3D кино, ТВ и игры: как это работает. Часть I / Умные вещи

⇡#Поляризационный метод

Для "обмана" нашего зрения ради создания 3-мерной объёмной иллюзии можно с успехом использовать такую замечательную физическую характеристику светового потока как поляризация. В настоящее время освоены и широко применяются на практике оба классических типа поляризации света - линейная и круговая. Сначала на примере проекционного оборудования разберём метод формирования 3D-изображения с помощью линейной поляризации. Представьте себе 3D-систему из двух синхронизированных проекторов, каждый из которых формирует на экране картинку для соответствующего глаза, причем объектив каждого проектора оснащён специальным фильтром-поляризатором. Допустим, для левого глаза установлена поляризация в вертикальной плоскости, для правого глаза – в горизонтальной плоскости. Тогда для нормального просмотра 3D-фильма зрителю потребуются очки с соответствующими поляризационными фильтрами, которые попросту "отсекут" ненужное изображение с "посторонней" поляризацией и покажут каждому глазу только ту картинку, которая для него предназначалась.

К сожалению, технология формирования 3D-изображений с помощью линейной поляризации не лишена как минимум двух существенных недостатков. Прежде всего, зрителю в 3D-очках с линейной поляризацией рекомендуется держать голову прямо, ибо наклон головы даже на незначительный угол может привести к раздвоению или затемнению изображения. Вторая проблема связана с очень высокими требованиями к качеству экрана, который ради получения 3D-эффекта должен сохранять поляризацию проецируемых на его поверхность изображений от двух синхронизированных проекторов.

В кинотеатрах IMAX 3D, где используется технология линейной поляризации, обе проблемы успешно решают за счёт огромных размеров изображения и применения экрана со специальным серебряным покрытием. Однако в домашних условиях, при работе с небольшими экранами, добиться качественного стереоэффекта с применением линейной поляризации значительно сложнее. В настоящее время в продаже встречаются проекционные 3D-системы на базе двух проекторов и очков с линейной поляризацией. Несколько раз мне даже довелось побывать на 3D-презентациях, проводившихся с применением этой технологии. Нельзя сказать, чтобы просмотр изображения на большом экране действительно вызывал какие-либо затруднения, однако назвать эту технологию распространённой или наиболее перспективной для домашнего применения было бы большим преувеличением. Лучшие шансы на перспективу имеет 3D-технология с применением метода круговой поляризации. Именно она применяется в современных кинотеатрах с технологией RealD 3D. Впрочем, более подробный разговор о тонкостях реализации кинотеатральных 3D-технологий, таких как IMAX 3D, RealD 3D-и других, у нас ещё впереди, а пока разберёмся с сутью обозначенного метода.

Применительно к проекционной 3D-технологии, использование круговой поляризации выглядит следующим образом. Для формирования стереоизображения на экране используется единый проектор, который поочерёдно проецирует кадры для правого и левого глаза, при этом перед оптической системой проектора устанавливается специальный поляризатор – как правило, жидкокристаллический, который задаёт круговую поляризацию каждому кадру: "закрученную" по часовой стрелке для одного глаза, и против часовой стрелки для другого, соответственно. Для просмотра качественной картинки зрителю остаётся только надеть поляризационные очки, где каждый "окуляр" оснащён покрытием с соответствующим направлением круговой поляризации.

Преимущество данного способа заключается в том, что при просмотре каждый глаз гарантированно видит именно тот кадр, который ему предназначается, даже при произвольном наклоне головы.

Чтобы свести к минимуму нежелательные побочные эффекты из-за применения одного проектора, например, мерцание картинки, в реальных 3D-приложениях с применением круговой поляризации повышают скорость обновления кадра и повторяют каждый кадр несколько раз. Например, в кинотеатральном оборудовании RealD Cinema каждый кадр проецируется трижды, а суммарная частота обновления картинки составляет 144 кадра в секунду. Впрочем, и при методе круговой поляризации необходимо применение качественного экрана с серебристым покрытием, что позволяет снизить потери яркости на отражение.

Если же говорить об использовании метода круговой поляризации применительно к компактным системам, например, экранам ЖК-мониторов и ноутбуков, принцип формирования 3D-картинки заключается в следующем - используется специальное покрытие дисплея, благодаря чему чётные строки пикселей приобретают круговую поляризацию по часовой стрелке, а нечётные строки - против часовой стрелки. Как и в случае с проекционным экраном RealD, на экране такого дисплея одновременно представлены оба кадра для двух глаз, и разделить их на картинки для каждого глаза помогут специальные поляризационные очки. Плюсы такой технологии очевидны - простая и недорогая конструкция пассивных 3D-очков с поляризационным покрытием, возможность применения ЖК-матриц без особых требований к частоте кадровой развёртки, что критично для систем с активными затворными 3D-очками, да и весь аппаратный 3D-комплекс функционирует в пассивном режиме, без использования дополнительной электроники. Наиболее весомым недостатком такой технологии считается неизбежное снижение вертикального разрешения кадра в два раза. Даже если вы приспособите для этих целей высококачественный дисплей с FullHD разрешением, количество строк в результате упадёт до уровня, сравнимого с качеством DVD. Как уже говорилось, в 3D-кинотеатрах с круговой поляризацией такого не происходит по причине проецирования на экран полноразмерных кадров для обоих глаз. Ну а при использовании этого метода в мониторах и ноутбуках с уменьшением вдвое количества строк в каждом 3D-кадре остаётся только смириться. Кроме того, несмотря на нечувствительность к наклонам головы вправо или влево, из-за определённой толщины поляризующего покрытия метод круговой поляризации весьма чувствителен к движениям головы по вертикали. Даже наклона на 5-10 градусов достаточно для того, чтобы изображение начало двоиться. Вот почему экраны с круговой поляризацией плохо подходят для коллективного просмотра, скорее, это индивидуальная технология, где для достижения качественного объёмного эффекта придётся подстраивать угол зрения.