`

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

 

Павел Молодчик

О псевдо- и квазиголограммах

+44
голоса

176 лет минуло с момента изобретения стереоскопа, а изобретатели не теряют энтузиазма, изощряясь в поисках новых средств создания 3D-иллюзии. Последние годы ознаменовались появлением нескольких 3D-дисплеестроительных технологий, заслуживающих описания. На других околотехнических новостных сайтах их уже обсуждали, но вскользь, так что действительные принципы их функционирования остались неясны ни читателям, ни, я полагаю, авторам заметок, что для КО является совершенно недопустимой ситуацией: положение IT-профессионалов обязывает прозревать подноготную. Мне для прозрения подноготной пришлось просмотреть несколько презентаций и научных статей, которые я сейчас попробую пересказать вам на пальцах.

1. Автостереоскопические (не требующие очков) 3D-дисплеи с клиновидными линзами от Microsoft E&DD (Entertainment & Devices Division)

Представьте в рамках мысленного эксперимента, что задняя подсветка ЖК-монитора состоит из одного-единственного светодиода и громадной линзы (диаметром не меньше диагонали экрана). Линза фокусирует исходящие от светодиода лучи на правой половине лица зрителя. В результате правый его глаз видит изображение, а левый оказывается погруженным во тьму. Собственно говоря, погруженной во тьму оказывается вся комната: описанная конструкция на разбазаривает фотоны попусту, что позволяет говорить о ее высокой экономичности. Конечно, самая бескомпромиссная экономия достигалась бы при использовании такой линзы, один фокус которой совпадал бы со светодиодом, а второй -- с центром зрачка, но против нее наверняка возникли бы возражения у офтальмологов: рефлекторное изменение диаметра зрачка перестало бы сказываться на освещенности сетчатки (а впрочем, фантастически бескомпромиссная система могла бы следить не только за координатами зрачков, но и за их площадью, меняя яркость автоматически).

О псевдо- и квазиголограммах
Ввиду того, что зритель находится значительно дальше от линзы, чем источник света, станем для упрощения считать посылаемые ему лучи параллельными ("коллимированными").

Дополним конструкцию вторым светодиодом, поместив его в такое место за линзой, которое соответствует левой половине зрительского лица, и станем включать светодиоды попеременно в такт с чередованием выводимых на ЖК-экран компонент стереопары. Если частота переключения будет достаточно высока, зритель не заметит мерцания и увидит 3D-картинку.

Быстродействие современных ЖК-дисплеев позволяет организовать одновременную демонстрацию двух 3D-картинок для двух зрителей с приемлемой частотой регенерации (в этом случае для каждого глаза составит 240/4 = 60Гц).
О псевдо- и квазиголограммах
Отметим, что при поперечном смещении головы правый глаз рискует угодить в зону, отводимую для демонстрации изображения, предназначенного для левого, или наоборот. Строгое (исчисляемое сантиметрами) ограничение зоны восприятия стереопсиса, конечно, никуда не годится (уж лучше сидеть в очках, чем приматывать голову к спинке кресла, уподобляясь фотомоделям позапрошлого века, которым из-за низкой чувствительности тогдашних фотоматериалов приходилось по полчаса сохранять каменную неподвижность).

Этот недостаток можно устранить, дополнив конструкцию видеокамерой, отслеживающей положение лица зрителя, и встроив в заднюю панель  массив светодиодов, активируемых по мере необходимости сообразно текущему положению его глаз.

ПО, способное различать лица, может позволить безошибочно адресовать изображения зрителям даже в том случае, если зрители меняются местами.
Информирование интерактивных 3D-приложений о текущих координатах зрительских глаз открывает большие возможности. Отметим, что при осматривании сложных 3D-объектов зритель инстинктивно совершает головой рыскающие движения: даже незначительные изменения ракурса сильно повышают "питательную ценность" подлежащей 3D-реконструированию визуальной информации. А ведь противоестественную независимость воспринимаемого 3D-изображения от ракурса принято (наряду с конвергентно-аккомодационным диссонансом) считать одной из причин усталости глаз и других неприятных ощущений, жалобами на которые пестрят СМИ после всякой премьеры очередного 3D-блокбастера.

