АРХИВ СТАТЕЙ ЖУРНАЛА «МОЙ КОМПЬЮТЕР» ЗА 2002 ГОД

Третье измерение в мониторе

• Все журналы \ Номер 47/218 `2002 от 25.11.2002 \ Третье измерение в мониторе

Виталий КЛЕЦКО klezko@inbox.ru

«Купите монитор 768х768х198, 117 миллионов вокселей, дешево отдам…» — наверное, так будут звучать объявления о продаже мониторов в недалеком будущем. Что, не совсем понятно? Я надеюсь, что после прочтения этой статьи все станет более или менее ясно…

На протяжении многих лет монитор верой и правдой служит. Многих интересует вопрос, а каковы перспективы развития этих устройств? Мы все также обречены созерцать на плоском экране плоскую картинку, играя в любимые 3D-игрушки, или же вправе надеяться на что-то новенькое? Скажу сразу — надеяться вправе :-). Одним из вариантов эволюции мониторов может стать переход на технологии объемных дисплеев, или, другими словами, мы с вами увидим самые настоящие 3D-мониторы.

На сегодняшний день имеется несколько направлений развития устройств отображения трехмерных сцен, но чтобы понять специфику их работы, нужно разобраться, как человеческий глаз воспринимает трехмерную информацию.

Человек оценивает расстояние до объекта и его габариты по расстоянию между проекциями изображения объекта на сетчатках правого и левого глаза. Для выделения предмета из окружения служит фокусировка по глубине —аккомодация, которая достигается изменением формы хрусталика глаза. А для оценки расстояния в нашем глазу происходит конвергенция, поворачивающая глазные яблоки на необходимый угол. Аккомодация и конвергенция напрямую связаны между собой и отвечают за восприятия нами трехмерного мира.

Так как физически нельзя построить трехмерное изображение в реальном времени «из ничего», то в случае с 3D-монитором надо обмануть наши глаза, заставить их поверить в несуществующие объемы предмета.

«Разделка» пространства

Первый способ создания иллюзии трехмерности прост в теории, но довольно сложен в реализации. Это простое разделение картинок. Достаточно предоставить каждому глазу свой собственный монитор, на котором и показывать нужное изображение. Данный способ получил название метода пространственного разделения. Он лежит в основе работы множества устройств, выпускаемых различными компаниями. К ним относятся и широко распространенные шлемы виртуальной реальности (рис. 1). Они являются дополнением к основному дисплею и подходят лишь для игр, так как работать за компьютером, надев шлем, неудобно, да и контакт с внешним миром теряется.

Даже в игрушках со шлемом не все так просто, как кажется. Мало того, что разрешение дисплейчиков, используемых для каждого глаза, довольно низкое, так еще нужно делать перерывы каждые 15–20 минут. Дело в том, что в некоторых случаях при использовании шлема навигация в играх осуществляется поворотом головы. И если заиграться, то легко привыкаешь к такому способу ориентации в пространстве. На практике это выглядит так: идет геймер по улице, немного не доходя до виртуального фонарного столба, поворачивает голову в сторону и к великому своему изумлению «вписывается» в этот самый столб, но уже вполне реальный :-).

Временное мультиплексирование

Второй способ формирования 3D-изображений был разработан не так давно и получил название способ временного мультиплексирования. В нем тоже применяются специальные очки (рис. 2), только в них используются не линзы, а оптические затворы. В качестве таких «шторок» применяются жидкие кристаллы, которые при поляризации становятся непрозрачными. Компьютер поочередно выводит на монитор изображение для правого и левого глаза. Соответственно работают и затворы на очках: когда показывается «правая» картинка, затвор на левом глазу закрывается, а когда «левая» — закрыт правый глаз. Так как изображения чередуются с большой частотой, то создается впечатление непрерывного просмотра обеими глазами одновременно.

