3D-реальность

Различные технологии получения объемного изображения, их достоинства и недостатки, обзор современных 3D-устройств, представленных на рынке, перспективы развития стереотехнологий

Сегодня можно с большой степенью вероятности предсказать, что очень скоро нас ожидает настоящий 3d-бум. Соответствующие технологии стремительно развиваются, а количество выпускаемых 3d-моделей телевизоров, плееров, проекторов и видеокамер растет в геометрической прогрессии. Приоткроем завесу тайны и заглянем.

3D-реальность PhilipsЧеловек видит мир одновременно с двух точек наблюдения. Изображения, получаемые правым и левым глазом (их называют стереопарой), немного отличаются. Анализируя эти различия, наш мозг получает информацию об объеме и удаленности рассматриваемых объектов. Основной принцип всех современных 3D-технологий (стереотехнологий) получения объемных изображений на плоском экране- формирование различных картинок (ракурсов) для правого и левого глаза. Различия заключаются лишь в том, каким образом происходит разделение изображений, чтобы каждый глаз зрителя воспринял их по отдельности (кадрами). Сегодня наиболее распространены две группы технологий такого разделения: стереоскопические и автостереоскопические. Первые требуют наличия специальных очков: пассивных (анаглиф и поляризация, или технология пассивного затвора) либо активных (технология активного затвора). Вторые воспроизводят трехмерное изображение, применяя растровый экран, который может быть выполнен по барьерной или линзовой технологии. Влюбом случае для просмотра подходит только специально подготовленный 3D-контент.

Как в изумрудном городе

При анаглифном методе стереоэффект возникает благодаря дополнительному «окрашиванию» изображений стереопары в два разных цвета. Левый и правый кадры разделяют при помощи очков с соответствующими светофильтрами (обычно красным и голубым). Но при этом цветность картинки искажается, а глаза быстро утомляются. Данный способ широко применяли в кинотеатрах, а сейчас его используют в основном в полиграфии. Телевидение развивает технологии пассивного и активного затвора, а также автостереоскопические.

3D-реальностьФото 1
Sony
3D-реальностьФото 2
Sony
3D-реальностьФото 3
Panasonic

1-3. Фотоаппараты WX5 (1) и TX (2) (Sony) с функцией 3D Sweet Panorama. Вмодели G2 (Panasonic) (3) есть сменный объектив и сенсорный дисплей

При поляризационной стереотехнологии (пассивный затвор) изображение формируется в поляризованном свете (то есть таком, у которого плоскость колебаний фотонов светового луча расположена иначе, чем у обычного света; это свойство используют для фильтрации потока). При этом для каждого глаза пользователя создается изображение со своим углом поляризации (разница между ними составляет 90). Например, картинка для одного глаза может подаваться на четные строки развертки изображения на экране, а для другого- на нечетные. Применение специальных фильтров в очках, пропускающих свет одной поляризации и задерживающих- другой, дает возможность разделить изображение на два ракурса и подать каждому глазу свою картинку. Этот метод позволяет относительно просто и недорого формировать трехмерное изображение.Цена очков- всего 40руб. Недостаток заключается в том, что требуется значительно повысить яркость картинки, так как 70 % света, проходящего через фильтры, поглощается.

Технология пассивного затвора взята на вооружение в кинотеатрах системы IMAX, где используют два проектора с поляризаторами, а также в 3D-мониторах. Их выпускают компании JVC, Panasonic (обе- Япония), iZ3D, Panoram Technologies (обе- США). Такие устройства часто устанавливают в спортбарах, чтобы болельщики могли смотреть игру любимой команды, ощущая себя практически участниками действия. Стелевизорами сложнее. Компания LG Electronics (Корея)- пока единственный производитель, подтвердивший свою готовность выпускать 3D-телевизоры для дома с технологией как активного, так и пассивного затвора. "Пассивные" модели- LD920 и LD950. Последняя укомплектована четырьмя парами поляризованных очков, что позволяет нескольким членам семьи одновременно наслаждаться 3D-программами.

