Средства вывода в Virtual Reality. Технологии 3D-очков. Особенности применения.

Системами «виртуальной реальности» называются устройства, которые более полно по сравнению с обычными компьютерными системами имитируют взаимодействие с виртуальной средой, путём воздействия на все пять имеющихся у человека органов чувств.

Плоское изображение монитора может обеспечивать небольшой стереоэффект за счёт разной скорости движения частей изображения. Полный стереоэффект обеспечивается предоставлением каждому глазу своей картинки. Изображение может формироваться монитором с цветовым смещением (анаглиф), или с попеременным показыванием каждому глазу своей картинки. Существуют ЖК-мониторы, формирующие объёмное изображение за счёт разного угла обзора.

Для индивидуального погружения в виртуальный мир важен широкий угол обзора и изменение направления взгляда вместе с поворотом головы, так, чтобы оно оставалось перед глазами, что обеспечивает шлем виртуальной реальности со встроеными гироскопами. Также используется виртуальный ретинальный монитор.

На данный момент самыми совершенными системами виртуальной реальности являются проекционные системы, выполненные в компоновке комнаты виртуальной реальности (CAVE). Такая система представляет собой комнату, на все стены которой проецируется 3D-стереоизображение. Положение пользователя, повороты его головы отслеживаются трекинговыми системами, что позволяет добиться максимального эффекта погружения. Данные системы активно используются в маркетинговых, военных, научных и других целях.

Звук

Многоканальная акустическая система, позволяет производить локализацию источника звука, что позволяет пользователю ориентироваться в виртуальном мире с помощью слуха.

Имитация тактильных ощущений

Симулирование прыжка с парашютом

Имитация тактильных или осязательных ощущений уже нашла свое применение в системах виртуальной реальности. Это так называемые устройства с обратной связью. Применяются для решения задач виртуального прототипирования и эргономического проектирования, создания различных тренажеров, медицинских тренажеров, дистанционном управлении роботами, в том числе микро и нано, системах создания виртуальных скульптур.

Управление

С целью наиболее точного воссоздания контакта пользователя с окружением, применяются интерфейсы пользователя, наиболее реалистично соответствующие моделируемым: компьютерный руль с педалями, рукояти управления устройствами, целеуказатель в виде пистолета и т. д.

Для бесконтактного управления объектами используются как перчатки виртуальной реальности, так и отслеживание перемещений рук, осуществляемое с помощью видеокамер. Последнее обычно реализуется в небольшой зоне и не требует от пользователя дополнительного оборудования.

Перчатки виртуальной реальности могут быть составной частью костюма виртуальной реальности, отслеживающего изменение положения всего тела и передающего также тактильные, температурные и вибрационные ощущения.

Устройство для отслеживания перемещений пользователя может представлять собой свободно вращаемый шар, в который помещают пользователя или осуществляться лишь с помощью подвешенного в воздухе или погружённого в жидкость костюма виртуальной реальности. Также разрабатываются технические средства для моделирования запахов.

Прямое подключение к нервной системе

Описанные выше устройства воздействуют на органы чувств человека, но данные могут передаваться и непосредственно нервным окончаниям, и даже напрямую в головной мозг посредством мозговых интерфейсов. Подобная технология применяется в медицине для замены утраченных чувствительных способностей, но пока она слишком дорога для повседневного применения и не достигает качества передачи данных, приемлемого для передачи виртуальной реальности.

 

1.Анаглиф

 

Исторически первым популярным методом для отображения объёмных изображений (как видео, так и статичных картинок) был анаглиф.

Этот метод до сих пор остаётся самым простым и доступным. Не требует никакого специализированного оборудования, кроме красно-синих (или пурпурно-зелёных) очков, а анаглифное изображение из стереопары легко изготовить самому при помощи большинства популярных редакторов растровых изображений.

Стереоэффект достигается методом цветового кодирования изображений, предназначенных для левого и правого глаза.

Анаглифное стереоизображение представляет собой сочетание двух изображений, в которой в красном канале изображена картина для левого глаза (правый её не видит из-за светофильтра),а в синем - для левого

Для просмотра анаглифного 3D-кино подойдут обычный телевизор или монитор с компьютером или DVD/Blu-Ray проигрывателем, главное, чтобы сам фильм бы записан в таком формате. Продаваемые диски с анаглифным 3D-контентом, кстати, обычно уже комплектуются очками в бумажном варианте.

Главным недостатком такого метода получения объёмного изображения является неполная цветопередача, из-за чего он и не получил широкого распространения.

