От стереоскопа до шлема виртуальной реальности: главное про технологии отображения 3D-контента

Первое 3D-изображение человек получил еще в середине XIX века. С тех пор принципы создания объемной картинки не поменялись, а вот технологии заметно продвинулись. Рассказываем, как работают современные 3D-очки, кто их придумал и можно ли увидеть трехмерное изображение без них (спойлер — можно).

Как наш мозг формирует 3D-изображение?


Объемная картинка, которую мы видим в кино или в шлеме виртуальной реальности — это, фактически, визуальный обман мозга. В реальной жизни формирование трехмерного изображения в мозгу происходит следующим образом: наши глаза расположены на небольшом расстоянии друг от друга и проецируют в зрительные центры мозга две разных картинки. Они слегка смещены одна относительно другой и мозг объединяет их, чтобы увидеть цельное изображение. Именно благодаря двум визуальным потокам мы воспринимаем глубину и объем окружающего мира.

Чтобы сделать объемными фильм, компьютерную игру или виртуальный тур по известному музею, их создают по аналогичному принципу — разделяя визуальные потоки на две части. Фактически, на экране одновременно транслируют два изображения, слегка смещенных друг относительно друга. Именно из-за этого у нас рябит в глазах, если мы смотрим 3D-кино без специальных очков. Но стоит надеть очки (или шлем виртуальной реальности) — и все меняется. Этот гаджет сконструирован так, чтобы разделять изображения: правый глаз начинает видеть одно, левый — другое, а «процессор» в мозгу — обрабатывать две картинки одновременно. Таким образом искусственно имитируется бинокулярное зрение, свойственное человеку — и мы видим фильм, игру или видеозапись в объеме.

Кто придумал 3D-очки?

Первые 3D-очки появились еще в 19 веке — они назывались «стереоскоп». Его создал английский физик и изобретатель сэр Чарльз Уитстон в 1838 году: двойное изображение в стереоскопе формировалось с помощью зеркал.

Стереоскоп Чарльза Уитстона

Стереоскоп Чарльза Уитстона

Затем конструкция была усовершенствована — на смену зеркалам пришли линзы. Через них предлагалось смотреть на так называемые стереопары — расположенные рядом фотографии, сделанные с небольшим смещением друг относительно друга. Новый «гаджет» представили публике на Всемирной выставке 1851 года, после чего он обрел невероятную популярность.

image_preview.jpg

Стереоскоп и фотографии-стереопары

В России в советское время стереоскопы тоже были популярны — выпускались как детские стереослайды с игровыми сказочными сюжетами, так и взрослые, с фотографиями достопримечательностей и других интересных объектов.

Без заголовка.pngimage_72.jpg

В СССР тоже были 3D-очки

В целом, с тех пор ничего не поменялось — принцип работы стереоскопов XIX века лежит и в основе современных 3D-гаджетов.

Какие 3D-очки существуют?

Существует несколько основных видов трехмерных очков. Самые простые — анаглифные — имеют разноцветные стекла (как правило, сине-красные, но могут быть и другие) и разделяют визуальные потоки за счет светофильтров. Когда мы смотрим на изображение, адаптированное для просмотра в анаглифных очках, мы видим смещенные друг относительно друга изображения в красных и синих оттенках спектра.


Анаглифные очки и анаглифное изображение

Более современные поляризованные очки разделяют изображение за счет круговой поляризации — один окуляр пропускает свет с поляризацией по часовой стрелке, второй — против. Изображение, адаптированное для поляризованных очков, выглядит как обычное двумерное, но когда мы надеваем очки — видим глубину и объем.

Шлемы виртуальной реальности (как высокотехнологичные типа Oculus или VIVE, так и самые простые типа Google Cardboard) ближе всего по конструкции к стереоскопам XIX века. Они просто транслируют два изображения — по одному для каждого глаза — как старинные стереопары.

