Стерео без очков: барьерный параллакс.
Для понимания сути технологии барьерного параллакса проведём ещё один практический эксперимент. Вновь вытянем руку перед глазами, только теперь вместо фиги попрошу вас сконфигурировать из большого и указательного пальцев этакий "бублик" – этот жест ещё называют "ОК". Посмотрите сквозь этот "бублик" на что-нибудь, да хотя бы на текст, который вы сейчас читаете, и поочерёдно закрывайте правый и левый глаз. Ваши глаза вновь видят несколько различающиеся картинки, и вновь это заслуга эффекта параллакса, а роль барьера
в данном случае выполнил ваш "бублик".
Вот так в общих чертах устроены автостереоскопические дисплеи с барьерным параллаксом: берём обычный ЖК-дисплей, ставим перед ним "барьерную решётку" с этакими узкими "бойницами", и в результате каждый глаз увидит только тот пиксель, который ему будет виден через эту решётку.
Даже не ломайте голову над тем, как бы выглядел розничный образец такого "щелевого" дисплея
– слишком много негативных нюансов у технологии барьерного параллакса в "голом" виде. Однако мы уже в полушаге от идеи, которая превращает тыкву в карету: если бы "барьерная решётка" сама открывала и закрывала обзор пикселей…
Вот это уже теплее. Осталось развить
идею до коммерчески приемлемого состояния. Можно, например, положить барьерную переключаемую решётку из привычных жидких кристаллов поверх экрана. А если подумать ещё немного, можно расположить барьер между источником подсветки и пикселями экрана, как это сделано, например, в автостереоскопическом экране производства Sharp, применяемом в игровой консоли Nintendo 3DS или в
смартфоне LG Optimus 3D. В этом случае формирование двух различных картинок для разных глаз происходит даже не с помощью разных пикселей, а с помощью разной их подсветки, что позволяет получить более чёткую картинку с меньшими затратами энергии.
Собственно, этой информации вполне достаточно для правильного представления принципа работы технологии барьерного параллакса. Мы даже не будем подробно критиковать его многочисленные нюансы, назовём лишь главные: для больших экранов и нескольких зрителей технология в её базовой реализации совершенно непригодна. Есть, правда, одно существенное преимущество перед лентикулярными дисплеями – при продуманной реализации параллаксного барьера смена ориентации дисплея с альбомной на портретную и обратно не приводит к потере стереоэффекта. Технологии лентикулярных линз и параллаксного барьера – это всё, что у нас есть для реализации автостереоскопических экранов. И если в чистом виде обе технологии отказываются обеспечить высокое качество картинки на больших диагоналях, да ещё с приличной передачей объёма, выход один: будем их комбинировать.
Аппаратно-программная технология SuperD.
Технология SuperD, разработанная силами пекинской компании с одноименным названием, при активном финансировании со стороны крупного тайваньского производителя дисплеев AU Optronics (AUO), представляет собой программно-аппаратный комплекс на основе специальных ЖК- панелей (на данной стадии разработки речь идёт о диагоналях "планшетно-ноутбучного"
диапазона, порядка 10-15 дюймов) для просмотра стерео 3D-контента без очков.
В основу SuperD положена лентикулярная технология, но в доработанном до неузнаваемости виде. Начать с того, что под эту идею в SuperD подвели целую "стереотеорию" динамической подстройки и коррекции 3D- параллакса под экран со специфической расстановкой пикселей и линз на базе специально разработанного для этих целей чипа 3D-рендеринга SuperD SPD2900GS.По сути, дисплей SuperD состоит из массива субпикселей, алгоритм отображения которых наложен на 3D-структуру экрана с учётом расположения головы и глаз зрителя. Видимый участок субпикселя просчитывается с учётом интерполяции данных от встроенной в дисплей веб-камеры, на основе данных о расстоянии между субпикселем и левым основанием линзы, накрывающей этот субпиксель, и здесь же идёт обработка информации об интенсивности цветов данного субпикселя. Переменная видимость каждого из них позволяет учитывать даже такие вносимые искажения, как погрешность оптической решётки, непостоянный шаг решётки линз, углов наклона осей и неидеальную конструкцию линз, неизбежные даже при массовом конвейерном производстве.Алгоритм прошит в специальном процессоре ЖК-матрицы, с которой SuperD поставляет не только готовый драйвер, но также SDK для самостоятельных экспериментов с операционным интерфейсом чипа.