Трехмерные игры и кино

На рынке компьютерных игр дела обстоят неплохо: анонсированная совсем недавно 3D-система NVIDIA GeForce 3D Vision совместима с множеством уже выпущенных проектов, и большинство будущих игровых новинок также освоят третье измерение. Что касается фильмов в 3D-технологии, то их производят тремя способами. Первый: кинокартину, созданную в технике компьютерной анимации, переводят в формат 3D. Второй: корпорация IMAX снимает фильмы специальной камерой сразу на две пленки. Третий: 2D-изображение переводят в 3D (пока только в виде фрагментов голливудских блокбастеров). Пожалуй, главная проблема популяризации 3D- малое количество контента. Однако происходят изменения к лучшему: ведущие киностудии ежегодно выпускают несколько картин, совместимых с 3D-дисплеями. Студия Pixar уже планирует выпустить более 10 анимационных 3D-фильмов, а The Walt Disney Company пообещала, что вскоре все кинокартины, создаваемые Pixar, можно будет смотреть на 3D-экранах. Свой вклад вносят и производители телевизоров. Например, Samsung Electronics объявила о начале сотрудничества с Dreamworks SKG для перевода в 3D-формат таких популярных фильмов, как "Шрек", "Монстры против пришельцев" ит.д. Теоретически любой видеофильм с помощью особых программ можно конвертировать в формат 2D+Z и получить объемную картинку.

3D-реальность Panasonic3D-телевизоры и 3D-Blu-rayплееры с технологией активного затвора функционируют так: каждый кадр для левого и правого глаза обрабатывается по особому алгоритму в специальном встроенном блоке по отдельности и попеременно выводится на экран. Чтобы смотреть 3D-контент, понадобятся электронные очки, оснащенные встроенным процессором. На него 3D-телевизор с помощью блока беспроводной связи (например, ИК-блока) посылает сигнал, чтобы одновременно с подачей на экран картинки этот процессор "открывал" соответствующую линзу очков и "закрывал" другую. Таким образом, каждый глаз видит свою картинку, а мозг, получая и сводя их воедино, формирует реалистичное 3D-изображение. Для работы процессора очки оснащают аккумулятором, емкости которого хватает надолго (80ч без подзарядки).

3D-устройства (телевизоры, плееры) с технологией активного затвора предлагают компании Samsung Electronics (Корея), Philips (Нидерланды), Sony (Япония), LG Electronics, Panasonic (серия Viera) идр. Каждая из них стремится по-своему усовершенствовать оборудование. Так, модели серии C7000 (Samsung Electronics) обеспечивают широкий угол обзора, поэтому зрителям не придется выбирать наиболее удобную точку просмотра. Ксожалению, компания Samsung Electronics прилагает к своим телевизорам лишь одну пару 3D-очков, а дополнительные можно приобрести примерно за 9 тыс. руб. Стелевизорами данной фирмы совместимы только очки того же производителя. Плазменные 3D-телевизоры серий 7000 (160 тыс. руб.) и 6900 (90 тыс. руб.) с широкоформатными экранами (диагональ- 63 и 50 дюймов соответственно), выпущенные этой же компанией, оснащены инновационной технологией Clear Image Panel. Вконструкции панели вместо привычного стекла применен ультратонкий пленочный светофильтр. Он устраняет двойные отражения и обеспечивает четкость картинки и хорошую цветопередачу практически для любой точки просмотра даже в довольно ярко освещенных помещениях.