Если 3D-сцена синтезируется "на лету", то ракурс, в котором она изображается, можно автоматически подстраивать с учетом положения глаз наблюдателя. Впечатления от взаимодействия с такими программно-аппаратыми комплексами весьма точно отвечают ожиданиям, которые принято связывать с голографическими дисплеями высокого разрешения. "Осведомленный" о положении зрительских глаз 3D-дисплей может быть использован, например, для организации витрины, устроенной как виртуальное окно в виртуальное помещение, виды которой синтезируются в реальном времени таким образом, что, взору приближающегося к окну зрителя открывается все больше деталей. Можно даже позволить потребителю просунуть в окно голову (для этого придется использовать вместо одного дисплея пять, устроив из них коробчатую нишу).
Вернемся к рассмотрению описываемой гипотетической конструкции, еще одним очевидным недостатком которой является громоздкость собирающей линзы (хотя использование линзы Френеля позволило бы облегчить конструкцию и сделать ее складной для транспортировки). Не приходится сомневаться в том, что современный рынок решительно отторгнет любой гаджет, чьи габариты предлагают потребителю возвращение к стандартам прошлого века.
Для устранения этого недостатка разработчики из Microsoft E&DD предложили заменить громоздкую традиционную линзу клиновидной, -- т.е., изящной стеклянной пластиной, обсуждение которой следует предварить описанием следующих понятий:
- Нижняя грань клиновидной линзы. Она имеет форму узкого прямоугольника, через которую внутрь линзы проникает свет. Источником света служит прилегающий к данной грани линейный массив индивидуально управляемых светодиодов (т.о., подсветка экрана устроена примерно как в популярных ныне телевизорах с нижней подсветкой).
- Фронтальная грань, через которую коллимированный свет покидает пластину. Эта грань обращена к зрителю, а размеры ее отвечают размерам экрана.
- Тыльная грань, противоположная фронтальной и покрытая предотвращающим непродуктивную потерю света зеркальным напылением.
- Верхняя (тоже зеркальная) грань, ширина которой вдвое больше, чем у нижней (сверху клиновидная линза вдвое толще, чем снизу). Изо всех граней линзы лишь верхняя не является плоской. Ниже будет показано, что изысканность ее формы вносит в функционирование линзы ключевой вклад.
Что касается боковых граней, то о них нам достаточно знать лишь одно: они зачернены.
Солидаризуясь с авторами многих публикаций, будем именовать описываемый оптический элемент линзой. Корректность этого наименования является спорной, -- ведь некоторые фундаментальные свойства обычной линзы у него отсутствуют (например, вместо традиционной фокальной плоскости он характеризуется фокальной прямой).

Иногда описываемый элемент называют клиновидным световодом, что тоже является терминологическим казусом: ведь световодам пристало передавать свет, а не излучать его. Параллельность фронтальной и тыльной граней придала бы описываемому элементу большее сходство со световодом: падая на них раз за разом под неизменным маленьким углом, лучи после некоторого количества отражений покидали бы пластину тем же путем, каким в нее проникли (т.е., через нижнюю грань). Или встречали бы свой конец, ненароком встретившись с зачерненными боковыми гранями.

Однако, пластина клиновидна; иными словами, ее фронтальная и тыльная грани образуют некоторый угол α. Из-за этого обстоятельства каждый новый угол падения луча несколько изменяется: при движении от широкой части клиновидной линзы к узкой он увеличивается на α, а при движении в обратном направлении -- уменьшается на α.

Причины этого легко понять из приведенного ниже рисунка.

О псевдо- и квазиголограммах

Здесь показано движение луча (выделен красным), распространяющегося справа налево в клиновидной линзе ABC. В рассматриваемом случае α = 13о, а материал линзы характеризуется критическим углом в 40о (критический угол -- одно из базовых оптических свойств границы меж двумя прозрачными средами, -- в данном случае -- стекла и воздуха: лучи, падающие на грань под углами меньше критического, отражаются, а лучи, падающие под углами больше критического -- выходят наружу).

Если в точке P1 угол падения равен 16α, то для P2 этот показатель составляет 16+13 = 29α (серая прямая, проведенная через P2 параллельно AB, введена в чертеж в качестве дополнительного элемента: легко видеть, что искомый угол она рассекает на два известных).

