Стерео дисплей - Stereo display
А стерео дисплей (также 3D дисплей) это устройство отображения способный передавать восприятие глубины к зрителю посредством стереопсис за бинокулярное зрение.
Типы - стереоскопия против 3D
Базовая техника стерео Дисплеи предназначены для представления смещенных изображений, которые отображаются отдельно для левого и правого глаза. Оба этих двухмерных офсетных изображения затем объединяются в мозгу, чтобы получить восприятие глубины 3D. Хотя термин «3D» используется повсеместно, важно отметить, что представление двойных 2D-изображений заметно отличается от отображения изображения в три полных измерения. Наиболее заметным отличием от реальных 3D-дисплеев является то, что голова наблюдателя и движения глаз не увеличивает информацию об отображаемых трехмерных объектах. Например, голографические дисплеи таких ограничений нет. Подобно тому, как при воспроизведении звука невозможно воссоздать полное трехмерное звуковое поле только с помощью двух стереофонических динамиков, это также является преувеличением возможности называть двойные 2D-изображения «3D». Точный термин «стереоскопический» является более громоздким, чем обычный некорректным «3D», который был закрепились после многих десятилетий непререкаемым злоупотребления. Следует отметить, что хотя большинство стереоскопических дисплеев не квалифицируются как настоящие 3D-дисплеи, все настоящие 3D-дисплеи также являются стереоскопическими дисплеями, поскольку они также соответствуют более низким критериям.
Стерео дисплеи
На основе принципов стереопсис, описанный Сэр Чарльз Уитстон в 1830-х годах стереоскопическая технология обеспечивала различное изображение для левого и правого глаза зрителя. Ниже приведены некоторые технические детали и методики, используемые в некоторых из наиболее известных стереоскопических систем, которые были разработаны.
Параллельные изображения
Традиционная стереоскопическая фотография состоит из создания трехмерной иллюзии, исходя из пары двухмерных изображений: стереограмма. Самый простой способ улучшить восприятие глубины в мозгу - предоставить глазам зрителя два разных изображения, представляющих два перспективы одного и того же объекта с небольшим отклонением, точно равным перспективам, которые оба глаза естественно получают в бинокулярное зрение.
Если нужно избежать утомления глаз и искажения, каждое из двух 2D-изображений предпочтительно должно быть представлено каждому глазу зрителя, чтобы любой объект на бесконечном расстоянии, видимый зрителем, должен был восприниматься этим глазом, когда он ориентирован прямо вперед, глаза зрителя не пересекаются и не расходятся. Если изображение не содержит объектов на бесконечном расстоянии, таких как горизонт или облако, изображения должны быть расположены соответственно ближе друг к другу.
Метод «бок о бок» создать чрезвычайно просто, но просмотр без оптических средств может быть затруднен или неудобен.
Стереоскоп и стереографические карты
Стереоскоп - это устройство для просмотра стереографических карточек, которые представляют собой карточки, содержащие два отдельных изображения, которые печатаются бок о бок, чтобы создать иллюзию трехмерного изображения.
Зрители прозрачности
Пары стереоизображений, напечатанных на прозрачной основе, просматриваются в проходящем свете. Одним из преимуществ прозрачного просмотра является возможность более широкого, более реалистичного динамический диапазон чем практично с принтами на непрозрачной основе; другое в том, что шире поле зрения могут быть представлены, поскольку изображения, освещаемые сзади, могут быть расположены намного ближе к линзам.
Практика просмотра стереоскопических диапозитивов на пленке появилась как минимум еще в 1931 году, когда Tru-Vue начали продавать наборы стереозвуков на полосах 35 мм пленка которые подавались через ручной Бакелит зритель. В 1939 году был разработан модифицированный и уменьшенный вариант этой технологии, в котором использовались картонные диски, содержащие семь пар небольших Кодахром цветные пленки, были представлены как View-Master.
Головные дисплеи
Пользователь обычно носит шлем или очки с двумя маленькими ЖК-дисплей или же OLED дисплеи с увеличительными линзами, по одной на каждый глаз. Технология может использоваться для показа стереофильмов, изображений или игр. Монтируемые на голову дисплеи также могут быть соединены с устройствами слежения за головой, что позволяет пользователю «осматривать» виртуальный мир, двигая головой, что устраняет необходимость в отдельном контроллере.
