Аутостереоскопия
 Сравнение параллакс-барьерного и лентикулярного автостереоскопических дисплеев. Примечание: рисунок не в масштабе. | |
| Тип процесса | Способ отображения стереоскопических изображений |
|---|---|
| Промышленный сектор(ы) | 3D визуализация |
| Основные технологии или подпроцессы | Технология отображения |
| Продукт(ы) | SubRoc-3D стереоскопическое 3-D |
| Ведущие компании | Сега |
| Год изобретения | 1982 |
| Разработчик(и) | Сега Нинтендо Фуджифильм |
Автостереоскопия — это любой метод отображения стереоскопических изображений (добавление бинокулярного восприятия глубины 3D) без использования специальных головных уборов, очков, чего-либо, что влияет на зрение или чего-либо, что влияет на глаза со стороны зрителя. Поскольку головной убор не требуется, его также называют « 3D без очков » или « 3D без очков ». В настоящее время используются два общих подхода для обеспечения параллакса движения и более широких углов обзора: отслеживание глаз и несколько представлений, чтобы дисплею не нужно было определять, где расположены глаза зрителя. [1] Примеры технологии автостереоскопических дисплеев включают двояковыпуклую линзу , барьер параллакса и могут включать интегральную визуализацию , но, в частности, не включают объемный дисплей или голографические дисплеи. [2]
Технология
[ редактировать ]Многие организации разработали автостереоскопические 3D-дисплеи , начиная от экспериментальных дисплеев на факультетах университетов и заканчивая коммерческими продуктами, используя ряд различных технологий. [3] Метод создания автостереоскопических плоских видеодисплеев с использованием линз был в основном разработан в 1985 году Райнхардом Бёрнером в Институте Генриха Герца (HHI) в Берлине. [4] Прототипы дисплеев с одним экраном уже были представлены в 1990-х годах компанией Sega AM3 (система плавающего изображения). [5] и ХХИ. В настоящее время эта технология получила дальнейшее развитие в основном в европейских и японских компаниях.Одним из самых известных 3D-дисплеев, разработанных HHI, был Free2C — дисплей с очень высоким разрешением и очень хорошим комфортом, достигаемым за счет системы отслеживания взгляда и плавной механической регулировки линз. Отслеживание взгляда использовалось в различных системах, чтобы ограничить количество отображаемых изображений до двух или увеличить стереоскопическую зону наилучшего восприятия. Однако, поскольку это ограничивает отображение одним зрителем, это не рекомендуется для потребительских товаров.
В настоящее время в большинстве плоских дисплеев используются двояковыпуклые линзы или параллаксные барьеры , которые перенаправляют изображение в несколько областей просмотра; однако эта манипуляция требует уменьшения разрешения изображения. Когда голова зрителя находится в определенном положении, каждый глаз видит разное изображение, создавая убедительную иллюзию 3D. Такие дисплеи могут иметь несколько зон просмотра, что позволяет нескольким пользователям просматривать изображение одновременно, хотя они также могут иметь мертвые зоны, в которых только нестереоскопическое или псевдоскопическое можно увидеть изображение, если оно вообще возможно.
Параллаксный барьер
[ редактировать ]
Параллаксный барьер — это устройство, размещаемое перед источником изображения, например жидкокристаллическим дисплеем, позволяющее отображать стереоскопическое или мультископическое изображение без необходимости носить 3D-очки зрителю. Принцип барьера параллакса был независимо изобретен Огюстом Бертье, который опубликовал его первым, но не дал практических результатов. [6] и Фредериком Э. Айвсом , который создал и представил первое известное функциональное автостереоскопическое изображение в 1901 году. [7] Примерно два года спустя Айвз начал продавать образцы изображений как новинки, что стало первым известным коммерческим использованием.
