Автостереоскопия - Википедия - Autostereoscopy

Автостереоскопия
New Nintendo 3DS.png
В Nintendo 3DS использует автостереоскопию с параллаксным барьером для отображения трехмерного изображения.
Тип процессаСпособ отображения стереоскопический изображений
Промышленный сектор (ы)3D-изображения
Основные технологии или подпроцессыТехнология отображения
ИзобретательРейнхард Бурнер
Год изобретения1985
Разработчики)Институт Генриха Герца

Автостереоскопия любой метод отображения стереоскопический изображения (добавление бинокль восприятие глубины 3D) без использования специального головного убора или очков со стороны зрителя. Поскольку головной убор не требуется, его также называют "3D без очков" или же "без очков 3D". В настоящее время существует два широких подхода, используемых 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 технологии автостереоскопических дисплеев включают линзовидная линза, параллакс барьер, объемный дисплей, голографический и световое поле отображает.

Технологии

Многие организации разработали автостереоскопические 3D-дисплеи, начиная от экспериментальных дисплеев на факультетах университетов и заканчивая коммерческой продукцией, а также с использованием ряда различных технологий.[2]Метод создания автостереоскопических плоскопанельных видеодисплеев с использованием линз был в основном разработан в 1985 году Райнхардом Бёрнером в Институт Генриха Герца (HHI) в Берлине.[3]Прототипы дисплеев для одного зрителя были представлены уже в 1990-х годах. 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, достигнутый отслеживание глаз система и бесшовная механическая регулировка линз.Отслеживание глаз использовался 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 большинство плоских дисплеев используют линзовидные линзы или же параллакс барьеры 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, что позволяет нескольким пользователям одновременно просматривать изображение, хотя они могут также иметь мертвые зоны, где только нестереоскопические или нестереоскопические изображения. псевдоскопический изображение можно увидеть, если оно вообще есть.

Параллакс барьер

Сравнение параллакс-барьер и линзовидный автостереоскопические дисплеи. Примечание: рисунок не в масштабе.
Основная статья: Параллакс 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 опубликовал его первым, но не дал практических результатов.[5] и по Фредерик Э. Айвс, который сделал и продемонстрировал первое известное функциональное автостереоскопическое изображение в 1901 году.[6] Примерно два года спустя Айвс начал продавать образцы изображений в качестве новинок, что стало первым известным коммерческим использованием.

В начале 2000-х гг. Острый разработала приложение для электронных плоских панелей этой старой технологии к коммерциализации, на короткое время продав два ноутбука с единственными в мире 3D ЖК-экранами.[7] Эти дисплеи больше не поставляются Sharp, но все еще производятся и дорабатываются другими компаниями. Аналогичным образом Hitachi выпустила первый 3D-мобильный телефон для японского рынка, распространяемый KDDI.[8][9] В 2009 году Fujifilm выпустила FinePix Настоящее 3D W1 цифровая камера, которая оснащена встроенным автостереоскопическим ЖК-дисплеем с диагональю 2,8 дюйма (71 мм). В Nintendo 3DS игровая приставка семья использует барьер параллакса для трехмерных изображений; в более новой версии Новая Nintendo 3DS, это сочетается с системой отслеживания взгляда.

Интегральная фотография и линзовидные массивы

Основные статьи: Интегральная визуализация и Линзовидная линза

Принцип интегральной фотографии, который использует двумерный (X-Y) массив из множества маленьких линз для захвата трехмерной сцены, был введен Габриэль Липпманн в 1908 г.[10][11] Интегральная фотография способна создавать автостереоскопические дисплеи в виде окон, которые воспроизводят объекты и сцены в натуральную величину, с полным параллаксом и сдвигом перспективы и даже с признаком глубины проживание, но для полной реализации этого потенциала требуется очень большое количество очень маленьких высококачественных оптических систем и очень широкая полоса пропускания. Пока что созданы только относительно грубые фото- и видео-реализации.

Одномерные массивы цилиндрические линзы были запатентованы Вальтером Гессом в 1912 году.[12] Заменив пары линий и пробелов в простом барьере параллакса крошечными цилиндрическими линзами, Гесс избежал потери света, которая затемняла изображения, просматриваемые в проходящем свете, и делала отпечатки на бумаге неприемлемо темными.[13] Дополнительным преимуществом является то, что положение наблюдателя менее ограничено, поскольку замена линз геометрически эквивалентна сужению промежутков 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 произвел свой WOWvx линия до 2009 г., до 2160p (разрешение 3840 × 2160 пикселей) с 46 углами обзора.[15] Ленни Липтон Компания StereoGraphics создала дисплеи, основанные на той же идее, ссылаясь на гораздо более ранний патент на наклонные линзы. Также были задействованы Magnetic3d и Zero Creative.[16]

Компрессионные дисплеи светового поля

Благодаря быстрому развитию оптических технологий, мощности цифровой обработки и вычислительных моделей человеческого восприятия появляется новое поколение технологий отображения: сжимающие световое поле отображает. Эти архитектуры исследуют совместное проектирование оптических элементов и вычислений сжатия, принимая во внимание определенные характеристики зрительной системы человека. Компрессионные дисплеи включают двойные[17] и многослойный[18][19][20] устройства, которые управляются такими алгоритмами, как компьютерная томография и Неотрицательная матричная факторизация и неотрицательный тензор факторизация.

Автостереоскопическое создание и преобразование контента

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

Другой

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 разработал голографический отображение 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 истинный объем пространства, и интегральная визуализация, в котором используется массив линз типа «мухи глаз».

Период, термин автомультикопический отображать недавно был введен как сокращенный синоним длинного "автостереоскопического 3D-дисплея с несколькими ракурсами",[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, что удвоило бы 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

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, таким образом, не способны воспроизводить ощущение параллакса движения, за исключением одного зрителя в системах, способных отслеживание глаз.

