Płaski ekran z 3D

Obejrzeć trójwymiarowy film możesz w kinie iMax (działa w Katowicach, Krakowie, Poznaniu, Łodzi i Warszawie). Seanse trwają ok. 45 minut, a cena biletu dla dorosłych, w zależności od kina i dnia tygodnia nie przekracza 24 złotych. Kino korzysta z technologii polaryzacyjnej oraz migawkowej – w zależności od seansu (widz otrzymuje specjalne okulary). Filmy są rejestrowane za pomocą specjalnych kamer, ważących 113 kilogramów, na taśmie o nietypowej wielkości klatki 70 mm (tradycyjnie 35 mm). Kinowy ekran ma także nietypową wielkość 18 na 24 metry i dodatkowo – aby polepszyć jakość obrazu – jest lekko zakrzywiony. Do wyświetlania obrazu wykorzystuje się chłodzone wodą projektory wyposażone w dwie lampy projekcyjne o mocy 15 kW każda.

Z trójwymiarowym obrazem zetknął się każdy, kto odwiedził cyfrowe kino iMax lub przeglądał kolorowe czasopisma 3D, w których kontury przedmiotów i postaci są otoczone kolorowymi obwódkami. Po założeniu specjalnych okularów, z jednym szkłem w kolorze czerwonym, a drugim zielono-niebieskim (cyan), widz odnosi wrażenie, że obraz jest trójwymiarowy. Przez lata pomysł ten był modyfikowany i udoskonalany, aby efekt przestrzenności był jak najlepszy, a i jakość całego obrazu wysoka. Większość dostępnych obecnie rozwiązań wymaga od widza założenia specjalnych okularów. Ale pojawiają się też technologie, które obywają się bez nich.

Oprócz specjalnych telewizorów i monitorów 3D do trójwymiarowych projekcji potrzebne są filmy lub gry z trójwymiarowym obrazem. Niestety, każda z technologii wyświetlania obrazu 3D potrzebuje innego sposobu przygotowania materiałów.

Podstawowym warunkiem wywołania wrażenia trójwymiarowości jest dostarczenie do lewego i prawego oka dwóch różniących się nieco, np. zarejestrowanych pod różnym kątem, obrazów. Dotyczy to wszystkich technik tworzenia obrazu 3D.

Najprościej wymóg ten realizują tzw. obrazy anaglifowe. Do zróżnicowania dwóch obrazów docierających do oczu widza są wykorzystywane kontury w dwóch kolorach – najczęściej czerwieni i cyanu. Obraz anaglifowy jest niewyraźny dla widza bez specjalnych okularów – wokół przedmiotów widać dwukolorowe obrysy, a całość jest rozmyta. Sytuacja zmienia się po założeniu okularów z czerwoną folią w jednym i cyanową w drugim okularze. Folie przepuszczają przede wszystkim światło w swoim kolorze, tłumiąc pozostałe barwy, dzięki czemu do każdego oka dociera odrobinę zmieniony obraz.

Technologia anaglifowa jest najprostsza i jednocześnie najtańsza w realizacji. Szczególnie obecnie, gdy niezbędny materiał trójwymiarowy można przygotować za pomocą obróbki cyfrowej, podczas gdy dawniej potrzebne do tego były dwie kamery z nałożonymi kolorowymi filtrami. Także okulary są na tyle tanie w produkcji, że czasami służą do jednorazowego użytku.

Obraz anaglifowy może wyświetlać każdy kolorowy telewizor, a wykorzystujące tę technologię filmy – wraz z potrzebnymi okularami – można bez problemu kupić na internetowych aukcjach (w cenie normalnego filmu DVD). Ostatnio efekt przestrzenności wykorzystujący anaglif pojawił się również w grach komputerowych współpracujących ze specjalnym sterownikiem firmy Nvidia. Okulary trzeba dokupić samemu, np. na Allegro za 2 zł sztuka.