Благодаря быстрому развитию компьютерной графики и продолжающейся миниатюризации видео и другого оборудования эти устройства начинают становиться доступными по более разумной цене. Очки с креплением на голову или носимые очки могут использоваться для просмотра прозрачного изображения, накладываемого на реальный мир, создавая то, что называется дополненная реальность. Это достигается путем отражения видеоизображения через частично отражающие зеркала. Реальный мир можно увидеть через частичное зеркало.
Недавние разработки в области голографических волноводов или «оптики на основе волноводов» позволяют накладывать стереоскопические изображения на реальный мир без использования громоздких отражающих зеркал.[1][2]
Налобные проекционные дисплеи
Головные проекционные дисплеи (HMPD) аналогичны налобным дисплеям, но с изображениями, проецируемыми и отображаемыми на световозвращающий экран, Преимущество этой технологии перед головным дисплеем в том, что фокусировка и вершина проблемы не требовали исправления корректирующими линзами. Для генерации изображений, Пикопроекторы используются вместо ЖК-дисплей или же OLED экраны.[3][4]
Анаглиф
В анаглифе два изображения наложенный в аддитивный свет настройка через два фильтра, красный и голубой. В вычитающий свет настройки, два изображения печатаются в одном дополнительные цвета на белой бумаге. Очки с цветными фильтрами в каждом глазу отделяют соответствующее изображение, убирая цвет фильтра и делая дополнительный цвет черным. Компенсирующая техника, широко известная как анахром, использует немного более прозрачный голубой фильтр в запатентованных очках, связанных с этой техникой. Процесс изменяет конфигурацию типичного анаглифического изображения, чтобы параллакс.
Альтернативой обычной красно-голубой системе фильтров анаглифа является ColorCode 3-D, запатентованная анаглифическая система, которая была изобретена для представления анаглифического изображения в сочетании с телевизионным стандартом NTSC, в котором часто нарушается красный канал. ColorCode использует дополнительные цвета на экране - желтый и синий, а цвета линз очков - янтарный и темно-синий.
Системы поляризации
Чтобы представить стереоскопическое изображение, два изображения проецируются на один и тот же экран через разные поляризационные фильтры. Зритель носит очки, которые также содержат пару поляризационных фильтров, ориентированных по-разному (по часовой стрелке / против часовой стрелки с круговой поляризацией или под углом 90 градусов, обычно 45 и 135 градусов,[5] с линейной поляризацией). Поскольку каждый фильтр пропускает только свет с одинаковой поляризацией и блокирует свет с разной поляризацией, каждый глаз видит разное изображение. Это используется для создания трехмерного эффекта, проецируя одну и ту же сцену на оба глаза, но изображенную с немного разных точек зрения. Кроме того, поскольку обе линзы имеют одинаковый цвет, люди с одним доминирующим глазом, когда один глаз используется больше, могут правильно видеть цвета, что ранее сводилось на нет разделением двух цветов.
Круговая поляризация имеет преимущество перед линейной поляризацией в том, что зрителю не нужно держать голову вертикально и совмещать с экраном, чтобы поляризация работала правильно. При линейной поляризации поворот очков на бок приводит к нарушению совмещения фильтров с экранными фильтрами, в результате чего изображение исчезает, и каждому глазу легче видеть противоположный кадр. Для круговой поляризации эффект поляризации работает независимо от того, как голова зрителя совмещена с экраном, например, наклонена в сторону или даже вверх ногами. Левый глаз по-прежнему будет видеть только предназначенное для него изображение, и наоборот, без выцветания или перекрестных помех.
Поляризованный свет, отраженный от обычного киноэкрана, обычно теряет большую часть своей поляризации. Так дорого Серебряный экран или же алюминированный экран с незначительными поляризационными потерями. Все типы поляризации приводят к затемнению отображаемого изображения и снижению контрастности по сравнению с изображениями без 3D. Свет от ламп обычно излучается в виде случайного набора поляризаций, тогда как поляризационный фильтр пропускает только часть света. В результате изображение на экране темнее. Это затемнение можно компенсировать, увеличив яркость источника света проектора. Если начальный поляризационный фильтр вставлен между лампой и элементом формирования изображения, интенсивность света, падающего на элемент изображения, не будет выше нормальной без поляризационного фильтра, и это не повлияет на общий контраст изображения, передаваемого на экран.
