Система активного затвора 3D - Active shutter 3D system

Пара очков с затвором CrystalEyes
Принцип работы 3D систем с активными ставнями

An система активного затвора 3D (a.k.a. альтернативная последовательность кадров, альтернативное изображение, AI, переменное поле, последовательное поле или же метод затмения) - это техника отображения стереоскопический 3D изображения. Он работает, только представляя изображение, предназначенное для левого глаза, при этом 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-очки с затвором»).[1] или "очки с активным затвором"[2]). Стекло каждого глаза содержит жидкокристаллический слой, который имеет свойство становиться непрозрачным при Напряжение применяется, в противном случае прозрачный. Очки управляются синхронизирующим сигналом, который позволяет очкам поочередно блокировать один глаз, а затем другой, синхронно с Частота обновления экрана. Синхронизация по времени с видеооборудованием может быть достигнута через проводной сигнал или по беспроводной сети с помощью инфракрасный или же радиочастота (например. Bluetooth, Канал DLP) передатчик. В исторических системах также использовались вращающиеся диски, например Teleview система.

3D-системы с активными ставнями используются для презентации 3D фильмы в некоторых кинотеатрах, и их можно использовать для показа 3D-изображений на ЭЛТ, плазма, ЖК-дисплей, проекторы и другие виды 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 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

  • В отличие от красный / голубой цветной фильтр (анаглиф) 3D-очки, ЖК-очки с затвором имеют нейтральный цвет, что позволяет просматривать 3D-изображение в полном цветовом спектре, хотя Цветовой код анаглифическая система очень близка к обеспечению полноцветного разрешения.
  • В отличие от Поляризованная 3D-система, 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 мониторы; некоторые современные плоская панель Мониторы теперь поддерживают достаточно высокую частоту обновления для работы с некоторыми системами жалюзи LC.[4] Многие проекторы, особенно DLP, сразу поддерживают 3D.
  • Очки с ЖК-затвором половину времени не пропускают свет; кроме того, они немного темные даже при пропускании света, потому что они поляризованный. Это дает эффект, аналогичный просмотру телевизора в солнцезащитных очках, из-за чего зритель воспринимает более темное изображение. Однако этот эффект может вызвать более сильное восприятие. контрастность дисплея в паре с ЖК-дисплеями из-за уменьшения утечка 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 перекрестные помехи из-за того, что пиксели ЖК-панелей иногда не могут полностью переключиться, например, с черного на белый, за время, которое отделяет 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.
  • Частота кадров должна быть вдвое выше, чем у не-3D, анаглифических или поляризованные 3D-системы чтобы получить эквивалентный результат. 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.
  • 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]
  • Чередование 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 демонстрируют эту проблему чаще, чем плазменные и DLP-дисплеи из-за более медленной время отклика пикселя. ЖК-дисплеи со стробоскопической подсветкой,[7] такие как LightBoost от nVidia,[8] уменьшить 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 г. Panasonic Corporation, вместе с XPAND 3D, сформулировали M-3DI Стандарт, цель которого - обеспечить совместимость и стандартизацию затворных стекол LC в масштабах отрасли. Это движение направлено на обеспечение совместимости производителей 3D-телевизоров, компьютеров, ноутбуков, домашних проекторов и кинотеатров со стандартизованными ЖК-очками с затвором, которые будут без проблем работать со всем 3D-оборудованием. Текущий стандарт - 3D-очки Full HD.[9]

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 в собственном наборе производителя. частота 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]

График

Принцип был публично дебютирован на удивление рано. В 1922 г. Teleview Система 3-D была установлена ​​в единственном кинотеатре в Нью-Йорке. Было показано несколько короткометражных фильмов и один полнометражный фильм с помощью 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 Компьютерная корпорация Эванс и Сазерленд в середине 1970-х гг. В прототипе ЖК-дисплеи крепились к небольшой картонной коробке с помощью изоленты. Очки никогда не продавались из-за привидение, но E&S очень рано начала применять сторонние очки, такие как СтереоГрафика CrystalEyes в середине 1980-х гг.