В начале 2000-х годов компания Sharp разработала электронное плоскопанельное приложение этой старой технологии и коммерциализировала ее, ненадолго продав два ноутбука с единственными в мире 3D-ЖК-экранами. [8] Эти дисплеи больше не поставляются компанией Sharp, но они все еще производятся и дорабатываются другими компаниями. Аналогичным образом, Hitachi выпустила первый мобильный телефон с поддержкой 3D для японского рынка, распространяемый компанией KDDI. [9] [10] В 2009 году компания Fujifilm выпустила цифровую камеру FinePix Real 3D W1 со встроенным автостереоскопическим ЖК-дисплеем с диагональю 2,8 дюйма (71 мм). В Nintendo 3DS семействе игровых консолей используется барьер параллакса для 3D-изображений; в более новой версии New Nintendo 3DS это сочетается с системой отслеживания глаз.
Интегральная фотография и лентикулярные матрицы
[ редактировать ]Принцип интегральной фотографии, в котором для захвата трехмерной сцены используется двумерный (X–Y) массив из множества маленьких линз, был введен Габриэлем Липпманном в 1908 году. [11] [12] Интегральная фотография способна создавать автостереоскопические дисплеи, подобные окнам, которые воспроизводят объекты и сцены в натуральную величину, с полным параллаксом и сдвигом перспективы и даже с глубиной аккомодации , но полная реализация этого потенциала требует очень большого количества очень маленьких высоких изображений. -качественные оптические системы и очень высокая пропускная способность. Пока созданы лишь относительно грубые фото- и видеореализации.
Одномерные массивы цилиндрических линз были запатентованы Вальтером Хессом в 1912 году. [13] Заменив пары линий и пробелов в простом параллаксном барьере крошечными цилиндрическими линзами, Гесс избежал потери света, которая затемняла изображения, видимые в проходящем свете, и делала отпечатки на бумаге неприемлемо темными. [14] Дополнительным преимуществом является то, что положение наблюдателя менее ограничено, поскольку замена линз геометрически эквивалентна сужению пространства в пространственно-линейном барьере.
Philips решила серьезную проблему с электронными дисплеями в середине 1990-х годов, наклонив цилиндрические линзы относительно основной пиксельной сетки. [15] Основываясь на этой идее, Philips до 2009 года выпускала линейку WOWvx с разрешением до 2160p (разрешение 3840×2160 пикселей) и 46 углами обзора. [16] Ленни Липтона Компания , StereoGraphics, производила дисплеи, основанные на той же идее, ссылаясь на гораздо более ранний патент на наклонные двояковыпуклые линзы. Magnetic3d и Zero Creative также приняли участие. [17]
Дисплеи с компрессионным световым полем
[ редактировать ]Благодаря быстрому развитию оптического производства, цифровых вычислительных мощностей и вычислительных моделей человеческого восприятия появляется новое поколение технологий отображения: дисплеи со сжатием светового поля . Эти архитектуры исследуют совместную разработку оптических элементов и компрессионные вычисления, принимая во внимание особые характеристики зрительной системы человека. Сжимающие конструкции дисплея включают двойной [18] и многослойный [19] [20] [21] устройства, которые управляются такими алгоритмами, как компьютерная томография , неотрицательная матричная факторизация и неотрицательная тензорная факторизация.
Создание и конвертация автостереоскопического контента
[ редактировать ]Инструменты для мгновенного преобразования существующих 3D-фильмов в автостереоскопические продемонстрировали компании Dolby, Stereolabs и Viva3D. [22] [23] [24]
Другой
[ редактировать ]В 2002 году компания Dimension Technologies выпустила ряд коммерчески доступных ЖК-дисплеев с возможностью переключения 2D/3D, в которых используется комбинация параллаксных барьеров и двояковыпуклых линз. [25] [26] Компания SeeReal Technologies разработала голографический дисплей, основанный на отслеживании взгляда. [27] Компания CubicVue представила автостереоскопический дисплей с цветовым фильтром на конкурсе i-Stage Ассоциации потребительской электроники в 2009 году. [28] [29]
Существует также множество других автостереосистем, таких как объемный дисплей , в котором реконструированное световое поле занимает реальный объем пространства, и интегральная визуализация , в которой используется матрица линз «мушиного глаза».
