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.
Статьи «Цифровое телевидение: что это такое?» и «Мобильное телевидение: что это такое?», опубликованные нами в прошлом году, познакомили читателей с основами современных телевизионных технологий. Продолжая раскрывать тему, переходим к наиболее актуальной инновации наших дней: 3D-телевидению.
В последние годы на рынке видеоаппаратуры громко заявила о себе тенденция перехода от плоской картинки к объемной. Эффекты 3D востребованы как в развлекательном кино (как заметил по этому поводу знаменитый кинорежиссер Вуди Аллен, «я люблю стереофильмы, потому что трехмерные женщины выглядят лучше двухмерных»), так и в научных телепрограммах, особенно образовательных. Создание нового контента было начато с фильма «Аватар», и сегодня процесс развивается лавинообразно.
В ассортименте всех крупнейших производителей цифровой электроники, таких, как Sony, Samsung, Panasonic, Toshiba и др., уже присутствуют 3D-модели (англ. 3Dimensional — трехмерный). Ожидается, что такие телевизоры будут всего на 20% дороже моделей Full HD с сопоставимыми диагоналями экранов.
Владельцы техники для просмотра объемного видео должны позаботиться еще и об аппаратуре для воспроизведения 3D-контента. Чаще всего для этой цели сейчас используют совместимые с телевизорами проигрыватели Blu-ray с опцией воспроизведения сигналов 3D.
В чем суть
Большинство существующих сегодня методов формирования объемного изображения используют физиологические особенности зрения. Природа наделила человека бинокулярным зрением — парой глаз, расположенных на расстоянии 60-70 мм друг от друга. Мы видим мир одновременно с двух точек наблюдения, причем изображения, формирующиеся в левом и правом глазах, слегка отличаются. Каждый глаз получает вид одной и той же области окружающего пространства с немного разных углов и передает в мозг уникальную визуальную информацию. При одновременном поступлении двух изображений они соединяются в единое, существенно отличающееся от исходных.
Эти два изображения принято называть стереопарой. Анализируя различия между изображениями стереопары, мозг человека получает информацию об объеме и удаленности наблюдаемых объектов. Полученная картинка — это не просто сумма двух составляющих, а стереоизображение, в котором объекты воспроизводятся в трех пространственных измерениях — по ширине, высоте и глубине. Именно восприятие глубины позволяет оценивать расстояние до окружающих нас объектов.
Для создания стереоэффекта используется принцип раздельного просмотра — левому глазу демонстрируется «левое» изображение стереопары, а правому — «правое». Различия заключаются в том, каким образом достигается разделение изображений стереопары.
Надеваем 3D очки
Рассмотрим сначала те из них, которые требуют для просмотра наличия специальных очков, поскольку пока именно они преобладают в представленных на рынке моделях телевизоров.
Первый способ — анаглифический (по-гречески «рельефный») известен уже более ста лет. Он используется в кинотеатрах, где перед объективом проектора устанавливаются световые фильтры, каждый из которых пропускает красный или сине-зеленый свет (для каждого глаза свой). Для разделения изображений при просмотре используются специальные картонные очки с установленными вместо стекол красным (для одного глаза) и сине-зеленым (для другого) световыми фильтрами. Однако сейчас такой способ практически не применяется из-за весьма скромных результатов цветопередачи объемности.
Другой способ — поляризационный, когда в специальном проекционном устройстве или на ЖК-экране формируется изображение с различной поляризацией света: например, «левый» кадр имеет горизонтальную поляризацию, а «правый» — вертикальную. Стекла используемых при этом способе специальных пассивных очков являются поляризационными фильтрами, причем плоскость поляризации каждого из стекол такая же, как и у соответствующих кадров стереопары. В результате при просмотре последовательности кадров левый глаз видит только «левые» кадры, а правый — только «правые».
Поляризационный способ позволяет получить цветное объемное изображение хорошего качества, однако он сложен в реализации, так как требует наличия дорогого экрана со специальным покрытием и существенного повышения яркости изображения, поскольку до 70% света поглощается поляризационными фильтрами. В связи с этим в телевидении такой способ практически не применяется.