В точке P3 угол падения превышает критический, и луч выходит на свободу.

Отметим, что в другом проекте того же подразделения Microsoft, линза перевернута "вверх ногами", так что свет проникает в нее через широкую грань. Этот проект имеет целью разработку плоских проекционных систем, применимых в широком спектре устройств (от мобильных гаджетов до установок для сканирования багажа авиапассажиров). Примерное устройство систем иллюстрируется следующим слайдом из фирменной презентации:

О псевдо- и квазиголограммах

Источником света в данном случае служит обычный проектор.
Лучи, отвечающие за формирование нижней строки изображения (показаны на слайде пунктиром), входят в линзу под относительно большим углом, и потому они покидают фронтальную грань снизу (после незначительного количества переотражений, а то и вовсе без таковых). Лучи же, порождаемые верхней строкой изображения (показаны сплошной линией), вводятся под относительно маленьким углом, так что их путь оказывается долгим, и оканчивается в верхней части фронтальной грани.

Действующий прототип клиновидно-линзовой проекционной системы: выглядит примерно так

О псевдо- и квазиголограммах

Возможность использования этого оптического тракта не только с целью демонстрации, но и с целью захвата изображений, используется в Microsoft для разработки сенсорных дисплеев, способных взаимодействовать с пользователем посредством контактно-бесконтактных жестикуляционных интерфейсов (кроме того, использование поверхности дисплея в качестве веб-камеры предоставляет любителям видеоконференций возможность установления глазного контакта, и им станет труднее друг другу врать).

Вернемся, однако, к обсуждаемой теме. Вот, каким образом, примерно, выглядят траектории лучей, попадающих в клиновидную линзу 3D-дисплея:

О псевдо- и квазиголограммах

- Почему так много лучей пропадает зря (покидая линзу через нижнюю грань)?

- Параллельность исходящих лучей -- это случайность или закономерность? И почему они направлены не к зрительскому лицу, а куда-то вниз?

- Точки выхода лучей из фронтальной грани кажутся неравномерно распределенными по ее поверхности (а равномерная освещенность это, конечно, совершенно обязательное требование для задней подсветки любого дисплея). Улучшится ли равномерность распределения, если отследить не 27, а 270 лучей? а если 270000?

Поскольку мы все еще хотим понять, как работает клиновидная линза, нам придется как-то прояснить все эти вопросы.

Равномерность горизонтального распределения исходящего светового потока можно проиллюстрировать на виде спереди:

О псевдо- и квазиголограммах

Если верхняя грань представляет собой фрагмент поверхности (напоминающей полусферу, радиус которой вдвое больше высоты линзы), то лучи от нее будут отражаться таким образом, что их проекции (а также проекции их последовательных отражений от фронтальной и тыльной граней) окажутся параллельными и равномерно распределенными по горизонтали.

Что же касается неудачного направления выходящих из линзы коллимированных лучей, то для его корректировки применяется преломляющий оптический элемент (представляющий собой тонкую пленку, размещаемую между линзой и ЖК-фильтрами).

Но что можно сказать о равномерности вертикального распределения мест выхода лучей на свободу?

И как разобраться с остальными вопросами, если на виде сбоку внутри линзы царит столь пугающий хаос?

А вот как: станем исходить из предположения о том, что система работает, и отследим траекторию лучей в обратном направлении.

Система действительно работает: она была продемонстрирована на нескольких выставках и снискала расположение блогеров, видевших ее своими глазами и поделившихся с общественностью отчетами. Эти отчеты я видел своими глазами и счел их достоверными, и теперь, в свою очередь, пытаюсь вовлечь вас в сеть доверия. Впрочем, если вы откажетесь, дальнейшие рассуждения не лишатся основательности (истинным их основанием является инвариантность движения фотонов относительно времени, так что не провожу над вашим сознанием манипуляций, имеющих целью подмену знания верой).

Ппрежде, чем переходить к дальнейшим объяснениям, разберем прием спрямления лучей, часто применяемый при описании оптических трактов с зеркальными элементами.

