Знаете, в чем особая прелесть человеческого мозга? В готовности верить обману. Достаточно, к примеру, узнать, как мы воспринимаем трехмерный мир, чтобы показать настоящее 3D на плоском экране монитора. И мозг верит подделке…
Как ни крути, любая 3D — графика на плоском мониторе остается лишь двухмерной проекцией. Природа третьего измерения объясняется особенностями нашего зрения, которые позволяют нам определять размеры различных предметов, расстояние до них. И таким образом мы способны ориентироваться в окружающем нас мире. На экране же монитора каждый элемент изображения находится на одинаковом расстоянии от нас.
Поэтому видимую картинку мы воспринимаем плоской. Мы лишь можем угадать размеры и положение предметов, владея навыками пространственного мышления. Чтобы получить «честную» трехмерность (стереоизображение), никуда не деться от важного правила — каждый глаз должен видеть свою картинку. Иными словами, нам нужно обмануть свой мозг — дать ему два разных изображения, которые он воспримет как реальные и создаст для нас иллюзию, ничем не отличающуюся от действительности. Вот здесь-то и начинается самое интересное — реализация.
Бьем цвета пополам
Вам наверняка знакомо одно из простейших приспособлений, которые делают из двухмерной картинки настоящее 3D. Даже если сами вы не пользовались, то хотя бы слышали о красно-синих очках. Часто они бывают картонными (по цене около $1), но и усиленный пластиковый вариант пользуется немалой популярностью среди геймеров, в большей мере благодаря их низкой стоимости ($8—10).
Окуляры этих очков — особые светофильтры. Левый пропускает только красную часть светового спектра, а правый — сине-зеленую. Тем самым одно изображение делится на две части, каждая из которых видна только одним глазом. Но для получения третьего измерения этого мало — каждый глаз должен видеть предметы под своим углом. Для этого нужно включить специальную опцию в драйвере видеокарты.
После этого компьютер начинает генерировать каждый кадр в двух вариантах. Для левого глаза создается изображение в красном цвете. Для правого глаза просчитывается практически та же картинка, но в сине-зеленых тонах и с небольшим смещением. После этого оба изображения накладываются друг на друга. Полученная картинка называется анаглиф, или двухцветная стереограмма.
Несмотря на то, что оба изображения выводятся одновременно, светофильтры очков для каждого глаза «отсекают» определенные для них цвета. В итоге получается, что каждый глаз видит свою трехмерную сцену под тем углом, под которым она выглядела бы в реальности. Складывая оба изображения вместе, мозг создает для нас стереокартинку. Правда, совершенно закономерен двукратный расход вычислительных ресурсов компьютера — ведь одно изображение просчитывается два раза, для каждого глаза. Хотя существуют средства, которые выводят картинку в чересстрочном режиме.
Иными словами, для одного глаза отображаются только четные строки изображения, а для второго — только нечетные. Так качество хотя и ухудшается, но производительность системы не падает.
Со светофильтрами возникает и другая проблема. Каждый глаз «работает» в своей цветовой гамме, и мозгу приходится складывать не только сами изображения, но и их цвета. А это вызывает некоторый дискомфорт, возрастает нагрузка на глаза. Оттенки начинают «плыть», поочередно проявляются то красная, то сине-зеленая составляющие изображения. Многие игроманы не обращают на это внимания, увлекаясь стереоэффектом. Но сколь увлекательным ни было бы путешествие в реальном 3D, почаще давайте глазам отдыхать.
Спи глазок — спи другой
Знаете, в чем секрет любого фокусника? Конечно же, в ловкости рук. Иллюзионист проделывает «магические» пасы так быстро, что наш глаз не успевает проследить за всеми его действиями. Наш мозг инертен — мы способны четко воспринимать события, происходящие лишь с определенной скоростью. Поэтому мы улавливаем лишь те движения, которые нам намеренно показывают в нормальном для нас темпе, скрывая за ними секрет трюка. Так создается иллюзия реальности всего происходящего на сцене.
Инертность мозга успешно использует другой способ получения стереоизображений. Его суть состоит в том, что компьютер выводит на экран монитора трехмерную сцену для каждого глаза в своем ракурсе. И чтобы один глаз не видел картинку, предназначенную для второго, его следует на короткий промежуток времени закрыть. Эту задачу выполняют специальные очки, часто прилагаемые к видеоплатам.
Роль окуляров в них играют небольшие ЖК-дисплеи. В обычном состоянии они практически прозрачные, но при подаче на них импульса становятся черными и практически не пропускают свет. Работая попеременно, эти дисплеи (в данном случае они называются ЖК-прерывателями) в разные моменты времени показывают изображение на экране монитора только одному глазу.