Термин «автомультископический 3D -дисплей» недавно был введен как более короткий синоним длинного «многоракурсного автостереоскопического 3D-дисплея». [30] а также более ранняя, более конкретная «панорама параллакса». Последний термин первоначально обозначал непрерывную выборку вдоль горизонтальной линии точек зрения, например, захват изображения с использованием очень большого объектива или движущейся камеры и перемещающегося барьерного экрана, но позже он стал включать синтез из относительно большого количества дискретных изображений.
Компании Sunny Ocean Studios, расположенной в Сингапуре, приписывают разработку автомультископического экрана, который может отображать автостерео 3D-изображения из 64 различных опорных точек. [31]
Принципиально новый подход к автостереоскопии под названием HR3D был разработан исследователями из Медиа-лаборатории Массачусетского технологического института. Он будет потреблять вдвое меньше энергии, удваивая срок службы батареи при использовании с такими устройствами, как Nintendo 3DS , без ущерба для яркости или разрешения экрана; другие преимущества включают больший угол обзора и сохранение 3D-эффекта при повороте экрана. [32]
Параллакс движения: однопроекционное и многопроекционное системы
[ редактировать ]Параллакс движения означает, что вид сцены меняется при движении головы. Таким образом, при движении головы слева направо и сверху вниз видны разные изображения сцены.
Многие автостереоскопические дисплеи представляют собой дисплеи с одним изображением и, таким образом, не способны воспроизводить ощущение параллакса движения, за исключением одного зрителя в системах, способных отслеживать взгляд .
Однако некоторые автостереоскопические дисплеи представляют собой многоракурсные дисплеи и, таким образом, способны обеспечивать восприятие параллакса движения влево-вправо. [33] Для таких дисплеев характерны восемь и шестнадцать ракурсов. Хотя теоретически возможно смоделировать восприятие параллакса движения вверх-вниз, известно, что ни одна современная система отображения не делает этого, и эффект вверх-вниз широко считается менее важным, чем параллакс движения влево-вправо. Одно из последствий отсутствия параллакса по обеим осям становится более очевидным по мере представления объектов, все более удаленных от плоскости дисплея: по мере того, как зритель приближается к дисплею или удаляется от него, такие объекты будут более явно демонстрировать эффекты смещения перспективы. одна ось, но не другая, и выглядит по-разному растянутой или сжатой для зрителя, не находящегося на оптимальном расстоянии от дисплея. [ нужна ссылка ]
Конфликт вергентности и аккомодации
[ редактировать ]Автостереоскопические дисплеи отображают стереоскопический контент без соответствия фокусной глубине, тем самым демонстрируя конфликт вергенции и аккомодации . [34]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Доджсон, Н.А. (август 2005 г.). «Автостереоскопические 3D-дисплеи». IEEE-компьютер . 38 (8): 31–36. дои : 10.1109/MC.2005.252 . ISSN 0018-9162 . S2CID 34507707 .
- ^ «Разрешение конфликта вергенции и аккомодации в наголовных дисплеях» (PDF) . 22 сентября 2022 г. Архивировано из оригинала (PDF) 22 сентября 2022 г. . Проверено 22 сентября 2022 г.
- ^ Холлиман, Н.С. (2006). Системы трехмерного отображения (PDF) . ISBN 0-7503-0646-7 . Архивировано из оригинала (PDF) 4 июля 2010 года . Проверено 30 марта 2010 г.
- ^ Бёрнер, Р. (1985). «Проекция 3D-изображения на лентикулярных экранах» . Телевидение и кинотехника (на немецком языке).
- ^ Electronic Gaming Monthly , выпуск 93 (апрель 1997 г.), стр. 22.
- ^ Бертье, Огюст. (16 и 23 мая 1896 г.). «Стереоскопические изображения большого формата» (на французском языке). Космос 34 (590, 591): 205–210, 227–233 (см. 229–231).
