Проблемы при регистрации на сайте? НАЖМИТЕ СЮДА!                               Не проходите мимо весьма интересного раздела нашего сайта - проекты посетителей. Там вы всегда найдете свежие новости, анекдоты, прогноз погоды (в ADSL-газете), телепрограмму эфирных и ADSL-TV каналов, самые свежие и интересные новости из мира высоких технологий, самые оригинальные и удивительные картинки из интернета, большой архив журналов за последние годы, аппетитные рецепты в картинках, информативные Интересности из Интернета. Раздел обновляется ежедневно.                               Всегда свежие версии самых лучших бесплатных программ для повседневного использования в разделе Необходимые программы. Там практически все, что требуется для повседневной работы. Начните постепенно отказываться от пиратских версий в пользу более удобных и функциональных бесплатных аналогов.                               Если Вы все еще не пользуетесь нашим чатом, весьма советуем с ним познакомиться. Там Вы найдете много новых друзей. Кроме того, это наиболее быстрый и действенный способ связаться с администраторами проекта.                               Продолжает работать раздел Обновления антивирусов - всегда актуальные бесплатные обновления для Dr Web и NOD.                               Не успели что-то прочитать? Полное содержание бегущей строки можно найти по этой ссылке.                              

Современные 3D-дисплеи: готовность номер один?

Дмитрий Чеканов, 4 мая 2005

Введение

Представьте себе такую ситуацию. Вы играете в любимый шутер. Дюйм за дюймом крадётесь по узкому и тесному коридору. Вокруг - тьма, хоть глаз выколи. Слава Богу, в руке есть верный фонарик. Окружающие вас колонки наполняют комнату реалистичной звуковой картиной, и вы полностью погружены в игру. Вы начинаете заворачивать за угол, и вдруг оттуда внезапно нападает монстр, выпуская по вам огненные шары. Экран трясётся и окрашивается тёмно-красным.

Подобная сцена заставит испугаться и, возможно, подпрыгнуть на стуле, но, согласитесь, выглядит она не очень реально. Чего-то не хватает, чтобы впечатление от игры было более реалистичным, более приближённым к настоящей жизни. Не хватает трёхмерного пространственного восприятия.

Не будем забывать, что мы глядим всего лишь на плоский 2D-экран монитора, который отображает совершенно плоскую картинку. А уже мозг превращает эту картинку в 3D-сцену. То же самое можно испытать, если посмотреть на простую фотографию. Вы получите ощущение объёма, но на самом деле его нет.

Причина заключается в том, что все полигоны вашей скоростной 3D-карты накладываются на 2D-плоскость дисплея. Но реальность-то иная - игра ведь трёхмерная! Для воспроизведения реальной 3D-сцены необходимо ощущение глубины - стереоскопическое видение.


Почему езда на американских горках столь захватывающа? Кроме центробежной силы и высокой скорости, у пассажиров создаётся потрясающее визуальное впечатление, которое вряд ли можно заменить плоской картинкой.

Хотя в последние годы ведётся немало работ по 3D-видению на компьютере, 3D-дисплеи так и не вышли на рынок домашних ПК. К концу 90-х годов появились 3D-очки с попеременным затвором, которые попытались привнести 3D на столы пользователей, но с появлением современных ЖК-дисплеев они быстро сошли со сцены. Кроме того, эта технология требовала слишком высокой частоты вертикальной синхронизации от ЭЛТ-мониторов, а продолжительное использование 3D-очков часто приводило к усталости и головным болям. Но эффект был действительно захватывающим - зритель был просто потрясён тем, как объекты внезапно выступают вперёд, за плоскость экрана.

С тех пор технология 3D-видения продолжала совершенствоваться. В нашей статье мы внимательно рассмотрим технологии, которые стоят за современными 3D-дисплеями, а также предложим возможные сферы их использования.

Пространственное восприятие

Чтобы понять, как работают стереоскопические дисплеи, сначала необходимо разобраться в том, как устроено человеческое пространственное зрение. Это открытие было сделано ещё в XIX. Дело в том, что восприятие пространства связано с расстоянием между глазами. Поэтому любой объект каждый глаз видит под несколько другим углом.