Więcej na temat tworzenia filmów i obrazów anaglifowych (także na domowym komputerze) możesz się dowiedzieć pod adresem www.3dstereo.com.pl, a przykładowe trójwymiarowe obrazki obejrzysz pod adresem http://stereos.com.pl.

Aby obraz był postrzegany jako trójwymiarowy, do oczu widza muszą trafić dwa różniące się od siebie obrazy tego samego obiektu. Ekran wysyła więc dwa obrazy, które odpowiadają odrobinę się różniącym punktom widzenia. Można to osiągnąć, np. rejestrując obraz za pomocą kamery z dwoma obiektywami. W przykładzie ze schematu obraz jest wyświetlany przez dolną warstwę monitora LCD, przy użyciu światła o polaryzacji poziomej. Obraz wyświetla górna warstwa monitora, używając światła spolaryzowanego pionowo. Specjalne szkła w okularach noszonych przez widza filtrują padający na nie obraz. Szkło przepuszcza jedynie światło spolaryzowane poziomo – pochodzące z dolnej warstwy wyświetlacza, a szkło światło o polaryzacji pionowej – wyświetlane przez górną warstwę ekranu. W ten sposób do każdego oka trafia inny obraz, a widz odnosi wrażenie przestrzenności.

Bardziej wyrafinowanym sposobem zróżnicowania obrazów dochodzących do widza jest wykorzystanie spolaryzowanego światła, które w przeciwieństwie do niespolaryzowanej fali świetlnej drga tylko w jednej płaszczyźnie. Ekran wyświetla dwa obrazy – dla każdego używa innej polaryzacji światła. Każde ze szkieł w okularach zakładanych przez widza przepuszcza tylko światło spolaryzowane w jednym kierunku, a więc pozwala oglądać tylko jeden obraz, tłumiąc drugi.

Technologia ta jest znacznie droższa w realizacji niż anaglif. Przede wszystkim przygotowanie materiału filmowego wymaga użycia dwóch kamer, a częściej kamery z dwoma obiektywami, znajdującymi się w odległości 6,5 centymetra od siebie (standardowa odległość między ludzkimi oczami). Drugim problemem jest wyświetlenie dwóch obrazów o różnej polaryzacji światła na jednym ekranie. Najszybciej poradzono sobie z tym w trójwymiarowych kinach (np. iMax – patrz ramka), wykorzystując zwykle dwa projektory DLP. Ponieważ polaryzacja światła zmienia się podczas odbicia np. od kinowego ekranu, jego powierzchnia jest pokryta srebrem lub aluminium, co niweluje ten niekorzystny efekt.

Niedawno w sklepach pojawiły się pierwsze telewizory oraz monitory wykorzystujące technologię polaryzacji. Ze względu na kłopoty z dostępnością odpowiednio przygotowanego materiału filmowego 3D (jedyna telewizja nadająca taki materiał działa w Japonii), chcąc doświadczyć przestrzenności obrazu, lepiej sięgnąć po monitory i gry komputerowe. Dostępne urządzenia to np. dwa modele firmy Zalman – sprzedawane razem z potrzebnymi okularami w cenie 1900 zł za model 22-calowy. W ekranach Zalmana zastosowano dwie warstwy wyświetlające. Każda wysyła obraz o innej polaryzacji światła, dzięki odpowiedniemu skręceniu komórek ciekłego kryształu. Podobnie działają urządzenia innych producentów korzystające z tej technologii.

Monitor to jednak nie wszystko. Potrzebna jest jeszcze karta graficzna firmy Nvidia z rodziny GeForce 6 lub nowsza oraz specjalne sterowniki, które przetwarzają grafikę tradycyjnych gier w obraz stereoskopowy. Po ich zainstalowaniu można się cieszyć efektem 3D w wybranych tytułach – ich listę oraz same sterowniki można znaleźć na stronie Nvidii www.nvidia.pl/object/3d_stereo_pl.

Omawiana technika na razie jest zarezerwowana dla użytkowników kart graficznych GeForce. Wkrótce jednak może być też dostępna na kartach z układami Radeon firmy AMD/ATI. Taki akcelerator pokazała przed wakacjami firma Sapphire. Nie wiadomo jednak, kiedy trafi do sprzedaży ani jakiej firmy ekrany wykorzystano podczas prezentacji.

