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 связи с помощью инфракрасного или радиочастотного передатчика (например, Bluetooth , DLP). 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
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 ореолов могут быть очевидны для систем или дисплеев, 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, обеспечивающий 60 изображений в секунду на глаз, не мерцает.
Преимущества
- 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 изображения. 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
- 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 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, сразу поддерживают 3D.
- Очки с жидкокристаллическим затвором не пропускают свет половину времени; более того, они немного темные даже при пропускании света, потому что они поляризованы . Это дает эффект, аналогичный просмотру телевизора в солнцезащитных очках, в результате 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, анаглифических 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 рецептурных линз.
- От бренда к бренду 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 обзоров приводит к эффекту временного параллакса, если в сцене есть объекты, движущиеся сбоку: они видны как спереди, так и сзади их фактического местоположения, в зависимости от направления движения.
Перекрестные помехи
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
В марте 2011 года корпорация Panasonic совместно с XPAND 3D сформулировали стандарт M-3DI , цель которого - обеспечить совместимость и стандартизацию ЖК -затворных очков 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. Текущим стандартом являются 3D-очки Full HD [ необходима ссылка ] .
Field Sequential используется в видеоиграх, фильмах VHS и VHD и часто называется 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 с собственной частотой, установленной производителем, чтобы соответствовать частоте обновления дисплея или проектора. Поэтому для обеспечения совместимости между разными брендами были разработаны определенные очки, которые могут адаптироваться к широкому диапазону частот. [9] [10]
График
Принцип был публично дебютирован на удивление рано. В 1922 году трехмерная система Teleview была установлена в одном кинотеатре Нью-Йорка. 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 сиденье 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 этим занятием.
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 продавались из-за ореолов , но E&S в середине 1980-х одним из первых применила сторонние очки, такие как StereoGraphics CrystalEyes .
Matsushita Electric (ныне Panasonic) в конце 1970-х разработала 3D-телевизор, в котором использовалась технология активного затвора. Они представили телевизор в 1981 году, в то же время адаптации технологии для использования с первой стереоскопическим видео игрой , Sega «s аркада SubRoc-3D (1982). [11]
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 в полевых условиях, включая Realeyes 3D. Было предоставлено несколько комплектов для просмотра DVD-дисков с чередованием полей. Компания Sensio выпустила свой собственный формат, который был более высокого качества, чем DVD высокого качества с последовательной передачей данных (HQFS).
Игры
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 (ныне Panasonic). [14]
В 1984 году Милтон Брэдли выпустил для Vectrex 3D Imager, примитивную форму очков с активным затвором, в которых в качестве физических затворов использовался моторизованный вращающийся диск с прозрачными пленками . Несмотря на то, что они были громоздкими и грубыми, они использовали тот же 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 экраном. 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. Позднее 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 высокого класса. Визуальные сбои были обычным явлением, поскольку многие игровые движки 3D полагались на 2D-эффекты, которые рендерились с неправильной глубиной, вызывая дезориентацию для 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 высокопроизводительных мониторов. конец, ЭЛТ-монитор с большой диагональю.
SplitFish EyeFX 3D - комплект стереофонических 3D-очков с затвором для Sony PlayStation 2, выпущенный в 2005 году; он поддерживал 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 « стереоскопии покачивания », которому дополнительно способствуют проводные ЖК-очки с затвором, которые работают синхронно с этими движениями. [15] Комплект появился слишком поздно в производственном цикле консоли, когда его фактически заменила PlayStation 3 , и поддерживалось лишь несколько игр, поэтому геймеры его в значительной степени проигнорировали. [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.
Аппаратное обеспечение
Поставщики 3D-систем с активными ставнями
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 ЖК-очки с затвором, например Unipolar International Limited, Accupix Co., Ltd, Panasonic , Samsung и Sony .
Стандарт M-3DI , объявленный корпорацией Panasonic вместе с XPAND 3D в марте 2011 года, призван обеспечить совместимость и стандартизацию в масштабах всей отрасли окон с активным затвором (LC) .
Компания Samsung разработала активные 3D-очки весом 2 унции (57 г), в которых используются линзы и оправы, впервые разработанные 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 обеспечением для графического драйвера. 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
В 2007 году компания Texas Instruments представила своим OEM-производителям DLP- решения с поддержкой стерео 3D , [19] Samsung и Mitsubishi представили первые DLP-телевизоры с поддержкой 3D, а позже появились DLP-проекторы.
Эти решения используют преимущество скорости, присущее цифровому микрозеркальному устройству (DMD), чтобы последовательно генерировать высокую частоту обновления для левого и правого обзора, необходимую для стереоскопического изображения.