Вы можете легко воспроизвести этот эффект дома. Посмотрите на один из углов вашего монитора, закрыв один глаз. Затем повторите эту же процедуру для другого глаза. Угол будет как бы перемещаться вправо-влево. То есть перспектива для каждого глаза немного отличается. С помощью этой разницы мозг высчитывает расстояние до объекта, а затем строит его трёхмерное пространственное представление.


Из-за расстояния между глазами каждый из них видит картинку под разным углом. Мозг сочетает эти картинки вместе и создаёт пространственное изображение.

Однако не у каждого есть подобная возможность. Некоторые люди не обладают стереоскопическим зрением из-за разной фокусировки глаз, аномалий зрачка или других причин. В этом случае мозг тоже адаптируется, используя другие способы для создания пространственной картины.

3D-технологии

Компьютерный экран плоский. Поэтому создать на нём реалистичную трёхмерную картинку без технологических трюков или специальных устройств невозможно - ведь дисплей даёт картинку, которую оба глаза видят одинаково. Как мы уже говорили ранее, для трёхмерного восприятия оба глаза должны смотреть на объект под немного разными углами. То есть трюк заключается в том, чтобы каждый глаз получил свою картинку, несмотря на то, что зритель будет смотреть на одну и ту же поверхность.


Как вам объёмный динозавр в кинотеатре IMAX 3D? На иллюстрации, конечно, монтаж.

Хотя в прошлые годы появились различные способы вывода 3D-сцены на 2D-плоскости, ни один из них так и не получил широкого применения - по крайней мере, в сфере бытовой электроники.

Цветовое различие

Очень простой способ вывода симулированной 3D-картинки заключается в использовании очков с тонированными линзами. К примеру, очень популярна технология Пулфрича (Pulfrich). Она использует очки с разной интенсивностью окраски, в результате чего на движущемся или вращающемся объекте можно получить 3D-эффект. В данном случае линза для одного глаза немного затемнена, то есть картинка достигает мозга чуть позже. Если фон сцены движется в одном направлении, а передние объекты - в другом, то мы получаем 3D-эффект.


Если используются двуцветная технология, то на картинку наносится две перспективы, каждая из которых использует несколько различающиеся цвета.

С помощью специальных очков с красной и синей линзами картинка затем фильтруется таким образом, что каждый глаз получает свою перспективу. В результате изображение приобретает объём.

Двуцветная технология требует всего лишь очков, у которых одна линза окрашена красным, а вторая - зелёным. Все перспективы или картинки для левого глаза окрашиваются в зелёные оттенки, а для правого - в красные. Подкрашенные линзы работают в качестве светофильтров, пропуская к глазу только нужную картинку. Но при этом возникает два недостатка: картинка получается более-менее одноцветной (красной или зелёной), да и если пользоваться подобными очками продолжительное время, глаза начинают уставать.

Современные двуцветные технологии опираются на очки с красно-голубыми линзами. Они дают лучшую цветопередачу по сравнению с красно-зелёными.

Хотя двуцветные технологии и используются во многих 3D-кинотеатрах, они не столь распространены на компьютерных дисплеях. И одна из главных причин тому, в дополнение к упомянутым выше недостаткам, заключается в том, что 3D-эффект очень незначителен, особенно, если расстояние до экрана невелико.

Шлемы виртуальной реальности


Шлем nVisor SX, разработанный NVIS, обладает максимальным разрешением 1280x1024 пикселей и стоит около $24 000.

На первый взгляд, очки или шлем виртуальной реальности, где каждому глазу даётся свой экран, кажутся идеальным решением для создания 3D-эффекта. Ведь каждый глаз получает свою картинку.


Создаваемая на небольших дисплеях картинка передаётся на каждый глаз с помощью сложной оптической системы, называемой NVIS "Pancake Optics".

После своего первого появления шлемы виртуальной реальности имели очень низкое разрешение. Кроме того, близость дисплеев к глазам тоже создавала проблемы после продолжительного использования, приводя к утомлению. За последующие годы технология была заметно улучшена, и сегодня шлемы виртуальной реальности поддерживают разрешение до 1280x1024 пикселей.

