stringtranslate.com

Автостереоскопия

Сравнение параллакс-барьерных и лентикулярных автостереоскопических дисплеев. Примечание: рисунок не в масштабе.

Автостереоскопия — это любой метод отображения стереоскопических изображений (добавляющий бинокулярное восприятие глубины 3D) без использования специального головного убора, очков, чего-либо, что влияет на зрение, или чего-либо для глаз со стороны зрителя. Поскольку головной убор не требуется, его также называют « 3D без очков » или « 3D без очков ».

В настоящее время для учета параллакса движения и более широких углов обзора используются два широких подхода: отслеживание глаз и множественные виды, так что дисплею не нужно определять, где находятся глаза зрителя. [1] Примерами технологии автостереоскопических дисплеев являются лентикулярная линза , барьер параллакса и интегральное изображение . Объемные и голографические дисплеи также являются автостереоскопическими, поскольку они создают разные изображения для каждого глаза, [2] хотя некоторые делают различие между типами дисплеев, которые создают конфликт вергенции-аккомодации , и теми, которые этого не делают. [3]

Автостереоскопические дисплеи, основанные на методах параллаксного барьера и линзовидной технологии, известны уже около 100 лет. [4]

Технологии

Многие организации разработали автостереоскопические 3D-дисплеи , начиная от экспериментальных дисплеев в университетских отделениях и заканчивая коммерческими продуктами, и используя ряд различных технологий. [5] Метод создания автостереоскопических плоских видеодисплеев с использованием линз был в основном разработан в 1985 году Рейнхардом Бёрнером в Институте Генриха Герца (HHI) в Берлине. [6] Прототипы дисплеев для одного зрителя уже были представлены в 1990-х годах Sega AM3 (Floating Image System) [7] и HHI. В настоящее время эта технология получила дальнейшее развитие в основном европейскими и японскими компаниями. Одним из самых известных 3D-дисплеев, разработанных HHI, был Free2C, дисплей с очень высоким разрешением и очень хорошим комфортом, достигаемым за счет системы отслеживания глаз и бесшовной механической регулировки линз. Отслеживание глаз использовалось в различных системах для того, чтобы ограничить количество отображаемых видов всего двумя или увеличить стереоскопическую зону наилучшего восприятия. Однако, поскольку это ограничивает отображение одним зрителем, оно не пользуется популярностью для потребительских товаров.

В настоящее время большинство плоских дисплеев используют лентикулярные линзы или параллаксные барьеры , которые перенаправляют изображение в несколько областей просмотра; однако эта манипуляция требует пониженного 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, тем самым позволяя нескольким пользователям просматривать изображение одновременно, хотя они также могут иметь мертвые зоны, где можно увидеть только нестереоскопическое или псевдоскопическое изображение, если вообще можно увидеть.

Параллаксный барьер

Семейство игровых консолей Nintendo 3DS использует барьер параллакса для 3D-изображений. В более новой версии, New Nintendo 3DS , это объединено с системой отслеживания глаз, что позволяет расширить углы обзора.

Параллаксный барьер — это устройство, размещаемое перед источником изображения, например, жидкокристаллическим дисплеем, чтобы позволить ему показывать стереоскопическое изображение или мультископическое изображение без необходимости для зрителя надевать 3D-очки. Принцип параллаксного барьера был независимо изобретен Огюстом Бертье, который опубликовал первым, но не дал никаких практических результатов, [8] и Фредериком Э. Айвсом , который создал и продемонстрировал первое известное функциональное автостереоскопическое изображение в 1901 году. [9] Примерно два года спустя Айвс начал продавать образцы изображений в качестве новинок, что стало первым известным коммерческим использованием.

В начале 2000-х годов Sharp разработала электронное плоскопанельное приложение этой старой технологии для коммерциализации, недолгое время продавая два ноутбука с единственными в мире 3D LCD-экранами. [10] Эти дисплеи больше не доступны у Sharp, но все еще производятся и дорабатываются другими компаниями. Аналогичным образом, Hitachi выпустила первый 3D-мобильный телефон для японского рынка под дистрибуцией KDDI. [11] [12] В 2009 году Fujifilm выпустила цифровую камеру FinePix Real 3D W1 , которая оснащена встроенным автостереоскопическим ЖК-дисплеем размером 2,8 дюйма (71 мм) по диагонали. Семейство игровых консолей Nintendo 3DS использует параллаксный барьер для 3D-изображений. В более новой версии, New Nintendo 3DS , это объединено с системой отслеживания глаз, что обеспечивает более широкие углы обзора.