Взгляните на траекторию луча, двигающегося из точки А в точку В внутри трехгранной призмы с зеркальными гранями.

О псевдо- и квазиголограммах

Во многих отношениях мечущийся внутри призмы свет ведет себя в точности так же, как если бы он распространялся по прямой через ряд ее зеркальных копий (из А в В').
О псевдо- и квазиголограммах

На этом рисунке точки выхода параллельных лучей из фронтальной грани обозначены стрелками. Отслеживая движение света в обратном направлении, заметим, что ломанные можно частично спрямить, распространяя их в объеме ряда воображаемых линз, первая из которых является зеркальной копией оригинальной линзы (обладая общей с нею тыльной гранью); вторая является зеркальной копией первой (обладая общей с нею фронтальной гранью); третья является зеркальной копией второй (обладая с нею общей тыльной гранью) и так далее.

Расплодившиеся благодаря зеркальному умножению верхние грани образуют гладкую вогнутую поверхность, которая действует как рефлектор и фокусирует спрямленные отражения спрямленных лучей в определенной точке. Критический угол и пропорции призмы выбираются такими, чтобы точка фокуса прилегает к нижней грани одной из воображаемых зеркальных копий оригинальной линзы (на рисунке она не показана).

Теперь попробуйте мысленно представить обратную спрямлению операцию, в ходе которой изображенные на чертеже прямые отрезки последовательно свертываются и упаковываются в объеме оригинальной клиновидной линзы. Ясно, результатом этого процесса станет перемещение точки фокуса к нижней грани реальной линзы. Там-то и надлежит разместить точечный источник света.

Некоторые могут решить, что мои объяснения подошли к концу. А вот и нет! Внимательный читатель, конечно, усмотрел в них одну несуразность: из чертежа видно, что для каждого луча некоторые из этапов спрямления сегмента, связывающего верхнюю грань (или одну из ее копий) с точкой фокуса, неправомочны. Ведь производятся они путем продления луча в объем очередной воображаемой зеркальной копии линзы несмотря на то, что свет падает на ее грань под углом, превышающим критический (случаи таких пересечений отмечены красными точками). Разумеется, в случаях, когда свет проходит грань насквозь, ни о каких зеркальных отражениях говорить не приходится. Из-за того, что ни один из обратно отслеживаемых лучей не может достичь точки фокусировки, все наши рассуждения утрачивают силу.

Для уменьшения углов пересечения сегментов, связывающих верхнюю грань линзы (или одной из множества ее копий) с точкой фокуса, разработчики снабдили верхнюю грань засечкой, уменьшающей углы падения злополучных сегментов с гранями. Точка фокусировки благодаря этому смещается, и свет достигает ее беспрепятственно; к тому же, движется он к ней более коротким путем и претерпевает меньшее количество переотражений (вносимые ничтожными дефектами ничтожные погрешности могут стать заметными, если позволить им накапливаться в геометрической прогрессии).

О псевдо- и квазиголограммах

Приведенный выше рисунок несколько упрощает реальное положение дел: в нем не учтена необходимость придания засечкам симметричной формы (диктуемая тем обстоятельством, что "виртуальные линзы" являются зеркальными копиями друг друга).

Исправив этот недочет, получим следующий чертеж:

О псевдо- и квазиголограммах

Отслеживая траекторию естественного движения света (начиная от источника) мы обнаружим, что половина его рискует ускользнуть в направлении, противоположном желаемому (через тыльную грань). В действительности этого не произойдет из-за ее зеркальности (которую мы в наших рассуждениях временно упустили из виду).

Что и требовалось показать!

2. Тензорные 3D-дисплеи от MIT (тоже автостереоскопические)

В определенном смысле тензорные дисплеи, впервые представленные публике на SIGGRAPH'2012,  являются попыткой гибридизации и экстраполяции двух доминирующих на нынешнем рынке автостереоскопических технологий, а именно, -- лентикулярной и параллаксно-барьерной. Они не предполагают слежения за глазами зрителей (так что зрителей может быть сколько угодно) и потому могут быть отнесены к псевдоголографическим с большим основанием.

