3D кинотеатры за последнее время расплодились в больших количествах. Не сильно в последнее время от них отстают в распространённости и 3d-телевизоры. Однако, что именно стоит за маркетинговым “3D” в каждом случае не всегда ясно и очевидно.
Стоит отметить, что правильнее было бы назвать это “стерео”-кино, но термин “стерео” уже давно и прочно (просто, видимо, по праву первенства) закрепился за звуком (в этом плане показательно, например, название журнала “Стерео и видео”). Поэтому маркетологам пришлось использовать термин “3D”, который ассоциируется с объёмным изображением в том или ином смысле. В данном случае понимается восприятие объёма за счёт подачи каждому из глаз изображения, чуть отличающегося от изображения для другого глаза, аналогично тому, как отличаются получаемые глазами изображения в жизни.
Теория
Итак, чтобы создать ощущение объёма, надо передать каждому из глаз свою картинку.
Это можно сделать следующими способами:
- 1. Затворная технология
Каждому глазу соответствует свой кадр и эти кадры перемежаются. Для того, чтобы отделить кадры один от другого нужны очки, которые будут пропускать один кадр и показывать другой, синхронно с показом этих кадров. Такие очки всегда содержат какую-то электронную начинку, требуют батареек (а значит их регулярной замены) и, что самое противное, мерцают. Эта технология уже довольно старая, ещё во времена CRT NVidia выпускала видеокарты, которые удваивали частоту смены кадров и имели специальные подключаемые к видеокарте очки, которые закрывали (с помощью LCS — Liquid Crystal Shutter) один из глаз синхронно с изображением. На пришедших на смену LCD это уже не было реально, ибо частота обновления первых ЖК была зело ниже необходимых 120 Гц. - 2. Второй способ — совместить картинку для обоих глаз одновременно на одном экране и делить её с помощью фильтров в очках. В этом случае фильтры на очках пассивные, не содержат электроники, но делят световой поток на основе некоторых физических свойств этого потока. Делить можно по-разному:
- а) по цветам:
это давным-давно известные сине-красные (или каких-то других цветов с непересекающимся спектром) очки. Самый простой и доступный способ. Недостатками этого способа является то, что теряются цвета, кроме того, после долгого сидения в таких разноцветных очках некоторое время после их снятия глаза видят разными цветами, ибо успели адаптироваться и подкорректировать «баланс белого» как могли. - б) по спектру:
Это несколько усложнённый первый способ: каждому глазу даются все три цвета, но в слегка разных непересекающихся диапазонах частот, соответствующих каждому из основных цветов. - в) по поляризации [5]. В данном случае можно рассмотреть два подварианта:
- Линейная поляризация:
Линейно поляризованный свет представляет собой электромагнитную волу, у которой колебания вектора поля лежат в одной плоскости. В этом случае каждая линза очков — это линейный поляризационный фильтр, который пропускает свет с поляризацией в одной плоскости и блокирует свет с поляризацией в плоскости, перпендикулярной первой. В промежуточных плоскостях пропускается какая-то часть света, в зависимости от того, к какой из основных плоскостей ближе поляризация. Соответственно можно изобразить картинку, где для левого глаза будет, например, вертикальная поляризация, а для правого — горизонтальная (или наоборот). Тогда очки с соответствующими поляриками вместо стёкол отфильтруют изображение для одного глаза от изображения для другого. Здесь есть нюанс: если очки повернуть на 90 градусов, то пропускаемые картинки поменяются местами. А под 45 градусов вообще разделения не будет: через стёкла будут проходить обе одинаково затемнённые картинки (с двоящимися «трёхмерными» объектами). Таким образом очки с линейной поляризацией очень чувствительны к наклонам головы. - Круговая поляризация:
У света с такой поляризацией вектор напряжённости поля бегает по кругу. Здесь очень удобным является тот факт, что глаз у нас всего две штуки, как и направлений, в которых может этот вектор бегать (по и против часовой стрелки). Фильтры у соответствующих очков — это круговые полярики. Их как ни вращай фильтровать они будут свет одинаково. Конечно, лёжа 3д не посмотришь, но наклонять голову градусов на 30 уже вполне можно.
