Поляризованная 3D-система использует поляризационные очки для создания иллюзии трехмерных изображений за счет ограничения света, попадающего в каждый глаз (пример стереоскопии ).
Для представления стереоскопических изображений и фильмов два изображения проецируются, накладываясь на один и тот же экран или отображаясь через разные поляризационные фильтры . Зритель носит недорогие очки с поляризационным фильтром для каждого глаза. Левый и правый фильтры имеют разную поляризацию, поэтому каждый глаз получает только изображение с совпадающей поляризацией. Это используется для создания трехмерного эффекта путем проецирования одной и той же сцены в оба глаза, но изображенной с немного разных точек зрения и с разной поляризацией. Несколько человек могут просматривать стереоскопические изображения одновременно.
Поляризованные трехмерные системы и стереоскопические системы в целом обычно демонстрируют конфликт вергенции и аккомодации . [1]
Чтобы представить стереоскопическое киноизображение, два изображения проецируются на один и тот же экран через ортогональные поляризационные фильтры (обычно под углом 45 и 135 градусов). [2] Зритель носит очки с линейной поляризацией , которые также содержат пару ортогональных поляризационных фильтров, ориентированных так же, как проектор. Поскольку каждый фильтр пропускает только свет с одинаковой поляризацией и блокирует ортогонально поляризованный свет, каждый глаз видит только одно из проецируемых изображений, и достигается трехмерный эффект. Очки с линейной поляризацией требуют от зрителя держать голову ровно, поскольку наклон фильтров просмотра приведет к тому, что изображения левого и правого каналов будут просачиваться в противоположный канал. Это может вызвать дискомфорт при длительном просмотре, поскольку движения головы ограничены для сохранения 3D-эффекта.
Чтобы представить стереоскопическое киноизображение, два изображения проецируются на один и тот же экран через фильтры с круговой поляризацией противоположной направленности . Зритель носит очки, которые содержат пару анализирующих фильтров (круговые поляризаторы, установленные наоборот) противоположной направленности. Свет левоциркулярной поляризации блокируется правосторонним анализатором, а правоциркулярно-поляризованный свет блокируется левосторонним анализатором. Результат аналогичен стереоскопическому просмотру с использованием очков с линейной поляризацией, за исключением того, что зритель может наклонять голову и при этом сохранять разделение между левым и правым (хотя слияние стереоскопического изображения будет потеряно из-за несоответствия между плоскостью глаза и исходной камерой). самолет).
Как показано на рисунке, анализирующие фильтры состоят из четвертьволновой пластинки (ЧВП) и линейно поляризованного фильтра (ФНЧ). QWP всегда преобразует свет с круговой поляризацией в свет с линейной поляризацией. Однако угол поляризации линейно поляризованного света, создаваемого QWP, зависит от направленности света с круговой поляризацией, попадающего в QWP. На иллюстрации левополяризованный свет, попадающий в анализирующий фильтр, преобразуется QWP в линейно поляризованный свет, направление поляризации которого совпадает с осью пропускания ФНЧ. Следовательно, в этом случае свет проходит через ФНЧ. Напротив, правосторонний свет с круговой поляризацией был бы преобразован в линейно поляризованный свет, направление поляризации которого было бы вдоль оси поглощения ФНЧ, которая находится под прямым углом к оси передачи, и поэтому он был бы заблокирован.
Повернув КВП или ФНЧ на 90 градусов вокруг оси, перпендикулярной его поверхности (т.е. параллельно направлению распространения световой волны), можно построить анализирующий фильтр, который блокирует левосторонние, а не правосторонние круговые движения. поляризованный свет. Поворот QWP и LPF на один и тот же угол не меняет поведение анализирующего фильтра.
