Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Стереоскопічні та мультиоглядові 3D монітори
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
ІКНІ
Факультет:
Системи і методи прийняття рішень
Кафедра:
Інформаційних систем та мереж (ІСМ)
Інформація про роботу
Рік:
2013
Тип роботи:
Доповідь
Предмет:
Методи та засоби мультимедійних інформаційних систем
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА»
Кафедра інформаційних
систем та мереж
Семінарське заняття
з дисципліни: «Методи та засоби мультимедійних інформаційних систем»
на тему:
«Стереоскопічні та мультиоглядові 3D монітори»
ЗМІСТ:
ВСТУП. . . . . . . . . . . 3
Стереоскопічні 3D дисплеї. 4
Мультиоглядові (MULTIVIEW) 3D дисплеї. . . . 9
ВИСНОВКИ.. . . . . . . . . . 14
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ. . . . . . . 15
ВСТУП
3D дисплеї можна розділити на такі основні чотири групи, по можливості відображення 3D інформації:
Стереоскопічні. Відтворюють два ракурси об'ємної сцени, один з яких призначений для лівого, а інший - для правого ока.
Мультиоглядові. Відтворюють кілька послідовних ракурсів об'ємної сцени, будь-які два з яких складають стереопару.
Голографічні. Відтворюють безперервне світлове поле, відповідне світловому полю реальної 3D сцени.
Волюметричні. Відтворюють зображення у вигляді набору точок (вокселів) або векторів, фізично розміщених в обмеженому робочому просторі дисплея (обсязі відтворення).
Яким чином людина сприймає світ об’ємно? Вся справа в тому, що об'ємний образ світу віртуальний, він обчислюється мозком за допомогою алгоритмів, що враховують безліч чинників, серед яких – відмінність між зображеннями, які сприймалися лівим і правим оком, таке явище називається паралакс, яке є важливим. Паралакс (від грец. «Зміна, чергування») – зміна положення об'єкта в залежності від точки спостереження.
Відповідно, 3D дисплей повинен формувати зображення з урахуванням різних факторів і їх взаємозв'язків. Виходячи з цього, можна проаналізувати перераховані вище типи 3D дисплеїв і виділити їх переваги і недоліки.
Стереоскопічні 3D дисплеї
Відразу відзначимо, що на сьогоднішній день до цього типу належать практично всі пристрої, які випускаються серійно, якими б епітетами на кшталт "реальне 3D", "Супероб'ємна", "приголомшливо реалістичний", "голографічний", тощо, їх не прикрашали їхні рекламні буклети та прес-релізи.
Принцип роботи стереоскопічних дисплеїв – це поділ обсягу відтворення зображення на дві частини умовною вертикальною площиною, перпендикулярної площині екрану і проходить через його центр (рис.1.).
/
Рис. 1. Принцип роботи стереоскопічних дисплеїв.
Зліва від площини спостерігається зображення для лівого ока, праворуч – для правого. Очевидно, що для спостереження стереозображення людина повинна розташовувати голову так, щоб кожне око знаходився в "своєму " просторі, а це дещо втомлює. Такий дискомфорт можна легко усунути доповнюючи дисплей відповідною автоматикою, яка повертає розділову площину слідом за рухом голови користувача (tracking). Технічно для виробництва стереоскопічних 3D дисплеїв найкраще підходять LCD або плазмові панелі, оскільки пікселі в них жорстко прив'язані до місця, на відміну від CRT моніторів, де зображення може злегка зрушуватися і змінювати свій масштаб. Паралакс-бар'єр, найпростіший спосіб поділу стерео ракурсів, який можна здійснити навіть у "домашніх" умовах, якщо у вас є LCD монітор. Потрібно надрукувати на прозорій плівці малюнок, що складається з вертикальних чорних смужок з кроком в два пікселя вашого монітора, такої ширини, щоб між ними залишилися вузькі прозорі смужки. Якщо накласти отриманий растр на екран, з певної позиції будуть видні лише парні пікселі, а з іншого – тільки непарні (рис. 2.).
/
Рис. 2. Щілинний растр для стереозображення.
Зверніть увагу на зазор між растром і панеллю, що забезпечує необхідний кут огляду. Залишилось вивести на екран спеціально підготовлене зображення, в якому чергуються пікселі лівого (L) і правого (R) ракурсів.
Недоліком щілинного растра є істотне зниження яскравості монітора, оскільки частина світлової енергії поглинається чорними смужками. Розвитком щілинних растрів є лінзові растри (рис. 3).
/
Рис. 3. Лінзовий растр для стереозображення.
Істотним недоліком методу паралакс-бар'єру, незалежно від його технічної реалізації, є те, що він формує не одну умовну площину, а декілька (рис. 4).
/
Рис. 4. Формування декількох умовних площин в стереозображенні.
