Активное и пассивное 3D, способы получения объёмного изображения

Бинокулярное (стереоскопическое) зрение позволяет нам воспринимать окружающий мир объёмным. Конечно же, он такой и есть, основная проблема для 3D-телевизора или 3D-проектора в кинозале заключается в том, что показать этот самый объёмный мир нужно на плоском экране.

Объёмный мир на плоском экране

Если Вы подзабыли, каким образом наш мозг "формирует" объёмное 3D-изображение и хотите узнать о секретах, а так же первых способах объёмного отображения на плоских поверхностях, рекомендую начать всё же с первой части статьи: 3D-формат, объёмное изображение (часть 1), иначе, некоторая часть изложенного здесь материала, может Вам показаться непонятной ab

Как мы уже знаем, для того, чтобы смотреть по телевизору или в кинотеатре видео в формате 3D, нужно, как минимум, иметь два изображения: по одному, для каждого глаза. Этого можно добиться различными способами, давайте рассмотрим каждый из них и начнём с так называемого пассивного 3D, так как пассивных 3D технологий больше, чем активных

  • Анаглифический метод:
  • Это, пожалуй, один из самых древних способов получения 3D-эффекта, однако, из-за своей простоты, им пользуются и сейчас. Анаглифические изображения создаются с помощью цветовых фильтров, которые удаляют часть видимого спектра из картинки, предназначенной для каждого глаза: в красном канале изображена картина для левого глаза, а в синем - для левого

    Анаглифический метод

    Анаглифические очки, для просмотра таких изображений, можно сделать самому, используя синий и красный светофильтры (или пурпурный с зелёным), а можно купить готовые. Такие очки, как правило, идут в комплекте к китайским портативным "3D-телевизорам" (раскладушкам)

    Анаглифические очки

    Исходное изображение записывается двумя (в идеале) или одной (при наличии дальнейшей цифровой обработки материала) камерами, расположенными под разными углами, каждая из которых так же снабжена светофильтром. При просмотре, вполне достаточно одного источника (хотя их может быть и два) каждый глаз видит только то изображение, которое для него предназначено, так как второе - отсекает светофильтр

    Светофильтры и получение объёма

    Преимущество анаглифического способа заключается в том, что никакого специального дисплея вам не требуется: любой стандартный 2D-дисплей (плоский) или телевизор способен выводить анаглифическую трёхмерную картинку, а изготовить очки легко можно в домашних условиях.

    Недостаток - отвратительная цветопередача, так как значительная часть цветовой гаммы отсекается или искажается цветными светофильтрами, а наш мозг, в отличии от электронной схемы телевизора, неспособен "воссоздать" зелёный цвет, имея, в качестве информации, только синий и красный. Как следствие - сильная усталость глаз дискомфорт и головная боль, так что не советую увлекаться данным способом просмотра dn

  • Методы поляризации: линейная поляризация
  • В 1932 году Эдвин Лэнд (основатель компании Polaroid) приступает к производству поляризационной пленки, которую планирует использовать в солнцезащитных очках для подавления солнечных бликов (очки по этой технологии, кстати, выпускаются до сих пор). Впервые зрители получают возможность смотреть нормальное, полноцветное стереоскопическое (или просто стерео) изображение, однако, и тут не всё было гладко

    Методы поляризации

    Принцип линейной поляризации очень прост (его же используют в LCD и LED телевизорах): свет, проходя через такую плёнку, из "шарика" превращается в плоский "блинчик" (как будто его "продавливают" через форму с горизонтальными или вертикальными разрезами)

    Съёмка и демонстрация производились двумя синхронизированными камерами. Объективы в передающих камерах (в кинотеатрах) были поляризованы: один из них - вертикально, а второй - горизонтально (либо "наискосок", но тоже под углом 90 градусов). Очки, для просмотра 3D-фильмов, так же были поляризованы: одно стекло - горизонтально, второе - вертикально. Экран, для демонстрации стерео-фильмов, имел специальное металлизированное покрытие (их называли "серебряными"), которое было способно отражать падающий на него поляризованный свет от обеих камер без изменения направления поляризации (без рассеивания)

    Линейная поляризация

    Свет, отражённый экраном, поляризованный горизонтально, мог "пройти" только через то стекло очков, которое было поляризовано так же - горизонтально и не мог пройти через второе, поляризованное вертикально, то есть данное изображение видел только один глаз. Для второго глаза было предназначено изображение со второй камеры, с вертикальной поляризацией, в результате - каждый глаз "видел" только то изображение, которое для него предназначалось.

