Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Автостереоскопия
New Nintendo 3DS.png
Нинтендо 3DS использует параллакс барьер autostereoscopy для отображения 3D - изображения.
Тип процессаСпособ отображения стереоскопических изображений
Промышленный сектор (ы)3D-изображения
Основные технологии или подпроцессыТехнология отображения
ИзобретательРейнхард Бурнер
Год изобретения1985 г.
Разработчики)Институт Генриха Герца

Автостереоскопия - это любой метод отображения стереоскопических изображений (добавление бинокулярного восприятия глубины 3D) без использования специального головного убора или очков со стороны зрителя. Поскольку головной убор не требуется, его также называют « 3D без очков » или « 3D без очков ». В настоящее время используются два широких подхода для учета параллакса движения и более широких углов обзора: отслеживание взгляда и несколько видов, чтобы дисплею не нужно было определять, где расположены глаза зрителя. [1] Примеры технологий автостереоскопических дисплеев включают линзовидные линзы , параллаксный барьер , объемный дисплей , голографическиеи световое поле .

Технология [ править ]

Многие организации разработали автостереоскопические 3D-дисплеи , начиная от экспериментальных дисплеев на университетских факультетах и ​​заканчивая коммерческой продукцией, и использующие ряд различных технологий. [2] Метод создания автостереоскопических плоскопанельных видеодисплеев с использованием линз был в основном разработан в 1985 году Райнхардом Бёрнером в Институте Генриха Герца (HHI) в Берлине. [3] Прототипы дисплеев с одним зрителем уже были представлены в 1990-х годах компанией Sega AM3 (система плавающих изображений) [4]и HHI. В настоящее время эта технология получила дальнейшее развитие в основном европейскими и японскими компаниями. Одним из самых известных 3D-дисплеев, разработанных HHI, был Free2C, дисплей с очень высоким разрешением и очень хорошим комфортом, достигаемый за счет системы отслеживания взгляда и плавной механической регулировки линз. Слежение за глазами использовалось в различных системах для ограничения количества отображаемых изображений до двух или для увеличения стереоскопической зоны наилучшего восприятия. Однако, поскольку это ограничивает отображение одним зрителем, это не подходит для потребительских товаров.

В настоящее время в большинстве плоскопанельных дисплеев используются линзообразные линзы или барьеры параллакса, которые перенаправляют изображения в несколько областей просмотра; однако эта манипуляция требует уменьшения разрешения изображения. Когда голова зрителя находится в определенном положении, каждый глаз видит разное изображение, создавая убедительную трехмерную иллюзию. Такие дисплеи могут иметь несколько зон просмотра, тем самым позволяя нескольким пользователям просматривать изображение одновременно, хотя они также могут иметь мертвые зоны, где можно увидеть только нестереоскопическое или псевдоскопическое изображение, если оно вообще есть.

Параллаксный барьер [ править ]

Сравнение параллакс-барьерных и лентикулярных автостереоскопических дисплеев. Примечание: рисунок не в масштабе.
Основная статья: Параллаксный барьер

Параллаксный барьер - это устройство, размещаемое перед источником изображения, например жидкокристаллическим дисплеем, чтобы позволить ему показывать стереоскопическое изображение или мультископическое изображение без необходимости для зрителя носить 3D-очки. Принцип параллаксного барьера был независимо изобретен Огюстом Бертье, который первым опубликовал, но не дал практических результатов [5], и Фредериком Э. Айвсом , который создал и продемонстрировал первое известное функциональное автостереоскопическое изображение в 1901 году. [6] Примерно два. годы спустя Айвс начал продавать образцы изображений как новинки, что стало первым известным коммерческим использованием.

В начале 2000-х компания Sharp разработала электронное плоское приложение этой старой технологии для коммерциализации и на короткое время продала два ноутбука с единственными в мире 3D ЖК-экранами. [7] Эти дисплеи больше не поставляются Sharp, но все еще производятся и развиваются другими компаниями. Аналогичным образом Hitachi выпустила первый 3D-мобильный телефон для японского рынка, распространяемый KDDI. [8] [9] В 2009 году Fujifilm выпустила цифровую камеру FinePix Real 3D W1 со встроенным автостереоскопическим ЖК-дисплеем с диагональю 2,8 дюйма (71 мм). Семейство игровых консолей Nintendo 3DS использует барьер параллакса для трехмерных изображений; в более новой версииNew Nintendo 3DS в сочетании с системой отслеживания взгляда.

