«3d мониторы» МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ Запорожский национальный технический университет Кафедра КСиС на тему: «3D Мониторы» Выполнила студентка ІОТ-516 Курченко А. Принял Рыбин О.В. Запорожье 2008 г Содержание 1. ЗD – мониторы, их типы 1.1. Стереоскопические 1.2. Мультивидовые 1.3. Голографические 1.4. Волюметрические 2. Модели 3D-мониторов различных фирм производителей 2.1. 3D-мониторы Philips 2.2. 3D-мониторы с диагональю 19" и 22" Zalman 2.3. 3D ЖК монитор LG 2.4. SeeReal: 3D-мониторы Заключение Список используемых источников З D - мониторы В последнее время о 3D дисплеях много пишут, но, как правило, речь идет о какой-либо конкретной модели или модельном ряде конкретного производителя. Немногочисленные же обзорные статьи содержат описания случайного набора из очков, шлемов и, собственно, 3D дисплеев. Практически отсутствует классификация существующих 3D дисплеев, что приводит к запутанной терминологии. Даже солидные фирмы-производители зачастую называют свои изделия не тем, что они есть на самом деле. В этой статье предпринята попытка систематизировать накопленный автором обширный материал по технологиям воспроизведения 3D, одно только перечисление которых заняло бы несколько страниц. Правда, большая их часть существует в виде патентов и описаний, гораздо меньше "живых" прототипов, и уж совсем малая часть реализована... Начнем с терминов: Во-первых, 3D дисплеем мы будем называть любое устройство, способное вывести изображение, воспринимаемое человеком как объемное, без очков или других дополнительных устройств. Во-вторых, назовем пространство, в котором можно наблюдать изображение, формируемое 3D дисплеем, объемом воспроизведения, а пространство, в котором находится зритель - объемом наблюдения. Только находясь внутри объема наблюдения человек вправе рассчитывать на восприятие неискаженного объемного изображения, заключенного в объем воспроизведения. И в-третьих, поделим все 3D дисплеи на группы , по способности отображения 3D информации: Стереоскопические. Воспроизводят два ракурса объемной сцены, один из которых предназначен для левого, а другой - для правого глаза. Мультивидовые. Воспроизводят несколько последовательных ракурсов объемной сцены, любые два из которых составляют стереопару. Голографические. Воспроизводят непрерывное световое поле, соответствующее световому полю реальной 3D сцены. Волюметрические. Воспроизводят изображение в виде набора точек (вокселей) или векторов, физически разнесенных в ограниченном рабочем пространстве дисплея (объеме воспроизведения). Каким образом человек воспринимает мир в объеме? На самом деле, это очень непростой вопрос. Два глаза? Тогда закройте один глаз и посмотрите вокруг. Можно заметить, что картина не поменялась радикально, изображение не стало плоским! Все дело в том, что объемный образ мира виртуален, он вычисляется мозгом с помощью алгоритмов, учитывающих множество факторов, среди которых различие между изображениями, воспринимаемыми левым и правым глазом (параллакс) является важным, но отнюдь не единственным. При наблюдении реальных трехмерных сцен эти факторы связаны между собой вполне определенным образом, что зафиксировано в нашем опыте. Соответственно, 3D дисплей должен формировать изображение с учетом различных факторов и их взаимосвязей. Исходя из этого, можно проанализировать перечисленные выше типы 3D дисплеев и выделить их достоинства и недостатки. При этом, мы не станем вдаваться в технические тонкости конкретных технологий (кстати, иногда тщательно скрываемые производителями), достаточно будет установить, к какому из перечисленных типов относится конкретное устройство. Для каждого типа будет выделен ПРИНЦИП работы, ПЛЮСЫ и МИНУСЫ. СТЕРЕОСКОПИЧЕСКИЕ 3D ДИСПЛЕИ Сразу отметим, что на сегодняшний день к этому типу относятся практически все серийно выпускаемые устройства, какими бы эпитетами вроде "реальное 3D", "суперобъемный", "ошеломляюще реалистичный", "голографический" и пр. не украшались их рекламные буклеты и пресс-релизы. ПРИНЦИП. Разделение объема воспроизведения на две части условной вертикальной плоскостью, перпендикулярной плоскости экрана и проходящей через его центр .Слева от плоскости наблюдается изображение для левого глаза, справа - для правого. Очевидно, что для наблюдения стереоизображения человек должен располагать голову так, чтобы каждый глаз находился в "своем" пространстве, а это несколько утомительно. "Однопользовательскую" конфигурацию легко дополнить автоматикой, которая поворачивает разделительную плоскость вслед за движением головы пользователя (tracking). Технически для производства стереоскопических 3D дисплеев лучше всего подходят LCD или плазменные панели, поскольку пикселы в них жестко привязаны к месту, в отличии от CRT мониторов, где изображение может слегка сдвигаться и изменять свой масштаб. Параллакс-барьер, самый простой способ разделения стереоракурсов (осуществимый