3D-реальностьФото 4
Acer
3D-реальностьФото 5
Toshiba
3D-реальностьФото 6
Panasonic

4. Благодаря поддержке формата 3D в ноутбуке Satellite A665 (Toshiba) все современные игры будут смотреться более реалистично. Кроме того, он позволяет использовать диски Blu-ray 3D2. 5. Вмодели Aspire 5745DG (Acer) 3D-изображение формируется посредством "затворной" технологии. Кноутбуку можно подключить внешний дисплей с разверткой 120 Гц и на нем также получить картинку с 3D-эффектом. 6. Новый Full HD-3D-Bluray плеер DMP-BDT100 (Panasonic) позволит вам смотреть любимые фильмы в формате 3D у себя дома и обеспечит их высокое качество. Умодели есть также доступ к различному контенту через интернет-протокол, слот для карт памяти SD, порт USB и HDMI-выход

Вновых моделях ЖК-телевизоров серии 9000 (Philips), выпущенных в 2010г.: 32PFL9705, 40PFL9705 и 46PFL9705 (диагональ экрана- 32, 40 и 46 дюймов соответственно), поддерживающих 3D-формат, использованы трехсторонняя фоновая подсветка Ambilight, меняющаяся в зависимости от цвета стен, процессор Perfect Pixel HD Engine и технологии LED. Врезультате возникает ощущение, что действие с экрана переносится прямо в комнату. Для просмотра 3D-контента требуются активные очки и ИК-передатчик, подключаемые к телевизору.

К3D-телевизору 60 LX900 (Sony) с максимальной диагональю 60 дюймов прилагаются две пары очков. Модели Sony Bravia KDL-LX900 и KDL-HX900 благодаря высокой частоте показа кадров на экране (ее обеспечивает функция Motionflow 400 PRO) создают изображение, достоверно воспроизводящее трехмерный мир.

ТВ в новом формате

Впервые в России спутниковая 3D-передача в реальном времени состоялась 15 апреля 2010г.Выступление солистов балета Мариинского театра, снятое в формате 3D, транслировалось со спутника Eutelsat 9 (Eurobird 9A) на канале All-3D. Его смотрели в Санкт-Петербурге, Москве и Париже на экранах телевизоров Samsung, используя активные очки. Вмае 2010г. в рамках выставки "Связь-Экспокомм"-2010 группа компаний "АКАДО" (Россия) и фирма Samsung Electronics продемонстрировали возможности круглосуточного телевизионного 3D-вещания для массового потребителя на платформе цифрового кабельного телевидения АКАДО. Совместный проект способствует развитию 3D-технологий для дома и позволит предлагать пользователям широкий выбор программ с объемным изображением. Воктябре 2010г. компания "НТВ ПЛЮС" (Россия) официально объявила об открытии первого в нашей стране 3D-канала в партнерстве с фирмой Panasonic. На базе этого канала планируют проводить в формате 3D прямые трансляции Олимпийских игр 2014г. из Сочи.

Компания Panasonic в серии 3D-телевизоров Viera применяет особую технологию устранения перекрестных помех (они возникают при наложении друг на друга сигналов для правого и левого видеоканалов, и в итоге образуются сдвоенные контуры). Полное разрешение при демонстрации подвижного изображения составляет 1080 строк. Новая технология синхронизации между телевизором и светофильтрами очков (high-precision active shutter) позволяет получить ясную, четкую и детальную объемную картинку.

Чистый объем

3D-реальность SonyПри автостереоскопической технологии стереоэффект появляется благодаря тому, что нужный пучок света направляют в нужный глаз. Как правило, для этого применяют растровые экраны с микролинзами Френеля, играющими роль светоделителей, и специальными барьерными сетками (непрозрачные полоски). Врезультате каждый глаз зрителя видит только тот столбец пикселей, который предназначен для него. Линзово-растровый вариант конструкции экранов называют лентикулярным. Такие мониторы, основанные на растровом принципе, производят NewSight (Германия), Sharp (Япония), LG Electronics, Philips, Samsung Electronics идр. Распространение стандарта высокого разрешения (HD) помогает получать качественное изображение.

