Новизна разработки - в том, что съемная оптическая приставка, изготовленная созданного украинского инженерами материала, не заменяет, а дополняет существующие мониторы, - зритель может этом наблюдать так называемое "анаглифическое" видео или слайды без специальных очков. Стереокинотеатры и стереоальбомы, основанные на анаглифическом принципе, известны давно. А в настоящее время для создания анаглифического видео, игрового контента, заставок и слайдов используется специальное программное обеспечение. Но при этом просматривать трехмерное кино и играть в стереоигры с истинной трехмерностью вы сможете либо в специальных шлемах, либо применяя стереокинопроекторы и специальные очки.
Детище днепропетровских специалистов - это особая многослойная пленка, изготовленная на основе нанотехнологий. Она проявляет трехмерность анаглифически подготовленных слайдов и динамических изображений непосредственно с их носителей: от экранов мобильных устройств до экранов ПК любого формата, от табло и рекламных панелей до полиграфии и упаковок. Мало того - в отличие от привычных нам стереоизображений, предназначенных исключительно для индивидуального просмотра, StereoStep (таково общее название изделий из новой пленки) обеспечивает одновременный эффект зрительной объемности сразу для группы наблюдателей - вне зависимости от их положения относительно экрана.
Прежде чем более подробно разобраться в действии изобретения, предлагаем вашему вниманию небольшое FAQ о проекте StereoStep.
Главный вопрос: почему в качестве контента выбран анаглиф?
Проектом StereoStep предусмотрен не только анаглифический формат изображений; он был выбран только в качестве стартового – по ряду соображений, изложенных ниже.
Для начала напомним, что анаглифическое изображение - это стереопара специального вида, где всего два ракурса (для разных глаз), которые раздельно кодируются - каждый своим цветом (например: красным или синим), после чего совмещаются в общую картинку. Раздельное восстановление ракурсов из этой синтезированной картинки можно получить, - если рассматривать ее через соответствующие фильтры. К примеру, при рассмотрении анаглифа через красный светофильтр, из общей картинки будет виден только синий ракурс (т.к. красный цвет через красный фильтр невидим). С помощью специальных светофильтрующих очков (в данном случае: красно-синих) каждый глаз видит на общей картинке-анаглифе только свой выделенный ракурс. Таким образом, восстанавливается (декодируется) полная схема зрения двумя глазами (бинокулярность), - в результате чего зрителем ощущается объемность изображения. Анаглифическая технология допускает не только статичные изображения, но и видео-контент с динамичным изменением видеоряда. Помимо резкого красно-синего «стандарта», уже известны и поддерживаются иные – специальные и/или более эстетичные цветовые пары.
Сам принцип анаглифического кодирования и восстановления (с помощью очков) изобретен почти 200 лет назад. С тех пор и ввиду всесторонней простоты, анаглиф реально стал самым массовым инструментом в стерео-технологиях: большинство ведущих киностудий, рекламисты, многие производители компьютерных игр и т.д., - почти обязательно дублируют свою стерео-продукцию в анаглифическом формате. То же относится к ведущим дизайнерским студиям, к известным музеям, архитектурным каталогам, к картографическим и иным коллекциям и т.д. Другими словами, уже сегодня готового анаглифического контента – море; это – важная для проекта коммерческая предпосылка продвижения на рынке.
Для анаглифического кодирования (изготовления контента) разработана масса компьютерных инструментов - в том числе, даже бесплатные программы-конверторы. Многие известные компьютерные видео-графические редакторы имеют встроенные режимы для работы с анаглифическим форматом. Т.е. изготовление контента не составляет организационной и технической проблемы; это – вторая предпосылка к выбору стартового формата в проекте.
Кроме того, ежегодно для взрослых и детей по всему миру выпускаются десятки миллионов различных одноразовых и более прочных анаглифических очков. Их закупают для кинопроката стерео-фильмов, для домашнего видео-просмотра с CD/DVD, для телевизионных стерео-программ (в основном, по кабельному ТВ) и для рекламных акций; очки цепляют на упаковку с анаглифическими картинками, ими комплектуются стерео-журналы/комиксы, детские книжки, атласы и учебники со стерео-иллюстрациями и т.п. Это – третья предпосылка нашего выбора: привычность (не-экзотичность) анаглифического формата.
Кстати, передача анаглифического контента не требует модернизации телевизионного или телефонного (включая мобильный) трактов, каких-то изменений в самих телевизорах, игровых видео-консолях или мобильных телефонах. Не требуется также принудительное внешнее управление анаглифическими очками – в виде синхронизации следованию кадров на экране, - как это необходимо, например, для различных затворных (в том числе – некоторых поляризационных) очков. Это свойство коммуникативной инвариантности анаглифа стало четвертой предпосылкой его выбора.
За все время использования анаглифической технологии никому пока так и не удалось реально избавиться от дискомфортной необходимости ношения светофильтрующих очков (особенно неудобной в мобильной телефонии). Другими словами: «анаглифический» старт нашего проекта не имеет пока конкурентов в этой рыночной нише, т.к. даже ближайшая «цветная» разработка – ChromaDepth, - также ориентирована на очки. Это – наша пятая предпосылка.