Именно поэтому сегодняшние решения для 3D-телевидения основаны на третьем способе, называемом затворным. Он предусматривает попеременную демонстрацию изображений, предназначенных для левого и правого глаза. Благодаря тому, что чередование кадров осуществляется с высокой частотой, мозг выстраивает целостную пространственную картину и зритель видит на экране цельное трехмерное изображение.
Для просмотра по этому методу используются активные очки, в которых вместо стекол и фильтров (в пассивных очках) встроены два активных жидкокристаллических затвора (Active Shutter). Эти светопропускающие ЖКматрицы способны по команде процессора изменять свою прозрачность, то, затемняясь, то, просветляясь, в зависимости от того, на какой глаз в данный момент необходимо направить свет.
Ранние модели затворных очков, предназначенных в основном для компьютеров, подключались к ним с помощью кабеля. Сейчас почти все производители стереотелевизоров используют для их связи с очками инфракрасное излучение (как в пультах дистанционного управления). Поэтому все современные модели телевизоров имеют беспроводной ИК-интерфейс, через который происходит управление коммутацией и синхронизация затворных очков.
Этот способ позволяет получить высокое качество разделения кадров и хорошее разрешение. Однако для его полной реализации требуются устройства, способные работать на высоких частотах обновления (смены кадров). Ведь каждый глаз в этом случае видит изображение с пониженной вдвое частотой, поэтому возможно появление мерцания.
Частота отображения кадров, при которой мерцания незаметны, зависит от ряда факторов, в частности от соотношения длительностей интервалов активной части кадра и гашения. В телевидении изображение появляется на экране на 18,4 мс с перерывом всего в 1,6 мс, и мерцания при этом незаметны.
В случае с ЖК-очками интервал гашения практически равен активному интервалу. Если частота обновления составляет 100 Гц, то каждый глаз видит такую картинку: изображение — 19 мс, черный экран — 21 мс, и в этом случае появление мерцания неизбежно. Для устранения этого нежелательного эффекта требуется частота обновления не менее 120 Гц. В последних моделях телевизоров ведущих производителей частота смены кадров достигает 200, 400, 600 и даже 800 Гц.
Еще один современный «очковый» метод получения объемного изображения связан с появлением DLP-устройств (англ. Digital Light Processing — цифровая обработка света). В этих цифровых решениях используются встроенные быстродействующие DMP-устройства (англ. Digital Micromirror Device — цифровое микрозеркальное устройство), создающее «левые» и «правые» изображения, на основании которых и формируется стереоизображение высочайшего класса.
Формат DLP-3D основан на алгоритме Smooth Picture фирмы Texas Instruments. Технология DLP использует часть кадра Smooth Picture для генерации независимых визуальных представлений для левого и правого глаза. Сигнал формируется для каждого полукадра и по оптическому кабелю передается на затворные очки, которые преобразуют сигнал и попеременно управляют положением затвора таким образом, чтобы «левое» и «правое» изображения попадали в «нужные» глаза зрителя.
Преобразованные в цифровую форму эти изображения (исходная стереопара) затем фильтруются и прореживаются по диагонали, что приводит к образованию шахматного рисунка, состоящего из клеток левого и правого представлений в стандартном ортогональном дискретизированном формате, которые затем накладываются друг на друга и получается комбинированное чередование пикселов «левых» и «правых» изображений.
Описанный формат, в отличие от других затворных технологий, сохраняет и горизонтальное, и вертикальное разрешения изображения, обеспечивая тем самым высокое качество изображения.