даже в "домашних" условиях, если у вас есть LCD монитор). Нужно напечатать на прозрачной пленке рисунок, состоящий из вертикальных черных полосок с шагом в два пиксела вашего монитора, такой ширины, чтобы между ними остались узкие прозрачные полоски. Если наложить полученный растр на экран, с определенной позиции будут видны только четные пикселы, а с другой - только нечетные. Обратите внимание на зазор между растром и панелью, обеспечивающий необходимый угол обзора. Осталось вывести на экран специально подготовленное изображение, в котором чередуются пикселы левого (L) и правого (R) ракурсов. Подробнее о щелевых растрах можно прочесть в статье Е. Вазенмиллер "Щелевые растры". Недостатком щелевого растра является существенное снижение яркости монитора, поскольку часть световой энергии поглощается черными полосками. Естественным развитием щелевых растров являются линзовые растры, так же, как объектив фотоаппарата является развитием маленького отверстия камеры-обскуры. Существенным недостатком метода параллакс-барьера, независимо от его технической реализации, является то, что он формирует не одну условную плоскость, а несколько. В разделяемых ими областях наблюдения чередуются L и R ракурсы, так, что при смещении наблюдателя на некоторый угол от главной плоскости возникает неприятный эффект, называемый "псевдоскопическим", когда правый глаз видит левую картинку и наоборот. Следующий недостаток - снижение горизонтального разрешения 3D дисплея вдвое по сравнению с моно, ведь пикселы нужно делить между двумя ракурсами стереоизображения. Определенные усилия разработчиков направлены на возможность полного использования разрешения 3D дисплея в моно-режиме. Щелевые растры делают электрически отключаемыми, например, на основе жидких кристаллов. Естественно, что линзовый растр отключить невозможно. Другой вариацией на тему параллакс-барьера является метод параллаксного освещения. LCD панель освещается набором тонких вертикальных источников света. Включением второго набора источников (на рисунке обозначены голубым цветом) дисплей переводится в режим моно. И, наконец, самый главный недостаток. Стереоизображение недаром называют самой большой иллюзией в истории человечества. Когда вы видите стереокартинку, ваш мозг легко впадает в заблуждение, что перед вами истинно объемное изображение. Но лишь до тех пор, пока вы неподвижны. Стоит чуть наклонить голову или переместиться, как изображение претерпевает искажения, совершенно не свойственные реальным предметам, поскольку каждый глаз по-прежнему видит изображение, полученное соответствующей ему камерой из фиксированной точки пространства. Строго говоря, изображение, сформированное стереодисплеем, воспринимается без искажений лишь в одной точке наблюдения, когда положение каждого глаза наблюдателя точно соотносится с положением камер при съемке. По той же причине невозможны такие эффекты, как "оглядывание" и динамический параллакс. Как ни перемещайся перед стереодисплеем, если мы даже не выходим из зоны стереоэффекта, то картинку все равно видим ту же самую, а если закрыть один глаз, все ухищрения разработчиков и вовсе пропадут даром - ничего, кроме моноизображения, мы не увидим. Так почему же при таком количестве серьезных недостатков идея стереоскопического 3D дисплея столь популярна? Все определяется доступностью той или иной технологии при данном уровне развития техники. Для стереодисплея сегодня существует вся технологическая цепочка УСТРОЙСТВО-ДРАЙВЕР-ПРОГРАММА-КОНТЕНТ. Проще говоря, стереодисплей есть куда включить, есть чем согласовать, есть что и с помощью чего увидеть. Это видеоадаптеры с двумя и более видеовыходами, стереодрайверы, множество игр и немного (пока) стереофильмов. Маховик индустрии уже раскручивается, наличие контента создает спрос на устройства, наличие устройств создает спрос на контент. Цены на стереоскопические 3D дисплеи достаточно высоки , хотя себестоимость собственно "железа" не очень существенно отличается от обычных LCD мониторов. Все дело лишь в незначительном пока объеме выпуска, так что не за горами тот день, когда и мы с вами сможем себе позволить покупку стереомонитора. ПЛЮСЫ: относительная простота изготовления, есть серийно выпускаемые модели; невысокая себестоимость, возможно снижение цены в обозримом будущем; реально достижимая скорость потока данных (двукратное увеличение от моно); наличие контента, драйверов, программ МИНУСЫ: невозможность "оглядывания" и динамического параллакса; очень ограниченная зона стереоэффекта; наличие зон "неправильного" псевдоскопического эффекта; вдвое меньшее горизонтальное разрешение в стереорежиме Естественно, не все из сказанного выше верно для любого конкретного дисплея, существует множество способов преодоления того или иного недостатка, но главный недостаток можно устранить только в 3D дисплеях, относящихся к другим группам. [1] МУЛЬТИВИДОВЫЕ (MULTIVIEW) 3D ДИСПЛЕИ Как следует из