Для слаженной работы ПК и очков используется специальный синхронизатор, который подключается между монитором и видеокартой с помощью прилагаемого кабеля. Здесь, в отличие от очков со светофильтрами, изображение получается полноцветное. Однако из-за того, что каждый кадр картинки отображается два раза (для каждого глаза в отдельности), в конечном итоге частота обновления картинки снижается в два раза. То есть, если физически монитор «выдает» 120 Гц, то в очках с ЖК-прерывателями мы будем «видеть» только 60 Гц.
Расход вычислительных ресурсов компьютера, как и в первом случае, тоже возрастает в два раза. Правда, эту проблему тоже можно решить чересстрочной прорисовкой кадров. Но при этом существенно страдает качество изображения. Приходится идти на компромисс — выбирать между скоростью и качеством.
Технологии воспроизведения стерео-изображения на плоской поверхности мониторов в своей основе используют особенности зрительного аппарата человека. Окружающий мир нами воспринимается объемным благодаря двум функциям наших глаз. Первая — аккомодация — позволяет нам фокусировать взгляд на предметах, которые находятся на разном расстоянии от нас. Так мы можем выделить тот или иной объект из общего окружения. Все остальное, что находится ближе или дальше него, оказывается вне фокуса нашего зрения и воспринимается нами размытым.
Второе свойство наших глаз — конвергенция т- возможность поворачивать глазные яблоки так, чтобы оба глаза смотрели на один объект. Но поскольку глаза находятся на расстоянии примерно 6 см друг от друга, они видят немного разные изображения. Это называется бинокулярным неравенством — один и тот же предмет каждый глаз рассматривает под определенным углом. Полученные два изображения мозг обрабатывает, и мы воспринимаем увиденное в объеме — можем легко указать приблизительные размеры рассматриваемого объекта и расстояние от нас до него.
Среди производителей очков с ЖК-прерывателями популярностью пользуются компании АРЕС и Stereographics. Продукты первой приглянутся, в первую очередь, игроманам благодаря сносному качеству и доступной цене (от $60). Очки же от Stereographics — это решения для профессионалов (стоимость от $800 и выше), работающих в ЗD- и САD-пакетах.
Окно в реальность
Согласитесь, не всегда под рукой может оказаться несколько пар очков, чтобы показать стереоизображение своим друзьям и коллегам. Идея «стерео-3D без очков» легла в основу технологии со сложным названием «мультиплексирование по направлению». На деле ее суть довольно проста. Здесь также используется принцип «каждому глазу — свое изображение». Но благодаря особенностям поверхности экрана монитора определенные участки картинки видны только под определенным углом. Вспомните стереоскопические календарики — их еще называли переливными! В них используется тот же принцип. В зависимости от того, под каким углом смотреть на календарик, видно было одно из двух изображений. Это достигалось за счет особенности поверхности, представляющей собой серию чередующихся углублений.
В случае с монитором такие углубления сделаны с таким учетом, чтобы каждый глаз видел свою часть изображения без необходимости постоянно поворачивать устройство. Изображение на экране разбивается на чередующиеся столбцы — половина для левого глаза, половина для правого. Если вы находитесь в «зоне просмотра», в которой один глаз видит лишь положенные ему столбцы ваш мозг«отрабатывает» по прежней схеме — складывает «половинки» изображения и экран становится для нас окном в трехмерный мир, вымышленный или реальный. Однако, если выйти за пределы зоны просмотра, вы увидите плоскую картинку в половинном разрешении (то есть при реальном разрешении 1024×768 точек изображение будет размером 512×768 точек).
Массовые модели 3D-мониторов, работающих по описанному принципу, выпускают компании Digital Dimensions, Stereographics, Philips и другие. Отличительной особенностью многих устройств является способность работать и в привычном 2D-режиме при полном разрешении. Несмотря на все прелести ЗD-мониторов, им свойственен один существенный недостаток — стоимость. Согласитесь, $1700 за базовую 15-дюймовую модель (не говоря о 40-дюймовой по цене $12 000) — дорогое удовольствие.
Это лишь начало пути
Рассмотренные технологии получения стереоизображений сегодня, пожалуй, являются наиболее массовыми. И — наиболее совершенными, благодаря развитой основе, коими являются привычные мониторы. Что придет им на смену, трудно сказать. Пока определенно можно говорить о том, что вспомогательные средства (светофильтры, ЖК-затворы и т. д.) будут все менее предпочтительны. Поскольку эти средства являются индивидуальными, проведение трехмерных демонстраций перед большой аудиторией становится накладным мероприятием.
К тому же требования к качеству изображения постоянно растут, и нынешние ухищрения, которыми мы «обманываем» свой мозг, как бы дешевы они ни были, вскоре утратят актуальность. Словом, стерео-3D пока только начинает свое развитие. Но начало уже многообещающее, и самое интересное — впереди.