Хотя шлемы очень хороши для 3D-воспроизведения, они по-прежнему ограничены несколькими профессиональными приложениями из-за того, что взаимодействие с рабочей станцией или ПК несколько ограниченно. Впрочем, шлем позволяет сразу же погрузиться в 3D-мир. И здесь возникает самый главный недостаток технологии: если пользователь будет одновременно выполнять другие задачи, то шлем уже не подойдёт. Представьте себе ситуацию, когда инженеру нужно вводить данные с помощью клавиатуры в ходе симуляции. Так что для работы с клавиатурой или другой деятельности шлем придётся снимать.


Американские солдаты используют шлемы виртуальной реальности во время парашютной тренировки на воздушной базе в Пенсаколе.


Шлем XL100A от Keo поддерживает разрешение до 1024x768.

Как мы уже указывали выше, шлемы виртуальной реальности идеальны для симуляции или демонстраций. Они полностью блокируют окружающий мир, позволяя погрузиться в мир виртуальный. В принципе, шлемы идеально подходят для игр на ПК. Вот если бы ещё и цена на них опустилась до разумных пределов.

3D-очки с попеременным затвором

В мире ПК, по всей видимости, 3D-очки являются наиболее известным и распространённым средством создания 3D-реальности. Ближе к концу 90-х годов компания под названием Metabyte произвела настоящий бум, выпустив очки с попеременным затвором под названием Wicked 3D. Позднее Elsa продавала эти очки под названием 3D Revelator. Кроме того, Asus долгое время поставляла high-end графические карты с подобными очками.


Очки ASUS VR-100 с попеременным затвором.

Принцип работы подобных очков очень прост. Как мы уже упоминали выше, для создания 3D-эффекта каждый глаз должен получать свою перспективу. Именно это и дают очки с попеременным затвором, если их использовать в паре со специальным графическим драйвером. Экран попеременно отображает картинки для правого и левого глаза. В то же время, очки "запирают" левую или правую линзу, соответственно, делая её непрозрачной.

Чтобы глаза не замечали подобного мерцания, очки должны работать с очень высокой частотой. На практике мерцание прочно завязано на частоту обновления монитора. Если она составляет 100 Гц, то монитор отображает 100 кадров в секунду. Однако из-за эффекта попеременного затвора эта частота уменьшается в два раза, так как каждый кадр сейчас состоит из двух картинок, для правого и левого глаза. Следовательно, монитор должен выдавать частоту не меньше 120 Гц, чтобы глаза получили эффективную частоту 60 Гц. Конечно, частота 140 Гц будет ещё приятнее.

Так как эффект затвора привязан к частоте обновления, то очки с попеременным затвором должны быть как-то связаны с графической картой, чтобы гарантировать синхронизацию. Самым очевидным решением является кабель, но более комфортной будет инфракрасная связь.

Очки с попеременным затвором работают только в паре с ЭЛТ-монитором, так как только он обеспечивает быструю смену кадров. ЖК-мониторы, даже современные, для этого не годятся - они слишком медлительны. Да и у ЭЛТ-мониторов проблемы тоже наблюдаются. Слой люминофора, который нанесён на электронно-лучевую трубку, всё равно обладает некоторым послесвечением. Так что каждый глаз видит небольшой ореол картинки, предназначенной для другого глаза. Особенно этот негативный эффект заметен на сценах с высокой контрастностью.

Сегодня очки с попеременным затвором практически исчезли с потребительского рынка ПК. Хотя некоторые модели до сих пор можно найти в продаже, а nVidia продолжает обновлять драйвер для 3D-очков, вряд ли рынок подобной технологии можно назвать большим. И самой главной тому причиной, без сомнения, является широкое распространение ЖК-дисплеев, с которыми технология очков уже не работает (или пока не работает).

Авто-стереоскопические дисплеи

Авто-стереоскопические (autostereoscopic) дисплеи способны создавать 3D-эффект без помощи каких-либо дополнительных устройств типа очков. Производители решили опереться на оптические эффекты, которые позволяют направлять лучи монитора напрямую в глаза зрителя. Если голова зрителя находится в определённом положении перед монитором, в так называемой стерео-зоне, то он получит 3D-картинку.