Для полноты картины расскажем еще об одном «очковом» способе получения объемных изображений, применяемом пока только в компьютерных мониторах для компьютерных игр. Корпус такого монитора заметно толще корпуса обычного ЖК-монитора, так как в нем установлены сразу две ЖК-матрицы с разрешением 1680x1050 пикселов — так называемые передний и задний экраны. Задний экран по конструкции аналогичен дисплею обычного ЖК-монитора: он представляет собой ЖК-матрицу, помещенную между двумя поляризационными фильтрами. Передний же экран этих фильтров лишен, поскольку он не предназначен для изменения интенсивности светового потока, а служит для поворота на заданный угол плоскости поляризации света, исходящего от заднего экрана, причем позволяет изменять ее для каждого пиксела в отдельности.
Человеческий глаз, в отличие от органов зрения некоторых насекомых, не различает поляризацию света, поэтому влияние на изображение переднего экрана практически невозможно заметить. Однако стоит надеть специальные поляризационные очки, фильтры которых расположены под углом 90° друг к другу, как картина полностью меняется. Количество попадающего в глаза света от каждого пиксела, сформированного задним экраном, зависит не только от его яркости, но и от угла плоскости поляризации, заданного передним экраном.
Таким образом, каждый пиксел заднего экрана одновременно отображает оба кадра стереопары, а передний экран разделяет получаемый свет так, что через специальные поляризационные очки каждый глаз видит только предназначенные ему кадры стереопары. Иными словами, каждый пиксел заднего экрана принадлежит обоим кадрам, а передний экран определяет, какая часть его яркости должна быть воспринята одним глазом, а какая — другим.
К достоинствам такого метода можно отнести сохранение полного разрешения, а к недостаткам — двухкратное падение яркости в стереоскопическом режиме.
Текст: Александр Пескин, доцент МГТУ
им. Н.Э.Баумана
3D телевизоры предлагают чувство глубины, которое стандартные 2D телевизоры демонстрировать не могут. Правда для этого вам понадобятся специальные очки.
Если вы получили удовольствие от просмотра таких фильмов, как Аватар или Хоббит в 3D кинотеатре или IMAX, то вы вполне можете получить схожие впечатления, сидя у себя дома с 3D телевизором.
Все лучшие бренды телевизионной техники, включая Samsung, LG, Philips, Sony предлагают 3D модели. Но держите в голове, что, как и в кинотеатре, вам не обойтись без специальных очков для просмотра, и ощущения от просмотра могут сильно отличаться.
Как работает 3D телевизор?
Телевизоры поляризуют изначальные 3D картинки в отдельные изображения. Если смотреть своими глазами, картинка покажется расплывчатой, но стоит только одеть 3D очки, отдельные изображения направляются либо в левый, либо в правый глаз, создавая впечатление глубины.
Имейте в виду, что такого понятия как эксклюзивный 3D телевизор не существует, вместо этого есть телевизоры, оснащенные функцией 3D. Вы можете использовать их также для просмотра обычного 2D телевизионного сигнала, но помимо этого вам будут доступны 3D видео через Blu-ray проигрыватели и через некоторые Smart TV сервисы.
3D телевизоры: что вам нужно о них знать
Размер экрана: вы можете найти 3D функцию на различных телевизорах разного ценового диапазона, но для того, чтобы поистине насладиться этим изображением, вам нужен большой экран, в данном случае чем больше, тем лучше. 3D не всегда работает хорошо на маленьких телевизорах, поэтому минимальный размер, который мы рекомендуем, это 32 дюйма.
Расстояние для просмотра: лучшее изображение 3D открывается с оптимальной дистанции. Измерьте четыре расстояния высоты вашего телевизора и проверьте, что вы сидите на этом расстоянии до вашего телевизора. Если вы смотрите телевизор под углом 45 градусов, то 3D эффект скорее всего будет плохо заметен, и другие проблемы с качеством изображения также возможны (смотрите ниже раздел «на что похоже 3D изображение»).
Очки: вам нужно надеть очки, чтобы смотреть 3D, так что убедитесь, что вам в них максимально комфортно. Не всегда 3D телевизоры продаются с подходящими очками в комплекте, в других случаях в комплекте может идти меньше очков, чем нужно для вашей семьи, проверьте наличие и количество очков до покупки. Если вы носите свои очки, то можете чувствовать дискомфорт, надевая 3D очки поверх своих. Вы можете отдельно приобрести накладные 3D линзы для своих привычных очков.