LCD-дисплей Flatron M4200D (LG Electronics) с диагональю 42 дюйма представляет собой лентикулярный экран. Один из его слоев выполнен из прозрачного пластика с длинными цилиндрическими микролинзами, создающими стереоскопический эффект. Основные характеристики: разрешение- 1920 #215; 1080 пикселей, яркость- 500 кд/м#178;, контрастность- 1600 : 1, время отклика- 8мс. Вновинке Sharp- модели LL-151-3D XGA- применена технология 3D LCD Technology, которая использует вторую LCD-матрицу, чтобы достичь эффекта параллаксного барьера. Когда 3D-режим включен, свет, проходя через первую LCD-матрицу, направляется так, чтобы четные столбцы пикселей фокусировались на левом глазу, а нечетные- на правом. Дисплей переключают в 3D-режим с помощью специальной кнопки, расположенной на панели управления. Цена LL-151-3D XGA- около 45 тыс. руб.

3D-реальностьФото 7
Samsung
3D-реальностьФото 8
Samsung
3D-реальностьФото 9
Samsung

7-9. Домашний 3D-кинотеатр HT-C9950W (Samsung) предлагает качество объемного звучания 7.1-канальной музыкальной системы и широкие возможности мультимедийного контента

Компания Samsung Electronics начала выпускать автостереоскопические телевизоры с диагональю экрана 19-65 дюймов. Они оснащены дополнительной матрицей двояковыпуклых микролинз, благодаря которой стереоизображение можно наблюдать из различных точек. Модель с диагональю 40 дюймов стоит около 60 тыс. руб., 55 дюймов- примерно 210 тыс. руб. Samsung Electronics договаривается о стереотрансляциях с операторами кабельного и спутникового телевидения.

Однако у данного метода есть и существенные недостатки. Вчастности, необходимо, чтобы при просмотре голова зрителя находилась в определенном положении: достаточно совсем немного изменить его- и стереокартинка разрушается. Различные компании пытаются улучшить эту технологию. Например, Philips и NewSight разработали собственные технологии многоракурсных мониторов- WOWvx и MultiView. Афирма SeeReal Technologies (Германия) вмонтировала в свои дисплеи подвижный светоделитель и детектор положения головы зрителя, благодаря которым изображение корректируется в соответствии с нужным углом зрения.

Стереоперспективы

Готовы ли мы к 3D-эре? Несомненно, с визуальной точки зрения у новой технологии огромные перспективы. На рынке уже представлено большое разнообразие 3D-техники: камеры и фотоаппараты, Blu-ray-плееры, ноутбуки (например, Aspire 5745DG, Acer, с активными очками 3D-Vision, Nvidia, можно использовать и в 3D-режиме, и как стандартный ноутбук), 3D-телевизоры с подсветкой, LED-, ЖК- и плазменные 3D-модели. Впроизводстве последних лидируют компании Panasonic (модели Viera TX-P50VT20 и TX-P65VT20 с диагональю экрана 50 и 65 дюймов соответственно) и Samsung Electronics (модели PS42B450B1, PS50B450B1, PS42B451B2, PS50B451B2).

Существующие наработки позволяют начать реализовывать стереоскопическое вещание в Интернете, где можно предоставлять 3D-контент индивидуально. Разрабатывается и новая система телевещания. Обладатели приемного оборудования и 3D-телевизоров смогут принимать объемные телепередачи с орбитального спутника Аstra 3A, вещающего на Центральную и Восточную Европу с 4мая 2010г.Компания Discovery (США) вместе с IMAX (Канада) и Sony планирует запустить 3D-канал к 2011г.

3D-реальностьФото 10
LG
3D-реальностьФото 11
LG
3D-реальностьФото 12
Panasonic

3D-реальностьФото 13
Panasonic
3D-реальностьФото 14
Samsung
3D-реальностьФото 15
Sony

10,11. Инновационная подсветка изящной модели LX9500 (LG) толщиной всего 22,3мм обеспечивает лучшую яркость. 12, 13. Камкодер HDC-SDT750 (Panasonic) позволяет снимать видео в формате 3D, достаточно лишь установить линзу 3D-конвертор. Помимо этого, в модели много других функций: сенсор 3MOS с улучшенной системой шумоподавления, съемка видео в формате 108p/50Гц, гибридный оптический стабилизатор изображения. 14,15. Интегрированная технология конвертации 3D-LED-телевизоров серии 9000 (Samsung) (13) в режиме реального времени преобразует стандартное изображение в трехмерное, позволяя смотреть обычные телепрограммы и фильмы в 3D-формате. Домашний кинотеатр BDV-IZ1000W (Sony) (14) дает возможность просматривать 3D-контент с диска Blu-ray и обеспечивает доступ к онлайн-видео.

