Активне і пасивне 3D, способи одержання об'ємного зображення

Бінокулярний (стереоскопічний) зір дозволяє нам сприймати навколишній світ об'ємним. Звичайно ж, він такий і є, основна проблема для 3D-телевізора або 3D-проектора в кінозалі полягає в тому, що показати цей самий об'ємний світ потрібно плоскому екрані.

Об'ємний світ на плоскому екрані

Якщо Ви призабули, яким чином наш мозок "формує" об'ємне 3D-зображення і бажаєте дізнатися про секрети, а так само перших способи об'ємного зображення на плоских поверхнях, рекомендую почати все з першої частини статті: 3D-формат, об'ємне зображення (частина 1), інакше деяка частина викладеного тут матеріалу, може Вам здатися незрозумілою ab

Як ми вже знаємо, для того, щоб дивитися по телевізору або в кінотеатрі відео у форматі 3D, потрібно, як мінімум, мати два зображення: по одному для кожного ока. Цього можна досягти різними способами, давайте розглянемо кожен з них і почнемо з так званого пасивного 3D, так як пасивних 3D технологій більше, ніж активних

  • Анаглифический метод:
  • Це, мабуть, один із самих древніх способів одержання 3D-ефекту, однак, з-за своєї простоти, ним користуються і зараз. Анагліфічних зображення створюються за допомогою колірних фільтрів, які видаляють частину видимого спектра з картинки, призначеної для кожного ока: в червоний каналі зображена картина для лівого ока, а в синій - для лівого

    Анаглифический метод

    Анагліфічних окуляри, для перегляду таких зображень, що можна зробити самому, використовуючи синій і червоний світлофільтри (або пурпурний з зеленим), а можна купити готові. Такі окуляри, як правило, йдуть в комплекті до китайським портативним "3D-телевізорів" (раскладушкам)

    Анагліфічних окуляри

    Початкове зображення записується двома (в ідеалі) або одного (при наявності цифрової обробки матеріалу) камерами, розташованими під різними кутами, кожна з яких так само забезпечена світлофільтром. При перегляді, цілком достатньо одного джерела (хоча їх може бути і два) кожне око бачить тільки те зображення, яке для нього призначене, так як друге - відсікає світлофільтр

    Світлофільтри та отримання обсягу

    Перевага анагліфічних способу полягає в тому, що ніякого спеціального дисплея вам не потрібно: будь-який стандартний 2D-дисплей (плоский) або телевізор здатний виводити анаглифическую тривимірну картинку, а виготовити окуляри легко можна в домашніх умовах.

    Недолік - огидна передача кольору, так як значна частина колірної гами відсікається або спотворюється кольоровими світлофільтрами, а наш мозок, на відміну від електронної схеми телевізора, нездатний "відтворити" зелений колір, маючи, в якості інформації, тільки синій і червоний. Як наслідок - сильна втома очей дискомфорт і головний біль, так що не раджу захоплюватися цим способом перегляду dn

  • Методи поляризації: лінійна поляризація
  • У 1932 році Едвін Ленд (засновник компанії Polaroid) приступає до виробництва поляризаційної плівки, яку планує використовувати в сонцезахисних окулярах для придушення сонячних відблисків (очки за цією технологією, до речі, випускаються до цих пір). Вперше глядачі отримують можливість дивитися нормальне, повнокольорове стереоскопічне (або просто стерео) зображення, однак, і тут не все було гладко

    Методи поляризації

    Принцип лінійної поляризації дуже простий (його використовують у LCD і LED телевізорах): світло, проходячи через таку плівку, з "кульки" перетворюється в плоский "млинець" (як ніби його "продавлюють" через форму з горизонтальними або вертикальними розрізами)

    Зйомка і демонстрація проводилися двома синхронізованими камерами. Об'єктиви в передавальних камерах (в кінотеатрах) були поляризовані: один з них - вертикально, а другий - горизонтально (або "навскоси", але теж під кутом 90 градусів). Окуляри для перегляду 3D-фільмів, так само були поляризовані: одне скло - горизонтально, друге - вертикально. Екран для демонстрації стерео-фільмів, мав спеціальне металізоване покриття (їх називали "срібними"), яке було здатне відображати падаюче на нього поляризоване світло від обох камер без зміни напрямку поляризації (без розсіювання)

    Лінійна поляризація

    Світло, відбите екраном, поляризований горизонтально, міг "пройти" тільки через те скло очок, яке було поляризоване так само - горизонтально і не міг пройти через друге, поляризоване вертикально, тобто дане зображення бачив тільки одне око. Для другого ока було призначено зображення з другої камери, з вертикальною поляризацією, в результаті - кожен око "бачив" тільки те зображення, яке призначалося для нього.