Активная 3D или пассивная 3D: что купить мне?
Существуют две основные 3D технологии – активная и пассивная – и каждая имеет свои за и против. Крупные производители телевизоров применяют обе эти технологии, хотя LG преимущественно сфокусировался на пассивной 3D, а Panasonic, Samsung и Sony, наоборот, на активной.
Пассивная 3D технология: если вы были в кинотеатре на просмотре 3D фильма, вы уже знакомы с пассивной 3D технологией. Одевая похожие на солнцезащитные очки, каждый глаз видит различный поляризованный свет. Далее ваш мозг сопоставляет оба эти изображения, и формируется 3D картинка. Пассивные очки дешевые в производстве, и несколько пар уже как правило идет в комплекте с телевизором, но пассивное 3D изображение не такое детальное, как активное 3D.
Активная 3D технология: телевизоры с активной 3D технологией обладают более высоким разрешением 3D изображений. Очки синхронизируются с телевизором через инфракрасный или Bluetooth сигнал и часто переключаются туда-сюда, направляя изображения то в правый, то в левый глаз зрителя. Эти очки более тяжелые и громоздкие по сравнению с пассивными 3D очками, к тому же они более дорогие; если вам придется менять их, стоимость составит от 1 500 до 6 000 рублей.
3D контент: Что можно посмотреть в 3D?
От роста популярности 3D технологию сдерживает отсутствие большого выбора 3D контента, в частности, бесплатных 3D программ на телевидении.
Некоторые провайдеры спутникового телевидения предлагают выбор 3D фильмов и передач, но это платная услуга. Некоторые телевизоры способны преобразовывать 2D контент в 3D, но, по нашему мнению, эффект такого изображения не вполне соответствует ожиданиям пользователей. Вы также можете купить или взять на прокат Blu-ray диск с 3D фильмом, если у вас имеется совместимый Blu-ray проигрыватель, но имейте в виду, что диски и проигрыватели с 3D стоят немного дороже, чем обычные не-3D аналоги.
Трёхмерной модели сцены на плоскость (например, экран компьютера) с помощью специализированных программ. Однако с созданием и внедрением 3D-дисплеев и 3D-принтеров трёхмерная графика не обязательно включает в себя проецирование на плоскость.
Применение
Трёхмерная графика активно применяется для создания изображений на плоскости экрана или листа печатной продукции в науке и промышленности , например, в системах автоматизации проектных работ (САПР; для создания твердотельных элементов: зданий, деталей машин, механизмов), архитектурной визуализации (сюда относится и так называемая «виртуальная археология »), в современных системах медицинской визуализации .
Самое широкое применение - во многих современных компьютерных играх , а также как элемент кинематографа , телевидения , печатной продукции .
Трёхмерная графика обычно имеет дело с виртуальным , воображаемым трёхмерным пространством, которое отображается на плоской, двухмерной поверхности дисплея или листа бумаги. В настоящее время известно несколько способов отображения трёхмерной информации в объемном виде, хотя большинство из них представляет объёмные характеристики весьма условно, поскольку работают со стереоизображением. Из этой области можно отметить стереоочки, виртуальные шлемы, 3D-дисплеи, способные демонстрировать трёхмерное изображение. Несколько производителей продемонстрировали готовые к серийному производству трёхмерные дисплеи . Но, чтобы насладиться объёмной картинкой, зрителю необходимо расположиться строго по центру. Шаг вправо, шаг влево, равно как и неосторожный поворот головы, карается превращением трёхмерности в несимпатичное зазубренное изображение. Решение этой проблемы уже созрело в научных лабораториях. Германский Институт Фраунгофера демонстрировал 3D-дисплей, при помощи двух камер отслеживающий положение глаз зрителя и соответствующим образом подстраивающий изображение, в этом году [когда? ] пошёл ещё дальше. Теперь отслеживается положение не только глаз, но и пальца, которым можно «нажимать» трёхмерные кнопки. А команда исследователей Токийского университета создали систему, позволяющую почувствовать изображение. Излучатель фокусируется на точке, где находится палец человека, и в зависимости от его положения меняет силу акустического давления. Таким образом, становится возможным не только видеть объемную картинку, но и взаимодействовать с изображенными на ней предметами.
