрыватель, специально предназначенный для воспроизведения 3D дисков. Так же в некоторых странах уже началось вещание отдельных каналов в 3D формате.
На сегодня уже фирмы разрабатывают системы, позволяющие 3D телевизорам преобразовывать в режиме реального времени видео из 2D в 3D. Например, для таких целей Samsung выпустила новый процессор 3D Hyper Real Engine.
Некоторые фирмы говорят о вредном влиянии на здоровье человека при долгом просмотре 3D. Особенно нужно быть аккуратными детям, пожилым людям и беременным женщинам.
Цены на 3D телевизоры будут, конечно, выше чем на обычные LCD LED телевизоры. Например, 3D телевизор с диагональю 40 дюймов примерно будет стоить 2000 долларов. Телевизоры Samsung 9000 серии (9000 серия в линейке Samsung лучше других серий) с диагональю 55 дюймов будет стоить 7000 долларов. Телевизор Sony с диагональю 40 дюймов будет стоить примерно 2400 долларов. К таким телевизорам может понадобиться купить отдельно для каждого члена семьи очки по цене примерно 100-150 долларов и инфракрасный передатчик за 50 долларов. Еще нужно купить специальный проигрыватель и диски с 3D фильмами.
Развитие 3D к 2014 году
Развитие 3D телевидения к 2014 году не сделало каких-то революционных открытий. Идет усовершенствование уже работающих технологий. Многие покупатели не являются большими поклонниками объемного видео. Поэтому производители телевизоров пошли по пути развития разрешения экрана и введения новой технологии OLED.
А что касается 3D, то на сегодня используются технологии требующие очков. Безочковое 3D не получило развитие. Что касается использования очков, то развитие получили и активная технология формирования объемного эффекта и пассивная. Например, Samsung производит телевизоры 3D только по активной технологии. А вот LG продолжает развивать пассивную технологию на своих моделях 2014 года. Фирма Philips применяет как активную, так и пассивную технологию. У многих телевизоров с функцией 3D есть возможность конвертации обычного 2D изображения в 3D.
Что касается цены, то все больше моделей телевизоров среднего класса и даже бюджетного сегмента оснащаются функцией 3D. Поэтому и цены на телевизоры 3D снижаются.
Сегодня для нас уже привычно, что объемное кино можно смотреть и дома. Раньше так называемый стереофильм можно было увидеть лишь в кинотеатре, и то не в каждом. Сейчас эта технология имеет название 3d. Что такое 3d? На самом деле, 3d – это лишь аббревиатура (3 dimensions, то есть 3 измерения). Все, что способен увидеть здоровый человек вокруг – трехмерно, изображение же на экране обычного телевизора – двухмерно. Телевизор с 3d технологией позволяет видеть картинку почти как вживую, в объеме. Однако чтобы достичь такого эффекта, производителям пришлось поработать.
На сегодняшний день очень популярны две технологии 3d для домашнего телевидения: активная и пассивная. В чем их разница? Давайте выясним это.
Технология 3d активная
Чтобы получился красивый и объемный видеоряд, часть производителей решила пойти по пути чередования картинок по времени. Для этого были созданы специальные затворные очки. Такой инструмент для просмотра достаточно сложен и стоит недешево. Очки должны синхронизироваться с сигналом телевизора, в них человек может видеть картинку только одним глазом. Однако это происходит очень динамично. Очки закрывают с помощью затемнения одной линзы просмотр для глаза. Затем через долю секунды – для второго глаза.
Такое мелькание позволяет в результате видеть объемную сцену. Экран телевизора, в свою очередь, меняет изображение, в каждый момент времени, демонстрируя картинку, предназначенную только для одного глаза. Здесь важна синхронность с очками. Образ на экране меняется часто, в среднем – 60 раз в секунду. Соответственно и меняются глаза, которые могут видеть картинку.
Затворные очки требуется подзаряжать, так как они имеют свой обособленный источник питания. Кроме того, затемнение линз приводит к общему затемнению картинки. Что и есть одним из недостатком активного 3d. Чтобы устранить его, кино для просмотра в режиме 3d делают немного ярче.
Если кино качественное, что значит 3d технология была внедрена профессионально, эффект от него будет потрясающим.