определения, данного в первой части статьи, мультивидовые 3D дисплеи (далее, для краткости М3D) воспроизводят объемное изображение в виде нескольких последовательных ракурсов объемной сцены, любые два из которых составляют стереопару. ПРИНЦИП : Разделение объема воспроизведения несколькими условными вертикальными плоскостями, проходящими через центр экрана. В каждой части разбитого плоскостями пространства наблюдается свой вид (ракурс) объемной сцены. Поскольку M3D являются развитием идеи стереодисплея, то для их построения применимы те же технологии параллакс-барьеров и линзовых растров, только за каждой линзой должно располагаться столько пикселов, сколько ракурсов изображения мы хотим получить. Очевидно, что существующие сегодня LCD панели не позволяют получить по такой схеме приличный M3D. Возьмем 17" монитор, имеющий 1280х1024 пиксела размером 0,27мм. Если мы хотим получить 5 ракурсов, придется взять линзовый растр с шагом 1,35мм, а горизонтальное разрешение станет аж целых 256 пикселов! Не впечатляет… Но есть технология, позволяющая использовать массив пикселов лучшим способом. Это голографические оптические элементы (Holographic Optical Elements - HOE ). Перед LCD панелью помещается пленка, состоящая из миниатюрных голограмм, каждая из которых закрывает один пиксел и направляет проходящий свет в одном из заданных направлений. Голограммы, формирующие столько различных направлений, сколько нужно ракурсов, объединяются в патерн, повторяющийся по всей поверхности экрана. Для получения четырех ракурсов используются группы 2х2 пиксела, для девяти ракурсов - 3х3, т.е. для того же 17" монитора разрешение будет 640х512 и 427х341 пиксел соответственно. Конечно, для работы с текстом такой монитор уже не годится, а вот графика и видео будут выглядеть вполне прилично (для сравнения: видеомагнитофон формата VHS воспроизводит изображение с разрешением примерно 384х288 пикселов). Учитывая, что разрешение LCD панелей непрерывно растет, а производство голографической пленки реально уже сейчас, можно ожидать появление серийных моделей M3D в недалеком будущем. Но вот действительно важный вопрос: а сколько ракурсов необходимо? Ответ зависит от конкретного назначения M3D и поддается точному рассчету. Для комфортного просмотра видео бывает достаточно 4-6 ракурсов, тогда как для серьезных применений, таких как 3D-томография и рентген, графические рабочие станции CAD/CAM, отображение оперативной обстановки (авиадиспетчерские, аварийно-спасательные службы) и т.д., может, понадобится от 40 до 150 ракурсов. Известно несколько прототипов M3D с числом ракурсов более 40. В одном из них электромеханическая зеркальная система разворачивает пакет лучей от 48 полупроводниковых лазеров, по одному на каждый ракурс, в другом около 100 ракурсов формируются с помощью оптических волокон толщиной 10 микрон, соединенных в упорядоченный оптический кабель, по которому изображение от нескольких серийных видеопроекторов подводится к линзовому растру. Проблема M3D состоит не столько в изготовлении самого устройства (например, можно взять сколько нужно проекторов и экран из двух совмещенных линзовых растров - очень старый патент), сколько в получении необходимой для отображения информации. Даже стереовидеокамеры до сих пор остаются экзотикой, восьмиракурсная видеокамера применялась в прототипе многоракурсной телевизионной системы НИКФИ, а видеокамеру с большим числом ракурсов представить сложно. Настолько же проблематична запись и передача по каналам связи такого сигнала. Разрабатываются два диаметрально противоположных подхода к этой проблеме. Первый предполагает сжатие многоракурсной информации на основе межракурсных разностей (практически та же MPEG-технология) с последующей распаковкой при воспроизведении, второй - восстановление промежуточных ракурсов из стереопары. Прототип системы второго типа с четырьмя видеопроекторами, ретрорефлективным экраном и компьютером, вычисляющим промежуточные ракурсы с помощью нейросетевых алгоритмов был разработан и успешно продемонстрирован компанией НейрОК Оптикс. Восстановление большего числа ракурсов требует существенных вычислительных мощностей. Еще большие ресурсы необходимы для построения множества ракурсов 3D сцены, описанной набором векторов или массивом вокселов. ПЛЮСЫ: широкая зона стереоэффекта; большая глубина объема воспроизведения; возможность "оглядывания" и динамического параллакса; наличие контента (потенциально); возможность отображения непрозрачных объектов, т.