VR-шлемы и системы стереовидения. Часть 3

Теперь, когда мы рассмотрели основные модели VR-шлемов, которые сейчас находятся в реальной продаже, имеет смысл подойти ближе к теории формирования стереоизображения…

Поднесите палец на расстояние 10 сантиметров от своего носа. Закройте правый глаз, и палец сместится несколько влево, а закрыв левый глаз, вы получите обратный эффект.

Это расстояние разницы между видимыми ощущениями правого и левого глаз именуется параллаксом. Если этот опыт повторить и расположить палец на более дальнее расстояние, параллакс станет меньше. В принципе, это и есть основа нашего 3D-видения. Явление параллакса не случайно, поскольку позволяет не только видеть предметы в объеме, но и определять расстояние до них, что, по сути, очень взаимосвязано.

Самое интересное, в России существует очень мощная школа по стереовидению, отличающаяся хорошим физическим базисом (чего нам не занимать). Поэтому у данной части материала могло быть два варианта - строго научный и научно-популярный. Естественно, идем по второму пути и поговорим немного о популярной теории. Документации как с нашей стороны, так и с западной очень мало… Но и изобретать велосипед уже не из чего!

Как создать 3D-дисплей?

В принципе, достаточно сформировать для каждого глаза отдельное изображение, связанное с двумя проекциями одного и того же предмета. Наверняка многие из вас помнят некогда модные детские игрушки 3D-биноклей. Для создания изображений в них использовался специальный метод фотосъемки дающий сразу две проекции. А пользователь смотрел в некое подобие бинокля, где для каждого глаза отображалась своя картинка. Это давало отличный 3D-эффект.

Для записи такого вида информации использовались и используются стереообъективные или двухаппартные системы. Сейчас их применяется три вида: съемка стереопары на одну пленку, стереосъемка на две пленки одним аппаратом и стереосъемка двумя аппаратами. Для этих целей были разработаны как системы со стереобъективом, так и двухаппаратные комплексы.

Что самое интересное, таким же образом можно было снимать и кино, синхронно подавая 24 кадра для каждого глаза с двух специально отстроенных камер. Но для этого необходимо было ломать индустрию и усаживать людей, одевая на них 3D-бинокли. При этом данная технология была бы самой верной с точки зрения природы человеческого зрения.

К сожалению, сейчас именно таких решений почти нет. Коммерсанты это объясняют сложностью внедрения технологии, персонализацией зрителя (одно устройство воспроизведения - для одного человека), отключения пользователя от реального мира. В результате получается ненужная, с их точки зрения, громоздкость технологий и дороговизна внедрения нового. Хотя мы знаем о том, что домашние кинотеатры и современные VR-шлемы - это также персональные элементы воспроизведения информации, но они получили свое яркое развитие только в последние годы.

Поэтому сейчас просто не стоит забывать о старых 3D-биноклях - они дорогая субкультура также, как и технология HRTF в звуке. Таким образом, остановимся на том, что вариант старых 3D-биноклей не только наиболее качественный, но и наиболее дорогой по данным на 2003 год. Гораздо лучше заниматься чем-то, что сравнимо с понятием психоакустики в звуке, а именно создании эмуляции стереоизображений, что мы и имеем на сегодняшний день.

Красные и синие стекла

Технологически данный метод получил название "Анаглифа". Суть его состоит в том, что в изображении выделяется синий и красный цвета, и после этого, они определенным способом накладываются друг на друга. Когда при просмотре вы используете красные и синие стекла для каждого глаза в отдельности, то считываете изображения с некоторым цветовым расхождением, что формирует параллакс, поскольку стекла работают как фильтры, пропуская лучи одного цвета и задерживая другого.

На самом деле продолжение данного метода когда-то пытались использовать в стерео-кино, но потерпели неудачу. Как мы уже говорили в первой части этого материала - у каждого человека различное цветовосприятие, и данный метод - не больше, чем эмуляция.

