Zagadki techniki 3D

Targi elektroniki konsumenckiej CES, zbiegające się w czasie z premierą filmu Avatar, skupiły uwagę branży informatycznej na technice 3D. Producenci telewizorów zaprezentowali pierwsze, przeznaczone do sprzedaży detalicznej, ekrany zdolne wyświetlać przestrzenny obraz. W ręce kamerzystów trafią na dniach kamery przystosowane do kręcenia filmów 3D. Przedstawiono specyfikację standardu blu-ray 3D i najnowszą wersję standardu HDMI, która pozwoli przesyłać trójwymiarowy obraz między jego źródłem a telewizorem. W ogólnym podnieceniu pomija się kwestię znikomej ilości materiałów 3D, np. w Polsce jest dostępnych tylko kilkanaście gier i kilka filmików pokazowych, które można pobrać z internetu.

Bez względu na technikę wyświetlania obrazu 3D zasada wywołania u widza wrażenia oglądania obrazu przestrzennego jest ta sama. Do prawego oka należy dostarczyć obraz przesunięty o około 6 cm w bok od obrazu dostarczanego do lewego oka.

Do zarejestrowania takiego materiału potrzebne są specjalne kamery i aparaty wyposażone w dwa obiektywy, oddalone od siebie na odległość równą dystansowi między ludzkimi oczami, czyli wspomnianym 6 cm. Można też stworzyć go całkowicie sztucznie – tak się dzieje w przypadku obrazu 3D w grach komputerowych.

Zdolny do widzenia stereoskopowego (przestrzennego) ludzki mózg z obydwu płaskich obrazów tworzy obraz przestrzenny. Aby było to możliwe, obraz przeznaczony dla oka lewego musi być niewidoczny dla oka prawego i odwrotnie. Sposób takiego czasowego oślepienia oczu różnicuje metody wyświetlania obrazu przestrzennego.

Zarówno technika migawkowa, jak i polaryzacyjna jest związana z koniecznością włożenia przez widza specjalnych okularów. Bez nich nie widać efektu przestrzenności, a obraz wyświetlany np. na ekranie telewizora nie nadaje się do oglądania.

W technice migawkowej obrazy przeznaczone dla lewego i prawego oka są wyświetlane na przemian, zwykle z częstotliwością od 30 do 60 razy na sekundę dla jednego oka – co w sumie daje częstotliwość obrazu od 60 do 120 Hz. Jedynie metoda wykorzystująca częstotliwość 120 Hz lub wyższe nadaje się do dłuższego oglądania obrazu 3D. Przy częstotliwości 60 Hz obraz wyraźnie migoce.

Kierowanie obrazu do właściwego oka zapewniają okulary z migawką wykonaną z ciekłego kryształu. Gdy na ekranie pojawia się obraz dla oka prawego, migawka w lewym okularze zamyka się, by po ułamku sekundy otworzyć się w momencie, gdy na ekranie pojawia się obraz dla oka lewego. W tym czasie zamyka się migawka w prawym okularze. Do synchronizacji migawki okularów z odświeżaniem ekranu wykorzystywany jest nadajnik podłączany do ekranu. Z okularami komunikuje się on np. za pomocą podczerwieni. Okulary wymagają zasilania z wbudowanego akumulatora.

W konkurencyjnej technice polaryzacyjnej do zróżnicowania obrazu przeznaczonego dla lewego i prawego oka używa się światła o różnej polaryzacji. Polaryzacja jest cechą (jednym z parametrów) fali świetlnej. W dużym uproszczeniu można powiedzieć, że określa sposób drgania fali. Spolaryzowaną falą świetlną można łatwo sterować, przepuszczając ją przez filtry polaryzacyjne. Tak jak w przypadku filtrów barwnych, które przepuszczają wyłącznie światło w swoim kolorze, filtry polaryzacyjne mogą przepuszczać wyłącznie falę spolaryzowaną, np. kołowo lub liniowo. W praktyce wykorzystuje się polaryzację kołową – prawoskrętną dla jednego oka i lewoskrętną dla oka drugiego.

W okularach widza znajdują się filtry polaryzacyjne – lewoskrętny w jednym i prawoskrętny w drugim oku. Okulary są pasywne – nie wymagają zasilania. Obrazy dla prawego i lewego oka są wyświetlane na ekranie równocześnie – znika wymóg wysokiego odświeżania obrazu z metody migawkowej. Ekran musi być jednak wyposażony w specjalną warstwę polaryzującą światło. Nie jest możliwe wykorzystanie zwykłego telewizora lub rzutnika.

W pierwszych filmach 3D sposobem na zróżnicowanie obrazu dla prawego i lewego oka był kolor. Jeden z obrazów otrzymuje odcień czerwony, a drugi zielony, a widz zakłada okulary ze szkłami w dwóch kolorach. Ta metoda wprowadza ogromne przekłamania w kolorystyce obrazu, ale jej modyfikacje są wciąż z powodzeniem wykorzystywane. Na przykład w rozwiązaniu Dolby 3D specjalne filtry barwne filtrują każdy z kolorów widzianych przez ludzkie oko – czerwony, zielony i niebieski. Obraz dla oka lewego składa się z innych fal niż obraz dla oka prawego. Dzięki okularom z filtrami barwnymi jedno oko widzi tylko jeden z obrazów. Zachowana jest przy tym poprawna kolorystyka.

