Nowe oblicza wizualizacji

Trójwymiarowy obraz na monitorze bez uciążliwych okularów? Zawieszone w przestrzeni postacie? Ilustrowany filmem artykuł na papierze? Nie, to nie kolejna część Raportu mniejszości Spielberga. To rzeczywistość.

Trójwymiarowy obraz na monitorze bez uciążliwych okularów? Zawieszone w przestrzeni postacie? Ilustrowany filmem artykuł na papierze? Nie, to nie kolejna część Raportu mniejszości Spielberga. To rzeczywistość.

Informacja jest warta tylko tyle, ile sposób jej przedstawienia. Właśnie interpretacja w zasadzie określa przyswajalność, a zatem i użyteczność informacji. Ciąg zer i jedynek będzie całkowicie nieczytelny, a analiza jego miliona elementów mogłaby okazać się niezwykle długotrwała i uciążliwa, zanim okazałoby się, że przedstawia grafikę w rozdzielczości 1280x1024, której istotę przeciętny człowiek uchwyci w ułamku sekundy. Od urodzenia większość informacji o świecie odbieramy za pośrednictwem bodźców wizualnych, nic więc dziwnego, że myślimy obrazami i je właśnie przyswajamy najszybciej. Tymczasem dotychczasowym technikom wizualizacji wciąż bardzo daleko zarówno do realistycznego odwzorowania podstawowych cech otaczającego świata, jak i odpowiedniej wygody użytkowania. Na szczęście prace nad nowymi metodami wizualizacji trwają i chyba niedługo zaczną przynosić efekty widoczne nie tylko w laboratoriach.

Gdzie jesteś, innowacjo?

Autostereoskopowy efekt 3D na monitorach LCD uzyskuje się, pokrywając ich powierzchnię szeregiem walcowatych soczewek. Soczewki naniesione są nieco skośnie w stosunku do siatki pikseli, co zapewnia percepcję głębi obrazu z więcej niż jednego punktu patrzenia. Linie A i C odpowiadają kolejnym obrazom.

Autostereoskopowy efekt 3D na monitorach LCD uzyskuje się, pokrywając ich powierzchnię szeregiem walcowatych soczewek. Soczewki naniesione są nieco skośnie w stosunku do siatki pikseli, co zapewnia percepcję głębi obrazu z więcej niż jednego punktu patrzenia. Linie A i C odpowiadają kolejnym obrazom.

Tymczasem pod strzechy trafiły monitory korzystające z technologii CRT (Cathode Ray Tube). Ideę użycia lamp katodowych do wyświetlania obrazu zaprezentowali niezależnie Campbell Swinton i Boris Rosing już w 1907 roku. Monitory CRT, w których strumień elektronów emitowany z katody omiata wierszami powierzchnię luminoforu, pobudzając go do świecenia, do dzisiaj zalicza się do najpopularniejszych urządzeń wizualizujących informację. Coraz powszechniejsze monitory LCD wykorzystują ciekłe kryształy, odkryte w... 1888 roku przez Friedricha

Rheinitzera. Zasada działania jest tu nieco bardziej wyrafinowana: ciekłe kryształy zgrupowane w komórki - piksele - polaryzują światło lampy fluorescencyjnej. Stopień polaryzacji zależy od natężenia pola elektromagnetycznego, dzięki czemu przy dwóch warstwach polaryzatora dość łatwo kontrolować jasność poszczególnych pikseli. Pierwsze monitory tego typu pojawiły się na początku lat 70. XX wieku. Trzecim rozwiązaniem, spotykanym coraz częściej na rynku konsumenckim, są monitory plazmowe, o których po raz pierwszy wspomniano w 1964 roku w pracach naukowców z University of Illinois. Świecenie piksela w tym typie monitorów uzyskuje się przez jonizację gazu pomiędzy matrycami elektrod. Zauważmy, że wszystkie wspomniane technologie dają w rezultacie ten sam wynik: płaski, kolorowy, ruchomy obraz. Z użytkowego punktu widzenia jedyna istotniejsza różnica tkwi więc nie w sposobie wizualizacji, ale w rozmiarach obudowy urządzenia i... jego cenie.

Odwieczny problem

Zasada działania wyświetlacza FELIX 3D, jednego z pierwszych monitorów objętościowych.

Zasada działania wyświetlacza FELIX 3D, jednego z pierwszych monitorów objętościowych.

Wydaje się to wręcz niewiarygodne, ale do dzisiaj nasza cywilizacja w zasadzie nie opanowała żadnej popularnej metody wiarygodnego odtworzenia obrazu uwzględniającej wszystkie cztery wymiary czasoprzestrzeni. Papier oferuje wyłącznie dwa wymiary przestrzenne, niekiedy wzbogacone o pseudo-3D, głównie za sprawą wciąż mało realistycznych technik druku holograficznego. Tradycyjne kino to zaledwie dwa wymiary przestrzenne i czas, a nawet w kinie IMAX mamy do czynienia wyłącznie ze złudzeniem optycznym, a nie prawdziwym odwzorowaniem przestrzeni. W każdym przypadku wskutek niedostatków technologii pozbawiamy się ogromnej ilości informacji o obrazie. Na szczęście pojawia się kilka interesujących alternatyw.