    Перевага такого способу - відсутність ефекту мерехтіння, так як обидва зображення виводилися одночасно, якщо зняти окуляри - воно просто "розпливалася", але не мерехтіло і хороша, правильна передача кольору (у 80-х я сам дивився такий 3D-фільм у кінотеатрі ab )
    Недоліки: голову потрібно було тримати строго прямо, а перебувати - по центру екрана, інакше змінювався взаємний кут між напрямками поляризації камери і скла окулярів, що призводило до втрати 3D стерео-ефекту і спотворювало картину, складно було синхронізувати дві різні камери (не забудьте, що камери були аналоговими, а фільми - записувалися на плівку)

    Принцип лінійної поляризації

    Пізніше стали використовувати одну цифрову камеру і фільтр, з перемикається поляризацією. У такій системі кадри зображення для лівого і правого ока, виводилися послідовно один за іншим. Електронний фільтр, синхронізований з камерою, міг змінювати напрямок поляризації світлового потоку від камери, тому, на все той же "срібло" екран виводилися послідовно кадри з різною поляризацією для кожного ока. Основною недолік - неприємне для очей мерехтіння, так як в той час, коли ліве око "бачить" картину, правий - нічого не бачить (для нього, в цей проміжок часу, повна темрява) і навпаки

  • Методи поляризації: кругова поляризація
  • Проблему обмеження кута огляду (нахилу голови) вдалося вирішити, удавшись до методу кругової поляризації (до речі, знаменитий фільм "Аватар" ми з Вами дивилися в 3D-кінотеатрах, оснащених саме цією апаратурою і окулярами ad ). При кругової поляризації фільтрація виконується в залежності від напрямку обертання вектора поляризації в площині, перпендикулярній до напрямку поширення хвилі (ліве і праве обертання):

    Кругова поляризаціяЛіве і праве обертання

    Все решта - аналогічно методу лінійної поляризації: одягнувши окуляри, кожне око буде бачити тільки те зображення, яке поляризоване в тому ж напрямку (лівому або правому), що і скло окулярів. Використовується цифрова камера та електронно-перемикається фільтр. Передача кольору і 3D-ефекти не губляться, при нахилі голови або перегляді під невеликим кутом до екрану. Цей спосіб підходить не тільки для перегляду 3D-фільмів в кінотеатрах, але і для LCD дисплеїв моніторів і телевізорів.

    Окуляри для кругової поляризації

    3D-дисплеї можуть виготовлятися з поляризаційними фільтрами, які накладаються на рядки пікселів дисплея або мати вже поляризовані рядка (ряди) пікселів. Тоді одні групи (рядки) пікселів дадуть нам картинку для одного ока (все в тих же окулярах, зрозуміло), а інші - для другого. Щоб відтворювати стереоскопічне 3D-відео, наприклад, з Blu-ray 3D на поляризованому дисплеї, правий і лівий кадри відео будуть перетворені в черезрядковий формат. Дисплей відобразить парні рядки для одного ока, а непарні - для іншого. Що ми втрачаємо? - половину дозволу екрану, чим загрожує? - порухайте цю картинку вгору-вниз по монітору і постежите за нею очима (сині і червоні лінії на ній символізують парні і непарні рядки):

    Черезрядковий формат

    Давайте підведемо підсумки. До переваг 3D-формату, методом кругової поляризації, можна віднести порівняно невисоку вартість обладнання, гарну передачу кольору і відсутність мерехтіння (на ЖК-дисплеях), недоліків - втрата половини дозволу екрану (в дисплеях) або мерехтіння (у кінотеатрах), поляризатори "з'їдають" половину яскравості вихідного зображення, розмитість країв зображення і дрібних деталей

  • Затворна технологія:
  • Досі ми розглядали пасивні 3D технології, тепер прийшла черга розповісти про активної 3D технології або просто активному 3D. Історія цієї технології веде нас до далекого 1922 році, коли Лоренс Хаммонд представляє свою систему для перегляду кінофільмів в стерео-форматі: Teleview. Два кінопроектора посилали на полотно кадри по черзі. Поруч з кожним глядачем стояв спеціальний пристрій, вмонтований у підлокітники крісел - "візор". Всередині круглої коробки "візора" обертався диск, чимось нагадує краватку-метелика, а внизу були два отвори для очей, через які можна було бачити екран

    Лоренс Хаммонд і формат Teleview

    Якщо все синхронізувалися чітко, то шторки закривали екран для лівого ока, залишаючи видимість для правого, і навпаки, у відповідності з кадрами. Проблема полягала в тому, що досягти стабільної синхронізації такої кількості механічних пристроїв дуже непросто, та й сама якість "вихідного зображення" залишала бажати кращого ac

    Шторки і синхронізація

    Повернення до цієї технології стався лише в початку 21 століття, коли, з розвитком LCD-дисплеїв стало можливим виготовлення 3D-окулярів з активними затворами, а навесні 2010 року вже у багатьох магазинах продавалися 3D-телевізори, забезпечені парою таких окулярів. Затворна технологія сподобалася і кінотеатрам, які, відмовившись від поляризовані 3D-окулярів, перейшли на затворні.

    Затворный метод 3D

    3D-окуляри з активними затворами являють собою дві LCD-матриці (детальніше про принцип роботи РК-дисплея читаємо тут: LCD телевізори), керовані ІЧ-променями з синхронізатора. Кожна з матриць (ліве і праве скло) може знаходитися в двох станах: відкритому і закритому. Якщо матриця "відкрита", світло вільно проходить через неї і очей "бачить", якщо ж "закрита" - то світло не може пройти крізь неї і очей нічого не побачить (це скло буде просто "чорним").