- Линейная поляризация:
- а) по цветам:
Практика
Теперь перейдём к практике, то есть, к тому, какие из этих технологий сейчас где используются.
Кино смотрится в кинотеатрах, а кинотеатры бывают общественные и домашние. Для них целесообразность применения различных технологий по понятным причинам разная.
Технологии общественных кинотеатров
На данный момент чаще встречаются две: IMAX 3d [3] и RealD 3d [2]. Обе используют пассивные очки с поляриками. Кроме них также известны технологии Xpan 3D [6] и Dolby 3D [4], но похоже они менее распространены.
IMAX 3D
В аймаксе используется линейная поляризация в очках, а изображение проецируется двумя проекторами на один экран. Получаемое изображение по моему опыту получается очень ярким, насыщенным, очки почти не затемняют изображение, есть только одно но: иногда видны так называемые перекрёстные помехи (crosstalk), то есть, глазу видно этакое полупрозрачное изображение, которое предназначено для другого глаза. На мой вкус, очень неприятный эффект.
RealD 3D
Для RealD 3D поляризация используется круговая, но очки при этом более тёмные, да ещё и показывается фильм с помощью одного проектора, который 144 раза в секунду показывает кадры то для левого, то для правого глаза, а перед линзой проектора стоит синхронизированный фильтр, который даёт соответствующую поляризацию свету. В этом смысле здесь какой-то микс из первого и второго типа технологий, разделение картинок по времени перенесено из очков (которые пассивны и, соответственно, дёшевы, что критично для общественных кинотеатров) в дополнительный фильтр перед проектором. Это фильтр, кстати, ещё сильнее снижает яркость, поэтому RealD-технология очень «тёмная». По собственному опыту ещё могу сказать, что есть какие проблемы с цветами, по идее их быть не должно, а они есть. Мало того, что они неяркие, так ещё и почему-то уменьшается количество воспринимаемых оттенков цвета. Кроме того, я ещё почему-то различаю гораздо меньше деталей в RealD-очках, чем без них.
Xpand 3D
Это единственный представитель технологии первого типа — активные очки, синхронизированные с сигналом от проектора. В кинотеатрах не встречал, но не исключено, что где-то у нас она используется, если кто знает где, скажите, интересно попробовать.
Dolby 3D
Представитель технологии типа 2б по классификации из первой части статьи. Говорят, очки для этой технологии дороги, поэтому их делают достаточно тяжёлыми, чтобы уменьшить вероятность кражи. Опять-таки не встречал, но хотел бы попробовать, даже больше, чем Xpan 3D.
Домашние кинотеатры
Хотя в принципе домашний кинотеатр может тоже быть основан на проекторе, но встречается это отсносительно редко, поэтому будем говорить исключительно о телевизорах. Более того, об их самом на данный момент распространённом типе — о ЖК-телевизорах. Домашним кинотеатром также может выступать компьютер с монитором, но почти все современные мониторы тоже ЖК и там могут использоваться все те же технологии.
В основном встречаются две технологии, которые являются яркими представителями первого и второго типов.
Затворная технология
Большинство производителей (например, Samsung, Sony) оснащает телевизоры затворной 3д-технологией, требующей активных очков. В связи с ограничениями ЖК (ну не умеют жидкие кристаллы переключаться между состояниями достаточно быстро) на каждый показываемый кадр фильма приходится по четыре показываемых кадра: кадр под один глаз, тёмный кадр, кадр под второй глаз и ещё один тёмный кадр. Тёмный кадр необходим, ибо угнать ЖК-пиксель в чёрный цвет быстрее, чем перегнать его в другое промежуточное состояние. Соответственно, фактически до глаза доходит 25% от 2d-яркости телевизора. Плюс ещё очки фильтруют. Так что яркость картинки — это недостаток этой технологии номер раз.