    Преимущество такого способа - отсутствие эффекта мерцания, так как оба изображения выводились одновременно, если снять очки - оно просто "расплывалось", но не мерцало и хорошая, правильная цветопередача (в 80-х я сам смотрел такой 3D-фильм в кинотеатре ab )
    Недостатки: голову нужно было держать строго прямо, а находиться - по центру экрана, иначе изменялся взаимный угол между направлениями поляризации камеры и стекла очков, что приводило к потере 3D стерео-эффекта и искажало картину, сложно было синхронизировать две разные камеры (не забудьте, что камеры были аналоговыми, а фильмы - записывались на плёнку)

    Принцип линейной поляризации

    Позже, стали использовать одну цифровую камеру и фильтр, с переключаемой поляризацией. В такой системе кадры изображения, для левого и правого глаза, выводились последовательно: один за другим. Электронный фильтр, синхронизированный с камерой, мог изменять направление поляризации светового потока от камеры, поэтому, на всё тот же "серебрянный" экран выводились последовательно кадры с различной поляризацией для каждого глаза. Основной недостаток - неприятное для глаз мерцание, так как в то время, когда левый глаз "видит" картину, правый - ничего не видит (для него, в этот промежуток времени, полная темнота) и наоборот

  • Методы поляризации: круговая поляризация
  • Проблему ограничения угла обзора (наклона головы) удалось решить, прибегнув к методу круговой поляризации (кстати, знаменитый фильм "Аватар" мы с Вами смотрели в 3D-кинотеатрах, оснащённых именно этой аппаратурой и очками ad ). При круговой поляризации фильтрация выполняется в зависимости от направления вращения вектора поляризации в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны (левое и правое вращение):

    Круговая поляризацияЛевое и правое вращение

    Всё остальное - аналогично методу линейной поляризации: одев очки, каждый глаз будет видеть только то изображение, которое поляризовано в том же направлении (левом или правом), что и стекло очков. Используется одна цифровая камера и электронно-переключаемый фильтр. Цветопередача и 3D-эффекты не теряются, при наклоне головы либо просмотре под небольшим углом к экрану. Этот способ подходит не только для просмотра 3D-фильмов в кинотеатрах, но и для LCD дисплеев мониторов и телевизоров.

    Очки для круговой поляризации

    3D-дисплеи могут изготавливаться с поляризационными фильтрами, которые накладываются на строчки пикселей дисплея или иметь уже поляризованные строки (ряды) пикселей. Тогда одни "группы" (строки) пикселей дадут нам картинку для одного глаза (всё в тех же очках, разумеется), а другие - для второго. Чтобы воспроизводить стереоскопическое 3D-видео, например, с Blu-ray 3D на поляризованном дисплее, правый и левый кадры видео будут преобразованы в чересстрочный формат. Дисплей отобразит чётные строчки для одного глаза, а нечётные - для другого. Что мы теряем? - половину разрешения экрана, чем грозит? - подвигайте эту картинку вверх-вниз по монитору и последите за ней глазами (синие и красные линии на ней символизируют чётные и нечётные строки):

    Чересстрочный формат

    Давайте подведём итоги. К преимуществам 3D-формата, методом круговой поляризации, можно отнести сравнительно невысокую стоимость оборудования, хорошую цветопередачу и отсутствие мерцания (на ЖК-дисплеях), к недостаткам - потеря половины разрешения экрана (в дисплеях) или мерцание (в кинотеатрах), поляризаторы "съедают" половину яркости исходного изображения, размытость краёв изображения и мелких деталей

  • Затворная технология:
  • До сих пор мы рассматривали пассивные 3D технологии, теперь пришла очередь рассказать об активной 3D технологии или просто активном 3D. История этой технологии уводит нас к далёкому 1922 году, когда Лоренс Хаммонд представляет свою систему для просмотра кинофильмов в стерео-формате: Teleview. Два кинопроектора посылали на полотно кадры поочередно. Рядом с каждым зрителем стоял специальный прибор, вмонтированный в подлокотники кресел - "визор". Внутри круглой коробки "визора" вращался диск, чем-то напоминающий галстук-бабочку, а внизу были два отверстия для глаз, через которые можно было видеть экран

    Лоренс Хаммонд и формат Teleview

    Если все синхронизировалось четко, то шторки закрывали экран для левого глаза, оставляя видимость для правого, и наоборот, в соответствии с кадрами. Проблема заключалась в том, что добиться стабильной синхронизации такого количества механических устройств очень непросто, да и само качество "исходного изображения" оставляло желать лучшего ac

    Шторки и синхронизация

    Возврат к этой технологии произошёл только в начале 21 века, когда, с развитием LCD-дисплеев стало возможным изготовление 3D-очков с активными затворами, а весной 2010 года уже во многих магазинах продавались 3D-телевизоры, снабжённые парой таких очков. Затворная технология понравилась и кинотеатрам, которые, отказавшись от поляризованных 3D-очков, перешли на затворные.

    Затворный метод 3D

    3D-очки с активными затворами представляют собой две LCD-матрицы (подробнее о принципе работы ЖК-дисплея читаем тут: LCD телевизоры), управляемые ИК-лучами с синхронизатора. Каждая из матриц (левое и правое "стекло") может находиться в двух состояниях: открытом и закрытом. Если матрица "открыта", свет свободно проходит через неё и глаз "видит", если же "закрыта" - то свет не может пройти сквозь неё и глаз ничего не увидит (это стекло будет просто "чёрным").