Что также интересно отметить, динамическая подстройка в экранах SuperD работает даже со стереоконтентом, изначально рассчитанным на большой параллакс, например для экранов кинотеатров. Специальный алгоритм определяет оригинальные значения параллакса для каждого образца и корректирует слишком большие значения в реальном времени с помощью вычисленной локальной и глобальной глубины, а также визуального рендеринга на основе карты глубины (2D+глубина). Для определения информации о глубине изображения в SuperD используют гибридный алгоритм, основанный на технологиях локального и глобального вычисления, с прямым и обратным определением пространственных координат.Уже сейчас под прототип экрана SuperD разработаны драйверы для 3D-пакетов 3DS Max и Maya, специальный плеер SuperD 3D Media Player на базе DirectShow и стереоскопический драйвер для игр под Direct3D.Скажу больше: поддержка технологии SuperD уже реализована в Intel Media SDK начиная с версии Beta 3.0.Со своей стороны хотелось добавить, что из десятков виденных в работе технологий отображения объёма без очков SuperD – это одна из трёх, которые действительно поразили меня качеством картинки и реалистичностью передачи глубины. Скажу больше: именно после знакомства с экраном SuperD осенью 2011 года мой непрошибаемый скептицизм насчёт будущего автостереоскопии пошатнулся в первый раз.
Сотово-матричная технология MasterImage 3D с параллаксным барьером.
Принцип работы сотово-матричной параллаксно-барьерной
технологии MasterImage (Cell-Matrix Parallax Barrier) описывается очень просто: берём ЖК-панель с фильтрами RGB, неважно какую (можно и получше), и накладываем
на неё "быструю" ЖК-панель TN- типа в качестве параллаксного барьера. Полученные в результате переключаемые ячейки отлично разделяют пиксели для правого и левого глаза, обладают большой яркостью благодаря чёткой поляризации и сохраняют главное преимущество техники барьерного параллакса – возможность просмотра стерео 3D-контента на экране в портретной и ландшафтной ориентации.Кроме того, автостереоскопичская технология MasterImage может использоваться с любыми современными экранами, включая плазму и OLED, и это – с поддержкой сенсорного ввода и мгновенным переключением между режимами 3D и 2D! У компании есть вовсе фантастическая идея по выпуску электронных книг с поддержкой 3D."Бутерброды" из основного дисплея и барьерной TN-матрицы MasterImage 3D, по словам разработчиков, весьма недороги и совместимы с матрицами любых производителей. Правда, в настоящее время речь идёт о выпуске автостереоскопических дисплеев с диагональю не более 11 дюймов. Зато, в отличие от E-Ink, MasterImage 3D не намерена зажимать свою технологию и готова на взаимное техническое партнёрство с любым производителем.Такие производители, кстати сказать, уже нашлись. До недавнего времени в связи с MasterImage 3D сразу же упоминали Samsung Ventures, которая активно инвестировала в проект. Но с февраля 2012-го о MasterImage 3D говорят гораздо больше, поскольку именно эту технологию выбрала для своей новой мобильной платформы на базе процессора Snapdragon S4 компания Qualcomm. Думаю, анонсы розничных моделей
смартфонов и планшетов с 3D- экранами MasterImage 3D уже не за горами.
Многопроекционный 3D- дисплей NLT.