Eclipse метод
При использовании метода затмения затвор блокирует свет от каждого соответствующего глаза, когда изображение обратного глаза проецируется на экран. На дисплее попеременно отображаются левое и правое изображения, а также открываются и закрываются жалюзи очков или средства просмотра синхронно с изображениями на экране. Это было основой Teleview система, которая недолго использовалась в 1922 году.[6][7]
Вариант метода затмения используется в Очки с ЖК-дисплеем. Очки, содержащие жидкокристаллический которые пропускают свет синхронно с изображениями на экране кино, телевидения или компьютера, используя концепцию чередование кадров. Это метод, используемый nVidia, XpanD 3D, и ранее IMAX системы. Недостатком этого метода является необходимость для каждого смотрящего носить дорогие электронные очки, которые необходимо синхронизировать с системой отображения с помощью беспроводного сигнала или подключенного провода. Очки-затворы тяжелее большинства поляризованных очков, хотя более легкие модели не тяжелее некоторых солнцезащитных очков или роскошных поляризованных очков.[8] Однако этим системам не требуется серебряный экран для проецируемых изображений.
Световые клапаны на жидких кристаллах работают за счет вращения света между двумя поляризационными фильтрами. Из-за этих внутренних поляризаторов затворные ЖК-очки затемняют изображение на ЖК-дисплее, плазменном экране или источнике изображения проектора, в результате чего изображения кажутся более тусклыми, а контрастность ниже, чем при обычном просмотре без 3D. Это не обязательно проблема использования; для некоторых типов дисплеев, которые и так очень яркие с плохим сероватым уровни черного, ЖК-очки с затвором могут действительно улучшить качество изображения.
Технология фильтрации помех
Dolby 3D использует определенные длины волн красного, зеленого и синего цветов для правого глаза и разные длины волн красного, зеленого и синего цветов для левого глаза. Очки, которые фильтруют очень определенные длины волн, позволяют владельцу видеть трехмерное изображение. Эта технология устраняет дорогостоящие серебряные экраны требуется для поляризованных систем, таких как RealD, которая является наиболее распространенной системой отображения 3D в кинотеатрах. Однако для этого требуются гораздо более дорогие очки, чем для поляризованных систем. Он также известен как спектральная гребенчатая фильтрация или же визуализация мультиплексирования по длинам волн
Недавно представленная Omega 3D /Panavision 3D Система также использует эту технологию, но с более широким спектром и большим количеством «зубцов» к «гребенке» (по 5 на каждый глаз в системе Omega / Panavision). Использование большего количества спектральных диапазонов на глаз устраняет необходимость в цветовой обработке изображения, требуемой для системы Dolby. Равномерное разделение видимого спектра между глазами дает зрителю более расслабленное "ощущение", так как световая энергия и цветовой баланс почти 50-50. Как и система Dolby, система Omega может использоваться с белыми или серебряными экранами. Но его можно использовать как с пленочными, так и с цифровыми проекторами, в отличие от фильтров Dolby, которые используются только в цифровой системе с процессором коррекции цвета, предоставляемым Dolby. Система Omega / Panavision также заявляет, что их очки дешевле в производстве, чем те, которые используются Dolby.[9] В июне 2012 года система Omega 3D / Panavision 3D была прекращена компанией DPVO Theatrical, которая продавала ее от имени Panavision, сославшись на «сложные условия мировой экономики и рынка 3D».[нужна цитата ]Несмотря на то, что DPVO прекратил свою деятельность, Omega Optical продолжает продвигать и продавать 3D-системы вне кинотеатров. 3D-система Omega Optical содержит проекционные фильтры и 3D-очки. В дополнение к пассивной стереоскопической системе 3D, Omega Optical выпустила улучшенные анаглифические 3D-очки. В красно-голубых анаглифических очках Omega используются сложные тонкопленочные покрытия из оксидов металлов и высококачественная оптика из отожженного стекла.
