Обзоры

Шаг в третье измерение

Хрустальный шар a la hi-tech

Самым очевидным решением было бы заполнить область изображения некоторой
активной средой — веществом, позволяющим отображать графическую информацию, попросту
говоря, светиться или отражать свет. Проблема лишь в том, что такого вещества
пока не открыли. Поэтому ученые пришли к другому выводу: трехмерное изображение
можно получить, проецируя луч света на поверхность быстро вращающегося архимедова
винта. Именно такая конструкция экрана была выбрана группой немецких инженеров,
создавших прототип 3D-дисплея. Он получил название Felix,
что созвучно со словом helix, обозначающим спираль.


Шаг в третье измерение

Внешнее сходство между современным
3D-монитором и известным гадальным приспособлением просто поражает…
Шаг в третье измерение

Спиральный экран Felix вращается с частотой около 10 об/с. Светящаяся точка на
нем создается лучом лазера, направленным снизу и способным перемещаться параллельно
оси. Комбинация положения спирали в определенный момент времени и смещения луча
однозначно определяет любую точку в теле вращения, а множество светящихся точек
и формируют трехмерное изображение.

Экспериментальный образец Felix, существующий в настоящий момент, имеет высоту 91 см и диаметр 46 см.

Альтернативное решение избрали создатели объемного дисплея Actuality.
В области изображения вращается с частотой 730 об/мин полукруглый экран, на который
проецируются разрезы отображаемого тела. Всего формируется 198 таких сечений при
различных положениях экрана, благодаря чему и создается трехмерное изображение.
Большое количество передаваемой информации приводит к существенному ограничению
качества: разрешение каждого разреза составляет 768 x 768 точек, количество цветов
— 8. Внешне такой дисплей похож на хрустальный шар гадалки — это прозрачная
полусфера диаметром 20 дюймов, внутри которой заключен отображаемый объект. Такая
форма подходит для обзора с любой стороны и даже сверху, при этом наблюдателей
может быть неограниченное количество. И самое главное — картинка действительно
трехмерна, то есть глаз сможет фокусироваться на различной глубине изображения,
создавая зрителю ощущение аккомодации. Но все же современные объемные дисплеи
имеют множество недостатков — большие размеры, необходимость использовать движущиеся
элементы. Но самое главное — они не могут отображать непрозрачные объекты. Поэтому
такие дисплеи вряд ли когда-либо будут применяться в домашних системах, но для
научных целей, для визуализации данных и даже для рекламы они доступны уже сейчас.

Каждому глазу — по картинке


Шаг в третье измерение

Беспроводной шлем виртуальной
реальности от Siemens — в настоящий момент наиболее совершенное устройство
такого класса

Зачем отображать тело полностью, если
человек все равно видит его с одной стороны? Для создания эффекта трехмерности
ему достаточно иметь всего два глаза. Это значит, что вполне можно обойтись, показав
лишь две картинки — по одной для каждого. Именно эту идею эксплуатируют создатели
шлемов виртуальной реальности. Принцип очень прост: через систему линз каждый
глаз видит "свой" экран. Но высокие требования к компактности из-за
того, что устройство нужно надевать на голову, привели к необходимости смириться
с низким разрешением изображения, которое удается получить на малогабаритном LCD-дисплее.

Несмотря на все ухищрения, подобные шлемы производства компаний VFX и iGlasses,
доступные на рынке, все же были чрезмерно массивными и потому недостаточно эргономичными.
Кроме того, эти приборы требовали проводного подключения к компьютеру, что дополнительно
снижало удобство. В связи с этим интересной является новейшая разработка компании
Siemens — беспроводной компактный
шлем виртуальной реальности. Но она не полностью лишена основных недостатков подобного
решения — индивидуальности и дороговизны.

Для уменьшения стоимости можно использовать систему из привычного двухмерного монитора и специальных очков. На экран по очереди выводятся картинки для каждого глаза. Для того чтобы в текущий момент информацию получал только один глаз, используются очки с жидкокристаллическими шторками, закрывающие то один, то другой глаз одновременно со сменой кадров. Если последние будут чередоваться достаточно быстро, то человек будет воспринимать их как единое трехмерное изображение.

В данном случае устройство, надеваемое на голову, ощутимо уменьшается, приближаясь по размерам к обыкновенным очкам. В настоящий момент выпускается довольно много моделей подобных стереоочков. К ним относятся популярные в Украине устройства производства ASUS и Elsa, подключаемые к видеокартам на основе графических чипсетов от NVidia. Сравнительно невысокая стоимость очков (порядка 300 грн) и совместимость с популярным API DirectX сделала их доступными рядовому геймеру.

Но необходимость выводить по очереди два кадра, соответствующих одному и тому
же моменту игры, уменьшает реальную частоту развертки монитора вдвое. Это значит,
что для снижения эффекта мерцания придется использовать качественный, а соответственно,
и дорогой дисплей. Эффект послесвечения люминофора ЭЛТ и инертность матриц ЖК-мониторов
вызывают наложение изображений для разных глаз, а следовательно, и ослабление
эффекта трехмерности. А необходимость использовать активные очки делает этот способ
таким же индивидуальным, как и предыдущий.