Однако и 3D-дисплеи по-прежнему не позволяют создавать полноценной физической, осязаемой копии математической модели, создаваемой методами трёхмерной графики.
Развивающиеся с 1990-х годов технологии быстрого прототипирования ликвидируют этот пробел. Следует заметить, что в технологиях быстрого прототипирования используется представление математической модели объекта в виде твердого тела (воксельная модель).
Создание
Для получения трёхмерного изображения на плоскости требуются следующие шаги:
- моделирование - создание трёхмерной математической модели сцены и объектов в ней;
- текстурирование - назначение поверхностям моделей растровых или процедурных текстур (подразумевает также настройку свойств материалов - прозрачность, отражения, шероховатость и пр.);
- освещение - установка и настройка ;
- анимация (в некоторых случаях) - придание движения объектам;
- динамическая симуляция (в некоторых случаях) - автоматический расчёт взаимодействия частиц, твёрдых/мягких тел и пр. с моделируемыми силами гравитации , ветра , выталкивания и др., а также друг с другом;
- рендеринг (визуализация) - построение проекции в соответствии с выбранной физической моделью;
- композитинг (компоновка) - доработка изображения;
- вывод полученного изображения на устройство вывода - дисплей или специальный принтер.
Моделирование
Схема проецирования сцены на экран компьютера
Наиболее популярными пакетами сугубо для моделирования являются:
- Robert McNeel & Assoc. Rhinoceros 3D ;
Для создания трёхмерной модели человека или существа может быть использована как прообраз (в большинстве случаев) Скульптура .
Текстурирование
SketchUp
Визуализация трёхмерной графики в играх и прикладных программах
Есть ряд программных библиотек для визуализации трёхмерной графики в прикладных программах - DirectX, OpenGL и так далее.
Есть ряд подходов по представлению 3D-графики в играх - полное 3D, псевдо-3D.
Такие пакеты даже не всегда дают пользователю оперировать 3D-моделью напрямую, например, есть пакет OpenSCAD , модель в котором формируется выполнением формируемого пользователем скрипта, написанного на специализированном языке.
Трёхмерные дисплеи
Трёхмерные, или стереоскопические дисплеи , (3D displays, 3D screens) - дисплеи, посредством стереоскопического или какого-либо другого эффекта создающие иллюзию реального объёма у демонстрируемых изображений.
В настоящее время подавляющее большинство трёхмерных изображений показывается при помощи стереоскопического эффекта, как наиболее лёгкого в реализации, хотя использование одной лишь стереоскопии нельзя назвать достаточным для объёмного восприятия. Человеческий глаз как в паре, так и в одиночку одинаково хорошо отличает объёмные объекты от плоских изображений [ ] .
Стереоскопические дисплеи
Методы технической реализации стереоэффекта включают использование в комбинации со специальным дисплеем поляризованных или затворных очков , синхронизированных с дисплеем, анаглифических фильтров в комбинации со специально адаптированным изображением.
Существует также относительно новый класс стереодисплеев, не требующих использования дополнительных устройств, но имеющих массу ограничений. В частности, это конечное и очень небольшое количество ракурсов, в которых стереоизображение сохраняет чёткость. Стереодисплеи, выполненные на базе технологии New Sight x3d , обеспечивают восемь ракурсов, Philips WOWvx - девять ракурсов. В октябре 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
Что такое 3D?
3D (читается как три дэ) – это собирательный образ, который включает в себя множество понятий. Чаще всего под ним подразумевают технологию по созданию и отображению объемного изображения.
