Кіріспе

Көрсету құрылғысы

3D-телевизор туралы толық ақпарат

3D-дисплей – көрерменге көлемдік бейне беруге қабілетті көрсету құрылғысы. Көптеген 3D-дисплейлер стереоскопиялық дисплейлер болып табылады, олар стереопсия арқылы қарапайым 3D-әсерін жасайды, бірақ көздің шаршауы мен көру қабілетінің шаршауына себеп болуы мүмкін. Голографиялық және жарық өрісі сияқты жаңа 3D-дисплейлер стереопсияны және көрсетіліп жатқан контенттің нақты фокустық қашықтығын біріктіре отырып, әлдеқайда шынайы 3D-әсерін тудырады. Осылайша, жаңа 3D-дисплейлер классикалық стереоскопиялық дисплейлерге қарағанда көру қабілетін аз шаршатады. 2021 жылғы мәліметтер бойынша, 3D-дисплейлердің ең көп таралған түрі – стереоскопиялық дисплей, ол дерлік барлық виртуалды шындық құрылғыларында қолданылады. 3D-дисплейлер VR гарнитурасындағыдай көзге жақын немесе 3D қолдауы бар ұялы құрылғы немесе 3D кинотеатр сияқты көзден алыс орналасқан құрылғыда болуы мүмкін. «3D-дисплей» термині барлық бұрыштардан көруге болатын контентті жасауға қабілетті көлемдік дисплейді де білдіруі мүмкін.

Тарих

Алғашқы 3D дисплейді 1832 жылы сэр Чарльз Уиттстон жасаған. Ол көлемін көрсетудің қарапайым мүмкіндігі бар стереоскопиялық дисплей болды.

Стереоскопиялық дисплейлер

Стереоскопиялық дисплейлер көбінесе «стерио дисплейлер», «стерио 3D дисплейлер», «стериоскопиялық 3D дисплейлер» деп аталады, ал кейде қате түрде жай ғана «3D дисплейлер» деп те айтылады.

Стереоскопиялық дисплейлердің негізгі әдісі – сол және оң көзге бөлек көрсетілетін, ығысқан (офсетті) бейнелерді ұсыну. Осы екі 2D ығысқан бейне мида біріктіріліп, 3D тереңдік сезімін тудырады. «3D» термині кеңінен қолданылса да, екі 2D бейнені көрсету, жарық өрісін көрсетуден және үш өлшемді кеңістікте бейне көрсетуден мүлдем өзгеше. Толық 3D-ді көрсетуге қабілетті дисплейлерден ең басты айырмашылық – бақылаушының бас қозғалысы мен көздің фокусын өзгертуі көрерменге көрінетін суретті өзгерте алмайды. Мысалы, кейбір голографиялық дисплейлерде мұндай шектеулер жоқ. Екі 2D бейнені «3D» деп атау – мүмкіндікті асыра бағалау. «Стереоскопиялық» термині, «3D» деген жиі қолданылатын, бірақ дұрыс емес атаудан гөрі ауырлау болғанымен, көп жылдар бойы сұрақсыз қолданылғаннан кейін қалыптасқан. 3D дисплейлер көбінесе стереоскопиялық дисплейлер деп те аталады, себебі олар стереоскопиялық болудың ең төменгі талаптарына жауап береді. 1830 жылдары сэр Чарльз Уиттстон сипаттаған стереопсис принциптеріне негізделген стереоскопиялық технология, көрерменнің сол және оң көзіне әртүрлі бейнелерді ұсынады. Келесі бөлімде, дамытылған ең маңызды стереоскопиялық жүйелерде қолданылатын техникалық ерекшеліктер мен әдістер қарастырылады.