- ^ Айвз, Фредерик Э. (1902). «Новая стереограмма» . Журнал Института Франклина . 153 : 51–52. дои : 10.1016/S0016-0032(02)90195-X . Перепечатано в Бентоне «Избранные статьи и трехмерные дисплеи».
- ^ «Переключаемые 2D/3D-дисплеи» (PDF) . Четкая белая бумага . Архивировано (PDF) из оригинала 30 мая 2008 г. Проверено 19 июня 2008 г.
- ^ «Wooo Mobile H001 — 2009 — Архив продукта — au от KDDI» Архивировано из оригинала 4 мая 2010 г. Проверено 15 июня 2010 г. .
- ^ «Hitachi представляет 3,1-дюймовый 3D IPS-дисплей» . Новости.softpedia.com. 12 апреля 2010 года . Проверено 15 июня 2010 г.
- ^ Липпманн, Г. (2 марта 1908 г.). «Двусторонние отпечатки. Интегральные фотографии». Известия Академии наук . 146 (9): 446–451. Бибкод : 1908BSBA...13A.245D . Перепечатано в Бентоне «Избранные статьи о трехмерных дисплеях».
- ^ Фредо Дюран; МИТ ЦСАИЛ. «Двусторонние принты. Интегральные фотографии» (PDF) . Проверено 17 февраля 2011 г. (Этот грубый английский перевод статьи Липпмана 1908 года будет более понятен, если читатель примет во внимание, что «темная комната» и «проявочная комната» — это ошибочная интерпретация переводчиком слова «chambre noire», французского эквивалента латинского «camera obscura»). и его следует читать как «камера» в тринадцати местах, где возникает эта ошибка.)
- ^ 1128979 , Гесс, Вальтер, «Стереоскопическая картина», опубликовано в 1915 г. , подано 1 июня 1912 г., запатентовано 16 февраля 1915 г. Гесс подал несколько аналогичных патентных заявок в Европе в 1911 и 1912 гг., в результате чего было выдано несколько патентов в 1912 и 1913 гг.
- ^ Бентон, Стивен (2001). Избранные статьи о трехмерных дисплеях . Серия "Веха". Том. MS 162. SPIE Optical Engineering Press. п. хх-хкси.
- ^ ван Беркель, Cees (1997). Фишер, Скотт С.; Мерритт, Джон О; Болас, Марк Т. (ред.). «Характеристика и оптимизация конструкции модуля 3D-ЖК-дисплея». Учеб. ШПИОН . Стереоскопические дисплеи и системы виртуальной реальности IV. 3012 : 179–186. Бибкод : 1997SPIE.3012..179В . дои : 10.1117/12.274456 . S2CID 62223285 .
- ^ Фермосо, Хосе (1 октября 2008 г.). «3D HD-телевизор Philips может разрушить пространственно-временной континуум, кошельки — лаборатория гаджетов» . Wired.com . Архивировано из оригинала 3 июня 2010 года . Проверено 15 июня 2010 г.
- ^ «3D-дисплеи xyZ — Автостереоскопические 3D-телевизоры — 3D ЖК-дисплеи — 3D-плазма — 3D без очков» . Xyz3d.tv. Архивировано из оригинала 20 апреля 2010 года . Проверено 15 июня 2010 г.
- ^ Ланман, Д.; Хирш, М.; Ким, Ю.; Раскар, Р. (2010). «Адаптивные к контенту параллаксные барьеры: оптимизация двухслойных 3D-дисплеев с использованием факторизации светового поля низкого ранга» .
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ Вецштейн, Г.; Ланман, Д.; Гейдрих, В.; Раскар, Р. (2011). «Многослойное 3D: синтез томографических изображений для дисплеев светового поля на основе затухания и расширенного динамического диапазона» . Транзакции ACM с графикой (SIGGRAPH).
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ Ланман, Д.; Вецштейн, Г.; Хирш, М.; Гейдрих, В.; Раскар, Р. (2011). «Поля поляризации: отображение динамического светового поля с использованием многослойных ЖК-дисплеев» . Транзакции ACM в графике (SIGGRAPH Asia).
