`

СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ПАРТНЕРЫ
ПРОЕКТА

Архив номеров

Как изменилось финансирование ИТ-направления в вашей организации?

Best CIO

Определение наиболее профессиональных ИТ-управленцев, лидеров и экспертов в своих отраслях

Человек года

Кто внес наибольший вклад в развитие украинского ИТ-рынка.

Продукт года

Награды «Продукт года» еженедельника «Компьютерное обозрение» за наиболее выдающиеся ИТ-товары

 

3D-дисплеи приходят в дом

Статья опубликована в №41 (658) от 28 октября

+11
голос

Если в предыдущий раз обращение к теме 3D-дисплеев было связано с рассмотрением лишь теоретических аспектов технологии, то на нынешнем этапе своего развития она уже вышла на уровень внедрения. Безусловно, у подобных устройств есть множество применений, но, с точки зрения производителей, наиболее выгодным является освоение сегмента достаточно дорогих домашних кинотеатров. Поэтому следующим лозунгом вслед за «HD Ready» должен стать «3D Ready!»

А вы готовы к 3D?

Доведя конструкцию двумерных устройств отображения до совершенства, компании, выпускающие высококачественные дисплеи для домашних кинотеатров, загнали себя в угол: сегодня за дальнейшее улучшение цветопередачи, компактности корпуса и прочих потребительских свойств «проголосовать деньгами» способны лишь немногие ценители. Единственным выходом из сложившейся патовой для ведущих игроков ситуации становится ставка на внедрение технологий стереовизуализации. Производители контента также заинтересованы в оживлении спроса за счет популяризации 3D-форматов: недавно Disney Animation и Pixar объявили, что отныне и впредь все их премьеры будут выходить как в 2D-, так и в 3D-вариантах. Самые ожидаемые из предстоящих 3D-кинопремьер – «Рождественская песнь» (Cristmas Carol, Pixar, 2009); «Шрек 4» (Shrek Goes Fourth, DreamWorks, 2010); «Алиса в стране чудес» (Alice in Wonderland, Disney, 2010); «Кошечка в сапогах» (Puss‘n Boots, Dreamworks, 2011); «Ньют» (Newt, Disney-Pixar, 2011), «Король эльфов» (King of the Elves, Disney-Pixar, 2012) и «Тачки 2» (Cars 2, Disney-Pixar, 2012).

3D-дисплеи приходят в дом
Устройство gCubik, очаровавшее гостей конференции Siggraph 2008

Впрочем, рыночное пространство, открывающееся перед поставщиками контента в случае успешного развития домашних стереокинотеатров, не ограничивается новинками, ведь киноманы, заплатившие за обладание VHS-, DVD- и HD-версиями любимых фильмов, конечно, не устоят перед искушением украсить свои фильмотеки еще и 3D-вариантами. Именно на них рассчитан ряд проектов, реализуемых в настоящее время компанией In-Three, разработавшей активно обсуждаемую в киноиндустрии технологию «опространствливания» («dimensionalization») 2D-фильмов. Ожидается, что вскоре в результате кропотливого труда ее сотрудников, использующих фирменное ПО, появятся 3D-версии таких бессмертных классических лент, как «Касабланка» и «Рассвет мертвецов». Текущие расценки предоставляемых компанией услуг более чем впечатляют: 75–135 тыс. долл. за минуту экранного времени.

Активно муссируются также слухи о планируемой трансформации в 3D-формат киноэпопей «Звездные войны» и «Властелин Колец» (однако ни исполнители, ни сроки реализации этих масштабных проектов пока не известны).

