"Купите монитор 768х768х198, 117 миллионов вокселов, дешево отдам…"

Наверно так будут звучать объявления о продаже мониторов, в недалеком будущем.
Что, не совсем понятно ? Я надеюсь, что после прочтения этой статьи все станет более менее ясно.

Некоторые читатели, следящие за компьютерными новостями, наверно, уже догадались, что речь пойдет о 3-D-дисплеях. На протяжении многих лет монитор верой и правдой служит нам при общении с компьютером. На сегодняшний день наиболее распространенным является тип с ЭЛТ (электронно-лучевой трубкой). Такой популярности он обязан не только доступной цене, но и отличным качеством изображения, что, правда, не относится к дешевым моделям . Что касается, ЖК-мониторов, то по сравнению с ЭЛТ мониторами, кроме размеров они ничем более похвастаться не могут. Но характеристики мониторов с ЭЛТ уже на пределе, а жидкокристаллические панели по своим физическим параметрам вряд ли смогут их догнать. Что же остается, какая перспектива у нас с вами в будущем? Самым логичным шагом должен стать переход на объемные дисплеи, или другими словами
3-D-мониторы.

На сегодняшний день имеется несколько направлений в развитии таких устройств, но что бы понять их довольно специфическую работу, нужно разобраться с основами процесса получения трехмерной информации нашим мозгом.

Человек оценивает расстояние до объекта и его габариты по расстоянию между проекциями его изображения на сетчатках правого и левого глаза. Для выделения предмета из окружения служит фокусировка по глубине - аккомодация, что достигается изменением формы хрусталика глаза. А для оценки расстояния у нас с вами имеется функция конвергенции, поворачивающая глазные яблоки на необходимый угол. Аккомодация и конвергенция напрямую связаны между собой, и отвечают за восприятия нами трехмерного мира.

Так как физически нельзя построить трехмерное изображение в реальном времени "из ничего", то надо наши глаза обмануть, заставить поверить в несуществующие объемы предмета.

Рисунок 1:

Первый способ самый простой в теории, но довольно сложный в реализации, это простое разделение картинок. Достаточно предоставить каждому глазу свой собственный монитор, на котором и показывать нужное изображение. Этот способ получил название: метод пространственного разделения. На нем основывается множество устройств различных компаний. Наибольшее распространение получили всем известные шлемы виртуальной реальности. Рис 2. Такое устройство является дополнением к основному дисплею и подходит лишь для игр, так как работать за компьютером, надев шлем, неудобно, да и контакт с внешним миром теряется. Однако и в играх не все так просто как кажется. Мало того, что разрешение довольно низкое, эквивалент телевизора, так еще в игре нужно делать перерывы каждые 15-20 минут. Дело в том, что навигация в некоторых играх, в шлеме, осуществляется поворотом головы. И если заиграться, то мозг легко может перестроиться на этот способ передвижения. На практике это выглядит так: идёт геймер по улице, немного не доходя до фонарного столба, поворачивает голову в сторону, типа уходя от него, после чего вписывается в столб, к полному своему изумлению. А столб-то, оказывается, вовсе не виртуальный ...

Рисунок 2:

Второй способ был разработан не так давно и называется, способ временного мультиплексирования. В нем тоже применяются специальные очки, Рис 3. только в них используются не линзы, а оптические затворы. В качестве таких "шторок" применяются жидкие кристаллы, которые при поляризации становятся непрозрачными. Компьютер выводит на монитор поочередно изображение для правого и левого глаза. Соответственно работают и затворы на очках: когда показывается "правая" картинка, затвор на левом глазу закрывается, а когда "левая" - закрыт правый глаз. Так как изображения чередуются с большой частотой, то создается впечатление, просмотра обеими глазами одновременно. К плюсам временного мультиплексирования можно отнести относительно высокое качество получаемого объемного изображения - при использовании этого способа не возникает абсолютно никаких геометрических или цветовых искажений. Рис 1. К недостаткам подобных систем относят снижение вдвое частоты кадров и уменьшение яркости, ведь смотреть на экран приходиться сквозь слой жидких кристаллов.

Рисунок 3:

Третий способ уже нашел свое практическое применение. Он носит название объемного или лазерного дисплея. Фактически он состоит из двух ключевых элементов - вращающегося экрана и проекционной системы. Рис 4.

Рисунок 4:

Принцип работы таких 3-D дисплеев заключается в следующем: трехмерный образ отображаемого объекта разбивается на плоские двухмерные изображения, называемые "ломтями" (slices); после обработки процессором, эти "ломти" в определенной последовательности проецируются на вращающийся с частотой 600 об/мин экран, в результате чего формируется полностью объемное изображение. Рис 5.

Рисунок 5:

Конечно, работать с документами с помощью такого монитора никто не будет . Однако и ориентирован он на абсолютно другие области применения. Такие мониторы давно уже требуются для систем автоматизированного проектирования, моделирование молекул, изучение сейсмической активности, для управления воздушным движением, медицины и т.п.