Wykorzystanie peceta to najprostszy sposób, aby sprawdzić, co w 3D piszczy. Za 650 zł kupisz zestaw 3D Vision firmy Nvidia składający się z okularów migawkowych oraz podłączanego przez USB nadajnika do synchronizacji migawki okularów z obrazem. Urządzenie działa tylko w komputerach wykorzystujących karty graficzne Nvidia. Potrzebny jest także monitor, telewizor lub projektor pozwalający wyświetlać obraz z częstotliwością 120 Hz. W polskich sklepach znajdziesz kilka urządzeń spełniających ten wymóg, np. monitor Samsung SyncMaster 2233RZ za około 1250 zł lub rzutnik Acer X1261 za około 2100 zł. Ciekawym rozwiązaniem jest laptop Asus G51 J 3D z ekranem 120 Hz sprzedawany w zestawie z Nvidia 3D Vision za około 5,5 tys. zł.

Po podłączeniu nadajnika do komputera i zainstalowaniu dołączonego oprogramowania możesz uruchamiać gry w trybie 3D oraz oglądać specjalnie przygotowane zdjęcia i filmy, dostarczone przez Nvidię. Filmów 3D jest niewiele, dlatego pozostają gry. Ich lista obejmuje najnowsze tytuły włącznie ze stworzoną na podstawie filmu grą Avatar. Gry podzielono według jakości efektu 3D – wśród polecanych przez Nvidię tytułów znalazła się gra akcji Batman Arkham Asylum. Niestety, aby obraz 3D wyświetlany był bez błędów, konieczne jest wyłączenie niektórych efektów graficznych, m.in. cieni, co negatywnie odbija się na jakości grafiki.

Obrazem 3D nie mogą się na razie cieszyć posiadacze kart graficznych ATI. AMD zleciło firmom zewnętrznym stworzenie systemu analogicznego do Nvidia 3D Vision, działającego na kartach Radeon. Powstaną dwa rozwiązania: wykorzystujące technikę migawkową oraz polaryzacyjną.

Zaprezentowane na CES komercyjne telewizory 3D firm LG (Infinia LE9500), Samsung (LED9000) i Sony (LX900) wykorzystują technikę migawkową. Wszystkie pracują z częstotliwością 200 Hz. Podczas targów producenci poskąpili informacji o cenach nowych urządzeń. Z pewnością nie będą one niskie, szczególnie że zapowiedziane na CES modele telewizorów należały do urządzeń o dużych przekątnych ekranu – od 50 cali wzwyż. Telewizory w pierwszej kolejności trafią na rynki Japonii i USA, ale i do Polski zostaną wprowadzone jeszcze w tym półroczu.

Konkurencyjna technika polaryzacyjna jest w komercyjnych telewizorach nieobecna, ale odpowiedzialna za nią firma RealD podpisała już umowy na implementację rozwiązania w urządzeniach Toshiby, Samsunga, Panasonic i Sony.

Mała dostępność telewizorów 3D w Europie i Polsce nie powinna martwić – nie ma jeszcze komercyjnych filmów, które pozwolą cieszyć się przestrzennym obrazem. Pierwszy kanał telewizji 3D (Discovery) zostanie uruchomiony w połowie roku, ale tylko w USA. Planowane są także transmisje sportowe w 3D w amerykańskiej stacji sportowej ESPN. W trzech wymiarach dostępne będą m.in. niektóre mecze najbliższego Mundialu w RPA. Za ich realizację odpowiedzialna będzie firma Sony.

Samsung i Toshiba twierdzą, że w ich telewizorach będzie można uzyskać efekt 3D z materiałów płaskich, w tym tradycyjnej telewizji, dzięki automatycznej konwersji z 2D do 3D, ale nie wiadomo na razie, jak ma się to odbywać.

Prędzej niż stacji telewizyjnych nadających w 3D w Polsce oczekiwać można konsolowych gier 3D (obecnie tylko Avatar) i filmów 3D nagranych na płytach blu-ray. Zaprezentowany standard blu-ray 3D zapewni obraz trójwymiarowy w rozdzielczości Full HD przy wykorzystaniu kodeka (MVC) Multiview Video Coding. Obsłużą go nie tylko nowe odtwarzacze blu-ray dostosowane do specyfikacji 3D, ale też wszystkie modele, które pozwalają na aktualizację firmware’u – pod warunkiem, że pozwoli im na to moc obliczeniowa wbudowanego procesora. Ma to szczególne znaczenie w przypadku wykorzystania techniki polaryzacyjnej (blu-ray 3D obsługuje także technikę migawkową), w której na ekranie wyświetlane są dwa obrazy równocześnie (dla prawego i lewego oka). Jeśli dotychczas odtwarzacz blu-ray musiał się uporać z jednym obrazem w rozdzielczości Full HD, to w przypadku filmu 3D będzie musiał przetworzyć dwa takie obrazy równocześnie.

Podobnie jak standard blu-ray 3D także najnowsza wersja standardu HDMI – 1.4 jest dostosowana do obydwu technik obrazu przestrzennego – migawkowej i polaryzacyjnej. Dzięki takim rozwiązaniom możliwe będzie współistnienie obydwu technik.