3D телевидение становится все более доступным, новая технология для некоторых телезрителей представляется волшебным экраном, другими представляется подчас ящиком Пандоры. Что же такое современное 3D ТВ? Теперь вы cможете получить ответы на все интересующие вас вопросы.
1. Что такое 3D ТВ?
3D TВ это общее обозначение дисплейных технологий, которые позволяют при просмотре по 3D телевизору телепрограмм, фильмов, видеоматериалов, а также игр представить их в стерескопическом виде. 3D ТВ добавляет к давно существующей дисплейной технологии иллюзию третьего измерения и глубины пространства. Тогда как изображение на обычных телевизорах (2D) ограничено лишь двумя измерениями, высотой и шириной.
2. Как получают 3D изображение на обычном экране?
3D телевизор, как и кинотеатральный экран, представляя объемную картинку, отображает последовательно в одной сцене по два изображения, одно предназначено для правого глаза зрителя, другое для левого глаза. Два полноразмерных изображения, занимая весь экран, предстают наложенными друг на друга. Если смотришь на них без специальных очков, объекты одного изображения часто дублируют другое или слегка смещаются влево (или вправо) от соотвествующего объекта в другом изображении. А когда телезрители одевают специальные очки, они могут воспринимать эти два изображения, как одно объемное - 3D изображение.Новая 3D система основывается на визуальном стереоскопическом представлении. Глаза взрослого человека располагаются друг от друга примерно в 2,5 дюймах и за счет этого видят объекты на экране под немного различающимися углами. Воспринимаемые с помощью активных очков два изображения на экране 3D телевизора объединяются в человеческом мозге, за счет чего и создается иллюзия объемного изображения.
3. Чем новая 3D технология отличается от прежней?
Многие знакомы с используемой ранее анаглифической 3D технологией, для которой нужны простые очки с разноцветными линзами (красной и голубой) для объединения двух спектрозональных изображений. Видимое в этом случае объемное изображение предстает обесцвеченным и, как правило, в более низком разрешении, чем при новой 3D технологии с попеременным чередованием показываемых кадров и использованием при просмотре активных очков.
Принципиальные усовершенствования новой 3D технологии позволяют видеть на экранах 3D телевизоров полноцветное изображение в высоком разрешении форматов 1080р или 720р.
Для наблюдения 3D изображения требуются очки с управляемыми жидкокристаллическими линзами, которые попеременно и очень быстро блокируют картинку для каждого глаза (120 раз в секунду). В таких LCD очках кроме линз есть схема управления и батарейки питания (обычно хватает на 80 и более часов). Очки синхронизируются с телевизором по инфракрасному или Bluetooth каналу.
Замечание: Любое последующее упоминание термина «3D» относится к новой полноцветной HD версии технологии, а не к старой анаглифической, если прямо не указывается иное толкование.
4. Чем 3D по телевизору отличается от 3D в кинотеатре?
Многие уже смотрели 3D фильмы в таких кинотеатрах как IMAX 3D. Этот вариант технологии отличается от домашнего 3D ТВ, но незначительно. Так, в большинстве кинотеатров используются пассивные поляризационные 3D очки. А основное различие между 3D кинотеатром и 3D телевизором – размер экрана. Дома изображение значительно меньше и занимает меньший угол поля зрения. Среди опрошенных производителей телевизоров только Panasonic рекомендует для наилучшего восприятия смотреть на экран с близкого расстояния, равного 3-х кратному размеру экрана по диагонали, получается несколько более 3 метров при 50 дюймовом экране. Однако, мы предполагаем, что расположение ближе определенно предпочтительнее при любой домашней 3D презентации и тем более игре. Маленькие экраны могут иметь другие присущие 3D проблемы, такие как сравнительно узкий угол обзора.
Основное преимущество домашнего телевизионного 3D над кинотеатральным полный контроль над происходящим. Дома вы можете выбрать удобное место перед экраном, а некоторые 3D совместимые телевизоры позволяют регулировать 3D эффект. Модели Samsung, например, позволяют настраивать «G-ось» или глубину 3D эффекта для более комфортного просмотра и компенсации разницы в расстоянии между глазами.
5. Все ли могут смотреть 3D?
Нет. В соотвествии с данными специалистов по изучению зрения, от 5% до 10% американцев страдают стерео слепотой. Они зачастую имеют хорошее ощущение реальной глубины пространства, но не могут воспринимать виртуальное 3D измерение. Некоторые зрители могут смотреть программы с 3D эффектом, но они и в очках видят картинку как обычную 2D. Другие могут испытывать головные боли, напряжение глаз и прочие проблемы.
6. Я слышал 3D вызывает головные боли. Это правда?
Большая часть смотрящих 3D программы не испытывает неприятных ощущений, после краткого (в несколько секунд) периода ориентации, когда снимают очки и зрение адаптируется к реальной обстановке. Но в некоторых случаях 3D может вызывать нарушение ориентации или головные боли в течение длительного времени. Зрительский комфорт во многом зависит от производителя 3D материала. Обилие 3D эффектов может быть утомительно, а резкое перемещение камеры может дезориентировать, смазать экранные объекты. Создатели детских 3D фильмов должны учитывать, что у детей глаза находятся ближе друг к другу (около 5 см), чем у взрослых.
7. Чтобы смотреть 3D телевизор каждому нужны очки?