Интегральная фотография и линзовидные решетки

Принцип интегральной фотографии, который использует двумерный (X–Y) массив множества маленьких линз для захвата трехмерной сцены, был введен Габриэлем Липпманом в 1908 году. [13] [14] Интегральная фотография способна создавать оконные автостереоскопические дисплеи, которые воспроизводят объекты и сцены в натуральную величину, с полным параллаксом и перспективным сдвигом и даже глубинным сигналом аккомодации , но полная реализация этого потенциала требует очень большого количества очень маленьких высококачественных оптических систем и очень высокой пропускной способности. Пока что были созданы только относительно грубые фотографические и видеореализации.

Одномерные массивы цилиндрических линз были запатентованы Уолтером Гессом в 1912 году. [15] Заменив пары линий и пространств в простом параллаксном барьере крошечными цилиндрическими линзами, Гесс избежал потери света, которая затемняла изображения, наблюдаемые в проходящем свете, и делала отпечатки на бумаге неприемлемо темными. [16] Дополнительным преимуществом является то, что положение наблюдателя менее ограничено, поскольку замена линз геометрически эквивалентна сужению пространств в линейно-пространственном барьере.

Philips решила существенную проблему с электронными дисплеями в середине 1990-х годов, наклонив цилиндрические линзы относительно базовой пиксельной сетки. [17] Основываясь на этой идее, Philips производила свою линейку WOWvx до 2009 года, работающую до 2160p (разрешение 3840×2160 пикселей) с 46 углами обзора. [18] Компания Ленни Липтона , StereoGraphics, производила дисплеи, основанные на той же идее, ссылаясь на гораздо более ранний патент на наклонные линзы. Magnetic3d и Zero Creative также принимали участие. [19]

Компрессионные дисплеи светового поля

С быстрым прогрессом в оптическом производстве, цифровой обработке мощности и вычислительных моделях для человеческого восприятия появляется новое поколение дисплейных технологий: компрессионные дисплеи светового поля . Эти архитектуры исследуют совместное проектирование оптических элементов и компрессионные вычисления, принимая во внимание особые характеристики зрительной системы человека. Конструкции компрессионных дисплеев включают двойные [20] и многослойные [21] [22] [23] устройства, которые управляются такими алгоритмами, как компьютерная томография и неотрицательная матричная факторизация и неотрицательная тензорная факторизация.

Создание и преобразование автостереоскопического контента

Инструменты для мгновенного преобразования существующих 3D-фильмов в автостереоскопические были продемонстрированы компаниями Dolby, Stereolabs и Viva3D. [24] [25] [26]

Другой

Dimension Technologies выпустила ряд коммерчески доступных 2D/3D переключаемых ЖК-дисплеев в 2002 году, используя комбинацию параллаксных барьеров и лентикулярных линз. [27] [28] SeeReal Technologies разработала голографический дисплей, основанный на отслеживании глаз. [29] CubicVue представила автостереоскопический дисплей с цветным фильтром на конкурсе i-Stage Ассоциации бытовой электроники в 2009 году. [30] [31]

Существует также множество других автостереосистем, таких как объемное отображение , в котором реконструированное световое поле занимает истинный объем пространства, и интегральное отображение , в котором используется решетка линз типа «глаз мухи».

Термин автомультископический дисплей был введен как более короткий синоним для длинного «многовидового автостереоскопического 3D-дисплея» [32] , а также для более раннего, более конкретного «панорама параллакса». Последний термин изначально означал непрерывную выборку вдоль горизонтальной линии точек обзора, например, захват изображения с использованием очень большого объектива или движущейся камеры и сдвигающегося барьерного экрана, но позже он стал включать синтез из относительно большого числа дискретных видов.

Студия Sunny Ocean Studios, расположенная в Сингапуре, была удостоена награды за разработку автомультископического экрана, который может отображать автостерео 3D-изображения из 64 различных опорных точек. [33]

Исследователи из Media Lab Массачусетского технологического института разработали принципиально новый подход к автостереоскопии под названием HR3D . Он будет потреблять вдвое меньше энергии, удваивая срок службы батареи при использовании с такими устройствами, как Nintendo 3DS , без ущерба для яркости экрана или разрешения; другие преимущества включают больший угол обзора и сохранение 3D-эффекта при повороте экрана. [34]

Параллакс движения: системы с одним видом против систем с несколькими видами

Параллакс движения относится к тому факту, что вид сцены меняется при движении головы. Таким образом, разные изображения сцены видны, когда голова движется слева направо и сверху вниз.

Многие автостереоскопические дисплеи являются дисплеями с одним изображением и, таким образом, не способны воспроизводить ощущение параллакса движения, за исключением случая с одним изображением в системах, способных отслеживать движение глаз .