Второй по численности вопрос - о востребованности проекта и его результатов.
Этот вопрос имеет два аспекта: первый – стоит ли вообще заниматься стерео? И второй – возможен ли успех проекта в условиях известной конкуренции?
Стерео – это естественно; поэтому смысл заниматься им есть. Во-вторых, уже наблюдается (и отмечается специалистами) известная насыщенность действующими видеографическими 2D-форматами, и назрела необходимость в третьей координате – как, не столь давно, это произошло с объемным звуком. Теперь о конкуренции: проектом предложено оптическое решение – как для съемного, так и для встроенного вариантов использования SS-оптики. Причем, съемный вариант (приставка) совместим с любыми носителями анаглифа, т.е. с полиграфией, с любыми действующими 2D-экранами и т.д. Это – просто пассивная пленка или пластинка, которая накладывается на носитель анаглифического контента. В результате, - как съемного, так и встроенного вариантов, – автостереоскопический эффект: без спец. очков и шлемов.
Напомним, что ранее предложенные автостереоскопические аппараты оцениваются пока не ниже 1,8-2,5 $/см экранного поля; этот ценовой уровень (явно не для «человека с улицы») удерживается достаточно долго… Наша приставка (т.е. съемный вариант) стоит примерно 5 центов за квадратный см. (себестоимость при массовом производстве) и она универсально-совместима с любым экраном: телевизионным, дисплейным, телефонным и т.д. «Человек с улицы» будет ее покупать – она достаточно долго будет (в комплексе с 2D-техникой) дешевле спец. аппаратов 3D. Не станем приводить здесь прогнозные цифры о численной оценке востребованности (уровней гарантированных продаж) приставок - в ТВ, компьютинге, в мобильной телефонии, рекламе и т.п., но они у нас есть. Кроме того, мы ожидаем, что наши производственные/коммерческие партнеры скоро смогут более подробно и профессионально ответить на этот вопрос и связанные с ним факторы.
Почему мы - противники очков?
Мы не противники очков – весь коллектив AntenNet поголовно «очкастые». Мы - за ослабление (в идеале – исключение) дискомфорта от их ношения. Наша инженерная и студенческая молодежь приводит в ответ другой фактор: попробуйте (они пробовали) надеть анаглифические очки на улице – посмотреть на картинку в своем мобильнике. Сначала найдите эти очки - в кармане, рюкзаке или еще где-то, напяльте их на нос, - помимо Вашего клоунского вида, всё вокруг – улица, транспорт, прохожие, Ваши друзья, - сразу становится неузнаваемым и вовсе не-«прикольным» разноцветным уродством.
Мало того, чтобы посмотреть картинку с приятелем, Вам придется надеть анаглифические очки и на него, и на всех других зрителей. А если Вы и без того очкастая личность, то придется удерживать на носу сразу пару очков…
«Взрослый» ответ сформулировал представитель очень серьезной партнерской организации, заинтересованной в 3D: во-первых, очки (причем, с запасом и всегда «под рукой») нужны всем наблюдателям – это в его обстановке «не канает»; во-вторых, оператор в разноцветных светофильтрах неадекватен окружающей обстановке (не вполне и «неправильно» ее видит) – опять «не канает»; в третьих, снять-одеть очки означает приостановку готовности и прерывание наблюдения…; в четвертых, непрерывное ношение анаглифических очков утомительно (есть и еще добавки к этой характеристике, но они интересны только таким же «диспетчерам»).
Когда и где можно купить StereoStep-приставку?
…при этом обычно добавляется: для мобильника, для телевизора, для компьютера, «попробовать» и т.д. Отвечаем сразу всем: ничего определенного пока сказать не можем. Дело в том, что мы лишь разработчики; наша компания специализирована на исследованиях и располагает лишь лабораторными мощностями – для штучных/единичных образцов изделий-«полуфабрикатов».
Производственных мощностей для массового выпуска приставок у нас просто нет, как нет и свободных ресурсов для их развертывания (мы ведем сейчас переговоры с заинтересованными в этом компаниями). Предварительно можно сказать лишь о том, что, в силу реального интереса, технологической простоты и небольшой капиталоемкости, - такое производство состоится не позднее 2008 года.
И еще о том же: многие из Вас обращаются к нам с просьбами выслать/приобрести хотя бы демонстрационные образцы. Хотим напомнить, что это всего лишь «протезы» - они грубоваты, не вполне точны с цветами фильтра, да и цветовая пара выбрана самой резкой из стандартов анаглифа. Назначение этих пионерских образцов – самое утилитарное: демонстрация правильности/работоспособности принципов, авторизованных в патентах AntenNet.
Кроме того, в наших условиях затруднительно готовить что-либо «под заказ». По возможности, мы уже передали и, по опережающим договоренностям, продолжаем посылать заинтересованным в этом специальным организациям SS-приставки разного формата. Но это делается только для наших партнеров, которые готовы/могут работать с «полуфабрикатами» и имеют актуальные (и понятные нам) задачи для их использования: в первую очередь - медицина, наука/образование, диспетчерские и охранные системы. Повторимся: нагружать небольшую лабораторию, при очень напряженном графике работ, - нам очень «не с руки»: только в самом крайнем случае.