Два популярных программных пакета для формирования стереоизображений в играх, Tridef 3D и iZ3D также позволяют получать анаглифное стереоизображение в играх на любом цветном мониторе и любой относительно современной (минимум поколения DirectX 9) видеокарте, причём первая программа делает это в триальной 14-дневной версии, а вторая - вообще в бесплатной. И не забудьте про собственно анаглифные очки, не обязательно именно эти.

Тем не менее, дальний потомок анаглифа прижился в кинотеатрах под названием Dolby3D, где применяется технология интерферентной фильтрации, выражающаяся в сложной схеме спектрального деления составляющих для каждого глаза, что позволяет значительно улучшить цветопередачу по сравнению с "обычным" анаглифом. Требует специальных очков, очки для обычного анаглифа не подойдут.

2.Линейная поляризация Первый метод, позволивший смотреть в кинотеатрах цветные сетереофильмы.Наиболее известный сейчас пример применения этой технологии - это IMAX 3D, разработанная, как это ни странно, на основе советской системы СТЕРЕО70 1963 года, получившей таки задним числом (в 1990 году) "Оскар" за техническое совершенство

Вкратце эту технологию можно описать так: поляризованные изображения для левого и правого глаза накладываются через расположенные под углом 90 градусов друг другу фильтры в проекторах, соответственно, зритель смотрит на экран через очки, в которых также находятся ортогонально ориентированные поляризационные фильтры, отсекая изображение, предназначенное для другого глаза.

Однако из-за одного ключевого недостатка системы стереопроекции на основе линейной поляризации так и не стали по настоящему массовыми - от зрителя постоянно требуется держать голову на одном уровне, не наклоняя её вбок, иначе стереоэффект теряется и возможно ощущение тошноты и дискомфорта. В IMAX 3D этот недостаток компенсируется гигантским размером экрана, но, тем не менее, новые кинотеатры IMAX 3D уже строятся на основе систем, использующих круговую поляризацию, о которой ещё зайдёт речь.

 

3.Темпоральное разделение или затворный метод

 

Темпоральное разделение достигается путём поочерёдного показа картинки для левого и правого глаза. Для этого требуются затворные LCD-очки, также иногда именуемые активными.

Культовый пример применения этой технологии - GeForce 3D Vision, Изначально она ориентировалась преимущественно на компьютерные игры, однако теперь с её помощью также возможен просмотр Blu-Ray 3D и использование в профессиональных целях.

Теперь затворную технологию создание 3D можно встретить не только в совместимых с GeForce 3D Vision 120Гц мониторах, но и в 3D LCD-телевизорах Samsung, Sony (у них фирменная технология называется Sony 3D World), плазменных панелях Panasonic, продукции многих других производителей и даже в кинотеатрах - соответствующий вариант затворной технологии называется XpanD 3D.

Маленький нюанс - если даже ваш 3D-телевизор не поддерживает технологию GeForce 3D Vision, но имеет поддержку частоты обновления в 120Гц (или выше) для телевизоров с затворной технологией или FPR-реализацию 3D, HDMI1.4a вход и собственные очки, то с большой вероятностью он может поддерживать технологию nVidia 3DTV Play, которая за некую сумму денег активирует соответствующие возможности видеокарты.

При этом если вы являетесь счастливым обладателем и nVidia GeForce 3D Vision Kit, и телевизора/проектора, совместимого с 3DTV Play, но не совместимого с GeForce 3D Vision, то больше ничего докупать не надо - лицензия на 3DTV Play у вас будет активироваться при подключении ИК-передатчика для очков nVidia, но при этом надо будет пользоваться очками, прилагаемым к телевизору/проектору. Немного запутанно, но вполне логично. Полный список поддерживаемых устройств можно найти на сайте nVidia

Отдельно стоит уточнить ситуацию с DLP 3D Ready проекторами (это тип реализации 3D также относится к классу затворных) - далеко не каждый такой проектор поддерживает nVidia 3DTV Play или nVidia GeForce 3D Vision:Вот список совместимых с nVidia GeForce 3D Vision проекторов из нашего ассортимента, а список совместимых с 3DTVPlay проекторов устройств можно найти на сайте nVidia по приведённой выше ссылке для телевизоров, их там не так много.

На DLP 3D Ready проекторах, не совместимых с технологиями nVidia все равно можно поиграть в 3D игры или посмотреть стереокино, используя софт от iZ3D и совместимые с DLP 3D затворные очки.