Технология DLP 3D использует алгоритм вобуляции SmoothPicture и опирается на свойства современных DMD-формирователей изображений 1080p60. Он эффективно сжимает 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» из микрозеркал 960 × 1080, повернутых на 45 градусов, с их центральными точками, расположенными в центре «черных» квадратов на шахматной доске. DMD использует полнопиксельную вобуляцию для 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. В первой каденции отображается только половина исходного изображения 1080p60 - пиксели, соответствующие «черным» квадратам рисунка шахматной доски. 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 соответствующие пиксели на «белые» квадраты. [20] [21]
Затем генерируется сигнал синхронизации для синхронизации обновления экрана с очками с жидкокристаллическим затвором, которые носит зритель, с использованием запатентованного механизма Texas Instruments, называемого DLP Link. DLP Link поддерживает синхронизацию, вставляя быстро мигающие белые рамки в течение интервала гашения дисплея , которые фиксируются ЖК-очками с затвором. [22]
Плазменный телевизор
Панели плазменных дисплеев также по своей сути 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, что делает их пригодными для использования 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 для правого и левого глаза, а видео сохраняется на 50-гигабайтном Blu-ray с использованием расширения Multiview Video Coding со сжатием MPEG-4 AVC / H.264 .
ЖК-дисплей
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 успевал за ним.
Технология ЖК-дисплея обычно оценивается не по количеству кадров 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 стробированная подсветка или сканирующая подсветка для уменьшения перекрестных помех 3D во время работы затворных очков.
Лечебная перемежающаяся окклюзия
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 ограничивать 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.
Смотрите также
- 3D телевидение
- Цифровое 3D
- Teleview
- LED телевизор
- CrystalEyes
Рекомендации
- ^ «Очки с жидкокристаллическим затвором обеспечивают трехмерный дисплей для моделирования полета» , журнал Information Display , Vol. 2, Issue 9, сентябрь 1986 г.
- ^ "3D технология активного затвора для HDTV" , PhysOrg , 25 сентября 2009
- ^ Исследование: активные 3D-телевизоры, гарантия Full HD 3D? Digitalversus.com. 5 декабря 2011. (Архивировано)
- ^ [1] Архивировано 16 мая 2009 года в Wayback Machine.
- ↑ Universal 3D Shutter Glass. Архивировано 26 августа 2010 г. в Wayback Machine .
- ^ 3D перекрестные помехи во время работы затворных очков
- ^ Высокоскоростное видео nVidia LightBoost, иллюстрирующее действие стробоскопической подсветки
- ^ Подсветка nVidia LightBoost
- ^ HDfury Архивировано 4 июня 2013 г.в Wayback Machine (загружено 25 июля 2013 г.)
- ^ XPAND Архивировано 28июля 2013 г.на Wayback Machine (загружено 25 июля 2013 г.)
- ^ «Колонка зарубежных читателей: Обнародована первая в мире трехмерная видеоигра, разработанная совместно Sega и всемирно известной компанией Matsushita» (PDF) . Игровой автомат (на японском). № 185. Amusement Press, Inc., 1 апреля 1982 г., с. 30.
- ^ SubRoc-3D в списке убийц видеоигр
- ^ Бернард Перрон и Марк Дж. П. Вольф (2008), читатель по теории видеоигр 2 , стр. 158 , Тейлор и Фрэнсис , ISBN 0-415-96282-X
- ^ http://flyers.arcade-museum.com/?page=thumbs&db=videodb&id=1106
- ^ «EyeFX 3D (Версия 2.30)» . Psillustrated.com . Проверено 30 марта 2011 .
- ^ «Адаптер 3D Eye FX от SplitFish Review / Preview для PlayStation 2 (PS2)» . Cheatcc.com . Проверено 30 марта 2011 .
- ^ «Лучшее еще впереди: 3D-технологии продолжают развиваться и завоевывать одобрение аудитории». Архивировано 19февраля 2012 г.на Wayback Machine , 1 января 2010 г.
- ^ "Samsung создает самые легкие в мире 3D-очки в сотрудничестве с Silhouette" , 3 января 2011 г.
- ^ «3D TV - 3D DLP HDTV - 3D домашний кинотеатр - 3D | DLP - Texas Instruments» . Dlp.com . Проверено 30 марта 2011 .
- ^ Вудс, Эндрю. «Половина пикселей отображается на первых суб3-D дисплеях дома» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 09.04.2011.
- ^ «Что на HDTV ?: Взгляд на DLP, № 3» . Whatsonhdtv.blogspot.com. 2005-07-26 . Проверено 30 марта 2011 .
- ^ «DLP Link» . Инструменты Техаса.
- ^ Статья AnandTech, в которой упоминается технология стробоскопической подсветки LightBoost
Внешние ссылки
- Panasonic.com/3d - Обзор технологии 3D-кино и ЖК-затворных очков
- Обзор 3D Vision - объяснение и обзор 3D Vision от Nvidia