Technologie 3D w monitorach

Wyświetlaczami, które mogą zrobić w najbliższym czasie ogromną furorę, są trójwymiarowe monitory i telewizory stereoskopowe. Stereoskopia to jedna z najstarszych technik obrazowania pozwalająca oddać wrażenie normalnego widzenia przestrzennego. Odwzorowane są tutaj zarówno odległości od obserwatora, głębia sceny oraz przestrzenne ułożenie poszczególnych elementów obrazowanego obiektu lub obiektów. Tłumaczymy zasady działania technologii 3D i podpowiadamy jak wykorzystać ją już dziś.

Wyświetlaczami, które mogą zrobić w najbliższym czasie ogromną furorę, są trójwymiarowe monitory i telewizory stereoskopowe. Stereoskopia to jedna z najstarszych technik obrazowania pozwalająca oddać wrażenie normalnego widzenia przestrzennego. Odwzorowane są tutaj zarówno odległości od obserwatora, głębia sceny oraz przestrzenne ułożenie poszczególnych elementów obrazowanego obiektu lub obiektów. Tłumaczymy zasady działania technologii 3D i podpowiadamy jak wykorzystać ją już dziś.

Stereoskopia tak naprawdę nie tworzy rzeczywistego trójwymiarowego obiektu tak jak holografia, o której za chwilę, ale po porostu oszukuje ludzki mózg, bazując na sposobie widzenia świata przez człowieka. Nasze oczy rejestrują bowiem na siatkówce dwa płaskie obrazy - tak jak robi to każdy aparat fotograficzny na kliszy lub matrycy CCD/CMOS. Oba obrazy są jednak względem siebie lekko przesunięte. Związane jest to z nieco innym kątem patrzenia na dany obiekt przez lewe i prawe oko. To właśnie te drobne różnice niosą informację o trzecim wymiarze, które interpretuje nasz mózg, przetwarzając dwa płaskie obrazy w obraz przestrzenny.

Fotograficzny aparat stereoskopowy

Fotograficzny aparat stereoskopowy

Wystarczy teraz dostarczyć dwa obrazy widziane z perspektywy lewego i prawego oka, aby ludzki mózg zinterpretował ten widok jako przestrzenny. Najstarszym i najprostszym sposobem przedstawiania obrazów stereoskopowych było łączenie dwóch rysunków lub zdjęć zrobionych w tzw. stereopary (oba są bardzo podobne, ale różnią się nieco kątem widzenia obiektów) i oglądanie ich przez stereoskop. Pierwszy stereoskop tzw. model Wheatstone'a powstał w latach czterdziestych XIX w., a najbardziej rozpowszechniony model Holmesa skonstruowany został w roku 1861. Do robienia zdjęć stereoskopowych powstało też wiele konstrukcji aparatów fotograficznych. Trzeba w tym miejscu trzeba dodać, że istnieje też możliwość oglądania stereopar bez użycia stereoskopu - należy tylko odpowiednio ustawić wówczas oczy w zezie zbieżnym tak, aby każde oko było skierowane na odpowiedni obraz stereopary (są one zamienione wówczas miejscami). Wymaga to jednak treningu i nie każda osoba jest w stanie tego dokonać, nie mówiąc o tym, że takie częste "zezowanie" nie jest też obojętne dla wzroku.

Przykład bryły geometrycznej w trzech wymiarach tzw. anaglif. źródło: Wikipedia

Przykład bryły geometrycznej w trzech wymiarach tzw. anaglif. źródło: Wikipedia

Najbardziej popularną metodą stereoskopową wykorzystywaną również w komputerowym, przetwarzaniu obrazu jest metoda anaglifowa. Anaglif to po prostu rysunek fotografia lub film dający złudzenie trójwymiarowości podczas ich oglądania przy użyciu specjalnych okularów w których jedno szkło jest czerwone, drugie niebieskie lub turkusowe. Sporządzenie anaglifów polega na nałożeniu na siebie dwóch zdjęć, wykonanych z lekkim poziomym przesunięciem odpowiadającym obrazom dla lewego i prawego oka oraz ich jednoczesnym zabarwieniu na kolor czerwony i niebieski. Przy oglądaniu przez okulary o tak samo zabarwionych szkłach następuje separacja obrazów i pojawia się efekt przestrzenny przy nieco zubożonej kolorystyce.