Такой 3-D-монитор уже выпускает компания Actuality Systems. Её 3-D Display Рис 6. позволяет получать изображения диаметром до 10 дюймов с разрешением 768 x 768 в одной плоскости при 198 плоскостях ("ломтях"), т. е. объем трехмерного образа может достигать почти 117 млн. вокселов (воксел это если можно так сказать, "объемный" пиксель:-)). На сегодняшний день устройство поддерживает 8 цветов, а частота обновления изображения у него 20 Hz. Углы обзора дисплея равны, 360° - по горизонтали и 180° - по вертикали. Диаметр сферы для отображения 24 дюйма, а высота основания -9 дюймов. Не объявленными пока остаются уровень яркости и контрастности. К компьютеру 3-D Display подключается через интерфейс SCSI. Он совместим с системами на базе Microsoft Windows NT, а также с рабочими станциями SGI на базе Unix/IRIX. Хотелось бы отметить еще одного представителя по продвиганию на рынок, этого типа дисплеев, которым является, как ни странно, российский Государственный Электротехнический Университет, с финансовой поддержкой компании "ТЕХНОПРОЕКТ" http://www.d3d.ru/index.htm. Пока, к сожалению, характеристики их прибора Рис 7. уступают монитору Actuality Systems, но если сравнивать условия работы и финансирование, то успехи русской команды выглядят просто потрясающими!

Рисунки 6 и 7:

Очень нестандартно к решению вопроса о 3-D изображениях, подошла фирма Metabyte. Они пошли по обратному пути чем производители виртуальных шлемов: дешево в производстве, но сложно в реализации. Серия продуктов носит название - eyeSCREAM. Оригинальность подхода заключается в том, что все сегодняшние продукты серии eyeSCREAM исключительно софтверные, то есть представляют собой набор драйверов для получения стереоэффекта. Для получения объёмного изображения Metabyte использует красно-синие очки Рис 8., которые поставляются в комплекте с ПО. Metabyte продаёт две версии eyeSCREAM - с картонными и пластиковыми очками. К сожалению EyeSCREAM работает только с OpenGL играми, так что погонят в UNREAL, в трех измерениях, вам не удастся. После инсталляции и установки стереодрайвера Wicked3D, программа выполнит поиск монитора и поддерживаемых игр, установленных на вашем компьютере. Если игра опознана, то от нее никакой поддержки не нужно, и никаких настроек не понадобится. Запущенная игра при переходе в 3D режим уже будет работать в стереорежиме. При желании можно отключить стереорежим и вновь запустить игру с обычным драйвером. Работает же eyeSCREAM следующим образом: каждый кадр, с помощью драйвера Wicked3D, рендерится черезстрочно, отдельно для левого и для правого глаза, а потом одновременно выводит на экран, накладывая изображения друг на друга. Чётные красные строчки накладываются между нечётными сине-зелёными строчками. Получается, что каждому глазу поступает различная картинка, основанная на своем цвете. К тому же частота вертикальной развёртки монитора не делится надвое, как при использовании очков с затворами и всю работу по превращению обычной картинки в стерео выполняет сам компьютер, в то время как при других методах используют дополнительные устройства. Но отсюда всплывает недостаток. Так как изображение обрабатывается два раза, то и производительность системы падает тоже почти в два раза . Но, к сожалению, это не все недостатки. Так гамма игр изменилась по сравнению с обычным режимом. Цвета стали непривычные, красный цвет становится тёмным, серо-чёрным и его практически не видно. Даже не смотря на то, что левый фильтр пропускает красный цвет, выход из этого только один - закрывать правый глаз и смотреть левым . Когда сцены в играх имеют сине-зеленые тона, то нагрузка уже возрастает на правый глаз. Понятно, что долго играть в таких условиях тяжело. Н-да, картина получается мрачноватая, но не стоит забывать о цене ($12) этого "3-D монитора", которая по карману многим геймерам!

Рисунок 8:

Мы рассмотрели несколько методов построения трехмерных изображений. Главными недостатками всех вышеописанных технологий являются требования от пользователей, надевать на голову различные устройства или жертвовать цветовыми характеристиками объекта. К счастью, в последнее время это стало совсем необязательно, появилась еще одна технология, при использовании которой не нужны ни очки, ни шлемы, ни "аквариумы" с вращающимися рамками . Технология была названа - мультиплексирование по направлению. В этом принципе использован тот факт, что глаза человека смотрят на объект под разным углом. Поэтому, если взять два изображения на одном экране, и сделать так, чтобы каждое из них было видимо только под определенным углом, можно добиться трехмерной картинки. Вам это ничего не напоминает? Да, стереоскопические календарики! Для тех, кто их уже не застал, объясню, что календарики представляли собой рельефные карточки с нанесенным специальным образом изображением. Если смотреть на картинку под одни углом, видишь одно, а под другим - другое. Это достигалось за счет особого рельефа поверхности, который представлял собой чередование вогнутых поверхностей. Подобный принцип используется и в данной технологии производства дисплеев. Наибольших результатов на этом поприще достигла компания DTI, основанная в 1986 году и специализирующейся на производстве 3D LCD дисплеев. После многих лет своего ремесла, DTI наконец-то добилось какого-то результата. В СЕРИЙНО выпускаемой модели DTI 15" 2015XLS Virtual Window 3D Рис 9. изображение воспроизводится без использования каких-либо приборов для просмотра.