Как устроена StereoStep-оптика (и можно ли самим изготовить SS-приставки)?
Как ни странно, но инженеров, особенно оптиков, этот вопрос, практически, не интересует: надо полагать – разобрались сами, т.к. исходные «кубики» известны всем. В большинстве, интересуются школьники и студенты. Специально для них подготовлена подробная статья, она последует ниже.
Краткий ответ для особо нетерпеливых: основа нашей оптики – лентикулярный бирастр. Это достаточно известная и уже имеющая применение оптическая конструкция. Бирастр образован парой идентичных лентикулярных растров, соосно склеенных плоскими сторонами. Лентикулярный растр – это пластинка из прозрачной «оптической» пластмассы; ее рельефная сторона образована смежными сегментами параллельных одинаковых цилиндрических линз, а плоская сторона – фокальная (как правило) плоскость этих линз.
При необходимости, в промежуток между плоскими основаниями растров-компонентов (в бирастре) могут вставляться различные маски, влияющие на проходящие световые потоки. Этот факт – «быть носителем масок», а также некоторые другие, открытые нами оптические свойства бирастра и встроенных масок, - стали «кубиками» наших конструкций. В частности, встроенный анаглифический фильтр является полосовым растром из чередующихся прозрачных полос (здесь) синего и красного цвета. Все полосы одинаковой ширины – в половину ширины линзы, и размещены точно вдоль линз. Это и есть 2D/3D-конвертор для анаглифического контента.
Сведения для особо нетерпеливых «самоделкиных»: лентикуляры продаются (листами; см. объявления в сети). Для экспериментов лучше начинать с крупнолинзовых пластин (например, 20 lpi), с торговой специализацией «для стерео» (или – «3D»). Фильтры можно печатать на старых струйных принтерах (типа НР-600): они не имитируют окраску, а брызгают реальной каплей. Печать производится на прозрачной пленке с желатиновым покрытием (файл печати готовится заранее – в любом графическом редакторе, соблюдающем истинные размеры в печати; красно-синий полосовой растр готовится под заданную плотность размещения линз на лентикуляре). Склейку «бутерброда» можно производить широкими скотчами (они продаются там же, где и лентикуляры).
Если Ваши дальнейшие эксперименты планируются с TFT или аналогичными плоско-матричными мониторами, или с поверхностными рисунками на иных носителях (бумага, пластик), то можно обойтись одним лентикуляром («контактный» вариант 2D/3D-конвертора). В этом случае, фильтр печатается на более толстой пленке, а склейка с плоскостью лентикуляра производится с окрашенной стороны фильтра. Такой облегченный «бутерброд» накладывается фильтром - на анаглиф; а смотреть стерео надо со стороны рельефного (окулярного) лентикуляра. Зрительских позиций/зон со стерео-эффектом будет несколько.
Если у Вас под рукой имеются анаглифические очки, то найти зрительское место совсем не сложно – достаточно воспользоваться «тестом Кобылева»: повернуть анаглифические очки слева-направо и посмотреть на установленную (на анаглифе) пластинку - положение, где она вся наиболее темна, - является зрительским местом (±6 см.).
Предусматривается ли проектом альтернатива анаглифу?
Этот вопрос (с вариациями) интересует, в основном, причастных к оптике инженеров. Для коллег сообщаем: у нас есть готовое и уже авторизованное решение для работы с многоракурсными стереограммами (кодограммами Липпмана-Бонне) – пассивная конструкция для съемного и встроенного вариантов. Также имеется авторизованное решение для эклипсного (затворного) устройства - в виде активной пластины, воспроизводящей стерео-эффект при трансляции двух- и многоракурсного контента (кадр-ракурс); и здесь предусматриваются - как съемный, так и встроенный варианты. Одна из наших патентованных конструкций является развитием анаглифа; эта пассивная схема работает с тремя и более цветами, – в съемном и встроенном вариантах (пока имеются сложности с автоматизацией подготовки контента; но, ввиду перспективности для задач моделирования и рекламы, - к программированию уже подключились добровольцы – это их отдельный бизнес).
Помимо собственно 2D/3D-конверторов, воспроизводящих стерео по уже готовому контенту, нами предложена простая алгоритмическая схема конверсии обычного 2D-видеоконтента – в 3D-формат, - для записи и/или воспроизведения на экране в виде полноракурсного видеоряда, либо в виде кодограмм Липпмана-Бонне (под наши же 2D/3D-конверторы; см. выше). Мы считаем, что у этого бизнеса (3D-конверсии 2D-видеоконтента) огромное будущее и гарантированная успешность, - независимо от иных результатов проекта.
Кроме того, нами разработан пассивный «комбайн», который осуществляет такую конверсию видеоконтента - «влёт», с одновременным воспроизведением стерео на обычном же экране. В этой схеме используется известный эффект Пульфриха – с расширением для двух- и многоракурсных образов. С подробностями и обоснованиями изложенного можно будет ознакомиться позже в нижеследующей статье.