В 1985 году 3D VHD в Японии стали доступны плееры таких производителей, как Victor (JVC ), Национальный (Panasonic ), и Острый. Были доступны и другие устройства для кассет VHS с последовательной передачей данных, включая Realeyes 3D. Было предоставлено несколько комплектов 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

Основная статья: Стереоскопическая видеоигра
Смотрите также: Список стереоскопических видеоигр
3D-очки SegaScope, выпущен в 1987 г.
Система Famicom 3D, выпущен в 1987 году только для Японии

Метод чередования кадров можно использовать для рендеринга современных 3D-игр в истинное 3D, хотя аналогичный метод с использованием альтернативных полей использовался для создания трехмерной иллюзии на консолях столь же старых, как Мастер Система и Семейный компьютер. 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 г. Sega с аркада видео игра SubRoc-3D поставляется со специальным окуляром 3D,[12] который представлял собой программу просмотра с вращающимися дисками для чередования левого и правого изображения для глаза игрока с одного монитора.[13] 3D-система с активным затвором в игре была разработана Sega совместно с Мацусита (сейчас Панасоник).[14]

В 1984 г. Милтон Брэдли выпустила 3D Imager, примитивную форму очков с активным затвором, в которых использовался моторизованный вращающийся диск с прозрачными пленками в качестве физических затворов, для Vectrex. Несмотря на то, что они были громоздкими и грубыми, они использовали тот же основной принцип, что и современные очки с активным затвором - быстро меняющиеся изображения.

Sega выпустила SegaScope 3-D для Мастер Система в 1987 году, когда это было первое известное электронное устройство, в котором использовались ЖК-очки с активным затвором. Было выпущено всего восемь 3D-совместимых игр. Nintendo с Famicom также показал аналогичный Система Famicom 3D, которая представляла собой гарнитуру с ЖК-дисплеем, выпущенную в 1987 году только для Японии.

В 1993 г. Пионер выпустил LaserActive система, 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 который работал с приложениями и играми, написанными для Direct3D и OpenGL 3D графика API. Эти комплекты работали только с компьютерными дисплеями с ЭЛТ и использовали либо Сквозной VGA, VESA Stereo или собственный интерфейс для лево-правой синхронизации.

Наиболее ярким примером являются очки ELSA Revelator, которые работали исключительно с картами Nvidia через собственный интерфейс на основе VESA Stereo. Позже Nvidia купила эту технологию и использовала ее в своих стерео драйвер для Windows.

Наборы очков поставлялись с программным драйвером, который перехватывал вызовы API и эффективно рендерил два представления последовательно; этот метод требовал вдвое большей производительности от Графическая карта, поэтому требовалось устройство высокого класса. Визуальные сбои были обычным явлением, как и многие 3D игровые движки полагался на 2D-эффекты, которые были визуализированы на неправильной глубине, что дезориентировало зрителя. Очень немногие ЭЛТ-дисплеи могли поддерживать частоту 120 Гц. Частота обновления при обычных игровых разрешениях того времени, поэтому для изображения без мерцания требовался высококачественный ЭЛТ-дисплей; 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 высокий 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 был комплект стерео 3D-очков с затвором для Sony PlayStation 2 выпущен в 2005 г .; 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 "покачивание стереоскопии Эффекту дополнительно способствуют линзы с ЖК-затвором, которые работают синхронно с этими движениями.[15] Комплект прибыл слишком поздно в производственном цикле консоли, когда он был фактически заменен на PlayStation 3, и поддерживалось лишь несколько игр, поэтому геймеры практически не обращали на это внимания.[16]

На базе USB Nvidia 3D Vision Комплект, 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, такие как Unipolar International Limited, Accupix Co., Ltd, Panasonic, Samsung, и Sony.

В M-3DI Стандарт, объявленный Panasonic Corporation вместе с XPAND 3D в марте 2011 г. направлена ​​на обеспечение совместимости и стандартизации в масштабах всей отрасли Очки с затвором LC (активные).

Samsung разработала активные 3D-очки весом 2 унции (57 г), в которых используются линзы и оправы, впервые разработанные компанией Силуэт, который создает очки для НАСА.[18]

Nvidia делает 3D видение комплект 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

В 2007 году компания Texas Instruments представила стерео 3D. DLP решения для своих OEM-производителей,[19] Затем Samsung и Mitsubishi представили первые DLP-телевизоры с поддержкой 3D, а позже появились DLP-3D-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 SmoothPicture колебание алгоритм и опирается на свойства современных DMD-изображений 1080p60. Он эффективно сжимает два вида L / R в один кадр с помощью шахматная доска шаблон, требующий 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 полный пиксель колебание 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. 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 соответствующие пиксели на «белые» квадраты.[20][21]