Справедливости ради следует признать, что за нынешним всплеском интереса к домашним стереокинотеатрам стоят не только субъективные (т. е. связанные с коммерческими интересами воротил от электронной промышленности и киноиндустрии), но и объективные предпосылки. В числе последних укажем:

  • выход из употребления телевизоров со стеклянными кинескопами, плохо совместимыми со всеми известными технологиями стереовизуализации: пассивные системы, основанные на использовании лентикулярных микролинз, страдают из-за недостаточной геометрической стабильности изображения, а в активных 3D-системах качественному разделению стереопар препятствует послесвечение люминофора;
  • повышение графического разрешения изображений (в связи с массовым переходом к HD-форматам), а также частоты развертки (из-за распространения DLP-матриц и прочих быстродействующих аппаратных компонентов). Реализация большинства технологий стереовизуализации сопряжена с основательным «прореживанием» кадров и пикселов, результаты которого при использовании SD-форматов оказываются «малосмотрибельными»;
  • появление новых технологий демонстрации стереоизображения. Удивительно, но и сегодня, спустя 115 лет после выхода первого стереофильма, поток жизнеспособных идей в этой области не иссякает. Отметим, что ряд перспективных разработок появился после обширного обзора технологий стереовизуализации, опубликованного в нашем журнале семь лет назад. Примером может служить Infitec, с помощью которой один из ведущих производителей цифровых проекторов (BARCO) грозится совершить новую революцию в 3D-кинопрокатном бизнесе. Основа данной технологии – очень сложные, состоящие из десятков слоев интерференционные фильтры, обеспечивающие идеальное разделение стереопары без использования традиционных для стереокинотеатров недеполяризующих экранов. Последние обладают двумя отталкивающими 3D-кинопрокатчиков недостатками: глянцевой поверхностью, препятствующей достижению равномерной освещенности кадра, и высокой стоимостью, сопоставимой с ценой дополнительного проектора. Есть мнение, что очки Infitec, предлагающиеся сегодня за несколько десятков долларов, при развертывании массового производства значительно подешевеют. Однако это пока не в интересах BARCO.

В качестве еще одного примера живости мысли разработчиков технологий стереовизуализации упомянем концептуальный прототип gCubik, анонсированный в 2008 г. общественности Японским институтом информационных и коммуникационных технологий (NICT). Это устройство представляет собой куб, три грани которого образованы из 2211 миниатюрных двухлинзовых объективов, каждый из них проецирует в окружающее пространство уникальное 2D-изображение, порождаемое тремя миниатюрными ЖК-панелями с VGA-разрешением. Наблюдателю, перемещающемуся вокруг gCubik, кажется, что внутри него находится трехмерный объект. Разработчики обещают повысить разрешение устройства, а также обеспечить его беспроводным интерфейсом и совместимостью не только со статическими, но и с динамическими изображениями.

Хаос несовместимых технологий

3D-дисплеи приходят в дом
Принцип действия лентикулярного 3D-дисплея, обеспечивающего отображение четырех моноскопических и трех стереоскопических ракурсов. Наиболее распространенные лентикулярные дисплеи Philips позволяют взглянуть на сцену с девяти сторон

Возрождение интереса к 3D породило мощный всплеск активности в области систематизации и стандартизации многочисленных технологий стереовизуализации. По мнению некоторых экспертов, эта волна даже слишком мощна и может привести к принятию скороспелых стандартов, губительных для развития OLED и других инновационных типов устройств отображения. Впрочем, их голоса слышны так же слабо, как и опасения социопсихологов, призывающих изучить, каким образом демонстрация насилия в 3D повлияет на сознание среднестатистического обывателя. В конце концов, вовлечение зрителя в экранное действо не является самоцелью, иначе среди любителей фильмов о войне высоко ценились бы телевизоры с вмонтированными гранатами.

Как бы то ни было, стандартизация технологий демонстрации стереоизображений – главная предпосылка для организации каналов связи между потребителями и производителями 3D-контента и 3D-оборудования, и звон золота, готового потечь по этим каналам, заглушает голоса пессимистов вне зависимости от оправданности их опасений.

