20 000 профессионалов proAV > 1500 компаний > 570 городов > 6 стран ближнего зарубежья > 1 сообщество

Присоединяйтесь!

Подписка на дайджест
Рубрикатор мнений

Окно в мир 3D

Иванов Константин
кандидат физико-математических наук, директор ООО «Вычислительный эксперимент»

Журнал "Равно АВ", 3 (13), 2010

Сегодня 3D-технологии повсюду. Именно они являются заглавной темой отраслевых выставок — от IBC до InfoComm, телеканалы экспериментируют с 3D-вещанием, а производители оборудования соревнуются в выпуске все новыех средств отображения для демонстрации 3D…

Журнал «Равно АВ» не смог обойти эту животрепещущую тему стороной: мы решили разобраться — станет ли трехмер в видео-технологиях повседневной реальностью, или останется экзотической диковинкой «на любителя»? А какими способами можно получить 3D? Развлечения, наука, искусство, образование — где мы увидим 3D-технологии завтра?


ВИДЫ 3D

Работы над методами визуального стереопредставления и объемного представления объектов ведутся уже давно. Сразу нужно оговориться, стереоизображение и объемное изображение несколько разные понятия. При стерео представлении заглянуть «сбоку» кажущегося объекта никак нельзя, и при попытке сместить голову вбок виртуальный объект просто сместится в ту же сторону. При объемном же представлении, с разных точек зрения виртуальный объект имеет разные виды, и, сместив голову в сторону, вы увидите его с нового ракурса. Можно сказать, что этот объект состоит из трехмерных пикселей или вокселей.

Давайте рассмотрим технологию стереопредставления.

Человек, глядя на объект с достаточно близкого расстояния, воспринимает его объемным благодаря разнице в визуальной информации, получаемой правым и левым глазом. Разница эта заключена в деталях и появляется благодаря естественному расстоянию между глазами. Также, при осмотре знакомого объекта, благодаря наличию этой разницы, человек в состоянии оценить расстояние до объекта. Расстояние до объекта при этом должно быть соизмеримо с расстоянием между глазами и линейными размерами объекта, в противном случае разница в «картинках» для правого и левого глаза будет находиться за пределами разрешающей способности зрения, и объемное восприятие будет отсутствовать. Правда, иллюзия объемности может сохраниться, если этот объект хорошо знаком наблюдателю, но реальное расстояние до объекта он оценить не сможет. Естественным образом, появляется идея воспроизведения стереоизображения. То есть, необходимо подать соответствующие «картинки» правому и левому глазу, предварительно полученные для двух точек зрения глаз. Но тут же возникнет вопрос, как сделать левую картинку невидимую правому глазу и наоборот!? Сегодня существует ряд решений, которые подразделяются на технологию с использованием очков и развивающуюся «безочковую» технологию.

СТЕРЕОТЕХНОЛОГИИ С ОЧКАМИ

78_1.jpg

Одноразовые анаглиф-очки для кинотеатра

Анаглиф-очки
Разноцветные очки, со светофильтрами цветов CMY (голубой, малиновый,желтый). Самый дешевый и «древний», но достаточно эффективный метод. Физически он не обеспечивает правильную цветопередачу стереоизображения, однако нервная система довольно хорошо интерпретирует его. Время адаптации около 30 секунд, но после длительного использования на пропорциональный период нарушается цветовосприятие реального мира.

Затворные стереоочки
На экран поочередно проецируются картинки для левого и правого глаза. Соответственно, синхронизировано открываются жидкокристаллические «затворы» на очках. Применяются в 3D-кино формата XpanD. Также, используются в компьютерных играх, так как позволяют задействовать обычный ЭЛТ-монитор или ЖК-монитор с частотой кадровой развёртки 120 Гц. Компания Panasonic предлагает решения на базе плазменных телевизоров позволяющих использовать существенно большие частоты кадровой развертки, чем в случае ЖК-телевизоров.

Поляризационная технология
Разделение изображения для левого и правого глаза основано на эффекте поляризации светового потока. Исходные световые потоки от двух проекторов поляризуются в взаимноортогональных координатных поверхностях с помощью поляризационных светофильтров, установленных перед объективами проекторов, и проецируются на специальный экран. Отраженные световые потоки попадают в глаза зрителю через очки с поляризационными фильтрами с соответствующими характеристиками.