е., потенциально, реалистичная графика и видео МИНУСЫ: техническая сложность и себестоимость быстро возрастают с увеличением числа воспроизводимых ракурсов; небольшой угол обзора (от 24 до 50 градусов против 160 и более у обычных мониторов); требуется большая скорость потока данных (кратное числу ракурсов увеличение от моно) или существенный объем вычислений для кодирования и декодирования данных; отсутствует программное обеспечение Вряд ли в ближайшие год - два стоит ожидать появления недорогих серийных моделей мультивидовых 3D дисплеев "для дома, для семьи", хотя многие серьезные производители дисплеев имеют свои прототипы . Например, линейка дисплеев с 3, 5, 7, и 9-ю ракурсами у Philips, шестнадцатиракурсный дисплей у Samsung. ГОЛОГРАФИЧЕСКИЕ 3D ДИСПЛЕИ В первой части мы определили, что голографические 3D дисплеи (далее H3D) воспроизводят непрерывное световое поле, соответствующее световому полю реальной 3D сцены. Однако, современная техника немыслима без цифровой обработки сигналов, стало быть, любая непрерывная функция с некоторой точностью апроксимируется рядом дискретных значений. Световое поле не исключение, поэтому H3D можно рассматривать как дальнейшее развитие мультивидовых дисплеев с очень большим количеством воспроизводимых ракурсов. ПРИНЦИП: Разделение объема воспроизведения множеством условных вертикальных плоскостей, проходящих через центр экрана. В каждой части разбитого плоскостями пространства наблюдается свой вид (ракурс) объемной сцены. Обычно, когда речь заходит о H3D, имеют в виду устройство, способное воспроизводить на некоемом материале подобие традиционной голограммы, то есть вычислять и отображать фиксируемую ей в виде дифракционных структур интерференционную картину светового поля, причем делать это в реальном времени. Такой подход не учитывает, что каждый малый участок голограммы представляет из себя дифракционную решетку, выполняющую роль отклоняющего элемента и нет нужды каждый раз, когда нужно изменить угол отклонения луча, рассчитывать и отображать ее. Самое удивительное, что есть ученые, разрабатывающие это финансово и информационно сверхзатратное направление. Например, американцы из Массачусетского технологического разработали прототип, в котором воспроизводится изображение, рассчитанное на компьютере. Голограмма формируется с помощью акустооптического модулятора: луч лазера модулируется акустическими колебаниями, воздействующими на кристалл, который расположен перед фокусирующей линзой. Прорисовка изображения выполняется механической зеркальной разверткой. Для монохромной картинки размером 15 x 15 x 20 см требуется поток данных около 2 гигапикселов в секунду. Японцы пытаются воспроизводить голограммы с помощью проекционных LCD матриц (используются в видеопроекторах), каждая из которых воспроизводит небольшой отдельный участок голограммы. Поскольку диагональ таких матриц не превышает 1,8 дюйма, для получения голограммы нужной площади пришлось использовать множественные конфигурации и устройства сведения для объединения различных частей голограммы. Поток данных, требуемый для воссоздания полноценного образа, достигает приблизительно одного терабайта в секунду. Монохроматическая голограмма с площадью проекции 1 кв.см - это пока максимум, чего удалось добиться исследователям. Интересна разработка, названная ее авторами "офисный голографический принтер". Хотя это устройство не имеет непосредственного отношения к 3D дисплеям, полученные результаты могут быть использованы в будущем для создания H3D. Принтер позволяет печатать на фоточувствительном материале однопроходные голограммы, качество которых во многих случаях превосходит качество традиционных голограмм. Голограмма получается путем последовательной экспозиции узких полосок фотоматериала через щелевую маску. На каждой полоске по традиционной технологии получения голограмм фиксируется образ цилиндрической линзы, за которой располагается LCD матрица с выведенным на нее специально подготовленным изображением. В результате получается голограмма линзового растра очень высокого разрешения (до 250 lpi), идеально совмещенного с изображением, содержащим до 150 ракурсов предварительно отснятой или смоделированной на компьютере 3D сцены. Исследования, проведенные при разработке голографического принтера, показали, что голограмма 3D объекта может быть рассчитана как совокупность голографических образов составляющих его вокселей. Образ вокселя представляет из себя фиксированный паттерн, зависящий только от "глубины залегания", т.е. Z-координаты вокселя и не зависящий от координат X и Y. Паттерны для всего диапазона значений Z могут быть рассчитаны заранее и помещены в таблицу, откуда будут извлекаться при выводе в реальном времени с минимальным количеством вычислительных операций. Паттерны для систем на основе линзовых растров имеют простейший вид группы вертикальных штрихов и могут рассчитываться непосредственно в процессе вывода изображения. Отличие данного метода от классической голограммы состоит в том, что формируются изображения, имеющие только горизонтальный параллакс (как, впрочем, и у всех дисплеев, описанных выше). Принцип формирования образа вокселя P из опорного пучка света S классической голограммой показан ниже. Можно заметить, что чем дальше от поверхности находится воксель, тем большая площадь голограммы принимает участие в его формировании. ПЛЮСЫ: самое реалистичное 3D изображение, обладающее всеми оптическими свойствами отображаемого реального объекта МИНУСЫ: техническая сложность на пределе современных возможностей аппаратуры, вычислительных мощностей хватает только для статических изображений Как говорил классик в другом месте и по другому поводу " Узок круг этих революционеров. Страшно далеки они от народа". Именно так обстоит дело с голографическими 3D дисплеями. К счастью, для определенного круга задач существуют другие решения, позволяющие получить реальное 3D. Это волюметрические 3D дисплеи.