Среди организаций, занятых в законотворческой деятельности, упомянем:

  • Международный союз электросвязи, объединяющий коммуникационные институты и компании 191 государства. Шестая исследовательская комиссия, организованная при нем по инициативе российского ученого М. И. Кривошеева, объявила конкурс всевозможных методов съемки, хранения, трансляции и отображения 3D-картинок (срок подачи предложений истек 13 октября);
  • Общество инженеров кино и телевидения SMPTE, объединяющее профессионалов из более чем 60 стран и свыше 80 ведущих компаний, причастных к голливудской индустрии (в числе последних Sony, Kodak, Warner Bros. и т. п.). Организованная обществом рабочая группа по стандартизации технологий стереовизуализации для домашних кинотеатров и ПК приступила к работе в конце минувшего лета. Ее цель – унификация технологических стандартов до приемлемого в индустрии уровня в течение 18–30 месяцев;
  • 3D4YOU. Основные движущие силы этого преимущественно европейского проекта, активно пропагандирующего свои достижения на международных выставках, – BBC, France Telecom, Philips, Thomson и немецкий Институт Фраунгофера;
  • OSIRIS (Original System for Image Rendition via Innovative Screens; osiris-project.eu) – проект, объединяющий девять компаний, в число которых входят Thomson и Holografika. Последняя известна своими успехами в перспективной, но намного опережающей современные аппаратные возможности технологии компьютерной визуализации голограмм.

Взаимоотношения названных организаций сложны и запутаны; к тому же сообщества их членов являются сильно пересекающимися множествами, связанными сетью разнородных программ сотрудничества. Например, недавно DreamWorks Animation и Intel объединились для создания технологий стереовизуализации в рамках проекта InTru3D. Тем не менее можно с уверенностью сказать, что ареной самых драматичных событий на фронте борьбы за внедрение 3D «в каждой гостиной» станет ассоциация разработчиков и производителей дисков Blu-ray (BDA), лишившаяся внешнего врага и раздираемая внутренними противоречиями. Собственно говоря, гонка уже началась: Samsung, Panasonic, Texas Instruments и Philips выступили на недавних выставках IFA и CEATEC с инициативами, успешная коммерциализация которых может привести к тому, что реализуемые ими технологии придется признать в качестве промышленного стандарта вначале де-факто, а затем и де-юре. Здесь же стоит упомянуть попытки штурма, предпринимаемые компанией TDVision, анонсировавшей скорый выход 15 Blu-ray-дисков с фильмами в фирменном стереоформате. Главное достоинство последнего – возможность воспроизведения в монорежиме на современных Blu-ray-плеерах (дополнительная информация при этом отбрасывается). Предполагается, что первоначальной средой распространения формата TDVision станет сообщество игроманов, оснастивших свои ПК стереодисплеями. Почти все названные компании выступают за передачу и архивирование двух изображений, составляющих стереопару. При этом в ходе компрессирования данных для кадров, демонстрирующих сцену с двух точек зрения, избыточная информация устраняется посредством тех же алгоритмических принципов, что и для снятых в разные моменты. Отметим, что в некоторых случаях между парами, соседствующими друг с другом во времени и пространстве, нет графических отличий. Примером тому может послужить видовой фильм, снятый из бокового окна автомобиля или вертолета.

Другим путем пошла компания Philips, сделавшая ставку на более сложный, более универсальный и заслуживающий более пристального рассмотрения формат.

2D+Depth: декодирование

3D-дисплеи приходят в дом
Кадр из фильма в формате 2D+Depth и соответствующий ему z-буфер

В рамках этого формата каждый пиксел стереоизображения описывается не только тремя своими координатами в цветовом кубе, но и отдаленностью соответствующего ему элемента сцены от наблюдателя. При компрессировании и иной обработке этот дополнительный канал данных (z-buffer) обычно трактуется как отдельное изображение в градациях серого. Светлые участки (со значением 255 при 8-битовой глубине буфера) соответствуют элементам, находящимся «под самым носом» у зрителя; а черные (0) – относящимся к удаленному на бесконечное расстояние фону. Зависимость между значениями пикселов z-буфера и расстоянием имеет логарифмический характер (примерно как зависимость между углом поворота настроечного кольца объектива и удаленностью зоны его фокусировки). Кроме того, формат может включать один или несколько уточняющих каналов, описывающих информацию о цветах и отдаленности элементов, открывающихся при изменении точки зрения на сцену.

