Писанина
3D, IMAX, RealD, MasterImage 3D, Dolby 3D, NVIDIA 3D Vision, XpanD, кино в 3D, Acer Aspire 5738DG, Asus G51J

Глубокое 3D

11.03.10

Стереотехнологии

Важные события чрезвычайно редко происходят внезапно. А уж если говорить о событиях, которые явным образом связаны с изъятием некой суммы денег у населения всей планеты — и подавно. Обычно все предпочитают аудиторию подготовить — как правило, так проще пробудить в людях желание с вышеупомянутой суммой расстаться. Наступление эпохи стереоизображения является редким исключением. Буквально вчера о 3D-видео не было фактически ни слуху, ни духу — редкие обрывки информации о технологиях, еще более редкие кусочки не особенно выдающегося контента. Фактически — ничего такого, о чем стоило бы задумываться.

И тут как гром среди ясного неба выходит Фильм. Пусть и от именитого режиссера, но все-таки — один-единственный фильм. И вдруг оказывается, что настоящее 3D — оно уже не где-то там на горизонте, а фактически вошло в твою жизнь. И не менее внезапно оказывается, что существует целый ворох технологий, связанных с 3D. И все эти технологии, оказывается, они тоже не завтра и не в далекой Америке, а уже сегодня и уже — в кинотеатрах твоего города.

И возникают закономерные вопросы: чем эти технологии отличаются? Как, в конце концов, все это работает?

Голова — два глаза

Чтобы ничего не упустить, начну с самого начала. Чем для человеческого мозга объемная картинка отличается от плоской? Тем, что глаза расположены друг от друга на некотором расстоянии. Поэтому точка зрения левого глаза отличается от точки зрения правого. Глаза видят не одно и то же — и чем ближе предмет, тем сильнее различаются картинки. Британские — и не только — ученые называют все это умным словом «бинокулярность зрения».

Если же оба глаза видят абсолютно одинаковое изображение — как это происходит, когда ты смотришь на экран ноутбука или телевизора, — то изображение воспринимается плоским.

На самом деле это, конечно, не совсем так. Картинка, которую получает глаз, проходит неслабый постпроцессинг в какой-то из напрямую неподвластных разуму частей мозга. Поэтому изображение, которое человек, так сказать, осознает, может изрядно отличаться (и как правило, отличается) от того, что есть на самом деле. На этом основана тьма тьмущая оптических иллюзий. Что важно в контексте данной беседы: мозг вполне способен додумывать объем там, где глаза его на самом деле не видят.

3D, IMAX, RealD, MasterImage 3D, Dolby 3D, NVIDIA 3D Vision, XpanD, кино в 3D, Acer Aspire 5738DG, Asus G51J

Это тоже объем. Но фальшивый — мозг хоть и понимает, что здесь должно быть выпуклым, а что впуклым, а до конца не верит в реальность картинки

К примеру, играя в компьютерную игру, ты без особых усилий воспринимаешь плоские как блин геометрические фигуры как вполне себе объемные стены, предметы и так далее. А уж реальный мир человеческий мозг вообще не может представить себе плоским. Чтобы понять, о чем я, попробуй сделать следующее: закрой один глаз и посмотри на любой лежащий рядом предмет. Скажем, на мышку. Стала она плоской? А ведь зрением ты в данный момент видишь абсолютно двумерную картинку.

И все же, несмотря на полное и безоговорочное согласие мозга видеть объем даже там, где его нет, для того чтобы предмет на картинке стал настолько объемным, чтобы его захотелось потрогать, нужны два разных кадра для каждого из глаз. Как их получить — примерно понятно. В случае фильма или фотографии достаточно использовать камеру с двумя объективами, разнесенными на некоторое расстояние. Для простоты будем считать, что на то же расстояние, что и человеческие глаза.