Niezależnie od sterowników Nvidia efekty 3D w grach oferuje także firma Hyundai – nie stawia przy tym wymagań, co do posiadanej karty graficznej. W ofercie jest 22-calowy monitor sprzedawany z potrzebnymi okularami w cenie 1999 zł. Potrzebny sterownik należy dokupić oddzielnie dla każdej z gier – w cenie 20 zł. Lista obsługiwanych tytułów wraz ze sklepem ze sterownikami jest dostępna pod adresem www.ddd.com/cart/home.php?cat=14&sort=orderby&sort_direction=0&page=1.

Ostatnia z technologii wykorzystujących okulary na szerszą skalę była stosowana w 1985 roku w 8-bi towej konsoli Sega Master System, ale obecnie znów się o niej mówi za sprawą firmy Panasonic i jednego z jej najnowszych telewizorów. Chodzi o technologię migawkową, w której – podobnie jak w polaryzacyjnej – obraz jest rejestrowany za pomocą dwóch obiektywów oddalonych o 6,5 centymetra. Kolejne klatki z tych kamer układane są na przemian, tzn. po pierwszej ramce z kamery numer jeden wstawiana jest klatka z kamery numer dwa, następna klatka znów pochodzi z kamery pierwszej itd.

Obraz jest wyświetlany z prędkością 48 klatek na sekundę, ale w wyniku zastosowania specjalnych okularów z migawką do każdego oka trafiają jedynie 24 klatki na sekundę. Okulary zamiast zwykłych szkieł mają panele ciekłokrystaliczne, które naprzemiennie zamykają i otwierają dopływ światła do oka na czas wyświetlania jednej klatki filmu. W ten sposób do każdego oka trafia inny obraz i powstaje złudzenie przestrzenności obrazu.

Wspomniany telewizor Panasonic to 103-calowy ekran plazmowy full HD . Jego innowacyjność polega na tym, że obraz w pełnej rozdzielczości – 1920 na 1080 punktów – jest emitowany dla każdego oka. Do niedawna było to niemożliwe, bo telewizory nie radziły sobie z wyświetlaniem 48 klatek na sekundę. Panasonic obszedł tę barierę, stosując odtwarzacz Blu-ray przystosowany do pracy z dwoma strumieniami wideo – dla prawego i lewego oka. Właściwy efekt można uzyskać jedynie wtedy, gdy ekran współpracuje z tym konkretnym odtwarzaczem. To ograniczenie chwilowo nie ma większego znaczenia, gdyż opisywany telewizor jest jedynie prototypem i nie wiadomo, czy w ogóle trafi do sprzedaży.

Wszystkie przedstawione rozwiązania wymuszają na widzu zakładanie specjalnych okularów. Ale co z zastosowaniami, w których tego wymogu spełnić się nie da, np. gdy trójwymiarowy telewizor ma wyświetlać reklamy na sklepowej wystawie?

Głównie z myślą o rozwiązaniach komercyjnych powstały telewizory autostereoskopowe, wykorzystujące tzw. filtr soczewkowy (lentikularny). Zamontowane w ekranach filtry z soczewkami sprawiają, że w każdym kierunku obraz emitowany jest pod innym kątem. Różnice są tak subtelne, że do każdego oka widza trafia inny obraz. Pierwsze tego typu urządzenia zaprezentowały już firmy Philips, LG oraz Sharp.