Обычно на мониторе или телевизоре человек видит плоскую картинку, т.к. сам экран плоский и имеет всего два измерения – ширину и высоту. В окружающем нас мире присутствует еще и третье измерение – глубина. Человек легко отличает плоскую картинку от действительности.
Поэтому инженеры ищут различные способы создания искусственного изображения, которое имело бы 3 измерения, и было бы максимально приближено к реальности.
Такое изображение стали называть 3D-изображением . Название произошло, если не ошибаюсь, от словосочетания на английском языке «third dimension» - третье измерение – 3D.
В упрощенном виде зрение человека можно представить следующим образом.
Каждый глаз получает свое изображение, причем эти изображения разные, а мозг уже «собирает» из этих двух изображений объемную картинку. Благодаря этому мы можем воспринимать все три измерения. Картинку с экрана оба глаза видят одинаково, поэтому мы понимаем, что это плоское изображение.
В связи с таким устройством нашего зрения основным подходом для создания трехмерных изображений, приближенных к реальным, стал метод создания разных изображений для каждого глаза.
Одним из примеров могут служить стереокартинки или стереограммы .
При обычном взгляде на них видно всего лишь размытое неопределенное цветное пятно. Однако, при расфокусировании зрения, когда глаза будут получать разное изображение, мозг «сложит» эти изображения и вы «увидите» 3D картинку.
Вот пример таких картинок и несколько способов, как научится расфокусировать глаза http://illuziya.com/index.php/site/comments/n_539/ .
Я сам мог смотреть такие картинки, когда учился в школе, теперь уже не могу, не получается правильно расфокусировать глаза.
Как вы видите, такой способ имеет существенные недостатки: не все люди могут научиться видеть такие картинки, для меняющейся картинки (игры или фильма) такой способ не подойдет.
Следующий способ – это создание картинок отдельно для левого и правого глаза и затем показ их соответственно для левого и правого глаза. Этот способ используют в основном в кинотеатрах.
Создание отдельных картинок делается относительно просто – с развитием цифровых технологий фильм сразу снимают на две рядом стоящие камеры или специальным способом разделяют обычный кадр на 2 – для каждого глаза. В самом кинотеатре зритель должен одеть специальные очки, которые позволяют каждому глазу видеть только «свое» изображение. В результате зритель видит объемное изображение.
Такие специальные очки бывают нескольких типов. Один из них – это поляризационные очки .
Поляризация света – это специальное преобразование обычного света. Поляризация используется в науке и технике, но иногда находит применение и в обычной жизни.
При использовании поляризации свет от кинопроектора изменятся таким образом, чтобы лучи, направленные на экран, например, через левый объектив, воспринимались только левым глазом и полностью гасились для правого глаза, а для правого объектива - наоборот. Для таких очков надо создавать два отдельных изображения.
Такие очки используют, например, в кинотеатрах IMAX 3D . Для этого способа нужно дорогостоящее оборудование, но для зрителя такая картинка лучше всех других способов и дополнительная нагрузка на глаза (по сравнению с обычным кинотеатром) минимальна.
Другой тип очков – это анаглиф .
Это такие очки, у которых стекла разного цвета, обычно левое красного, а правое синего цвета. Могут быть и другие цвета.
Вот пример таких очков:
Для таких очков используют одно модифицированное изображение.
Общий смысл модификации такой – к основному изображению создаются 2 дополнительных, которые окрашиваются в красный и синий оттенки, и которые смещаются влево и вправо от основного на некоторое расстояние. Потом основное и дополнительные изображения совмещают особым образом.
Также можно создавать картинку–анаглиф из двух картинок. Например, для фото, снятых из двух рядом стоящих точек. В интернете по запросу «как сделать анаглиф» выдается много ссылок на описание метода и на программы по работе с фото.
Вот пример картинки-анаглифа:
Такой способ можно использовать в обычных кинотеатрах. Этот вариант гораздо дешевле по сравнению с поляризационными очками.