Однако некоторые автостереоскопические дисплеи являются многовидовыми дисплеями и, таким образом, способны обеспечивать восприятие параллакса движения влево-вправо. [35] Для таких дисплеев типичны восемь и шестнадцать видов. Хотя теоретически возможно имитировать восприятие параллакса движения вверх-вниз, ни одна из современных систем отображения не способна это сделать, и эффект вверх-вниз широко рассматривается как менее важный, чем параллакс движения влево-вправо. Одно из последствий невключения параллакса вокруг обеих осей становится более очевидным по мере того, как представляются объекты, все более удаленные от плоскости дисплея: по мере того, как зритель приближается к дисплею или удаляется от него, такие объекты будут более явно демонстрировать эффекты сдвига перспективы вокруг одной оси, но не вокруг другой, становясь по-разному растянутыми или сжатыми для зрителя, не находящегося на оптимальном расстоянии от дисплея. [ необходима цитата ]

Конфликт вергенции-аккомодации

Автостереоскопические дисплеи отображают стереоскопический контент без соответствующей фокусной глубины, тем самым демонстрируя конфликт вергенции-аккомодации . [3]

Ссылки

  1. ^ Dodgson, NA (август 2005 г.). «Автостереоскопические 3D-дисплеи». IEEE Computer . 38 (8): 31–36. doi :10.1109/MC.2005.252. ISSN  0018-9162. S2CID  34507707.
  2. ^ Холлиман, Н. С., Доджсон, Н. А., Фавалора, Г. Е. и Покетт, Л. (2011). Трехмерные дисплеи: обзор и анализ приложений. Труды IEEE по вещанию 57 (2), 362-371.
  3. ^ ab «Разрешение конфликта вергенции и аккомодации в дисплеях, монтируемых на голове» (PDF) . 22 сентября 2022 г. Архивировано из оригинала (PDF) 22 сентября 2022 г. Получено 22 сентября 2022 г.
  4. ^ «Автостереоскопический дисплей». XVRвики . 1 декабря 2013 года . Проверено 6 октября 2024 г.
  5. ^ Холлиман, Н. С. (2006). Трехмерные системы отображения (PDF) . ISBN 0-7503-0646-7. Архивировано из оригинала (PDF) 4 июля 2010 . Получено 30 марта 2010 .
  6. ^ Бёрнер, Р. (1985). «3D-Bildprojektion в Линзенрастерширмене». Fernseh- und Kinotechnik (на немецком языке).
  7. ↑ Electronic Gaming Monthly , выпуск 93 (апрель 1997 г.), стр. 22
  8. ^ 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).
  9. ^ Айвс, Фредерик Э. (1902). «Новая стереограмма». Журнал Института Франклина . 153 : 51–52. doi :10.1016/S0016-0032(02)90195-X.Перепечатано в «Избранных статьях Бентона по трехмерным изображениям»
  10. ^ "2D/3D Switchable Displays" (PDF) . Sharp white paper . Архивировано (PDF) из оригинала 30 мая 2008 г. . Получено 19 июня 2008 г. .
  11. ^ "Wooooケータイ H001 - 2009年 - 製品アーカイブ - au от KDDI" . Au.kddi.com. Архивировано из оригинала 4 мая 2010 года . Проверено 15 июня 2010 г.
  12. ^ "Hitachi представляет 3,1-дюймовый 3D IPS-дисплей". News.softpedia.com. 12 апреля 2010 г. Получено 15 июня 2010 г.
  13. ^ Липпманн, Г. (2 марта 1908 г.). «Épreuves reversibles. Интегрированные фотографии». Comptes Rendus de l'Académie des Sciences . 146 (9): 446–451. Бибкод : 1908BSBA...13A.245D.Перепечатано в книге Бентона «Избранные статьи о трехмерных отображениях»
  14. ^ Фредо Дюран; MIT CSAIL. "Reversible Prints. Integral Photographs" (PDF) . Получено 17 февраля 2011 г.(Этот грубый английский перевод статьи Липпмана 1908 года будет более понятным, если читатель будет иметь в виду, что «dark room» и «darkroom» являются ошибочными переводами переводчиком слова «chambre noire», французского эквивалента латинского «camera obscura», и в тринадцати местах, где встречается эта ошибка, их следует читать как «camera».)
  15. ↑ 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., что привело к выдаче нескольких патентов в 1912 и 1913 гг.
  16. ^ Бентон, Стивен (2001). Избранные статьи по трехмерным дисплеям . Серия Milestone. Т. MS 162. SPIE Optical Engineering Press. стр. xx-xxi.