    За сигналом керування, що надходить від датчика на телевізорі або над екраном у кінотеатрі, скла-матриці очок починають поперемінно переключаться: одне скло - закрито, а друге - відкрито. Сам проектор або телевізор у цей час посилають на свій екран незалежні картинки, призначені для кожного ока. Таким чином, у кожен момент часу, ми фактично бачимо одну картинку одним оком, а далі, завдяки інерційності наших очей і нашому великому процесору - мозку, відбувається "формування" повноцінної об'ємної картинки ab

    3D-окуляри з активними затворами

    Для того, щоб звести ефект мерехтіння до мінімуму, необхідно передавати кадри з частотою не менш 60Гц, а враховуючи те, що нашій черепушці" ще необхідно "склеїти" два кадри, отриманих для лівого і правого ока, отримуємо 120Гц. Для проектора - це не проблема, а ось для телевізора або монітора з HD-роздільною здатністю... поки не дуже виходить bn

    Крім цього, складність виникає з доставкою Full HD 3D-сигналу від джерела до телевізора. По-перше, має відбуватися зчитування з диска двох канальної системі, а потім ще й передати такий сигнал, а для передачі вже потрібно HDMI 1.4, адже поширений сьогодні інтерфейс HDMI 1.3 може і не впоратися з передачею 120 кадрів в секунду Full HD

    Камера 3D затворної технології

    Зараз можна придбати для домашнього перегляду 3D-окуляри, які входять в комплект NVIDIA 3D Vision для перегляду 3D-зображення на екрані монітора ПК, телевізора або "ноут-бука", тільки пам'ятайте, що цю систему можна підключити тільки до моніторів, підтримує формат високого дозволу (HDTV-1080p)

    NVIDIA 3D Vision

    Переваги затворної активної 3D технології: відмінна передача кольору, чіткі межі об'єктів зображення, широкий кут перегляду без втрати якості 3D-ефектів, перегляд фільмів на моніторі або ТБ в повному дозволі (нагадаю, що при методі поляризації Ви бачите кожним оком тільки половину від повного дозволу екрану)
    Недоліки: дорогі окуляри, які потребують живлення від батарейки або акумулятора, при помилках синхронізації - двоїння зображення, втрата яскравості картинки з-за неповної прозорості лінз-матриць 3D-очок (втрата яскравості в поляризованих окулярах - менше)

  • Затворна або поляризація?:
  • Зараз, технології поляризації та затворна, активно змагаються доводячи нам, що кожна з них - найкраща, однак, кращий спосіб це перевірити - побачити своїми очима, тільки не на рекламних стендах, а "вживу", так як чимала частина цієї реклами - неправда, ось один з прикладів: фірма LG доводить перевагу своїх моніторів з поляризаційною технологією, перед іншими, що використовують затворный метод.

    По-перше, не настільки у "затвора" падає яскравість, як показано на рекламі, по-друге, метелик не вилетить за межі екрану (про це та інші "приколи", читайте у третій частині статті) і останнє - чому розміри дисплеїв різні? dq

    Зображення за межами екрану

    Дивимося далі, нам показують, що ми будемо бачити зображення двома очима одночасно, але замовчують те, що кожне око бачить тільки половину дозволи (через-рядкова розгортка для формування двох каналів зображення), а при затворної - повне дозвіл, але половину часу bk

    Порівняння технологій

    А ось тут взагалі можна посперечатися, при якій технології буде менше двоїтися, забезпечуються краща чіткість і перенесення кольорів, а головне - менша втома очей bt

    Затворна або поляризація?
  • 3D-формат і наше здоров'я:
  • Нам доводять, що перегляд 3D-фільмів безпечний для здоров'я, а очам нічого не загрожує? Тоді чому ж вони починають хворіти або реально "розходяться" після перегляду, особливо на великому екрані be Звідки може з'явитися головний біль? Кажуть, що це від "мерехтіння", однак, є набагато більш серйозні причини, що представляють небезпеку для нашого здоров'я, причому не тільки фізичного, але й психічного bm

    читати далі: Небезпечно! 3D-формат і нереальний обсяг

    Посилання на цей матеріал: http://tv-el.ru/publ/3-1-0-57

    Комментарии

    Аватар пользователя Юра

    Мені не сподобалася технологія поляризації, затворні окуляри краще, очі не так втомлюються. Напевно кінотеатрам вигідніше купити дешеву апаратуру і окуляри, ніж нормальну Ac

    Аватар пользователя Андрей

    Повністю згоден, активне 3D цікавіше і втому очей менше Ay

    Аватар пользователя Кира

    Купила новий телевізор з пасивним 3D, до нього три пари окулярів йдуть в комплекті. Будь ласка, підкажіть чому вони такі темні? У рекламі було навпаки, говорили що вони прозорі Ac

    Аватар пользователя Андрей

    Кіра, я якраз про це писав, не вірте рекламі, просіть показати вам все при покупці. Так, пасивні 3D окуляри - темні, навіть занадто, поляризатор зрізає половину світла, він так влаштований Bs