Автостереоскопия
В этом методе для просмотра стереоскопического изображения не нужны очки. Линзовидная линза и параллакс барьер Технологии включают наложение двух (или более) изображений на один и тот же лист узкими чередующимися полосами и использование экрана, который либо блокирует одну из полос двух изображений (в случае барьеров параллакса), либо использует одинаково узкие линзы для сгибания полосы изображения и сделать так, чтобы оно заполняло все изображение (в случае линзовидных отпечатков). Для создания стереоскопического эффекта человек должен располагаться так, чтобы один глаз видел одно из двух изображений, а другой - другое. Оптические принципы многоракурсной автостереоскопии известны уже более века.[10]
Оба изображения проецируются на гофрированный экран с высоким коэффициентом усиления, который отражает свет под острыми углами. Чтобы увидеть стереоскопическое изображение, зритель должен сидеть под очень узким углом, почти перпендикулярным экрану, что ограничивает размер аудитории. Лентикулярный был использован для театрализованного представления многочисленных короткометражек в России с 1940 по 1948 год.[11] а в 1946 г. - полнометражный фильм Робинзон Крузо[12]
Хотя его использование в театральных презентациях было довольно ограниченным, лентикулярный широко использовался для множества новинок и даже использовался в любительской 3D-фотографии.[13][14] Недавнее использование включает Fujifilm FinePix Real 3D с автостереоскопический дисплей, выпущенный в 2009 году. Среди других примеров этой технологии - автостереоскопический ЖК-дисплеи на мониторах, ноутбуках, телевизорах, мобильных телефонах и игровых устройствах, таких как Nintendo 3DS.
Другие методы
An автостереограмма это одно изображение стереограмма (SIS), предназначенный для создания визуальная иллюзия трех-размерный (3D) сцена из двухмерного изображения в человеческий мозг. Чтобы понимать 3D-формы на этих автостереограммах, мозг должен преодолеть обычно автоматическую координацию между фокусировка и вершина.
В Эффект Пульфриха это психофизический восприятие в которой боковой движение объекта в поле зрения интерпретируется зрительная кора как имеющий компонент глубины из-за относительной разницы во времени сигнала между двумя глазами.
Призматический очки облегчают перекрестный просмотр, а также позволяют перекрывать / недооценивать, примеры включают Программа просмотра KMQ.
Стереоскопия покачивания представляет собой метод отображения изображений, обеспечивающий быстрое чередование левой и правой сторон стереограммы. Нашел в анимированный гифка форматировать в Интернете.
3D-дисплеи
Реальные 3D-дисплеи отображают изображение в три полных измерения. Наиболее заметным отличием от стереоскопических дисплеев с двумя смещенными 2D-изображениями является то, что движение головы и глаз наблюдателя увеличивает информацию о отображаемых трехмерных объектах.
Объемный дисплей
Объемные дисплеи используют некий физический механизм для отображения точек света в объеме. Такие дисплеи используют воксели вместо пиксели. Объемные дисплеи включают в себя многоплоскостные дисплеи, в которых несколько плоскостей дисплея уложены друг на друга, и дисплеи с вращающейся панелью, когда вращающаяся панель вытягивает объем.
Были разработаны и другие технологии для проецирования световых точек в воздухе над устройством. Инфракрасный лазер фокусируется на месте назначения в космосе, создавая небольшой пузырь плазмы, излучающий видимый свет.
Голографические дисплеи
Голографический дисплей - это технология отображения который может обеспечивать все четыре механизма глаз: бинокулярное неравенство, параллакс движения, проживание и конвергенция. В 3D объекты можно рассматривать без специальных очков и без зрительная усталость будет нанесен человеческим глазам.
В 2013 году компания из Кремниевой долины LEIA Inc начал производство голографические дисплеи хорошо подходит для мобильных устройств (часов, смартфонов или планшетов), использующих разнонаправленную подсветку и позволяющих широко использоватьпараллакс угол зрения, чтобы увидеть 3D контент без очков.[15]
Интегральная визуализация
Интегральная визуализация - это автостереоскопический или же мультископический 3D-дисплей, означающий, что он отображает 3D-изображение без использования специальных очков со стороны зрителя. Это достигается за счет размещения массива микролинзы (аналогично линзовидная линза ) перед изображением, где каждый объектив выглядит по-разному в зависимости от угла обзора. Таким образом, вместо того, чтобы отображать 2D-изображение, которое выглядит одинаково со всех сторон, оно воспроизводит 4D-изображение. световое поле, создавая стереоизображения, показывающие параллакс когда зритель движется.