Жақсы көріністер

Дәстүрлі стереоскопиялық фотосурет салу – екі өлшемді суреттер жұбынан, яғни стереограммадан басталатын 3D иллюзияны жасаудан тұрады. Мидың тереңдікті қабылдауын жақсартудың ең оңай жолы – көрерменнің екі көзіне бір нысанның екі түрлі перспективасын көрсететін екі сурет ұсыну болып табылады, бұл екі көздің бинокулярлық көруде табиғи түрде алатын перспективаларға сәйкес келеді. Көздің шаршауын және бұрмалануын болдырмау үшін, екі өлшемді суреттердің әрқайсысы көрерменнің әр көзіне солай ұсынылуы керек, чтобы көрермен көрген кез келген шексіз қашықтықтағы нысан сол көз тіке қарағанда қабылдасын, көрерменнің көздері қиылыспаған немесе айырылмаған кезде. Егер суретте шексіз қашықтықтағы нысан, мысалы, көкжиек немесе бұлт болмаса, суреттерге арақашықтық сәйкес түрде жақындатылуы керек. Қатар орналастыру әдісі жасауға өте оңай, бірақ оны оптикалық құралдарсыз қарау қиын немесе қолайсыз болуы мүмкін.

Стереоскоп және стереографиялық карталар

Стереоскоп – екі бөлек суреттің қатар орналастырылып, үш өлшемді бейне иллюзиясын тудыратын стереографиялық карточкаларды қарауға арналған құрылғы.

Ашық көрушілер

Көзге көрінетін негізге басылған стерео көріністердің жұптары артқы жарықпен қаралады. Мөлдір көріністің бір артықшылығы – бұл қалың негізге басылған көріністерге қарағанда кеңірек, шынайы динамикалық диапазонды алу мүмкіндігі; екіншісі – суреттер арт жағынан жарықтандырылғандықтан, линзаларға жақын орналастырылып, көру өрісін кеңейтуге болады. Фильмге негізделген стереоскоптық мөлдірліктерді қарау практикасы кемінде 1931 жылға дейін жетеді, ол кезде Tru Vue компаниясы 35 мм пленка жолақтарындағы стерео көріністерді қолмен ұсталатын бакелиттен жасалған қарау құралы арқылы ұсына бастады. 1939 жылы осы технологияның өңделген және кішірейтілген түрі, жеті жұп кішкентай Kodachrome түсті пленкадан тұратын картон дискілерді пайдалана отырып, View Master ретінде таныстырылды.

Басына орнатылған дисплейлер

Пайдаланушы әдетте екі кішкентай LCD немесе OLED дисплейі бар қалпақ немесе көзілдірік киеді, әр көзіне бір-бір ұлғайтқыш линзасы бар. Бұл технология стереофильмдер, суреттер немесе ойындар көрсету үшін қолданылуы мүмкін. Басқа орнатылған дисплейлер бас қозғалысын бақылайтын құрылғылармен де үйлестірілуі мүмкін, бұл пайдаланушыға виртуалды әлемді басын қозғалту арқылы "көруге" және жеке контроллер қажеттілігін жоюға мүмкіндік береді. Компьютерлік графиканың қарқынды дамуы және бейне және басқа да жабдықтардың үнемі кішірейтілуі нәтижесінде бұл құрылғылар қолжетімдірек бағамен ұсыныла бастады. Басқа орнатылатын немесе киілетін көзілдіріктер шындық әлемге наложенное бейне көру үшін пайдаланылуы мүмкін, бұл кеңейтілген шындық деп аталады. Бұл жартылай шағылыстыратын айналар арқылы бейнелерді көрсету арқылы іске асырылады. Шындық әлемді жартылай айна арқылы көруге болады. Жақында голографиялық толқын жетекшілері немесе "толқын жетекшілеріне негізделген оптика" пайда болды, ол үлкен айналарды қолданбай стереоскопиялық бейнелерді шындық әлемге қоюға мүмкіндік береді.

Басына орнатылған проекциялық дисплейлер

Басына орнатылған проекциялық дисплейлер (HMPD) басқа орнатылған дисплейлерге ұқсас, бірақ кескіндер кері шағылыстыратын экранға проекцияланып көрсетіледі. Бұл технологияның басқа орнатылған дисплейлерден артықшылығы – фокус және конвергенция мәселелерін түзету үшін арнайы көз линзаларын қолдану қажеттігі болмайды. Кескіндерді жасау үшін LCD немесе OLED экрандардың орнына Pico проекторлары пайдаланылады.