Да. Чтобы смотреть телевизор в 3D формате для каждого члена семьи придется купить очки. Для тех, кто смотрит без очков, картинка на экране будет двоиться, искривляться, иметь другие искажения, что сделает просмотр невозможным. Сейчас нет технологии, позволяющей одновременно видеть на экране 2D и 3D картинку.
Те, кто носит обычные очки для коррекции зрения, также могут в полной мере наслаждаться эффектом объемности, для них разработаны 3D очки специальной конструкции, надеваемые поверх обычных. Правда, некоторые могут испытывать при этом определенный дискомфорт.
8. Действительно ли необходим новый телевизор?
Да. Ни один из производителей телевизоров (кроме Mitsubishi, но это особый случай) не заявил о возможности доработки их телевизоров для просмотра 3D фильмов и телепрограмм. Одна из причин заключается в том, что телевизор должен иметь возможность приема широкополосного видеосигнала (с кадровой частотой 120 Гц) для отображения 3D изображения. Старые телевизоры обычно принимают видеосигнал с относительно низкой частотной полосой (кадровая частота 60 Гц и ниже). Это утверждение может показаться странным, ведь многие старые LCD телевизоры имеют частоту обновления экранного изображения 120 Гц и 240 Гц, а плазменные и 600 Гц. Независимо от количества таких герц, старые телевизоры принимают входной сигнал лишь с частотой 60 Гц или меньше. Более высокая частота обновления экранной картинки результат внутреннего умножения исходной кадровой частоты входного сигнала.
Еще одна причина в том, что 3D требует особой обработки видеосигнала и дополнительного оборудования для управления очками посредством инфракрасных или Bluetooth сигналов.
В настоящее время нельзя переделать старый телевизор для работы в 3D режиме, но нельзя исключать появления в будущем подобных решений от сторонних производителей.
Исключение касается примерно 4 миллионов 3D совместимых проекционных телевизоров DLP типа выпущенных в последние годы Mitsubishi и Samsung. А Samsung продавал еще и две серии 3D Ready плазм – PNB450 (2009 год) и PNA450 (2008 год). Все эти телевизоры при наличии специального комплекта (3D kit) могут отображать получаемое от компьютера 3D видео. Mitsubishi недавно представила специальный конвертор (3DC-1000) позволяющий без компьютера отображать на многоих моделях телевизоров Mitsubishi 3D фильмы и 3D телепрограммы в объемном виде. Samsung же заявил, что не планирует производство подобного конвертора. Остается сравнить по качеству изображения старые 3D совместимые телевизоры и новые 3D модели.
9. Мне теперь нужны новые Blu-ray плеер, кабельная приставка, игровая консоль и аудио/видео ресивер?
Что касается Blu-ray плеера, можно сказать да, при одном исключении. Производители плееров не заявили о возможности апгрейда ранее выпущенных моделей для воспроизведения 3D дисков. Так что многим для просмотра фильмов с 3D дисков придется покупать новый 3D Blu-ray плеер. Исключение касается владельцев игровых приставок Sony PS3. Компания заявила, что выполнит два апгрейда программной прошивки PS3. Первая позволит играть в 3D игры, а вторая смотреть фильмы с 3D Blu-ray дисков. Первоначально были сомнения, будут ли возможности консоли соответствовать Full HD разрешению, но компания заявила, что будут, несмотря на тот факт, что PS3 не сертифицирована на соответствие интерфейсу HDMI 1.4 (вопрос 10). Когда мы попросили подтвердить слухи, что консоль будет работать только с телевизорами Sony, последовал ответ, что PS3 будет работать в 3D режиме с любыми 3D совместимыми телевизорами, независимо от марки.
 |
Телекомпания DirecTV заявила, что их 3D система с пониженным разрешением потребует лишь свободной замены прошивки для используемой сейчас HD телеприставки. Как поступят другие телевещательные компании пока не известно. Можно предположить, что некоторые последуют подобному подходу с возможностью перехода на 3D формат путем замены прошивки существующего телеприемника.
Если вы используете ресивер лишь для переключения между HDMI входами источников, и хотите смотреть 3D Blu-ray фильмы, можете, не меняя ресивера, выбрать 3D Blu-ray плеер с двумя HDMI выходами, такой как Panasonic DMP-BDT350 или отказаться от звука в высоком разрешении (Dolby True HD или DTS Master Audio), которое требует HDMI соединения с ресивером. Если же хотите оставить ресивер, как переключатель HDMI источников (даже если он всего один), придется покупать 3D ресивер или подобную систему домашнего театра. Уже многие производители ресиверов представили модели с поддержкой 3D.
10. Могу ли я использовать старые HDMI кабели?
В настоящее время можете. Мы слышали противоречивые сообщения от производителей, но последняя верная информация указывает, что большинство недорогих HDMI кабелей будет прекрасно работать и в новом 3D формате. Стоит лишь учесть, что при длине кабелей более трех футов могут быть проблемы. Мы можем подтвердить, что тестировали новые 3D телевизоры и 3D Blu-ray плееры, и можем рекомендовать использовать временно ваши старые кабели, не тратясь на новые «высокоскоростные» сертифицированные на соответствие HDMI 1.4.
Есть также некоторая путаница в связи с сертификацией в новейшем стандарте HDMI, известном как HDMI 1.4 и HDMI 1.4а, кабелей, телевизоров и прочей видео техники для корректной обработки 3D. Если сказать кратко, HDMI спецификация – грязный бизнес. Согласно компетентных источников, включая Sony, мы говорим «нет». Понятие сертификации на HDMI 1.4 не означает что определенные (широкие) возможности новой спецификации обязательно включены и используются в вашем оборудовании. Наш совет, игнорировать HDMI версию отдельного продукта, а обращать больше внимания на заявляемые производителем действительные возможности продукта, такие как возможность обрабатывать 3D.