3D, IMAX, RealD, MasterImage 3D, Dolby 3D, NVIDIA 3D Vision, XpanD, кино в 3D, Acer Aspire 5738DG, Asus G51J

Картинки почти одинаковые. Почти, да не совсем — они отличаются ровно настолько, насколько отличается то, что на самом деле видят твои правый и левый глаз

В случае 3D-моделирования все еще проще: достаточно построить трехмерную сцену с двух разных точек зрения. Это, кстати, хорошо объясняет, почему локомотивом прогресса в данном случае выступил «Аватар» — ведь он компьютерный процентов на 80. Рисовать стереокартинку куда проще, чем снимать двойной камерой. Основные расходы в случае моделирования идут именно на создание моделей. А уж сама отрисовка стоит не так дорого: современные компьютеры мощны и недороги. Так что можно отрисовать сцену хоть с десяти точек зрения — на суммарные затраты это повлияет не так уж существенно.

В общем, получение стереоизображения — процесс не особенно сложный (во всяком случае, в теории). Куда интереснее, как разделить кадры на стороне получателя. Как сделать так, чтобы в левый глаз попадал только левый кадр, а в правый — правый? Это задачка посложнее, и решается она сегодня несколькими довольно сильно отличающимися друг от друга методами.

Разделяй и властвуй

Разумеется, первое, что приходит на ум — это физическое разделение кадров. То есть требуется некий аппарат, который выдает правому глазу одну картинку, а левому — другую. Такие штуки, в принципе, давно существуют и называются они стереоскопы. На практике они используются, например, при просмотре аэрофотоснимков геологами и географами. Это что касается неподвижных изображений, фотографий.

3D, IMAX, RealD, MasterImage 3D, Dolby 3D, NVIDIA 3D Vision, XpanD, кино в 3D, Acer Aspire 5738DG, Asus G51J

Стереоскоп образца XIX века

Если есть желание смотреть в объеме что-то движущееся, то становится уже сложнее. Оно, конечно, можно разделить экран телевизора на две части, показывать на них левый и правый кадры, а смотреть на все это через специальный бинокль, трубы которого направлены строго на разные части экрана. Но вряд ли кто-то найдет это удобным. Можно поступить иначе: закрепить непосредственно перед глазами два небольших дисплея. Получится что? Правильно, шлем виртуальной реальности.

Одна проблема: гаджет этот требует подключения к устройству воспроизведения, а также довольно серьезного питания. Еще один недостаток: такое устройство не может быть совсем уж дешевым. А самая главная причина, по которой это направление не получило особенного развития — исключительный индивидуализм такого подхода.

Представь на секунду душераздирающую картину «кинотеатра», основанного на шлемах виртуальной реальности. Пара сотен человек в смешных шапках, сидящих в темноте и, возможно, тишине (ведь звук в таком случае удобнее подавать на наушники). Не видящих ничего, что происходит вокруг. Замурованных в собственном виртуальном мирке… Бррр.

3D, IMAX, RealD, MasterImage 3D, Dolby 3D, NVIDIA 3D Vision, XpanD, кино в 3D, Acer Aspire 5738DG, Asus G51J

Конечно, не все шлемы виртуальной реальности такие огромные. Но главная проблема не в размерах

Да и при домашнем использовании все не слишком весело. Во что при таких раскладах превращается столь любимая многими забава — просмотр киношки под пивко? Собственно, и о пивке-то со шлемом виртуальной реальности придется забыть: для того чтобы найти бутылку и сделать глоток, каждый раз придется снимать шлем. Это не наш метод!

Впрочем, можно обойтись и без такой сложной и неудобной штуки, как шлем виртуальной реальности. Более перспективным из физических способов разделения кадров является применение так называемой затворной технологии. Суть ее состоит в том, чтобы показывать на экране «левый» и «правый» кадры по очереди и попеременно же закрывать левый и правый глаза зрителя. Чтобы «закрывать глаза», используются очки с жидкими кристаллами. В каждый отдельный момент времени одно стекло таких очков черное, второе прозрачное. А в следующее мгновение — наоборот.

Недостатков у данной технологии немало. Во-первых, моргание очков требуется синхронизировать с чередованием изображения на дисплее или проекторе. Это можно делать с помощью инфракрасных лучей или каких-нибудь радиопередатчиков (скажем, Bluetooth). Во-вторых, очкам требуется питание и периодическая зарядка или замена батареи. В-третьих, очки могут сломаться. В-четвертых, они относительно дороги.