Активті жапқыш жүйелері

Күн тұтылу әдісінде экранға қарсы көздің суреті көрсетілгенде, жалюзи әрбір тиісті көздің жарығын тоқтатады. Дисплей сол және оң суреттерді кезекпен көрсетеді, ал көзілдіріктің немесе қарау құралының жалюзилері экрандағы суреттермен синхронды түрде ашылып, жабылады. Бұл 1922 жылы қысқа ғана уақыт пайдаланылған Teleview жүйесінің негізі болды. Күн тұтылу әдісінің бір түрі LCD жалюзилі көзілдіріктерде қолданылады. Сұйық кристалдан жасалған көзілдіріктер, кинотеатр, теледидар немесе компьютер экранындағы суреттермен синхронды түрде жарықты өткізеді, алмастырып көрсету принципін пайдаланады. Бұл әдісті nVidia, XpanD 3D және бұрынғы IMAX жүйелері қолданады. Бұл әдістің кемшілігі – әрбір көрушінің қымбат, электрондық көзілдірік киюі және оны сымсыз сигнал немесе қосылған сым арқылы дисплей жүйесімен синхрондау қажеттігі. Жалюзилі көзілдіріктер көптеген поляризацияланған көзілдіріктерден ауыр, бірақ жеңіл модельдер кейбір күн көзілдіріктерінен немесе премиум поляризацияланған көзілдіріктерден жеңіл болуы мүмкін. Дегенмен, бұл жүйелер проекцияланған суреттер үшін күміс экранды қажет етпейді. Сұйық кристалды жарық клапандары жарықты екі поляризациялық сүзгі арасында бұру арқылы жұмыс істейді. Осы ішкі поляризаторлардың арқасында LCD жалюзилі көзілдіріктер кез келген LCD, плазмалық немесе проекторлық бейне көзінің суретін қараңғылатады, нәтижесінде суреттер көңілсіз көрінеді және 3D емес қараумен салыстырғанда контраст төмендейді. Бұл міндетті түрде қолдану мәселесі емес; өте жарық және нашар сұр деңгейі бар кейбір дисплейлер үшін LCD жалюзилі көзілдіріктер бейне сапасын жақсарта алады.

Анаглиф

Анаглифте екі сурет екі сүзгі арқылы, біреуі қызыл, біреуі көк түсті, қосымша жарық режимінде біріктіріледі. Субтрактивті жарық жағдайында екі сурет ақ қағазға бірдей толықтырғыш түстермен басылады. Әр көзінде түрлі-түсті сүзгісі бар көзілдірік, сүзгінің түсін жойып, толықтырғыш түсті қара түске айналдыра отырып, тиісті суретті бөліп көрсетеді. Анахром деп аталатын өтемақылық техникада, осы техникамен байланысты патенттелген көзілдіріктерде сәл мөлдір кьян сүзгісі қолданылады. Процесс анаглифтік суретті параллакс мөлшерін азайту үшін қайта конфигурациялайды. Анаглифтің әдеттегі қызыл және көк сүзгі жүйесіне балама ретінде ColorCode 3D патенттелген анаглифтік жүйе бар, ол NTSC теледидар стандартымен бірге анаглифтік бейне көрсету үшін ойлап табылды, онда қызыл арна көбінесе нашарлайды. ColorCode экранда сары және қою көк түстерді пайдаланады, ал көзілдіріктің линзалары - ақжарыл және қою көк түстерде болады.