Совсем недавно японская компания NEC LCD Technologies, больше известная после ребрендинга как NLT Technologies, представила новую версию своего автостереоскопического дисплея HxDP с возможностью отображения стереоскопической картинки под разными углами для нескольких зрителей.Разработанный совместно с Renesas Electronics новый цветной ЖК- дисплей с высокой горизонтальной плотностью размещения пикселей (Horizontally x times-Density Pixels, HxDP) имеет диагональ 3,1 дюйма и разрешение 427х240 точек (WQVGA). Он позволяет наблюдать стереоскопическую или 2D- картинку (на выбор) с шести различных точек обзора без необходимости надевать 3D-очки. Кроме того, дисплей NLT также легко управится с воспроизведением 6-канальных видеозаписей.Особенность новой технологии заключается в том, что, в отличие от привычных 3D-дисплеев, где пиксели размещены в решётке с равным зазором и с вертикальной ориентацией RGB-фильтров (по два субпикселя для формирования 3D), в дисплее HxDP картинка формируется из горизонтально ориентированных RGB-пикселей, каждый из которых в свою очередь состоит из трёх субпикселей. В итоге
получается горизонтальное разрешение, в шесть раз более плотное, чем у обычных 3D- экранов.
Сегодня и завтра автостереоскопии.
Полный список современных технологий создания автостереоскопических 3D- дисплеев будет очень, очень длинным, и в каждом случае речь будет идти о той или иной модификации барьерной или лентикулярной технологии, различных их сочетаниях друг с другом или с другими остроумными техническими решениями. Некоторые из этих технологий всё ещё находятся на стадии ранней разработки и попросту не готовы к массовому производству. Некоторые, напротив, выпускаются рядом компаний посмелее и проходят живую "обкатку" на кошельках потребителей ограниченного числа стран.Так, например, компания LG уже продаёт свой 25-дюймовый 3D- дисплей DX2500, сочетающий автостереоскопический экран со встроенной камерой, которая отслеживает изменение положения глаз и головы пользователя в режиме реального времени. Непросто сказать что-то определённое об устройстве, которое наблюдал только в виде картинки на официальном сайте производителя. Хотелось бы верить в большие возможности такого монитора, тем более что в Южной Корее он продаётся всего лишь за $1 200 – сущие пустяки для 25 дюймов 3D-экрана без очков.Есть кое-что и посерьёзнее, например 55-дюймовый 3D- телевизор Toshiba Regza ZL2, способный отслеживать до девяти зрителей в комнате одновременно! Одно нажатие кнопки – и телевизор автоматически подстраивает микролинзы экрана под каждого зрителя.Мощный поток данных обсчитывает процессор CEVO ENGINE, при этом ЖК-панель модели
Toshiba ZL2 в режимах 2D и 3D обладает разрешением 3840х2160 точек (Quad Full HD). Восторг несколько портит цена, заявленная на уровне 8 000 евро. Кроме того, подстройка экрана под расположение 9 зрителей таки наводит на мысль, что фактическое разрешение экрана, видимое каждому зрителю, всё же значительно меньше Quad Full HD, иначе откуда бы взяться стольким задействованным в процессе пикселям?Не хотелось бы кого-нибудь ненароком обидеть, но многочисленные телевизоры с диагоналями от 46 дюймов и более, с заявленным разрешением 4K и поддержкой
автостереоскопии, виденные мной в
январе на выставке CES 2012, мягко говоря, особого впечатления глубиной стереоэффекта не произвели.Вы только представьте себе: на расстоянии метра три и более от ваших глаз расположен 46- дюймовый 3D-экран, как правило, с "честным" разрешением 3840х2160. Сколько бы субпикселей ни приходилось на формирование каждого пикселя стереокартинки, как бы ни хитрили инженеры с отслеживанием положения ваших глаз и головы, но природу ведь не обманешь: угол