Зато затворная технология накладывает минимум ограничений на кинопроектор. Все, что требуется от проектора — умение выдавать достаточно большое количество кадров в секунду. Для оборудования кинотеатра это достаточно мягкое условие. По крайней мере, затворная технология не нуждается в установке перед проектором сложных вращающихся фильтров. В мире кинотеатров она проходит под брендом XpanD.

3D, IMAX, RealD, MasterImage 3D, Dolby 3D, NVIDIA 3D Vision, XpanD, кино в 3D, Acer Aspire 5738DG, Asus G51J

Очки кинотеатров XpanD серьезно снижают яркость изображения: мало того, что из-за мигания световой поток делится пополам, так ведь и поляризаторы здесь тоже есть — просто потому, что они необходимы для жидкокристаллических «затворов»

А пользователям компьютеров она больше известна (или будет известна) уже совсем скоро — под названием NVIDIA 3D Vision. И на данный момент это единственный способ получения стереоизображения, подходящий для домашних средств воспроизведения уже сегодня. Поскольку, повторюсь, единственное, что нужно для «затворного стерео», помимо очков, разумеется, — это дисплей или проектор, умеющий выдавать значительное количество кадров в секунду.

Компания NVIDIA постановила, что достаточным в данном случае количеством является 120 — по 60 кадров в секунду для каждого глаза. Цифра взята из тех соображений, что для жидкокристаллических матриц, которые наиболее популярны в домашних устройствах отображения информации, это на данный момент является разумным максимумом скорости. Самое приятное: в продаже совместимые с NVIDIA 3D Vision дисплеи и проекторы начали появляться еще в прошлом году.

Мир в ярких красках

Впрочем, на одном лишь физическом разделении кадров инженерная мысль не остановилась. Еще можно разделять кадры по длине волны. Говоря по-русски — по цвету. Простейший пример такого подхода — анаглифические очки. Одно «стеклышко» синее, другое — красное. Говоря совсем грубо, на рассматриваемой через такие очки стереокартинке один кадр должен быть нарисован синей краской, другой — красной. Тогда «красный» глаз увидит «красную» картинку, а «синий» — «синюю».

Недостаток разделения кадров по цвету очевиден: картинка становится не то что черно-белой, а прямо-таки серо-буро-малиновой. Смотреть на это без слез невозможно — и никакой объем не способен сгладить впечатления от настолько обезображенного изображения. И глаза сильно устают. Так что анаглиф подойдет разве что для того, чтобы получить начальные представления о стереокартинке. Увидеть пару фотографий, максимум — короткий ролик. И забыть как страшный сон.

3D, IMAX, RealD, MasterImage 3D, Dolby 3D, NVIDIA 3D Vision, XpanD, кино в 3D, Acer Aspire 5738DG, Asus G51J

Надев анаглифические очки, ты сможешь увидеть эту картинку в объеме — прямо на экране твоего монитора!

Однако существует более сложная технология, основанная на том же принципе. Неслучайно я в предпоследнем абзаце начал с упоминания длины волны. Дело в том, что «синий» — это на самом деле не один цвет, а некий диапазон длин световой волны. Поэтому, имея более сложные цветовые фильтры, можно давать каждому глазу свой синий цвет. И то же самое с красным и зеленым. Цвета для левого и правого глаз будут чуть-чуть отличаться, но в целом картинка не будет иметь таких суровых искажений цвета, как в анаглифических очках.

Разделение кадров по длине волны используется в кинотеатрах Dolby 3D. На стороне проектора ставится вращающееся колесо с фильтрами, создающее для каждого «обычного» кадра комплект из шести «объемных»: красный, синий и зеленый кадры для левого глаза и такая же тройка, но со своим оттенком — для правого. Соответственно, зрителю выдаются очки, стекла которых также содержат светофильтры, делящие поток кадров для правого и левого глаза.

3D, IMAX, RealD, MasterImage 3D, Dolby 3D, NVIDIA 3D Vision, XpanD, кино в 3D, Acer Aspire 5738DG, Asus G51J

В России пока побеждает не самая удачная, но видимо, самая быстрая в развертывании технология Dolby 3D (на диаграмме: рыночные доли производителей 3D систем в цифровых коммерческих кинозалах РФ на 01.01.2010 г. Исследование: НЕВАФИЛЬМ RESEARCH)

Помимо возможных легких неприятностей с цветами, у данной технологии есть менее очевидный минус: в очках используются достаточно сложные фильтры, так что очки получаются относительно дорогими. Зато технология пассивна на стороне зрителя (то есть очки не могут сломаться или разрядиться), а кроме того, Dolby 3D не требует специального киноэкрана — подойдет любая простыня.

