Поляризованная 3D-система использует поляризационные очки для создания иллюзии трехмерного изображения путем ограничения света, достигающего каждого глаза (пример стереоскопии ).
Для показа стереоскопических изображений и фильмов два изображения проецируются на один и тот же экран или дисплей через разные поляризационные фильтры . Зритель надевает недорогие очки с поляризационным фильтром для каждого глаза. Левый и правый фильтры имеют разную поляризацию, поэтому каждый глаз получает только изображение с соответствующей поляризацией. Это используется для создания трехмерного эффекта путем проецирования одной и той же сцены в оба глаза, но изображенной с немного разных точек зрения с разной поляризацией. Несколько человек могут просматривать стереоскопические изображения одновременно.
Поляризованные 3D-системы и стереоскопические системы в целом обычно демонстрируют конфликт вергенции-аккомодации . [1]
Для представления стереоскопического кинофильма два изображения проецируются на один и тот же экран через ортогональные поляризационные фильтры (обычно под углом 45 и 135 градусов). [2] Зритель надевает линейно-поляризованные очки, которые также содержат пару ортогональных поляризационных фильтров, ориентированных так же, как и проектор. Поскольку каждый фильтр пропускает только свет, который поляризован аналогичным образом, и блокирует ортогонально поляризованный свет, каждый глаз видит только одно из проецируемых изображений, и достигается 3D-эффект. Линейно-поляризованные очки требуют, чтобы зритель удерживал голову ровно, так как наклон фильтров просмотра приведет к тому, что изображения левого и правого каналов будут перетекать в противоположный канал. Это может сделать длительный просмотр некомфортным, поскольку движение головы ограничено для поддержания 3D-эффекта.
Для представления стереоскопического кинофильма два изображения проецируются на один и тот же экран через круговые поляризационные фильтры противоположной направленности . Зритель надевает очки, которые содержат пару анализирующих фильтров (круговые поляризаторы, установленные наоборот) противоположной направленности. Свет, поляризованный по левой круговой оси, блокируется правым анализатором, в то время как свет с правой круговой поляризацией блокируется левым анализатором. Результат аналогичен результату стереоскопического просмотра с использованием очков с линейной поляризацией, за исключением того, что зритель может наклонить голову и по-прежнему сохранять разделение левого и правого изображения (хотя стереоскопическое слияние изображений будет потеряно из-за несоответствия между плоскостью глаза и исходной плоскостью камеры).
Как показано на рисунке, анализирующие фильтры состоят из четвертьволновой пластины (QWP) и линейно поляризованного фильтра (LPF). QWP всегда преобразует циркулярно поляризованный свет в линейно поляризованный свет. Однако угол поляризации линейно поляризованного света, создаваемого QWP, зависит от направленности циркулярно поляризованного света, входящего в QWP. На иллюстрации левосторонний циркулярно поляризованный свет, входящий в анализирующий фильтр, преобразуется QWP в линейно поляризованный свет, направление поляризации которого совпадает с направлением поляризации оси пропускания LPF. Следовательно, в этом случае свет проходит через LPF. Напротив, правосторонний циркулярно поляризованный свет был бы преобразован в линейно поляризованный свет, направление поляризации которого совпадает с направлением поляризации оси поглощения LPF, которая находится под прямым углом к оси пропускания, и поэтому он был бы заблокирован.
Поворачивая QWP или LPF на 90 градусов вокруг оси, перпендикулярной его поверхности (т.е. параллельной направлению распространения световой волны), можно построить анализирующий фильтр, который блокирует левосторонний, а не правосторонний круговой поляризованный свет. Поворот QWP и LPF на один и тот же угол не изменяет поведение анализирующего фильтра.