Интегральная фотография и линзовидные массивы [ править ]

Основные статьи: Интегральная визуализация и линзовидные линзы

Принцип интегральной фотографии, который использует двумерный (XY) массив из множества маленьких линз для захвата трехмерной сцены, был введен Габриэлем Липпманном в 1908 году. [10] [11] Интегральная фотография способна создавать оконное изображение. такие как автостереоскопические дисплеи, которые воспроизводят объекты и сцены в натуральную величину, с полным параллаксом и сдвигом перспективы и даже с глубиной аккомодации , но полная реализация этого потенциала требует очень большого количества очень маленьких высококачественных оптических систем и очень высокой пропускной способности . Пока что созданы только относительно грубые фото- и видео-реализации.

Одномерные массивы цилиндрических линз были запатентованы Вальтером Хессом в 1912 году. [12] Заменив пары линии и пространства в простом параллаксном барьере крошечными цилиндрическими линзами, Гесс избежал световых потерь, которые затемняли изображения, просматриваемые в проходящем свете, и создавали отпечатки на бумаге недопустимо темные. [13] Дополнительным преимуществом является то, что положение наблюдателя менее ограничено, поскольку замена линз геометрически эквивалентна сужению пространств в барьере из линий и пространств.

В середине 1990-х годов Philips решила серьезную проблему с электронными дисплеями, наклонив цилиндрические линзы по отношению к пиксельной сетке. [14] Основываясь на этой идее, Philips производила свою линейку WOWvx до 2009 года с разрешением до 2160p (разрешение 3840 × 2160 пикселей) с 46 углами обзора. [15] Компания Ленни Липтона , StereoGraphics, производила дисплеи на основе той же идеи, ссылаясь на гораздо более ранний патент на наклонные линзы. Также были задействованы Magnetic3d и Zero Creative. [16]

Компрессионные световые поля отображаются [ править ]

Благодаря быстрому развитию оптических технологий, мощности цифровой обработки и вычислительных моделей человеческого восприятия появляется новое поколение технологий отображения: дисплеи со сжатием светового поля . Эти архитектуры исследуют совместное проектирование оптических элементов и вычислений сжатия, принимая во внимание определенные характеристики зрительной системы человека. Компрессионные дисплеи включают в себя двойные [17] и многослойные [18] [19] [20] устройства, которые управляются такими алгоритмами, как компьютерная томография и неотрицательная матричная факторизация и неотрицательная тензорная факторизация.

Создание и преобразование автостереоскопического контента [ править ]

Инструменты для мгновенного преобразования существующих 3D-фильмов в автостереоскопические продемонстрировали Dolby, Stereolabs и Viva3D. [21] [22] [23]

Другое [ править ]

В 2002 году Dimension Technologies выпустила ряд коммерчески доступных ЖК-дисплеев с переключением 2D / 3D, в которых используется комбинация барьеров параллакса и линзообразных линз. [24] [25] SeeReal Technologies разработала голографический дисплей на основе отслеживания взгляда. [26] CubicVue представила автостереоскопический дисплей с цветным фильтром на конкурсе i-Stage ассоциации Consumer Electronics Association в 2009 году. [27] [28]

Также существует множество других автостерео систем, таких как объемный дисплей , в котором восстановленное световое поле занимает реальный объем пространства, и интегральная визуализация , в которой используется матрица линз типа «мушиный глаз».

Термин автомультикопический дисплей недавно был введен как более короткий синоним для длинного «многовидового автостереоскопического 3D-дисплея» [29], а также для более ранней, более конкретной «параллакс-панорамы». Последний термин первоначально обозначал непрерывную выборку вдоль горизонтальной линии точек обзора, например, захват изображения с использованием очень большого объектива или движущейся камеры и перемещающегося барьерного экрана, но позже он стал включать синтез из относительно большого количества дискретных изображений.

Компания Sunny Ocean Studios, расположенная в Сингапуре, разработала автомультископический экран, который может отображать автостерео 3D-изображения из 64 различных точек отсчета. [30]

Принципиально новый подход к автостереоскопии под названием HR3D был разработан исследователями из Media Lab Массачусетского технологического института. Он потреблял бы вдвое меньше энергии, удваивая время автономной работы при использовании с такими устройствами, как Nintendo 3DS , без ущерба для яркости или разрешения экрана; другие преимущества включают больший угол обзора и сохранение трехмерного эффекта при повороте экрана. [31]

Параллакс движения: системы с одним обзором и с несколькими [ править ]

Параллакс движения относится к тому факту, что вид сцены изменяется при движении головы. Таким образом, при движении головы слева направо и сверху вниз видны разные изображения сцены.

Многие автостереоскопические дисплеи являются дисплеями с одним обзором и, следовательно, не способны воспроизводить ощущение параллакса движения, за исключением одного зрителя в системах, способных отслеживать взгляд .