Удивительно, что анаглиф часто используется и поныне, но, по сути, это изобретение 1858 года, принадлежащее французким ученым Джозефу д'Альмедиа и Дюко дю Оронома. В советской науке оно часто называется "методом цветового мультиплексирования", а в реальности было внедрено Луи Люмьером в 1935 году для черно-белого кино.

Анаглиф - это самый дешевый способ получения стереоизображения по итогам на 2003 год.

Поляроидные (поляризационные) очки

Большинство сложных современных устройств вывода видеоинформации используют такое явление как поляризация света. С помощью явления линейной поляризации можно сделать изображение для правого и левого глаза "взаимоперпендикулярными" за счет формирования "специально ориентированных" световых волн. Зрители же видят изображения через специальные устройства - поляризационные очки (поляроидные очки), ориентированные таким образом, чтобы правый глаз не видел того, что видит левый.

Например, в стерео-кинотеатрах, в которых применяется поляризационный метод, изображение подается с двух проекторов. Одев соответствующие очки, зритель видит левым глазом только то, что показывает первый проектор, а правым - то, что второй.

При изменении позиции головы зрителя в данном случае стероскопичность меняется, что является самым главным недостатком поляризационных систем. При этом замечено, что в 3D, созданном таким методом, малые объекты фокусируются хуже, чем большие. Поэтому были изобретены специальные алгоритмы отображения видео, предусматривающие не линейную, а циркулярную поляризацию с анализаторами. Как будет понятно позже, для большинства систем эмуляции стереоизображений необходима информация по локализации зрителя.

Для воспроизведения ощущений представленных данной технологией линейной поляризации было принято два вида поляроидных очков - один с L-ориентацией фильтров, где плоскость одного фильтра расположена горизонтально, а другого вертикальна, второй - с V-ориентацией, где плоскости поляризации взаимно-перпендикулярны, при этом каждая из них находится под углом 45% к горизонту. V-ориентация сейчас принята как стандарт, а от L-варианта отказались еще в 70-х годах, при этом все сейчас больше думают о применении именно циркулярной поляризации, поэтому стандарты меняются.

Interlaced…

На данный момент мы не будем оперировать русскоязычными понятиями. Это обоснованно, поскольку, VR-шлемов у нас почти не производится, а название технологии "Interlaced" "там" присутствует. Наиболее подходящий перевод "interlaced" - это "сплетенный". Понять суть алгоритма можно довольно просто - достаточно посмотреть на обычный телевизор (на экране видны строчки). Распределение видеоизображения для каждого глаза происходит построчечно, в результате мы получаем на 50% меньше экран и на 50% меньшую яркость.

Этот метод пришел конечно же от телевидения еще в 1959 году, а в 80-х применялся на компьютерах под DOS. Сейчас же большинство виртуальных головных дисплеев HMD для игровых приставок и компьютеров могут предложить вам и такой вариант представления видеоинформации.

Page Flipping, Synch Doubling …

"Временное мультиплексирование"… Если у вас на видеокарте частота воспроизведения сигнала 100 Гц, то мы ее можем поделить пополам, направив 50-герцовые сигналы для каждого глаза в отдельности. В результате, получается стерео-изображение, причем в лучшем виде, если будет предусмотрено смещение некоторой геометрической характеристики (создание сдвига) и тем самым эмулирующее реальный параллакс.

Также можно пойти по другому пути и пустить сигнал на вторую матрицу с небольшой задержкой и смещением изображения, удвоив частоту. Это другой алгоритм.

Все современные методы "временного мультиплексирования", так или иначе, связаны с раздвоением изображения таким образом, чтобы оно подавалось для каждого глаза по очереди с определенной частотой. Конечно, гораздо более лучший вариант в этом случае - это создание видеокарты с двумя синхронизированными выходами специально для реализации 3D-видео, но, судя по последним новостям, такое пока не возможно - просто дорого, и не нужно офисным служащим:). Хотя, есть и рынок геймеров, который влияет не меньше.