[2] ВОЛЮМЕТРИЧЕСКИЕ (VOLUMETRIC) 3D ДИСПЛЕИ Волюметрические 3D дисплеи (далее V3D) существенно отличаются от всех рассмотренных выше типов 3D дисплеев, формирующих изображение с помощью элементов, расположенных в одной плоскости. ПРИНЦИП: воспроизведение объемного изображения в виде вокселов или векторов, реально разнесенных в рабочем объеме дисплея (объеме воспроизведения), четко ограниченном его конструкцией. Для V3D нам потребуется дополнительная классификация, поскольку это самая многочисленная по разнообразным технологиям группа. Примем за основу классификации три параметра: наличие в конструкции движущихся частей, тип источника изображения, заполнение объема воспроизведения. Естественно, такая классификация условна и не претендует на полноту и окончательность. В таблице приведены некоторые примеры технологий V3D. По большому счету, для V3D существует всего два способа воспроизвести изображение воксела в заданной точке пространства: Поместить в эту точку вещество, способное рассеивать свет и осветить его; Поместить в эту точку вещество, способное излучать свет и заставить его светиться Оба способа предполагают, что объем воспроизведения должен быть заполнен подходящим веществом, поскольку воксел может располагаться в любой точке этого объема по определению. Причем, для первого способа сразу возникает противоречие: если вещество рассеивает свет, то оно не может быть прозрачным и нельзя увидеть вокселы, располагающиеся в его глубине. И здесь в очередной раз спасает инерционность зрительного аппарата человека. Сплошной объем вещества заменяется тонким рассеивающим экраном, который периодически "сканирует" объем воспроизведения так, что за один цикл поверхность экрана проходит через все точки этого объема. Форма поверхности экрана интересует нас лишь постольку, поскольку для воспроизведения 3D объектов с минимальными геометрическими искажениями требуется учитывать ее при пересчете компьютерной модели в реальные координаты. Насколько разной может быть форма поверхности, видно из сравнения двух моделей V3D: FELIX 3D и Perspecta. Пример 1 Проект FELIX 3D использует экран в виде одного витка спирали для проецирования лучей трех твердотельных лазеров основных цветов. Перемещение по осям X и Y обеспечивается механической зеркальной разверткой, а по Z - положением экрана в момент включения лазеров. В каждый момент времени формируется изображение только одного воксела, а всего за 1 оборот - около 10 000 вокселов при скорости вращения экрана 20Гц. Такое небольшое количество вокселов ограничивает сферу применения FELIX 3D векторными приложениями, например в системах CAD/CAM. Компания Actuality Systems использует в модели Perspecta плоский экран, вращающийся вместе с системой зеркал для проецирования изображения размером 768х768 пикселов одновременно. DLP проектор успевает сформировать за время одного оборота (при частоте вращения 24Гц) 198 плоских изображений (1 бит на цвет), составляющих "нарезку" (slices) 3D сцены. Таким образом, общее количество формируемых вокселов превышает 100 миллионов, что является пока абсолютным рекордом. Проблемой подготовки информации является необходимость поворота формируемого на экране проектора изображения синхронно с вращением экрана и рассчет "нарезки". Для этого используется DSP процессор производительностью 1600 MIPS и 6 Gb DDRAM. Пример 2 Нужно сказать, что идея V3D с вращающимся экраном давно привлекала внимание разработчиков. Вот, например, оригинальная конструкция, в которой покрытый фосфором стеклянный диск помещался внутрь электронно- лучевой трубки и приводился в движение электромотором, ротор которого располагался внутри колбы, а статор снаружи. Изображение получали, управляя отклонением электронного луча. Однако, практического применения эта конструкция, как и сотни подобных, не нашла, поскольку формирование сигналов, необходимых для получения объемного изображения, оказалось непосильной задачей. Действительно, даже с помощью современных мощных компьютеров не так просто вычислить положение точки пересечения наклонного луча и вращающейся плоскости в реальном времени. В плане простоты расчетов, гораздо удобнее конструкции, в которых экран или монитор движутся возвратно-поступательно, но в них очень сложно совместить высокую скорость перемещения с хорошей линейностью и отсутствием вибраций. Пример 3 Новым