обзора пикселей экрана на таком расстоянии настолько мал, что эффекта значительной глубины изображения достичь очень сложно. Так оно, в сущности, на практике и выглядит: 3D-эффект есть, но… какой-то неубедительный, неглубокий.После этой выставки мне стало понятно хотя бы стремление производителей наладить массовый выпуск панелей с разрешением 4K: нет пока такого контента и долго ещё не будет, но зато хоть можно вдоволь поэкспериментировать с рынком, выпуская различные варианты автостереоскопических 3D- телевизоров с перспективой снижения их цены через несколько лет. Но лично мне, к примеру, телевизор с такой незначительной глубиной стереоэффекта совсем не нужен, и задорого, и не очень. Может быть, следующее поколение автостереоскопических ЖК- дисплеев (8K?) с диагональю более 40 дюймов наконец-то удивит и заставит затрепетать душу в предвкушении огромных затрат на "настоящее 3D без очков"? Не знаю, пока, увы, не видел. Зато на той же выставке CES мне удалось воочию насладиться потрясающе глубоким стереоэффектом прототипа 24- дюймового 3D-монитора Sony без очков. Вот это действительно было шоковое впечатление, особенно после унылых 46-дюймовых телевизоров. Что любопытно отметить, стоявший рядом с образцом представитель компании подтвердил, что корректировка изображения производится с помощью встроенной в монитор камеры. Производится-то производится, но каким образом отличный стереоэффект удавалось наблюдать и тому, кто сидел в кресле перед дисплеем, и мне, стоявшему сбоку? Хотелось бы узнать побольше технических деталей этой технологии, но, увы, в Sony их пока не разглашают: прототип всё ещё дорабатывается, до официального анонса, скорее всего, подробностей мы не получим.
Напоследок расскажу вам, как должен быть устроен идеальный 3D-монитор или телевизор будущего с настоящей, глубокой, сочной стереоскопической картинкой и без очков. Представьте себе экран с огромным массивом пикселей, каждый из которых представляет собой объёмную полусферу. Каждая полусфера, в свою очередь, состоит из множества RGB-субпикселей, равномерно распределённых по всей поверхности полусферы, — шестнадцати, тридцати двух, шестидесяти четырёх и так далее: чем больше, тем лучше. Каждый субпиксель – это одна или несколько миниатюрных RGB- ячеек. Сколько полусферических пикселей должно быть у такого экрана? Каково оптимальное количество субпикселей в каждом пикселе? Ответ таков: ровно столько, сколько нужно для комфортной реалистичной передачи объёмной картинки. Если хватит разрешения 1920х1080 точек и хотя бы по 16 субпикселей в одной RGB-ячейке – что ж, в итоге уже получится невероятно большое "минимальное" число активных элементов: 1920 х 1080 х 16 х 3 = 99 532 800. Всего-то 100 миллионов крохотных ячеек, например светодиодов OLED красного, зелёного и синего цвета на диагонали четыре-пять десятков дюймов! Не хватит для хорошего качества Full HD – пусть будет Quad Full HD и 64 субпикселя на пиксель! И пусть рядом с экраном стоит серверная стойка для обсчёта всех этих миллиардов субпикселей, и маленькая атомная электростанция в подвале, чего уж мелочиться! Давайте всё же будем реалистами: и через пять, и через десять лет автостереоскопические экраны с большими диагоналями, даже если и достигнут высокого качества, даже
если и подешевеют в одночасье, всё равно будут далекими от идеала. Понадобится множество эволюционных шагов дисплейных технологий, чтобы довести крупноэкранную автостереоскопию до такого качества, как в 3D- кинотеатре. Попутно снижая на порядки энергопотребление, повышая на порядки вычислительную мощность процессоров и решая множество других задач. Что в ближайшее время действительно реально, так это появление отличных безочковых 3D-технологий производства автостереоскопических дисплеев для смартфонов, планшетов, ноутбуков и десктопов. К этому мы движемся семимильными шагами, и совершенно не удивлюсь, если что-то подобное появится у меня на столе даже быстрее, чем через пять лет.