Существенный недостаток анаглифных очков – это уменьшение яркости изображения, что создает дополнительную нагрузку на глаза, чтобы рассмотреть изображение. Поэтому этот способ для темных изображений малопригоден.
3D мониторы и телевизоры.
3D мониторы работают с очками. Используются очки со стереоскопическим затвором. А монитор должен иметь частоту обновления (вертикальной развертки или вертикальной синхронизации) не менее 120Гц.
Принцип работы 3D режима такой: разное изображение для левого и правого глаза показывается по очереди. Каждое изображение монитор показывает 60 раз в секунду, чтобы не ухудшилось качество.
Таким образом, нужна минимальная частота 120Гц. А очки связаны с монитором и тоже по очереди пропускают изображение для левого и правого глаза. 3D телевизоры в комплекте с очками работают аналогично.
3D телевизоры без очков содержат дополнительной слой в экране, который при активации и создает 3D картинку. Недостаток в том, что эта картинка видна из одной небольшой области пространства перед телевизором. Большой компанией 3D уже не посмотришь.
Фирма Nvidia даже выпустила специальный набор, который подключается к ПК. Этот набор включает в себя очки с активным затвором и специальный хаб. Все это подключается к ПК с мощной видеокартой Nvidia и монитором 120Гц.
В результате нам обещают 3D, такое как в кинотеатре. Вот описание этого продукта: http://www.nvidia.ru/object/3d-vision-main-ru.htm
В настоящее время ученые работают над созданием системы, которая позволит создать полностью трехмерное изображение в пространстве, и уже есть первые результаты: http://www.3dnews.ru/news/619900
3D на ПК.
В настоящее время существует множество игр, в которых создана трехмерная реальность. В основном это «стрелялки», т.е. игры, где надо много бегать и стрелять с видом «как бы из глаз» героя. Но все равно такая картинка не воспринимается, как настоящая трехмерная.
Постепенно программисты придумали, как «добавить» 3D в игры. Первый раз я увидел такую возможность в игре «King"s Bounty: Принцесса в доспехах» (сайт игры http://princess.kingsbounty.ru/).
Там реализован наверное самый простой вариант – с использованием анаглифных очков. Игру я приобрел сразу в комплекте с очками. В самой игре есть опция включения 3D режима. После включения этой опции можно одеть очки и увидеть объемное изображение.
На сайте ag.ru есть раздел со стереоскриншотами из этой игры. Просматривать их надо в анаглифных стереочках, красно-синих. Вот ссылка.
За счет того, что сама игра яркая и светлая (там даже в подземельях не страшно), переключение в 3D режим не ухудшает изображение.
Через некоторое время я узнал про программу «iz3D driver» . Сайт разработчика: http://www.iz3d.com/ .
Эта программа устанавливается дополнительно в операционную систему и позволяет настроить работу видеодрайвера в один из режимов 3D, в зависимости от вашего монитора или телевизора.
В настройках есть и самый простой режим – анаглиф. Для переключения в этот режим и его настройки есть несколько комбинаций клавиш. При использовании этого режима частота кадров (FPS – frame per second) падает примерно вдвое.
Пример настройки ПК для получения 3D изображения.
Относительно недавно фирма Nvidia реализовала функцию поддержки 3D в своих драйверах, аналогичную работе ПО от iz3d.
Сейчас я расскажу, как это можно использовать. Этот способ подходит только для ПК с видеокартой фирмы Nvidia. Для его использования нужны анаглифные красно-синие очки.
Шаг 1. Скачиваем (по ссылке: http://www.nvidia.ru/Download/index.aspx?lang=ru) и устанавливаем последние версии драйверов и дополнительного ПО для вашей модели видеокарты.
Шаг 2. Вызываем панель управления Nvidia через контекстное меню или панель управления.
Шаг 3. В левой части выбираем раздел «Стереоскопический режим 3D» , а в нем пункт .
Справа должно появиться такое содержимое:
В этом разделе настроек можно нажать кнопку «Запуск мастера установки» или установить галочку .
Шаг 4. После этого появится новое окно, к котором надо настроить режим 3D.
