Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Пара очков с затвором CrystalEyes
Принцип работы 3D систем с активными ставнями

Система 3D с активным затвором (также известная как альтернативная последовательность кадров , альтернативное изображение , AI , переменное поле , последовательное поле или метод затмения ) - это метод отображения стереоскопических 3D-изображений. Он работает, только представляя изображение, предназначенное для левого глаза, блокируя обзор правого глаза, затем представляя изображение для правого глаза, блокируя левый глаз, и повторяя это так быстро, что прерывания не мешают воспринимаемому слиянию двух изображения в одно трехмерное изображение.

В современных 3D-системах с активным затвором обычно используются жидкокристаллические затворные очки (также называемые «ЖК-затворные очки» [1] или «очки с активным затвором» [2] ). Стекло каждого глаза содержит жидкокристаллический слой, который имеет свойство становиться непрозрачным при приложении напряжения , в остальном он прозрачен . Очки управляются синхронизирующим сигналом, который позволяет очкам попеременно блокировать один глаз, а затем другой, синхронно с частотой обновления экрана. Синхронизация по времени с видеооборудованием может быть достигнута через проводной сигнал или по беспроводной сети с помощью инфракрасного или радиочастотного (например, Bluetooth, Канал DLP) передатчик. В исторических системах также использовались вращающиеся диски, например, система Teleview .

3D-системы с активным затвором используются для демонстрации 3D-фильмов в некоторых кинотеатрах, а также для презентации 3D-изображений на ЭЛТ , плазме , ЖК- экранах, проекторах и других типах видеодисплеев.

Преимущества и недостатки [ править ]

Хотя практически все обычные немодифицированные видео- и компьютерные системы могут быть использованы для отображения 3D путем добавления интерфейса плагина и очков с активным затвором, тревожные уровни мерцания или двоения могут быть очевидны в системах или дисплеях, не предназначенных для такого использования. Скорость чередования, необходимая для полного устранения заметного мерцания, зависит от яркости изображения и других факторов, но обычно составляет более 30 циклов пар изображений в секунду, что является максимально возможным для дисплея с частотой 60 Гц. Широко признано, что дисплей с частотой 120 Гц, позволяющий получать 60 изображений в секунду на глаз, не мерцает.

Преимущества [ править ]

  • В отличие от 3D-очков с красным / голубым цветным фильтром (анаглифом), очки с ЖК-затвором имеют нейтральный цвет, что позволяет просматривать 3D в полном цветовом спектре, хотя анаглифическая система ColorCode очень близка к обеспечению полноцветного разрешения.
  • В отличие от поляризованной 3D-системы , где (обычно) горизонтальное пространственное разрешение уменьшается вдвое, система активного затвора может сохранять полное разрешение ( 1080p ) как для левого, так и для правого изображений. Как и в случае любой системы, производители телевизоров могут решить не реализовывать полное разрешение для воспроизведения 3D, а вместо этого использовать уменьшенное вдвое вертикальное разрешение (540p). [3]

Недостатки [ править ]