Technologia jest niestety bardzo droga – 65-calowy ekran Sharpa kosztuje około 60 tys. zł, a 56 cali w full HD Philipsa – ponad 100 tys. zł. Cena telewizora nie jest jedyną barierą – z rozpoczęciem masowej produkcji na pewno znacznie spadnie. Kłopotliwe jest pozyskanie materiału filmowego, który zapewni odpowiedni efekt 3D. Skoro w technologiach wykorzystujących okulary do zarejestrowania obrazu przestrzennego potrzebne były dwie kamery, to teoretycznie wykorzystanie filtrów soczewkowych wymaga kamer kilkunastu, a nawet kilkudziesięciu. Inżynierowie, nie widząc innej możliwości, początkowo poszli tym tropem. Firma Hitachi przy współpracy z naukowcami z tokijskiego uniwersytetu zaprezentowała w czerwcu macierz 64 kamer, z których każda rejestruje obraz z innej perspektywy. Pomijając nawet kwestię dużych gabarytów urządzenia (macierz ma wysokość ponad 1,5 metra) praktyczne wykorzystanie wynalazku dyskwalifikuje niska rozdzielczość uzyskanego obrazu – zaledwie 320 na 240 punktów.

Głównie z myślą o rozwiązaniach komercyjnych powstały telewizory autostereoskopowe, wykorzystujące tzw. filtr soczewkowy (lentikularny). Zamontowane w ekranach filtry z soczewkami sprawiają, że w każdym kierunku obraz emitowany jest pod innym kątem. Różnice są tak subtelne, że do każdego oka widza trafia inny obraz. Pierwsze tego typu urządzenia zaprezentowały już firmy Philips, LG oraz Sharp.

Technologia jest niestety bardzo droga – 65-calowy ekran Sharpa kosztuje około 60 tys. zł, a 56 cali w full HD Philipsa – ponad 100 tys. zł. Cena telewizora nie jest jedyną barierą – z rozpoczęciem masowej produkcji na pewno znacznie spadnie. Kłopotliwe jest pozyskanie materiału filmowego, który zapewni odpowiedni efekt 3D. Skoro w technologiach wykorzystujących okulary do zarejestrowania obrazu przestrzennego potrzebne były dwie kamery, to teoretycznie wykorzystanie filtrów soczewkowych wymaga kamer kilkunastu, a nawet kilkudziesięciu. Inżynierowie, nie widząc innej możliwości, początkowo poszli tym tropem. Firma Hitachi przy współpracy z naukowcami z tokijskiego uniwersytetu zaprezentowała w czerwcu macierz 64 kamer, z których każda rejestruje obraz z innej perspektywy. Pomijając nawet kwestię dużych gabarytów urządzenia (macierz ma wysokość ponad 1,5 metra) praktyczne wykorzystanie wynalazku dyskwalifikuje niska rozdzielczość uzyskanego obrazu – zaledwie 320 na 240 punktów.

Dużo bardziej kompaktowe potraktowanie tego samego pomysłu zaprezentowała firma Adobe. Konstrukcja jej urządzenia przypomina oko owada – składa się z 19 soczewek umieszczanych przed matrycą kamery lub aparatu cyfrowego. Obiektyw jest niewielki – mieści się w dłoni. Zarejestrowany obraz trafia do komputera, który za pomocą oprogramowania Adobe przetwarza go na postać trójwymiarową.

Oba rozwiązania (oraz niewymienione tu, ale im pokrewne) to jedynie eksperymenty, które nie są stosowane w praktyce. Philips zadbał więc sam o dostarczenie odpowiednich materiałów do swojego telewizora – razem z firmą LG stworzył technologię WOWvx, która potrafi cyfrowo zamienić dowolny materiał filmowy w obraz przestrzenny. Działa następująco. Zwykły obraz 2D jest dzielony na kilka warstw, a każdej z nich przypisywana jest głębia, czyli położenie w przestrzeni trójwymiarowej. Cyfrowo jest tworzonych kilka obrazów każdej warstwy odpowiadających różnym punktom widzenia.

Philips udostępnił wtyczki do programów graficznych, np. 3D Max, które pozwalają przetworzyć obraz 2D na trójwymiarowy w opisany sposób. W sierpniu w Brazylii ruszyła pierwsza transmisja obrazu stworzonego w technologii WOWvx. Nadawana po łączach internetowych, będzie testowana przez najbliższe cztery lata. Twórcy projektu liczą, że do tego czasu telewizory autostereoskopowe się upowszechnią.