Поляризациялық жүйелер

Стереоскопиялық суретті көрсету үшін екі сурет әртүрлі поляризациялық сүзгілер арқылы бір экранға біріктіріліп проекцияланады. Көрермен, өз кезегінде, әртүрлі бағыттағы поляризациялық сүзгілер орнатылған көзәйнек киеді (дөңгелек поляризациясында сағат тілі бойынша/сағат тіліне қарсы, ал сызықтық поляризациясында әдетте 45 және 135 градус бұрышпен 90 градусқа тең). Әрбір сүзгі тек өзімен ұқсас поляризацияланған жарықты өткізеді және басқаша поляризацияланған жарықты тоқтатады, нәтижесінде әр көз әртүрлі суретті көреді. Бұл эффект екі көзге бірдей көріністі, бірақ сәл әртүрлі перспективалардан көрсету арқылы үш өлшемді бейне жасау үшін қолданылады. Сонымен қатар, екі линзаның да түсі бірдей болғандықтан, бір көзі басымдығы бар адамдар (яғни, бір көзін көбірек пайдаланатындар) бұрынғыда екі түстің бөлінуінен туындаған түс қабылдау бұзылыстарынсыз түстерді дұрыс көре алады. Дөңгелек поляризациясы сызықтық поляризациясына қарағанда артықшылыққа ие, себебі көрерменнің басы тік тұруы және экранмен дәл сәйкес келуі талап етілмейді. Сызықтық поляризациясында көзілдіріктің бағысын өзгерту сүзгілердің экран сүзгілерімен арақатынасын бұзуына, суреттің сөнуіне және әр көздің қарсы кадрды оңай көруіне әкелуі мүмкін. Ал дөңгелек поляризациясында поляризациялық эффект көрерменнің басының экранмен қалай орналасқанына қарамастан – бүйірге бұрылғанда немесе тіпті кері қайтарылғанда да жұмыс істейді. Сол көз өзіне арналған суретті ғана көреді, және керісінше, сурет сөнбестен немесе араласпастан қалады. Қарапайым киноэкранынан шағылысқан поляризацияланған жарық көбінесе поляризациясының көп бөлігін жоғалтады. Сондықтан поляризациялық жоғалтуы минимал болатын қымбат күміс немесе алюминийленген экранды қолдану қажет. Поляризацияның барлық түрлері 3D емес суреттерге қарағанда бейненің қараңғылауына және контрасттың нашарлауына әкеледі. Лампалардан шыққан жарық әдетте кездейсоқ поляризация жиынтығынан тұрады, ал поляризациялық сүзгі жарықтың тек бір бөлігін өткізеді. Нәтижесінде экрандағы сурет қараңғырақ болады. Бұл қараңғылықты проектордың жарық көзінің жарықтығын арттыру арқылы толықтыруға болады. Егер бастапқы поляризациялық сүзгі лампа мен бейне жасау элементі арасына орналасса, бейне жасау элементіне түсетін жарық интенсивтілігі поляризациялық сүзгісіздей жоғары болмайды, ал экранға берілетін бейне контрастына ешқандай әсер етпейді.

Тосқауыл сүзгі технологиясы

Dolby 3D оң көз үшін қызыл, жасыл және көк түстің белгілі бір толқын ұзындықтарын, ал сол көз үшін қызыл, жасыл және көк түстің басқа толқын ұзындықтарын пайдаланады. Нақты белгілі толқын ұзындықтарын сүзгілейтін көзілдірік киген адамға 3D суретті көруге мүмкіндік береді. Бұл технология кинотеатрлардағы ең көп таралған 3D дисплей жүйесі болып табылатын RealD сияқты поляризацияланған жүйелерге қажетті қымбат күміс экрандарды жояды. Дегенмен, бұл поляризацияланған жүйелерге қарағанда әлдеқайда қымбат көзілдіріктерді қажет етеді. Ол сондай-ақ спектралды гребенка сүзгісі немесе толқын ұзындығының мультиплекстік визуализациясы деп те аталады. Omega 3D/Panavision 3D жүйесі де осы технологияны қолданады, бірақ кеңірек спектрмен және "гребенкаға" көбірек "тістермен" (Omega/Panavision жүйесінде әр көз үшін 5). Көзге көбірек спектрлік жолақтарды қолдану Dolby жүйесіне қажетті суретті түс бойынша өңдеу қажеттілігін жояды. Көздің көру спектрін тең бөлу көрерменге жарық энергиясы мен түс тепе-теңдігі шамамен 50:50 болатындықтан, көбірек "жақсы сезім" береді. Dolby жүйесі сияқты, Omega жүйесі де ақ немесе күміс экрандармен қолданылуы мүмкін. Бірақ оны фильмдік немесе цифрлық проекторлармен қолдануға болады, Dolby сүзгілерінен айырмашылығы, Dolby-дің түс түзетуші процессорымен жабдықталған цифрлық жүйеде ғана қолданылады. Omega/Panavision жүйесі сондай-ақ олардың көзілдіріктерін Dolby-де қолданылатындарға қарағанда арзан өндіруге болады деп мәлімдейді. 2012 жылдың маусым айында Panavision атынан Omega 3D/Panavision 3D жүйесін сатқан DPVO Theatrical компаниясы "қиын жаһандық экономикалық және 3D нарық жағдайларына" сілтеме жасай отырып, оны тоқтатты. DPVO өзінің бизнес-операцияларын таратып білгенімен, Omega Optical 3D жүйелерін театрлық емес нарықтарға сатуды және насихаттауды жалғастыруда. Omega Optical 3D жүйесі проекциялық сүзгілер мен 3D көзілдіріктерін қамтиды. Пассивті стереоскопиялық 3D жүйесінен басқа, Omega Optical анаглифтік 3D көзілдіріктерін жетілдірді. Omega-ның қызыл/көк түсті анаглифтік шынылары күрделі металл оксидінің жұқа пленкалық жабыны мен жоғары сапалы қыздырылған шыны оптикасын пайдаланады.