    По сигналу управления, поступающего от датчика на телевизоре или над экраном в кинотеатре, стёкла-матрицы очков начинают попеременно переключатся: одно стекло - закрыто, а второе - открыто. Сам проектор или телевизор в это время посылают на свой экран независимые картинки, предназначенные для каждого глаза. Таким образом, в каждый момент времени, мы фактически видим одну картинку одним глазом, а дальше, благодаря инерционности наших глаз и нашему великому процессору - мозгу, происходит "формирование" полноценной объёмной картинки ab

    3D-очки с активными затворами

    Для того, чтобы свести эффект мерцания к минимуму, необходимо передавать кадры с частотой не менее 60Гц, а учитывая то, что нашей "черепушке" ещё необходимо "склеить" два кадра, полученных для левого и правого глаза, получаем 120Гц. Для проектора - это не проблема, а вот для телевизора или монитора с HD-разрешением... пока не очень получается bn

    Кроме этого, сложность возникает с доставкой Full HD 3D-сигнала от источника к телевизору. Во первых, должно происходить считывание с диска по двух канальной системе, а затем еще и передать такой сигнал, а для передачи уже потребуется HDMI 1.4, ведь распространенный сегодня интерфейс HDMI 1.3 может и не справиться с передачей 120 кадров в секунду в качестве Full HD

    Камера 3D затворной технологии

    Сейчас можно приобрести для домашнего просмотра 3D-очки, входящие в комплект NVIDIA 3D Vision для просмотра 3D-изображения на экране монитора ПК, телевизора или "ноут-бука", только помните, что эту систему можно подключить только к мониторам, поддерживающим формат высокого разрешения (HDTV-1080p)

    NVIDIA 3D Vision

    Преимущества затворной активной 3D технологии: отличная цветопередача, чёткие границы объектов на изображении, широкий угол просмотра без потери качества 3D-эффектов, просмотр фильмов на мониторе или ТВ в полном разрешении (напомню, что при методе поляризации Вы видите каждым глазом только половину от полного разрешения экрана)
    Недостатки: дорогие очки, требующие питания от батарейки либо аккумулятора, при ошибках синхронизации - двоение изображения, потеря яркости картинки из-за неполной прозрачности линз-матриц 3D-очков (потеря яркости в поляризованных очках - меньше)

  • Затворная или поляризация?:
  • Сейчас, технологии поляризации и затворная, активно соперничают доказывая нам, что каждая из них - лучшая, однако, лучший способ это проверить - увидеть своими глазами, только не на рекламных стендах, а "вживую", так как немалая часть этой рекламы - неправда, вот один из примеров: фирма LG доказывает преимущество своих мониторов с поляризационной технологией, перед другими, использующими затворный метод.

    Во первых, не настолько у "затвора" падает яркость, как показано на рекламе, во вторых, бабочка не вылетит за приделы экрана (об этом и других "приколах", читайте в третьей части статьи) и последнее - почему размеры дисплеев разные? dq

    Изображение за приделами экрана

    Смотрим далее, нам показывают, что мы будем видеть изображение двумя глазами одновременно, но умалчивают, что каждый глаз видит только половину разрешения (через-строчная развёртка для формирования двух каналов изображения), а при затворной - полное разрешение, но половину времени bk

    Сравнение технологий

    А вот тут вообще можно поспорить, при какой технологии будет меньше двоиться, обеспечится лучшая чёткость и цветопередача, а главное - меньшая усталость для глаз bt

    Затворная или поляризация?
  • 3D-формат и наше здоровье:
  • Нам доказывают, что просмотр 3D-фильмов неопасен для здоровья, а глазам ничего не грозит? Тогда почему же они начинают болеть или реально "расходятся" после просмотра, особенно на большом экране be Откуда может появиться головная боль? Говорят, что это от "мерцания", однако, есть гораздо более серьёзные причины, представляющие опасность для нашего здоровья, причём, не только физического, но и психического bm

    Читайте далее: Опасно! 3D-формат и нереальный объём

    Ссылка на этот материал: http://rem-tv.net/publ/3-1-0-57

    Комментарии

    Аватар пользователя Юра

    Мне не понравилась технология поляризации, затворные очки лучше, глаза не так устают. Наверно кинотеатрам выгоднее купить дешёвую аппаратуру и очки, чем нормальную Ac

    Аватар пользователя Андрей

    Полностью согласен, активное 3D интереснее и усталость глаз меньше Ay

    Аватар пользователя Кира

    Купила новый телевизор с пассивным 3D, к нему три пары очков идут в комплекте. Пожалуйста, подскажите почему они такие тёмные? В рекламе было наоборот, говорили что они прозрачные Ac

    Аватар пользователя Андрей

    Кира, я как раз об этом писал, не верьте рекламе, просите вам всё показать при покупке. Да, пассивные 3D очки - тёмные, даже слишком, поляризатор срезает половину света, он так устроен Bs

    Добавить комментарий

    Гостевой