Посмотрите на мир, окружающий нас. Например, в окно, так как вы сейчас, скорее всего, сидите в помещении, читая статью на нашем сайте. В мире происходит много разного: деревья качаются на ветру, колышутся травинки, движется всякая живность, включая и особей человеческого рода. И всё вокруг не плоское, а объёмное, хотя мы и не думаем об этом постоянно, но знаем, что каждый объект имеет размеры и объём. Сравните с плоской картинкой телевизора или монитора — разница налицо. В реальности, дополнительно к двум измерениям, видимым на плоскости, мы ощущаем ещё одно измерение — глубину, расстояние до каждой точки.

Как же человек сразу понимает, что один объект находится ближе другого? Для этого у нас есть два глаза (да и большинство другой живности на нашей планете имеет минимум два глаза, а у некоторых видов насекомых их ещё больше), то есть мы имеем стереоскопическое зрение. Именно эти два источника визуальной информации и позволяют нам правильно воспринимать формы, размеры и расстояния. Изображения затем обрабатываются нашим мозгом в реальном времени, и мы видим, какое дерево ближе, а какое дальше.

Наш мозг получает от глаз два схожих изображения, но всё же отличающихся точкой обзора (в 3D эта точка называется положением камеры), и эти две картинки воспринимаются нами как одно объёмное изображение. Именно так, несмотря на то, что отдельное изображение каждого глаза двухмерное, в итоге мы видим окружающий мир трёхмерным, воспринимая глубину при помощи стереоскопического зрения.

Но на мониторах, телевизорах и почти на всех других устройствах отображения информации, мы видим плоскую картинку, с отсутствующей глубиной. А ведь там отображается трёхмерный мир, одно из измерений которого просто теряется. И стереовидение важно потому, что вся трёхмерная графика (и игровая, и профессиональная) имеет своей основной целью заставить нас поверить в объёмность картинки и в пространство в ней.

Представим, что монитор — это такое же окно, как и обычное. Но в мир виртуальный, несуществующий. Как сделать так, чтобы этот мир казался нам таким же объёмным, а не плоским? Ведь монитор плоский и его пиксели расположены на одной плоскости. И уже много лет 3D картинка в итоге остаётся плоской, несмотря на то, что в математическом описании она имеет глубину и объём. С каждым годом совершенствуются технологии, а сравнительно дешёвого и удобного способа стереоотображения всё нет...

Существующие методы заставляют наши глаза видеть специально подготовленные для них отдельные картинки, немного обманывая мозг. Но это не страшно, потому что вся трёхмерная графика является тоже в своём роде обманом, мы и так стараемся видеть в плоской двухмерной картинке какой-то объём. А стереоизображение способно значительно усилить пространственный эффект. Это способ обмана нашего мозга, позволяющий заставить его считать, что показываемые объекты действительно имеют объём, показывая разные картинки каждому из глаз.

И в последнее время отображение стереокартинки, в бытовом мире кино и телевидения также называемое «3D», стало очень популярной темой, как у производителей электроники, так и у потребителей. Если в предыдущие годы основной маркетинговой приманкой было сочетание «HD», то в этом году таким слоганом стало стерео.

2010 год — самое время для по-настоящему активного продвижения всех возможных форматов и стандартов стереовидения. Во-первых, из 2D-стандартов уже выжали практически всё возможное, ведь разрешения выше FullHD пока что недоступны, да и потом они не станут революцией. Обычный пользователь и имеющейся картинкой вполне доволен и жаждет чего-то нового, футуристичного.

Кинопроизводители также начали активное продвижение 3D-формата в кино. В киноиндустрии наблюдается мощный подъём, связанный с переходом многих студий на съёмки 3D-фильмов и конвертацию существующих в стереоформат. Снова упомянем несомненные заслуги Джеймса Кэмерона и его фильма «Аватар», который не просто стал катализатором развития стереовидения в киноиндустрии, но и самым кассовым фильмом за всю историю.

А каждый производитель бытовой электроники из числа крупнейших компаний, уже показал на выставках (а многие даже уже выпустили на рынок) по несколько моделей 3D-телевизоров, Blu-ray-3D-плееров и домашних кинотеатров. В общем, в 2010 году ни у кого не должно остаться сомнений в прекрасном будущем стереоформатов, телевизоров, плееров и т.п. Это новая движущая сила потребительской электроники, выгодная производителям и интересная нам, пользователям.

В нашем материале мы рассмотрим одну из реализаций подобных технологий от компании NVIDIA, использующей некоторые модели ноутбуков, мониторов, телевизоров (с некоторыми техническими ограничениями, о которых читайте далее) и проекторов, а также специальные стереоочки, подобные тем, что были известны много лет назад, и сейчас применяются в некоторых 3D-кинозалах.