Идея 3D-телевидения так же стара, как мир телевидения и кино. Желание получить трёхмерное изображение и создать иллюзию того, что изображение на экране является чем-то большим, чем просто двухмерная картинка, существует с самого момента зарождения кинематографа и телевещания.
К сожалению, 3D-кино и 3D-телевидение всегда оставались на уровне лёгкого увлечения. И проблема всегда состояла в том, что поиск решений для того, чтобы заставить 3D работать, казался совершенно пустой тратой времени. С появлением HD-экранов ситуация начала улучшаться. В данном материале мы посмотрим, как выглядят современные 3D-телевизоры, рассмотрим принципы их работы, а также поможем вам определиться с наиболее подходящим для вас типом таких телевизоров.
Что такое 3D, и как его снимают?
Производство 3D-контента, по большому счёту, происходит именно так, как вы себе можете это представить. Для съёмок фильма в 2D используется одна камера, а для производства 3D-фильма требуется две камеры. Цель состоит в том, чтобы снять два различных и немного раздельных изображения, которые можно будет затем использовать для того, чтобы левый и правый глаз могли получать немного разные картинки происходящего. Такое действие, по сути, повторяет то, как мы видим естественную трёхмерную картину мира.
Для проведения такой «двойной» съёмки многие теле- и кинокомпании используют специальное оборудование, обеспечивающее одновременную работу двух камер. Устройство снабжено системой точного контроля, которая позволяет настраивать и подстраивать камеры для слаженной работы. Данный процесс сам по себе довольно сложен, кроме того, он требует, чтобы камеры и, в первую очередь, их оптическая составляющая, были практически идентичными – именно это и позволит получить наилучший результат. На рынке также имеется несколько видеокамер, снабжённых двухлинзовой системой съёмки. В частности, такие камеры – как для профессиональной, так и для любительской съёмки – поставляют компании Panasonic и Sony.
Разумеется, есть и другие способы съёмки 3D-видео. К примеру, изображение можно сделать трёхмерным в процессе пост-продакшна, особенно, когда речь идёт о фильмах с большим количеством компьютерных эффектов и графики. Поскольку большое количество фильмов снимается с использованием технологии «зелёный экран», сегодня есть много возможностей создавать то, что принято называть «искусственный 3D».
Во всех случаях готовый 3D-фильм состоит из двух отдельных рядов кадров: один ряд – для левого глаза, второй – для правого. А то, каким образом вы можете смотреть данное видео, определяется типами вещательной системы и системы просмотра, на которые мы и предлагаем обратить более пристальное внимание.
Активная 3D-технология
Активная 3D-технология – это система, которая работает на плазменных и жидкокристаллических экранах и требует наличия специальных активных 3D-очков для просмотра трёхмерного изображения. Сегодня эти очки достаточно лёгкие и удобные в использовании, хотя некоторые производители ещё не совсем довели их дизайн и функциональность до совершенства. Частенько данные очки снабжены аккумуляторным блоком, который заряжается при помощи подключаемого через USB зарядного устройства.
В основе данных очков лежит использование специальных линз с жидкокристаллическим верхним слоем. При прохождении через этот слой электрического напряжения линза практически полностью теряет прозрачность, при отсутствии напряжения прозрачность восстанавливается. Тем не менее некоторые световые потери наблюдаются при смотрении через линзу и в момент отсутствия напряжения в жидкокристаллическом слое, что делает видимое через очки изображение на экране телевизора немного темноватым по сравнению с оригиналом.
Для формирования 3D-кар-тинки телевизор последовательно отображает кадры для левого и для правого глаз. При этом очки затемняют линзу для «ненужного» в данный момент глаза. Частота таких затемнений для каждого раза составляет 24, 25 или даже 30 раз в секунду, поэтому вы практически этого не замечаете. Впрочем, отдельные люди жалуются на некоторое ощущение моргания картинки – именно с этим и связано возникновение головных болей у небольшого количества зрителей, использующих 3D-очки.
Большим преимуществом активной системы является то, что она даёт истинное 1080p 3D изображение. Это значит, что, по крайней мере, в плане качества картинки данная система значительно превосходит пассивную 3D-технологию. Однако многое зависит от конкретной ситуации, и есть много причин для того, чтобы полюбить пассивную 3D-систему.
Пассивная 3D-технология
Наибольшим преимуществом пассивной 3D-технологии является то, что очки, необходимые для просмотра изображения в данной системе, являются безумно дешёвыми по сравнению со стоимостью очков с активным затвором.
Впрочем, при домашнем использовании пассивная 3D-система имеет один большой недостаток: разрешение изображения составляет половину от разрешения картинки в активной 3D-технологии. Причина этого состоит в том, что картинки для обоих глаз должны появляться на экране одновременно. На поверхности жидкокристаллического экрана (плазменных панелей для пассивного 3D не существует) размещён специальный фильтр, который по-разному поляризует каждую из строк, формирующих изображение. Таким образом, телевизор одновременно отображает две картинки (для правого и левого глаза), составляющие 3D-изображение: к одной из них относятся чётные строки, к другой – нечётные. Данный процесс называется «чересстрочная развёртка».