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.

Рекомендации

  1. ^ Доджсон, Н.А. (август 2005 г.). «Автостереоскопические 3D-дисплеи». IEEE Computer. 38 (8): 31–36. Дои:10.1109 / MC.2005.252. ISSN  0018-9162. S2CID  34507707.
  2. ^ Холлиман, Н. (2006). Системы трехмерного отображения (PDF). ISBN  0-7503-0646-7. Архивировано из оригинал (PDF) на 2010-07-04. Получено 2010-03-30.
  3. ^ Бурнер Р. (1985). «3D-Билдпроекция в Линзенрастерширмен» (на немецком). Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  4. ^ Ежемесячный отчет об электронных играх, выпуск 93 (апрель 1997 г.), стр. 22
  5. ^ Бертье, Огюст. (16 и 23 мая 1896 г.). «Стереоскопические изображения большого формата» (на французском языке). Космос 34 (590, 591): 205–210, 227–233 (см. 229–231).
  6. ^ Айвз, Фредерик Э. (1902). "Новая стереограмма". Журнал Института Франклина. 153: 51–52. Дои:10.1016 / S0016-0032 (02) 90195-X. Перепечатано в «Избранных статьях на трехмерных дисплеях» Бентона.
  7. ^ «Переключаемые 2D / 3D дисплеи» (PDF). Четкая белая бумага. В архиве (PDF) с оригинала 30 мая 2008 г.. Получено 2008-06-19.
  8. ^ «Wooo ケ ー タ イ H001 - 2009 - カ イ - au by KDDI». Au.kddi.com. Архивировано из оригинал на 2010-05-04. Получено 2010-06-15.
  9. ^ «Hitachi представляет 3,1-дюймовый 3D-дисплей IPS». News.softpedia.com. 2010-04-12. Получено 2010-06-15.
  10. ^ Липпманн, Г. (2 марта 1908 г.). "Épreuves réversibles. Фотографии intégrales". Comptes Rendus de l'Académie des Sciences. 146 (9): 446–451. Bibcode:1908БСБА ... 13А.245Д. Перепечатано в «Избранных статьях на трехмерных дисплеях» Бентона.
  11. ^ Фредо Дюран; MIT CSAIL. «Реверсивные принты. Цельные фотографии» (PDF). Получено 2011-02-17. (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" , подана 1 июня 1912 г., запатентована 16 февраля 1915 г. Гесс подал несколько аналогичных патентных заявок в Европе в 1911 и 1912 гг., в результате чего в 1912 и 1913 гг. 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 Беркель, Сис (1997). Фишер, Скотт С; Мерритт, Джон О; Болас, Марк Т (ред.). «Характеристика и оптимизация конструкции модуля 3D-LCD». Proc. SPIE. Стереоскопические дисплеи и системы виртуальной реальности IV. 3012: 179–186. Bibcode:1997SPIE.3012..179V. Дои:10.1117/12.274456. S2CID  62223285.
  15. ^ Фермосо, Хосе (2008-10-01). «3D HDTV Philips может разрушить континуум пространства-времени, кошельки - лаборатория гаджетов». Wired.com. В архиве из оригинала от 3 июня 2010 г.. Получено 2010-06-15.
  16. ^ «3D-дисплеи xyZ - Автостереоскопический 3D-телевизор - 3D-ЖК-экран - 3D-плазма - 3D без очков». Xyz3d.tv. Архивировано из оригинал на 2010-04-20. Получено 2010-06-15.
  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 | журнал = (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 | журнал = (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 | журнал = (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 | журнал = (помощь)
  21. ^ Чиннок, Крис (11 апреля 2014 г.). «NAB 2014 - Dolby 3D Details Partnership со Stereolabs». Центральный дисплей. Архивировано из оригинал 23 апреля 2014 г.. Получено 19 июля, 2016.
  22. ^ «Автостерео выход Viva3D для 3D-мониторов без очков». ViewPoint 3D. Получено 19 июля, 2016.
  23. ^ Робин С. Колклаф. «Viva3D Real-time Stereo Vision: преобразование стерео и определение глубины со смешанной 3D-графикой» (PDF). ViewPoint 3D. Получено 19 июля, 2016.
  24. ^ Смит, Том (14.06.2002). «Обзор: Dimension Technologies 2015XLS». BlueSmoke. Архивировано из оригинал 1 мая 2011 г.. Получено 25 марта 2010.
  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 (Твердая обложка). 2. Нью-Йорк: Wiley & Sons. С. 1327–1344. ISBN  978-0-471-33276-3.
  26. ^ Оошита, Джуничи (2007-10-25). «SeeReal Technologies представляет голографический 3D-видеодисплей, дебютирующий на рынке в 2009 году». TechOn!. Получено 23 марта 2010.
  27. ^ ООО «CubicVue: i-этап». I-stage.ce.org. 1999-02-22. Получено 2010-06-15.
  28. ^ Нагреватель, Брайан (2010-03-23). «Nintendo заявляет, что DS следующего поколения добавит 3D-дисплей». Журнал ПК.
  29. ^ Томас Акенин-Моллер, Томас (2006). Техника рендеринга 2006. А. К. Петерс, ООО 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. Получено 2012-03-04.
  32. ^ Dodgson, N.A .; Мур, Дж. Р .; Ланг, С. Р. (1999). "Многоканальный автостереоскопический 3D-дисплей". IEEE Computer. 38 (8): 31–36. CiteSeerX  10.1.1.42.7623. Дои:10.1109 / MC.2005.252. ISSN  0018-9162. S2CID  34507707.

внешняя ссылка