Метод и программно-аппаратный набор компании NVIDIA получил название 3D Vision, в нём используются устройства отображения, способные воспроизводить картинку с удвоенной частотой (100-120 Гц) относительно распространенной частоты для ЖК-мониторов. Но сначала давайте рассмотрим некоторые из имеющихся технологий стереоотображения. Мы не будем слишком подробно останавливаться на всех методах, это тема отдельного материала, но напомнить их будет полезно.

Методы стереовидения

Итак, как мы уже определили, стереосистема должна предоставить глазам две разные картинки: одну для правого, вторую — для левого. И вместе они, при соответствующей обработке мозгом, создают впечатление глубины картинки и объёма у объектов. Существует несколько способов отображения стереоизображений, в том числе с использованием очков, активных или пассивных, затворных или поляризационных.

Звучит это просто: нужно сделать две картинки для разных глаз, со смещённой точкой обзора, и показать их соответствующим глазам, а мозг зрителя всё остальное сделает сам. Однако на практике сделать действительно удобную систему стереовидения весьма сложно, что и тормозило развитие технологий. Известно несколько методов показа двум глазам разных изображений, и это явно не предел — пока что имеющиеся технологии совсем неидеальны и очень хочется надеяться, что в будущем появятся и другие, более удачные методы стереовидения.

С ушами в случае стереозвука всё сравнительно просто: у каждого из ушей есть по отдельному наушнику, который изолирует ухо от остальных звуков, и на этом проблемы решены. Без наушников всё несколько сложнее, но всё же идеально чёткого отделения стереоканалов просто не нужно. В случае с изображением, если показать просто две картинки, мы их увидим как две картинки. Расположенные на одном расстоянии и одинаково видимые обоими глазами.

Наверняка, при определённой сноровке можно заставить себя смотреть правым глазом исключительно на правое изображение, а левым — на левое, но уж очень это смахивает на вырывание зубов через известное место. Даже если человек натренируется фокусироваться таким образом, для глаз и мозга это будет очень утомительной задачей, что подходит разве что для недолгого рассматривания специально подготовленных стереокартинок.

Естественно, далее у исследователей появилась идея расположить маленькие экранчики прямо перед глазами, чтобы каждому глазу доставалась только одна картинка. Таким образом устроены шлемы виртуальной реальности, которые также были распространены несколько лет назад, но из-за высокой стоимости и низкого качества изображения так и не прижились. В таких шлемах (или массивных очках) перед глазами установлены два маленьких ЖК-экрана, а между глазами и экранами — оптическая система, необходимая для того, чтобы глазам не приходилось фокусироваться на слишком маленьком расстоянии.

Из явных достоинств таких решений — чёткое отделения изображений для разных глаз, ведь экраны показывают независимо друг от друга, и каждый глаз видит только своё изображение. Минусов гораздо больше. Один из наиболее важных — низкое разрешение. Ведь размеры экранов очень маленькие, а разрешение должно быть как для огромного экрана, стоящего на расстоянии в пару метров. Ещё один явный недостаток состоит в массивности и массе таких шлемов и очков, а ведь всю эту массу нужно будет держать на голове на протяжении пары-тройки часов.

Немаловажным минусом является и стоимость таких решений — шлемы виртуальной реальности весьма дороги, решения с высоким разрешением могут стоить несколько сотен, а то и тысяч долларов. В итоге, все недостатки сказались на крайне слабом распространении шлемов и очков на основе пары небольших ЖК-экранов. Впрочем, вполне возможно, что развитие технологий производства дисплеев позволят выпустить лёгкие и удобные шлемы с экранами высокого разрешения и по приемлемой цене, но пока что таких не существует.

Но шлемы — это, пожалуй, самый дорогой метод стереовидения, а ведь есть и крайне дешёвый метод — анаглифный. При этом зрителю нужно использовать специальные анаглифические очки, которые обычно очень просты и дёшевы, зачастую выполнены из пластмассы или даже картона, с простыми цветными светофильтрами вместо линз. Чаще всего цвет светофильтра для левого глаза красный, а для правого — голубой.

Стереоизображение для такого метода нужно специально готовить — комбинировать два изображения в одно, в котором в красном канале отображается кадр для левого глаза, а в голубом — для правого. Соседний глаз не видит «чужую» картинку из-за светофильтра, и поэтому каждый из глаз воспринимает только «своё» изображение, а мозг соединяет их в объёмное. При просмотре такой картинки без очков, оно кажется двоящимся.

Исходя из всего написанного, можно легко определить плюсы и минусы анаглифического стереоизображения. В плюсах — крайняя дешевизна всего: использование обычного (и одного!) экрана, простая обработка стереоизображения и дешевизна пластиково-картонных очков. Такие очки часто прикладываются к DVD-дискам и книгам со специальными объёмными картинками. Не говоря уже о кинотеатрах, в которых подобные очки получили довольно широкое распространение.