Каждая из двух линз, составляющих пассивные 3D-очки, поляризована таким образом, чтобы соответствовать поляризации того или иного набора строк на экране. Таким образом, каждый глаз видит лишь то, что предназначено конкретно для него. Минусом данной технологии является то, что чересстрочная развёртка снижает разрешение картинки: в пассивной 3D-технологии каждый глаз видит картинку с разрешением 1920 x 540 пикселей.
Таким образом, вы получаете полное разрешение по горизонтали, однако лишь половину – по вертикали. Впрочем, на практике это не составляет такой уж большой проблемы. Большинство зрителей считает, что пассивная 3D-технология намного удобнее для длительного использования, и если вокруг вас есть много любителей смотреть фильмы и спортивные трансляции, данная система является наиболее практичной и доступной.
Как 3D-видео передаётся в телевизионных сетях?
Телевизионные вещатели весьма ограничены в плане имеющейся у них ёмкости, поэтому передача полноценного 3D-сигнала, состоящего из двух отдельных потоков, в общем-то, нереальна. Для того чтобы обойти данную проблему, вещатели используют метод, названный «бок о бок». Данный метод заключается в том, чтобы взять пару из кадров, предназначенных для правого и левого глаза, и разместить их на экране бок о бок таким образом, чтоб вместе они заняли ровно столько же места, сколько на экране телевизора занимает стандартное HD-изображение. Если телезритель смотрит такую трансляцию на экране обычного 2D-телевизора, то он видит две практически идентичные картинки, сдавленные с боков так, что всё на них кажется высоким и тонким. В то же время 3D-телевизор разделяет этот «сдвоенный» кадр на две половинки и отображает их согласно принципам, свойственным использованной в нём системы 3D.
В результате мы получаем 3D-изображение, которое технически имеет HD-качество, однако это качество значительно ниже качества Full HD 3D фильма, воспроизводимого с Blu-ray диска. Тем не менее получаемые результаты весьма хороши, и качество 3D-картинки можно считать приемлемым.
Как работает 3D на Blu-ray дисках?
Гораздо в лучшем положении оказывается 3D-видео, будучи записанным на Blu-ray диск. В этом случае вы можете получить картинку в качестве Full HD 3D с разрешением 1080p, но только в случае использования правильного оборудования: пассивные 3D-системы не могут отображать 3D-видео в формате Full HD, на это способны лишь активные системы.
С ростом популярности 3D была разработана новая система видеокомпрессии, которая позволяет значительно экономить объёмы используемой памяти. В итоге на стандартном диске можно разместить большее количество кадров, что крайне необходимо для 3D. Это, в свою очередь, означает, что на таком диске можно сохранять в формате Full HD оба ряда кадров – для правого и левого глаза, без того сжатия, которое мы видим при трансляции сигнала 3D-телевидения. Запись 3D-видео, даже с использованием новой системы компрессии, всё равно требует значительного пространства на диске, что в итоге приводит к отсутствию на диске места для записи дополнительных материалов. Однако это не является такой уж большой проблемой, поскольку в коробку всегда можно положить второй, дополнительный диск, записанный в HD-формате. Видео, состоящее из двух рядов кадров (для правого и левого глаза), отображается на экране вашего телевизора согласно системе, в которой он работает.
3D-кинотеатры против домашних 3D-систем
Существует несколько конкурирующих между собой 3D-форматов, используемых в кинотеатрах. Каждый из кинотеатров волен выбирать систему на собственное усмотрение. Большинство кинотеатров сегодня использует пассивные 3D-системы, и это означает, что им не приходится тратить деньги на дорогие очки с активным затвором для каждого зрительского места. В то же время первые кинотеатры IMAX 3D использовали активные 3D-очки, таким образом, эта система далеко не чужда кинотеатрам.
Для Dolby-кинотеатров существует система, которая является пассивной по своему характеру, однако требует использования более дорогих очков. Преимущество в использовании данной Dolby-системы состоит в том, что для её использования кинотеатру не приходится проводить замену экрана. Вместо этого используются очки со светофильтрами, «заточенными» под определённую длину световой волны, а также вращающийся фильтр, установленный перед проектором, позволяющие направлять картинки в нужный глаз.
Однако, по большому счёту, доминирующим 3D-форматом для кинотеатров является система RealD, которая использует поляризующие фильтры и недорогие очки. Кадры, предназначенные для левого и правого глаза, проецируются на экран через специальный поляризатор, установленный перед объективом кинопроектора. Система RealD предусматривает отдельную передачу кадров для правого и левого глаза – они передаются друг за дружкой с частотой 144 раза в секунду, а очки с поляризованными линзами перед глазами зрителей приводят к тому, что каждый глаз получает в итоге предназначенное лишь ему изображение.
Компания Sony предлагает облегчённый вариант данной системы, в котором используется 4К-проектор для одновременной передачи изображений для левого и правого глаза, при этом для каждого из глаз предназначается картинка с разрешением 2К.
3D-технология, не требующая специальных очков
У производителей телевизоров во всём мире есть одна общая цель: создать такую систему, которая бы не требовала использования очков при просмотре 3D-видео, но при этом создавала бы зрителю полный эффект трёхмерности. Технически это уже возможно, и телевизоры, использующие такие системы, уже в течение нескольких лет демонстрируются в рамках CES и других телевизионных выставок.
Наибольшей проблемой 3D-систем, не требующих использования очков для просмотра видео, является проблема качества. Безусловно, эти системы способны давать 3D-изображение, однако это далеко не то качество картинки, которое вам хотелось бы видеть. Кроме того, для полного погружения в просмотр такого видео вам придётся смотреть на экран под определённым углом, и эксперты, исследующие качество работы таких систем, после проведения испытаний жаловались на лёгкую косоглазость.