Басқа

Пулфрих эффектісі – көру алаңындағы нысанның бүйірлеме қозғалысын екі көздің сигналдары арасындағы уақыттың салыстырмалы айырмашылығы нәтижесінде көру қабығы тереңдік компоненті ретінде қабылдайтын психофизикалық құбылыс. Призмалық көзілдіктер қиылысқан және бірінің үстіне бірі қарауды жеңілдетеді, мысалы, KMQ көру құралы.

Автостереоскопия

Бұл әдісте стереоскопиялық суретті көру үшін көзілдірік қажет емес. Линзалық линзалар және параллакс кедергілері технологиясы бір бетке екі (немесе одан да көп) суретті тар, бірін-кезек тізілген жолақтарда орналастыруды және экранды пайдалануды қамтиды, ол параллакс кедергілері жағдайында екі суреттің жолақтарының біреуін жабады немесе линзалық басылымдарда сурет жолақтарын бүгіп, оны бүкіл суретті толтырғандай етіп көрсету үшін теңдей тар линзаларды қолданады. Стереоскопиялық эффектіні жасау үшін адам бір көзімен бір суретті, екінші көзімен екінші суретті көретіндей етіп орналасуы керек. Көпбұрышты автостереоскопияның оптикалық принциптері бір ғасырдан астам уақыттан бері белгілі. Екі сурет те жоғары сезімталдыққа ие, толқынды экранға проекцияланады, ол жарықты өткір бұрыштарда шағылыстырады. Стереоскопиялық суретті көру үшін көрермен экранға дерлік перпендикуляр болатын өте тар бұрышта отыруы керек, бұл көрермендер санының шектелуіне әкеледі. Линзалық технология 1940-1948 жылдары Ресейде көптеген қысқаметражды фильмдердің театрлық көрсетілімінде, ал 1946 жылы «Робинзон Крузо» көркем фильмінде қолданылған. Театрлық көрсетілімдерде қолданылуы шектеулі болғанымен, линзалық технология түрлі жаңалықтар үшін кеңінен қолданылған және тіпті әуесқой 3D фотосуретте де пайдаланылған. Жақында Fujifilm FinePix Real 3D автостереоскопиялық дисплейі 2009 жылы шығарылды. Бұл технологияның басқа мысалдары мониторлардағы, ноутбуктердегі, теледидарлардағы, ұялы телефондардағы және Nintendo 3DS сияқты ойын құрылғыларындағы автостереоскопиялық LCD дисплейлерді қамтиды.