  • Мерцание можно заметить, за исключением очень высоких частот обновления, поскольку каждый глаз фактически получает только половину фактической частоты обновления монитора. Однако современные ЖК-очки обычно работают с более высокой частотой обновления и устраняют эту проблему для большинства людей.
  • До недавнего времени этот метод работал только с ЭЛТ- мониторами; некоторые современные плоскопанельные мониторы теперь поддерживают достаточно высокую частоту обновления для работы с некоторыми системами жалюзи LC. [4] Многие проекторы, особенно DLP, поддерживают 3D прямо из коробки.
  • Очки с ЖК-затвором половину времени не пропускают свет; более того, они немного темные даже при пропускании света, поскольку поляризованы . Это дает эффект, аналогичный просмотру телевизора в солнцезащитных очках, из-за чего зритель воспринимает более темное изображение. Однако этот эффект может привести к более высокой воспринимаемой контрастности дисплея в сочетании с ЖК-дисплеями из-за уменьшения утечки задней подсветки . Поскольку очки также затемняют фон, контраст увеличивается при использовании более яркого изображения.
  • При использовании с ЖК-дисплеями крайние локальные различия между изображением, отображаемым одним глазом и другим, могут привести к перекрестным помехам из-за того, что пиксели ЖК-панелей иногда не могут полностью переключаться, например, с черного на белый, за время, которое разделяет изображение левого глаза от правого. Однако недавнее улучшение времени отклика панели привело к появлению дисплеев, которые конкурируют с пассивными 3D-системами или даже превосходят их.
  • Чтобы получить эквивалентный результат, частота кадров должна быть вдвое выше, чем у не-3D, анаглифных или поляризованных 3D-систем . Все оборудование в цепочке должно обрабатывать кадры с удвоенной скоростью; по сути, это удваивает требования к оборудованию.
  • Несмотря на постепенное падение цен из-за внутреннего использования электроники, они остаются более дорогими, чем анаглифические и поляризованные 3D-очки.
  • Из-за встроенной электроники и батарей первые затворные очки были тяжелыми и дорогими. Однако усовершенствования конструкции привели к появлению более новых моделей, которые стали более дешевыми, легкими, перезаряжаемыми и их можно носить поверх линз по рецепту.
  • В зависимости от марки в очках с затвором используются разные методы и протоколы синхронизации. Следовательно, даже очки, использующие одну и ту же систему синхронизации (например, инфракрасную), вероятно, будут несовместимы от разных производителей. Тем не менее, прилагаются усилия для создания универсального 3D оконного стекла. [5]
  • Попеременный просмотр левого и правого обзора приводит к эффекту временного параллакса, если в сцене есть движущиеся сбоку объекты: они видны спереди или сзади их фактического местоположения в соответствии с направлением движения.

Перекрестные помехи [ править ]

Перекрестные помехи - это утечка кадров между левым и правым глазом. [6] ЖК-дисплеи сталкиваются с этой проблемой чаще, чем плазменные и DLP-дисплеи, из-за более медленного времени отклика пикселей . ЖК-дисплеи, использующие стробоскопическую подсветку [7], такие как LightBoost от nVidia [8], уменьшают перекрестные помехи. Это делается путем выключения подсветки между обновлениями, ожидания, пока затворные очки не переключат глаза, а также пока ЖК-панель завершит переход пикселей.

Стандарты [ править ]

В марте 2011 года корпорация Panasonic совместно с XPAND 3D сформулировали стандарт M-3DI , цель которого - обеспечить совместимость и стандартизацию ЖК -оконных стекол в масштабах всей отрасли. Это движение направлено на обеспечение совместимости производителей 3D-телевизоров, компьютеров, ноутбуков, домашних проекторов и кинотеатров со стандартизированными ЖК-очками с затвором, которые будут без проблем работать со всем 3D-оборудованием. Текущий стандарт - 3D-очки Full HD. [9]

Поле Sequential использовалось в видеоиграх, фильмах VHS и VHD и часто упоминается как HQFS для DVD, в этих системах используются проводные или беспроводные очки LCS.

Формат Sensio использовался с DVD с использованием беспроводных очков LCS.

Каждая реализация активных 3D-очков с затвором может работать на своей собственной частоте, установленной производителем, чтобы соответствовать частоте обновления дисплея или проектора. Поэтому для обеспечения совместимости с разными брендами были разработаны определенные очки, позволяющие настраиваться на широкий диапазон частот. [10] [11]

Хронология [ править ]

Принцип был публично дебютирован на удивление рано. В 1922 году трехмерная система Teleview была установлена ​​в одном кинотеатре в Нью-Йорке. Было продемонстрировано несколько короткометражных фильмов и один полнометражный фильм путем обработки отпечатков для левого и правого глаза в паре взаимосвязанных проекторов с их затворами, работающими в противофазе. Каждое кресло в зале было оборудовано смотровым устройством, содержащим быстро вращающийся механический затвор, синхронизированный со ставнями проектора. Система работала, но стоимость установки и громоздкость зрителей, которых приходилось поддерживать на регулируемых стойках, ограничивали ее использование только одним этим взаимодействием.

