Ну а раз сенсации нет, ее нужно создать (или хотя бы объявить). На этой волне по рынку с большой помпой прокатились такие технологии, как Full HD, LED-подсветка, теперь настал черед третьего измерения. Сегодня отрасли сенсация нужна как никогда: после кризиса, пробившего огромные прорехи в бюджетах большинства компаний, удачно возникшая сенсация, способна подхлестнуть и активизировать рынок.
Естественно, трехмерное (точнее стерео, но об этом чуть дальше) видео возникло не 2010 году. Не секрет, что любая технология, прежде достичь массового потребителя «вызревает» в лабораториях компаний и профессиональной сфере деятельности минимум 10-15 лет. Кстати, вполне готовый образец 3D-телевизора (без специальных очков) показала в далеком 2005 году на берлинской выставке IFA компания Grundig.
Попробуем же беспристрастно отделить зерна от плевел и разобраться, что собой представляют современные 3D-технологии в телевидении, что они могут предложить телезрителю, а чего от ниж ждать не стоит.
Терминология, связанная с 3D
Начнем с того, что разберемся в терминологии: современное, так называемое 3D-видео, таковым не является. При его воспроизведении отображается совокупность плоских кадров, специального вида. Здесь правильнее говорить о стереовидео, ибо в данном случае напрямую эксплуатируется такая особенность нашего зрительного восприятия, как разноракурсность вида для каждого из глаз. Построение трехмерного образа происходит уже в человеческом мозгу. Честной, хотя и фантастической (на данном уровне развития техники) альтернативой стерео-телевидению является голографическое телевидение, когда телевизионный приемник честно воспроизводит световое поле, соответствующему отображаемому трехмерному объекту.
Следствием такого «обмана» (показывают плоские кадры, заставляя мозг думать, что перед ним протяженный объект) являются некоторые трудности восприятия 3D-видео: не секрет, что многие, кто смотрит подобное видео, быстро утомляются, некоторые люди его просто не видят, а определенной категории граждан подобное зрелище вообще противопоказано. Почему это так и можно ли ожидать улучшения ситуации в обозримом будущем?
Медицинские проблемы, связанные с 3D-видео
Поскольку, как мы уже обсуждали, просмотр 3D-видео сопряжен с «обманом» мозга (показываются плоские кадры так, чтобы мозг считал, что это пространственный объект), стоит ли удивляться, что это не всегда работает так хорошо, как задумывалось. Прежде всего, следует вспомнить о таком явлении, как тремор глаз: это очень быстрые непроизвольные движения глазного яблока, глаз как бы «сканирует» поле зрения, ощупывая его. В результате этого «сканирования» каждый из глаз приходит к закономерному выводу, что перед ним плоский экран с плоским же изображением. С другой стороны, с точки зрения мозга все выглядит иначе: правый глаз видит свой ракурс, отличный от того, что видит левый. Значит, делает вывод мозг, мы имеем дело с трехмерной картиной. Здесь и кроется противоречие, которое может вызывать в худшем случае даже расстройства в работе мозга (так называемую фотосензитивную эпилепсию), а в «лучшем» - утомление глаз за счет увеличения интенсивности тремора (мозг говорит, что картинка объемная, вот глаз недоуменно и проверяет снова и снова).
Из этой неприятной ситуации можно выйти, либо сделав телевизор, отображающий реальную трехмерную картинку, а не ее стерео-приближение, либо мозг в конце концов адаптируется к очередному обману и начнет «проще смотреть на мир».
Современное стерео-телевидение
Возвращаясь к сути современного 3D-телевидения, рассмотрим подробнее — какими же способами формируется 3D-изображение. Базовые принципы, как мы уже говорили, едины для всех: нужно каждому из глаз показать картинку предназначенную только для него, тогда мозг сделает все остальное.
Во-первых, все современные 3D-телевизоры делятся на системы со специальными очками и без оных. Начнем с систем с очками, как более распространенных в быту.
Анаглиф
Исторически первыми и простейшими были так называемые анаглифические системы. Принцип их предельно прост. Разделение кадра на «левую» и «правую» компоненты происходит по спектральному принципу: перед левым глазом устанавливается красный фильтр (он видит только красную компоненту картинки), перед правым — сине-зеленый (он, соответственно, воспринимает только сине-зеленый). Картинка, собранная из двух цветных полукадров, характерно «двоится» без очков, в очках же все «собирается» воедино и человек видит объемный черно-белый образ.
В принципе существует несколько разновидностей анаглифа с разными парами цветов, но сути дела это не меняет. Главное достоинство этого метода — простота и дешевизна реализации.
Понятно, что в таком примитивном виде анаглиф для видео не годится: отвык уже народ от черно-белого кино. Ряд компаний продолжают разработки в области усовершенствования анаглифов и уже демонстрируют некоторые достижения в этой области. Принцип остался неизменным: полукадры отображаются одновременно, их разделение происходит по спектральному принципу. Суть метода спектрального разделения легко понять, если взять полный спектр и «скрутить его в бублик», получится так называемое цветовое колесо. На нем хорошо видно, что красный и и синий цвета диаметрально противоположны, то есть являются взаимно дополнительными. Если теперь взять не одну пару дополнительных цветов, а три, тогда удается добиться воспроизведения цветного трехмерного изображения.