Компрессионные дисплеи светового поля
Разрабатывается новая технология отображения под названием «сжатое световое поле». В этих прототипах дисплеев используются многослойные ЖК-панели и алгоритмы сжатия во время отображения. Дизайн включает двойной[16] и многослойный[17][18][19]устройства, которые управляются такими алгоритмами, как компьютерная томография и Неотрицательная матричная факторизация и неотрицательный тензор факторизация.
Проблемы
Можно заметить, что каждая из этих технологий отображения имеет ограничения, будь то местоположение зрителя, громоздкое или неприглядное оборудование или высокая стоимость. Отображение трехмерных изображений без артефактов по-прежнему затруднено.[нужна цитата ]
Рекомендации
- ^ «Новый голографический волновод дополняет реальность». Физический мир IOP. 2014 г.
- ^ «Голографические ближние глаза для виртуальной и дополненной реальности». Microsoft Research. 2017 г.
- ^ Мартинс, Р; Шаулов, В; Ха, У; Роллан, Дж (2007). «Мобильный проекционный дисплей на голове». Opt Express. 15 (22): 14530–8. Bibcode:2007OExpr..1514530M. Дои:10.1364 / oe.15.014530. PMID 19550732.
- ^ Héricz, D; Саркади, Т; Lucza, V; Ковач, В; Коппа, П. (2014). «Исследование трехмерного проекционного дисплея на голове с использованием световозвращающего экрана». Opt Express. 22 (15): 17823–9. Bibcode:2014OExpr..2217823H. Дои:10.1364 / oe.22.017823. PMID 25089403.
- ^ Создавайте свои собственные стереокартины Юлиус Б. Кайзер Компания Macmillan 1955 стр. 271
- ^ Удивительное 3D, Хэл Морган и Дэн Симмс Литтл, Broawn & Company (Canada) Limited, стр. 15–16.
- ^ ""Чоппер ", статья Дэниела Л. Симмса". 3dmovingpictures.com. Получено 2010-10-14.
- ^ «Самсунг 3D». www.berezin.com. Получено 2017-12-02.
- ^ «Увидеть - значит поверить»; Cinema Technology, Vol 24, No. 1, March 2011
- ^ Окоши, Методы трехмерной визуализации, Academic Press, 1976
- ^ Удивительное 3D, Хэл Морган и Дэн Симмс Литтл, Broawn & Company (Canada) Limited, стр. 104–105
- ^ «ASC: Ray Zone и« Тирания плоскостности »« Бейливик Джона Бейли ». 18 мая 2012 г.
- ^ Создавайте свои собственные стерео картинки Юлиус Б. Кайзер Компания Macmillan 1955 стр. 12–13.
- ^ Сын Нимсло, Джон Деннис, Stereo World, май / июнь 1989 г., стр. 34–36.
- ^ Фаттал, Дэвид; Пэн, Чжэнь; Тран, Тхо; Во, Сонни; Фиорентино, Марко; Бруг, Джим; Босолей, Раймонд Г. (2013). «Многонаправленная подсветка для широкоугольного трехмерного дисплея без очков». Природа. 495 (7441): 348–351. Bibcode:2013Натура.495..348F. Дои:10.1038 / природа11972. PMID 23518562. S2CID 4424212.
- ^ Lanman, D .; Hirsch, M .; Kim, Y .; Раскар, Р. (2010). «Контент-адаптивные барьеры параллакса: оптимизация двухслойных 3D-дисплеев с использованием факторизации светового поля низкого ранга».
- ^ 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).
- ^ Lanman, D .; Wetzstein, G .; Hirsch, M .; Heidrich, W .; Раскар, Р. (2019). «Поляризационные поля: отображение динамического светового поля с использованием многослойных ЖК-дисплеев». Транзакции ACM на графике (SIGGRAPH Asia).
- ^ 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).
| Поля |
| ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||
Категория