В последние десятилетия появление легких оптоэлектронных шторок привело к возрождению этого метода отображения. Жидкокристаллические очки с затвором были впервые изобретены Стивеном Макаллистером из Evans and Sutherland Computer Corporation в середине 1970-х годов. В прототипе ЖК-дисплеи крепились к небольшой картонной коробке с помощью изоленты. Очки никогда не были коммерциализированы из-за ореолов , но E&S в середине 1980-х годов одним из первых приняла на вооружение сторонние очки, такие как StereoGraphics CrystalEyes .

В 1985 году в Японии стали доступны 3D- плееры VHD от таких производителей, как Victor ( JVC ), National ( Panasonic ) и Sharp . Были доступны и другие устройства для кассет VHS с последовательной передачей данных, включая Realeyes 3D. Было предоставлено несколько наборов для просмотра DVD с последовательным просмотром полей. Компания Sensio выпустила собственный формат, который был более высокого качества, чем DVD-диски с последовательным полем высокого качества (HQFS).

Игры [ править ]

Основная статья: стереоскопическая видеоигра
См. Также: Список стереоскопических видеоигр
Очки SegaScope 3-D , выпущенные в 1987 году
Система Famicom 3D , выпущенная в 1987 году только для Японии

Метод чередования кадров можно использовать для визуализации современных 3D-игр в истинное 3D , хотя аналогичный метод с использованием альтернативных полей использовался для создания 3D-иллюзии на консолях столь же старых, как Master System и Family Computer . Специальное программное обеспечение или оборудование используется для создания двух каналов изображений, смещенных друг относительно друга для создания стереоскопического эффекта. Для создания бесшовной графики требуется высокая частота кадров (обычно ~ 100 кадров в секунду), поскольку воспринимаемая частота кадров будет вдвое меньше фактической (каждый глаз видит только половину общего количества кадров). Опять же, ЖК-очки с затвором, синхронизированные с графическим чипом, завершают эффект.

В 1982 году Sega «s аркадная видеоигра SubRoc-3D пришла со специальным 3D - окуляр, [12] , который был зритель с прядильных дисков чередовать левого и правого изображений для глаз игрока от одного монитора. [13] 3D-система с активным затвором в игре была разработана совместно Sega и Matsushita (теперь Panasonic). [14]

В 1984 году Милтон Брэдли выпустил для Vectrex 3D Imager, примитивную форму очков с активным затвором, в которых использовался моторизованный вращающийся диск с прозрачными пленками в качестве физических затворов . Несмотря на то, что они были громоздкими и грубыми, они использовали тот же самый основной принцип быстро меняющихся изображений, который до сих пор используют современные очки с активным затвором.

Sega выпустила SegaScope 3-D для Master System в 1987 году, где это было первое известное электронное устройство, в котором использовались ЖК-очки с активным затвором. Было выпущено всего восемь 3D-совместимых игр. Nintendo «s Famicom также показал подобную 3D системы Famicom , которая была гарнитура LCD затвора, выпущенный в 1987 году только для Японии.

В 1993 году Pioneer выпустила систему LaserActive , которая имела отсек для различных «PAC», таких как Mega LD PAC и LD-ROM² PAC. Устройство было способным к 3D с добавлением очков LaserActive 3D (GOL-1) и адаптера (ADP-1).

Хотя оборудование 3D для этих более ранних систем видеоигр почти полностью находится в руках коллекционеров, все еще можно играть в игры в 3D с помощью эмуляторов, например, используя Sega Dreamcast с эмулятором Sega Master System в сочетании с телевизором с ЭЛТ и 3D-система, подобная той, что есть в The Ultimate 3-D Collection.

В 1999–2000 годах ряд компаний создали комплекты стереоскопических ЖК-очков для ПК с Windows, которые работали с приложениями и играми, написанными для API 3D-графики Direct3D и OpenGL . Эти комплекты работали только с CRT компьютерных дисплеями и использовали либо VGA сквозной , VESA Stereo или собственный интерфейс для левых правой синхронизации.

Наиболее ярким примером были очки ELSA Revelator, которые работали исключительно с картами Nvidia через собственный интерфейс, основанный на VESA Stereo. Позже Nvidia купила эту технологию и использовала ее в своем стереодрайвере для Windows.