В заключение добавим, что вся совокупность наших проектных решений, как отмечалось, базируется на бирастровых схемах и образует связный патентный пакет (включая регламент РСТ). Эта часть проекта – предмет наших контактов с коллегами из ряда ведущих компаний, занятых разработкой 3D-технологий (т.е. о проекте наслышаны не только в «русском» интернете).
Состоится ли презентация проекта (где, когда, как записаться)?
С презентацией проекта возникла «напряженка» - сразу по двум обстоятельствам: во-первых, компания, с которой мы сейчас согласовываем важное для проекта организационное решение и с чьим мнением мы обязаны считаться, - предложила отсрочить это мероприятие и совместить его с общим для нас результатом. С другой стороны, ранее объявленные инициаторы презентации несколько поменяли формат спланированного мероприятия, что, в силу несомасштабности, вряд ли пошло бы на пользу проекту. В любом случае, мы признательны команде-инициатору за содействие и намерения. В связи с изложенными обстоятельствами, презентация проекта отсрочена; о ее проведении мы известим дополнительно – всеми доступными каналами.
А теперь - сама статья о StereoStep
Когда «предметный» контакт и напоминания «вопросов-ответов» состоялись, - самое время вернуться к методическому началу темы: несколько вводных слов о визуальном стерео, т.е. о зрительных ощущениях объемности (трехмерности, или 3D – от анг. dimensional) предметов/сцен и их изображений.
Не касаясь специальных вопросов психофизиологии зрения, можно утверждать, что наше зрительное ощущение объемности наблюдаемых сцен/предметов есть результат видения двумя глазами (бинокулярности), где, за счет небольшой дистанции между ними (от 58 – до 72 мм), - наблюдаемые левым и правым глазом образы объектов (они называются ракурсами) отличаются фрагментами, их размерами и положением. Наш «бортовой компьютер» – мозг, с младенчества обученный обработке этих различий (эта «встроенная» процедура называется конвергенцией), - по паре ракурсов, достаточно легко и практически не обманываясь, определяет ближние и дальние детали наблюдаемой сцены. Более того, если взять пару слайдов, идентичных левому и правому ракурсу одной и той же сцены, то, одновременно показав левый ракурс – левому глазу, а правый – правому (без подглядывания двумя глазами в один ракурс), - возникнет полное ощущение объемности образа сцены, как если бы наблюдатель видел ее воочию.
Этот феномен давно и активно используется и в стереоскопических игрушках, и в очень серьезных технологиях, разработанных для тех случаев, где требуется только естественное ощущение глубины сцены, и где невозможна и/или нежелательна ее имитация квази-объемными изображениями: в томографии, эндоскопии, УЗИ, в биохимическом моделировании и иных научных приложениях, в средствах зрительной идентификации, в т.ч. в охранных и диспетчерских системах, на профессиональных тренажерах и во многих других специальных случаях. Но, как это обычно водится, наибольшее и далеко не удовлетворенное применение 3D-технологий образовалось в сфере развлечений.
Отчасти, всесторонний и круто нарастающий спрос на 3D удовлетворяется самыми передовыми научно-техническими достижениями: голографическими аппаратами, 3D-проекторами и даже специализированными 3D-мониторами, которые позволяют видеть трехмерные образы без всякой дополнительной оснастки – очков, шлемов и прочего. К сожалению, эта новая техника совсем не совместима с обычными технологиями и аппаратами, она – сама по себе… Будь она дешевой – массовая замена всех действующих 2D-аппаратов уже произошла бы. Но, дело в том, что вся специализированная 3D-техника стоит пока очень и очень дорого: порядка 1,8-2,5 $/см экранного поля средних форматов. А для мини- и микроэкранчиков (карманные компьютеры, мобильные телефоны и т.п.), в силу их конструкций, - удельные цены на 3D-специализацию значительно круче.
Поэтому понятно, что все ведущие разработчики и производители визуальных средств (телевизоры, дисплеи, мобильные трубки, визуальные игровые консоли, рекламные панели и т.д.) активно включены в гонку по снижению стоимости 3D-конструкций. Лидера в этой гонке пока нет, хотя периодически в СМИ и на различных профильных выставках объявляется об очередном технологическом прорыве и о завтрашнем массовом производстве недорогих 3D-аппаратов…
Цветовое кодирование объемности
Как известно: «свято место пусто не бывает», - в отсутствие доступных 3D-аппаратов или их дешевых заменителей, вновь реанимировались различные «очковые» технологии, как свежеизобретенные, так и исторически-раритетные. К новинкам в этой области относится безусловно интересная и простая ChromaDepth-технология, продвигаемая с 1990 года американской фирмой Chromatek.