Ну а основной недостаток метода заключается в неполной цветопередаче. Из-за цветового разделения стереопары, цветопередача сильно ухудшается. Насыщенные цвета увидеть в таких очках невозможно, так как один глаз не видит красного, а второй — голубого. Да и зелёный выглядит не очень хорошо. А ещё после длительного использования анаглифических очков снижается цветовая чувствительность человеческого зрения и может возникнуть определённый дискомфорт. Так что все достоинства и недостатки технологии заключены в её простоте, и несовершенство метода не позволяет считать его подходящим во всех случаях.

Ещё в одном способе стереовидения используются поляризационные очки. На один экран выводятся две картинки для разных глаз одновременно, но с разной поляризацией. При его просмотре в очках с разнонаправленными поляризаторами, каждый из глаз будет видеть только свою картинку. Поляризационные очки также довольно дёшевы и по стоимости не слишком-то дороже хороших анаглифических. Такой способ применяют сейчас даже в отдельных ноутбуках.

У метода нет недостатка в виде плохой цветопередачи, но оборудование для стереопросмотра нужно гораздо более серьёзное. Поляризационные очки часто используют в кинотеатрах, в том числе в известных IMAX, где используется два проектора с поляризаторами в оптической схеме. Изображение выводится на специальный серебряный экран, чтобы не нарушалась поляризация.

Для домашних условий метод с двумя проекторами подходит плохо, так как слишком дорог. Но выход есть, и даже не один. Например, компания Zalman выпускает мониторы Trimon со специальной плёнкой на экране, выполняющей различную поляризацию для чётных и нечётных строк изображения. И в поляризационных очках каждый глаз будет видеть только своё изображение, только чётные или нечётные строки.

Достоинства тут всё те же — дешевизна очков и отсутствие проблем с цветом. Однако в стереорежиме разрешение картинки будет снижено наполовину. Кроме того, сами мониторы Zalman имеют недостатки в виде плохих углов обзора, а также в ухудшении 2D-изображения из-за поляризационной плёнки. Да и выбор мониторов очень невелик, мониторы отличаются только размером экрана.

Другая известная в мире стереокомпания iZ3D использует мониторы с двумя матрицами. Одна матрица показывает изображение для обоих глаз, а вторая изменяет плоскость поляризации. А вот разрешение у мониторов iZ3D в стереорежиме полное, и проблем с изображением меньше. Но из-за двух матриц розничная цена таких мониторов довольно высока и выбор моделей снова крайне скуден.

И, наконец, мы подходим к технологии, которая применяется в комплекте 3D Vision от компании NVIDIA. Мы уже упомянули в начале материала очки от ELSA и ASUS, которые входили в комплект наиболее дорогих видеокарт 90-х годов прошлого века. Такие затворные очки были хорошо известны в то время, в качестве линз в них использовались жидкокристаллические затворы, меняющие свою прозрачность (то есть, линзы могли становиться прозрачными или непрозрачными).

Тогда были распространены ЭЛТ-мониторы, лучшие из которых могли показывать картинку с частотой кадровой развёртки в 120 Гц и более. Идея затворных очков состояла в том, что монитор поочерёдно выводит кадры для разных глаз, а очки соответствующим образом затемняют шторками один из глаз. В итоге, каждый глаз видит 60 «своих» кадров в секунду, что вполне достаточно для динамичных игр.

Затворные очки в 90-х не получили широкого распространения не только из-за комплектации ими исключительно дорогих карт, просто тогда технологии не позволяли сделать очки лёгкими и удобными, да и программная часть была тогда совсем неидеальна. В том числе из-за того, что слишком далека она была от народа, и очень редкие пользователи могли её опробовать в деле...

Активные затворные очки, по сравнению с пассивными поляризационными, имеют и достоинства и недостатки. В недостатках их сложность: в очках используются электронные схемы, попеременно закрывающие ЖК-затворы для глаз, также нужен и ИК-передатчик. Поэтому такой комплект и сложнее технически, и дороже. Зато активные затворные очки обеспечивают более высокое разрешение и лучшие углы обзора, по сравнению с пассивными поляризационными очками.

После вымирания ЭЛТ-мониторов, затворные очки перестали развиваться вообще, так как ЖК-мониторы до недавнего времени не были способны работать с частотой обновления выше 60 Гц. Но современные ЖК-панели сейчас уже способны отобразить 120 Гц картинку, поэтому появились и мониторы, принимающие 120 Гц по цифровым входам и отображающие его на экране с такой частотой.

Как человеку лучше быть богатым, здоровым и счастливым, так же желательно иметь технологию объёмного стереовидения без очков и с высоким разрешением. Такие технологии пока что существуют разве что в виде опытных образцов дисплеев, показываемых на различных выставках.

На определённом расстоянии и под определённым углом эффект объёмного изображения у таких дисплеев очень хорош и схож с тем эффектом, что можно увидеть и в стереоочках. Но подобные устройства имеют достаточно других проблем, среди которых и очень низкое разрешение, и плохие углы обзора, и самое главное — слишком высокая стоимость устройств. Так что нам остаётся ждать «безочковых» технологий и их совершенствования, а пока будем довольствоваться тем, что уже есть.