Поляризованный свет, отраженный от обычного экрана для киносъемки, обычно теряет большую часть своей поляризации, но потеря незначительна, если используется серебряный или алюминизированный экран . Это означает, что пара выровненных DLP- проекторов, несколько поляризационных фильтров, серебряный экран и компьютер с двухголовочной графической картой могут быть использованы для формирования относительно дорогостоящей (более 10 000 долларов США в 2010 году) системы для одновременного отображения стереоскопических 3D-данных группе людей, носящих поляризованные очки. [ необходима цитата ]
В случае RealD 3D перед объективом проектора размещается циркулярно поляризующий жидкокристаллический фильтр, который может менять полярность 144 раза в секунду [3] . Нужен только один проектор, так как изображения для левого и правого глаза отображаются попеременно. Sony представляет новую систему под названием RealD XLS , которая показывает оба циркулярно поляризованных изображения одновременно: один проектор 4K отображает два изображения 2K одно над другим, специальная насадка для линз поляризует и проецирует изображения друг на друга. [4]
Оптические насадки могут быть добавлены к традиционным 35-мм проекторам, чтобы адаптировать их для проецирования фильма в формате «over-and-under», в котором каждая пара изображений накладывается в один кадр фильма. Два изображения проецируются через разные поляризаторы и накладываются на экран. Это очень экономичный способ переоборудовать театр для 3D, поскольку все, что нужно, это насадки и недеполяризующая поверхность экрана, а не преобразование в цифровую 3D-проекцию. В настоящее время Thomson Technicolor производит адаптер такого типа. [5]
Когда стереоизображения должны быть представлены одному пользователю, практично построить объединитель изображений, используя частично посеребренные зеркала и два экрана изображений под прямым углом друг к другу. Одно изображение видно непосредственно через наклонное зеркало, а другое видно как отражение. Поляризованные фильтры прикреплены к экранам изображений, а соответствующим образом наклоненные фильтры надеваются как очки. Похожая техника использует один экран с перевернутым верхним изображением, просматриваемым в горизонтальном частичном отражателе, с прямым изображением, представленным под отражателем, снова с соответствующими поляризаторами. [ оригинальное исследование? ]
Методы поляризации проще применять с технологией электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), чем с жидкокристаллическим дисплеем (ЖКД). Обычные ЖК-экраны уже содержат поляризаторы для управления представлением пикселей — это может помешать этим методам.
В 2003 году Кейго Иидзука обнаружил недорогую реализацию этого принципа на дисплеях ноутбуков с использованием целлофановых листов. [6]
Можно построить недорогую поляризованную проекционную систему, используя компьютер с двумя проекторами и экраном из алюминиевой фольги. Тусклая сторона алюминиевой фольги ярче большинства серебряных экранов . [ требуется цитата ] Это было продемонстрировано в Университете PhraJomGlao, Нонтхабури, Таиланд, в сентябре 2009 года.
В оптометрии и офтальмологии поляризованные очки используются для различных тестов бинокулярного восприятия глубины (т. е. стереопсиса ).
Поляризованная 3D-проекция была экспериментально продемонстрирована в 1890-х годах. Проекторы использовали призмы Николя для поляризации. Пакеты тонких стеклянных листов, расположенных под углом так, чтобы отражать свет нежелательной полярности, служили фильтрами просмотра. [7] Поляризованные 3D-очки стали практичными только после изобретения пластиковых листовых поляризаторов Polaroid Эдвином Лэндом , который в частном порядке демонстрировал их использование для проецирования и просмотра 3D-изображений в 1934 году. [8] Впервые они были использованы для показа 3D-фильма широкой публике на выставке «Polaroid на параде» в Нью-Йоркском музее науки и промышленности, которая открылась в декабре 1936 года. Использовалась цветная пленка Kodachrome 16 мм . [9] [10] [11] Подробная информация об очках отсутствует. На Всемирной выставке в Нью-Йорке 1939 года в павильоне Chrysler Motors был показан короткий поляризованный 3D-фильм, который ежедневно смотрели тысячи посетителей. Картонное устройство для просмотра, бесплатный сувенир, было вырезано в форме Plymouth 1939 года, показанного спереди. Их фильтры Polaroid, прикрепленные к прямоугольным отверстиям, где должны были быть фары, были очень маленькими. [12]
Картонные очки с наушниками и большими фильтрами использовались для просмотра Bwana Devil , полнометражного цветного 3D-фильма, премьера которого состоялась 26 ноября 1952 года и который положил начало короткой, но интенсивной моде на 3D в 1950-х годах. Известная фотография из журнала Life , на которой изображена аудитория в 3D-очках, была одной из серии фотографий, сделанных на премьере. [13] [14] Название фильма, отпечатанное на наушниках, отчетливо видно на копиях этих изображений с высоким разрешением. Творчески раскрашенные версии помогли распространить миф о том, что 3D-фильмы 1950-х годов проецировались методом анаглифного цветного фильтра . Фактически, в 1950-х годах анаглифная проекция использовалась только для нескольких короткометражных фильмов. Начиная с 1970-х годов некоторые 3D-фильмы 1950-х годов были перевыпущены в анаглифной форме, чтобы их можно было показывать без специального проекционного оборудования. Не было никакой коммерческой выгоды в рекламе того факта, что это не был оригинальный формат выпуска.
