3D графика. 3D Телевизоры

Принципы формирования трехмерной картинки и их использование в современных технологиях 3D-виденья. Основные понятия трехмерной графики. Сущность стереодисплея. Современные 3D-телевизоры: анализ конструктивных особенностей нескольких моделей ведущих фирм.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Реферат

по курсу «Интеллектуальная собственность»

на тему

3D графика. 3D Телевизоры

Автор

Лукьянчиков Дмитрий

Введение

трехмерный графика телевизор

Объемное видение мира, запечатленного на изображении. Об этом люди мечтали еще до появления фотографии. Первый стереоскоп в 1838 году представил миру Чарльз Уитсон. В его устройство помещались две нарисованные тушью картинки, отличающиеся для правого и левого глаза. Именно благодаря небольшой разнице таких картинок человеческий мозг был способен «нарисовать» объемное изображение, совмещая два плоских изображения в одно.

Тот же принцип формирования трехмерной картинки используется в современных технологиях 3D-виденья: нам кажется, что вместо двух плоских изображений глаза видят объемные предметы под разными углами, как в реальной жизни.

1 3D графика. Основные понятия

Трёхмерная графика - раздел компьютерной графики, совокупность приемов и инструментов (как программных, так и аппаратных), предназначенных для изображения объёмных объектов. Больше всего применяется для создания изображений на плоскости экрана или листа печатной продукции в архитектурной визуализации, кинематографе, телевидении, компьютерных играх, печатной продукции, а также в науке и промышленности.

Трёхмерное изображение на плоскости отличается от двумерного тем, что включает построение геометрической проекции трёхмерной модели сцены на плоскость (например, экран компьютера) с помощью специализированных программ. При этом модель может как соответствовать объектам из реального мира (автомобили, здания, ураган, астероид), так и быть полностью абстрактной (проекция четырёхмерного фрактала).

Для получения трёхмерного изображения на плоскости требуются следующие шаги:

§ моделирование - создание трёхмерной математической модели сцены и объектов в ней.

§ рендеринг (визуализация) - построение проекции в соответствии с выбранной физической моделью.

§ вывод полученного изображения на устройство вывода - дисплей или принтер.

Однако, в связи с попытками создания 3D-дисплеев и 3D-принтеров, трёхмерная графика не обязательно включает в себя проецирование на плоскость.

Сцена (виртуальное пространство моделирования) включает в себя несколько категорий объектов:

· Геометрия (построенная с помощью различных техник модель, например здание)

· Материалы (информация о визуальных свойствах модели, например цвет стен и отражающая/преломляющая способность окон)

· Источники света (настройки направления, мощности, спектра освещения)

· Виртуальные камеры (выбор точки и угла построения проекции)

· Силы и воздействия (настройки динамических искажений объектов, применяется в основном в анимации)

· Дополнительные эффекты (объекты, имитирующие атмосферные явления: свет в тумане, облака, пламя и пр.)

Задача трёхмерного моделирования - описать эти объекты и разместить их в сцене с помощью геометрических преобразований в соответствии с требованиями к будущему изображению.

2. Трехмерные дисплеи

2.1 Основные понятия

Стереодисплей - название для устройства визуального отображения информации (дисплея), позволяющего создавать у зрителя наличия реального объёма у демонстрируемых объектов и иллюзию частичного либо полного погружения в сцену, за счёт стереоскопического эффекта.

Стереоскопия всего лишь один из способов формирования объёмного изображения, так что не совсем правильно отождествлять понятия «Стереодисплей» и «трёхмерный дисплей». Стереодисплей является трёхмерным дисплеем, но не всякий трёхмерный дисплей является стереоскопическим (само определение "трёхмерный" (3М) в отношении средств вывода графической информации связано с униформным употреблением западными СМИ термина "3D" в отношении как стереоскопических технологий, так и (псевдо)трёхмерной (объёмной) компьютерной графики, несмотря на различие сути этих терминов, объёмность и стереоскопичность).

§ Стереоскопические 3D-дисплеи формируют отдельные изображения для каждого глаза. Такой принцип используется в стереоскопах, известных ещё с начала XIX века.

§ Автостереоскопические 3D-дисплеи воспроизводят трёхмерное изображение без каких-либо дополнительных аксессуаров для глаз или головы (таких как стереоочки или шлемы виртуальной реальности).

§ Голографические 3D-дисплеи имитируют пространственное размещение световых волн в таком виде, как они располагались бы при отражении света от реального трёхмерного объекта.

