Více

3D televize: Další způsoby zobrazování trojrozměrného obrazu

Minulé pondělí jsme si popsali základní principy reálných systémů pro stereoskopické (trojrozměrné) zobrazování, které vyžadují použití speciálních brýlí. Byly a dosud jsou používány především v 3D kinematografii a v jiných speciálních aplikacích. Pro úplnost ještě zmíníme psychofyzikální prostorový vjem nazývaný Pulfrichův efekt, který byl popsán německým fyzikem Carlem Pulfrichem již v roce 1922.

3D televize - systém HMD

Při Pulfrichově efektu se prostorový vjem v mozku diváka vytváří pozorováním plošného obrazu, jehož poloha se symetricky pohybuje (kýve) vůči kolmici k pozorovateli přes brýle, u nichž je před jedním okem neutrální tmavý (případně černý) filtr. Průzor brýlí před druhým okem je průzračný.

MINULÝ DÍL: Přichází 3D televize. Jak funguje trojrozměrné zobrazování?

Zvláštní případ, který nebyl rovněž zmíněn v minulém článku, představují zobrazovací systémy HMD (Head Mounted Display). Jejich základní částí jsou brýle tvořené dvěma LCD, případně OLED zobrazovači. Obvykle jsou montovány do speciální přilby. Zobrazují obrazové signály odpovídající dílčím posunutým obrazům. Technologie umožňuje zobrazování 3D filmů, ale častěji je používána pro vytváření tzv. virtuální reality – v sofistikovaných hrách, v lékařství (např. lékařské 3D zobrazovací systémy), robotice, v počítačové grafice i v jiných aplikacích. Tyto systémy také často spolupracují se systémy sledování polohy hlavy (Head Tracking Device).

Kulatý stůl DigiZone.cz 200

Zúčastněte se první konference o 3D televizi v Česku

Chcete se zúčastnit vůbec první konference na téma 3D televizorů a stereoskopického televizního vysílání v České republice. Server DigiZone.cz pořádá ve čtvrtek 22. dubna 2010 v hotelu Jalta na Václavském náměstí v Praze odborný kulatý stůl se zástupci světových výrobců televizorů, televizních stanic, operátorů vysílacích sítí i státních regulačních orgánů. Na místě si můžete vyzkoušet dva typy 3D televizorů, určených pro český trh. Podívejte se na program konference a registrujte se jako účastník prostřednictvím online formuláře.

Obr. 1: Systém HMD

Auto-stereoskopické zobrazovací systémy

Tyto systémy nevyžadují pro vytvoření prostorového vjemu obrazu speciální brýle a představují budoucnost 3D televize. I v těchto technologiích je počet diváků, sledujících obraz, omezen na limitovanou oblast, ve které se prostorový vjem projevuje. Takových systémů již byla vyvinuta celá řada. Většinou využívají principu a technologií rastrových optických (čočkových) elementů. Lze je dělit podle různých kritérií – např. dle aplikačních možností na:

  • systémy pro 3D projekční televizi nebo kinematografii (pro přední nebo zadní projekci),
  • systémy speciálních 3D zobrazovačů pro televizní přijímače a počítačové monitory,
  • systémy pro plastickou (tzv. polointegrální) fotografii.

Zvláštní případ v kategorii auto-stereoskopických systémů tvoří systém, ve kterém prostorový vjem vzniká pozorováním rychle alternujících (kmitajících) dílčích obrazů (Wiggl Stereoskopy). Tento efekt byl experimentálně ověřen. Jeho praktické využití v televizní technice ani v kinematografii však není pravděpodobné, protože prostorový vjem není kvalitní, v čase konstantní a je ovlivněn řadou okolností (např. vlivem paralaxy, ale především subjektivních psychosenzorických zrakových vlastností pozorovatele).