Напомним, что параллаксный барьер предполагает размещение на определенном расстоянии от экрана частично непрозрачного слоя, по-разному маскирующего определенные части изображения для каждого из зрительских глаз. Ниже показан фрагмент поперечного сечения дисплея, предназначенного для отображения сцены в трех ракурсах (обозначенных тремя цветами).

О псевдо- и квазиголограммах

Чем больше ракурсов, -- тем убедительнее иллюзия трехмерности (предполагающая плавность изменения вида сцены при изменении положения зрительской головы) и тем шире зона ее восприятия. Увы, количество отображаемых ракурсов при применении классического метода параллаксного барьера обратно пропорционально разрешению и яркости. Применение этого метода для демонстрации 25 ракурсов (5 по горизонтали х 5 по вертикали) предполагает заслонение экрана дырочно-растровой маской, скрывающей (на фронтальном плане) все пиксели кроме тех, чьи координаты кратны 5. Яркость просачивающегося через нее изображения уменьшается в 25 раз, а HD-разрешение низводится до жалкой горстки пикселей (384х216). Ниже показан один из 25 ракурсов 3D-сцены (горизонтальная черная линия на угловой врезке символизирует положение экрана, -- т.е., зеленый шар должен восприниматься зрителем как лежащий в его плоскости, красный -- выступать вперед, а синий -- пребывать за экраном), а также изображение, подготовленное для демонстрации за квадратно-гнездовой маской:

О псевдо- и квазиголограммах
О псевдо- и квазиголограммах

Размышления о возможных путях совершенствования метода параллаксного барьера (сопровождаемые безрадостной медитацией на квадратно-гнездовую маску, напоминающую крепостную стену с подслеповатыми оконцами-бойницами) наводят на вопросы: следует ли считать эту маску оптимальной для всех сцен? Ведь похоже, что зеленый шар вообще почти не нуждается в маскировании. Возможно, для сцены с шарами лучше подошла бы другая маска, менее разрушительная для яркости и разрешения. Что если некоторые элементы этой маски сделать полупрозрачными? Или даже цветными? Что, собственно говоря, если вместо маски использовать дополнительную ЖК-панель, состояние которой зависело бы от характера текущей сцены и вычислялось в реальном времени? А если не одну, а несколько?..

Вероятно, эта или подобная цепочка вопросов послужила отправным пунктом изысканий, увенчавшихся демонстрацией действующего прототипа, который заслужил положительные отзывы очевидцев (отдаленное представление о нем вы можете составить сами по этому ролику).

Вот как выглядит сцена с шарами, подготовленная для демонстрации на ЖК-панелях двухслойного тензорного дисплея.

Задняя панель:
О псевдо- и квазиголограммах

Передняя панель:
О псевдо- и квазиголограммах

Эти изображения синтезированы посредством удручающе сложных (но хорошо распараллеливаемых) тензорно-алгебраических алгоритмов, для реализации которых разработчикам пришлось задействовать два графических процессора (входящих в состав модуля Nvidia QuadroPlex 7000).

О псевдо- и квазиголограммах
Здесь традиционный метод параллаксного барьера, предполагающий полное блокирование почти всех пикселей, противопоставляется двухпанельному тензорному дисплею (красная стрелка символизирует один из испускаемых дисплеем в окружающее пространство потоков света, направленность и яркость которого подобраны для аппроксимации светового поля, создаваемого изображаемой сценой).

А вот противопоставление, живописующее преимущества тензорного дисплея перед параллаксно-барьерным более наглядно.
О псевдо- и квазиголограммах

В демонстрируемом на современных выставках трехслойном прототипе задействованы еще две уловки, призванные повысить эффективность аппроксимации исходного светового поля:
- Перед задней панелью дисплея размещен слой микролинз, сообщающих различную направленность световым потокам, подлежащим последующей фильтрации. Иными словами, блок из ламп, задней панели и слоя линз играет роль усовершенствованного модуля подсветки, способного проецировать различные цвета в различных направлениях. Наличие блока микролинз, вносящего важный вклад в качество 3D-изображения, позволяет возводить родословную тензорных дисплеев не только к параллаксно-барьерным, но и к лентикулярным пращурам.
- Если в ходе вычислений оказывается, что предпочтительным способом аппроксимации требуемого светового поля является суперпозиция нескольких различных достижимых световых полей, то дисплей демонстрирует их поочередно в высоком темпе в расчете на инерционность сетчатки, усредняющей зрительные впечатления. Здесь, как и в проекте Microsoft, найдено конструктивное применение чрезвычайно высокому быстродействию современных ЖК-панелей (впрочем, разработчики сетуют на недостаточность 240-герцовой частоты регенерации, и с нетерпением ждут появления 360-герцовых панелей, уверяя, что с их помощью качество изображения удастся ощутимо повысить).

