26 апреля1 комментарий

Технологии, принципы и перспективы 3D в бытовой электронике

Текст: Валерий Жёлудев

Еще недавно трехмерное кино ассоциировалось лишь с кинотеатром и бумажными двухцветными очками. Но времена меняются, и технологии стремительно идут вперед. Около года назад 3D-эффект стал пробивать себе дорогу в массы: в продаже появились даже 3D-телевизоры, доступные каждому.

А сегодня 3D-картинку могут показывать не только телевизоры, но и мониторы, смартфоны, игровые консоли, планшеты... Чем же хороша эта так горячо обсуждаемая и пока еще загадочная для большинства технология? Сегодня мы это и выясним.

Немного истории

Стереокинематограф зародился почти одновременно с обычным кинематографом. В конце XIX века Уильям Фриз-Грин подал первую заявку на патент, описывающий технологию производства стереофильма. Она заключалась в использовании двух проекторов одновременно и специального прибора – стереоскопа, совмещавшего два изображения в одно стереоскопическое. Тогда затея Фриза-Грина не получила распространения вследствие громоздкости и дороговизны оборудования.

В 1915 году в Нью-Йорке представлена серия экспериментальных фильмов, которые были сняты по анаглифическому методу. Суть его заключалась в цветовом кодировании изображения для каждого глаза в отдельности. По сути, это и есть всем знакомая технология, использующая очки с красной и синей линзой.

Первая коммерческая демонстрация стереофильма состоялась в 1922 году в Лос-Анджелесе. Фильм был снят на две пленки в красно-зеленом анаглифе.

Следующим важным этапом в истории стереокинематографа явилось изобретение поляризующей пленки, которая стала коммерческим продуктом в 1932 году. Технология использовала поляризацию света, а для просмотра были необходимы специальные очки с поляризующей оптикой, благодаря которой каждый глаз видел отдельное изображение. Данная технология в различных вариантах используется и по сей день.

Новое рождение. Современные 3D-технологии.

Огромный интерес к 3D-эффекту появился после выхода фильма «Аватар», снятого Джеймсом Кэмероном в конце 2009 года. Фильм стал рекордсменом по кассовым сборам, принеся создателям более 2 миллиардов долларов. Сразу после выхода фильма многие ведущие производители телевизоров сообщили о скором приходе 3D-эффекта в наши дома.

Что характерно, телевизоры различных производителей отличаются не только стоимостью и размерами, но и технологиями, которые в них использованы. 3D-экраны могут как требовать использования специальных очков, так и позволяют зрителям обходиться без них. Сейчас мы рассмотрим основные технологии, которые применяются в производстве электроники с поддержкой 3D.

Затворная технология

Наиболее распространенной является затворная технология. Она основана на использовании специальных очков, которые попеременно закрывают обзор то одному, то другому глазу. Благодаря высокой частоте такого чередования человек не замечает этого. Точно так же чередуется и изображение на экране, благодаря чему каждый глаз видит предназначенную лишь для него картинку. Очки и экран имеют очень жесткую синхронизацию, при нарушении которой на экране перед взором зрителя предстанет хаос.

Первые коммерческие продукты такого рода были выпущены достаточно давно. Возможно, некоторые помнят компьютерные 3D-очки ELSA 3D Revelator, которые работали в паре с видеокартами от ELSA. Устройство появилось в продаже в 1999 году и стоило совсем недорого. Тем не менее, тогда технология не получила большого распространения. Причиной этому были мониторы, которые не могли предоставить достаточную частоту горизонтальной развертки, что было заметно при работе в виде сильного мерцания. Современные дисплеи способны обновляться гораздо быстрее, так данная технология и стала основой для первых коммерческих 3D-телевизоров. Подобные устройства выпускают многие компании, в числе которых Sony и Samsung.

Но есть у затворной технологии ряд недостатков. Например, она ослабляет световой поток, что требует более высокой яркости от телевизора и ведет к более высокому энергопотреблению. Впрочем, на сумме в счете за электроэнергию это скажется незначительно.