Одна из частей стереопары, восстанавливаемой в реальном времени из описанного потока данных, как правило, представляет собой почти неизменное содержимое основного канала (изменения состоят в отсечении узких вертикальных полос по сторонам изображения), а вторая – синтезируется из первой путем модификации базового изображения, где каждый пиксел горизонтально смещается сообразно определенному значению z-буфера. Лишь те пикселы, для которых последний параметр составляет 127, сохраняют исходную координату x, благодаря чему зритель воспринимает соответствующие им элементы сцены, лежащими в плоскости экрана.

Деформирующие преобразования, как правило, не обходятся без разрывов, обусловливаемых наличием в сцене деталей, видимых только одним глазом. Информация, требуемая для заполнения «слепых пятен» в разорванных участках, синтезируется программно (для решения этой задачи теория обработки изображений породила обширную палитру алгоритмов) либо по возможности черпается из уточняющих каналов. Еще одна нетривиальная вычислительная проблема, возникающая на этапе декодирования, связана с необходимостью устранения контурных неровностей в синтезируемой части стереопары.

2D+Depth: кодирование

3D-дисплеи приходят в дом
Для любой конфигурации съемочных камер можно подобрать сцену в стиле «японского сада камней», отдельные из элементов которой окажутся полностью скрыты от наблюдения

При визуализации сцен в 3D-пакетах получение z-буфера и уточняющей информации – тривиальная задача. В частности, пользователям 3ds max Philips предлагает подгружаемую модель, позволяющую полностью автоматизировать преобразование визуализуемой сцены в формат 2D+Depth. Однако восстановление этих данных по стереопаре (а именно в таком виде хранится и снимается в настоящее время подавляющее количество стереофильмов) – сложная математическая проблема. Одним из инструментов ее решения может служить пакет WOWvx Spacer, входящий в набор BlueBox от Philips. Чтобы приблизительно обозначить характер подводных камней, угрожающих оператору WOWvx Spacer, сделаем два замечания. Во-первых, не существует явного способа узнать расстояние до элементов сцены, видимых только на одной из частей стереопары. Поэтому уточняющую информацию приходится получать заимствованными из теории машинного зрения эвристическими методами, не способными гарантировать абсолютной достоверности.

Во-вторых, алгоритмы восстановления объема дезориентируются зашумленными и/или однотонными областями изображений, в результате чего, к примеру, безоблачное небо может по ошибке оказаться от наблюдателя на «расстоянии вытянутой руки». К счастью, в большинстве случаев зрительный аппарат человека, работа которого также основана на соотнесении опорных точек, производит «автоматическую обратную коррекцию», и дефект остается при просмотре незамеченным. Однако если кодируемый видеопоток предназначен не для непосредственной демонстрации, а для пост-обработки (например, в специализированной программе нелинейного монтажа WOWvx Compositor), последствия ошибки могут быть плачевными. Например, логотип телеканала, располагаемый в плоскости экрана, окажется скрытым от зрителя «за небесной твердью». Исправление подобных огрехов требует от оператора ручного вмешательства. Еще более кропотливая работа нужна при использовании программы для восстановления объема по 2D-видеоматериалу. В этом случае приходится отыскивать для каждой сцены ключевые кадры, на которых присутствующие в ней объекты представлены наиболее полно, а также выделять их контуры и указывать расстояние до их поверхности, формируя z-буфер с помощью специализированных графических инструментов. После этого Spacer попытается распознать объекты в прочих кадрах и установить расстояние до них, вовлекая наблюдателя в итеративный процесс корректировки. Весьма вероятно, что скрываемое в тайне от конкурентов ПО компании In-Three имеет схожий интерфейс.