Замечательно, что, несмотря на свою ультравысокотехнологичность, 3D-телевизоры от MIT представляют собой сэндвич из нескольких самых обычных ЖК-панелей, дополненный самым обычным для игровых компьютеров графическим процессором, так что развертывание их производства упирается, главным образом, в разработку ПО.

3. Автостереоскопические 3D-дисплеи SeeReal

Разработчики из компании SeeReal (учрежденной выходцами из Дрезденского Технического Университета), пропагандируют концепцию виртуального голографического окна уже около 20 лет. Отправным пунктом их изысканий стало стремление снизить ресурсоемкость традиционных голографических дисплеев высокого разрешения (если позволительно именовать традиционной вещь, существующую лишь в наших фантазиях): объем данных, потребных для демонстрации полновесного голографического видео в приемлемом по нынешним меркам разрешении, оценивается терабайтами в секунду. Непомерность этого показателя (отодвигающая перспективы появления конкурентоспособных устройств на неопределенный срок) объясняется подразумеваемой необходимостью воспроизведения чрезвычайно детализированного светового поля (в каждой точке зоны восприятия голограммы свет должен распространяться с требуемой интенсивностью в требуемых направлениях). Вместо того, чтобы транжирить колоссальные вычислительные ресурсы (да и энергию, поглощаемую лампами подсветки) на создание полновесного светового поля, большей части которого суждено остаться невостребованной (никем не увиденной) и поглощенной интерьером просмотрового помещения (а не зрительскими сетчатками), почему бы не ограничить это поле двумя крохотными областями, совпадающими со зрачками зрителя? Согласно устоявшейся в фирменных публикациях терминологии, эти области называются виртуальными голографическими окнами. В отличие от описанной выше разработки Microsoft, камеры демонстрационного образца SeeReal отслеживают положение зрачков. Выполнением этой задачи ведает нетривиальное ПО, последовательно распознающее лицо, глаза и зрачки. Выполняется эта операция 60 раз в секунду, и с той же частотой регенерируются GPU "голографические пары" (интересно, достаточен ли этот впечатляющий темп для своевременной регистрации саккад, т.е., скачкообразных изменений направления взгляда).

О псевдо- и квазиголограммах

Несмотря на некоторую неполноценность описываемых голограмм, они отличаются важным преимуществом, о котором неизменно заходит речь при их сравнении со стереопарами: при их рассматривании аккомодация хрусталиков происходит в естественном режиме. Свидетельством чему служит приведенные выше фотографии одного и того же изображения, сделанные камерой, сфокусированной на 20 и на 100 см. (в первом случае зона резко изображаемого пространства находилась за экраном, а во втором -- перед ним); отметим, что это свойство может освободить пользователя не только от 3D-, но и от обычных диоптрийных очков.
Разработчики из SeeReal находятся в активном поиске оптимального устройства 3D-дисплея, и, похоже, покамест не пришли к окончательному мнению. Один из экзотических вариантов конструкции, описанных в их публикациях, включает использование массива жидкотельных призм, функционирование которых основано на эффекте электросмачивания ("electrowetting").

О псевдо- и квазиголограммах

Каждая ячейка такого массива заполнена парой несмешивающихся жидкостей (в текущей реализации - маслом и водой) с различными коэффициентами преломления, наклон границы между которыми определяется прилагаемым к стенкам ячейки напряжением, благодаря чему проходящий через них луч отклоняется в пределах +/-30о. Благодаря микроскопическим размерам они обладают очень высоким быстродействием (~100μs), что позволяет переключаться между глазами зрителя в высоком темпе.

Ниже показана примерная схема оптического тракта с жидкотельными призмами.