LCD spotyka 3D

Współczesne monitory LCD mogą już generować złudzenie trójwymiarowości obrazu bez konieczności używania okularów. Na zdjęciu model SynthaGram SG202 firmy StereoGraphics Corporation.

Współczesne monitory LCD mogą już generować złudzenie trójwymiarowości obrazu bez konieczności używania okularów. Na zdjęciu model SynthaGram SG202 firmy StereoGraphics Corporation.

Autostereoskopowe obrazy trójwymiarowe na ekranie monitora LCD, których oglądanie nie wymaga używania okularów z filtrami? To nie pieśń przyszłości - technologia jest już dostępna od pewnego czasu. Idea sprowadza się do pokrycia płaszczyzny ekranu siatką cylindrycznych soczewek w taki sposób, aby ogniskowa znajdowała się na poziomie warstwy wyświetlającej piksele. Soczewki są na tyle małe, że niedostrzegalne gołym okiem. Powiedzmy od razu, że takie rozwiązanie nie sprawdzi się w przypadku monitorów CRT: z uwagi na utrzymanie pikseli w okolicy ogniskowej i niewielkie rozmiary soczewek zewnętrzna powłoka ekranu musi być stosunkowo cienka - tymczasem w monitorach CRT ma od kilku do kilkunastu milimetrów.

Szczegóły techniczne budowy monitora objętościowego Perspecta 3D oraz jego schemat blokowy.

Szczegóły techniczne budowy monitora objętościowego Perspecta 3D oraz jego schemat blokowy.

Światło padające (lub emitowane) na taką spreparowaną powierzchnię ogniskuje się w różnych miejscach w zależności od kierunku padania/świecenia, więc obraz postrzegany przez lewe oko różni się od obrazu widzianego prawym okiem. Kwestia dostarczenia w odpowiednie punkty ekranu informacji pozwalającej na percepcję głębi wyświetlanego obiektu staje się tym samym problemem czysto programowym. Nie ma jednak róży bez kolców: soczewki powiększają nie tylko piksele monitora, ale i przerwy między nimi, generując w efekcie wiele "dziur" w kącie widzenia, w których percepcja 3D jest niemożliwa. Problem da się częściowo wyeliminować, ustawiając sąsiadujące soczewki w taki sposób, aby uginały światło emitowane nie tylko z pikseli bezpośrednio pod soczewką, ale także z sąsiednich. Pierwsze monitory 3D-LCD nie wymagały, co prawda, precyzyjnego utrzymania głowy w jednym miejscu w celu uzyskania wrażenia głębi, ale nie pozwalały na pełną swobodę ruchu. Trójwymiarowy obraz można było w pełni podziwiać początkowo z czterech punktów widzenia. Obecnie monitory tego typu pozwalają oglądać obraz nawet z dziewięciu punktów, więc można je wykorzystać, chcąc zaprezentować trójwymiarową grafikę większej liczbie osób. Niestety, odbywa się to kosztem rozdzielczości i w efekcie na monitorach 15" każde oko widzi obraz o rozdzielczości zaledwie 341x256 pikseli, a na monitorach 18" - 427x341 (w przypadku urządzeń opracowanych w firmie Philips).

Ceny autostereoskopowych monitorów LCD są jednak nie do zaakceptowania dla przeciętnego użytkownika. Najtańsze kosztują 3-4 tysiące dolarów, najdroższe nawet 15-20 tysięcy.

Co tam 3D, objętość jest ważna!

Obraz 3D generowany za pomocą wyżej opisanych technik to jednak wciąż złudzenie, bo zajmuje w rzeczywistości płaski fragment przestrzeni. Odmienne podejście do problemu zaprezentował Max Hirsh w... 1958 roku. Polegało ono na użyciu przezroczystego, obracającego się wewnątrz kopuły ekranu, na którym w odpowiedni sposób wyświetla się obraz. Ponieważ ekran obraca się, zakreśla pewną objętość w przestrzeni i obraz jest rzeczywiście trójwymiarowy: można go obejść ze wszystkich stron, spojrzeć z góry lub dołu. Pomysł zrealizowano po raz pierwszy już w 1960 roku, jednak bardziej praktycznych rozwiązań doczekaliśmy się stosunkowo niedawno. Rysunek poniżej przedstawia zasadę działania monitora

FELIX 3D, skonstruowanego przez grupę naukowców i studentów z High School w Stade. Obracający się ekran ma dość specyficzny kształt, a pobudzająca go do świecenia wiązka światła przemieszcza się w zasadzie liniowo, co upraszcza optykę.


Zobacz również