В рамках проекта 3D4YOU исследователи Института Фраунгофера разработали усовершенствованную съемочную технологию, предполагающую дополнение традиционной пары HD-камер двумя боковыми сателлитными DV-камерами, а также располагаемым между ними датчиком глубины изображения (работа которого может основываться на принципах радио- или звуковой локации). Отметим, что хотя преобразование суммарного объема данных в формат 2D+Depth выполняется в офлайновом режиме (что исключает огрехи, порожденные перегрузкой процессоров), его результат в некоторых случаях может оказаться ошибочным. Более того, технология 2D+Depth принципиально не способна воспроизводить эффекты, связанные с сопровождающей изменение ракурса отдельных сцен игрой преломлений, отражений и бликов. Впрочем, последнее свойство можно трактовать и как преимущество: ведь оно защищает зрителя от неприятных ощущений, вызываемых неожиданно «пойманным» одним из глаз «солнечным зайчиком».

Ради чего все эти сложности?

3D-дисплеи приходят в дом
3D-дисплеи приходят в дом
WOWvx Spacer и WOWvx Compositor от Philips – программные продукты, предназначенные для редактирования видео в формате 2D+Depth. Похоже, с их помощью компания намеревается застолбить все сегменты зарождающегося рынка технологий стереовизуализации

Ключевым преимуществом пропагандируемой Philips технологии является возможность изменять стереобазу (т. е. расстояние между точками зрения на сцену) «задним числом» на этапе декодирования. Эта функция, в свою очередь, важна по двум причинам. Во-первых, она обеспечивает совместимость 3D-видеоконтента с экранами разных размеров. Дело в том, что наиболее комфортная для восприятия стереобаза зависит не только от масштабов сцены, но и от линейной ширины устройства отображения. При небольшой диагонали устройства отображения малая стереобаза уплощает картину, а чрезмерная утомляет зрителя, вынужденного неестественным образом разводить глаза в стороны при рассматривании элементов заднего плана.

Во-вторых, она отлично подходит для так называемых мультивидовых (multiview) автостереоскопических лентикулярных дисплеев, родственных «переливающимся календарикам». Они привлекательны для построения домашних стереокинотеатров прежде всего тем, что освобождают зрителя от необходимости носить очки. По мнению ряда экспертов, стереоскопическим очкам не суждено получить широкого распространения в данном сегменте, поскольку они требуют слишком радикальной ломки сложившихся представлений о расслабленном отдыхе перед телевизором.

Отметим, что последнее поколение лентикулярных дисплеев свободно от таких традиционно присущих им в прошлом недостатков, как муаровые разводы и чрезмерная потеря горизонтального разрешения. В моделях серии WOWvx от Philips прогресс достигнут за счет тонкой оптимизации формы лентикулярных микролинз и их расположения под определенным углом к вертикальной оси. Такие устройства обеспечивают три или пять смежных зон комфортного просмотра, в каждой из которых может разместиться несколько человек. Будучи очевидным образом несовместима со зрительными залами, такая конфигурация зон комфортного просмотра хорошо подходит для семейных гостиных.

Прежде чем продолжить перечисление достоинств многовидовых дисплеев, сделаем еще одно небольшое отступление в область психофизиологии бинокулярного зрения. Подобно тому как восприятие мелких деталей изображения предполагает некоторое рысканье («тремор») глазного яблока, полноценное восприятие объема сопряжено с изменением положения головы зрителя. Покачивание головой из стороны в сторону – известный каждому безусловный рефлекс, срабатывающий при желании рассмотреть сцену с нескольких точек зрения. При этом согласно инстинктивным ожиданиям человека объекты переднего плана должны смещаться относительно фона в сторону, противоположную движению его головы, и отсутствие этого эффекта действует на иллюзию трехмерности разрушительным образом. Данный недостаток в некоторой степени присущ всем технологиям, основанным на использовании статических стереопар (ограничивающих количество доступных для обозрения ракурсов двумя). В стереокинотеатрах он несколько сглаживается теснотой кресла, препятствующего свободе движений. От домашнего же зрителя, непринужденно развалившегося на диване, а то и вовсе совмещающего кинопросмотр с занятиями на спортивном тренажере, ждать неподвижности отнюдь не приходится.