Существуют два типа поляризации:

  • Линейная. Основным недостатком является прохождение видеоинформации между правым и левым каналом при наклонах головы и стереоэффект теряется. Применяется в 3D-кино формата IMAX 3D.
  • Круговая поляризация. Как таковых недостатков не имеет. Применяется в 3D-кино формата RealD Cinema.
78_1.jpg

Так выглядит анаглиф стереопроекция без очков

Основным недостатком поляризационной технологии является более чем двукратные потери светового потока и, как следствие, нагрев светофильтров, установленных на проекторах, особенно при использовании мощных проекторов с высокими яркостями. Однако, существуют специальные поляризационные фильтры с защитой от рассеивания на них инфракрасного спектра, позволяющие уменьшить нагрев фильтра и повысить пропускаемые световые потоки видимой части спектра. Наиболее известны поляризационные фильтры ExtraHeat Resistant и InfraRed Resistant германской компании awater3D.

Infitec-технология. Разделение реализуется с использованием оптической узкополосной фильтрации светового потока. Исходные световые потоки от двух проекторов пропускаются через светофильтры двух типов. Каждый тип отфильтровывает четный и нечетный набор узких спектральных полос видимого диапазона. Таким образом реализуется разделение по видеоканалам. К сожалению, детали этой технологии компания Infitec не разглашает.

СТЕРЕОТЕХНОЛОГИИ БЕЗ ОЧКОВ

Сегодня, известные компании активно пытаются развивать «безочковые» технологии для сфер развлечения и рекламы, в частности стереотелевидения.

78_1.jpg

3D-микролинзовый дисплей в форме куба

Автостереоскопические дисплеи
Дисплеи этого типа используются в телевизорах, компьютерных мониторах и позволяют без дополнительных очков формировать стереоэффект, путём направления нужного пучка света в нужный глаз. Как правило, для этого применяются микролинзы Френеля, выполняющие роль светоделителей, и специальные параллакс-барьерные сетки, так, чтобы каждый глаз зрителя видел только тот столбец пикселей, который предназначен для него.

У данного метода имеются множественные недостатки. В частности, выход зрителя из нужного ракурса или выход из ограниченной «зоны безопасного просмотра» приводит к разрушению эффекта стерео, а разрешение изображения по горизонтали автоматически уменьшается вдвое.

Производители стереодисплеев продолжают разрабатывать технологии, позволяющие уменьшить эти недостатки. Philips и NewSight разработали свои технологии многоракурсных мониторов — WOWvx и MultiView. Компания SeeReal Technologies, в свою очередь, встраивает в свои дисплеи подвижный светоделитель и детектор положения головы зрителя, перестраивая изображение под нужный угол зрения.

ОБЪЕМНОЕ 3D

Липмановская фотография
Метод цветной фотографии, разработанный в 1891 г. Липманом В.Л., при котором на многослойную фотопластинку, состоящую из слоя фотографической эмульсии и зеркально отражающего металлического слоя, проецируется световой поток от исходного физического объекта и, после освещении этой проявленной фотопластинки, в результате интерференции световых волн, отразившихся от доменов пластинки, воспроизводится объемное изображение исходного объекта. Вследствие технических трудностей Липмановская фотография в её первоначальной форме не получила широкого распространения, но она открыла путь разработке (на сходном принципе), бурно развивающегося в настоящее время, метода голографии.

78_1.jpg

Интегральная фотография по Липману: а — съёмка объекта О интегральной пластинкой ИП; б — восстановление объёмного (интегрального) изображения O1; П1, Л1 и П2 Л2 — положение правого и левого глаз человека при съёмке и рассматривании изображения, соответственно

Интегральная Липмановская фотография
Предложена Г. Липманом в 1908. Метод, позволяющий получать на плоском снимке объёмные изображения, которые можно рассматривать непосредственно глазами, без вспомогательных оптических приспособлений. Метод основан на применении так называемой интегральной пластинки, представляющей собой совокупность маленьких двояковыпуклых линз, располагаемых перед слоем светочувствительной эмульсии. Массовому применению интегральной Липмановской фотографии препятствуют огромные технические трудности изготовления высококачественных интегральных пластинок. Широкое распространение получили методы, представляющие собой упрощения метода Липмана, например растровая стереофотография и интегральное кино, в котором на стадии проекции изображения используется радиально-растровый стереоэкран, состоящий из конических линзовых элементов. Один и вариантов идеи Липмана воплотил японский Национальный институт информационных и коммуникационных технологий, разработав 3D микролинзовый дисплей в форме куба, названый, в последствии, gCubik.