  17. ^ van Berkel, Cees (1997). Fisher, Scott S; Merritt, John O; Bolas, Mark T (ред.). "Характеристика и оптимизация конструкции модуля 3D-LCD". Proc. SPIE . Стереоскопические дисплеи и системы виртуальной реальности IV. 3012 : 179–186. Bibcode : 1997SPIE.3012..179V. doi : 10.1117/12.274456. S2CID  62223285.
  18. ^ Фермосо, Хосе (1 октября 2008 г.). "Philips' 3D HDTV может разрушить пространственно-временной континуум, кошельки - Gadget Lab". Wired.com . Архивировано из оригинала 3 июня 2010 г. . Получено 15 июня 2010 г. .
  19. ^ "xyZ 3D Displays - Автостереоскопические 3D TV - 3D LCD - 3D Plasma - No Glasses 3D". Xyz3d.tv. Архивировано из оригинала 20 апреля 2010 года . Получено 15 июня 2010 года .
  20. ^ Ланман, Д.; Хирш, М.; Ким, Й.; Раскар, Р. (2010). «Контентно-адаптивные параллаксные барьеры: оптимизация двухслойных 3D-дисплеев с использованием факторизации светового поля низкого ранга». {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  21. ^ Вецштейн, Г.; Ланман, Д.; Хайдрих, В.; Раскар, Р. (2011). «Слоистый 3D: томографический синтез изображений для светового поля на основе затухания и дисплеев с высоким динамическим диапазоном». Труды ACM по графике (SIGGRAPH). {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  22. ^ Ланман, Д.; Вецштейн, Г.; Хирш, М.; Хайдрих, В.; Раскар, Р. (2011). «Поля поляризации: отображение динамического светового поля с использованием многослойных ЖК-дисплеев». Труды ACM по графике (SIGGRAPH Asia). {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  23. ^ Вецштейн, Г.; Ланман, Д.; Хирш, М.; Раскар, Р. (2012). «Тензорные дисплеи: синтез компрессионного светового поля с использованием многослойных дисплеев с направленной подсветкой». Труды ACM по графике (SIGGRAPH). {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  24. ^ Чиннок, Крис (11 апреля 2014 г.). "NAB 2014 – Dolby 3D Details Partnership with Stereolabs". Display Central . Архивировано из оригинала 23 апреля 2014 г. . Получено 19 июля 2016 г. .
  25. ^ "Автостерео выход Viva3D для 3D-мониторов без очков". ViewPoint 3D . Получено 19 июля 2016 г. .
  26. ^ Робин К. Колклоу. "Viva3D Real-time Stereo Vision: Стереопреобразование и определение глубины с использованием смешанной 3D-графики" (PDF) . ViewPoint 3D . Получено 19 июля 2016 г. .
  27. ^ Смит, Том (14 июня 2002 г.). "Обзор: Dimension Technologies 2015XLS". BlueSmoke. Архивировано из оригинала 1 мая 2011 г. Получено 25 марта 2010 г.
  28. ^ МакАллистер, Дэвид Ф. (февраль 2002 г.). "Технологии стерео и 3D-дисплеев, Технология отображения" (PDF) . В Хорнаке, Джозеф П. (ред.). Энциклопедия науки и технологий визуализации, 2 тома (твердый переплет). Том 2. Нью-Йорк: Wiley & Sons. стр. 1327–1344. ISBN 978-0-471-33276-3.
  29. ^ Оошита, Дзюнъити (25 октября 2007 г.). «SeeReal Technologies представляет голографический 3D-видеодисплей, выход которого на рынок запланирован на 2009 год». TechOn! . Получено 23 марта 2010 г.
  30. ^ "CubicVue LLC: i-stage". I-stage.ce.org. 22 февраля 1999 г. Получено 15 июня 2010 г.
  31. ↑ Heater, Brian (23 марта 2010 г.). «Nintendo заявляет, что в Next-Gen DS будет добавлен 3D-дисплей». PC Magazine .
  32. ^ Томас Акенин-Моллер, Томас (2006). Rendering Techniques 2006. AK Peters, Ltd. стр. 73. ISBN  9781568813516.
  33. ↑ Поп, Себастьян (3 февраля 2010 г.). «Sunny Ocean Studios воплощает мечту о 3D без очков». Softpedia.
  34. ^ Хардести, Ларри (4 мая 2011 г.). «Лучшее 3D без очков: принципиально новый подход». Phys.org . Получено 4 марта 2012 г. .
  35. ^ Доджсон, NA; Мур, JR; Лэнг, SR (1999). «Многопроекционный автостереоскопический 3D-дисплей». IEEE Computer . 38 (8): 31–36. CiteSeerX 10.1.1.42.7623 . doi :10.1109/MC.2005.252. ISSN  0018-9162. S2CID  34507707. 

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме «Автостереоскопия» .