Рисунок 9:

В основу работы такого устройства положен принцип стереоскопии. Как и любое другое стереоскопическое устройство, этот монитор создаёт два почти одинаковых представления одного изображения. Когда мы одновременно видим эти две картинки, то создаётся иллюзия трехмерности изображения. Самое же ценное - этот монитор способен создавать реалистичное трехмерное изображение практически из любой картинки или программы. Рис 10. Как же работает это чудо? Система, разработанная DTI, показывает левую и правую половину стереопары на чередующихся столбцах пикселей на LCD. Левое изображение показывается на нечетных столбцах, а правое - на четных. Например, при разрешении 1024x768 каждое стереоскопическое изображение будет состоять из 512 столбцов и 768 рядов. Обе части стереопары показываются одновременно и направлены на соответствующий глаз. Рис 11. Достигается это благодаря включению в определенный момент специальной подсветки. Таким образом, левый глаз получает часть изображения, предназначенную именно левому глазу, а правый - предназначенную правому. Это позволяет нам воспринимать трехмерное изображение как единое целое. Такая эксклюзивная технология DTI получила название Parallax Illumination.

Рисунки 10 и 11:

К сожалению, расстояние от LCD до подсветки и расстояние от LCD до наших глаз (расстояние просмотра) имеет строго определённую зависимость. Это расстояние определяет так называемые "зоны просмотра". В этих зонах мы способны воспринимать изображения для левого и для правого глаза. Рис 12. Если левый глаз находится в зоне левого глаза, а правый - в зоне правого, то мы можем воспринимать стереоскопическое изображение. В "зоне просмотра" мы не видим экран, мы видим сами объекты. Создается впечатление открытого окна, через которое объекты могут выдаваться вперед или отступать назад. Но именно здесь и "зарыт подводный камень". Стоит нашим глазам немного выйти из "зоны просмотра" и трехмерность исчезает. По этому DTI и установила на своем мониторе небольшой светодиод, свет которого виден только из "зоны просмотра" и позволяющего контролировать ваше нахождение в "зоне". Но, согласитесь, сидеть перед монитором не имея возможности к передвижениям, не очень приятно. Особенно в играх . Да и вашему другу, сидящему рядом, все прелести 3-D будут недоступны. Правда, это единственные недостатки данных дисплеев. Зато система Parallax Illumination позволяет щелчком кнопки отключать "трехмерность" и использовать монитор как обычный LCD, при вдвое большем разрешении. Ни один другой трехмерный монитор не может переключать режимы изображения так, чтобы плоское изображение отображалось в полном разрешении, тем самым, являясь уникальным в своем классе!

Рисунок 12:

Для особо любознательных, привожу спецификацию этого "чуда":
" Размер экрана: 15" (или 18")
" Тип экрана: TFT LCD
" Максимальное разрешение: 1024x768.
" Поддерживаемые разрешения: 640x480@60Hz, 800x600@60Hz, 1024x768@60Hz.
" Входы: аналоговый RGB (15-pin), последовательный порт RS-232 (9-pin) для компьютерного управления.
" User Controls: 3D режим, стерео реверс.
" Видимая область: 12" (W)x9"(H) (304.1x228.1 mm).
" Величина зерна: 0.297 mm.
" Отображаемых цветов: 16.7 миллионов.
" Контрастность 200:1.
" Освещённость (2D, 3D): 200 кд/кв.м, 69 кд/кв.м.
" Отклонение от оси "зоны просмотра" 5-10 градусов влево и вправо.
" Аксессуары: Блок питания, мониторный кабель, кабель RS-232, CD с софтом, руководство пользователя.
" Приблизительная цена: $1,700 для 17" и $7000 для 18" модели.

К сожалению, такой монитор пока не доступен в Украине, а приобрести его в онлайн-магазине финансовое положение, как вы понимаете, не позволило. Так что увидеть его в работе я не смог и довериться пришлось отзывам других людей. Вот что они рассказали: " Рисунки выходят из экрана монитора и висят в воздухе. Вы, возможно, видели такое только в кино в фильмах фантастики? Но это все реально! Правда, некоторые изображения, не хотели "выходить" из экрана, вместо этого мы заработали только головную боль. У изображений были темные и светлые вертикальные полосы, которые присутствовали во всех изображениях на мониторе. Производитель сообщал нам об этом, но говорил, что в конечном релизе данного продукта этих линий не будет, но все-таки они присутствовали. Качество 2D изображения нормальное, но не такое как у обычного монитора. Визуально 2D - что-то вроде картинки видной через поляризованное тонкое волокно. Мы, все-таки, думаем, что основное достоинство данного монитора это его 3D возможности…. Конечно, картинка не выпрыгивала из всех углов и не летала по комнате, как может показаться из нашего рассказа. Вы должны держать свою голову на уровне красного индикатора, для получения полного 3D эффекта. И любые отклонения, от этой точки приведут к потери качества 3D…"

Вот и все. В этом обзоре . Но ставить точку в развитии 3D-мониторов еще очень и очень рано…