Принцип цветового (хроматического) ChromaDepth-кодирования заключается в том, что ближние (к зрителю) точки объемной сцены подкрашиваются на ее плоском изображении красным цветом (условно), а более дальние (глубокие) – «оранжевым, желтым, зеленым, голубым, синим, фиолетовым», - как в школьном описании спектра белого света (см. рисунок, подготовленный в редакторе Paint; смотреть в очках от Chromatek). Если, к примеру, черно-белая фотография окрашена таким способом, то, при ее просмотре через преломляющую призму, - в полном соответствии со школьным курсом физики, - образ фотографии «расслоится»: более красные фрагменты визуально окажутся ближе к зрителю (они меньше преломлены), чем фрагменты «синей» части (преломлены сильнее), которые покажутся зрителю более глубокими, отодвинутыми от него. Причем, все это – только по одному рисунку или фотографии, сделанной с одной позиции, - т.е. без учета раздельных ракурсов сцены - слева и справа, как это требуется в иных технологиях. В итоге, расслоенный по глубине образ фотографии будет виден наблюдателю восстановленным в исходном объеме – цветовые «маркеры» как бы вытягивают и расставляют с помощью призмы соответствующие слои 2-мерного образа по их высоте/глубине в спектральной последовательности.
Для цветового кодирования в данной технологии применяются, по сведениям фирмы, графические редакторы: Crayola Art Studio, Adobe Illustrator, Macromedia's Shockwave Flash 3 и IPAS 3-D Studio r4. Для просмотра ChromaDepth-грамм пока необходимы специальные очки, снабженные специальной пленкой и производимые той же фирмой. Но сам принцип цветового кодирования и призматического восстановления (декодирования) настолько прост, что расчет параметров декодирующей призмы, как представляется, сможет, при необходимости, выполнить самый обычный школьник. Ясно, что эта технология имеет и явный безочковый «резерв»…
Одновременно с ChromaDepth-технологией настоящий ренессанс переживает почти двухсотлетняя анаглифическая технология (англ. – anaglyph, что значит по греч. – рельефный). Как и продукция Chromatek, очки с двухцветными светофильтрами (см. рис.) продаются миллионами штук в год, в том числе – в одноразовом картонном варианте. Ими снабжаются детские книжки с анаглифическими картинками, учебники и атласы с объемными иллюстрациями и картами, они цепляются к упаковке товаров, на которой напечатана стерео-реклама, их раздают в кинотеатрах – для просмотра анаглифических роликов, их закупают для домашнего просмотра стереоконтента – ведь некоторые компании кабельного и эфирного ТВ уже транслируют анаглифические ролики и т.д.
Однако, как и в ChromaDepth-технологии, главным неудобством использования анаглифов является именно необходимость ношения этих очков. Представьте себя на людной улице с соответствующей картинкой на экране вашего мобильного телефона: ищем анаглифические очки, надеваем их на нос - обычная улица, прохожие, транспорт, ваши собеседники, наконец, - мгновенно становятся неузнаваемым разноцветным уродством. Мало того, чтобы посмотреть эту картинку с приятелем, вам придется надеть анаглифические очки и на него, и на всех других зрителей; а если вы и без того очкастая личность, то придется удерживать на носу сразу пару очков (не говоря уже о возможных коллизиях с уличными семафорами, цветными указателями, рекламой и т.д.)… Неудобно, но зато – очень просто и дёшево подготовить саму анаглифическую картинку или даже видео.
Эта процедура несложно выполняется на компьютерах - практически во всех известных графических редакторах: Adobe Photoshop, 3D-studioMAX и др., а также рядом специальных программ-конверторов. Попадаются среди них и бесплатные, распространяемые энтузиастами этой технологии и заинтересованными производителями очков. Представление о том, как формируется анаглифическое изображение можно получить по прилагаемому рисунку: здесь синим цветом показаны ребра куба в левом ракурсе, а красным – в правом ракурсе. Т.к. иллюстрация готовилась прямо в тексте Word, и использовался простой встроенный редактор Paint, - то пересечения разноцветных линий просто закрашивались черным цветом.
Если теперь надеть анаглифические очки (красный фильтр – на левый глаз, синий – на правый), то будет видно вполне нормальное объемно-выпуклое изображение «проволочного» куба. Из иллюстрированного смещения ракурсов (параллакс) понятно, что при этом происходит: через красный фильтр не видны красные детали – они кажутся светлыми, зато очень контрастно – почти черным цветом видны синие фрагменты изображения (такие цвета называются комплементарными), а те же синие детали не просматриваются через синий фильтр очков, но при этом потемневшие до черноты красные фрагменты предельно заметны. Т.е. цветофильтрующие очки выполнили разделение (селекцию) ракурсов: каждый фильтр - для своего глаза. Ясно, что происходящее при этом изменение естественных цветов нравится не всем зрителям; поэтому, для их удовлетворения, помимо красно-синего (red/blue) анаглифического стандарта, введены и уже используются новые комплементарные цветовые пары – на любителя, которые действительно смягчают заметно резкие красно-синие искажения исторически наиболее распространенного анаглифического стандарта.
Впрочем, у эстетов есть и другие претензии к анаглифу: он не дает возможность отобразить (и ощутить потом) вертикальный параллакс, - все, что мы видим в анаглифах, - буквально «привязано» к двухглазному человеческому зрению, к очкам и к наиболее привычному и важному для человека – горизонтальному параллаксу (данная статья также ограничена только им, хотя уы проекта StereoStep располагают комплексными решениями).