Примечания

Самый главный минус VR-шлемов и, как следствие, всех современных устройств стереовидения - это ограничения, которые в последнее время начинают вводиться повсеместно, что, конечно, не играет на руку руководителям компьютерных клубов. А дело вот в чем… На некоторых сайтах производителей уже появилась информация следующего плана: "VR-шлемы запрещены для детей до 16 лет, людей страдающих гипертонией и нервными расстройствами". Серьезных исследований на данную тему я пока не встречал, но, будьте начеку!

Скорее всего, такие же ограничения будут действительны и даже для очков, хотя глубина воспроизведения 3D-ощущений в них никогда не описывалась в превосходной степени.

Есть и другие неудобства. Для многих очков стереовидения не пригодны к использованию мониторы Trintron и LCD-дисплеи. И сейчас ведется очень много исследований по различным типам устройств, и, в частности, в материале "Проекционные системы нового поколения" мы затрагивали данный вопрос.

Сейчас на рынке присутствует очень много стандартных решений, спецификации которых сходны, и мы не будем рассматривать все из них, достаточно показать в качестве примера Another EYE 2000 Wired 3D-Shutterglasses.

Another EYE 2000 Wired 3D-Shutterglasses (~$79)

Another EYE 2000 на сегодня является одним из самых удачных решений в области дешевой реализации 3D-видения. Это устройство поддерживает такие режимы формирования стерео как Page Flip, Line Blank и Sync Double. Что интересно с очками поставляется специальный плагин, используя который можно видеть интернет-браузер и просматриваемые страницы в 3D.

Системные требования:
• Любая видеокарта на базе чипсета nVidia с 16 Мб видеопамяти как минимум и с ЗD-акселлератором, или 3dfx Voodoo 4/Voodoo 5, или ATI Raedon/Rage 128/128 Pro, или Matrox G400/G450.
• Windows 95/98/ME/2000. В варианте Windows XP использовать только nVidia-карты.
• ЭЛТ-монитор.
• Pentium 90 МГц и выше, 128 Мб RAM, поддержка частоты обновления экрана 100 Гц желательна.

Ограничения:
• Режим "Line-Blank stereo mode" может неадекватно работать на ЭЛТ-мониторах Trinitron.
• LCD-мониторы не поддерживают режимы 3D.

Поддерживаемые игры:
• Counterstrike, Clive Barkers Undying, HalfLife, Tony Hawk Pro Skater 2 and 3, MechWarrior, StarWars Racer, StarWars Rogue Sqardren, NHL 2002, FIFA Major League Soccer 2002, Driver, Monsters INC. Scare Island, Medal on Honor, Team Apache, Tomb Rader 3, Need for Speed 5, GP 500, Drakan, Revenant, Rayman 2, Fishing Bass, Star Wars Racer, Shogo, Test Driver 5, Desent 3 и все другие игры на базе OpenGL или DirectX технологий.

С очками поставляется программное дополнительное программное обеспечение, достаточно требовательное к системе. Например, для использования программы-драйвера Metabyte Wicked 3D нужно иметь видеосистему с характеристиками: 120 Гц и выше, 640х480 и выше.

Промежуточные выводы

Видео-, игро- и кино- индустрии предназначены для развлечений. В звуке мы уже имеем прогресс в 5.1 или даже в 10.1 реализаций пространственного звука. А в рамках этого материала у вас могло возникнуть ощущение: "Неудобства, неудобства, неудобства…". Отнюдь! Просто данные видеосистемы только сейчас начали разрабатываться серьезно.

Скорее всего, в эволюции устройств видеоизображения нам сейчас нужно пройти этап внедрения обычных проекционных систем, которые с каждым годом удешевляются и, на данным этапе, уже могут составить конкуренцию обычным мониторам. Помимо этого, на базе LCD-дисплеев сейчас разрабатываются концептуально новые системы стереовидения, не требующие использования стерео-очков, о чем мы поговорим в следующей части этого проекта.

Продолжение следует…