Без заголовка.png

Система виртуальной реальности HTC VIVE использует те же принципы, что и стереоскопы XIX века
А очки, входящие в комплект NVIDIA 3D Vision имеют ЖК-затворы, которые поочередно закрываются синхронизируясь с картинкой — она постоянно меняется, демонстрируя поочередно изображения для правого и левого глаза. Для того, чтобы этот процесс был «бесшовным» и незаметным для человека, комплект NVIDIA необходимо подключать к экрану с максимально высокой частотой обновления — от 120 Гц.


Без заголовка.png

ЖК-очки из комплекта NVIDIA 3D Vision

Вредны ли 3D-очки для зрения и вообще для здоровья?

Нет никаких доказательств того, что длительный просмотр 3D-контента в очках вызывает какие-либо долгосрочные проблемы со зрением. Тем не менее, многие люди жалуются головную боль, тошноту, слабость, головокружение, легкую дезориентацию, временное нарушение зрения и другие неприятные симптомы. Чаще всего это происходит из-за перегрузки мозга и глаз, которые пытаются адаптироваться к непривычной подаче визуальных данных и более интенсивному потоку информации (у 3D-видео двойная частота кадров по сравнению с обычным). У многих людей столь сильная нагрузка провоцирует появление неприятных ощущений. Кроме того, многое зависит от того, как именно сделан контент — например, резкие движения камеры могут вызывать головокружение и другие симптомы. Просмотр контента в 3D-очках не рекомендован детям, а также людям с повышенной возбудимостью, неврологическими заболеваниями и нарушениями зрения.

Как технологии 3D-изображений будут развиваться в будущем?

3D-очки и шлемы виртуальной реальности неплохо справляются с отображением трехмерного контента, но при этом имеют свои недостатки — ограничивают поле зрения, могут вызывать неврологические нарушения, а качество картинки сильно зависит от модели очков и адаптации исходного изображения. Поэтому инженеры ищут новые способы создавать 3D-контент без подобных ограничений. Например набирает популярность 3D-реклама, в которой трехмерный эффект создается с помощью изображения, как бы выходящего за пределы экрана, хотя на самом деле оно всего лишь выходит из виртуальной «рамки». Чаще всего такая реклама размещается на двух экранах, расположенных под углом 90 градусов — это также позволяет обманывать восприятие зрителя. Но, тем не менее, это нельзя назвать полноценным 3D-контентом.


Технология SpatialLabs, используемая в ноутбуках ConceptD, позволяет видеть трехмерное изображение без очков

Но есть и другие 3D-технологии — например, SpatialLabs, которая используется в ноутбуках Acer. Она позволяет видеть полноценное 3D-изображение своими собственными глазами (бинокулярным зрением), но без очков и дополнительных приспособлений. Это даже не разработка, а полноценный продукт — ноутбук ConceptD 7 SpatialLabs Edition, оснащенный новой технологией, уже можно купить.

Трехмерное изображение на экране ноутбука формируется по классической схеме — когда каждый глаз воспринимает разные картинки. За это отвечает сложный аппаратно-программный комплекс. Пары изображений создаются с помощью специальной стереоскопической подложки экрана, а камеры отслеживают движения глаз пользователя и позиционируют сформированные изображения. При этом для создания двух картинок вместо одной ноутбук должен быть очень мощным, а в какие-то моменты ему помогает машинное обучение.

В первую очередь эта технология предназначена для проектировщиков, 3D-моделлеров, аниматоров и всех, кто работает с трехмерной графикой. На ConceptD 7 SpatialLabs Edition уже установлен софт, который умеет создавать 3D-превью из моделей, созданных в Blender, Maya, 3D Studio Max и других программах. Это не только облегчает работу, но и помогает «продавать» ее: например, можно устроить для заказчика виртуальный тур по интерьеру с 3D-эффектом прямо с ноутбука.
Но можно использовать SpatialLabs и в других областях, например в индустрии развлечений (играх, фильмах и пр.), а также в маркетинге и рекламе — например, для демонстрации проектов на выставках. Подобные технологии нового поколения делают восприятие 3D-контента гораздо более комфортным и «бесшовным».


742 0 850 2
0
RENDER.RU