Nowoczesne komputery potrafią takie stereoskopowe, anaglifowe brazy generować w czasie rzeczywistym. Wystarczy odpowiednie algorytmy przesuwające obraz i dodające dominantę czerwona lub niebieską zaimplementować w komputerowej grze. W ten sposób można też przerobić dowolne cyfrowe zdjęcie korzystając np. z programu Anaglyph Maker dostępnego obecnie w wersji 1.08 pod tym adresem: http://www.stereoeye.jp/software/index_e.html . Metodę anaglifową wykorzystuje się też w poligrafii. Przygotowane odpowiednio zdjęcie czy obrazek można bez problemu wydrukować, a do książki dodać niebiesko-czerwone foliowe okulary, aby móc oglądać zamieszone w niej obrazki w trójwymiarze.

Quake w stereoskopowym 3D, przykład obrazu anaglifowego tworzony na bieżąco w grze.

Quake w stereoskopowym 3D, przykład obrazu anaglifowego tworzony na bieżąco w grze.

Drugą komputerową metodą umożliwiają oglądanie stereoskopowych obrazów trójwymiarowych jest metodą migawkowa. Obrazy są wyświetlane naprzemiennie na ekranie monitora (jeden z obrazów przeznaczony jest dla oka prawego, drugi dla lewego), a okulary o szkłach ciekłokrystalicznych odsłaniają na przemian synchronicznie lewe i prawe oko. Metoda ta stosowana była w wypadku pierwszych okularów 3D sprzedawanych z niektórymi kartami graficznymi i w wirtualnych hełmach. Urządzenia takie popularne były w połowie lat 90. Ubiegłego wieku, a ich wadą było to, że dłuższe ich używanie związane było z pojawianiem się bólu głowy wynikającym ze stosunkowo małej częstotliwości odświeżania ówczesnych monitorów, którą trzeba było podzielić przez dwa - co druga klatka oglądana była przez każde z oczu.

W kinach stosowana jest też metoda projekcji przez dwa filtry polaryzacyjne. Wiązka światła z projektora (czasem wykorzystywane są dwa projektory) niosąca obraz klatki filmu dla jednego oka przechodzi przez jeden filtr, a emitowana za chwilę druga klatka filmu (lekko przesunięta) przeznaczona dla oka drugiego przechodzi przez drugi. Obie trafiają następnie na ekran kinowy, który pokryty jest aluminiową folią. Kierunki polaryzacji obu wykorzystywanych w projekcji filtrów są względem siebie prostopadłe, a widzowie zaopatrzeni są w specjalne okulary z analogicznie ustawionymi filtrami polaryzacyjnymi. W ten sposób jedno oko widzi tylko przeznaczone dla niego obrazy o polaryzacji pionowej, drugie zaś o poziomej, co sprawia, że oglądany ruchomy obraz jest obrazem trójwymiarowym. Co więcej taki obraz ma lepszą jakość niż ten, który tworzony jest o przy wykorzystaniu techniki anaglifowej - notabene w obu wypadkach obraz oglądany bez okularów jest do siebie bardzo podobny - oba są mniej więcej w ten sam sposób rozmyte.

Ostatnią metodą uzyskiwania trójwymiarowego obrazu stereoskopowego jest nałożenie na siebie dwóch przesuniętych względem siebie odpowiednio przygotowanych obrazów, a następnie rozseparowanie ich za pomocą zestawu odpowiednich soczewek. Wykorzystuje się tutaj zjawiska interferencji fal świetlnych.

