Человеческий глаз и 3D
Для начала давайте разберемся, как же вообще наш мозг может и воспринять обычную плоскую картинку в качестве трехмерной. Сразу хочу сказать, что подобных способов несколько. Например, 3D-изображение можно создать игрой света и тени или особым расположением элементов картинки. Но в компьютерных устройствах обычно используется несколько иной принцип. Дело в том, что у человека два глаза, каждый из которых смотрит на мир под своим углом. Информация, получаемая обоими глазами, обрабатывается мозгом и в одну картинку. Именно этот факт и используют разработчики в своих целях. Оказывается, достаточно просто показать каждому глазу свое, специальным образом рассчитанное, изображение. Мозг анализирует полученную информацию и , создавая у человека впечатление трехмерности увиденного.
Две картинки
Первый и самый очевидный способ, который приходит в голову для реализации принципа - это простое разделение картинок. Достаточно предоставить каждому глазу свой собственный монитор, на котором и показывать нужное изображение. Этот способ был назван методом пространственного разделение. На нем основывается множество устройств различных компаний. Наибольшее распространение получили всем известные шлемы виртуальной реальности, которые по-научному называются HMD - Helmet Mounted Display. Главный плюс HMD - полное погружение в виртуальную реальность, которое используется во многих областях, начиная с компьютерных игр и заканчивая шлемами для пилотов боевых истребителей.
Всевозможные стереоскопические шлемы (Helmet Mounted Display) - излюбленная схема конструкторов и фантастов.
Но не только шлемы виртуальной реальности основаны на принципе пространственного разделения. Во многих специальных областях и научных исследованиях применяются BOOM-дисплеи (Binocular Omni-Orientation Monitor). В принципе, эти устройства внешне очень похожи на обычные бинокли. Только зачастую их устанавливают на специальных , увешанных датчиками, которые следят за положением устройства в пространстве.
Цвет цвету рознь
Кстати, а вы знаете, что первые трехмерные картинки были созданы аж в 1858 году? Именно тогда француз Джозеф д'Альмедиа изобрел первый метод создания 3D-изображений - цветовое мультиплексирование. В основе этого принципа лежит использование двуцветных картинок. Причем на каждой картинке совмещены два изображения: одно для левого глаза, другое для правого. Отличаются они друг от друга цветом, одно из них синее, другое красное. Для того, чтобы человек увидел трехмерную картинку, он должен надеть специальные очки. Вместо линз в них установлены соответствующие светофильтры. В результате глаз, смотрящий через синее стекло, видит синюю картинку, но не замечает красную. Точно так же второй глаз видит красную картинку, но не замечает синюю.
К сожалению, подобная технология практически не нашла применения в компьютерных устройствах. Дело в том, что глаза каждого человека по-своему воспринимают цвета, в результате чего некоторые люди вообще не видят стереоэффекта, а другим приходится долго всматриваться в изображение. Естественно, не стоит забывать и о том, что современного пользователя нельзя привлечь двуцветными картинками, им подавай как минимум 16-битный цвет. Так что технология цветного мультиплексирования была признана несовершенной.
Открыто, закрыто:
Не так давно был разработан еще один принцип трехмерного восприятия изображений, который применяется в большинстве современных устройств. Называется этот способ временное мультиплексирование. В нем тоже применяются специальные очки, только в них используются не линзы, а оптические затворы. Но не путайте эти затворы с теми, что стоят внутри фотоаппаратов. Предназначение у них одно, но принципы действия совершенно различны. Если в фотоаппаратах используются механические шторки, то в 3D-устройствах применяются жидкие кристаллы, которые при поляризации становятся непрозрачными. На компьютер устанавливается специальная программа, которая по очереди показывает изображение для правого и левого глаз. В то время, когда показывается картинка, затвор на левом глазу закрывается, а когда - закрыт правый глаз. Изображения чередуются с большой частотой, и у человека создается впечатление, что он смотрит обоими глазами одновременно.
К плюсам временного мультиплексирования можно отнести высокое качество полученного объемного изображения. При использовании этого способа не возникает абсолютно никаких геометрических или цветовых искажений. Правда, недостатки у подобных систем тоже есть, и достаточно существенные. Так, например, частота кадров картинки снижается вдвое, так как за одно и то же время нужно успеть вывести в два раза больше картинок. Естественно, можно попытаться увеличить частоту регенерации монитора, но на ЭЛТ это не получается из-за эффекта послесвечения люминофора. С ЖК-панелями дело обстоит получше, но они все еще остаются не доступными подавляющему большинству пользователей. Да и сами устройства, использующие принцип временного мультиплексирования, достаточно дороги.
Конечно, были попытки удешевить технологию временного мультиплексирования, чтобы сделать ее доступной для рядовых пользователей. Так, например, специалисты из компании Tentronix предложили специальную панель, которая навешивается на монитор, и выполняет функцию затвора. Принцип действия точно такой же, как и в обычных устройствах - жидкие кристаллы. Правда, пользователям все равно нужны очки, только их устройство уже гораздо проще. Конечно, эта разработка не получилась дешевле других, но зато она гораздо удобней в использовании. Например, очки теперь стали не такими тяжелыми и громоздкими, а еще панель более долговечна, очки же дешевы, и заменить их не сложно.
Обойдемся без очков
Все вышеописанные технологии требовали от пользования надевания на голову различных устройств. К счастью, в последнее время это стало совсем необязательно: появились стереоскопические дисплеи, при использовании которых не нужны ни очки, ни шлемы. Все эти устройства основаны на одном принципе - 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. Кстати, если на экране совместить не два, а, несколько изображений, то у пользователя появится возможность наблюдать за объектом с разных сторон.