В этой связи, необходимо отметить еще один – чрезвычайно важный для 3D-рынка факт: в силу простоты и дешевизны исполнения, анаглифический контент является самым распространенным и доступным среди всех стерео-продуктов. Не считаясь с «очковым» дискомфортом и известным ограничением цветопередачи, - именно анаглифы, как уже отмечалось, доминируют в стерео-продукции на ТВ и в кино; большинство ведущих студий дизайна, рекламы, компьютерных игр и других медийных продуктов разрабатывают новый 3D-контент в анаглифическом виде, либо копируют иные стерео-форматы - в анаглиф.
В том же направлении - формирования и тиражирования анаглифных копий своего стерео-контента, - действуют известные музеи, коллекции, изобразительные и кино/видео-фонды, библиотеки и специализированные интернет-ресурсы. Помимо уже отмеченных причин (простота и пр.), есть ряд дополнительных сугубо инженерных аспектов, способствующих такому положению анаглифической технологии (да и других технологий, применяющих уже известное цветовое кодирование, включая ChromaDepth):
- для анаглифического контента нужны всего два ракурса (стереопара);
- анаглифическое представление не имеет ограничений на носитель изображения: это может быть рисунок на любом материале, полиграфическое изделие, светящаяся, отражающая или просветная/прозрачная панель, любой обычный 2D-монитор и т.д.;
- независимо от носителя и его микрографической (пиксельной) организации, каждый ракурс занимает все визуальное пространство анаглифа – без пиксельных потерь;
- анаглифическая технология инвариантна к аналоговым и цифровым представлениям графики;
- она также инвариантна относительно неподвижных/статичных, или движущихся (кино-видео-анимация) изображений;
- вследствие сохранения топологии ракурсов в общей анаглифической стереопаре, все ее детали узнаваемы, и появляется возможность визуально контролировать и даже исправлять их взаимное положение, размеры и, соответственно, влиять на параллакс;
- оснащенный очками наблюдатель, не сильно удаляясь, может свободно перемещаться перед изображением – эффект стерео при этом сохраняется;
- и наконец, анаглифический контент совсем не нуждается в какой-либо модернизации уже действующих трактов и оконечного 2D-оборудования на том же ТВ, в мобильной телефонии и для иных коммуникаций.
Итак, мы выяснили - что в цветовом кодировании «хорошо, и что такое плохо»: цветопередача и очки – плохо, остальное – почти замечательно. С цветопередачей вопрос еще как-то компромиссно решается: вводятся новые стандарты комплементарных цветов; художники, дизайнеры и осветители как-то ограничивают цветовую палитру исходных ракурсов; наконец, зритель как бы привыкает в ходе наблюдения «дорисовывать»/корректировать в мозгу цветовые искажения (это называется компенсирующей цветовой адаптацией)… Но как же быть с очками?
Множество давних и свежих попыток избавиться от них привели к замечательным изобретениям в оптической технике и в ее приложениях, из которых анаглиф просто выкинут! «По зубам» он оказался только неосведомленным в этом новичкам - разработчикам проекта StereoStep, но об этом позже…
Технология Липпмана-Бонне
Какие же конструкторские решения возникли вместо цветофильтрующих очков и, в частности, вместо анаглифической технологии? Обсуждать непростые, хоть и популярные вещи - вроде использования проекторных схем, голографических вариантов и т.п. мы здесь не будем; о них и так много говорится в самых разных источниках. Вместо этого рассмотрим не особо известные подходы, которые, тем не менее, уже стали основой ряда успешных конструкций 3D-экранов.
Давайте-ка на минутку вспомним любую виденную вами стерео-открытку, календарик, обложку тетради, банковскую карточку, визитку и т.д. Они все изготовлены полиграфически, т.е. какими-то расходными (и доливаемыми) красками, с многократным печатным повторением картинки на дрожащих машинах (т.е. далеко не со снайперской точностью), да еще сверху покрыты защитным прозрачным пластиковым слоем. Если его пощупать, то он – не гладкий, провести ногтем – чувствуются равномерные бороздки поперек картинки.
Как же все эти «неидеальности» вместе обеспечивает стерео-эффект? На самом деле, всем этим полиграфическим «чудесам» и даже их объяснению – «сто лет в обед»! Их изобрели почти одновременно с фотографией, сначала француз Липпман (Lippmann), а затем - в начале прошлого века усовершенствовал его соотечественник – Бонне (Bonnet). В чем же «изюминка» французского чуда?
Представьте себя смотрящим на маленькую положительную/выпуклую линзу, расположенную так, что эта «чечевица» параллельна вашему лицу. Из школьной физики мы знаем, что центральные лучи (через оптический центр линзы; см. рис.) не преломляются; тогда, если в фокальной плоскости (или параллельно ей) на продолжении центральных лучей от глаз разместить два крошечных фрагментика от смежных ракурсов, то каждый глаз увидит только свой фрагмент. Если теперь рядом с первой линзой – справа и слева от нее положить еще пару линз, а в соответствующей плоскости – по линиям центральных лучей вновь разместить смежные левые и правые фрагменты тех же ракурсов, то, не меняя прежнего положения головы, каждый глаз опять-таки увидит только свои фрагменты, но зато зрительного представления о ракурсах будет втрое больше - они будут полнее.