Так что Dolby 3D хорошо подходит для максимально оперативного развертывания стереокинотеатра на основе уже существующего зала. И именно поэтому данная технология чрезвычайно популярна в России, на которую стереофильмы свалились как снег на голову.

Однако для домашнего использования она не слишком хорошо подходит. Теоретически вполне возможно создание и домашнего проектора, и даже жидкокристаллического телевизора или монитора, работающего на основе данного метода получения стереоизображения. Однако проблема в том, что они должны быть не только чертовски скорострельными, но и оснащаться специальными фильтрами. То есть не могут быть настолько дешевыми, насколько те же устройства, пригодные для технологии NVIDIA 3D Vision. В общем, ждать появления этой технологии в домашнем обиходе не стоит.

Поляризация, Света!

Наконец, третий из наиболее популярных методов стереовизуализации основан на поляризации света. Что за зверь эта самая поляризация? Дело в том, что обычный свет — хоть солнечный, хоть от искусственных источников — это дикая, неупорядоченная волна. Колебания электромагнитного поля в такой волне происходят хаотически относительно направления распространения волны. Если говорить простыми словами, то световая волна в обычном своем виде — это не красивая плоская синусоида, а некая запутанная объемная структура, «бешеная спираль».

Из «сырого» света с помощью поляризационных фильтров можно получить поляризованный. Например, поляризованный линейно, то есть в одной плоскости — ту самую красивую синусоиду (ну, более-менее красивую и более-менее синусоиду). Польза от этого следующая: две волны, поляризованные в перпендикулярных друг к другу плоскостях, можно вычленять из общего светового потока теми же самыми поляризационными фильтрами.

На принципе линейной поляризации основана трехмерная версия кинотеатров IMAX. Устроено все довольно просто. В кинотеатре используются два проектора. На одном из них установлен фильтр, поляризующий свет вертикально. На втором — точно такой же фильтр, но поляризующий свет горизонтально. А зрителю выдаются очки, одно стекло которых отфильтровывает горизонтально поляризованный свет, но пропускает поляризованный вертикально. А второе — наоборот.

3D, IMAX, RealD, MasterImage 3D, Dolby 3D, NVIDIA 3D Vision, XpanD, кино в 3D, Acer Aspire 5738DG, Asus G51J

Пара проекторов IMAX 3D, вид сзади. Масштабы впечатляют, не правда ли?

Просто, как апельсин. Не требуется синхронизация очков и системы воспроизведения. Нет никаких движущихся частей, так что и ломаться абсолютно нечему. Наконец, очки стоят настолько дешево, что их даже не обязательно забирать у зрителей на выходе.

Но есть и минусы. Во-первых, необходимость использования двух проекторов. Во-вторых, для того чтобы поляризация не сбивалась после отражения от экрана, требуется применение специальных серебряных экранов. В-третьих, при наклоне головы вправо-влево изображение в кинотеатрах IMAX может начинать двоиться — ведь при этом горизонтальные и вертикальные плоскости поляризационных фильтров проекторов и очков перестают совпадать, и картинка попадает в «не тот глаз».

3D, IMAX, RealD, MasterImage 3D, Dolby 3D, NVIDIA 3D Vision, XpanD, кино в 3D, Acer Aspire 5738DG, Asus G51J

Поляризационные очки — сама простота. И цена вопроса соответствующая: меньше доллара

Последний недостаток решается при помощи использования не линейной, а круговой поляризации света. Смысл тут в том, что световую волну можно упорядочить не только в плоскости, но еще и по направлении вращения — получать спирали, закрученные влево и вправо соответственно. Левый винт, как известно, всегда остается левым, а правый — правым. С какой стороны и под каким углом на них ни посмотри. Поэтому при просмотре 3D-фильмов в кинотеатрах RealD, основанных на круговой поляризации, можно смело кивать головой в любую сторону — изображение двоиться не будет.

