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.
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.
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.
В современном мире высоких технологий уже ни для кого не новость изображение 3D. Многие ходили в кинотеатр, на киносеанс в 3D. И, несмотря на то, что эта технология появилась уже достаточно давно, мало кому она была доступна в домашних условиях. На сегодняшний день эта ситуация кардинально изменилась. 3D телевизоры уже весьма распространены, их можно найти в каждом магазине техники. В связи с этим многие задаются вопросом, что такое 3D телевизор?
Именно 3D телевизоры позволяют насладиться объемным изображением, не покидая своего дома. Благодаря тому, что в наше время нет ни одного стандарта 3D изображений, при этом перспективы каждой технологии, с точки зрения реализации, каждый изготовитель оценивает по своему, на рынке России уже сегодня можно найти самые разнообразные телевизоры с функцией 3D.
1. Что такое 3Д телевизор
Для ответа на вопрос, что такое 3D телевизор, необходимо понять, что такое 3D изображения и рассмотреть самую технологию.
3D означает трехмерный. Другими словами 3D изображение – это трехмерное, объемное изображение. Все физические объекты в реальном мире имеют три измерения – это длина, высота и ширина. К тому же, если смотреть на реальный объект в реальном мире, человек способен оценить не только их высоту и ширину, но и глубину объекта, а также предполагаемое расстояние до объекта.
Такие возможности достигаются благодаря тому, что человек имеет два глаза, которые расположены на некотором отдалении друг от друга. Такое расположение органов зрения позволяет каждому глазу получать разное изображение, отличающиеся перспективы на объект. Если человек смотри двумя глазами, то мозг объединяет эти две картинки в одну. Однако если закрыть один глаз, то можно получить именно то изображение, которое воспринимает открытый глаз. Таким образом, можно увидеть различия перспектив объектов, которые находятся в непосредственной близости или на небольшом расстоянии от человека.
Благодаря работе мозга, две получаемые картинки от органов зрения превращаются в одну. В результате такой обработки двух разных изображений получается трехмерная картинка, которая позволяет оценить реальные размеры объекта, его глубину, а также расстояние.
Именно на этом свойстве человеческого визуального восприятия и построена технология трехмерного изображения. 3D телевизор выдает специальную картинку, которая обманывает наши глаза, заставляя видеть объемное изображение. Это достигается путем воспроизведения разных изображений для каждого глаза. Именно по этой причине, для просмотра 3D фильмов необходимы специальные 3D очки.
В наше время существует две технологии трехмерного изображения:
- Затворная технология. Более известная как активная технология трехмерного изображения.
- Поляризационная технология – пассивная технология 3D.
В зависимости от технологии различаются и сами телевизоры. Помимо этого, для просмотра полноценного трехмерного изображения требуются специальные очки, которые также должны соответствовать телевизору. То есть, для затворной технологии используются специальные затворные очки, причем такие очки, как правило, работают только с телевизорами той же марки. К примеру, с 3D телевизором марки LG, работающим по затворной технологии, могу использоваться только очки от компании LG.
2. Чем отличается 3D телевизор от обычного?
Современные производители мониторов, игровых устройств, а также другой мультимедийной продукции активно разрабатывают и продвигают на мировые рынки новые технологии трехмерного изображения. При этом такая продукция пользуется огромным спросом у потребителей.
На данный момент 3Д телевизоры являются доступными для большинства, если не для каждого, пользователя. ИХ легко найти в любом магазине бытовой техники.
3Д телевизор являет собой специальное устройство, которое принимает сигналы ТВ, и выводят их на экран в виде трехмерной картинки и звуковых эффектов. Главное их отличие от простых телевизоров заключается именно в изображении, так как последние способны воспроизводить только 2D изображение. Чтобы понять разницу между этими форматами, необходимо разобрать, принцип действия 3D телевизоров.
Как уже говорилось выше, существует две технологии трехмерного изображения. Так затворная технология – это телевизоры с активным 3D, а поляризационная технология предполагает телевизоры с пассивным 3D.