Окно 1 – «Установка Nvidia 3D Vision».
Здесь выбирается тип реализации 3D. Наш вариант самый нижний, там как раз нарисованы красно-синие очки – «Очки 3D vision discover» .
Окно 2 – «Протестируйте настройки оборудования».
Здесь надо одеть очки и правильно указать видимые объекты.
Не знаю почему, но даже в очках, закрывая глаза по очереди, в нижнем ряду я вижу все объекты.
Методом проб и ошибок я определил, что правильный вариант такой – для левого глаза надо выбирать шестиугольник, а для правого – треугольник.
Окно 3 – «Проверка настроек».
В очках надо смотреть на большой квадрат в пункте 1 . Внутри него должен быть виден «выпуклый» квадрат поменьше.
Соответственно, после проверки в пункте 2 надо указать левый квадрат.
Окно 4 – «Поздравление с завершением настроек».
Можно поставить или снять галочки для создания ярлыка для просмотра фото, и для просмотра слайд-шоу. Жмем «Готово».
Вот пример изображения из этого слайд-шоу:
Выйти из слайд-шоу можно по «Esc» .
После этого в панели управления появится такое содержимое:
Ползунок – настраивает глубину 3D.
Кнопка «Изменить 3D лазерный прицел» - вызывает окно настроек прицела. Этот прицел нужен для игр-стрелялок.
В результате преобразования изображения «родной» прицел в игре скорее всего не будет виден. И чтобы вернуть прицел обратно используется вот этот лазерный прицел. Эффект от использования лучше всего проверять в конкретной игре.
Кнопка «назначить сочетание клавиш» вызывает окно с настройками сочетаний клавиш для дополнительных настроек 3D прямо в игре. Эффект от изменения будет виден сразу в игре.
По нижней кнопке можно еще раз запустить мастера установки 3D или проверить существующие настройки 3D.
В панели управления на закладке можно проверить, насколько игра поддерживает режим 3D.
Например, известная игра «World of Tanks» имеет хорошую совместимость. В списке проблем указано, правда на английском, что некоторые объекты будут отрисованы неправильно.
Я запустил игру и увидел, что маркеры танков отображаются не над танками, а в произвольных местах игровой сцены. Больше проблем с изображением не обнаружил.
Также при запуске игры сразу включается режим 3D и в правом нижнем углу появляется информация об игре:
Вот изображение танка в самой игре при включенном режиме 3D:
Для выключения режима 3D целиком надо в панели управления Nvidia снять галочку с пункта «Включить стереоскопический режим 3D» и нажать кнопку «применить» .
Заключение.
Вот таким образом можно получить 3D изображение дома уже сейчас. Если у вас установлена в ПК видеокарта Nvidia , то режим 3D можно включить прямо в настройках драйвера.
Список игр, которые поддерживаются самим драйвером, постоянно пополняется, все самые популярные игры в него включены.
Если видеокарта другого производителя – тогда надо изучать настройки драйвера или использовать дополнительное ПО, например iz3d.
Обычно при включении такого режима количество кадров в секунду падает примерно вдвое, поэтому нужна хорошая видеокарта для комфортной игры в таком режиме.
Мне этот вариант понравился своей относительной простотой реализации. Но на самом деле после 2-3 дней игры по 15-20 минут интерес пропал, и я перестал пользоваться этим режимом. Да и глаза уставали сильно.
Ниже приведено еще несколько ссылок на интересные материалы про 3D.
Максим Тельпари - Специалист службы поддержки видеокурса "Уверенный пользователь ПК 2.0" , изучив который, вы сможете самостоятельно настраивать BIOS, устанавливать и настраивать Windows 7, восстанавливать систему, решать проблемы при работе с ПК и многое другое.
Заработайте на этой статье!
Зарегистрируйтесь в партнерской программе. Замените в статье ссылку на курс на свою партнерскую ссылку. Добавьте статью на свой сайт.
Получить версию для перепечатки можно .