Долгое время узким местом в реализации стереоскопического видеопоказа являлся объем данных- его было невозможно передать существующими средствами. Цифровое телевидение позволило распространять достаточное количество информации и стало основой ряда устройств, дающих возможность выполнить объемную визуализацию.

3D-реальность SonyОдин из эффективных способов, помогающих решить проблему большого объема данных, - использование формата 2D+Z. Слюбым обычным (2D) изображением можно соотнести информацию об удаленности каждого пикселя от наблюдателя (Z-координату). Такое представление изображения называют форматом 2D+Z, а совокупность координат Z- картой глубины. Применение этого формата позволяет передавать стереоскопическое видео с увеличением потока данных всего на 25-30 %. Стереоскопическая картинка восстанавливается путем интерполяции исходного изображения с учетом карты глубины. Полученную серию кадров демонстрируют с помощью растрового дисплея.

Форматы телевидения MPEG-2 и MPEG-4 являются хорошей базой для стандартной трансляции 3D-видеоданных, так как дают возможность передавать и обычное (2D) изображение, и соответствующую ему карту глубины (Z). Чтобы декодировать стандартные потоки, разработаны декодеры STB (Set Top Box). Например, компания Elecard (Россия) представила подобные телевизионные приставки, позволяющие менять встроенное в них программное обеспечение и благодаря этому наращивать функциональность устройств. Такие декодеры имеют аналоговые выходы для подключения к телевизорам и интерфейсы DVI/HDMI для подсоединения к цифровой технике. Toshiba (Япония), Panasonic, Samsung Electronics и Sony предлагают телевизоры с встроенными конверторами для преобразования 2D- в 3D-формат.

3D-реальность SonyВто же время стать действительно массовым 3D-телевидению препятствует несколько существенных проблем, прежде всего пропускная способность. Так, для распространения 3D-видео необходима скорость передачи 18 Мбит/с. Это существенно больше, чем пока пропускают каналы HDTV в кабельных сетях. Значит, кабельные и спутниковые операторы должны расширить емкость каналов для передачи 3D-видеоданных. Есть и другая сложность: кабельные и спутниковые провайдеры предоставляют услуги в рамках своей установленной базы STB. Если у них приставка усовершенствованная, на нее можно загрузить новое программное обеспечение; если же она произведена довольно давно, придется купить «свежую».

Наконец, недавно созданная версия HDMI 1.4 для работы с 3D предусматривает разрешение 1080p для каждого глаза (1080p/24 Гц либо 720p/50 или 60 Гц). При этом у кабельных и спутниковых провайдеров возникнут трудности, так как их STB не поддерживают протокол HDMI 1.4 и не обеспечивают возможность передачи изображения с удвоенным разрешением 1080p. Хотя все эти проблемы в принципе разрешимы. Совершенствование технологий продолжается непрерывно, зрителю нужно постоянно предлагать что-то новое, и поэтому можно сделать вывод, что наступление эры объемного телевидения не за горами.

Достоинства и недостатки различных 3D-технологий

Технология Плюсы Минусы
Анаглиф Дешевизна и простота метода Потеря некоторых цветов; необходимость использовать очки; низкое качество изображения
Технология активного затвора Отличное качество изображения Стереоочки довольно дороги; требуется периодически подзаряжать аккумулятор
Технология пассивного затвора (поляризационная) Хорошее качество картинки Нужен экран с высоким разрешением
Автостереоскопическая технология Не нужны очки; большая реалистичность Значительная цена; требуется экран с высоким разрешением; при просмотре разрешение по горизонтали уменьшается в 2 раза