Однако некоторые автостереоскопические дисплеи являются многовидовыми дисплеями и, таким образом, способны обеспечивать восприятие параллакса движения влево-вправо. [32]Для таких дисплеев характерны восемь и шестнадцать ракурсов. Хотя теоретически возможно смоделировать восприятие параллакса движения вверх-вниз, о существующих системах отображения не известно, и эффект вверх-вниз считается менее важным, чем параллакс движения влево-вправо. Одно из последствий отсутствия параллакса по обеим осям становится более очевидным по мере того, как отображаются объекты, все более удаленные от плоскости дисплея: по мере того, как зритель приближается к дисплею или дальше от него, такие объекты будут более очевидно проявлять эффекты смещения перспективы вокруг одна ось, но не другая, кажущаяся по-разному растянутой или сжатой для наблюдателя, находящегося не на оптимальном расстоянии от дисплея.

Ссылки [ править ]

  1. Перейти ↑ Dodgson, NA (август 2005 г.). «Автостереоскопические 3D-дисплеи». Компьютер IEEE . 38 (8): 31–36. DOI : 10,1109 / MC.2005.252 . ISSN  0018-9162 . S2CID  34507707 .
  2. ^ Holliman, NS (2006). Трехмерные системы отображения (PDF) . ISBN  0-7503-0646-7. Архивировано из оригинального (PDF) 04.07.2010 . Проверено 30 марта 2010 .
  3. ^ Boerner, R. (1985). «3D-Bildprojektion в Linsenrasterschirmen» (на немецком языке). Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  4. ↑ Electronic Gaming Monthly , выпуск 93 (апрель 1997 г.), стр.
  5. ^ Бертье, Огюст. (16 и 23 мая 1896 г.). «Стереоскопические изображения большого формата» (на французском языке). Cosmos 34 (590, 591): 205–210, 227–233 (см. 229–231).
  6. Перейти ↑ Ives, Frederic E. (1902). «Новая стереограмма» . Журнал Института Франклина . 153 : 51–52. DOI : 10.1016 / S0016-0032 (02) 90195-X . Перепечатано в «Избранных статьях на трехмерных дисплеях» Бентона.
  7. ^ «Переключаемые дисплеи 2D / 3D» (PDF) . Четкая белая бумага . Архивировано (PDF) из оригинала 30 мая 2008 года . Проверено 19 июня 2008 .
  8. ^ «Wooo ケ ー タ イ H001 - 2009 - - au by KDDI» . Au.kddi.com. Архивировано из оригинала на 2010-05-04 . Проверено 15 июня 2010 .
  9. ^ «Hitachi представляет 3,1-дюймовый 3D-дисплей IPS» . News.softpedia.com. 2010-04-12 . Проверено 15 июня 2010 .
  10. ^ Липпманн, Г. (2 марта 1908 г.). "Épreuves réversibles. Фотографии intégrales". Comptes Rendus de l'Académie des Sciences . 146 (9): 446–451. Bibcode : 1908BSBA ... 13A.245D . Перепечатано в «Избранных статьях на трехмерных дисплеях» Бентона.
  11. ^ Фредо Дюран; MIT CSAIL. «Обратимые отпечатки. Интегральные фотографии» (PDF) . Проверено 17 февраля 2011 . (Этот грубый английский перевод статьи Липпмана 1908 года будет более понятным, если читатель будет иметь в виду, что «темная комната» и «темная комната» - это ошибочные переводы переводчика слова «chambre noire», французского эквивалента латинского «camera obscura», и должен читаться как «камера» в тринадцати местах, где возникает эта ошибка.)
  12. ^ 1128979 , Гесс, Вальтер, «Стереоскопическое изображение»  , подано 1 июня 1912 года, запатентовано 16 февраля 1915 года. Гесс подал несколько аналогичных патентных заявок в Европе в 1911 и 1912 годах, в результате чего в 1912 и 1913 годах было выдано несколько патентов.
  13. ^ Бентон, Стивен (2001). Избранные статьи на трехмерных дисплеях . Серия Milestone. MS 162. SPIE Optical Engineering Press. п. xx-xxi.
  14. ^ Ван Berkel, Кеес (1997). Фишер, Скотт С; Мерритт, Джон О; Болас, Марк Т (ред.). «Характеристика и оптимизация конструкции модуля 3D-LCD». Proc. ШПИОН . Стереоскопические дисплеи и системы виртуальной реальности IV. 3012 : 179–186. Bibcode : 1997SPIE.3012..179V . DOI : 10.1117 / 12.274456 . S2CID 62223285 . 
  15. ^ Fermoso Хосе (2008-10-01). «3D HDTV Philips может разрушить континуум пространства-времени, кошельки - лаборатория гаджетов» . Wired.com . Архивировано 3 июня 2010 года . Проверено 15 июня 2010 .