толчком к развитию V3D послужило появление светодиодов и персональных компьютеров. Появилась возможность заменить вращающийся экран светодиодной панелью, благодаря чему положение вокселов в объеме воспроизведения оказалось жестко заданным и достаточно легко вычисляемым, чтобы изготовить вполне работоспособный прототип, что и было сделано впервые в 1979 году. Простые расчеты показывают, что современная элементная база позволяет создать по этой схеме V3D, воспроизводящие более миллиона цветных вокселов, но, к сожалению, информация о таких разработках отсутствует. Пример 4 Модель VIZTA3D Z20/20 - пример удачной реализации известной схемы с неподвижным проектором и линейно движущимся экраном на новом технологическом уровне. Физически движущийся экран заменен в нем пакетом жидкокристаллических пластин - экранов, прозрачность которых меняется под воздействием управляющего напряжения. Пакет состоит из 20 пластин диагональю 20 дюймов, что отражено в названии модели. В одном состоянии каждая из пластин прозрачна и пропускает свет, в другом мутнеет и становится просветным рассеивающим экраном. Установленный за пакетом DLP проектор формирует изображения "срезов" 3D сцены синхронно с переключением прозрачности пластин. Сглаживание изображения по глубине достигается специальной программной обработкой. Пример 5 Известно несколько прототипов V3D, использующих эффект транслюминесценции, то есть способность некоторых кристаллов и газов излучать свет с определенной длиной волны под воздействием излучения с другой длиной волны, например, видимый красный свет под воздействием невидимого инфракрасного излучения. Лучи двух инфракрасных полупроводниковых лазеров отклоняются таким образом, что пересекаются в заданной точке объема воспроизведения, заполненного активным веществом. Транслюминофоры имеют определенный энергетический порог возбуждения. Мощности лазеров подбирают таким образом, чтобы энергия одного луча была ниже этого порога и не вызывала свечения, а суммарная энергия двух лучей превышала этот порог. Таким образом, свечение возникает только в точке пересечения лучей. Управляя отклонением лучей с помощью зеркал или акустооптических элементов, добиваются сканирования всего объема воспроизведения, а модулируя один из лучей засвечивают нужные вокселы. Пример 6 Одна из тех конструкций, которые, вероятно, никогда не будут реализованы на практике. Объем воспроизведения заполнен пластиковыми шариками, к каждому из которых подведена нить оптоволокна. Освещая противоположные торцы нитей, собранные в упорядоченный оптоволоконный кабель, можно заставить светиться отдельные шарики-"вокселы". Для этого каждая нить сопряжена с отдельной ячейкой оптического модулятора. Сложность только в том, что шарики должны были бы рассеивать свет, поступающий через оптоволокно, но, в то же время, свободно пропускать свет от других шариков. Пример 7 Если шарики- "вокселы" из предыдущего примера заменить на светодиоды, получится еще одна конструкция, которая имеет шансы на развитие в будущем. Достаточная прозрачность объема воспроизведения в этом случае легко достижима, поскольку сами излучающие кристаллы светодиодов имеют размер примерно 0.3х0.3мм2, а шаг между ними может быть выбран намного больше. Существующие прототипы имеют очень скромное количество вокселов (на фото куб 10х10х10 = 1000 вокселов), но единственным реальным препятствием к созданию серьезных V3D по этой технологии является цена светодиодов. Полноцветный дисплей с миллионом вокселов (100х100х100) обойдется примерно в миллион долларов! Для сравнения, большие светодиодные экраны, которые можно видеть на улицах многих крупных городов, содержат примерно такое же количество светодиодов и стоят примерно столько же. Итог третьей части: ПЛЮСЫ: Истинно объемное изображение, обеспечивающее естественную связь между конвергенцией и аккомодацией, динамический параллакс и другие пространственные эффекты Большой угол обзора, вплоть до 360 градусов по горизонтали и 270 градусов по вертикали МИНУСЫ: невозможность отображения непрозрачных объектов, нельзя отобразить реалистичную графику и видео. объем воспроизведения закрыт физически, невозможно совмещение с реальными объектами требуется очень большая скорость потока данных очень высокая стоимость, от многих десятков но нескольких сотен тысяч долларов[3] Модели 3D-мониторов различных фирм 3D-мониторы Philips Компания Philips представила новые мониторы Comfort, которые созданы для работы с 3D-графикой. Мониторы с диагональю 42 дюйма обеспечивают 3D-эффект без использования специальных очков. Более того, в отличие от других подобных разработок, где трехмерную картинку можно увидеть, только если смотреть на экран с определенной точки, эти мониторы дают возможность наслаждаться 3D-эффектом сразу нескольким зрителям, которые смотрят на дисплей под разным углом. Для работы с разными приложениями понадобятся специальные программы для преобразования контента в 3D-формат. Так, уже известно о доступности специального плагина для 3ds Max, экспортирующего содержимое в совместимый формат, и о наличии специальных инструментов для визуализации в реальном времени игр, а также других приложений. Также известно, что пользователи смогут регулировать глубину 3D-изображения и параметры визуализации.