К плюсам временного мультиплексирования можно отнести относительно высокое качество получаемого объемного изображения — в этом случае не возникает абсолютно никаких геометрических или цветовых искажений (рис. 3). Среди недостатков подобных систем необходимо отметить снижение вдвое частоты кадров и уменьшение яркости изображения, ведь смотреть на экран приходится сквозь слой жидких кристаллов.

Бюджетное 3D

Очень нестандартно к решению вопроса о 3D-изображениях подошла фирма Metabyte. Их серия изделий носит название eyeSCREAM. Оригинальность подхода заключается в том, что на сегодняшний день все основные продукты eyeSCREAM исключительно софтверные, то есть представляют собой набор драйверов для получения стереоэффекта. Для создания объемного изображения Metabyte использует красно-синие очки (рис. 4), которые поставляются в комплекте с ПО. Компания продает две версии eyeSCREAM — с картонными и пластиковыми очками.

К сожалению, eyeSCREAM работает только с OpenGL-играми, так что погонять «директовые» игрушки в трех измерениях вам не удастся.

После инсталляции и установки стереодрайвера Wicked3D, программа выполнит поиск монитора и поддерживаемых игр, имеющихся на вашем компьютере. Если игра опознана, то от нее никакой поддержки не нужно и настраивать ее не понадобится. При переходе в 3D-режим запущенная игра уже будет работать в стереорежиме. При желании можно отключить стереорежим и вновь запустить игру с обычным драйвером.

Работает же eyeSCREAM следующим образом: с помощью драйвера Wicked3D каждый кадр рендерится чересстрочно, отдельно для левого и правого глаза, затем они одновременно выводятся на экран, накладывая изображение друг на друга. Четные красные строчки накладываются между нечетными сине-зелеными строчками. Получается, что к каждому глазу поступает различная картинка, основанная на своем цвете. К тому же, частота вертикальной развертки монитора не делится надвое, как при использовании очков с затворами, и всю работу по превращению обычной картинки в стерео выполняет сам компьютер, в то время как для других методов используются дополнительные устройства.

Но есть недостатки и у eyeSCREAM. Так как изображение обрабатывается два раза, то и производительность системы падает тоже почти вдвое :-). К сожалению, на этом список недостатков не исчерпывается. Гамма игр при использовании eyeSCREAM немного изменяется по сравнению с обычным режимом. Цвета становятся непривычными, красный цвет получается темным, серо-черным и его практически не видно. Даже несмотря на то, что левый фильтр пропускает красный цвет, выход напрашивается один — закрывать правый глаз и смотреть левым :-). Когда же сцены в играх выполнены в сине-зеленых тонах, то возрастает нагрузка на правый глаз. Понятно, что долго играть в таких условиях тяжело. Н-да, картина получается мрачноватая, но не стоит забывать о цене ($12) этого 3D-монитора, которая по карману многим геймерам!

Объемная фантазия

Еще один способ создания трехмерных сцен носит название объемного или лазерного дисплея, и он уже нашел свое практическое применение. Фактически такой девайс состоит из двух ключевых элементов: вращающегося экрана и проекционнойсистемы (рис. 5). Принцип работы подобных 3D-дисплеев заключается в следующем: трехмерный образ отображаемого объекта разбивается на плоские двухмерные изображения, называемые «ломтями» (slices). После предварительной обработки процессором эти «ломти» в определенной последовательности проецируются на вращающийся экран (частота вращения 600 об/мин), в результате чего формируется полностью объемное изображение, угол обзора которого может составлять 360 градусов (рис. 6).

