4.4.2. Двухэкранные устройства отображения объемных изображений
Применение двухэкранного способа потенциально обеспечивает наилучшее качество объемного изображения, поскольку учитываются особенности бинокулярного зрения (два глаза – два экрана). Однако для его реализации требуется специальное устройство отображения. При использовании в качестве экранов для каждого глаза миниатюрных ЭЛТ удается получить весьма высокое разрешение (до 12801024 на каждом экране).
Однако устройство отображения получается весьма тяжелым и громоздким, поэтому для его крепления используют специальную штангу. Такие устройства называют BMD (Boom Mounted Display – дисплей, закрепленный на штанге). Такие устройства весьма дороги и применяются в составе профессиональных тренажеров-симуляторов. Внешний вид тренажера с использованием устройства отображения типа BMD приведен на рис. 4.28.
Основной недостаток таких устройств – громоздкость – был устранен с появлением компактных ЖК-экранов. По мере совершенствования технологи производства ЖК-матриц и удешевления их производства появились и непрерывно совершенствуются устройства формирования объемных изображений в виде шлемов или специальных очков. Их принято называть устройствами типа HMD (Head Mounted Display – дисплей, закрепленный на голове). Именно они являются в настоящее время основными устройствами формирования объемных изображений и широко используются в системах виртуальной реальности.
Наиболее распространенным устройством отображения типа HMD является шлем виртуальной реальности, или VR-шлем (называют также и кибершлемом). На рис. 4.29 приведен внешний вид VR-шлема, надетого на манекена. В VR-шлемах используются миниатюрные экраны, выполненные на основе активных ЖК-матриц, подобных тем, что используются в мультимедийных проекторах.
|
|
Рис. 4.28. Внешний вид тренажера, использующего дисплей, закрепленный на штанге (BMD) |
Рис. 4.29. Внешний вид VR-шлема |
Каждая из ЖК-матриц формирует цветное изображение, которое, благодаря особой конструкции шлема, видит только один глаз. Узел шлема, объединяющий в себе эти матрицы и органы регулировки, называют визором. Важное требование к визору – возможность регулировать расстояние между матрицами по горизонтали, которое должно соответствовать расстоянию между зрачками пользователя, называемому IPD (Inter – Pupil Distance).
Существует также группа устройств типа HHD (Hand Held Display – дисплей, удерживаемый в руках). Типичным представителем устройств типа HHD являются подключаемые к PC бинокли, в которых вмонтированы две ЖК-матрицы. Бинокли значительно меньше весят, их габариты намного меньше по сравнению с устройствами BMD, поэтому они, так же как и VR-шлемы, находят применение в сфере мультимедиа.
Шлемы виртуальной реальности в настоящее время являются наиболее удачными из всех устройств, основанных на использовании особенностей бинокулярного зрения.
4.4.3. Одноэкранные устройства отображения объемных изображений
В отличие от рассмотренного двухэкранного способа, при котором оба элемента стереопары отображаются одновременно на двух экранах, одноэкранный способ формирования трёхмерных изображений подразумевает показ частей трёхмерного изображения на одном экране. Его основное достоинство заключается в том, что данный метод позволяет отображать элементы стереопары при помощи обычных двухмерных устройств отображения (например, мониторе или проекторе). Однако при этом необходимо специальное оборудование для разделения изображений, составляющих стереопару. Существует несколько способов разделения.
Одновременный метод разделения (метод поляризационной селекции) заключается в следующем. На один экран одновременно проецируется два изображения, образующих стереопару, при этом каждое из изображений имеет различную поляризацию световой волны. Обычно используется линейная поляризация (вертикальная – для одного изображения, горизонтальная – для другого изображения стереопары). Наблюдатель в поляризационных очках видит стереоскопическое изображение. Такой способ используется в мультимедийных 3D-проекторах, причём используется два проекционных аппарата, изображения от которых тщательно совмещены на экране. Такой же способ применяется в стереокино. Отметим, что используемые очки часто называют пассивными поляризационными очками.
Последовательный (затворный) метод заключается в следующем. Элементы стереопары отображаются на экране обычного монитора по очереди, при этом между каждым глазом и экраном располагается специальное устройство в виде «шторки» или «затвора» (shutter), которое синхронно со сменой элементов стереопары теряет прозрачность, перекрывая поле зрения одному из глаз. Наиболее часто в качестве таких «шторок» используются специальные электронно-управляемые очки Shutterglasses – очки затворного типа (3D-очки). Для того, чтобы стекла 3D-очков могли терять прозрачность, их выполняют по технологии ЖК-ячейки просветного типа, использующей эффект поляризации. В качестве управляющего сигнала для таких очков, называемых также и активными поляризационными очками, используется выходной сигнал видеоадаптера PC. В настоящее время эти очки являются наиболее простыми и доступными по цене (30–150 USD) устройствами, которые совместно с обычным монитором PC позволяют получить трехмерное изображение. Заметим, что последовательный способ показа элементов стереопары требует увеличения частоты кадров в два раза. Естественно, для вывода на монитор объемных изображений, видимых с помощью 3D-очков, требуется формировать стереопары. Для этого все объекты отображения описываются в трехмерной системе координат. Имея математическое описание трехмерного объекта, можно корректно рассчитать его двухмерные проекции – стереопары на плоскость экрана. Поскольку объем вычислений, необходимый для расчета трехмерной сцены, исключительно велик, эту работу возлагают на специализированные графические процессоры, называемые ускорителями компьютерной графики, или 3D-акселераторами.
Проблемы аппаратной и программной совместимости, недостаточная комфортность использования, а также достаточно высокая стоимость 3D-очков побудили разработчиков искать другие способы получения стереоскопического изображения. В результате появились так называемые 3D-мониторы, для работы с которыми требуются либо простые и дешевые (и легкие) пассивные поляризационные очки, либо вообще очков не требуется.
3D-монитором принято называть устройство, которое способно выводить изображение, воспринимаемое человеком как объемное, без очков или других дополнительных устройств. Проcтранство, в котором наблюдается изображение, создаваемое 3D-монитором, называется объемом воспроизведения, а пространство, в котором находится зритель, ‒ объемом наблюдения. Только находясь внутри объема наблюдения, пользователь может наблюдать неискаженную объемную картину, заключенную в объем воспроизведения.
Известны следующие типы 3D-мониторов:
стереоскопические;
мультивидовые;
голографические;
волюметрические.
На сегодняшний день практически все серийно выпускаемые 3D-мониторы относятся к этому типу. Для их производства используются жидко-кристаллические или плазменные панели.