В данном случае эффект достигается даже с помощью обычного ЖК-дисплея, если добавить на него специальную пластину с линзами, разработанную для данной конкретной модели. Линзы Френеля преломляют свет таким образом, чтобы каждый глаз зрителя получал только одну колонку пикселей. К примеру, левый глаз будет видеть все чётные колонки, а правый - все нечётные. Соответствующее программное обеспечение подготавливает стерео-картинку для такого монитора. В итоге пользователь получает реалистичную 3D-картинку, если находится в определённой области перед экраном. И без каких-либо дополнительных устройств.


Колонки пикселей разделяются между правым и левым глазом. Чётные колонки предназначаются для левого глаза, а нечётные - для правого.


На тонкой пластиковой пластине, специально предназначенной для конкретной модели дисплея, размещены вертикальные линзы Френеля. Они направляют свет напрямую в один из глаз пользователя.


В результате перед дисплеем формируются стерео-зоны, в которых можно получить 3D-картинку.

К сожалению, эта технология тоже имеет свои недостатки. Во-первых, она страдает из-за уменьшенного горизонтального разрешения. Дисплей с "родным" разрешением 1600x1200 даст всего 800x1200 пикселей, так как каждый глаз будет видеть только чётные или нечётные пиксели. Мозг действительно будет комбинировать половинки в стереоскопическую картину, но от уменьшения разрешения деться будет некуда. Кроме того, подобный дисплей неспособен выводить обычную 2D-картинку, так как линзы всегда будут разлагать изображение на стереоскопическое. Третий большой недостаток связан с размерами стерео-зоны. Если голова уходит за пределы зоны, то картинка становится инвертированной - холмы меняются на овраги и наоборот.


Типичное использование 3D-дисплея: для обычной работы применяется традиционный (2D) монитор, а для вывода 3D-картинки рядом стоит 3D-дисплей.

Системы отслеживания зрачков с помощью маленьких камер могут обеспечить пользователю большую свободу перемещения, меняя расположение линз в реальном времени. Но здесь сразу же выплывает новый недостаток: такая система будет обладать астрономической ценой.

Производители 3D-дисплеев

A.C.T. Kern

Для своих авто-стереоскопических дисплеев Free2C немецкий производитель дисплеев A.C.T. Kern использует технологию, разработанную Немецким институтом Фраунгофера. ЖК-дисплей закрывается плёнкой, покрытой очень тонкой матрицей линз. Использование цилиндрических линз Френеля даёт очень хорошее разложение стерео-картинки - перехлёст составляет меньше 2%!

Чтобы ещё улучшить качество, дисплей повёрнут на 90°, то есть в портретный режим. С помощью такого трюка компания избавилась от проблемы цветовых артефактов. Они обычно возникали из-за горизонтального расположения трёх основных цветов ЖК-экранов (RGB).


Так как субпиксели трёх основных цветов ЖК-панели чередуются по горизонтали, при наложении плёнки с линзами Френеля мы получаем цветовые артефакты. A.C.T. решила эту проблему, повернув экран на 90° - в портретный режим. Недостаток подобного шага тоже очевиден, так как придётся забыть о широкоэкранной картинке.

Линейка 21" стереоскопических ЖК-дисплеев A.C.T. Kern сегодня состоит из четырёх различных моделей. На самой простой матрица с линзами накладывается на ЖК-панель Samsung. Вторая модель базируется на панели NEC. Оставшиеся две модели A.C.T. Kern тоже используют панели NEC, однако они позволяют менять расположение линз в зависимости от местонахождения зрителя.

"Младшая" модель из двух последних для определения расположения головы зрителя использует инфракрасную систему. Флагманская модель, с другой стороны, применяет систему отслеживания зрачков на базе двух камер, которые обеспечивают максимально точное позиционирование линз. То есть пользователь освобождается от рамок стерео-зоны, получая свободу перемещения. Программа отслеживания положения зрачков тоже была разработана в лабораториях Немецкого института Фраунгофера.