Впрочем, в компании Dolby убеждены, что полноценные 4K/3D-телевизоры, не требующие для просмотра очков, должны начать появляться на рынке в 2015 году. Технология Dolby, разработанная в сотрудничестве с Philips, основана на применении дисплеев с повышенным разрешением, используемым для отображения видео в формате 1080p/3D. Для проведения демонстрации технологии на выставке CES 2014 использовался 8K-телевизор производства Sharp. В компании Dolby утверждают, что в новой технологии сведены до минимума все проблемы прежних систем «3D без очков», включая необходимость сидеть перед экраном в определённой точке.
3D-системы на основе шлемов-масок
Одной из сфер, в которой 3D-видео имеет огромный потенциал, является использование 3D-дисплеев, которые можно носить на лице подобно очкам или шлему. В качестве примеров можно назвать такие устройства, как Oculus Rift и Project Morpheus, которые являются 3D-совместимыми масками-шлемами и могут быть использованы в качестве устройств виртуальной реальности.
Помимо заложенного в эти устройства игрового потенциала, в силу наличия в них отдельных экранов для каждого из глаз, можно предположить их использование в качестве устройств, дающих впечатляющий 3D-эффект. Возможно, поначалу зрителям будет немного некомфортно носить на лице такую маску, и потребуется некоторое время для привыкания к ней, однако данные устройства несут в себе невероятный потенциал для реалистичного 3D-видео.
Есть ли будущее у 3D-телевидения?
Сегодня дополнить телевизор 3D-функцией относительно недорого. Для активных 3D-систем стоимость такого усовершенствования не превышает стоимости активных очков. Это значит, что практически все выпускаемые сегодня телевизоры имеют встроенную опцию 3D. Впрочем, это не отменяет использование маркировки «3D» для повышения продаж.
Поскольку Голливуд продолжает снимать фильмы в 3D, этот формат, несомненно, имеет своё место в домах зрителей. Запрос на новые блокбастеры, снятые и записанные в 3D, существует, хоть он и не так велик, как того хотелось бы Голливуду.
Возможно, в один прекрасный день на смену 3D придёт что-то гораздо лучшее – например, голографическое кино. Однако, судя по всему, этот день настанет ещё не скоро.
3D-технологии – общее название для разных видов объемного изображения. В переводе с английского сочетание ”3 dimensional” означает буквально «трехмерный». К 3D относят трехмерное изображение, трехмерную графику, а также совокупность аппаратных и программных инструментов и методов, дающих возможность создавать объемные объекты.
Основное применение такие технологии нашли в создании изображений на экране или плоском листе. 3D-технологии используются в телевидении, кинематографе, архитектуре, в компьютерных играх. Последним достижением в сфере трехмерных технологий стало изобретение объемной печати.
На специальных 3D-принтерах уже сегодня можно печатать простые физические объекты, имеющие длину, ширину и высоту.
Говоря о формате 3D, чаще всего подразумевают кинематограф. Такая система позволяет сконструировать иллюзию объемного изображения, выводимого на большой экран. Использование трехмерных технологий в кино базируется на бинокулярном зрении, характерном для человека. Все мельчайшие детали, которые пассивно улавливает зрительный анализатор, сетчатка глаза обрабатывает по отдельности. И только потом мозг соединяет отдельные элементы в целостный трехмерный образ.
Особенности технологий 3D
3D-графика предполагает взаимодействие с воображаемым пространством, имеющим три измерения. Но отображается этот объемный мир на плоской поверхности, имеющей всего два измерения. В ряде случаев изображенные на плоскости объект или воспринимаются как объемные без всяких дополнительных приспособлений.
Нередко для восприятия трехмерной реальности применяют виртуальные шлемы или специальные очки со стереоскопическим эффектом.
Объемное изображение в двухмерном пространстве включает в себя конструирование проекции трехмерной модели на плоский лист или экран. Здесь чаще всего не обойтись без использования специальных компьютерных программ. Представляемый в трехмерном виде объект при этом обычно является точной копией предмета из материального мира. Но он может быть и каким-либо абстрактным образом, выполненным, к примеру, из геометрических фигур.
Создание 3D-объекта начинается с построения модели при помощи математических методов обработки данных. Затем следует визуализация математической модели, после чего она принимает вид проекции, в которой отражается выбранная для моделирования или физический объект. Результат визуализации при помощи технических средств выводят на оконечное устройство, например, на экран телевизора или дисплей персонального компьютера.
Вы, наверное, читаете эту статью на экране монитора компьютера или мобильного устройства - дисплей, который имеет реальные размеры, высоту и ширину. Но когда вы смотрите, например, мультфильм История Игрушек или играете в игру Tomb Raider, вы лицезреете трёхмерный мир. Одной из самых удивительных вещей трехмерного мира является то, что мир, который вы видите, может быть миром, в котором мы живем, миром, в котором мы будем жить завтра, или миром, который живет только в умах создателей фильма или игры. И все эти миры могут появиться только на одном экране - это как минимум интересно.
Как компьютер делает так, что обманывает наши глаза и мы думаем, что смотря на плоский экран видим глубину представленной картины? Как разработчики игр делают так, что мы видим реальных персонажей, передвигающихся в реальном ландшафте? Сегодня я расскажу вам о визуальных трюках, используемых графическими дизайнерами, и о том, как всё это разрабатывается и кажется нам настолько простым. На самом деле всё не просто, и чтобы узнать, что из себя представляет 3D-графика, ступайте под кат - там вас ждёт увлекательная история, в которую, я уверен, вы погрузитесь с небывалым удовольствием.
Что делает изображение трехмерным?
Изображение, которое имеет или кажется, что имеет высоту, ширину и глубину является трехмерным (3D). Картинка, которая имеет высоту и ширину, но не глубину является двумерной (2D). Напомните-ка мне, где вы встречаете двумерные изображения? - Практически везде. Вспомните даже обычный символ на двери туалета, обозначающий кабинку для того или иного пола. Символы спроектированы таким образом, что вы можете распознать их и узнать с первого взгляда. Вот почему они используют только самые основные формы. Более детальная информация о каком-либо символе может рассказать вам, какую одежду носит этот маленький человечек, весящий на двери, или цвет волос, например, символики двери женского туалета. Это одно из основных отличий между тем, как используется трехмерная и двумерная графики: 2D-графика проста и запоминаема, а 3D-графика использует больше деталей и вмещает в казалось бы обычный объект значительно больше информации.
Например, треугольники имеют три линии и три угла - всё, что нужно, чтобы рассказать из чего состоит треугольник и вообще что представляет собой. Однако посмотрите на треугольник с другой стороны - пирамида - является трехмерной структурой с четырьмя треугольными сторонами. Обратите внимание, что в этом случае имеется уже шесть линий и четыре угла - из этого и состоит пирамида. Видите, как обычный объект может превратится в трехмерный и вместить в себя гораздо больше информации, необходимой, чтобы рассказать историю треугольника или пирамиды.
На протяжении сотен лет художники использовали некоторые визуальные трюки, которые могут сделать плоское 2D-изображение настоящим окном в реальный трехмерный мир. Вы можете увидеть подобный эффект на обычной фотографии, которые вы можете сканировать и просмотреть на мониторе компьютера: объекты на фотографии кажутся меньше, когда они дальше; объекты же, близкие к объективу камеры, находятся в фокусе, значит, соответственно, всё, что за объектами в фокусе - размыто. Цвета, как правило, менее яркие, если объект не так близок. Когда мы говорим о 3D-графике на компьютерах сегодня - мы говорим об изображениях, которые движутся.
Что такое 3D-графика?
Для многих из нас игры на персональном компьютере, мобильном устройстве или вообще продвинутая игровая система - самый яркий пример и распространенный способ, благодаря которому мы можем созерцать трехмерную графику. Все эти игры, крутые фильмы, созданные при помощи компьютера, должны пройти три основных шага по созданию и представлению реалистичных трехмерных сцен:
- Создание виртуального 3D-мира
- Определение того, какая часть мира будет показана на экране
- Определение того, как пиксель на экране будет выглядеть, чтобы полное изображение казалось максимально реалистичным
Виртуальный 3D-мир - это, понятное дело, не то же самое, что и реальный мир. Создание виртуального 3D-мира - комплексная работа по компьютерной визуализации мира, схожего с реальным, для создания которого используется большое количество инструментов и который подразумевает крайне высокую детализацию. Возьмите, к примеру, очень маленькую часть реального мира - свою руку и рабочий стол под ней. Ваша рука обладает особенными качествами, которые определяют, как она может двигаться и выглядеть внешне. Суставы пальцев сгибаются только в сторону ладони, а не противоположно от неё. Если вы ударите по столу, то с ним никаких действий не произойдёт - стол тверд. Соответственно, ваша рука не может пройти через ваш рабочий стол. Вы можете доказать, что это утверждение истинно, смотря на что-то естественное, а в виртуальном трехмерном мире дела обстоят совсем по-другому - в виртуальном мире нет природы, нет таких естественных вещей, как ваша рука, например. Предметы в виртуальном мире полностью синтетические - это единственные свойства, данные им с помощью программного обеспечения. Программисты используют специальные инструменты и разрабатывают виртуальные 3D-миры с особой тщательностью, чтобы всё в них всегда вело себя определённым образом.
Какая часть виртуального мира показывается на экране?
В любой момент экран показывает только крошечную часть виртуального трехмерного мира, созданного для компьютерной игры. То, что показывается на экране - определенные комбинации способов, которыми определяется мир, где вы принимаете решение куда пойти и что посмотреть. Независимо от того, куда вы идёте - вперёд или назад, вверх или вниз, влево или вправо - виртуальный трехмерный мир вокруг вас определяет то, что вы видите, находясь на определенной позиции. То, что вы видите, имеет смысл от одной сцены к другой. Если вы смотрите на объект с того же расстояния, вне зависимости от направления, он должен выглядеть высоко. Каждый объект должен выглядеть и двигаться таким образом, чтобы вы верили в то, что он имеет ту же массу, что и реальный объект, что он такой же твёрдый или мягкий, как и реальный объект, и так далее.
Программисты, которые пишут компьютерные игры, прикладывают огромные усилия к разработке виртуальных 3D-миров и делают их так, чтобы вы могли блуждать в них, не сталкиваясь ни с чем, что заставляло бы вас думать «Это не могло произойти в этом мире!». Последней вещью, которую вы хотите видеть - два твёрдых объекта, которые могут пройти прямо друг через друга. Это - резкое напоминание о том, что всё, что вы видите, является притворством. Третий шаг включает в себя ещё как минимум столько же вычислений, сколько и другие два шага и должны происходить так же в реальном времени.
Слева компьютерная графика, справа - актер мокапа
Освещение и перспектива
Когда вы входите в комнату, вы включаете свет. Вы, наверное, не тратите много времени на раздумья, как же это на самом деле работает и как свет исходит от лампы, распространяясь по комнате. Но люди, работающие с трехмерной графикой, должны думать об этом, потому что все поверхности, окружающие каркасы и прочие подобные вещи должны быть освещены. Один из методов - трассировка лучей - предполагает участки пути, которые берут лучи света, покидая лампочку, отскакивая от зеркал, стен и других отражающих поверхностей и, наконец, приземляются на предметы с различной интенсивностью от различных углов. Это сложно, ведь от одной лампочки может быть один луч, но в большинстве помещений используется несколько источников света - несколько светильников, потолочные светильники (люстры), торшеры, окна, свечи и так далее.
Освещение играет ключевую роль в двух эффектах, которые придают внешний вид, вес и внешнюю прочность объектов: затемнение и тени. Первый эффект, затемнение, представляет собой место, где с одной стороны на объект падает больше света, чем с другой. Затемнение придает объекту множество натурализма. Эта штриховка - то, что делает сгибы в одеяле глубокими и мягкими, а высокие скулы кажутся поразительными. Эти различия в интенсивности света укрепляют общую иллюзию, что у объекта есть глубина, а также высота и ширина. Иллюзия массы происходит от второго эффекта - тени.
Твердые тела отбрасывают тени, когда свет падает на них. Вы можете увидеть это, когда вы наблюдаете тень, которую солнечные часы или дерево бросают на тротуар. Поэтому мы привыкли видеть реальные предметы и людей отбрасывающих тени. В трехмерном изображении тень, опять же, укрепляет иллюзию, создавая эффект присутствия в реальном мире, а не в экране математически произведенных форм.
Перспектива
Перспектива - одно слово, способное значить многое, но фактически описывающее простой эффект, который видели все. Если вы стоите на стороне длинной, прямой дороги и смотрите вдаль, кажется, как будто обе стороны дороги сходятся в одной точке на горизонте. Кроме того, если деревья стоят рядом с дорогой, деревья дальше будут выглядеть меньше, чем деревья близкие к вам. На самом деле будет похоже, что деревья сходятся в определённой точке горизонта, сформированной около дороги, но это не так. Когда все объекты на сцене будут выглядеть в конечном итоге сходящимися в одной точке на расстоянии - это перспектива. Есть множество вариаций этого эффекта, но большинство трехмерной графики использует единую точку зрения, которая только что была описана мною.
Глубина резкости
Другим оптическим эффектом, успешно использующимся для создания графических трехмерных объектов, является глубина резкости. Используя мой пример с деревьями, помимо вышеописанного происходит ещё одна интересная вещь. Если вы посмотрите на деревья, находящиеся близко по отношению к вам, деревья, расположенные дальше, как представляется, будут не в фокусе. Кинорежиссеры и компьютерные аниматоры используют данный эффект, глубину резкости, для двух целей. Первая заключается в укреплении иллюзии глубины в рассматриваемой пользователем сцене. Вторая цель - использование режиссерами глубины резкости сосредотачивает свое внимание на предметах или актерах, которые считаются наиболее важными. Чтобы обратить ваше внимание не героиню фильма, например, может использоваться «малая глубина резкости», где только актер находится в фокусе. Сцена, которая разработана таким образом, чтобы произвести на вас полное впечатление, наоборот будет использовать «глубокую глубину резкости», чтобы как можно больше объектов было в фокусе и таким образом заметно зрителю.
Сглаживание
Ещё один эффект, который также полагается на обман глаз - сглаживание. Цифровые графические системы очень хорошо подходят для создания четких линий. Но бывает и такое, что оказывают верх диагональные линии (они же довольно часто появляются в реальном мире, и тогда компьютер воспроизводит линии, которые больше напоминают лесенки (я думаю, что вы знаете, что такое лесенка при детальном рассмотрении объекта изображения)). Таким образом, чтобы обмануть свой глаз при виде гладкой кривой или линии, компьютер может добавить определённые оттенки цвета в строки пикселей, окружающих линию. Этим «серым цветом» пикселей компьютер как раз-таки и обманывает ваши глаза, а вы, тем временем, думаете, что зубчатых ступенек больше нет. Этот процесс добавления дополнительных цветных пикселей для обмана глаз называется сглаживанием, и он является одним из методов, которые создаются вручную компьютерной трехмерной графикой. Другой сложной задачей для компьютера является создание трехмерной анимации, пример которой будет представлен вам в следующем разделе.
Реальные примеры
Когда все трюки, описанные мною выше, используются вместе для создания потрясающе реальной сцены - итог соответствует трудам. Последние игры, фильмы, машинно-генерируемые объекты сочетаются с фотографическими фонами - это усиливает иллюзию. Вы можете увидеть удивительные результаты, когда вы сравните фотографии и компьютерную сцену.
На фотографии выше представлен обычный офис, для входа в который используется тротуар. В одной из следующих фотографий на тротуар был положен простой однотонный мяч, после чего эту сцену сфотографировали. Третья фотография представляет из себя уже использование компьютерной графической программы, которая и создала на самом деле несуществующий на этой фотографии мяч. Можете ли вы сказать, что есть какие-то существенные различия между двумя этими фотографиями? Думаю, что нет.
Создание анимации и видимости «живого действия»
До сих пор мы рассматривали инструменты, которые заставляют любое цифровое изображение казаться более реалистичным - является ли изображение стиллом или частью анимационной последовательности. Если это анимационная последовательность, то программисты и дизайнеры будут использовать ещё больше различных визуальных уловок, чтобы создать видимость «живого действия», а не изображений, созданных компьютером.Сколько кадров в секунду?
Когда вы идете на шикарный блокбастер в местное кино, последовательность изображений, называемых кадрами работает в количестве 24 кадра в секунду. Так как наша сетчатка сохраняет изображение немного дольше, чем 1/24 секунды, глаза большинства людей будут смешивать кадры в один непрерывный образ движения и действия.
Если вы не понимаете, о чём я только что написал, то посмотрим на это с другой стороны: это означает, что каждый кадр кинофильма - фотография, сделанная на выдержке (экспозиции) 1/24 секунды. Таким образом, если вы посмотрите на один из многочисленных кадров фильма о гонках, вы увидите, что некоторые гоночные автомобили «размываются», потому что они проехали с большой скоростью в то время, пока у камеры открыт затвор. Данная размытость вещей, создающаяся за счёт быстрого движения - то, что мы привыкли видеть, и это часть того, что делает изображение реальным для нас, когда мы смотрим на него на экране.
Однако, цифровые трехмерные изображения - это ведь не фотографии как ни крути, поэтому никакого эффекта размывания не происходит, когда объект перемещается в кадре во время съёмки. Чтобы сделать изображения более реалистичными, размывание должно быть явно добавлено программистами. Некоторые дизайнеры считают, что для «преодоления» этого отсутствия естественного размытия требуется более 30 кадров в секунду, посему и подтолкнули игры выйти на новый уровень - 60 кадров в секунду. Хотя это и позволяет каждому отдельному изображению выглядеть в мельчайших подробностях и отображать движущиеся объекты в меньших приращениях, оно существенно увеличивает количество кадров для данной анимационной последовательности действий. Есть и другие определенные куски изображений, где точный рендеринг на компьютере должен быть принесен в жертву ради реализма. Это относится как к подвижным, так и неподвижным объектам, но это уже совсем другая история.
Подойдем к концу
Компьютерная графика продолжает удивлять весь мир, создавая и генерируя самые разнообразные действительно реалистично движущиеся и недвижущиеся объекты и сцены. С 80 колонок и 25 линий монохромного текста графика значительно продвинулась, и результат очевиден - миллионы людей играют в игры и проводят самые различные симуляции с сегодняшней технологией. Новые 3D-процессоры также дадут о себе знать - благодаря им мы сможем в буквальном смысле исследовать другие миры и испытывать то, чего мы никогда не осмеливались попробовать в реальной жизни. Напоследок вернемся к примеру с мячом: как создавалась эта сцена? Ответ прост: изображение имеет сгенерированный компьютером мяч. Нелегко сказать, который из двух является подлинным, не так ли? Наш мир удивителен и мы должны соответствовать ему. Надеюсь, вам было интересно и вы узнали для себя очередную порцию интересной информации.
3D – это сокращение от слова "трёхмерный" (three-dimensional). Объекты в реальном мире имеют три измерения; например, мы можем измерить длину, ширину и высоту объекта. Если мы посмотрим на объекты в реальном мире, то легко сможем оценить их ширину и высоту (двухмерный вид объекта), но мы также можем воспринимать глубину объекта и расстояние до него.
Мы смотрим на мир двумя глазами. Поскольку глаза находятся не в одном месте, а немного разнесены друг от друга, каждый из них получает немного отличающуюся перспективу на объект. Обычно две картинки совмещаются мозгом в одну, но если вы закроете один глаз, то получите как раз ту картинку, которую воспринимает другой глаз. Обратите внимание, насколько различаются перспективы близко расположенных объектов для каждого глаза.
Кинотехногия 3D - технология формирования псевдообъемного изображения для усиления эффекта присутствия на месте событий, разворачивающихся на экране. Для съемки используется специальная 3D-видеокамера с двумя объективами, расположенными друг относительно друга на расстоянии человеческих глаз или чуть шире. Соответственно, когда такая камера фиксирует реальность, каждый ее объектив смотрит на мир под своим углом. После монтажа и обработки «двуглазый» сигнал готов к воспроизведению.
Но экран-то у нас один! И вот тут в дело вступают 3D-очки. Стереоскопическое 3D-видео содержит синхронизированные по времени два канала видео (по одному для каждого глаза). Чтобы смотреть 3D-видео, требуется технология отображения и 3D-очки, которые будут гарантировать, что левый глаз будет получать видео для левого глаза, а правый - для правого.
3D-очки: одна линза у которых синяя, а вторая - красная. Эти очки обеспечивают анаглифический способ просмотра 3D-картинки. Анаглифические изображения создаются с помощью цветовых фильтров, которые удаляют часть видимого спектра из картинки, предназначенной для каждого глаза. При просмотре такой картинки через цветовые фильтры в 3D-очках, каждый глаз получает только ту часть цветового спектра, которая не отфильтровывается линзой. А человеческий мозг «сводит» все вместе в трехмерное изображение.
Поскольку в кино происходит постоянное движение - «сдвоенные» картинки движутся, и создается эффект трехмерного передвижения объектов в пространстве.
И мы видим, как рука героя протягивается прямо к нам, приближается и уже можно разглядеть каждую морщинку на коже... Это незабываемые впечатления, и ощутить их можно только в 3D-кино. Приходите в 3D клуб «Прометей» и зарядитесь эмоциями!
Loading...