Наборы очков поставлялись с программным драйвером, который перехватывал вызовы API и эффективно рендерил два представления последовательно; этот метод требовал от графической карты вдвое большей производительности , поэтому требовалось устройство высшего класса. Визуальные сбои были обычным явлением, поскольку многие игровые движки 3D полагались на 2D-эффекты, которые рендерились с неправильной глубиной, что дезориентировало зрителя. Очень немногие ЭЛТ-дисплеи могли поддерживать частоту обновления 120 Гц при обычных игровых разрешениях того времени, поэтому для изображения без мерцания требовался ЭЛТ-дисплей высокого класса; и даже при наличии соответствующего ЭЛТ-монитора многие пользователи сообщали о мерцании и головной боли.

Эти комплекты ЭЛТ были полностью несовместимы с обычными ЖК-мониторами, которые имели очень высокое время отклика пикселей , в отличие от ЭЛТ-дисплеев. Более того, рынок дисплеев быстро переключился на ЖК-мониторы, и большинство производителей дисплеев прекратили производство ЭЛТ-мониторов в начале 2000-х, что означало, что комплекты очков для ПК вскоре вышли из употребления и превратились в очень нишевый рынок, требующий покупки бывших в употреблении высоких конец, ЭЛТ-монитор с большой диагональю.

SplitFish EyeFX 3D - это набор стерео 3D-очков с затвором для Sony PlayStation 2, выпущенный в 2005 году; он поддерживает только ЭЛТ-телевизоры стандартной четкости. Аксессуар включал в себя сквозной кабель для геймпада PS2; при активации подключенный аксессуар будет выдавать на консоль последовательность быстро меняющихся команд движения влево-вправо, создавая своего рода эффект « стереоскопического покачивания », которому дополнительно способствуют проводные ЖК-очки с затвором, которые работают синхронно с этими движениями. [15] Комплект прибыл слишком поздно в производственном цикле консоли, когда его фактически заменила PlayStation 3 , и поддерживалось лишь несколько игр, поэтому геймеры его практически не заметили. [16]

Комплект Nvidia 3D Vision на базе USB, выпущенный в 2008 году, поддерживает ЭЛТ-мониторы с частотой обновления 100, 110 или 120 Гц, а также ЖК-мониторы с частотой 120 Гц.

Оборудование [ править ]

Поставщики систем Active Shutter 3D [ править ]

Есть много источников недорогих 3D-очков. Очки IO - самые распространенные очки в этой категории. XpanD 3D - производитель очков с затвором. В настоящее время очки XpanD используются более чем в 1000 кинотеатрах. [17] С выпуском этой технологии на рынок домашних устройств просмотра в 2009 году, многие другие производители теперь разрабатывают свои собственные очки с ЖК-затвором, например Unipolar International Limited, Accupix Co., Ltd, Panasonic , Samsung и Sony .

Стандарт M-3DI , анонсированный корпорацией Panasonic совместно с XPAND 3D в марте 2011 года, призван обеспечить совместимость и стандартизацию в масштабах всей отрасли окон с активным затвором .

Компания Samsung разработала активные 3D-очки весом 2 унции (57 г), в которых используется технология линз и оправы, впервые разработанная компанией Silhouette , которая создает очки для НАСА . [18]

Nvidia делает комплект 3D Vision для ПК; он поставляется с 3D-очками с затвором, передатчиком и специальным программным драйвером для графики. В то время как обычные ЖК-мониторы работают с частотой 60 Гц, для использования 3D Vision требуется монитор с частотой 120 Гц.

Другие известные поставщики активных 3D-очков включают EStar America и Optoma. Обе компании производят 3D-очки, совместимые с различными технологиями, включая RF, DLP Link и Bluetooth.

DLP 3D [ править ]

В 2007 году компания Texas Instruments представила своим OEM-производителям DLP- решения с поддержкой стерео 3D , [19] Samsung и Mitsubishi затем представили первые DLP-телевизоры с поддержкой 3D, а позже появились DLP-проекторы.

Эти решения используют неотъемлемое преимущество в скорости цифрового микрозеркального устройства (DMD) для последовательной генерации высокой частоты обновления для левого и правого обзора, необходимой для стереоскопического изображения.