Это две совершенно разные технологии. Если покупается телевизор с затворной технологией, к нему в комплекте прилагаются специальные очки, оснащенные затворами. В определенные моменты эти затворы открываются и закрываются поочередно. То есть в момент, когда левый затвор закрыт, правый обязательно будет открытым. Конечно, происходит это настолько быстро, что человеческий глаз просто не способен это увидеть, благодаря чему и возникает эффект 3D. Для этого очки имеют специальный датчик, который настроен на телевизор. Такие очки могут работать только с соответствующей маркой телевизора.
4. 3D LED-телевизоры Samsung серии F8000: Видео
Телевизоры с активной технологией имеют высокую частоту обновления кадров. Минимальная частота при этом составляет 120 Гц. Это означает, что изображение на экране обновляется по 60 раз в секунду для каждого глаза, с такой же скоростью работают и затворы на очках.
Если вы выбрали пассивный 3D телевизор, то к нему в комплекте также идут специальные очки, но они могут работать с любой маркой устройств с поляризационной технологией 3D. В этом случае телевизор оснащен специальным поляризационным фильтром для каждой строки картинки на экране. Эти строки фильтруются через одну. Таким образом, надевая очки, один глаз видит четные строки, а другой – нечетные. Так появляется эффект пассивного 3D изображения.
Вы, наверное, читаете эту статью на экране монитора компьютера или мобильного устройства - дисплей, который имеет реальные размеры, высоту и ширину. Но когда вы смотрите, например, мультфильм История Игрушек или играете в игру Tomb Raider, вы лицезреете трёхмерный мир. Одной из самых удивительных вещей трехмерного мира является то, что мир, который вы видите, может быть миром, в котором мы живем, миром, в котором мы будем жить завтра, или миром, который живет только в умах создателей фильма или игры. И все эти миры могут появиться только на одном экране - это как минимум интересно.
Как компьютер делает так, что обманывает наши глаза и мы думаем, что смотря на плоский экран видим глубину представленной картины? Как разработчики игр делают так, что мы видим реальных персонажей, передвигающихся в реальном ландшафте? Сегодня я расскажу вам о визуальных трюках, используемых графическими дизайнерами, и о том, как всё это разрабатывается и кажется нам настолько простым. На самом деле всё не просто, и чтобы узнать, что из себя представляет 3D-графика, ступайте под кат - там вас ждёт увлекательная история, в которую, я уверен, вы погрузитесь с небывалым удовольствием.
Что делает изображение трехмерным?
Изображение, которое имеет или кажется, что имеет высоту, ширину и глубину является трехмерным (3D). Картинка, которая имеет высоту и ширину, но не глубину является двумерной (2D). Напомните-ка мне, где вы встречаете двумерные изображения? - Практически везде. Вспомните даже обычный символ на двери туалета, обозначающий кабинку для того или иного пола. Символы спроектированы таким образом, что вы можете распознать их и узнать с первого взгляда. Вот почему они используют только самые основные формы. Более детальная информация о каком-либо символе может рассказать вам, какую одежду носит этот маленький человечек, весящий на двери, или цвет волос, например, символики двери женского туалета. Это одно из основных отличий между тем, как используется трехмерная и двумерная графики: 2D-графика проста и запоминаема, а 3D-графика использует больше деталей и вмещает в казалось бы обычный объект значительно больше информации.
Например, треугольники имеют три линии и три угла - всё, что нужно, чтобы рассказать из чего состоит треугольник и вообще что представляет собой. Однако посмотрите на треугольник с другой стороны - пирамида - является трехмерной структурой с четырьмя треугольными сторонами. Обратите внимание, что в этом случае имеется уже шесть линий и четыре угла - из этого и состоит пирамида. Видите, как обычный объект может превратится в трехмерный и вместить в себя гораздо больше информации, необходимой, чтобы рассказать историю треугольника или пирамиды.