О псевдо- и квазиголограммах

Когерентный свет от ламп задней подсветки последовательно проходит через массивы коллимирующих микролинз, пространственных модуляторов и жидкотельных призм. Последние направляют его в зрачок зрителя, вызывая у него, как ясно из рисунка, иллюзию восприятия точки объекта, зависшего в пространстве вне плоскости экрана ("суб-голограмма", согласно фирменной терминологии, есть формируемая из нескольких индивидуально управляемых модуляторов линза, отвечающая некоторой точке поверхности синтезируемого объекта, так что вся голограмма есть суперпозиция суб-голограмм).

Изо всех описанных разработок SeeReal -- самая высокотехнологичная и дорогостоящая. Ее коммерциализация -- дело отдаленного будущего. Посетители IT-выставок готовы выстраиваться в длинные очереди, чтобы полюбоваться опытным образцом: ведь он дает возможность в переносном смысле заглянуть в это самое отдаленное будущее (которое, возможно, никогда не настанет).

4. z-Space

В заключение поделюсь личными впечатлениями от разработки z-Space, ставшей из одним ярких экспонентов IFA'2013 несмотря на крохотность своего стенда.

О псевдо- и квазиголограммах

Хотя буклеты z-Space пестрят упоминаниями о голограммах, к голографии их технология не имеет никакого отношения (да и поползновения изобразить 3D-объект выходящим за пределы области, занимаемой в поле пользовательского зрения экраном, как на вышеприведенной иллюстрации, тоже, согласитесь, граничат с недобросовестной рекламой). z-Space это самый что ни на есть обычный стереоскопический дисплей, отображающий стереопару, синтезируемую на лету сообразно текущим координатам снабженного реперными маркерами 3D-манипуятора и пользовательских глаз (вернее, координатам 3D-очков, оправа которых также снабжена реперами).

Отметим также, что z-Space не назовешь ни изобретательницей концепции очков с реперами, ни единственным игроком в облюбованной ею рыночной нише (ниже показаны очки от развернувшей последнее время активную рекламную кампанию SensoMotoric Instrumets).
О псевдо- и квазиголограммах

Справедливости ради следует признать, что дисплей z-Space обычен не совсем.

О псевдо- и квазиголограммах

В результате затеянной с сотрудниками компании переписки выяснил, что в предыдущем посте этот макроснимок я интерпретировал неверно: нет, это -- не "шашечный" поляризационный фильтр (применение которого я заподозрил, обратив внимание на отсутствие чересполосицы, обычной при использовании пассивых 3D-очков). Перед нами -- суперпозиция левой и правой частей стереопары, поочередно налагавшихся друг на друга в течение времени экспозиции (1/16 сек.). Верхний слой экрана z-Space представляет собой жидкокристаллический фильтр, меняющий поляризацию проходящего через него света (т.о., представленная z-Space 3D-технология создания 3D-иллюзии родственна популярной у 3D-кинопрокатчиков системе RealD, предполагающей установку активного поляризационного филтьтра перед объективом видеопроектора).

Не исключено, что фильтр состоит из множества полос, индивидуальное управление которыми позволяет синхронизовать переключение поляризации с построчным развертыванием изображения.

Сегментирована ли на полосы панель задней подсветки? Посегментное отключение подсветки позволило бы спрятать от зрителя участки изображения, пребывающие в переходном состоянии, -- т.е., такие, верхняя и нижняя части которой заняты разными частями стереопары, а средняя состоит из частично переключившихся пикселов. Эта технология удорожила бы конструкцию, но благотворно сказалась бы на проблеме cross-talking'a (двоения изображения, обусловленного неполным блокированием компонент стереопары).

Практикуется ли фирменным ПО взятая на вооружение 3D-кинопрокатчиками anti-cross-talking-фильтрация, состоящая из взаимного попиксельного вычитания компонент стереопары с определенными весовыми коэффициентами? Если качество поляризации (и, соответственно, заметность двоения) угла падения лучей на фильтр зависят от положения глаз зрителя относительно экрана, то коэффициенты можно было бы соотносить с положением зрительских глаз относительно экрана.