Для того чтобы трехмерное изображение могла одновременно наблюдать группа людей,
пусть даже и с помощью очков, нужно "отделить" последние от видеокарты.
В одном из вариантов такого решения используют поляризационные фильтры, направляющие
колебания световых волн кадров для разных глаз в разных плоскостях. Соответственно
в очках достаточно использовать пассивные поляризационные линзы с перпендикулярными
плоскостями поляризации, фильтрующими лишь необходимое каждому глазу изображение.
Помимо отсутствия связи с ПК, это означает еще и дополнительное удешевление прибора.
Устройства такого типа предлагает компания StereoGraphics,
назвав их ZScreen 2000. Они состоят из активного экрана, совместимого с любым
монитором с диагональю 19—21″, в комплекте с легкими очками. Стоимость экрана
находится на уровне 2 тыс. долл., очков — $50. Для широкого использования можно
изготовить и дешевые бумажные очки, которые обойдутся всего в $1,2. Несколько
человек, надев их, смогут одновременно наблюдать трехмерное изображение на мониторе.
Компания пошла дальше, разработав подобные фильтры для ЖК-проекторов. Но использование
активных экранов сильно снижает яркость изображения. Например, для устройств ZScreen
оно падает на 68%.


Свобода от очков


Шаг в третье измерение

Стереоочки Elsa 3D Revelator
пока остаются лучшими и по дизайну, и по качеству

Дальше по шкале сложности следуют автостереоскопические
технологии, не требующие никаких дополнительных приспособлений для наблюдения
трехмерного изображения. Из них наибольшую популярность получили так называемые
линзово-растровые дисплеи (lenticular displays). В таких мониторах две картинки
разделяются на полосы, по очереди выводимые на ЖК-экран, перед которым размещается
слой маленьких полуцилиндрических линз (lenticules). Они собирают изображения
по цветовым составляющим и фокусируют их на зрачках. Необходимым условием для
создания таких мониторов является точное позиционирование пикселов на двухмерном
экране, чего можно достичь, лишь используя ЖК-панели с цифровым интерфейсом. Именно
поэтому такие 3D-дисплеи стали доступными лишь недавно.

Одними из первых появились мониторы немецкой компании Dresden
3D
, выпущенные под торговой маркой D4D. В их основе лежит ЖК-панель с диагональю
18,1″ с "родным" разрешением 1280 x 1024 точки. Другое необходимое требование
— фокусировка результирующего изображения точно на зрачках — выполняется путем
отслеживания их положения с помощью видеокамер над экраном. Электроника обрабатывает
картинки с частотой 25 Hz и соответственно перемещает слой линз. Правда, эти самые
"внимательные" глаза также делают эффект трехмерности индивидуальным.

Проблема индивидуальности решена в автостереоскопических дисплеях все той же компании StereoGraphics. Устройство под названием SynthaGram объединяет целых 9 (!) изображений, снятых последовательно расположенными вдоль объекта камерами. Каждые два соседних кадра представляют собой стереопару. При перемещении головы в поле зрения будут попадать разные их комбинации, создавая эффект кругового обзора. Главное преимущество этой технологии в полной независимости наблюдателя и дисплея, благодаря чему эффект может быть доступен сразу нескольким зрителям. Более того, его смогут наблюдать даже так называемые "стереослепые" люди, для которых другие технологии не подходят. Все девять картинок объединяются с помощью процесса, названного самой компанией interzigging, и выводятся на панель с такими же характеристиками, как и у дисплеев D4D. Пока что это выполняет программный модуль, но StereoGraphics обещает в ближайшее время выпустить аппаратное решение и драйвер с поддержкой API OpenGL. Дисплей уже сейчас доступен на рынке по цене 6 тыс. долл. в комплекте с видеокартой на основе чипсета ATI Radeon VE с цифровым видеовыходом. Недостатки такой реализации — требования генерировать целых 9 изображений и использовать второй (двухмерный) монитор для "плоских" элементов управления Windows. Также общим недостатком всех линзово-растровых дисплеев является то, что они обеспечивают трехмерность лишь в горизонтальной плоскости, по вертикали изображение остается "плоским".

Окружить себя виртуальностью


Шаг в третье измерение

Автостереоскопические дисплеи
по внешнему виду мало чем отличаются от обычных мониторов. Но, включив их,
пользователь наверняка заметит разницу…

Шаг в третье измерение

Изображение стереомонитора
нельзя запечатлеть на фото. Но его владелец наверняка увидит нечто подобное

Пожалуй, наиболее зрелищным является способ
визуализации, используемый компанией Elumens.
Его суть заключается в том, что вокруг зрителя создается полусферический экран,
охватывающий всю его область зрения. В результате мозг, потерявший ориентиры в
виде привычных границ изображения, обманывает сам себя, создавая стойкую иллюзию
трехмерности. Компания предлагает множество вариантов экрана: от индивидуального
стоимостью 20 тыс. долл. до полной полусферы, рассчитанной на 45 человек и имеющей
цену четверть миллиона долларов. Такой огромный экран позволит побывать в виртуальной
реальности, практически полностью оградив зрителя от реальности настоящей. Изображение
проецируется панорамными ЖК-проекторами со специально разработанными линзами,
проекторы совместимы с Windows NT/2000 (через API DirectX), системами Silicon
Graphics и всеми телевизионными стандартами. Конечно, такие дисплеи "не грозят"
домашнему пользователю, они предназначены для серьезных целей: дизайн, тренировка
персонала, презентации. Но вполне возможно и использование их для развлечений
— в небольших панорамных кинотеатрах, позволяющих буквально окунуться в происходящее.
Разве не к этому стремится индустрия развлечений?

Шаг в будущее

Существует множество технологий отображения трехмерных образов, в нашу статью же попали лишь реальные и доступные уже сегодня разработки. Естественно, они еще далеки от совершенства: не всегда удобные и эффективные, но всегда дорогие, такие мониторы еще неприемлемы для домашнего пользователя. Но ситуацию можно сравнить с эпохой первых телевизоров: непривычно, некрасиво, дорого, но дух захватывает! Так что нам остается следить за прогрессом и ждать новых качественных дисплеев по доступной цене.

Завантаження коментарів...

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: