Uživatel:Tomanja4

Z HPM wiki
Přejít na: navigace, hledání

Téma semestrální práce : 3D technologie zobrazování

Obsah

Základní principy 3D

Vnímání

Lidské oko

Člověk jako takový, má již od narození vbudovaný 3D pozorovací systém. Ten je založený na stereoskopickém vnímání, tzn. pomocí dvou očí, které jsou od sebe cca 6-7 cm vzdálené. V praxi to znamená, že jednotlivé očí vidí dvě nepatrně odlišné scény (s horizontálním posunem), které se v mozku vyhodnotí jako jedna trojrozměrná scéna s danou informací o vzdálenosti jednotlivých objektů (hloubkou obrazu).




Záznam

3D stereo rig

Jak již bylo řečeno, lidské vnímání je založené na dvou očích. Pokud tedy chceme simulovat lidský zrak, je nutné zachytit video či fotografii použitím dvou zařízení, které snímají scénu s odlišných horizontálním posunem. Výsledná hloubka obrazu je převážně dána horizontálním posunem zařízení neboli stereobází.

Určování správné stereobáze při natáčení je velmi náročné a provádí jí speciální technik zvaný "stereographer". Oproti klasickému filmu se nejprve provádí nastavení kamer a až poté se staví výsledná scéna. To je dáno tím, že stereobáze kamer je závislá na několika parametrech. Nejdůležitější z nich je ohnisková vzdálenost objektivu, dále vzdálenost k nebližšímu a nejvzdálenějšímu objektu na scéně. Přičemž nejbližší objekt by měl být v minimálně 30x větší vzdálenosti než je stereobáze kamer. To v praxi znamená, že nízkou stereobázi používáme pro blízké objekty a vysokou pro velmi vzdálené.



Zobrazení

Zobrazeni 3D

Pokud chceme vyvolat u diváka příslušný 3D vjem, musíme zaznamenané video pravou a levou kamerou přehrát do příslušných očí diváka (levý obraz do levého a naopak). K tomu slouží hned několik technologií, o kterých si povíme níže.





Technologie zobrazování

Historicky se 3D technologie zobrazování vyvíjely v závislosti na tehdejších technologiích, vše samozřejmě probíhalo od nejjednodušší realizace v podobě stereokoutoučků, až po dnes využívané technologie typu anaglyf, přes náročnější typy aktivní a pasivní technologie pro masové využití až po „ideál 3D“ neboli auto-stereoskopii.

Anaglyf

Anaglyf

Jde o nejstarší a nejjednodušší technologii pro zobrazování 3D. Celý princip je založen na tom, že máte jeden obraz scény pro levé oko a druhý pro pravé. Tyto nepatrně odlišné obrazy se rozdílně obarví a vloží do jednoho snímku. Za použití brýlí s barevnými filtry, které barevně odpovídají obarvení vašich snímků, se vám zobrazí vždy jen příslušná složka obrazu a vzniká 3D vjem. Technicky vzato se ve fotografii používá ještě třetí snímek, který je z jakéhokoliv z těch dvou, je vycentrovaný do středu mezi oba snímky a je polobarevný nebo černobílý. V této technologii se používá různých kombinací obarvení a barev filtrů, ale mezi nejznámější patří červeno-azurový, červeno-modrý či červeno-zelený. To znamená, že pokud vlastníte červeno-azurové brýle a podíváte se na nějaký obrázek v anaglyfu. Levé oko přes, které je červený filtr uvidí jen azurovou část obrázku jako světlou a část červenou tmavě (neboli vůbec) a pravé oko přes, které je červený filtr to uvidí naopak.


Pasivní technologie

Pasivní 3D

V současné době můžeme říct, že nejrozšířenější způsob zobrazovaní 3D je pasivní technologie. Je založena na principu polarizace světla a speciálních brýlí s polarizačními filtry. To znamená, že část obrazu je polarizována horizontálně a druhá část vertikálně. Tyto dva obrazy se Vám před vstupem do oka oddělí pomocí speciálních brýlí s polarizačními filtry, které jsou nastavené na jednom oku pro vertikální polarizaci a na druhém pro horizontální. Je to podobný princip jako technologie anaglyf, ale nesmíte se nechat zmást, protože v anaglyfu barevný filtr obraz zcela pohltí, tudíž nepropustí a zde se vždy do oka propustí jen obraz ve stejné polarizaci jako je polarizace na sklíčku před okem.

Princip promítání

V kině je to velmi jednoduché realizovat pomocí dvou projektorů, které mají vždy před objektivem rozdílně polarizační filtry (jeden vertikální, druhý horizontální) nebo jednoho projektoru, který disponuje měnícím se polarizačním filtrem. Tyto polarizované obrázky se odrazí od promítací plochy se speciální stříbrnou vrstvou oproti běžnému plátnu tak, aby jim byla zachována polarizace a putují k divákovi. Než vstoupí obrázky do oka tak se jednoduše vyfiltrují, pomocí brýlí jak již bylo řečeno, a vzniká 3D vjem. Problém nastává, když při sledování filmu nedržíte hlavu zcela vzpřímeně, tento způsob je díky použití dvou polarizačních rovin závislý na vzájemné poloze vyslaného obrázku z projektoru, a filtru na brýlích. To má za důsledek, že můžete ztratit velmi velké množství jasu a 3D vjemu.

Princip sledování monitoru

U monitorů je tato technologie o něco komplikovanější, protože máme jenom jeden zdroj obrazu. Využívá se tedy toho, že liché sloupce (resp. řádky) jsou polarizovány v jedné rovinně a sudé sloupce (resp. řádky) jsou polarizovaný v druhé rovinně, která je na polarizaci lichých řádků kolmá. Styl polarizace (řádky či sloupce) si určuje samotný výrobce. Takovéto polarizování má ale i svá technologická úskalí, protože polarizační filtry musejí mít velmi jemnou strukturu, aby umožňovaly zakrýt přesně jeden sloupec (resp. řádek) pixelů. To tedy znamená, že pokud si nasadíte polarizační brýle a zadíváte se na monitor, uvidíte jen poloviční rozlišení oproti rozlišení původnímu. Samozřejmě pokud uděláte dvojnásobné nativní Full HD rozlišení tak vám po redukci vlivem pasivní technologie zbude obyčejné Full HD, sami ale musíte uznat, že to není úplně nejekonomičtější způsob. I zde nastává problém se ztrátou jasu a 3D vjemu, pokud nedržíte hlavu ve správné poloze vůči obrazovce.


Aktivní technologie

Aktivní 3D

V současné době nejkvalitnější 3D zobrazovací technologie. Aktivní technologií ji nazýváme, protože k ní potřebujeme speciální brýle s baterií a elektronikou, které aktivně pracují, neboli dokážou střídavě zatmívat sklíčka brýlí, a tím do oka propouštět vždy jen potřebný snímek pro vytvoření 3D vjemu.

Princip promítání

V kině nám postačí jeden projektor, který pracuje na dvojnásobné frekvenci a vysílá střídavě obrázky pro levé a pravé oko. Snímky se odrazí od promítací plochy a putují k divákovi. Zde jsou jednoduše propuštěny jen levé snímky do levého oka a naopak pravé snímky do pravého oka pomocí zatemňovacích brýlí. Brýle a projektor jsou vzájemně synchronizovány.

Princip sledování monitoru

Tato technologie pracuje u monitorů naprosto stejně. Jediný rozdíl je v tom, že zdrojem obrazu je samotný monitor, který musí také pracovat na dvojnásobné frekvenci.


Autostereoskopie

Autosteroskopie

Tato technologie přivádí sledování 3D na další úroveň a to bez použití speciálních brýlí. Základem všech auto-stereoskopických monitorů je speciální maska, která je umístěná před LCD displejem, tato maska je buď vybavena optickými hranoly, které vychylují různé sloupce pixelů do různých směrů (lentikulární čočky) nebo jednoduše utvořena s přesnými mezerami pro rozdělení obrazu (paralaxní bariéra). Obrazy pro pravé i levé oko jsou tedy vtěsnány na obrazovku monitoru podle parametrů optické masky. Maska jednoduše způsobí to, že jsou obrazy pro jednotlivé oči viditelné pouze z určitých směrů. Pokud se tedy divák postaví do vhodné pozice, která může být pro každého trochu jiná podle jeho rozteče očí, uvidí levým okem pouze levý obraz a pravým okem obraz pravý.

Nevýhodou monitoru je, že kvalita každého obrazu je pouze poloviční, než je nativní horizontální rozlišení monitoru. Pokud chceme vytvořit monitor pro více diváků, sníží se nám tolikrát horizontální rozlišení výsledného obrazu kolikrát chceme sledujících párů očí. Další velkou nevýhodou je pozorovací úhel, který je ve většině případů velmi nízký a máte předem stanovená místa pro 3D vjem a potom místa slepá kde dochází k tvoření "duchů", to jest když se vám obraz pro pravé i levé oko slévá do jednoho. Tento problém se sice dá vyřešit za pomocí kamerového systému se sledováním očí, kdy se optická maska natáčí podle toho kde sedíte, ale pokud máte před monitorem více diváků nebo nedostatečné světlo v místnosti, tak systém může jednoduše selhat.








Mission Critical 3D

Společnost DTI (Dimension Technologies) se už od roku 1989 zabývá vývojem a dodávkami 3D technologií pro společnosti jako NASA, US Navy, DARPA a mnohé další. Monitor ve vývoji jménem Mission Critical 3D označuje za „kokpit budoucnosti“, který třeba velikán jako NASA považuje za velmi důležitý ve výcvikovém programu pilotů. Dále firma DTI vlastní již přes desítku zásadních patentů ve vývoji 3D.

Time multiplexed backlight

Monitor je založen na autostereoskopické technologii s lentikulárními čočkami a snímáním očí (až pro dva lidi), avšak oproti jiným řešením je rozlišení Full HD stejné v režimu 2D i 3D. DTI k tomu všemu ještě přidává i vlastní patentovanou technologii Time Multiplexed Backlight, což je zjednodušeně konfigurovatelné přímé podsvícení s odezvou maximálně 7,1 ms, které řídí tok světla pro levé či pravé oko. Žádné snížení jasu, snížení rozlišení či míchání obrazů (crosstalk pod 6 %). Tento monitor by tedy měl splňovat všechno v čem zatím zaostavá autostereoskopie a mohlo by to znamenat menší boom pro 3D hraní. Firma předpokládá nástup monitorů na trh v červnu 2015, činí tak zatím z veškerých ohlasů na 22" prototyp (viz. obrázek), které byly úžasné.

DTI monitor 22" prototyp

Parametry:

- úhlopříčka 27”

- rozlišení FullHD 1080p (2D i 3D)

- frekvence 120 Hz

- DVI, Displayport či HDMI

- využívá lentikulární čočky s funkcí sledování očí

Cena: 895 USD -> 22 000 Kč

Literatura a zdroje

[1] JAVIDI, Bahram a Fumio OKANO. Three-Dimensional Television, Video, and Display technologies. Springer, 2002.

[2] KAHL, Jan. Snímání a reprodukce stereoskopického obrazu. Praha, 2012. Diplomová práce. České vysoké učení technické v Praze. Fakulta elektrotechnická.

[3] OZAKTAS, Haldun M. a Levent ONURAL. Three-Dimensional Television: Capture, Transmission, Display. Springer, 2008.

[4] REICHEL, Jaroslav a Martin VŠETIČKA. Multimediální projekt fyziky [online]. Praha, 2006. [vid. 7.12.2014]. Dostupné z: http://fyzika.jreichl.com

[5] VisionNW [online]. [vid. 5.12.2014]. Dostupné z: http://www.visionnw.com

[6] Gali-3D [online]. [vid. 7.12.2014]. Dostupné z: http://www.gali-3d.com

[7] Zive.cz [online]. [vid2 9.12.2014]. Dostupné z: http://www.zive.cz/clanky/pokrocily-3d-monitor-bez-bryli-i-pro-narocne-hrace/sc-3-a-176278/default.aspx

Osobní nástroje
Jmenné prostory
Varianty
Akce
Navigace
Nástroje