Auto-stereoskopické zobrazení pro přední projekci

Tyto systémy jsou určeny především pro 3D kina – tedy pro pozorování více diváky ze širšího prostoru. Pracují na multikanálovém principu s využitím separace levého a pravého dílčího obrazu pomocí dělících čočkových rastrů (obr. 2). Čočkové rastry jsou svisle orientovány. Stereoskopický efekt se tedy vytváří v horizontálním směru – ve směru posunutí dílčích obrazů. Pro 3D film(y) se používá několik dvojic kamer snímajících scénu z různých míst – viz obr. 3. Stejný počet projektorů pak promítá současně dvojice dílčích obrazů na promítací plochu, na které je svislý rastr válcových čoček. Světelný tok z každé dvojice projektorů je rozdělen čočkovým rastrem na svislé proužky odpovídající levému a pravému dílčímu obrazu.

3D televize - Princip vjemu obrazu při použití rastru

Obr. 2: Princip vjemu obrazu při použití rastrové optiky (pohled shora). Modré proužky pravého dílčího obrazu, červené proužky levého dílčího obrazu.

3D televize - Stereoskopický projekční systém se šesti dvojicemi

Obr. 3: Stereoskopický projekční systém se šesti dvojicemi projektorů (převzato z [5])

K divákovi se pak odráží světelný tok, který je rozdělen stejným čočkovým filtrem pro levé a pravé oko. Při změně polohy se prostorový vjem mění skokově. Čím větší je počet kamer (a odpovídajících projektorů), tím plynulejší je přechod vjemu mezi jednotlivými směry. Divák může vnímat prostorový obraz z více směrů – v případě dle obr. 3 ze šesti směrů. Vějířovitá struktura rastru, naznačená na obr. 4, umožňuje zvětšení pozorovacího prostoru.

3D televize - Vějířovitá struktura  rastru

Obr. 4: Vějířovitá struktura čočkového rastru

Auto-stereoskopické zobrazení pro zadní projekci

V případě zadní projekce je používána obdobná multikanálová projekce, ale projektory jsou umístěny na opačné straně. Stínítko je v tomto případě průhledné a má složitější strukturu. Sestává ze tří vrstev, mezi kterými jsou vzduchové mezery. Zadní vrstva umělohmotných svisle orientovaných válcových čoček, vytvořených na skleněné podložce, rozděluje světelný tok z projektorů do proužků příslušných levému a pravému dílčímu obrazu jednotlivých projektorů. Druhá difusní vrstva stínítka procházející světelný tok rozptyluje. Divák pozoruje obraz přes přední, tvarově i technologicky shodný, čočkový rastr, který zajišťuje, že se k jeho očím dostává prakticky pouze část světelného toku odpovídajícího dílčího obrazu. Pro zlepšení separačních vlastností (oddělení světelných toků jednotlivých dvojic kamer) jsou mezi jednotlivými svislými válcovými čočkami vytvořeny černé (neprůhledné) oddělovací proužky.

Auto-stereoskopické zobrazení pro 3D televizní zobrazovače

Tato technologie může být (a také již byla) použita i pro monitory počítačů. V této aplikaci lze, s ohledem na jediného diváka, eliminovat zhoršení prostorového vjemu vlivem změny jeho polohy před zobrazovačem, prostřednictvím mechanických nebo elektronických sofistikovaných systémů pro sledování polohy jeho hlavy (přesněji očí) – angl. Head Tracker. Jejich základní částí je kamera umístěná na monitoru, která snímá hlavu diváka. Vytvořený obrazový signál zpracovává speciální software, který na základě identifikace polohy hlavy diváka vytváří řídicí signály pro mechanické/elek­tronické řízení polohy monitoru/posice obrazu.

V případě 3D zobrazovačů pro televizní techniku (televizní přijímače) je technologie vyžadující sledování polohy hlavy diváka nepoužitelná, protože tyto zobrazovače musí umožňovat, aby obraz na nich mohlo sledovat i více diváků (Multi User Display). Vznikly už prototypy plazmových i LCD zobrazovačů, které umožňují auto-stereoskopický vjem pomocí dělených svisle orientovaných čočkových rastrů na čelním skle zobrazovače (obr. 5).