Иногда встречается раздвоение быстро движущихся объектов, однако этот недостаток легко устраняется увеличением частоты развертки дисплея. Ну и, конечно же, повышенная утомляемость глаз и довольно громоздкие очки, в которых будет сложно просмотреть 3-4 фильма подряд – устает переносица.

Поляризационная технология

Поляризационные 3D-телевизоры в прессе почему-то относят ко второму поколению, хотя сама технология появилась гораздо раньше, чем затворная. Суть, напомним, сводится к явлению поляризации световых волн. В таких экранах все активные пиксели разделены на две части, каждая из которых формирует картинку для одного глаза. Свет, испускаемый каждым видом пикселей, имеет соответствующую поляризацию, а очки, которые надевает зритель, имеют специальные фильтры, пропускающие лишь «свои» световые волны. Таким образом, каждому глазу доступны лишь предназначенные для него пиксели, составляющие общую картинку.

Массовые модели устройств, созданных по данной технологии, появились совсем недавно, и наиболее преуспевшей в этом отношении является компания LG. Причиной этому является не только всплеск интереса к 3D, но и технологические ограничения. Для создания такого телевизора требуется матрица с вдвое большим числом пикселей, а также мощная вычислительная электроника, что делало создание подобных телевизором экономически нецелесообразным до определенного момента.

Основным преимуществом поляризационной технологии является использование пассивных очков, которые значительно дешевле затворных, а также компактнее и легче. Поляризационные очки внешне почти не отличаются от солнцезащитных.

Другое достоинство таких экранов – возможность формирования отдельной картинки для двух разных зрителей, правда, на этот раз плоской. Для этого уже используются другие очки, в которых различие в поляризационных фильтрах существует не между двумя глазами, но между двумя очками. Данное свойство очень удобно при совместной игре в видеоигры, когда каждый игрок видит свой экран. К слову, компания Sony не так давно реализовала такой же принцип и с затворными очками, позволив обладателям PlayStation 3 играть вдвоем на одном экране без необходимости разделения картинки на две половинки.

Автостереоскопические экраны

Устройства данного типа лишь начинают завоевывать рынок. Наиболее успешным среди них является портативная игровая консоль Nintendo 3DS, также существенно продвинулась в этом направлении компания Sharp. Главный плюс таких экранов – для них не нужны очки.

В дисплеях такого рода изображение отображается в виде тонких вертикальных полосок, поочередно для каждого глаза. Такой метод называется пространственным разделением стереопары. Сверху находится специальная оптическая решетка, называемая растром. Растр служит для того, чтобы затенить часть световых лучей таким образом, чтобы каждый глаз видел лишь предназначенную для него часть изображения.

Подобное устройство имеют стереооткрытки, которые многие из нас помнят еще из детства. Стоит отметить, что такой метод лучше всего подходит для индивидуальных устройств с небольшим дисплеем, например, смартфонов или портативных консолей. Кроме того, в теории человек, у которого расстояние между глазами будет значительно отличаться от среднестатистического, не сможет увидеть качественное изображение на таком дисплее. Из числа недостатков автостереоскопических экранов можно выделить весьма ограниченные углы обзора и вдвое более низкое разрешение по горизонтали.

За вредность доплачивают?

Существует расхожее мнение о вредности 3D-дисплеев для здоровья человека. Данный момент пока недостаточно изучен, тем не менее, многие врачи считают, что частый просмотр 3D-фильмов приводит к ухудшению зрения. Это связано с тем, что 3D-эффект принуждает глаза пытаться одновременно фокусироваться и на переднем, и на заднем плане изображения. Явление получило название «Проблема вергентной приспособляемости». Примечательно, что некоторые зрители после просмотра ощущают не только усталость глаз, но и другие негативные проявления, в числе которых головная боль, некоторая дезориентированность и трудности адаптации к «реальному миру». При этом наиболее подверженными негативному эффекту оказались дети младшего возраста. Так что не спешите показывать «Аватар» своему малышу, пусть немного подрастет.