[4] Zalman выпускает 3D-мониторы с диагональю 19" и 22" О планах компании Zalman выйти на рынок 3D-мониторов стало известно на выставке CeBIT, прошедшей весной этого года. Посетителям шоу было предъявлено документальное доказательство в виде двух ЖК-экранов объёмного изображения с диагональю 19 и 22 дюйма. За это время 3D-мониторы от Zalman прошли путь от инженерных образцов до реальных продуктов, отражённых на официальном сайте корейской компании. Обе модели вошли в новую серию Trimon и получили название ZM-M190 и ZM-M220W. Для полноценной работы ЖК-мониторов в трёхмерном режиме необходимы специальные 3D-очки, которые будут поставляться в комплекте. На данный момент список поддерживаемых видеокарт ограничен продуктами на чипах NVIDIA из серий GeForce 5, 6 и 7. Представители GeForce 8 будут включены в данный список только в следующем году. Что касается видеочипов от объединённой компании AMD, стереодрайверы с их поддержкой пока недоступны. Пользователи Windows Vista также будут разочарованы по той же причине. Стоит также отметить, что ощутить 3D-эффект на новых ЖК-мониторах можно не со всеми играми. На сегодняшний день насчитывается около 40 совместимых 3D-игр, большая часть из которых - чрезвычайно популярные. Младшая 19-дюймовая модель Zalman ZM-M190 работает с оптимальным разрешением 1280x1024 (SXGA), что соответствует привычному соотношению сторон 5:4. Для старшей широкоформатной модели ZM-M220W с размером экрана 22 дюйма оптимальным является разрешение 1680x1050 (WSXGA+) с соотношением сторон 16:10. ЖК-матрицы новых дисплеев Zalman характеризуются соотношением контрастности 1000:1, яркостью 300 кд/кв.м (для ZM-M220W указан диапазон 300-400 кд/кв.м), временем отклика 5 мс и способностью воспроизводить около 16,7 млн. цветов. Углы обзора для 2D-режима составляют 160˚ / 160˚, для 3D-режима они гораздо скромнее - 90˚ (по горизонтали) / 10˚~12˚ (по вертикали). Мониторы имеют по одному цифровому видеовходу DVI-D и по одному аналоговому D-Sub. За звуковое сопровождение отвечают стереопары динамиков мощностью по 2 Вт каждый. Обе новинки выполнены в корпусе чёрного цвета.[5] LG представила 3D ЖК монитор Компания LG Electronics (LG), один из ведущих мировых производителей бытовой электроники, продемонстрировала первый 3D монитор объемного изображения на базе 42-дюймовой ЖК-панели, обладающей разрешением 1920 х 1080 пикселей, величиной контрастности 1600:1 и временем отклика 8 мс. Первые упоминания о данной модели восходят к сеульской KES 2006, сегодня компания официально представила новую технологию. Представленная технология визуализации может быть использована для рекламы в местах продаж, в 3D моделировании интерьеров, компьютерном дизайне, компьютерных и видео играх а так же в других развлекательных целях. Объемная картинка формируется без помощи специальных очков или каких-либо дополнительных приспособлений, вне монитора. Эффект объемного изображения достигается за счет нанесения специального покрытия на поверхность монитора и определенного порядка вывода картинки на экран. Глубина 3D изображения составляет 0,5 м, а дистанция для корректного просмотра 3D видео – около 3 метров. Объемная картинка формируется компьютерной программой True3D Player (3D Contents Player), возможна программная обработка в 3DS Max Rendering S/W и конвертере Stereo to True3D. Официальный представитель компании выразил уверенность, что со временем данная технология позволит заменить информационно – рекламные плазменные и ЖК панели в общественных местах, магазинах, а также в других областях, где требуются большие экраны для подачи аудио-визуальной информации.[6] SeeReal: 3D-мониторы появятся в каждом доме Голографические мониторы могут скоро появиться в домах и офисах. Так утверждает немецкая компания SeeReal, разработавшая новую технологию для отображения трехмерных изображений на экране телевизора, компьютерного монитора или посредством проектора. По словам компании, ей удалось преодолеть две основные трудности, которые задерживали распространение голографической технологии – недостаточное разрешение экрана (для того, чтобы иметь возможность смотреть на голографическое изображение под углом 60 градусов, нужно разрешение, превышающее разрешение HDTV в 250 тысяч раз) и слишком большие мощности, которые требуются для обработки данных. Просчет значения каждого пикселя на голографическом дисплее требует гораздо больше мощности, по сравнению с обычным 2D-экраном. Если прибавить к этому то, что общее число пикселов тоже больше, получается, что для просмотра видео в реальном времени нужны чудовищно мощные компьютеры. SeeReal преодолела обе трудности, создав технологию Tracked Viewing Window. С ее помощью можно уменьшить общее число пикселов до того числа, которое применяется в HDTV, благодаря чему для просмотра голографического 3D-изображения можно будет задействовать обычные потребительские устройства. Кроме этого, благодаря специальной системе распределения нагрузки, на просчет видео в реальном времени требуется намного меньше мощностей. Пока что в распоряжении SeeReal только прототип устройства, однако компания планирует превратить его в продукт массового потребления уже в ближайшее время.