Голография

78_5.jpg78_6.jpg

78_1.jpg

Две голограммы Денисюка восстановленные светом галогеновой лампы

Уникальным изобретением Дэнниса Габора (1947 г., Нобелевская премия 1971г.) является способ воспроизведения объемного изображения в пространстве с использованием интерференции электромагнитных волн видимого диапазона. Записанная предварительно, интерференционная волновая картина, полученная при проецировании на носитель (например, фотопластинку) светового потока (опорного потока) от источника и светового потока, отраженного от записываемого объекта, формирует голографическую запись. При освещении этой записи световым потоком, в точности совпадающим с опорным (имеются ввиду волновые характеристики), воспроизводятся световые лучи, которые отражал бы реальный объект. Главным требованием в реализации этого физического механизма является высокая когерентность опорного потока. Естественно, наилучшим образом для этих целей подходит лазерный луч. К сожалению, с помощью такой технологии можно отображать пока только статические объекты. Первая 3D-голограмма была записана Юрием Денисюком в Советском Союзе в 1962 г., а позднее в том же году — Эмметом Лейтом (Emmett Leith) и Юрисом Упатниксом (Juris Upatnieks) в Мичиганском университете в США (University of Michigan, USA).

78_1.jpg

3D дисплей установленный на ж/д станции Цюриха (Швейцария)

3D-дисплей

Термин 3D-дисплей сегодня употребляется в отношении т. н. объёмных дисплеев, где объёмное изображение формируется из светящихся точек в пределах некоторого объёма при помощи различных физических механизмов. Например, такие дисплеи могут состоять из множества формирующих изображение плоскостей, расположенных одна над другой, или плоских панелей, создающих эффект объёмности за счёт своего вращения в пространстве. Сейчас получают распространение подобные дисплеи низкого разрешения на основе светодиодов (в том числе трёхцветных (RGB), позволяющих получить до 16 млн цветовых оттенков), как простейшие, разрешением 3x3x3 (монохром), так и значительного размера и разрешения. Самый большой подобный дисплей находится в здании ж/д станции Цюриха (Швейцария) — его размеры 5x5x1 метр, состоит из 25 000 светящихся сфер (16 млн цветовых оттенков каждый) с частотой обновления 25 Гц.

Технология с использованием вогнутого (сферического) зеркала

Активное коммерческое применение этой технологии автору статьи неизвестно. Здесь наличие оптического фокуса у сферического зеркала используется для направления своих лучей каждому глазу. Один из вариантов этой идеи запатентован в 1986 г. Paul S. Kemph из Штата Калифорния, он предлагает с помощью двух плоских зеркал 16,18 формировать два видео потока, которые, переотражаясь от поверхности сферического зеркала, попадают автоматически каждый в свой глаз.

ГДЕ ИСПОЛЬЗУЕТСЯ 3D

3D востребовано там, где необходимо ощутить пространственные особенности изучаемого объекта или явления, либо там, где востребован эффект психологического воздействия.

В первом случае это:

  • Научно-исследовательская сфера. Здесь 3D программно-аппаратный комплекс позволит визуализировать результаты численного моделирования и поможет глубже проникнуть в исследуемую проблему.
  • Образовательные и обучающие технологии.

Во втором случае это развлечения и шоу-бизнес.

78_1.jpg

Демонстрационная инсталляция стереосистемы. На экране видна стереопроекция картины обтекания легкого двухместного самолета. Система собрана на базе проекторов Panasonic, поляризационных фильтров TrueColour awater3D, просветного экрана компании Projecta и программно- аппаратного комплекса Vision Instruments

Наиболее активно в прикладных областях науки стереовизуализация используется в аэрокосмической, нефтегазовой отраслях, медицине. Такие программные комплексы, как Ensight (США), FieldView (США), Vision Instruments (Россия), сегодня активно используются при решении задач аэродинамического проектирования. Здесь численно моделируется процесс обтекания воздушным потоком модели летательного аппарата (ЛА), Такой подход позволяет исследователю глубже понять трехмерный характер обтекания ЛА и дать важнейшую информацию для оптимизации аэродинамической компоновки. Это виртуальное моделирование можно без натяжки назвать полным аналогом испытаний в аэродинамической трубе, к тому же, оно более богато полезной информацией.

В 2007 г. прототип программного комплекса Vision Instruments был внедрен на ТАНТК им. Г.М.Бериева для исследования аэродинамики гидросамолетов. Были получены положительные отзывы специалистов в аэродинамике о пользе данной технологии исследования. По их словам, были найдены объяснения некоторых проблем обтекания компоновки гидросамолетов, которые не были осмысленны при исследованиях этих же компоновок в аэродинамических трубах ранее.