И, кстати, можно играть в 3D на Sony Playstation 3 c последней версии прошивки (естественно, на 3D-телевизорах Sony Viera и Bravia).

Технически же суть затворной (в некоторых источниках её ещё называют "эклипсной")технологии очень простая - жидкокристаллические затворные очки поочерёдно закрываются, показывая с высокой частотой (обычно 60Гц) картинку то левому, то правому глазу, синхронизируясь с источником изображения (т.е. с компьютером или с телевизором/проектором). При этом от устройства отображения требуется вдвое большая частота обновления кадров (120Гц для GeForce 3D Vision) и от 100 до 400Гц для других инкарнаций.

К достоинствам затворной технологии можно отнести: Отсутствие потерь в разрешении изображения и цветопередаче.

Малая чувствительность к вертикальным и горизонтальным наклонам головы даже по сравнению с описанной ниже технологией круговой поляризации.

Беспрецедентно широкий список список поддерживаемых игр и приложений в случае с nVidia 3DVision/3DTV Play

Возможность мультимониторного игрового 3D (nVidia 3D Vision Surround)

А вот о недостатках речь пойдёт ниже при сравнении с технологией круговой поляризации.

 

4.Круговая поляризация

 

Вот так схематично можно представить круговою поляризацию (для случая закрутки вектора напряженности электрического поля влево)

Метод поляризационного разделения изображения, когда изображения для разных глаз имеют разное направление вращения вектора поляризации изображения является наряду с затворным одним из самых популярных в настоящее время. Он предъявляет куда менее строгие требования к положению головы относительно экрана, чем метод линейной поляризации, давая меньше специфичных искажений изображения при наклоне головы как в продольной, так и поперечной плоскости относительно экрана и меньше утомляет зрение.

Пока самый известный пример его массового применения - цифровая система кинотеатральной проекции RealD (прославившейся самой достоверной демонстрацией известного кинофильма про трёхметровых синих хвостатых гуманоидов).

Однако с появлением революционной технологии FPR (Film-type Patterned Retarder), по сути - плёнки, обеспечивающей чересстрочную круговую поляризацию изображения на экранах LCD-мониторов и телевизоров этот метод оказался ещё и настоящим прорывом на рынке массового 3D, начиная соперничать с затворными технологиями.

В частности, технология круговой поляризации в сочетании с FPR используется в современных 3D LCD телевизорах LG и Philips

Достоинством этого метода являются хорошая яркость цветопередача, лёгкие и дешёвые очки, отсутствие требований высокой частоты обновления изображения к устройству отображения.

Платой за этой является формальное двукратное падение фактического разрешения для каждого глаза при работе в 3D режиме - каждый глаз одновременно видит только 540 строк с определённым типом поляризации, поскольку картинка для обоих глаз демонстрируется одновременно, а на экран нанесено специальное покрытие, по-разному поляризующее чётные и нечётные строчки.

Однако благодаря особенностям человеческого восприятия в мозгу восстанавливается картинка с субъективным разрешением, близким к исходному, т.е.1080 строк.

В настоящее время эта технология ("пассивные" очки + чересстрочная круговая поляризация изображения) является самой прогрессивной и популярной технологией, наряду с затворной и "активными очками", о которых речь шла выше.

Отсутствие видимого мерцания картинки. Никакого переключения затворов со скоростью 60Гц не происходит, оба глаза постоянно видят выводимое на экран изображение.

Из-за инерции человеческого зрения, матрицы монитора и "нахлёста" фаз открытия у многих реализаций затворных технологий один глаз получает долю картинки, предназначенной для другого. Это приводит к специфическому двоению изображения.

Лёгкие и дешёвые поляризационные очки. Или даже накладки на обычные диоптрические очки. Без комментариев. А - затворные очки это достаточно дорогое сложное электронное устройство, требующее подзарядки, имеющее заметную массу и проблемно сочетающееся с обычными диоптрическими очками. А если 3D-фильм хочется смотреть в домашнем кинотеатре всей семьёй, а не в одиночку, то проблема приобретает уже неприятный характер.

Из-за того, что затворные технологии фактически показывают картинку только половину времени (в идеале!), а ЖК-затворы очков в открытом состоянии не отличаются идеальной прозрачностью, падение яркости изображения является заметной проблемой.(С плазменными панелями этот недостаток практически отсутствует из-за их фантастической яркости). У поляризационных очков столь ярко выраженной проблемы падения яркости нет.