Что значит пассивное 3d
Совсем по-другому работает пассивное 3d телевидение. Очки используются простенькие, поляризационные. В комплекте с телевизором, можно получить сразу несколько таких очков, поскольку они дешевы.
Телевизор оснащен особым фильтром, который делит экран построчно. Каждый глаз видит свою картинку, однако не за счет раздела их по времени, а за счет раздела по полосам-строчкам. Правый глаз видит четные строки, левый – нечетные, или наоборот. Поэтому высота экрана становится видимой ровно наполовину. Стоит сказать, что такое 3d лояльнее к нашим кошелькам, поскольку стоит дешевле.
Эксперты отмечают, что при пассивной 3d технологии, глаза зрителя не ощущают слишком сильного дискомфорта. Зато экран будет казаться шероховатым и демонстрировать все неровности и дефекты.
Так что же лучше
Производители по сей день не пришли к единому мнению, какая технология оптимальнее. Поэтому есть бренды, которые выпускают телеоборудование исключительно с активным 3d, есть же те – которые продвигают технологии с пассивным 3d. А есть и те, кто производит телевизоры с обоими принципами внедрения трехмерной картинки.
Недостатки каждого типа 3d технологий можно считать их основы построения.
Недостатки активного 3d
- Активное 3d достигает нужного эффекта за счет смены картинок для каждого глаза по времени. Соответственно, движение процесса на экране замедляется. Как ни крути, а «моргание» забирает какой-то период. Это становится заметно в сценах, где быстрая динамика.
- Глаза не каждого зрителя могут спокойно вынести подобную нагрузку, поэтому некоторые киноманы жалуются на резь в глазах, иногда на головные боли.
- Уменьшение яркости. Любой фильм будет немного темнее, если применять затворные очки.
- Пассивное 3d достигает объема за счет показа каждому глазу одновременно только части картинки (зритель каждым глазом видит только половину экрана). Значит, высота экрана станет меньше вдвое.
- Считается, что качество видео, которое мы видим в телевизорах с пассивным 3d ниже, чем в активном.
- Чтобы кино просматривалось с максимальным погружением, желательно приобретать телевизор подороже, что значит 3d в нем будет наиболее эффектен. А это уже размывает границу в цене между двумя этими технологиями.
- Смотреть кино с близкого расстояния не выйдет полноценно. Желательно рассчитывать, чтобы телевизор не стоял ближе трех метров к зрителю. Что не критично для активно-затворной технологии.
Недостатки пассивного 3d
Выбирая телевизор с 3d, важно не только определиться, каким методом будет формироваться объемное изображение. Нужно также оценить качество цветопередачи. Этот показатель архиважный для тех, кто хочет увидеть воочию, что такое 3d технология. Частота обновления экрана – тоже не последний фактор. Чем она выше, тем эффектней будет просмотр. Однако этот показатель существенно влияет на цену.
Важно также понимать, что хорошего кино выполненного в 3d технологии не так уж и много. Поэтому смотреть ежедневно новый фильм в спец очках вряд ли получится. Хотя, этот недостаток в скором времени будет исправлен, так как объемы 3d-контента растут так же, как и выпуск телевизоров.
Что характерно, люди, которые посмотрели несколько видеоработ на телевизорах с разной 3d технологией, не сходятся в едином мнении, какой из них лучше. Поэтому при выборе нового ТВ, стоит решить для себя, какие недостатки для вас не принципиальны. Только потом, следует покупать оборудование.
- Recovery Mode
Все мы слышали о 3D графике (далее просто 3D, не путать со способом отображения - голограммами, 3D-мониторами и т.п.), многие прекрасно знают, что такое 3D и с чем его едят. Но, все же, есть и те, кто смутно себе представляет, что кроется под этой короткой аббревиатурой. Статья рассчитана на тех, кто не имеет представления о компьютерной графике. Также будет немного экскурса в историю компьютерной графики (в следующих планируемых частях).
Почему именно 3D? Как нетрудно догадаться, речь идет о 3 Dimension, или о трех измерениях. И не обязательно при этом, чтобы и отображение было в 3D. Речь идет о способе построения картинки.