У поділюваних ними областях спостереження чергуються L і R ракурси, так, що при зміщенні спостерігача на деякий кут від головної площини виникає неприємний ефект, так званий "псевдоскопічений", коли праве око бачить ліву картинку і навпаки. Наступний недолік – зниження горизонтального розширення 3D дисплея вдвічі порівняно з моно, адже пікселі потрібно ділити між двома ракурсами стереозображення. Певні зусилля розробників направлені на можливість повного використання розширення 3D дисплея в моно-режимі. Щілинні растри роблять електрично-виключними, наприклад, на основі рідких кристалів. Природно, що лінзовий растр відключити неможливо. Іншою варіацією на тему паралакс-бар'єру є метод паралаксного освітлення (рис.5). LCD панель висвітлюється набором тонких вертикальних джерел світла.
/
Рис. 5. Паралаксне освітлення.
Включенням другого набору джерел (на малюнку позначені блакитним кольором) дисплей переводиться в режим моно.
Стереозображення недарма називають найбільшою ілюзією в історії людства. Коли ви бачите стерео-картинки, ваш мозок легко впадає в оману, що перед вами істинно об'ємне зображення. Але лише до тих пір, поки ви нерухомі. Варто трохи нахилити голову або переміститися, як зображення зазнає спотворення, абсолютно не властиві реальним предметам, оскільки кожне око як і раніше бачить зображення, отримане відповідною йому камерою з фіксованої точки простору. Строго кажучи, зображення, сформоване стерео-дисплеєм, сприймається без спотворень лише в одній точці спостереження, коли стан кожного ока спостерігача точно співвідноситься з положенням камер при зйомці. З тієї ж причини неможливі такі ефекти, як "озирання" і динамічний паралакс. Як не переміщайся перед стерео-дисплеєм, якщо ми навіть не виходимо із зони стереоефекту, то картинку все одно бачимо ту ж саму, а якщо закрити одне око, всі хитрощі розробників і зовсім пропадуть даром - нічого, крім моно-зображення, ми не побачимо. Так чому ж при такій кількості серйозних недоліків ідея стереоскопічного 3D дисплея настільки популярна? Усе визначається доступністю тієї чи іншої технології при даному рівні розвитку техніки. Для стерео-дисплея сьогодні існує весь технологічний ланцюжок ПРИСТРІЙ - ДРАЙВЕР - ПРОГРАМА - КОНТЕНТ. Простіше кажучи, стерео-дисплей є куди включити, є чим узгодити, є що і з допомогою чого побачити. Це відеоадаптери з двома і більше відеовиходами, стерео-драйвери, безліч ігор і стереофільмів. Маховик індустрії вже розкручується, наявність контенту створює попит на пристрої, а наявність пристроїв створює попит на контент. Ціни на стереоскопічні 3D дисплеї досить високі (приблизно від $ 1500 і вище), хоча собівартість власне "заліза" не дуже суттєво відрізняється від звичайних LCD моніторів. Вся справа лише в незначному поки що обсязі випуску.
Мультиоглядові (MULTIVIEW) 3D дисплеї
Як випливає з попереднього визначення мультиоглядові 3D дисплеї (далі, для стислості М3D) відтворюють об'ємне зображення у вигляді декількох послідовних ракурсів об'ємної сцени і будь-які два з них складають стереопару.
Принцип роботи – поділ обсягу відтворення кількома умовними вертикальними площинами, що проходять через центр екрана. У кожній частині розбитого площинами простору спостерігається свій вигляд (ракурс) об'ємної сцени (рис. 1).
/
Рис. 1. Принцип роботи мультиоглядових дисплеїв.
Оскільки M3D є розвитком ідеї стерео-дисплея, то для їх побудови застосовні ті ж технології паралакс-бар'єрів і лінзових растрів, тільки за кожною лінзою має розташовуватися стільки пікселів, скільки ракурсів зображення ми хочемо отримати.
Очевидно, що існуючі сьогодні LCD панелі, які не дозволяють отримати за такою схемою пристойний M3D. Візьмемо 17 "монітор, що має 1280х1024 пікселя, розміром 0,27 мм. Якщо ми хочемо отримати 5 ракурсів, доведеться взяти лінзовий растр з кроком 1,35 мм, а горизонтальне розширення стане аж цілих 256 пікселів. Не вражає... Але є технологія, що дозволяє використовувати масив пікселів кращим способом. Це голографічні оптичні елементи (Holographic Optical Elements - HOE ). Перед LCD панеллю поміщається плівка, що складається з мініатюрних голограм, кожна з яких закриває один піксель і направляє світло, що проходить, в одному із заданих напрямів (рис. 2).
/
Рис. 2. Голограма за технологією HOE для чотирьох ракурсів.
Голограми, які формують стільки різних напрямків, скільки потрібно ракурсів, об'єднуються в патерн, що повторюється по всій поверхні екрана. Для отримання чотирьох ракурсів використовуються групи 2х2 пікселя, для дев'яти ракурсів - 3х3, тобто для того ж 17 " монітора розширення буде 640х512 і 427х341 піксел відповідно. Звичайно, для роботи з текстом такий монітор вже не годиться, а ось графіка і відео будуть виглядати цілком пристойно (для порівняння: відеомагнітофон формату VHS відтворює зображення з роздільною здатністю приблизно 384х288 пікселів). Враховуючи, що розширення LCD панелей безперервно зростає, а виробництво голографічної плівки реально вже зараз, можна очікувати появу серійних моделей M3D в недалекому майбутньому.