Типичная рабочая станция со стерео-дисплеем A.C.T. Kern Free2C (справа). Здесь показана топовая модель, оснащённая системой отслеживания зрачков. Слева располагается стандартный ЖК-дисплей для вывода 2D-картинки. На фотографии дисплей Free2C выводит впечатляющую стереоскопическую картинку марсианской поверхности.


Производители 3D-дисплеев, продолжение

Две камеры в верхней части дисплея Free2C отслеживают точное местоположение зрачков пользователя и соответствующим образом меняют расположение пластины с линзами.


Увеличенная фотография верхней части дисплея. Вертикальные полоски, заметные на фотографии, являются ничем иным, как специальными цилиндрическими линзами, преломляющими свет от колонок пикселей в соответствующий глаз зрителя. Расстояние между колонками всего 0,54 мм!


Менее дорогая версия на базе панели NEC использует инфракрасную систему отслеживания зрачков.

Модель начального уровня 3D-дисплея A.C.T. Kern использует панель Samsung. Она не обладает механизмом отслеживания, так что придётся довольствоваться ограниченной стерео-зоной перед экраном.


Демонстрационная комната A.C.T. Kern позволила нам оценить три модели.

Авто-стереоскопические дисплеи производства A.C.T. Kern дают потрясающую трёхмерную картинку объектов. Больше всего нам понравилась топовая модель дисплея Free2C, поскольку она позволяет достаточно свободно перемещаться перед экраном. Менее сложные модели тоже дают великолепный 3D-эффект, но с ними вам придётся оставаться в пределах стерео-зоны.

В комбинации с графической картой nVidia Quadro и программным обеспечением A.C.T. Kern дисплеи поддерживают большое число 3D-приложений. Кроме того, доступно программное обеспечение, разработанное компанией самостоятельно. К примеру, в комплект поставки прилагается программа просмотра 3D-объектов. Впрочем, хотя портретный режим дисплеев улучшает качество цветопередачи и повышает аккуратность вывода 3D-картинки, этот режим одновременно сужает число приложений, которые можно использовать вместе с дисплеями. К примеру, 3D-драйвер nVidia для потребительских устройств не поддерживает этот режим работы. Так что поиграть на таком дисплее не получится, за исключением, разве что, пары игр под OpenGL.

Но для геймеров эти дисплеи будут вряд ли интересны по другой, совершенно банальной причине. А именно, из-за цены. Дисплеи разработаны для профессионального рынка, что вполне заметно по их цене. Впрочем, геймерам отчаиваться тоже не стоит - A.C.T. Kern сегодня работает над потребительским решением для геймеров.

На данный момент модель начального уровня на панели Samsung без системы отслеживания зрачков обойдётся примерно в $4200. За модель на панели NEC придётся выложить почти в два раза больше - $8350. Добавление инфракрасной системы отслеживания зрачков повышает цену примерно до $12 000. Наконец, система отслеживания на основе видеокамер (флагманская модель Free2C) стоит $29 500. На данный момент A.C.T. Kern работает, главным образом, на немецкий и европейский рынки, но также планирует выйти и в США. Партнёрская компания в США - Richardson Electronics Ltd.

Другие производители

Именитые производители дисплеев тоже пытаются выйти на рынок авто-стереоскопических дисплеев.

NEC Mitsubishi недавно анонсировала линейку 40" ЖК-дисплеев под названием LCD 4000. Они используют 3D-технологию от X3D Technologies. В США компания X3D известна под названием "Opticality".

Philips также экспериментирует с ЖК-дисплеями, применяя цилиндрические линзы, наподобие мониторов A.C.T. Kern. На своём web-сайте Philips достаточно щедро делится информацией о прототипах, патентах и документацией.

Sharp разработала ноутбук в авто-стереоскопическим дисплеем под названием PC-RD3D. Дополнительную информацию о нём можно получить на странице продукта.

Sharp предложила авто-стереоскопический 15" ЖК-дисплей LL-151D для японского рынка. Этот дисплей может переключаться между 2D- и 3D-режимами с помощью одной клавиши. В своих 3D-дисплеях Sharp использует так называемые "параллактические барьеры" (parallax barriers). Они позволяют дисплею включать (3D) или выключать (2D) отклонение света. Дополнительную информацию о 3D-технологии Sharp можно получить здесь.