Продолжая этот процесс линзового «достраивания», можно представить себе «линейку» из линз – параллельно вашему лицу, под которой в некоторой плоскости достаточно тесно размещены перемежающиеся фрагменты левого и правого ракурса так, что, при взгляде на линзовый рельеф, зритель увидит каждым глазом сугубо свой - полный (суммарный) образ соответствующего ракурса, составленный из отдельных соседних фрагментов. Если это - два ракурса от одной стереопары, то суммарные образы ракурсов породят, как положено, стереоэффект… На самом деле, одной «строчки» из линз для реального эффекта, конечно же, маловато. Если развертка ракурса параллельно линии глаз требует, как показано, целого набора линз, то очевидно, что и для перпендикулярного направления (относительно линии глаз) нужна целая «многострочность», и, чем теснее стоят соседние «строчки», - тем точнее состоится зрительное восстановление каждого двухмерного ракурса.
Одним из технологически-простых вариантов тесного размещения линзовых «строк» является их предельное смыкание, при котором каждый ортогональный/«вертикальный» набор линз «объединяется» в сплошную цилиндрическую линзу. Тогда, вся линзовая площадка будет образована тесно примыкающими цилиндрическими линзами, расположенными перпендикулярно линии глаз. Чтобы линзы при этом не «висели в воздухе», а сама конструкция была прочной, - ее изготавливают на подложке с плоским основанием. Такой оптический прибор называется лентикулярным растром, или просто – лентикуляром (см.рис.).
Современные лентикуляры изготавливаются в массовом порядке – буквально гектарами, в основном, из прозрачных пластмасс (акрил, поликарбонаты и др.): экструзивно, горячей штамповкой, каландровым накатом, резанием и иными способами термической и/или механической обработки. Коэффициент преломления этих материалов лежит в диапазоне n=1,41-1,65. Материал указанных пластмасс и геометрия рельефа для промышленно-выпускаемых растров исходно (по технологии) отвечают требованиям очень малых сферической, продольной и хроматической аберраций. В части хроматической аберрации, это означает предельно близкую сходимость в фокальной плоскости не только монохромных, но и разноцветных (из разных частей спектра) лучей.
Лентикулярный растр – особенный оптический прибор: если мы, сохраняя свою позицию перед достаточно большим листом лентикуляра (линзы ортогональны линии глаз), станем перемещать взгляд влево или вправо, то на какой-то «пограничной» линзе центральный луч от глаза выйдет из проекции этой линзы (на плоское основание растра) и войдет в такую же проекцию смежной - более удаленной линзы. Если при этом, под каждой линзой размещен свой набор ракурсных фрагментов, то такой зрительный переход будет означать видение глазом фрагмента от «чужого» ракурса. Зрительно этот феномен ощущается как перескок/флип наблюдаемых образов, с потерей или даже обращением (глубины – на высоту) стерео-эффекта. Следствием этого феномена является концентрация нормального видения сквозь растр в нескольких раздельных зрительских зонах, вместо привычного и естественного связного/непрерывного фронтального наблюдения.
Лентикуляр – первый элемент стерео-технологии Липпмана-Бонне. Вторым элементом является подготовка (синтез) изображения для просмотра через этот лентикуляр. Проще всего ее объяснить и иллюстрировать (см. рис.) на двух ракурсах. Алгоритм здесь исключительноно прост:
- определить число линз на наблюдаемой площадке (N);
- разделить каждый ракурс (они должны быть одинаковых габаритов) на N вертикальных полосок равной ширины;
- вложить полосовой набор одного ракурса – в набор полос другого так, чтобы полоски одинакового номера (от разных ракурсов) оказались рядом, а порядок следования таких полос (слева-направо) был противоположен очередности ракурсов;
- выполнить инверсию (поперечный поворот слева-направо) каждой полоски в синтезированной смеси ракурсов;
- поперечно сжать полученную картинку до размера ширины исходного ракурса (т.е. - вдвое).
Этот несложный алгоритм полностью сохраняется и для многоракурсного представления – в последовательности смежных ракурсов (стереограмма); только в его конце - сжатие производится кратно числу ракурсов. Полученная в итоге полосовая картинка, в честь изобретателей, называется кодограммой Липпмана-Бонне. Если теперь на готовую кодограмму Липпмана-Бонне наложить лентикуляр так, чтобы каждая цилиндрическая линза легла продольно на набор «однономерных» полосок, то мы вновь увидим повторение уже рассмотренной оптической схемы с раздельным ввдением фрагментов ракурсов - для каждой отдельной линзы. Т.е. разделение (селекция) ракурсов для разных глаз одновременно по всему наблюдаемому полю выполняется лентикуляром совершенно «автоматически» и «со скоростью света» (здесь даже кавычки не нужны!). А раздельное представление смежных ракурсов в разные глаза столь же автоматически порождает стерео-эффект: 3D-«цель» достигнута.