Miejsce na specjalny monitor

World in Conflict to współczesna gra zgodna z Directx 10, która potrafi skorzystać z stereoskopowych, trójwymiarowych sterowników Nvidia 174.76 Stereo. Dzięki nim można tworzyć na bieżąco stereopary lub naprzemiennie obrazy dla lewego i prawego oka. W połączeniu z odpowiednim sprzętem (np. okularami 3D lub wirtualnym hełmem), można prowadzić rozgrywkę w prawdziwym 3D.

World in Conflict to współczesna gra zgodna z Directx 10, która potrafi skorzystać z stereoskopowych, trójwymiarowych sterowników Nvidia 174.76 Stereo. Dzięki nim można tworzyć na bieżąco stereopary lub naprzemiennie obrazy dla lewego i prawego oka. W połączeniu z odpowiednim sprzętem (np. okularami 3D lub wirtualnym hełmem), można prowadzić rozgrywkę w prawdziwym 3D.

We wszystkich wyżej wymienionych metodach - z wyjątkiem ostatniej, o czym za chwilę. Nie potrzeba żadnego specjalnego monitora. Wystarczy zwykły wyświetlacz, na którym karta graficzna wygeneruje obraz metodą anaglifową - wówczas wystarczą nam proste okulary z folia czerwoną i niebieską. Monitor dopasowany do takiej metody powinien mieć tylko większą jasność i lepsze odwzorowanie barw po to, aby jak najmniej utracić kolorystycznych szczegółów.

W wypadku metody migawkowej również nie potrzeba żadnego specjalnego wyświetlacza. Jedynie modyfikacje musi przejść karta graficzna, którą trzeba przystosować do współpracy z ciekłokrystalicznymi okularami 3D. W praktyce większość zadania przejmują na siebie sterowniki, które synchronizują wyświetlanie klatek z blokowaniem przez ciekłe kryształy raz jednego raz drugiego szkła w okularach 3D. Okulary takie można do komputera podłączyć zwykłym złączem USB.

Monitor który spełni wymagania stawiane przez migawkową metodę tworzenia obrazu stereoskopowego to monitor o duże częstotliwości odświeżania - najlepiej jeśli jest on w stanie wyświetlać z częstotliwości minimum 120 Hz - technologia jego wykonania, tzn. OLED, LCD czy CRT nie ma znaczenia. Taki monitor LCD zaprezentowano podczas forum technologicznego NVISION 08 zorganizowanego w tym roku przez Nvidię. Był to 120 Hz prototypowy wyświetlacz LCD firmy ViewSonic o czasie reakcji matrycy 3 ms.

Beowulf to jeden z pierwszych filmów, które oglądać też można było w zwykłych kinach nie tylko tych zgodnych z techniką IMAX w stereoskopowym trójwymiarze wykorzystującym technikę anaglifów.

Beowulf to jeden z pierwszych filmów, które oglądać też można było w zwykłych kinach nie tylko tych zgodnych z techniką IMAX w stereoskopowym trójwymiarze wykorzystującym technikę anaglifów.

Z tej technologii korzysta też 46-calowy telewizor 3D Hyundai E464S. Wbudowano w niego procesor DSP, który jest w stanie w czasie rzeczywistym każdy tradycyjny materiał wideo "ustereoskopowić" i to w rozdzielczości Full HD (1920×1080 pikseli). Komplet wraz z okularami 3D kosztuje ok. 4900 dolarów. Znacznie tańszy jest dostępny również w Polsce Hyundai W220S, który pozwala dzięki dołączonym do zestawu okularom LCD 3D oraz oprogramowaniu firmy TriDef na generowanie obrazu 3D podczas oglądania filmów, grania w gry komputerowe czy korzystania z aplikacji OpenGL. Model ten kosztuje tylko 2000 zł. Jeszcze taniej bo 600 USD kosztuje zaś 22-calowy monitor komputerowy iZ3D - 22" W iZ3Dm który obecnie jest jednym z najtańszych trójwymiarowych, stereoskopowych monitorów na rynku.


Zobacz również