Совсем недавно Toshiba представила новую 3D-технологию, которая также основана на системе линз. Первая публичная демонстрация технологии прошла в середине апреля 2005 года.

В марте 2003 года несколько японских компаний объединились и основали "3D Consortium". В эту группу входят Sony, Sanyo и Sharp. Сегодня к консорциуму присоединились и другие именитые компании, включая nVidia. Цель объединения заключается в консолидации ресурсов и совместной разработке технологии 3D-дисплеев.

Doom 3 в виртуальной реальности

Собирая информацию для данной статьи в Интернете, мы натолкнулись на систему виртуальной реальности для игры Doom 3. Комплект поставки состоит из самой игры, шлема виртуальной реальности с разрешением 800x600 и системой отслеживания положения головы, VR-джойстика и жилета с обратной отдачей. Всё хозяйство обойдётся вам в $1485. Дополнительную информацию можно получить на сайте Virtual Reality.

Мы не знаем, насколько хорошо эта система работает в Doom 3, каковы её системные требования и будет ли она совместима с другими играми. Однако этот пример наглядно показывает, что 3D-технологии визуализации медленно, но верно проникают на потребительский рынок.

Возможные применения

Для технологии 3D-видения можно выделить несколько возможных применений. К примеру:

  • геология (анализ и оценка спутниковых фотографий или карт);
  • 3D-анимация и 3D-видео;
  • образование;
  • 3D-рабочие станции/САПР;
  • компьютерные игры;
  • дизайн и архитектура;
  • медицина;
    • хирургия без скальпеля;
    • хирургия;
    • эндоскопия;
    • ангиография;
    • пластиковая хирургия;
    • микроскопия;
  • военные применения;
    • симуляция и навигация (возможно и гражданское применение);
    • площадная съёмка;
    • навигация в системе ночного видения;
  • биохимия и химия;
    • рентгеновская кристаллография;
    • вычислительная химия;
    • молекулярное моделирование;
  • управление воздушным движением.

Конечно, этот список не претендует на завершённость. Но он позволяет дать общее представление. Как вы понимаете, 3D-дисплей может существенно облегчить работу там, где требуется пространственное представление.

Заключение

Мир пока остаётся плоским - по крайней мере, это касается виртуальных миров компьютерных игр, на которые игроки смотрят через 2D-дисплеи. 3D-дисплеи по-прежнему стоят очень дорого и по-прежнему имеют большое число недостатков, что мешает им получить широкое распространение на рынке потребительских ПК. Авто-стереоскопические дисплеи можно считать шагом в правильном направлении, однако их высокая цена и необходимость использовать второй монитор для 2D ограничивают это решение профессиональной сферой. Ещё одна негативная особенность подобных дисплеев - ухудшение качества картинки из-за урезания в два раза горизонтального разрешения.

Конечно, разработка 3D-видения продолжается. Даже в тот момент, когда вы читаете эту статью. X3D уже анонсировала 17" стереоскопический дисплей для геймеров, который будет стоит около $1000. A.C.T. Kern также заявила о работе над 3D-дисплеем потребительского уровня. Да и аппаратная поддержка тоже присутствует. С помощью программы от издателя More3D в 3D-стерео можно вывести практически любое 3D-приложение. nVidia также продолжает разработку и поддержку потребительского драйвера 3D-видения.

Кто знает, возможно, какая-нибудь компания удивит нас полностью новой технологией 3D-видения, которая не будет иметь серьёзных недостатков и будет обеспечивать наслаждение по приемлемой цене. Ну, а до тех пор геймерам на ПК придётся довольствоваться тем, что есть.

.:: Статистика ::.
Пользователи
HTTP: 4
IRC: 6
Jabber: 1
( состояние на 15:14 )
ADSL-газета: Ежедневно свежие анекдоты, гороскоп, погода, новости, ТВ-программа, курс валют

Интересности из Интернета: Интересные статьи на разнообразные темы, найденные на просторах интернета

Компьютерная консультация

Единый личный кабинет