  16. ^ «3D-дисплеи xyZ - Автостереоскопический 3D-телевизор - 3D-ЖК-экран - 3D-плазма - 3D без очков» . Xyz3d.tv. Архивировано из оригинала на 2010-04-20 . Проверено 15 июня 2010 .
  17. ^ Lanman, D .; Hirsch, M .; Kim, Y .; Раскар, Р. (2010). «Контент-адаптивные барьеры параллакса: оптимизация двухслойных 3D-дисплеев с использованием факторизации светового поля низкого ранга» . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  18. ^ Wetzstein, G .; Lanman, D .; Heidrich, W .; Раскар, Р. (2011). «Многослойное 3D: синтез томографических изображений для дисплеев с высоким динамическим диапазоном и светового поля на основе ослабления» . Транзакции ACM на графике (SIGGRAPH). Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  19. ^ Lanman, D .; Wetzstein, G .; Hirsch, M .; Heidrich, W .; Раскар, Р. (2011). «Поляризационные поля: отображение динамического светового поля с использованием многослойных ЖК-дисплеев» . Транзакции ACM на графике (SIGGRAPH Asia). Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  20. ^ Wetzstein, G .; Lanman, D .; Hirsch, M .; Раскар Р. (2012). «Тензорные дисплеи: сжатый синтез светового поля с использованием многослойных дисплеев с направленной подсветкой» . Транзакции ACM на графике (SIGGRAPH). Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  21. ^ Чиннок, Крис (11 апреля 2014). «NAB 2014 - Dolby 3D Details Partnership со Stereolabs» . Показать центральный . Архивировано из оригинального 23 апреля 2014 года . Проверено 19 июля, 2016 .
  22. ^ "Автостерео выход Viva3D для 3D-мониторов без очков" . ViewPoint 3D . Проверено 19 июля, 2016 .
  23. ^ Робин С. Колклаф. «Viva3D Real-time Stereo Vision: стерео преобразование и определение глубины со смешанной трехмерной графикой» (PDF) . ViewPoint 3D . Проверено 19 июля, 2016 .
  24. ^ Смит, Том (2002-06-14). «Обзор: Dimension Technologies 2015XLS» . BlueSmoke. Архивировано из оригинала на 1 мая 2011 года . Проверено 25 марта 2010 года .
  25. ^ Макаллистер, Дэвид Ф. (февраль 2002 г.). "Стерео и 3D-дисплеи, дисплейные технологии" (PDF) . В Хорнаке, Джозеф П. (ред.). Энциклопедия науки и техники в области изображений, 2 тома (в твердом переплете). 2 . Нью-Йорк: Wiley & Sons. С. 1327–1344. ISBN  978-0-471-33276-3.
  26. ^ Ooshita, Дзюнъити (2007-10-25). «SeeReal Technologies представляет голографический 3D-видеодисплей, дебютирующий на рынке в 2009 году» . TechOn! . Проверено 23 марта 2010 года .
  27. ^ "CubicVue LLC: i-этап" . I-stage.ce.org. 1999-02-22 . Проверено 15 июня 2010 .
  28. ^ Нагреватель, Брайан (2010-03-23). «Nintendo заявляет, что DS следующего поколения добавит 3D-дисплей» . Журнал ПК .
  29. ^ Томас Akenine-Меллер, Томас (2006). Техника рендеринга 2006 . AK Peters, Ltd. с. 73. ISBN  9781568813516.
  30. ^ Поп, Себастьян (2010-02-03). "Sunny Ocean Studios исполняет 3D-мечту без очков" . Софтпедия.
  31. ^ «Лучшее трехмерное изображение без очков: принципиально новый подход» . Physorg.com . Проверено 4 марта 2012 .
  32. ^ Доджсон, штат Северная Каролина; Мур, младший; Ланг, SR (1999). "Многоканальный автостереоскопический 3D-дисплей". Компьютер IEEE . 38 (8): 31–36. CiteSeerX 10.1.1.42.7623 . DOI : 10,1109 / MC.2005.252 . ISSN 0018-9162 . S2CID 34507707 .   

Внешние ссылки [ править ]

  • Треугольник
  • Viva3D
  • VisuMotion
  • Объяснение 3D автостереоскопических мониторов
  • Обзор различных автостереоскопических ЖК-дисплеев
  • Рендеринг для интерактивного отображения светового поля на 360 ° , демонстрация автостереоскопии с использованием вращающегося зеркала, голографического диффузора и высокоскоростного видеопроектора, продемонстрированного на SIGGRAPH 2007
  • Закулисное видео о производстве автостереоскопических дисплеев
  • 3D без очков - будущее 3D-технологий?
  • Влияние дифракции на поле зрения и разрешение трехмерного интегрального изображения