Одно из приложений 3D-видео к образовательным технологиям предлагает компания OOO «Вычислительный эксперимент». Система интерактивного преподавания (СИП), разработанная компанией, создана для повышения эффективности преподавания в сложных областях знаний. В новой предлагаемой методике вся информация, речевая и графическая, подается синхронизировано, поэлементно, заостряя внимание студента (в виде подсветок, мерцаний, либо анимации) на соответствующих друг другу устных, символьных и геометрических элементах лекции. Но главное то, что эта информация подается в стереоскопическом виде и психологически воспринимается обучаемым непосредственно перед собой, а не «где-то там» на доске. К тому же, стереоскопические виды сильно активизируют ассоциативную память. Интерес у современных молодых людей к виртуальной реальности также играет большую роль в повышении интереса к образовательному процессу.

ПЕРСПЕКТИВЫ 3D

78_1.jpg

Общий вид интерфейса ПО Урок3D® в режиме редактирования

Конечно же, сегодня доминирующее использование 3D видео наблюдается в сфере развлечений и в бизнесе, которая является основным двигателем прогресса в 3D видеотехнологиях. Это стереокино, аттракционы, реклама. Но, как нам видится, эти технологии могут быть очень полезны в прикладном русле и расширить горизонты и методы познания человеком мира. Каким же будет эта технология в будущем? По всей видимости, грядет полный отказ от очков и дальнейшее развитие в сторону прямых методов волновой оптики, таких как голография и лазерная микрооптика. Но таковы наши прогнозы, а что будет на самом деле? Нам остается ждать и удивляться!

Видео
Вертикальное распределение температуры, солёности, кислорода и биогенных элементов
Все видео
Что скрывает UC? Краткий ликбез по терминам и возможностям Что скрывает UC? Краткий ликбез по терминам и возможностям
Мобильность усложняет коммуникации с коллегами – мы не знаем какой способ связи доступен для них. UC разруливает!
Магия единой платформы: алмазные грани универсальных коммуникациий Магия единой платформы: алмазные грани универсальных коммуникациий
Мы попросили наших экспертов поделиться собственным опытом применения и инсталляций систем Unified Communications...
Пятое измерение музейного пространства Пятое измерение музейного пространства
Вы можете себе представить один из самых информационно емких музеев в стране, экспозиция которого состоит из...
Кодек H.265 (стандарт HEVC) утвержден Международным союзом телекоммуникаций (МСТ) Кодек H.265 (стандарт HEVC) утвержден Международным союзом телекоммуникаций (МСТ)
После примерно девяти лет разработок, МСТ наконец признал высокую эффективность предлагаемого видео кодека...
IT+AV=конвергенция: будущее или настоящее? IT+AV=конвергенция: будущее или настоящее?
Развитие рынка диктует новые потребности, а в новых условиях требуются уже не столько специализированные, сколько комплексные реше...
Анатомия компонентных сигналов - Часть I Анатомия компонентных сигналов - Часть I
Наше поколение живет в эпоху научно-технической революции, но поскольку мы находимся «внутри процесса», то не замечаем...
Все статьи
Комплекс аппаратно-программных средств для аудиовизуального контроля и документаций Комплекс аппаратно-программных средств для аудиовизуального контроля и документаций
На момент разработки проекта, у заказчика имелась не законченная сеть из камер видеонаблюдения, требующая создания системы централ...
Аудиовизуальные технологии менеджмента Аудиовизуальные технологии менеджмента
Для решения поставленной задачи был использован комплекс мультимедийного оборудования, в основе которого лежала система коммутации...
Мультимедийная трибуна Мультимедийная трибуна
Центральным компонентом системы является компьютер с DVD-драйвом, слотом кард-ридера и кнопкой включения, вмонтированными в трибун...
Все кейсы
Достучаться до небес. Продаем Digital Signage в отель
Сарбашев Никита
“Надо создавать экосистему продукта. Свой собственный бренд, понятный и лояльный клиенту.”
Сарбашев Никита
эксперт по технологии Digital Signage
Будущее ProAV: больше, ярче, быстрее, четче и умнее
Пол Салвини
“То, что происходит сейчас в Pro AV индустрии, не может оставить меня равнодушным: ведь перед нашими компаниями..."”
Пол Салвини
главный технический директор  компании Christie
Успешный инсталлятор и его "жены" или еще раз про Особую Технику Клиентской АТтракции
Горбачёв Максим
“В 2009 году – в самый разгар кризиса – вышло продолжение популярной книги Максима Горбачёва и Дмитрия Ткаченко...”
Горбачёв Максим
независимый тренер-консультант, входит в top-10 лучших тренеров России сферы продаж
Сложности озвучивания - расставляем точки над i
Троцкий Сергей
“Какие объекты считаются «сложными» в профессиональном аудио и чем они отличаются от «простых»?”
Троцкий Сергей
Директор по развитию бизнеса компании Harman в России
Все мнения