Если мне доведется повозиться с z-Space еще раз, я попытаюсь воспользоваться камерой для скоростной съемки для прояснения этих вопросов. Выяснить их у сотрудников не удалось, ибо уста их запечатаны соглашениями о неразглашении конфиденциальной информации. Также осталось неясным, кто производит дисплеи для z-Space, и сколько они стоят (насколько я понимаю, дороговизна -- единственная причина, препятствующая доведению данной технологии, сочетающей многие преимущества систем с активными очками и чересстрочными фильтрами, до рынка бытовых 3D-телевизоров).

Переключение между право- и левосторонней круговой поляризацией в продемонстрированной системе происходит 120 раз в секунду, благодаря чему каждому глаз наблюдает причитающуюся ему компоненту стереопары в темпе 60 fps. Хотя этот темп типичен для активных очков с ЖК-затвором, z-Space производят намного более выгодное впечатление; я, например, вообще никакого мерцания не заметил. Возможно, причина в том, что, в отличие от активных очков, наблюдаемое пользователем мерцание не распространяется на окружающую действительность (воспринимаемую периферийным зрением, которое, как известно, к мерцанию наиболее восприимчиво). Или же в том, что в дисплеях z-Space отсутствует или сведена к минимуму фаза мертвого штиля, в течение которого ни правому, ни левому глазу зрителя никакого изображения не предъявляется вовсе.
О псевдо- и квазиголограммах
Стендистка z-Space удерживает 3D-объект 3D-манипулятором (фирменное ПО встраивает в реальную сцену виртуальные объекты, позволяя пользователю следить за своими действиями со стороны).

Отмечу, что даже если бы разработчитки z-Space предпочли экзотической комбинации дисплея с активным фильтром и пассивными очками стандартную систему с активными очками, их экспонат не утратил бы шарма, поскольку последний во многом сообщается ему программным обеспечением, работающим с безукоризненной плавностью и пленяющим пользователей изобретательностью интерфейса. z-Space рекламируется в качестве средства взаимодействия со сложными 3D-объектами вроде человеческого сердца или результатов визуализации изобильных данных или архитектурных сцен. Наряду с объектами такого рода пользователям предлагается манипулировать с миниатюрной камерой, которую можно вводить, к примеру, в вены и артерии, наблюдая работающее сердце изнутри на экране небольшого виртуального дисплея (впрочем, размеры и положение дисплея легко приводятся в соответствие пользовательским предпочтениям). Предоставляется возможность запуска камеры вдоль задаваемого пользователем сплайна. Кроме того, сердце можно кромсать скальпелем и делать любые его части полупрозрачными, а при прикосновении к его стенкам манипулятор слегка вздрагивает, обеспечивая пользователю иллюзию тактильного контакта.
Таким образом, z-Space можно рекомендовать программистам для вдохновения: он служит примером того, как хорошо написанное ПО позволяет продукту на равных конкурировать за внимание публики с продуктами, базирующимися на существенно более дорогостоящей аппаратной базе.
z-Space внедряет в коллективное сознание пользователей понимание следующей истины: если 3D-иллюзия убедительна, то о наличии на носу очков легко забыть. Да и вообще, не разделяю я всеобщего энтузиазма, с которым принято приветствовать сулимые коммерциализацией автостереоскопических дисплеев перспективы освобождения от бремени очков. А вы? Впрочем, возможно, мое мнение предвзято поскольку я -- очкарик с многолетним стажем.

+44
голоса

Напечатать Отправить другу

Читайте также

Спасибо! Очень глубокий пост. Насчет zSpace скажу только, что ваши догадки близки к истине :)

Вы не пишете на английском? Моим сотрудником было бы интересно прочитать эту статью.

Кстати, насчет "недобросовестной рекламы", когда объект выходит как бы за пределы экрана. На самом деле, это отдельный програмный продукт - zView, который использует внешнюю веб-камеру и делает именно то, что изображено на этой фотографии. Это используется для демонстраций - чтобы показать стороннему наблюдателю, как именно 3d-обьект манипулируется пользователем. Если вы пересмотрите кусок keynote президента Интела (та минута, где он показывает zSpace), то именно это там и показано.

UPD: Это показано на вашей же фотографии, где наша Аманда демонстрирует систему :)

 
 
IDC
Реклама

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