Недостаток номер 2 я уже упоминал: очки мерцают. Причём мерцают с частотой не самой высокой, например, 60 Гц. Кто сидел на старых ЭЛТ мониторах, то поймёт и содрогнётся. Причём, если это мерцание на самом фильме не очень заметно (смотрели же мы телевизоры на 50Гц), то вот мерцание отфильтрованного очками внешнего источника света уже смотрится совсем противно. Плюс ещё может наличествовать дополнительный ухудшающий фактор, состоящий в том, что частоты мерцания очков могут быть близки к частотам мерцания самого источника, но не совпадать по фазе.
Другие минусы активных очков: тяжёлые, дорогие, несовместимые — у каждого производителя свой протокол синхронизации с телевизором.
Справедливости ради надо сказать, что скорее всего эта технология будет развиваться и, возможно, уже развилась. Например, можно поднять частоты и тогда проблема с мерцанием станет не столь выражена.
Поляризационная технология
Совсем всё по-другому обстоит с телевизорами, использующими пассивную поляризационную технологию (такие телевизоры производит, например, LG).
Суть технологии в следующем: каждая строка телевизора имеет отличный от соседних фильтр, за счёт чего все чётные строки имеют круговую поляризацию в одну сторону, а нечётные — в другую. Если смотреть 3d на таком телевизоре без очков, то будет видна «гребёнка», то есть, несовпадение чётных и нечётных строк. Очки же просто фильтруют соответствующую поляризацию для каждого глаза. Они лёгкие, дешёвые и без батареек. Не мерцают. Кроме того, они взаимозаменяемы с очками RealD (и аналогичными очками других производителей), так что можно утащить из кино очки и смотреть в них дома ТВ, либо, что ещё лучше, взять свои очки от телевизора в кино.
Это всё были плюсы. Теоретически минусы технологии следующие: 1080p показывается для каждого глаза посредством 540 строк. Правда, удваивается частота кадров и на одной и той же строке для одного глаза показывается то чётная, то нечётная строка контента. Кроме того, по технологическим причинам теневая маска между строками на таком телевизоре чуть шире, чем обычно (ибо надо же где-то переходить от одного фильтра к другому).
На практике [1] выясняется следующее: так как контент по вертикальной координате для соседних строк почти идентичен, то после процесса формирования в объёмной картины отсутствие половины строк нивелируется и воспринимаемая чёткость картинки получается лишь чуть ниже, чем в 2d-варианте.
Теневая маска же больше обычной с практической точки зрения на настолько незначительную величину, что и упоминать об этом не стоит.
Другие технологии
Во-первых, есть сведения о том, что существуют телевизоры, не требующие очков для просмотра объёмного контента. Судя по всему тут используется технология, аналогичная той, которая позволяет создавать открытки с ощущением объёма, то есть, изображение делится вертикально на полоски, перед которыми стоит призма, направляющая свет от одной полоски в один глаз, а от соседней — в другой. Очевидно, что в этом случае диапазон мест, из которых будет наблюдаем объём, довольно ограничен. Однако это не существенное ограничение для маленьких экранов и такая технология использована в одном из телефонов LG и в карманной игровой приставке от Nintendo.
Во-вторых, можно сделать два маленьких экрана и повесить их непосредственно перед глазами, получится шлем (или очки) виртуальной реальности. Вдвоём таким образом кино тоже не посмотришь.
В-третьих, у меня появилась мысль о том, что возможно можно адаптировать технологию, аналогичную Dolby 3D для телевизора, то есть, сделать для пиксела 6 субпикселей с разными, непересекающимися спектрами. Скорее всего это будет дорого в плане производства как ТВ, так и очков, но вдруг кто-то уже сделал или сделает?
«Литература»
Автор: deneb42