На протяжении сотен лет художники использовали некоторые визуальные трюки, которые могут сделать плоское 2D-изображение настоящим окном в реальный трехмерный мир. Вы можете увидеть подобный эффект на обычной фотографии, которые вы можете сканировать и просмотреть на мониторе компьютера: объекты на фотографии кажутся меньше, когда они дальше; объекты же, близкие к объективу камеры, находятся в фокусе, значит, соответственно, всё, что за объектами в фокусе - размыто. Цвета, как правило, менее яркие, если объект не так близок. Когда мы говорим о 3D-графике на компьютерах сегодня - мы говорим об изображениях, которые движутся.
Что такое 3D-графика?
Для многих из нас игры на персональном компьютере, мобильном устройстве или вообще продвинутая игровая система - самый яркий пример и распространенный способ, благодаря которому мы можем созерцать трехмерную графику. Все эти игры, крутые фильмы, созданные при помощи компьютера, должны пройти три основных шага по созданию и представлению реалистичных трехмерных сцен:
- Создание виртуального 3D-мира
- Определение того, какая часть мира будет показана на экране
- Определение того, как пиксель на экране будет выглядеть, чтобы полное изображение казалось максимально реалистичным
Виртуальный 3D-мир - это, понятное дело, не то же самое, что и реальный мир. Создание виртуального 3D-мира - комплексная работа по компьютерной визуализации мира, схожего с реальным, для создания которого используется большое количество инструментов и который подразумевает крайне высокую детализацию. Возьмите, к примеру, очень маленькую часть реального мира - свою руку и рабочий стол под ней. Ваша рука обладает особенными качествами, которые определяют, как она может двигаться и выглядеть внешне. Суставы пальцев сгибаются только в сторону ладони, а не противоположно от неё. Если вы ударите по столу, то с ним никаких действий не произойдёт - стол тверд. Соответственно, ваша рука не может пройти через ваш рабочий стол. Вы можете доказать, что это утверждение истинно, смотря на что-то естественное, а в виртуальном трехмерном мире дела обстоят совсем по-другому - в виртуальном мире нет природы, нет таких естественных вещей, как ваша рука, например. Предметы в виртуальном мире полностью синтетические - это единственные свойства, данные им с помощью программного обеспечения. Программисты используют специальные инструменты и разрабатывают виртуальные 3D-миры с особой тщательностью, чтобы всё в них всегда вело себя определённым образом.
Какая часть виртуального мира показывается на экране?
В любой момент экран показывает только крошечную часть виртуального трехмерного мира, созданного для компьютерной игры. То, что показывается на экране - определенные комбинации способов, которыми определяется мир, где вы принимаете решение куда пойти и что посмотреть. Независимо от того, куда вы идёте - вперёд или назад, вверх или вниз, влево или вправо - виртуальный трехмерный мир вокруг вас определяет то, что вы видите, находясь на определенной позиции. То, что вы видите, имеет смысл от одной сцены к другой. Если вы смотрите на объект с того же расстояния, вне зависимости от направления, он должен выглядеть высоко. Каждый объект должен выглядеть и двигаться таким образом, чтобы вы верили в то, что он имеет ту же массу, что и реальный объект, что он такой же твёрдый или мягкий, как и реальный объект, и так далее.
Программисты, которые пишут компьютерные игры, прикладывают огромные усилия к разработке виртуальных 3D-миров и делают их так, чтобы вы могли блуждать в них, не сталкиваясь ни с чем, что заставляло бы вас думать «Это не могло произойти в этом мире!». Последней вещью, которую вы хотите видеть - два твёрдых объекта, которые могут пройти прямо друг через друга. Это - резкое напоминание о том, что всё, что вы видите, является притворством. Третий шаг включает в себя ещё как минимум столько же вычислений, сколько и другие два шага и должны происходить так же в реальном времени.
Слева компьютерная графика, справа - актер мокапа
Освещение и перспектива
Когда вы входите в комнату, вы включаете свет. Вы, наверное, не тратите много времени на раздумья, как же это на самом деле работает и как свет исходит от лампы, распространяясь по комнате. Но люди, работающие с трехмерной графикой, должны думать об этом, потому что все поверхности, окружающие каркасы и прочие подобные вещи должны быть освещены. Один из методов - трассировка лучей - предполагает участки пути, которые берут лучи света, покидая лампочку, отскакивая от зеркал, стен и других отражающих поверхностей и, наконец, приземляются на предметы с различной интенсивностью от различных углов. Это сложно, ведь от одной лампочки может быть один луч, но в большинстве помещений используется несколько источников света - несколько светильников, потолочные светильники (люстры), торшеры, окна, свечи и так далее.