Увы, обходится это весьма дорого: изготовление очков с тремя спектральными окнами прозрачности дело непростое и не дешевое. Соответственно удел этих суперанаглифов — профессиональное 3D. Другой очевидный недостаток — ограниченность доступного цветового пространства.
Стерео-очки с активным затвором
Наибольшее распространение в массовом телевидении на сегодняшний день получили очки с активным ЖК-затвором.
Работают они до смешного просто: телевизор попеременно показывает кадры для правого и левого глаза, одновременно посылая по инфракрасному каналу импульсы синхронизации. Очки с инфракрасным приемником оснащены ЖК-транспарантами в стеклах, которые поочередно открываются и закрываются. Так что когда на экране «левый кадр», открыта шторка для левого глаза и закрыта для правого и наоборот. То есть в данном случае мы имеем дело с временным разделением стереопар.
Именно на этом принципе основаны все без исключения бытовые 3D-телевизоры, предлагаемые всеми производителям.
Очевидный недостаток данного метода: для того чтобы передать один полный стерео-кадр, приходится посылать два полукадра. Это приводит либо к тому, что частота полных кадров снижается вдвое, либо для поддержания частоты кадров приходится вдвое увеличивать видеопоток. И, за счет того, что в очках одновременно открыт только один затвор, эффективная яркость потока сквозь них снижается вдвое, а это, естественно, сказывается на восприятии телевизионной картинки.
Поляризационные очки
Наконец, третий из применяемых производителями телевизоров принципов — разделение световых потоков с помощью поляризации. Чаще всего используется круговая поляризация.
В этих телевизорах используется хитрый экран: на него напыляются поляризаторы, причем не сплошь, а построчно: на четные строки нанося, допустим, «правый» поляризатор (создающий круговую поляризацию в одном направлении), а на нечетные - «левый» (закручивает поляризацию в противоположном направлении). Полученное видео просматривают через очки с соответствующими поляризационными стеклами.
Теоретически принцип весьма прост, изящен и сулит всю совокупность плюсов с одним очевидным минусом — вертикальное разрешение падает вдвое. Другой существенный, можно даже сказать, убойный минус — непомерная сложность изготовления и, соответственно, цена экрана. Именно поэтому пока удел этой технологии — профессионалы, работающие с 3D.
Автостереоскопические дисплеи
Параллельно с развитием систем с 3D-очками идут исследования в области построения стерео-изображения без применения очков. Такие системы называются автостереоскопическими, поскольку создают стереоэффект как бы сами собой, без помощи очков.
Общий принцип большинства автостереоскопических дисплеев, как ни странно, известен многим из нас с далекого советского детства, достаточно вспомнить старые «голографические» календарики.
Система работает на пространственном разделении световых пучков: на экран наносится специальный линзовый растр (вертикальный), который отклоняет лучи проходящие сквозь него. Исходная стереопара «нарезается полосками» и собирается в единый кадр (принцип тот же, что и в случае поляризационной системы, но «нарезка» идет не по строкам, а по столбцам). В итоге под каждой линзой оказывается пара полос — «правая» и «левая». в результате преломления света в линзах в каждый из глаз попадает своя часть светового потока (см. рисунок)
3D-телевидение: взгляд в будущее
Все, что мы рассматривали в нашей статье — это сегодняшний день 3D-телевидения. А что нас ждет в будущем, пусть и не очень далеком? Естественно, корнями своими будущее прорастает в настоящее. Так что возможно, первые ростки уже показались.
Пожалуй, ближе всех к настоящему «честному» трехмерному телевидению на сегодняшний день приблизилась компания Holografika, разработавшая технологию Holovizio, которую можно охарактеризовать как упрощенную модель голографии.
Главная проблема голографии состоит в том, что голограмма чрезвычайно избыточна, содержит очень много «ненужной» информации, а это в свою очередь вызывает большие сложности в ее применении.
Инженеры Holografika задались вопросом: что нам нужно от голограммы? И оказалось, что нужно ни много ни мало, а воспроизведение полного спектрального и пространственного поля, исходящего от изображаемого объекта. Когда работает обычный плоский экран, светятся (фактически как точечные источники) пикселы на его поверхности, соответственно мы четко видим проекцию пространственной картины на плоский экран, то есть классическую 2D телевизионную картинку. Если бы вместо плоского экрана мы взяли реальные объекты (или их голографические изображения) и расположили их позади простого стеклянного экрана, световое поле проходящее сквозь стекло имело бы иной вид: световые пучки разных цветов распространялись бы не как от точечных источников, они бы имели не только различную яркость, но и пространственную ориентацию (см. рис.).
Именно это распределение интенсивности и направленности источников света по поверхнисти экрана и попытались воспроизвести разработчики Holografika. Результатом их работы стали дисплеи с экраном Holovizio, поверхность которых образуется не пикселами, вокселами — компактными управляемыми источниками света. Для каждого воксела можно задать цвет, интенсивность и направление свечения.
Неудивительно, что результат — самое реалистичное и захватывающе 3D-изображение, которое только способна породить современная инженерная мысль. Столь же предсказуем и «побочный эффект» — от цены дисплеев Holovizio тоже захватывает дух (топовая модель HoloVizio 720RC стоит в России более 15 миллионов рублей!)
Хотя, если вспомнить, первые компьютеры тоже стоили немало!