[7] Sharp: Первый 3D-монитор для простых смертных Компания Sharp представила свой первый ЖК-монитор, позволяющий просматривать высококачественную реалистичную 3D-графику без использования специальных очков. И хотя, по данным Associated Press, несколько менее известных компаний уже выпускают трехмерные дисплеи с аналогичной функциональностью для медицинской и научно-исследовательской отраслей, новый 15-дюймовый монитор от Sharp впервые нацелен и на потребительский рынок. Новый монитор LL-151–3D, поставки которого на рынок уже начались, позволяет «естественным» образом отображать объемную графику с высоким уровнем детализации, становясь полноценным «окном» в трехмерный мир. В таких мониторах крайне нуждаются инженеры-проектировщики, архитекторы, картографы и специалисты в области обработки данных дистанционного зондирования, военные, и далеко не они одни. По данным исследования, проведенного компаниями iSuppli/Stanford Resources, объем поставок 3D-дисплеев различных типов на рынок будет возрастать в ближайшие годы на 18% ежегодно — с ожидаемых 2,9 млн. штук в текущем году до 8,1 млн. в 2010 г. Ранее для отображения 3D-графики приходилось использовать, в частности, так называемый «анаглифический» режим, в котором трехмерное изображение просматривалось через очки с синим и красным фильтрами, специальные видеокарты с очками, надеваемые мониторы-очки и другие технологии. Новый 15-дюймовый жидкокристаллический XGA-монитор Sharp LL-151–3D может нажатием одной кнопки переводиться в 3D-режим, позволяя «естественным» образом отображать объемную графику с высоким уровнем детализации. Для реализации 3D-режима в дополнение к обычной ЖК-матрице перед ней установлена вторая такая же матрица, которая служит параллаксным барьером. Вторая матрица может быть отключена — в этом случае монитор работает в обычном режиме отображения двумерной графики. С ее включением световое излучение первой матрицы селектируется таким образом, что свет нечетных пикселей направляется в левый глаз находящегося перед монитором наблюдателя, а четных — в правый. В этом случае каждый глаз видит свое собственное, несколько отличное от другого изображение объемного объекта, что позволяет получить реалистичное и перспективное 3D-изображение объекта. Новый дисплей по-своему уникален тем, что введение принципиально нового режима не сказалось отрицательно на характеристиках монитора в обычном, двумерном режиме. LL-151–3D имеет разрешение 1024х768 пикселей, яркость 370 кд/кв. м в 2D- и 370 кд/кв. м — в 3D-режимах, обеспечивает контрастность 500:1. Время отклика составляет 25 мс. Угол обзора составляет 130 градусов по горизонтали и 115 градусов по вертикали. Монитор оснащен встроенными стереоколонками, DVI-I видеовходом и 3,5-миллиметровым разъемом стерео-аудио, механизмом регулировки крепления монитора по высоте и системой подсветки, рассчитанной на 50 тыс. часов работы. Рекомендованная производителем цена нового монитора в США относительно невысока, если принять во внимание его возможности — $1499. Естественно, сам по себе монитор ничего «трехмерного» продемонстрировать не может — для этого необходимо специализированное ПО. Напомним, что год назад компания Sharp сообщала о намерении выпустить ноутбук Mebius PC-RD3D, экран которого мог бы работать в 3D-режиме. С ноября 2002 г. Sharp поставляет мобильные телефоны с трехмерными дисплеями компании NTT DoCoMo, и эти модели пользуются очень высокой популярностью.[8] Заключение Тема 3D дисплеев очень интересна, поскольку назрела необходимость их применения во многих сферах деятельности человека. Ежедневно в этой области появляется новая информация, поэтому используемая в этой работе информация, является частично теоретико-исторической справкой, частично отражающая реалии существующие сейчас. Но данная технология бурно развивается и дополняется с каждым днем. Список используемых источников 1. 3D дисплеи. Часть 1. Книгин С.Б[1] 2. 3D дисплеи. Часть 2. Книгин С.Б[2] 3. 3D дисплеи. Часть 3. Книгин С.Б[3] 4. http://gizmod.ru/2006/01/08/3d-monitory_philips/[4] 5.http://www.3dnews.ru/news/zalman_vipuskaet_3d_monitori_s_diagonaliu_19_i_22/[5] 6. http://www.3dnews.ru/news/lg_predstavila_3d_zhk_monitor/[6] 7. http://protoplex.ru/news_show/3271.html[7] 8. http://www.cnews.ru/news/top/index.shtml?2004/08/10/162202[8]