Көлемдік дисплей

Көлемдік дисплейлер көлем ішінде жарық нүктелерін көрсету үшін белгілі бір физикалық механизмдерді пайдаланады. Мұндай дисплейлер пикселдердің орнына воксельдерді қолданады. Көлемдік дисплейлерге бірнеше дисплей жазықтығынан тұратын көп жазықтықты дисплейлер және көлемді суреттейтін айналма панельді дисплейлер жатады. Сондай-ақ, құрылғының үстіндегі ауаға жарық нүктелерін проекциялау үшін басқа технологиялар да жасалған. Инфрақызыл лазер кеңістіктегі белгілі бір нүктеге бағытталып, көзге көрінетін жарық шығаратын плазманың кішкентай көпіршігін тудырады.

Жарық өрісі / голографиялық дисплей

Жарық өрісі дисплейі дисплей бетінде "жарық өрісін" қайта жаратуға тырысады. 2D дисплей әр пикселде нақты бір түс көрсетсе, жарық өрісі дисплейі жарық сәулесі шығаратын әр бағыт үшін әр пикселде әр түрлі түс көрсетеді. Осылайша, әртүрлі көздер дисплейде әртүрлі кескіндерді көреді, параллакс пайда болады және 3D сезімі туындайды. Жарық өрісі дисплейі шыны терезеге ұқсас – адамдар шынының артындағы 3D нысандарды көреді, бірақ олардың көздеріне жететін барлық жарық сәулелері шыны арқылы өтеді. Дисплей алдындағы жарық өрісін екі тәсілмен жасауға болады: 1) дисплейдің әр нүктесінен әртүрлі бағытта әртүрлі жарық сәулелерін шығару арқылы; 2) дисплей алдындағы толқын фронтын қайта құру арқылы. Бірінші тәсілді қолданатын дисплейлер сәулелік немесе жарық өрісі дисплейлері деп аталады. Екінші тәсілді қолданатын дисплейлер толқындық немесе голографиялық дисплейлер деп аталады. Толқындық дисплейлер голограммалар сияқты жұмыс істейді. Сәулелік дисплейлермен салыстырғанда, толқындық дисплей жарық өрісін ғана емес, сонымен қатар жазық толқындардың қисықтығын және әртүрлі бағыттағы толқындардың фазалық айырмашылықтарын да қайта жаратуға мүмкіндік береді. Интегралды фотография – толық параллакс ақпаратын қамтитын сәулелік тәсілдердің бірі. Дегенмен, тек көлденең параллакспен жасалған сәулелік тәсілдер де бар. Олардың алғашқы өнімі ұялы телефонның (Red Hydrogen One) бір бөлігі болды, ал кейіннен өздерінің Android планшетіне енгізілді.

Бүкіл бейнелеу

Интегралды бейнелеу – автостереоскопиялық немесе мультископиялық 3D дисплей, яғни көрерменге арнайы көзілдірік қолданбай-ақ 3D бейне көрсетеді. Бұл эффект сурет алдына микролинзалар тізімін (дөңгелек линзаға ұқсас) орналастыру арқылы қол жеткізіледі, мұнда әр линза қарау бұрышына қарай әртүрлі болып көрінеді. Осылайша, барлық бағыттан бірдей көрінетін 2D бейнелерді көрсету орнына, 3D жарық өрісі қайта жандандырылады, көрермен қозғалғанда параллакс эффектін көрсететін стереоскопиялық бейнелер жасалады.

Қысымды жарық өрісі дисплейлері

"Компрессивті жарық өрісі" деп аталатын жаңа дисплей технологиясы әзірленуде. Бұл прототиптік дисплейлер қабатты ЖК-панельдерді және дисплей уақытында деректерді сығымдау алгоритмдерін пайдаланады. Дизайнға екі және көп қабатты құрылғылар кіреді, олар компьютерлік томография, теріс емес матрицалық факторлау және теріс емес тензорлық факторлау сияқты алгоритмдермен басқарылады.

Қиындықтар

Бұл дисплей технологияларының әрқайсысының шектеулері бар, олар көрерменнің орналасқан жеріне, көлемді немесе көз тарта алмайтын жабдыққа немесе жоғары бағаға байланысты болуы мүмкін. Артефакттарсыз 3D-суреттерді көрсету әлі де қиындық тудырады.