А в остальном в RealD все устроено так же, как в IMAX. Дешевые пассивные очки, серебряный экран. Разве что проектор только один — а для получения двух по-разному поляризованных кадров используется переключающийся электронный фильтр. Еще один тип 3D-кинотеатров, основанных на поляризации — MasterImage 3D. Технологически все максимально похоже на RealD, за исключением того, что вместо переключаемого электронно поляризационного фильтра используется колесо с по-разному поляризованными секторами.

3D, IMAX, RealD, MasterImage 3D, Dolby 3D, NVIDIA 3D Vision, XpanD, кино в 3D, Acer Aspire 5738DG, Asus G51J

Переключаемый электронно круговой поляризатор технологии RealD выглядит довольно просто. И теоретически вполне подойдет не только для кинотеатров, но и для домашних проекторов

Вообще говоря, для домашнего использования поляризационные технологии подходят несколько лучше, чем «цветовые», на которых основаны кинотеатры Dolby 3D. Однако все равно для первых требуется существенное изменение конструкции современных дисплеев и проекторов. Так что, возможно, в будущем соответствующие дисплеи или проекторы появятся, но на это как минимум уйдет время.

Однако есть одно быстрое решение, которое использовала компания Acer в своем ноутбуке Aspire 5738DG. Состоит оно в наклеивании поверх ЖК-матрицы специальной пленки, поляризующей изображение чересстрочно. На четных строчках отображается картинка для левого глаза, на нечетных — для правого. На стороне пользователя кадры разделяются точно так же, как в кинотеатрах — с помощью поляризационных очков. В данном случае, как и в технологии RealD, использован принцип круговой поляризации, исключающий двоение изображения при наклонах головы вправо-влево.

3D, IMAX, RealD, MasterImage 3D, Dolby 3D, NVIDIA 3D Vision, XpanD, кино в 3D, Acer Aspire 5738DG, Asus G51J

Первый нормальный 3D-ноутбук — Acer Aspire 5738DG

У данного подхода есть пара недостатков. Первый — качественное объемное изображение видно лишь при определенном положении глаз относительно экрана. Стоит посмотреть на дисплей снизу или сверху — картинка начинает раздваиваться. Связано это с тем, что при взгляде под углом глаза начинают видеть «левые» строчки изображения через «правые» линии поляризационного фильтра и наоборот. Поэтому пленочный метод хорошо подходит лишь для индивидуального использования с относительно небольшим дисплеем, фактически — исключительно для ноутбуков.

Второй недостаток — эффективное вертикальное разрешение картинки снижается ровно вдвое. И, к примеру, для Aspire 5738DG составляет всего лишь 768/2 = 384 строчки. То есть не то что не HD, а даже значительно меньше, чем в обычном старомодном DVD-видео. Зато данный метод достаточно дешев. Трехмерный ноутбук компания Acer предлагает по цене всего на пару сотен долларов большей, чем точно такой же, но без «волшебного дисплея».

3D, IMAX, RealD, MasterImage 3D, Dolby 3D, NVIDIA 3D Vision, XpanD, кино в 3D, Acer Aspire 5738DG, ASUS G51J

Ноутбук ASUS G51J с «затворной трехмерностью» NVIDIA 3D Vision заметно дороже Acer Aspire 5738DG, но и 3D-картинку выдает лучшую

Как видишь, стереотехнологии не только успели как следует обосноваться в кинотеатрах, но и готовы пробраться в твой дом. И в наступившем году, похоже, домашних девайсов, предназначенных для воспроизведения 3D-фильмов и игр, будет становиться все больше и больше. А еще поговаривают о скором появлении массовых и качественных «автостереоскопических» 3D-дисплеев — для их просмотра даже очки не нужны.

А вообще, главное, чтобы трехмерный контент не подкачал — с ним-то как раз пока напряженка. Но это тема для отдельного разговора.

Алексей Дрожжин
Глубокое 3D
Стереотехнологии
Настоящее 3D — оно не где-то там на горизонте, а уже фактически вошло в нашу жизнь.  / Писанина / 11.03.10
Подробнее >>

Выделите и скопируйте код в буфер обмена