Освещение играет ключевую роль в двух эффектах, которые придают внешний вид, вес и внешнюю прочность объектов: затемнение и тени. Первый эффект, затемнение, представляет собой место, где с одной стороны на объект падает больше света, чем с другой. Затемнение придает объекту множество натурализма. Эта штриховка - то, что делает сгибы в одеяле глубокими и мягкими, а высокие скулы кажутся поразительными. Эти различия в интенсивности света укрепляют общую иллюзию, что у объекта есть глубина, а также высота и ширина. Иллюзия массы происходит от второго эффекта - тени.
Твердые тела отбрасывают тени, когда свет падает на них. Вы можете увидеть это, когда вы наблюдаете тень, которую солнечные часы или дерево бросают на тротуар. Поэтому мы привыкли видеть реальные предметы и людей отбрасывающих тени. В трехмерном изображении тень, опять же, укрепляет иллюзию, создавая эффект присутствия в реальном мире, а не в экране математически произведенных форм.
Перспектива
Перспектива - одно слово, способное значить многое, но фактически описывающее простой эффект, который видели все. Если вы стоите на стороне длинной, прямой дороги и смотрите вдаль, кажется, как будто обе стороны дороги сходятся в одной точке на горизонте. Кроме того, если деревья стоят рядом с дорогой, деревья дальше будут выглядеть меньше, чем деревья близкие к вам. На самом деле будет похоже, что деревья сходятся в определённой точке горизонта, сформированной около дороги, но это не так. Когда все объекты на сцене будут выглядеть в конечном итоге сходящимися в одной точке на расстоянии - это перспектива. Есть множество вариаций этого эффекта, но большинство трехмерной графики использует единую точку зрения, которая только что была описана мною.
Глубина резкости
Другим оптическим эффектом, успешно использующимся для создания графических трехмерных объектов, является глубина резкости. Используя мой пример с деревьями, помимо вышеописанного происходит ещё одна интересная вещь. Если вы посмотрите на деревья, находящиеся близко по отношению к вам, деревья, расположенные дальше, как представляется, будут не в фокусе. Кинорежиссеры и компьютерные аниматоры используют данный эффект, глубину резкости, для двух целей. Первая заключается в укреплении иллюзии глубины в рассматриваемой пользователем сцене. Вторая цель - использование режиссерами глубины резкости сосредотачивает свое внимание на предметах или актерах, которые считаются наиболее важными. Чтобы обратить ваше внимание не героиню фильма, например, может использоваться «малая глубина резкости», где только актер находится в фокусе. Сцена, которая разработана таким образом, чтобы произвести на вас полное впечатление, наоборот будет использовать «глубокую глубину резкости», чтобы как можно больше объектов было в фокусе и таким образом заметно зрителю.
Сглаживание
Ещё один эффект, который также полагается на обман глаз - сглаживание. Цифровые графические системы очень хорошо подходят для создания четких линий. Но бывает и такое, что оказывают верх диагональные линии (они же довольно часто появляются в реальном мире, и тогда компьютер воспроизводит линии, которые больше напоминают лесенки (я думаю, что вы знаете, что такое лесенка при детальном рассмотрении объекта изображения)). Таким образом, чтобы обмануть свой глаз при виде гладкой кривой или линии, компьютер может добавить определённые оттенки цвета в строки пикселей, окружающих линию. Этим «серым цветом» пикселей компьютер как раз-таки и обманывает ваши глаза, а вы, тем временем, думаете, что зубчатых ступенек больше нет. Этот процесс добавления дополнительных цветных пикселей для обмана глаз называется сглаживанием, и он является одним из методов, которые создаются вручную компьютерной трехмерной графикой. Другой сложной задачей для компьютера является создание трехмерной анимации, пример которой будет представлен вам в следующем разделе.