Затем генерируется сигнал синхронизации, чтобы синхронизировать обновление экрана с очками с ЖК-затвором, которые носил зритель, с использованием запатентованного механизма Texas Instruments, называемого DLP Link. DLP Link поддерживает синхронизацию, вставляя быстро мигающие белые рамки во время отображения на экране. интервал гашения, которые улавливаются затворными ЖК-очками.[22]

Плазменный телевизор

Панели плазменных дисплеев тоже по своей сути высокоскоростные устройства, так как они используют широтно-импульсная модуляция 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 рисунков 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) создала прототип "системы плазменного кинотеатра 3D Full-HD" на выставке CES 2008. Система представляет собой комбинацию 103-дюймового Плазменный телевизор, проигрыватель дисков Blu-ray и затворные очки. Новая система передает чересстрочные изображения 1080i60 для правого и левого глаза, а видео сохраняется на 50-гигабайтном Blu-ray с использованием сжатия MPEG-4 AVC / H.264. Кодирование видео с несколькими экранами расширение.

ЖК-дисплей

Раньше ЖК-дисплеи не очень подходили для стереоскопического 3D из-за медленной время отклика пикселя. 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 120 Гц отображается в течение полной 1/120 секунды (8,33 миллисекунды) из-за выборка и хранение независимо от того, как быстро ЖК-экран может выполнять переходы пикселей. В последнее время появилась возможность скрыть пиксельные переходы от видимости с помощью технологии стробоскопической подсветки, отключив подсветку между обновлениями,[23] для уменьшения перекрестных помех. В более новых ЖК-телевизорах, включая высококачественные 3D-телевизоры Sony и Samsung, теперь используется стробированная подсветка или же сканирование подсветки уменьшить 3D перекрестные помехи во время работы затворных очков.

Лечебная перемежающаяся окклюзия

Основная статья: Тренировка с чередованием окклюзии

В зрительная терапия из амблиопия и прерывистой центральной подавление, жидкокристаллические устройства использовались 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 поочередно использовать оба глаза, как повязка на глаза, но быстро меняющиеся во времени. Цель состоит в том, чтобы обойти тенденцию пациента подавлять поле зрения более слабого глаза и тренировать способность пациента к бинокулярное зрение. Очки в основном имеют гораздо более низкую частоту мерцания, чем более известные 3D-очки с активным затвором.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Очки с ЖК-затвором обеспечивают трехмерное отображение для моделирования полета», Журнал информационных дисплеев, Vol. 2, Issue 9, сентябрь 1986 г.
  2. ^ «Технология активного затвора 3D для HDTV», PhysOrg, 25 сентября 2009 г.
  3. ^ Исследование: активные 3D-телевизоры, гарантия Full HD 3D? Digitalversus.com. 5 декабря 2011. (Архивировано)
  4. ^ [1] В архиве 16 мая 2009 г. Wayback Machine
  5. ^ Универсальное 3D-затворное стекло В архиве 26 августа 2010 г. Wayback Machine.
  6. ^ Перекрестные помехи 3D при работе затворных очков
  7. ^ Высокоскоростное видео nVidia LightBoost, иллюстрирующее действие стробоскопической подсветки
  8. ^ Подсветка nVidia LightBoost
  9. ^ [2]
  10. ^ HDfury В архиве 2013-06-04 в Wayback Machine (загружено 25 июля 2013 г.)
  11. ^ XPAND В архиве 2013-07-28 в Wayback Machine (загружено 25 июля 2013 г.)
  12. ^ SubRoc-3D на Убийственный список видеоигр
  13. ^ Бернар Перрон и Марк Дж. П. Вольф (2008), Читатель теории видеоигр второй, п. 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. Получено 2011-03-30.
  16. ^ «Адаптер 3D Eye FX от SplitFish. Обзор / предварительная версия для PlayStation 2 (PS2)». Cheatcc.com. Получено 2011-03-30.
  17. ^ «Лучшее еще впереди: 3D-технологии продолжают развиваться и завоевывать одобрение аудитории» В архиве 2012-02-19 в 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. Получено 2011-03-30.
  20. ^ Вудс, Эндрю. «половина пикселей отображается на первых суб3-D дисплеях в доме» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2011-04-09.
  21. ^ "Что на HDTV ?: Взгляд на DLP, № 3". Whatsonhdtv.blogspot.com. 2005-07-26. Получено 2011-03-30.
  22. ^ "DLP Link". Инструменты Техаса.
  23. ^ Статья AnandTech, в которой упоминается технология стробоскопической подсветки LightBoost

внешняя ссылка