Фильтры Polaroid в одноразовых картонных рамках были типичны для 1950-х годов, но также использовались более удобные пластиковые рамки с фильтрами несколько большего размера, которые обходились владельцу театра значительно дороже. Обычно посетителям предписывалось сдавать их при выходе, чтобы их можно было продезинфицировать и выдать заново, и не было ничего необычного в том, что на выходах стояли билетеры, которые пытались забрать их у забывчивых или любящих сувениры посетителей.
Картонные и пластиковые оправы продолжали сосуществовать в течение следующих десятилетий, причем одна или другая предпочиталась определенным дистрибьютором фильмов или кинотеатром или для определенного релиза. Иногда использовались специально отпечатанные или иным образом изготовленные на заказ очки. Некоторые показы « Франкенштейна» Энди Уорхола во время его первого показа в США в 1974 году включали необычные очки, состоящие из двух жестких пластиковых поляризаторов, удерживаемых вместе двумя тонкими серебристыми пластиковыми трубками, разрезанными продольно, одна из которых была прикреплена сверху и согнута у висков, образуя заушники, другая — короткая, согнутая посередине и служившая мостиком. Дизайн умудрялся быть одновременно стильным в подходящем для Уорхола стиле и, очевидно, простым в изготовлении из необработанного листа и трубчатой заготовки.
Линейная поляризация была стандартом до 1980-х годов и позже.
В 2000-х годах компьютерная анимация , цифровая проекция и использование сложных кинопроекторов IMAX 70 мм создали возможность для новой волны поляризованных 3D-фильмов. [15]
В 2000-х годах были представлены RealD Cinema и MasterImage 3D , оба использующие круговую поляризацию .
На выставке IBC 2011 в Амстердаме RAI несколько компаний, включая Sony , Panasonic , JVC и другие, представили свои будущие портфели стереоскопических продуктов 3D как для профессионального, так и для потребительского рынка, чтобы использовать ту же технику поляризации, которую RealD 3D Cinema использует для стереоскопии. Эти представленные продукты охватывают все: от технологий записи, проецирования, просмотра и цифрового отображения до оборудования для прямой трансляции, записи, пред- и постпроизводства, а также программных и аппаратных продуктов для облегчения создания 3D-контента. Их системы взаимодействуют и совместимы с существующими пассивными очками RealD 3D. [ необходима цитата ]
По сравнению с анаглифными изображениями использование поляризованных 3D-очков создает полноцветное изображение, которое значительно более комфортно для просмотра и не подвержено бинокулярному соперничеству . Однако это требует значительного увеличения расходов: даже недорогие поляризованные очки обычно стоят на 50% дороже, чем сопоставимые красно-голубые фильтры, [16] и хотя анаглифные 3D- фильмы можно печатать на одной строке пленки, поляризованную пленку часто делали с помощью специальной установки, которая использует два проектора. Использование нескольких проекторов также вызывает проблемы с синхронизацией , а плохо синхронизированная пленка сведет на нет любой повышенный комфорт от использования поляризации. Эта проблема была решена рядом однополосных поляризованных систем, которые были стандартными в 1980-х годах.
В частности, с использованием линейной поляризации, популярной с 1950-х годов, использование линейной поляризации означало, что для любого вида комфортного просмотра требовалась ровная голова; любая попытка наклонить голову вбок приводила к сбою поляризации, появлению ореолов и тому, что оба глаза видели оба изображения. Круговая поляризация смягчила эту проблему, позволив зрителям слегка наклонять голову (хотя любое смещение между плоскостью глаза и исходной плоскостью камеры все равно будет мешать восприятию глубины).
Поскольку нейтрально-серые линейно-поляризационные фильтры легко изготавливаются, возможна правильная цветопередача. Круговые поляризационные фильтры часто имеют легкий коричневатый оттенок, который может быть скомпенсирован во время проекции.
До 2011 года домашние 3D-телевизоры и домашние 3D-компьютеры в основном использовали очки с активным затвором с ЖК-дисплеями или плазменными дисплеями . Производители телевизоров ( LG , Vizio ) представили дисплеи с горизонтальными поляризационными полосами, наложенными на экран. Полосы чередуют поляризацию с каждой строкой. Это позволяет использовать относительно недорогие пассивные очки для просмотра, похожие на те, что используются для фильмов. Главным недостатком является то, что каждая поляризация может отображать только половину строк сканирования.