Технология DLP 3D использует алгоритм вобуляции SmoothPicture и опирается на свойства современных DMD-изображений 1080p60. Он эффективно уплотняет два вида L / R в один кадр с использованием шаблона шахматной доски , требуя только стандартного разрешения 1080p60 для стереоскопической передачи на телевизор. Заявленное преимущество этого решения - повышенное пространственное разрешение, в отличие от других методов, которые вдвое сокращают вертикальное или горизонтальное разрешение.

Микрозеркала организованы в так называемую «компоновку пикселов со смещением ромбов», состоящую из микрозеркал размером 960 × 1080, повернутых на 45 градусов, с их центральными точками, расположенными в центре «черных» квадратов на шахматной доске. DMD использует полную вобуляцию пикселейдля отображения полного изображения 1080p в виде двух изображений с половинным разрешением в быстрой последовательности. DMD работает с удвоенной частотой обновления, т. Е. 120 Гц, и полное изображение 1080p отображается в два этапа. На первой каденции отображается только половина исходного изображения 1080p60 - пиксели, соответствующие «черным» квадратам шахматного узора. Во второй каденции матрица DMD механически сдвигается («колеблется») на один пиксель, поэтому микрозеркала теперь находятся в позиции, ранее занятой зазорами, и отображается другая половина изображения - на этот раз пиксели, соответствующие на «белые» квадраты. [20] [21]

Затем генерируется сигнал синхронизации для синхронизации обновления экрана с очками с жидкокристаллическим затвором, которые носит зритель, с использованием патентованного механизма Texas Instruments, называемого DLP Link. DLP Link поддерживает синхронизацию, вставляя быстро мигающие белые рамки во время интервала гашения дисплея , которые фиксируются очками с ЖК-затвором. [22]

Плазменный телевизор [ править ]

Панели плазменных дисплеев по своей природе также являются высокоскоростными устройствами, поскольку они используют широтно-импульсную модуляцию для поддержания яркости отдельных пикселей, что делает их совместимыми с последовательным методом с использованием затворных очков. Современные панели имеют частоту управления пикселями до 600 Гц и обеспечивают точность цветопередачи от 10 до 12 бит с шагом от 1024 до 4096 градаций яркости для каждого субпикселя.

В 2008 году Samsung Electronics выпустила плазменные телевизоры с поддержкой 3D: PAVV Cannes 450 в Корее и PNAx450 в Великобритании и США. В наборах используется та же схема сжатия рисунка в шахматном порядке, что и в их DLP-телевизорах, но только с собственным разрешением 1360 × 768 пикселей, а не со стандартом HDTV 720p, поэтому их можно использовать только с ПК.

Компания Matsushita Electric (Panasonic) представила прототип «системы плазменного кинотеатра 3D Full-HD» на выставке CES 2008. Система представляет собой комбинацию 103-дюймового плазменного телевизора , проигрывателя дисков Blu-ray и очков с затвором . Новая система передает чересстрочные изображения 1080i60 как для правого, так и для левого глаза, а видео сохраняется на 50-гигабайтном Blu-ray с использованием расширения Multiview Video Coding со сжатием MPEG-4 AVC / H.264 .

LCD [ править ]

Раньше ЖК-дисплеи не очень подходили для стереоскопического 3D из-за медленного времени отклика пикселей . Жидкокристаллические дисплеи традиционно медленно переходят из одного состояния поляризации в другое. Пользователи ноутбуков начала 1990-х годов знакомы с размазыванием и размытием изображения, которое возникает, когда что-то движется слишком быстро, чтобы ЖК-дисплей не отставал.

Технология ЖКД обычно оценивается не по кадрам в секунду, а скорее по времени, необходимому для перехода от одного значения цвета пикселя к другому значению цвета пикселя. Обычно обновление с частотой 120 Гц отображается в течение полной 1/120 секунды (8,33 миллисекунды) из-за выборки и удержания , независимо от того, как быстро ЖК-дисплей может выполнять переходы пикселей. В последнее время стало возможным скрыть переходы пикселей от видимости с помощью технологии стробоскопической подсветки, отключив подсветку между обновлениями [23], чтобы уменьшить перекрестные помехи. В более новых ЖК-телевизорах, включая 3D-телевизоры Sony и Samsung высокого класса, теперь используется стробируемая подсветка или сканирующая подсветка для уменьшения перекрестных помех 3D во время работы затворных очков.