Каждый из девяти видов, предлагаемых современными дисплеями серии Philips WOWvx, независимо просчитывается в ходе вышеописанного процесса декодирования, после чего все они объединяются в единое изображение, выводящееся на ЖК-матрицу с разрешением Full HD. В этом случае платой за стереоэффект является двукратное ухудшение разрешения изображения, профильтрованного слоем микролинз (с 1920×1080 до 960×540).

Хотя разрешение 2D-изображений страдает меньше (компанией разработан и запатентован алгоритм их предварительной обработки, позволяющий в некоторой степени нейтрализовать «размывающее» воздействие лентикулярного слоя), WOWvx все же уступают в четкости обычным Full HD-дисплеям, что может отпугнуть телезрителей-перфекционистов. В начале октября компания предложила радикальное решение этой проблемы, представив 46-видовой стереодисплей с подложкой класса Quad Full (3840×2160).

Стереокамеры для массового рынка

3D-дисплеи приходят в дом
Недавно представленная флагманская модель в линейке автостереоскопических дисплеев Philips имеет 56-дюймовую диагональ и подложку с разрешением QF. По неофициальным данным, на момент начала продаж ее стоимость составит около 25 тыс. долл.

Как показывает пример кампании по внедрению технологии High Definition, сравнительно дешевые видеокамеры – мощный маркетинговый двигатель для относительно дорогих телевизоров того же формата. Покупатели первых рано или поздно приходят к осознанию необходимости приобретения вторых (разве семейная хроника не достойна наивысшего качества?). Поэтому отсутствие на рынке стереокамер, ориентированных на массового потребителя, может оказаться слабым звеном в планах производителей домашних стереокинотеатров.

Недавно анонсированный Epson миниатюрный 8-видовой автостереоскопический дисплей диагональю 2,57" может найти применение не только в новом поколении мобильных игровых приложений, но и в стереокамерах, оснащенных двумя или больше объективами. Разрешение его TFT-подложки, составляющее 1024×768, после прохождения через слой микролинз падает до 384×256. Важным новшеством разработки является уменьшение расстояния между смежными зонами отображения ракурсов до половины среднестатистического межцентрового расстояния (32,5 мм), что увеличивает плавность переключения видов.

3D-перспективы

Если закон о переходе количественного роста в качественный верен, то в долгосрочной перспективе победа технологий стереовизуализации неминуема, уж слишком много в них вложено сил и средств. А в краткосрочной перспективе нас, увы, ждет рост количества Blu-ray- и DVD-дисков с фильмами, предназначенными для просмотра с помощью входящих в комплект красно-синих очков. По современным меркам качество этого формата ужасно, зато он не вызывает никаких проблем с совместимостью. Среднесрочные же перспективы, как это часто бывает, оказываются весьма туманными. Не превратится ли деятельность комитетов по стандартизации в затяжную войну форматов? Успеют ли они уложиться в обещанный двух-трехлетний срок, и не пойдет ли к тому времени на спад нынешняя волна зрительского интереса к стереофильмам (как это уже неоднократно случалось в прошлом)? Ответы на эти вопросы зависят от многих, иногда совсем непредвиденных факторов. Например, от динамики развития нынешнего экономического кризиса, из-за которого среднестатистическому потребителю может стать не до домашних кинотеатров, или от решения Джорджа Лукаса инвестировать, наконец, несколько десятков миллионов долларов в долгожданный проект «Star Wars 3D».

+11
голос

Напечатать Отправить другу

Читайте также

Ссылка на упомянутую статью семилетней давности:
http://ko-online.com.ua/node/38889

 
 
IDC
Реклама

  •  Home  •  Рынок  •  ИТ-директор  •  CloudComputing  •  Hard  •  Soft  •  Сети  •  Безопасность  •  Наука  •  IoT