§ Объёмные дисплеи используют различные физические механизмы для показа светящихся точек в пределах некоторого объёма.

2.2 Стереоскопические дисплеи

Стереоскопические дисплеи делятся на два типа. К первому относятся дисплеи, требующие использования вспомогательных устройств (очков) для создания зрительного стереоэффекта. В свою очередь вспомогательные очки делятся на две категории - пассивные и активные:

§ Пассивные:

o Анаглифические, использующие метод получения стереоэффекта для стереопары обычных изображений при помощи цветового кодирования изображений, предназначенных для левого и правого глаза. Вместо диоптрийных стёкол в такие очки вставлены специальные светофильтры, как правило, для левого глаза - красный, для правого - голубой или синий.

o Поляризационные очки, через эффект поляризации формирующие разные изображения для разных глаз. Снижение яркости изображения для поляризационных очков составляет примерно 50 %, разрешение остается тем же (для систем с двумя ЖК-панелями:Planar, StereoPixel) или снижается вдвое (Zalman). Поляризационные очки применяются также в кинотеатрах IMAX

§ Активные:

o Затворные очки (жидкокристаллические или поляризационные), синхронизированные с дисплеем и поочерёдно затемняющиеся с той же частотой, с которой дисплей выводит изображения (кадры) для каждого глаза. За счёт эффекта инерции зрения в мозгу зрителя формируется цельное изображение (при этом требуется монитор с частотой развёртки 120 Гц, так, чтобы для каждого глаза частота обновления изображения составляла 60 Гц). Снижение яркости изображения для затворных составляет примерно 80 %, разрешение остается тем же.

Существует также целый класс автостереоскопических дисплеев, не нуждающихся в дополнительных аксессуарах, и способных самостоятельно формировать стереоэффект путём направления нужного пучка света в нужный глаз. Как правило, для этого применяются микролинзы Френеля, выполняющие роль светоделителей, и специальные барьерные сетки, так чтобы каждый глаз зрителя видел только тот столбец пикселей, который предназначен для него (у данного метода имеются множественные недостатки. В частности, выход зрителя из нужного ракурса или выход из ограниченной «зоны безопасного просмотра» приводит к разрушению эффекта стерео, а разрешение изображения по горизонтали автоматически уменьшается вдвое). Производители стереодисплеев продолжают разрабатывать технологии, позволяющие уменьшить эти недостатки. Philips и NewSight разработали свои технологии многоракурсных мониторов - WOWvx и MultiView. Компания SeeReal Technologies, в свою очередь, встраивает в свои дисплеи подвижный светоделитель и детектор положения головы зрителя, перестраивая изображение под нужный угол зрения.

2.3 Голографические дисплеи

Термин «3D-дисплей» применяется также в отношении голографических дисплеев, имитирующих пространственное размещение световых волн в таком виде, как они располагались бы при отражении света от реального трёхмерного объекта.

2.4 Объемные дисплеи

Термин «3D-дисплей» употребляется и в отношении т. н. объёмных дисплеев, где объёмное изображение формируется (при помощи различных физических механизмов) из светящихся точек в пределах некоторого объёма. Такие дисплеи вместо пикселей оперируют вокселами. Объёмные дисплеи строятся на разных принципах. Например, могут состоять из множества плоскостей, формирующих изображение, которые расположены одна над другой, или же плоских панелей, создающих эффект объёмности за счёт своего вращения в пространстве.

Сейчас получают распространение подобные дисплеи низкого разрешения на основе светодиодов (в том числе трёхцветных (RGB), позволяющих получить до 16 млн. цветовых оттенков), как простейших, разрешением 3х3х3 (монохром), так и значительного размера и разрешения. Самый большой подобный дисплей находится в здании ж/д станции Цюриха (Швейцария) - его размеры 5х5х1 метр, состоит из 25 000 светящихся сфер (16 млн цветовых оттенков каждый) с частотой обновления 25 Гц.

3. Современные 3D-телевизоры

3.1 Panasonic Viera

Panasonic использует передачу последовательно чередующихся полных кадров Full HD для каждого глаза для достижения уровня достоверности, недоступного для обычных 3D-систем. При этом применяется тот же метод Frame Sequential, который используется голливудскими киностудиями в 3D-фильмах. Это позволяет создавать по-настоящему объёмные визуальные образы с тщательной прорисовкой всех деталей. Отдельные изображения, записанные с разрешением 1920 x 1080 пикс. как для левого, так и для правого глаза, попеременно выводятся на экран со скоростью 120 кадров/сек. Если просматривать их...