Терапевтическая переменная окклюзия [ править ]

Основная статья: Тренировка с чередованием окклюзии

В терапии зрения при амблиопии и периодическом центральном подавлении используются жидкокристаллические устройства в целях усиленной терапии окклюзии. В этом сценарии пациент с амблиопией носит жидкокристаллические очки с электронным программированием или защитные очки непрерывно в течение нескольких часов во время обычной повседневной деятельности. Ношение устройства побуждает или заставляет пациента использовать оба глаза поочередно, как при наложении повязки на глаза , но быстро поочередно во времени. Цель состоит в том, чтобы обойти тенденцию пациента подавлять поле зрения более слабого глаза и тренировать способность пациента к бинокулярному зрению.. Очки в основном имеют гораздо более низкую частоту мерцания, чем более известные 3D-очки с активным затвором.

См. Также [ править ]

  • 3D телевидение
  • Цифровое 3D
  • Teleview
  • LED телевизор
  • CrystalEyes

Ссылки [ править ]

  1. ^ "Очки с жидкокристаллическим затвором обеспечивают трехмерный дисплей для моделирования полета" , Information Display Magazine , Vol. 2, Issue 9, сентябрь 1986 г.
  2. ^ "3D технология активного затвора для HDTV" , PhysOrg , 25 сентября 2009
  3. ^ Исследование: активные 3D-телевизоры, гарантия Full HD 3D? Digitalversus.com. 5 декабря 2011. (Архивировано)
  4. ^ [1] Архивировано 16 мая 2009 года в Wayback Machine.
  5. ↑ Universal 3D Shutter Glass. Архивировано 26 августа 2010 г. в Wayback Machine .
  6. ^ 3D перекрестные помехи во время работы затворных очков
  7. ^ Высокоскоростное видео nVidia LightBoost, иллюстрирующее действие стробоскопической подсветки
  8. ^ Подсветка nVidia LightBoost
  9. ^ [2]
  10. ^ HDfury Архивировано 4 июня 2013 г.в Wayback Machine (загружено 25 июля 2013 г.)
  11. ^ XPAND Архивировано 28июля 2013 г.на Wayback Machine (загружено 25 июля 2013 г.)
  12. ^ SubRoc-3D в список киллер Videogames
  13. ^ Бернард Перрон и Марк Дж. П. Вольф (2008), читатель по теории видеоигр 2 , стр. 158 , Тейлор и Фрэнсис , ISBN  0-415-96282-X
  14. ^ http://flyers.arcade-museum.com/?page=thumbs&db=videodb&id=1106
  15. ^ "EyeFX 3D (Версия 2.30)" . Psillustrated.com . Проверено 30 марта 2011 .
  16. ^ «Адаптер 3D Eye FX от SplitFish Review / Preview для PlayStation 2 (PS2)» . Cheatcc.com . Проверено 30 марта 2011 .
  17. ^ «Лучшее еще впереди: 3D-технология продолжает развиваться и завоевывать одобрение аудитории». Архивировано 19февраля 2012 г.на Wayback Machine , 1 января 2010 г.
  18. ^ "Samsung создает самые легкие в мире 3D-очки в сотрудничестве с Silhouette" , 3 января 2011 г.
  19. ^ "3D TV - 3D DLP HDTV - 3D домашний кинотеатр - 3D | DLP - Texas Instruments" . Dlp.com . Проверено 30 марта 2011 .
  20. ^ Вудс, Эндрю. «Половина пикселей отображается на первых суб3-D дисплеях дома» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 09.04.2011.
  21. ^ «Что на HDTV ?: Взгляд на DLP, № 3» . Whatsonhdtv.blogspot.com. 2005-07-26 . Проверено 30 марта 2011 .
  22. ^ "Ссылка DLP" . Инструменты Техаса.
  23. ^ Статья AnandTech, в которой упоминается технология стробоскопической подсветки LightBoost

Внешние ссылки [ править ]

  • Panasonic.com/3d - Обзор технологий 3D-кино и ЖК-затворных очков
  • Обзор 3D Vision - объяснение и обзор 3D Vision от Nvidia