Конечно, работать с документами с помощью такого монитора никто не будет :-). Однако и ориентирован он на абсолютно другие сферы применения. Такого рода дисплеи уже давно требуются для систем автоматизированного проектирования, моделирования различных молекул, изучения сейсмической активности, управления воздушными потоками, нужд медицины и т.п. Подобный 3D-монитор уже выпускает компания Actuality Systems. Ее 3D-дисплей (рис. 7) позволяет получать изображения диаметром до 10 дюймов с разрешением 768x768 в одной плоскости, при 198 плоскостях («ломтях»), т.е. объем трехмерного образа может достигать почти 117 млн. вокселей (воксел — это, если можно так сказать, «объемный» пиксель :-)). На сегодняшний день устройство поддерживает 8 цветов, а частота обновления изображения у него составляет 20 Гц (что создает эффект неприятного мелькания). Углы обзора дисплея равны 360° по горизонтали и 180° по вертикали. Диаметр сферы для отображения — 24 дюйма, а высота основания — 9 дюймов. Пока не анонсированы уровень яркости и контрастности. К компьютеру 3D-дисплей подключается через SCSI-интерфейс. Он совместим с системами на базе Microsoft Windows NT, а также с рабочими станциями SGI на базе Unix/IRIX.

Хотелось бы отметить еще одного представителя по продвижению на рынок такого типа дисплеев. Как это ни странно, но им является Российский Государственный Электротехнический Университет, при финансовой поддержке компании «Технопроект» (http://www.d3d.ru/index.htm). К сожалению, пока характеристики их прибора (рис. 8) уступают монитору от Actuality Systems, но если сравнивать условия работы и финансовые возможности, то успехи российской команды выглядят просто потрясающими.

Шаги в правильном направлении

Мы рассмотрели несколько методов построения трехмерных изображений. Главными недостатками всех вышеописанных технологий является необходимость надевать пользователям на голову различные устройства (кроме объемного дисплея) или жертвовать цветовыми характеристиками объекта.

К счастью, в последнее время это стало совсем необязательно, появилась еще одна технология, при использовании которой не нужны ни очки, ни шлемы, ни «аквариумы» с вращающимися рамками :-). Технология получила название мультиплексирование по направлению. Данный принцип построения 3D-сцен использует свойства человеческого глаза смотреть на объект под разным углом. Итак, если взять два изображения на одном экране и сделать так, чтобы каждое из них было видимо только под определенным углом, можно добиться трехмерной картинки. Вам это ничего не напоминает? Да, стереоскопические календарики! Для тех, кто их уже не застал, объясню, что календарики представляли собой рельефные карточки с нанесенным специальным образом изображением. Если смотреть на картинку под одним углом — видишь одно, а под другим — другое. Этот эффект достигается за счет особого рельефа поверхности, представляющего собой чередование вогнутых поверхностей. Подобный принцип используется и в рассматриваемой нами технологии производства дисплеев.

Наибольших результатов на этом поприще добилась компания DTI, основанная в 1986 году и специализирующейся на производстве 3D-ЖК-дисплеев. После многих лет исследований DTI, наконец-то, добилась определенного результата. В серийно выпускаемой модели DTI 15” 2015XLS VirtualWindow 3D (рис. 9) трехмерное изображение воспроизводится без использования каких-либо приборов для просмотра (фирмой выпускаются и подобные дисплеи с большей диагональю).

В основу работы такой модели положен принцип стереоскопии. Как и любое другое стереоскопическое устройство, данный монитор формирует два почти одинаковых представления одного изображения. Когда мы одновременно видим эти две картинки, то создается иллюзия трехмерности изображения. Основная «прелесть» подобного монитора в том, что он способен создавать реалистичное трехмерное изображение практически из любой картинки или программы (рис. 10). Что же это за «чудо»? Система, разработанная DTI, показывает левую и правую половину стереопары на чередующихся столбцах пикселей на LCD. Левое изображение показывается на нечетных столбцах, а правое — на четных. Например, при разрешении 1024x768 каждое стереоскопическое изображение будет состоять из 512 столбцов и 768 рядов. Обе части стереопары показываются одновременно и направлены на соответствующий глаз (рис. 11). Достигается это благодаря включению в определенный момент специальной подсветки. Итого, левый глаз получает часть изображения, предназначенную именно левому глазу, а правый — часть, предназначенную правому. Это позволяет нам воспринимать трехмерное изображение как единое целое. Такая эксклюзивная технология DTI получила название Parallax Illumination (параллаксовое освещение).