Реальные примеры
Когда все трюки, описанные мною выше, используются вместе для создания потрясающе реальной сцены - итог соответствует трудам. Последние игры, фильмы, машинно-генерируемые объекты сочетаются с фотографическими фонами - это усиливает иллюзию. Вы можете увидеть удивительные результаты, когда вы сравните фотографии и компьютерную сцену.
На фотографии выше представлен обычный офис, для входа в который используется тротуар. В одной из следующих фотографий на тротуар был положен простой однотонный мяч, после чего эту сцену сфотографировали. Третья фотография представляет из себя уже использование компьютерной графической программы, которая и создала на самом деле несуществующий на этой фотографии мяч. Можете ли вы сказать, что есть какие-то существенные различия между двумя этими фотографиями? Думаю, что нет.
Создание анимации и видимости «живого действия»
До сих пор мы рассматривали инструменты, которые заставляют любое цифровое изображение казаться более реалистичным - является ли изображение стиллом или частью анимационной последовательности. Если это анимационная последовательность, то программисты и дизайнеры будут использовать ещё больше различных визуальных уловок, чтобы создать видимость «живого действия», а не изображений, созданных компьютером.Сколько кадров в секунду?
Когда вы идете на шикарный блокбастер в местное кино, последовательность изображений, называемых кадрами работает в количестве 24 кадра в секунду. Так как наша сетчатка сохраняет изображение немного дольше, чем 1/24 секунды, глаза большинства людей будут смешивать кадры в один непрерывный образ движения и действия.
Если вы не понимаете, о чём я только что написал, то посмотрим на это с другой стороны: это означает, что каждый кадр кинофильма - фотография, сделанная на выдержке (экспозиции) 1/24 секунды. Таким образом, если вы посмотрите на один из многочисленных кадров фильма о гонках, вы увидите, что некоторые гоночные автомобили «размываются», потому что они проехали с большой скоростью в то время, пока у камеры открыт затвор. Данная размытость вещей, создающаяся за счёт быстрого движения - то, что мы привыкли видеть, и это часть того, что делает изображение реальным для нас, когда мы смотрим на него на экране.
Однако, цифровые трехмерные изображения - это ведь не фотографии как ни крути, поэтому никакого эффекта размывания не происходит, когда объект перемещается в кадре во время съёмки. Чтобы сделать изображения более реалистичными, размывание должно быть явно добавлено программистами. Некоторые дизайнеры считают, что для «преодоления» этого отсутствия естественного размытия требуется более 30 кадров в секунду, посему и подтолкнули игры выйти на новый уровень - 60 кадров в секунду. Хотя это и позволяет каждому отдельному изображению выглядеть в мельчайших подробностях и отображать движущиеся объекты в меньших приращениях, оно существенно увеличивает количество кадров для данной анимационной последовательности действий. Есть и другие определенные куски изображений, где точный рендеринг на компьютере должен быть принесен в жертву ради реализма. Это относится как к подвижным, так и неподвижным объектам, но это уже совсем другая история.
Подойдем к концу
Компьютерная графика продолжает удивлять весь мир, создавая и генерируя самые разнообразные действительно реалистично движущиеся и недвижущиеся объекты и сцены. С 80 колонок и 25 линий монохромного текста графика значительно продвинулась, и результат очевиден - миллионы людей играют в игры и проводят самые различные симуляции с сегодняшней технологией. Новые 3D-процессоры также дадут о себе знать - благодаря им мы сможем в буквальном смысле исследовать другие миры и испытывать то, чего мы никогда не осмеливались попробовать в реальной жизни. Напоследок вернемся к примеру с мячом: как создавалась эта сцена? Ответ прост: изображение имеет сгенерированный компьютером мяч. Нелегко сказать, который из двух является подлинным, не так ли? Наш мир удивителен и мы должны соответствовать ему. Надеюсь, вам было интересно и вы узнали для себя очередную порцию интересной информации.