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ Вецштейн, Г.; Ланман, Д.; Хирш, М.; Раскар, Р. (2012). «Тензорные дисплеи: синтез компрессионного светового поля с использованием многослойных дисплеев с направленной подсветкой» . Транзакции ACM с графикой (SIGGRAPH).
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ Чиннок, Крис (11 апреля 2014 г.). «NAB 2014 — Подробности партнерства Dolby 3D со Stereolabs» . Центральный дисплей . Архивировано из оригинала 23 апреля 2014 года . Проверено 19 июля 2016 г.
- ^ «Автостереовыход Viva3D для 3D-мониторов без очков» . ViewPoint 3D . Проверено 19 июля 2016 г.
- ^ Робин С. Колклаф. «Стереовидение в реальном времени Viva3D: стереопреобразование и определение глубины с использованием смешанной 3D-графики» (PDF) . ViewPoint 3D . Проверено 19 июля 2016 г.
- ^ Смит, Том (14 июня 2002 г.). «Обзор: Dimension Technologies 2015XLS» . Синий Дым. Архивировано из оригинала 1 мая 2011 года . Проверено 25 марта 2010 г.
- ^ Макаллистер, Дэвид Ф. (февраль 2002 г.). «Технологии стерео и 3D-дисплея, технологии отображения» (PDF) . В Хорнаке, Джозеф П. (ред.). Энциклопедия науки и техники визуализации, набор из 2 томов (в твердом переплете). Том. 2. Нью-Йорк: Уайли и сыновья. стр. 1327–1344. ISBN 978-0-471-33276-3 .
- ^ Оосита, Дзюнъити (25 октября 2007 г.). «SeeReal Technologies представляет голографический 3D-видеодисплей, дебют которого на рынке запланирован на 2009 год» . ТехОн! . Проверено 23 марта 2010 г.
- ^ ООО «КубикВью: i-stage» . I-stage.ce.org. 22 февраля 1999 года . Проверено 15 июня 2010 г.
- ^ Хитер, Брайан (23 марта 2010 г.). «Nintendo заявляет, что в DS следующего поколения будет добавлен 3D-дисплей» . Журнал ПК .
- ^ Томас Акенин-Моллер, Томас (2006). Техники рендеринга 2006 . АК Петерс, ООО с. 73. ИСБН 9781568813516 .
- ^ Поп, Себастьян (3 февраля 2010 г.). «Sunny Ocean Studios воплощает в жизнь мечту о 3D без очков» . Софтпедия.
- ^ Хардести, Ларри (4 мая 2011 г.). «Лучшее 3D без очков: принципиально новый подход» . Физика.орг . Проверено 4 марта 2012 г.
- ^ Доджсон, Северная Каролина; Мур, младший; Ланг, СР (1999). «Многоракурсный автостереоскопический 3D-дисплей». IEEE-компьютер . 38 (8): 31–36. CiteSeerX 10.1.1.42.7623 . дои : 10.1109/MC.2005.252 . ISSN 0018-9162 . S2CID 34507707 .
- ^ «Разрешение конфликта вергенции и аккомодации в наголовных дисплеях» (PDF) . 22 сентября 2022 г. Архивировано из оригинала (PDF) 22 сентября 2022 г. . Проверено 22 сентября 2022 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- Триделити
- Вива3Д
- VisuMotion
- Объяснение 3D-автостереоскопических мониторов
- Обзор различных автостереоскопических ЖК-дисплеев
- Рендеринг интерактивного дисплея светового поля на 360° , демонстрация автостереоскопии с использованием вращающегося зеркала, голографического диффузора и высокоскоростного видеопроектора, продемонстрированная на SIGGRAPH 2007.
- Закулисное видео о производстве автостереоскопических дисплеев
- 3D без очков – будущее 3D-технологий?
- Влияние дифракции на поле зрения и разрешение трехмерных интегральных изображений