К сожалению, расстояние от LCD до подсветки и расстояние от LCD до наших глаз (расстояние просмотра) имеет строго определенную зависимость. Это расстояние определяет так называемые «зоны просмотра». В этих зонах мы способны воспринимать изображения для левого и для правого глаза (рис. 12). Если левый глаз находится в зоне левого глаза, а правый — в зоне правого, то мы увидим стереоскопическое изображение. В «зоне просмотра» мы не замечаем экран, мы видим сами объекты. Создается впечатление открытого окна, через которое наблюдаемые объекты могут даже выдвигаться вперед. Но именно в «зоне просмотра» и залег «подводный камень» технологии — стоит нашим глазам немного выйти из «зоны» и… трехмерность сразу исчезает. По этому DTI и установила на своем мониторе небольшой светодиод, свет которого виден только из «зоны просмотра». Это позволяет пользователю контролировать правильное положение относительно экрана.

Однако согласитесь, сидеть перед монитором, не имея возможности двигаться, не очень приятно. Особенно в играх. Да и вашему другу, находящемуся совсем рядом, все видимые вам прелести 3D будут недоступны. Правда, это единственные недостатки подобных дисплеев.

Сама по себе система Parallax Illumination позволяет одним щелчком кнопки отключать «трехмерность» и использовать монитор как обычный LCD, при вдвое большем разрешении по вертикали (1024 столбца). Для особо любознательных привожу спецификацию «чуда» DTI 15” 2015XLS:

размер экрана — 15”;

тип экрана — TFT LCD;

видимая область — 304.1x228.1 мм;

поддерживаемые разрешения: 640x480@60 Гц, 800x600@60 Гц, 1024x768@60 Гц;

входы: аналоговый RGB (15-pin), последовательный порт RS-232 (9-pin) для компьютерного управления;

пользовательские настройки: 3D режим, стереореверс;

величина зерна — 0.297 мм;

отображаемых цветов — 16.7 миллионов;

контрастность — 200:1;

освещенность (2D, 3D): 200 кд/м2, 69 кд/м2.

отклонение от оси «зоны просмотра» — 5–10 градусов влево и вправо;

аксессуары: блок питания, мониторный кабель, кабель RS-232, CD с софтом, руководство пользователя;

приблизительная цена: $1700 для 15” модели.

К сожалению, такой монитор пока не доступен в Украине. Так что увидеть его в работе я не смог, поэтому пришлось довериться отзывам других людей. И вот что они рассказывают: «Рисунки выходят из экрана монитора и висят в воздухе. Вы, возможно, видели такое только в фантастических фильмах? Но это все реально! Правда, некоторые картинки не хотели «выходить» из экрана. На всех изображениях встречались темные и светлые вертикальные полосы. Производитель обещал, что в конечном релизе данного продукта таких линий не будет. Качество 2D-изображения нормальное, но не такое, как на обычном мониторе. Визуально 2D — это что-то вроде картинки, видной через поляризованное тонкое волокно. Мы все-таки думаем, что основное достоинство данного монитора — это его 3D-возможности…. Конечно, картинка не выпрыгивала из всех углов и не летала по комнате, как может показаться из нашего рассказа. Отметим, что для получения полного 3D-эффекта вы должны держать свою голову на уровне красного индикатора. И любые отклонения от этой точки приведут к потери качества 3D…». Как видим, даже для первого блина довольно неплохо.

Ну вот и все. В этом обзоре, ибо ставить точку в истории развития 3D-мониторов еще очень и очень рано…

Идёт загрузка...

Данную страницу никто не комментировал. Вы можете стать первым.

Ваше имя:
Ваша почта:
Комментарий:
Введите символы или вычислите пример: * Обновить