Поляризованный свет, отраженный от обычного киноэкрана, обычно теряет большую часть своей поляризации, но эта потеря незначительна, если используется серебряный или алюминизированный экран . Это означает, что пара совмещенных DLP- проекторов, несколько поляризационных фильтров, серебряный экран и компьютер с двойной видеокартой могут быть использованы для создания относительно дорогой (более 10 000 долларов США в 2010 году) системы для отображения стереоскопического 3D-изображения. данные одновременно группе людей, носящих поляризационные очки. [ нужна цитата ]
В случае RealD 3D перед линзой проектора размещается жидкокристаллический фильтр с круговой поляризацией, который может переключать полярность 144 раза в секунду [3] . Требуется только один проектор, поскольку изображения для левого и правого глаза отображаются поочередно. Sony представляет новую систему под названием RealD XLS , которая одновременно показывает оба изображения с круговой поляризацией : один проектор 4K отображает два изображения 2K одно над другим, специальная насадка для объектива поляризует и проецирует изображения друг на друга. [4]
К традиционным 35-мм проекторам можно добавить оптические насадки, чтобы адаптировать их для проецирования фильмов в формате «сверху и снизу», в котором каждая пара изображений укладывается в один кадр пленки. Два изображения проецируются через разные поляризаторы и накладываются на экран. Это очень экономичный способ переоборудовать кинотеатр в 3D, поскольку все, что необходимо, — это насадки и недеполяризующая поверхность экрана, а не переход на цифровую 3D-проекцию. Thomson Technicolor в настоящее время производит адаптер такого типа. [5]
Когда стереоизображения должны быть представлены одному пользователю, практично сконструировать объединитель изображений, используя частично посеребренные зеркала и два экрана изображений, расположенных под прямым углом друг к другу. Одно изображение видно прямо через наклонное зеркало, а другое — как отражение. Поляризационные фильтры прикрепляются к экранам изображений, а фильтры под соответствующим углом носят как очки. Похожий метод использует один экран с перевернутым верхним изображением, просматриваемым в горизонтальном частичном отражателе, с вертикальным изображением, представленным под отражателем, опять же с соответствующими поляризаторами. [ оригинальное исследование? ]
Методы поляризации легче применять с помощью технологии электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), чем с помощью жидкокристаллического дисплея (ЖК-дисплея). Обычные ЖК-экраны уже содержат поляризаторы для управления представлением пикселей — это может мешать этим методам.
В 2003 году Кейго Иизука обнаружил недорогую реализацию этого принципа на дисплеях портативных компьютеров с использованием целлофановых листов. [6]
Можно построить недорогую поляризационную проекционную систему, используя компьютер с двумя проекторами и экраном из алюминиевой фольги. Тусклая сторона алюминиевой фольги ярче, чем у большинства серебряных экранов . [ нужна ссылка ] Это было продемонстрировано в Университете ПхраДжомГлао, Нонтхабури, Таиланд, в сентябре 2009 года.
В оптометрии и офтальмологии поляризационные очки используются для различных тестов бинокулярного восприятия глубины (т.е. стереопсиса ).
Поляризованная трехмерная проекция была экспериментально продемонстрирована в 1890-х годах. В проекторах использовались призмы Николя для поляризации. Пакеты тонких стеклянных листов, расположенных под углом так, чтобы отражать свет нежелательной полярности, служили фильтрами просмотра. [7] Поляризационные 3-D-очки стали практичными только после изобретения поляризаторов Polaroid из листового пластика Эдвином Лэндом , который в 1934 году в частном порядке демонстрировал их использование для проецирования и просмотра 3-D изображений. [8] Впервые они были использованы для демонстрации 3-D фильм для широкой публики на выставке «Polaroid on Parade», Нью-Йоркском музее науки и промышленности, открывшейся в декабре 1936 года. Использовалась цветная пленка Kodachrome толщиной 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 3-D фильм, который ежедневно видели тысячи посетителей. Ручные картонные телезрители, бесплатный сувенир, были вырезаны в форме Плимута 1939 года, увиденного в лоб. Их фильтры Polaroid, прикреплённые к прямоугольным отверстиям там, где должны были располагаться фары, были очень маленькими. [12]
Картонные очки с наушниками и фильтрами большего размера использовались при просмотре «Бвана Дьявола» , полнометражного цветного 3D-фильма, премьера которого состоялась 26 ноября 1952 года и положила начало краткому, но интенсивному увлечению 3-D в 1950-х годах. Известная фотография публики в 3D-очках, сделанная журналом Life , была одной из серии, сделанной на премьере. [13] [14] Название фильма, отпечатанное на наушниках, хорошо видно на копиях этих изображений с высоким разрешением. Творчески раскрашенные версии помогли распространить миф о том, что 3D-фильмы 1950-х годов проецировались с использованием метода анаглифного цветового фильтра . Фактически, в 1950-е годы анаглифная проекция использовалась лишь в нескольких короткометражных фильмах. Начиная с 1970-х годов некоторые художественные 3D-фильмы 1950-х годов были переизданы в анаглифной форме, чтобы их можно было показывать без специального проекционного оборудования. Реклама того факта, что это был не оригинальный формат выпуска, не имела коммерческой выгоды.