Але ось дійсно важливе питання: а скільки ракурсів необхідно? Відповідь залежить від конкретного призначення M3D і піддається точному розрахункові. Для комфортного перегляду відео буває достатньо 4-6 ракурсів, тоді як для серйозних застосувань, таких як 3D – томографія та рентген, робота графічних станції CAD / CAM, відображення оперативної обстановки (авіадиспетчерські, аварійно-рятувальні служби), тощо, може знадобиться від 40 до 150 ракурсів. Відомо кілька прототипів M3D з числом ракурсів більше 40 (рис. 3).
/
Рис. 3 Прототип M3D 48 ракурсів.
В одному з них електромеханічна дзеркальна система розгортає пакет променів від 48 напівпровідникових лазерів, по одному на кожен ракурс, в іншому близько 100 ракурсів формуються за допомогою оптичних волокон товщиною 10 мікрон, з'єднаних в упорядкований оптичний кабель, по якому зображення від декількох серійних відео-проекторів підводиться до лінзового растру.
Проблема M3D полягає не стільки у виготовленні самого пристрою (наприклад, можна взяти скільки потрібно проекторів і екран з двох суміщених лінзових растрів - дуже старий патент), скільки в отриманні необхідної для відображення інформації. Навіть стерео-відеокамери досі залишаються екзотикою, восьми-ракурсна відеокамера застосовувалася в прототипі багато-ракурсної телевізійної системи НІКФІ, а відеокамеру з більшим числом ракурсів уявити складно. Настільки все ж таки проблематичний запис і передача по каналах зв'язку такого сигналу.
Розробляються два діаметрально протилежних підходи до цієї проблеми. Перший передбачає стиск багато-ракурсної інформації на основі міжракурсних різниць (практично та ж MPEG-технологія) з подальшим розпакуванням при відтворенні, другий – відновлення проміжних ракурсів з стереопари. Прототип системи другого типу з чотирма відео-проекторами, ретрорефлектівним екраном і комп'ютером, який обчислює проміжні ракурси за допомогою нейрон-мережевих алгоритмів був розроблений і успішно продемонстрований компанією НейрОК Оптікс (рис. 4). Встановлення більшого числа ракурсів вимагає істотних обчислювальних потужностей. Ще більші ресурси необхідні для побудови безлічі ракурсів 3D сцени, описаної набором векторів або масивом вокселів.
/
Рис. 4. Реалізація підходу відновлення проміжних ракурсів з стереопари, компанією НейрОК Оптікс.
ВИСНОВКИ
Підіб'ємо підсумки щодо стереоскопічних 3D дисплеїв:
Переваги:
відносна простота виготовлення, наявний серійний випуск моделей;
невисока собівартість, можливе зниження ціни в найближчому майбутньому;
реально досяжна швидкість потоку даних (дворазове збільшення від моно);
наявність контенту, драйверів, програм.
Недоліки:
неможливість "озирання" і динамічного паралакса;
дуже обмежена зона стереоефекту;
наявність зон "неправильного" псевдоскопічного ефекту;
вдвічі менше горизонтальне розширення в стерео режимі.
Звичайно, не все з сказаного вище вірно для будь-якого конкретного дисплея, існує безліч способів подолання того чи іншого недоліку.
Висновки стосовно мультиоглядових 3D дисплеїв.
Переваги:
широка зона стереоефекту;
велика глибина обсягу відтворення;
можливість "озирання" і динамічного паралакса;
наявність контенту (потенційно) ;
реалістична графіка і відео
Недоліки:
технічна складність і собівартість швидко зростають із збільшенням числа відтворюваних ракурсів;
невеликий кут огляду (від 24 до 50 градусів проти 160 і більше у звичайних моніторів);
потрібна велика швидкість потоку даних (кратне числу ракурсів збільшення від моно) або істотний обсяг обчислень для кодування і декодування даних;
відсутнє програмне забезпечення.
Навряд чи в найближчі рік-два варто очікувати появи недорогих серійних моделей мультиоглядових 3D дисплеїв "для дому, для сім'ї ", хоча багато серйозних виробники дисплеїв мають свої прототипи. Наприклад, лінійка дисплеїв з 3 , 5 , 7 , і 9-ти ракурсами у Philips, шістнадцяти-ракурсний дисплей у Samsung.
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
Перше незалежне російське онлайн-видання, присвячене цифровим технологіям: «3DNews Daily Digital Digest»: [Електронний ресурс]// 2013. – Режим доступу: http://www.3dnews.ru/165002/.
Перше незалежне російське онлайн-видання, присвячене цифровим технологіям: «3DNews Daily Digital Digest»: [Електронний ресурс]// 2013. – Режим доступу: http://www.3dnews.ru/165003/?future-link.
[Електронний ресурс]// 2013. – Режим доступу: http://vokrug3d.ru/fototeoriya/parallaks.html.
10.04.2014 13:04-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора