Автостереоскопия - Autostereoscopy

Автостереоскопия
New Nintendo 3DS.png
Нинтендо 3DS использует параллакс барьер autostereoscopy для отображения 3D - изображения.
Тип процесса Способ отображения стереоскопических изображений
Промышленный сектор (ы) 3D-изображения
Основные технологии или подпроцессы Технология отображения
Изобретатель Рейнхард Бурнер
Год изобретения 1985 г.
Разработчики) Институт Генриха Герца

Автостереоскопия - это любой метод отображения стереоскопических изображений (добавление бинокулярного восприятия глубины 3D) без использования специальных головных уборов, очков, чего-либо, влияющего на зрение, или чего-либо для глаз со стороны зрителя. Поскольку головной убор не требуется, его также называют « 3D без очков » или « 3D без очков ». В настоящее время существует два широких подхода, используемых для учета параллакса движения и более широких углов обзора: отслеживание взгляда и несколько видов, чтобы дисплею не нужно было определять, где расположены глаза зрителя. Примеры технологии автостереоскопических дисплеев включают линзовидные линзы , параллакс-барьер , объемный дисплей , голографические дисплеи и дисплеи светового поля .

Технология

Многие организации разработали автостереоскопические 3D-дисплеи , начиная от экспериментальных дисплеев на университетских факультетах и ​​заканчивая коммерческими продуктами, и с использованием ряда различных технологий. Метод создания автостереоскопических плоскопанельных видеодисплеев с использованием линз в основном был разработан в 1985 году Райнхардом Бёрнером в Институте Генриха Герца (HHI) в Берлине. Прототипы дисплеев с одним зрителем уже были представлены в 1990-х годах Sega AM3 (система плавающих изображений) и HHI. В настоящее время эта технология получила дальнейшее развитие в основном европейскими и японскими компаниями. Одним из самых известных 3D-дисплеев, разработанных HHI, был Free2C, дисплей с очень высоким разрешением и очень хорошим комфортом, достигнутый за счет системы отслеживания взгляда и плавной механической регулировки линз. Слежение за глазами использовалось во множестве систем, чтобы ограничить количество отображаемых изображений до двух или увеличить стереоскопическую зону наилучшего восприятия. Однако, поскольку это ограничивает отображение только одного зрителя, это не подходит для потребительских товаров.

В настоящее время в большинстве плоскопанельных дисплеев используются линзообразные линзы или барьеры параллакса, которые перенаправляют изображения в несколько областей просмотра; однако эта манипуляция требует уменьшения разрешения изображения. Когда голова зрителя находится в определенном положении, каждый глаз видит разное изображение, создавая убедительную трехмерную иллюзию. Такие дисплеи могут иметь несколько зон просмотра, тем самым позволяя нескольким пользователям просматривать изображение одновременно, хотя они также могут иметь мертвые зоны, где можно увидеть только нестереоскопическое или псевдоскопическое изображение, если оно вообще возможно.

Параллакс барьер

Сравнение параллакс-барьерных и лентикулярных автостереоскопических дисплеев. Примечание: фигура не в масштабе.
Основная статья: Параллаксный барьер

Параллаксный барьер - это устройство, размещаемое перед источником изображения, например жидкокристаллическим дисплеем, чтобы позволить ему показывать стереоскопическое изображение или мультископическое изображение без необходимости для зрителя носить 3D-очки. Принцип параллаксного барьера был независимо изобретен Огюстом Бертье, который первым опубликовал, но не дал практических результатов, и Фредериком Э. Айвсом , который создал и продемонстрировал первое известное функциональное автостереоскопическое изображение в 1901 году. Примерно два года спустя Айвз начал продавать Образцы изображений как новинки, первое известное коммерческое использование.

В начале 2000-х компания Sharp разработала электронное плоское приложение этой старой технологии для коммерциализации, на короткое время продав два ноутбука с единственными в мире 3D ЖК-экранами. Эти дисплеи больше не поставляются Sharp, но все еще производятся и дорабатываются другими компаниями. Аналогичным образом Hitachi выпустила первый 3D-мобильный телефон для японского рынка, распространяемый KDDI. В 2009 году Fujifilm выпустила цифровую камеру FinePix Real 3D W1 со встроенным автостереоскопическим ЖК-дисплеем с диагональю 2,8 дюйма (71 мм). Семейство игровых консолей Nintendo 3DS использует барьер параллакса для трехмерных изображений; в новой версии New Nintendo 3DS это совмещено с системой отслеживания взгляда.

Интегральная фотография и линзовидные массивы

Основные статьи: Интегральная визуализация и линзовидные линзы

Принцип интегральной фотографии, который использует двумерный (X – Y) массив из множества маленьких линз для захвата трехмерной сцены, был введен Габриэлем Липпманном в 1908 году. Интегральная фотография способна создавать автостереоскопические дисплеи в виде окон, которые воспроизводить объекты и сцены в натуральную величину, с полным параллаксом и сдвигом перспективы и даже с глубиной аккомодации , но для полной реализации этого потенциала требуется очень большое количество очень маленьких высококачественных оптических систем и очень широкая полоса пропускания. Пока что созданы только относительно грубые фото- и видео-реализации.

Одномерные массивы цилиндрических линз были запатентованы Вальтером Хессом в 1912 году. Заменив пары линии и пространства в простом параллаксном барьере крошечными цилиндрическими линзами, Гесс избежал потерь света, которые затемняли изображения, просматриваемые в проходящем свете, и позволяли печатать на бумаге недопустимо темно. Дополнительным преимуществом является то, что положение наблюдателя менее ограничено, поскольку замена линз геометрически эквивалентна сужению пространств в барьере из линий и пространств.

Philips решила серьезную проблему с электронными дисплеями в середине 1990-х, наклонив цилиндрические линзы по отношению к лежащей в основе пиксельной сетке. Основываясь на этой идее, Philips производила свою линейку WOWvx до 2009 года с разрешением до 2160p (разрешение 3840 × 2160 пикселей) с 46 углами обзора. Компания Ленни Липтона , StereoGraphics, производила дисплеи, основанные на той же идее, ссылаясь на гораздо более ранний патент на наклонные линзы. Также были задействованы Magnetic3d и Zero Creative.

Компрессионные дисплеи светового поля

Благодаря быстрому развитию оптических технологий, мощности цифровой обработки и вычислительных моделей человеческого восприятия появляется новое поколение технологии отображения: дисплеи со сжатым световым полем . Эти архитектуры исследуют совместное проектирование оптических элементов и сжатые вычисления, принимая во внимание определенные характеристики зрительной системы человека. Конструкции с компрессионным дисплеем включают в себя двух- и многослойные устройства, которые управляются такими алгоритмами, как компьютерная томография и факторизация неотрицательной матрицы и факторизация неотрицательного тензора .

Автостереоскопическое создание и преобразование контента

Инструменты для мгновенного преобразования существующих 3D-фильмов в автостереоскопические продемонстрировали Dolby, Stereolabs и Viva3D.

Другой

В 2002 году Dimension Technologies выпустила ряд коммерчески доступных ЖК-дисплеев с переключением 2D / 3D, в которых используется комбинация барьеров параллакса и линзообразных линз. SeeReal Technologies разработала голографический дисплей на основе отслеживания взгляда. CubicVue представила автостереоскопический дисплей с цветным фильтром на конкурсе i-Stage ассоциации Consumer Electronics Association в 2009 году.

Также существует множество других автостерео систем, таких как объемный дисплей , в котором реконструированное световое поле занимает реальный объем пространства, и интегральная визуализация , в которой используется матрица линз типа «мушиный глаз».

Термин автомультикопический дисплей недавно был введен в качестве более короткого синонима для длинного «многовидового автостереоскопического 3D-дисплея», а также для более ранней, более конкретной «параллакс-панорамы». Последний термин первоначально обозначал непрерывную выборку вдоль горизонтальной линии точек обзора, например, захват изображения с использованием очень большого объектива или движущейся камеры и смещающегося барьерного экрана, но позже он стал включать синтез из относительно большого количества дискретных изображений.

Компания Sunny Ocean Studios, расположенная в Сингапуре, разработала автомультископический экран, который может отображать автостерео 3D-изображения из 64 различных точек отсчета.

Принципиально новый подход к автостереоскопии под названием HR3D был разработан исследователями из Media Lab Массачусетского технологического института. Он потреблял бы вдвое меньше энергии, удваивая время автономной работы при использовании с такими устройствами, как Nintendo 3DS , без ущерба для яркости или разрешения экрана; другие преимущества включают больший угол обзора и сохранение трехмерного эффекта при повороте экрана.

Параллакс движения: системы с одним обзором или с несколькими экранами

Параллакс движения относится к тому факту, что вид сцены изменяется при движении головы. Таким образом, при движении головы слева направо и сверху вниз видны разные изображения сцены.

Многие автостереоскопические дисплеи являются дисплеями с одним обзором и, таким образом, не способны воспроизводить ощущение параллакса движения, за исключением одного зрителя в системах, способных отслеживать взгляд .

Однако некоторые автостереоскопические дисплеи являются мультиэкранными дисплеями и, таким образом, способны обеспечивать восприятие параллакса движения влево-вправо. Для таких дисплеев характерны восемь и шестнадцать ракурсов. Хотя теоретически возможно смоделировать восприятие параллакса движения вверх-вниз, о существующих системах отображения не известно, и эффект вверх-вниз считается менее важным, чем параллакс движения влево-вправо. Одно из последствий отсутствия параллакса по обеим осям становится более очевидным по мере того, как отображаются объекты, все более удаленные от плоскости дисплея: по мере того, как зритель приближается к дисплею или дальше от него, такие объекты будут более очевидно проявлять эффекты смещения перспективы вокруг. одна ось, но не другая, кажущаяся по-разному растянутой или сжатой для наблюдателя, находящегося на оптимальном расстоянии от дисплея.

использованная литература

внешние ссылки