Часть 1. Собственно, моделирование
Традиционно рисуют в 2D (по осям X и Y) - на бумаге, холсте, дереве и т.п. При этом отображают какую-то одну из сторон предмета. Картинка сама по себе плоская. Но если мы хотим получить представление обо всех сторонах предмета, то необходимо нарисовать несколько рисунков. Так поступают в традиционной рисованной анимации. Но, вместе с тем, существует, (кстати, в СССР была довольно хорошо развита) т.н. кукольная анимация. Один раз изготовленную куклу снимают в необходимых позах и ракурсах, получая серию «плоских картинок». 3D (к X и Y добавляется координата глубины Z) визуализация - это те же «куклы», только существующие в цифровом виде. Другими словами, в специальных программах (Blender, 3ds Max, Maya, Cinema 4D и т.п.) создается объемное изображение, например авто.
Преимущество данного метода в том, что в распоряжении, скажем, аниматора есть объемная модель, необходимо лишь поместить ее должным образом в кадр, анимировать (задать траекторию передвижения или рассчитать с помощью симулятора) при необходимости, а уж отображение авто в финальной картинке ложится на специальную программу называемую визуализатором (render). Еще одно преимущество в том, что модель достаточно нарисовать один раз, а потом использовать в других проектах (скопировав), изменять, деформировать и т.п. по своему усмотрению. Для обычного 2D рисунка, в общем случае, такое невозможно. Третье преимущество - можно создавать практически бесконечно детализированные модели, например смоделировать даже винтики на часах и т.п. На общем плане этот винтик может быть и неразличим, но стоит нам приблизить камеру, программа-визуализатор сама рассчитает, что видно в кадре, а что - нет.
Существует несколько способов моделирования, но самым популярным является полигональное моделирование. Нередко можно увидеть в роликах о 3D или фантастических фильмах как тот или иной объект представляется в виде т.н. сетки. (см. рисунок выше) Это и есть пример полигонального моделирования. Суть его в том, что поверхности представляются в виде простых геометрических двумерных примитивов. В компьютерных играх это треугольники, для других целей обычно используют четырехугольники и фигуры с большим кол-вом углов. Эти примитивы, из которых состоит модель, называют полигонами . Но при создании 3D объекта стараются обойтись, как правило, четырехугольниками. При необходимости четырехугольники (полигоны) без проблем превращаются в треугольники при экспорте в игровой движок, а при необходимости сглаживания или тесселяции модель из четырехугольников получается, как правило, без артефактов.
Что такое тесселяция? Если какой-то объект представляется в виде полигонов (особенно органические объекты, например человек), то понятно, что чем меньше размер полигонов, чем их больше, тем более близкой может быть модель к оригиналу. На этом основан метод тесселяции: сначала изготавливают грубую болванку из небольшого кол-ва полигонов, затем применяют операцию тесселяции, при этом каждый полигон делится на 4 части. Так вот, если полигон четырехугольный (а еще лучше, близок к квадрату) то алгоритмы тесселяции дают более качественный и предсказуемый результат. Также операция сглаживания, а это та же тесселяция, только с изменением углов на более тупые, при близких к квадрату полигонах, позволяет получить хороший результат.
Как было сказано выше, чем больше полигонов, тем более модель может (может, потому, что модель должна быть еще похожа на оригинал, а это вопрос мастерства моделера, а не полигонов) походить на оригинал. Но у большого кол-ва полигонов есть обратная сторона: понижение производительности. Чем больше полигонов, тем больше точек по которым они строятся, тем больше данных приходится обрабатывать процессору. Поэтому 3D графика - это всегда компромисс между детализацией модели и производительностью. В связи с этим даже возникли термины: hight poly и low poly, соответственно высоко полигональная модель и низко полигональная модель. В играх применяются низко полигональные модели, так как в них выполняется визуализация в реальном времени. Кстати, модели в играх представлены треугольниками для повышения производительности: графические процессоры умеют на аппаратном уровне быстро обрабатывать сотни миллионов треугольников за секунду.