Полароидные фильтры в одноразовых картонных рамках были типичными для 1950-х годов, но использовались и более удобные пластиковые рамки с фильтрами несколько большего размера, значительно более дорогие для владельца кинотеатра. Посетителям обычно предписывалось сдать их при выходе, чтобы их можно было продезинфицировать и повторно выдать, и нередко на выходах размещались швейцары, пытающиеся забрать их у забывчивых или любящих сувениры посетителей.
Картонные и пластиковые рамки продолжали сосуществовать в течение следующих десятилетий, причем тот или иной вариант отдавал предпочтение конкретному кинопрокатчику или кинотеатру или для конкретного выпуска. Иногда использовались специально отпечатанные или изготовленные на заказ очки. На некоторых показах «Франкенштейна» Энди Уорхола во время его первого показа в США в 1974 году были представлены необычные очки, состоящие из двух жестких пластиковых поляризаторов, скрепленных вместе двумя тонкими серебряными пластиковыми трубками, разрезанными вдоль, одна из которых прикреплена сверху и согнута у висков, образуя наушники, другая — короткая. длина согнута посередине и служит перемычкой. Дизайн сумел быть одновременно стильным в духе Уорхола и очевидным простым в изготовлении из необработанных листов и труб.
Линейная поляризация была стандартной в 1980-е годы и позже.
В 2000-х годах компьютерная анимация , цифровая проекция и использование современных 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 IBC 2011 в Амстердаме RAI несколько компаний, в том числе Sony , Panasonic , JVC и другие, представили свои будущие портфели стереоскопических 3D-продуктов как для профессионального, так и для потребительского рынков, в которых будет использоваться та же техника поляризации, которую RealD 3D Cinema использует для стереоскопии. Эти выделенные продукты охватывают все: от технологий записи, проецирования, просмотра и цифрового отображения до средств прямой трансляции, записи, предварительной и последующей обработки, а также программных и аппаратных продуктов для облегчения создания 3D-контента. Их системы совместимы и совместимы с существующими пассивными 3D-очками RealD. [ нужна цитата ]
По сравнению с анаглифными изображениями , использование поляризационных 3D-очков позволяет получить полноцветное изображение, которое значительно удобнее для просмотра и не подвержено бинокулярному соперничеству . Однако это требует значительного увеличения затрат: даже недорогие поляризационные очки обычно стоят на 50% дороже, чем сопоставимые красно-голубые фильтры [ 16]. часто делалось с помощью специальной установки, в которой используются два проектора. Использование нескольких проекторов также вызывает проблемы с синхронизацией , а плохо синхронизированный фильм сведет на нет повышенный комфорт от использования поляризации. Эта проблема была решена с помощью ряда однополосных поляризационных систем, которые были стандартными в 1980-х годах.
В частности, в случае схем линейной поляризации, популярных с 1950-х годов, использование линейной поляризации означало, что для любого комфортного просмотра требовалась ровная головка; любая попытка наклонить голову в сторону приведет к нарушению поляризации, ореолу , и оба глаза увидят оба изображения. Круговая поляризация облегчила эту проблему, позволив зрителям слегка наклонять головы (хотя любое смещение между плоскостью глаз и исходной плоскостью камеры все равно будет мешать восприятию глубины).
Поскольку нейтрально-серые линейные поляризационные фильтры легко изготавливаются, возможна правильная цветопередача. Фильтры с круговой поляризацией часто имеют легкий коричневатый оттенок, который можно компенсировать при проецировании.
До 2011 года в домашнем 3D-телевидении и домашнем 3D-компьютере в основном использовались очки с активным затвором и ЖК-дисплеями или плазменными дисплеями . Производители телевизоров ( LG , Vizio ) представили дисплеи с горизонтальными поляризационными полосами, накладывающимися на экран. Полоски чередуют поляризацию с каждой линией. Это позволяет использовать сравнительно недорогие пассивные очки для просмотра, аналогичные кинематографическим. Принципиальным недостатком является то, что каждая поляризация может отображать только вдвое меньше строк сканирования.