3D televize - Princip optického adresování pomocí rastru

Obr. 5: Princip optického adresování pomocí svisle orientovaného čočkového rastru – není uvažováno barevné členění proužků dílčích snímků (obrázek převzat z [5])

3D televize - Funkce čočkového rastru pro barevné luminofory

Obr.6: Funkce čočkového rastru pro barevné luminofory (obrázek převzat z [5])

Tento rastr umožňuje tzv. „optické adresování“ odpovídajících dílčích obrazů k levému a pravému oku diváka. Stereoskopický vjem se však uplatňuje jen v omezeném prostoru. Je třeba zdůraznit, že 3D zobrazovací technologie řeší pouze polovinu problému. Druhou nutnou podmínkou je potřebné počítačové zpracování obrazového signálu, které pomocí sofistikovaného software umožňuje vytvářet v reálném čase z přenášeného dvoukanálového 3D signálu střídající se proužky levého a pravého dílčího snímku.

Na řešení 3D autostereosko­pických zobrazovačů pracuje řada renomovaných firem. Jako příklad uveďme 3D zobrazovač firmy Philips WOW 42. V roce 2008 na výstavě IFA v Berlíně přislíbila firma Sony dodat na trh 3D zobrazovač Bravia do roku 2010. Rovněž firma Panasonic již představila vzorek 3D plazmového zobrazovače s úhlopříčkou 42 palců. Pozadu nezůstávají ani další firmy, například Samsung.

Plastická fotografie

Tato technologie je používána pro efektní obrazové předlohy (např. tzv. plastické pohlednice), na kterých se při kolmém pozorování projevuje stereoskopický efekt. Pomocí optické projekce přes rastr a následného tisku jsou na pohlednici natištěny dílčí posunuté obrazy. Na povrchu pohlednice je vytvořen umělohmotný válcový čočkový rastr. K pořizování takových snímků slouží speciální fotografické přístroje se dvěma i více objektivy (výrobci např. firmy Loreo, Cheungyun, 3D Image Technology, Kodak aj.).

Co říci závěrem?

Oba články na téma 3D televize a zobrazovačů trojrozměrného obrazu se zabývaly ve velmi zjednodušené a více méně populární formě základními principy a přehledem současného stavu 3D zobrazování, zejména s aplikacemi v televizní technice. Jsou určeny zejména pro laické čtenáře. Omlouvám se proto čtenářům profesionálům za nedostatky a případné nepřesnosti, které v něm v souvislosti s charakterem článků najdou.

3D televize představuje pro diváka nepochybně kvalitativní změnu. Je jen otázkou času a zřejmě i některých ekonomických faktorů, kdy se uplatní v širokém měřítku. Důležité samozřejmě bude, jaký bude pro diváka poměr nové užitné hodnoty 3D televize a ceny 3D televizních přijímačů, které budou, alespoň z počátku, vysoké. Velmi důležitá bude rovněž dostatečná nabídka kvalitních programů v 3D formátu. Zde však příklady z 3D kinematografie vzbuzují relativně optimistické představy. Problém pro rychlejší a zejména ekonomicky přijatelný rozvoj 3D televize však představuje dosavadní neexistence jakékoli normy či standardu pro ni, ani pro potřebné komponenty. Jednotliví výrobci tudíž postupují nekoordinovaně, což je především ekonomicky nevýhodné. Ale to přece není nic nového…

Poznámka na závěr: Některé z použitých obrázků byly převzaty (a pro potřeby článku upraveny) z uvedených literárních pramenů. Na tyto prameny také případné zájemce o bližší informace z této oblasti odkazuji.

Použitá literatura


[1] http://www.3a­litydigital.com

[2] http://www.to­day3d.com

[3] http://www.di­gitalpraxis.net/ste­reoscopic3d

[4] http://stereos­copstudios.com

[5] Vít, V. Televizní technika – projekční a velkoplošné zobrazování, BEN, Praha 2000

[6] Jiráček, M. Rastrové optické soustavy. Jemná mechanika a optika č.5/2005

[7] Bỏrner,R. Neue Autostereoskopische Bildschrme. Funktechnik, č.11/2000

[8] Travis, A.R. The Display of Three Dimensional Video Images. Proc. IEEE. sv.85, č.11/1997

[9] http://www.the3dre­volution.com

[10] http://www.tri­dakt.cz

[11] http://www.3djou­rnal.com

Anketa

Měli by se výrobci televizorlů shodnout na společné normě či standardu 3D vysílání?

3 názory Vstoupit do diskuse
poslední názor přidán 14. 10. 2009 19:58

Sledujte DigiZone.cz

Facebook Google+