Как правило, полигональное моделирование относится к пустотелому моделированию, где объект имеет только объем, но внутри пустой. Это означает, что если мы смоделируем куб, а потом удалим одну из стенок, то увидим внутри пустоту. Также имеются программы для твердотельного моделирования, где тот же самый куб представлен в виде монолитного объекта. В таких программах (к примеру, Autodesk Inventor) применяются математические модели отличные от тех, что в полигональном моделировании. Алгоритмы твердотельного моделирования лучше подходят для моделирования механизмов при разработке техники. Программы вроде Autodesk Inventor имеют средства для моделирования с учетом особенностей технологического процесса, как то фаски, сверление отверстий, проставление размеров, допусков и т.п. Получаемые модели можно сразу отправить на подходящий станок для получения изделия в металле или другом материале.
Также существуют так называемые программы 3D лепки (ZBrush, Autodesk Mudbox) в которых моделирование сводится (грубо говоря) к созданию углублений или выпуклостей. Такая техника похожа на то, как скульпторы лепят из глины - убирая ненужное и добавляя необходимое. С помощью таких программ можно добиться реалистичного рельефа поверхности, например морщин на коже или складок ткани. В настоящее время высокополигональные (а для лепки модель должна обладать солидным кол-вом полигонов) реалистичные модели людей и вообще животного мира выполняются, в большинстве своем, с применение программы лепки. Распространена практика когда заготовка модели создается с помощью полигонального моделирования, а затем в программе лепки тесселируется и добавляются мелкие детали.
Но вот у нас есть готовая модель, скажем, танка. Но на танк, собственно, она не совсем похожа. В чем же тут дело? На данном этапе у нас всего лишь математическая модель содержащая данные только о геометрической форме. Но у реального объекта кроме формы есть еще и цвет, плотность, отражающая способность, и, возможно, запах. Последнее пока в 3D графике не применяется, а вот все остальное можно смоделировать. Придание модели нужного цвета и блеска называют текстурированием, от слова текстура.
В общем случае текстура - это двумерный рисунок который накладывается на 3D модель. Текстура может быть как процедурной - сгенерированной при помощи алгоритма, так и нарисованная в графическом редакторе, или фотографией реального объекта. С помощью текстуры задается рисунок и цвет модели, но реальная поверхность обладает и другими параметрами: отражающей способностью, преломлением, рельефом, позрачностью и т.п. Все эти параметры задаются в свойствах материала. Т.е. материал с точки зрения 3D графики - это некая математическая модель описывающая параметры поверхности. Например, для воды обязательно необходимо указать прозрачность и преломляющую, отражающую способности.
Перед «нанесением» материала на 3D модель необходимо создать ее развертку, т.е. представить все (несколько, одну) поверхности в виде проекции на плоскость. Это необходимо для того, чтобы затем двумерная текстура правильно «лягла» на модель.
Таким образом изготовление 3D модели в общем случае состоит из следующих стадий:
1. Получение изображений референса (т.е. того, с чего будет моделироваться) или самого референса. Или отрисовка экскиза.
2. Моделирование геометрии на основе референса.
3. Создание развертки.
4. Отрисовка текстур или получение их другим способом в виде файлов.
5. Настройка параметров материала (текстуры, преломление, отражение, прозрачность).
Теперь 3D модель готова для визуализации - получении картинки.
Первый и четвертый пункт могут быть быть опущены если модель простая, но, как правило, хороших результатов без всех 5 шагов не добиться.
Подытожим.
Между обычным рисунком, скажем, на бумаге, и построением 3D изображения есть существенные различия в самом процессе. Двумерный рисунок, как правило, создается в два этапа: эскиз и раскрашивание. В 3D графике после изготовления модели ее необходимо поместить в сцену к другим объектам (или в так называемую студию), добавить освещение, камеру и лишь затем можно надеяться получить финальную картинку. Изображение в 3Dграфике просчитывается на основе физической модели, как правило, это модель распространения луча света с учетом отражения, преломления, рассеивания и т.п. Рисуя красками мы сами отрисовываем тени, блики и т.д., а в трехмерной графике мы подготавливаем сцену с учетом освещения, материалов, геометрии, свойств камеры, программа рассчитывает итоговую картинку сама.
Вот, на сегодня пока и все. Комментарии, а особенно вопросы и замечания по существу приветствуются.
P.S. В следующих частях (если Хабрабществу будет интересно) мы более подробно поговорим о трехмерном моделировании для игр, будет затронута визуализация, моделирование динамических сред, таких как вода, разрушение объекта и затронем динамическое взаимодействие между 3D объектами, историю 3D графики.