Кодограммы Липпмана-Бонне по заданным ракурсам можно формировать «вручную» - в любом известном графическом редакторе, а можно воспользоваться специальными программами, которые также представлены в интернете.
Теперь нам известна еще одна стерео-технология, совершенно отличная от анаглифа и цветокодирования, в целом. Причем, она позволяет работать с многоракурсными изображениями, позволяющими оглядывать трехмерные сцены и предметы.
Что в ней хорошо и что плохо? Она совершенно не искажает цветопередачу и, «по определению», допускает многоракурсность; готовый контент можно передавать по любому действующему тракту, - это хорошо. Но, зато, эта технология чувствительна к цифровому представлению графики, т.к. при сжатии теряется часть пикселей каждого полного ракурса. Кроме того, плоский лентикуляр должен быть прижат к кодограмме, а это означает, что ее носитель также должен быть плоским – экраны со сферичной поверхностью сюда не подойдут. Да и разместить плоскую полосовую структуру на сфере - без изменения ее размеров, – нельзя.
Еще одно практическое неудобство – уже отмеченный феномен перескока, неустранимый для всех лентикуляров. Это означает, что зритель несвободен в выборе позиции обзора. Более того, даже найдя нормальную фронтальную зону просмотра, - зритель ограничен в перемещениях ближе-дальше к рельефу растра. Но самым большим огорчением в технологии Липпмана-Бонне является необходимость очень точного взаимного положения кодограммы и лентикуляра – линз и полос. Для мониторов с электронно-лучевыми трубками и с заведомо нестабильной разверткой кадра (включая взаимный дрейф строк и изменение габаритов кадра), - неизменное положение полос в кодограмме просто неосуществимо, т.е. даже плоские ЭЛТ-аппараты для технологии Липпмана-Бонне, в этом смысле, не подходят.
Кроме того, обычная дрожь всех работающих электрических аппаратов вызывает незаметный дрейф лентикуляра – если он не закреплен на экране; ясно, что через короткое время это безусловно приводит к заметному сдвигу растра и к потере стерео-эффекта. Другими словами, полосовая технология требует не только точного взаимного позиционирования кодограммы и лентикуляра, но и прочного удержания растра на установленной позиции. Для аппаратных экранов это выливается в дорогие жестко-встроенные конструкции, а в полиграфических изделиях удержание выполняется предельно точной склейкой кодограммы с лентикуляром, или ее прямым нанесением/печатью на плоское основание лентикуляра. Таковы основные «плюсы» и «минусы» французского решения.
Некоторые факты из оптики
А теперь давайте поближе рассмотрим лентикулярную селекцию (разделение) ракурсов из кодограммы Липпмана-Бонне. Если цилиндрические линзочки малы, а дистанция до глаз относительно велика, то можно считать, что для небольшой группы соседних линз лучи, идущие в один глаз, - почти параллельны (хотя бы вблизи рельефа). Теперь вообразим такой умозрительный эксперимент: непосредственно в этой же близости – почти с касанием рельефа, - на пути этих ориентированных лучей разместим перед этой группой линз соответствующий фрагмент реальной (объемной) сцены. Точки пересечения лучей с «поверхностью» сцены будем считать источниками света. Тогда, пользуясь принципом обратимости лучей (элементарная геометрическая оптика), можно утверждать, что «почти параллельные» лучи (для левого глаза) от сцены – к группе линз, - точно попадут на места полос, где размещен левый ракурс, а аналогичный пучок «почти параллельных» лучей (для правого глаза) от той же сцены – к той же группе линз, - разместится на местах полос правого ракурса.
Другими словами, из этого эксперимента следует, что небольшая группа смежных линз способна «автоматом» синтезировать связный фрагмент кодограммы Липпмана-Бонне. А т.к. лентикуляр представляет собой совершенно однородную оптическую структуру (все элементы повторяются), то это свойство столь же «автоматически» распространяется на всю сцену, - если ее разместить перед лентикулярным растром. Получается будто каждая линза самостоятельно «обсматривает» слева-справа ближние фрагменты сцены и, независимо от «соседей», формирует свой элементарный кусочек кодограммы Липпмана-Бонне.
Этот факт несложно проверить, сфотографировав сцену со стороны плоского основания лентикуляра: на прилагаемом рисунке, в частности, видна такая кодограмма, образованная линзовым рельефом растра поверх металлического конуса (обычная авторучка). Ясно, что, если ближняя часть нашей сцены является прозрачной, то кодограмма будет соответствовать всей обозримой из растра внешней среде, т.е. ограничение на близость размещения к рельефу не является необходимым. Кроме того, даже под микроскопом нам будет трудно выделить в полученной кодограмме какие-то отдельные полосы под линзой. Причиной этого является то, что кодограмма Липпмана-Бонне – это всего лишь дискретное приближение непрерывного дифракционного образа Фраунгофера (Joseph Fraunhofer), который автоматически формируется растром. В терминах школьной информатики это означает, что лентикулярный (и не только) растр является кодером (кодировщиком) трехмерных сцен (3D), расположенных перед линзовым рельефом, - в 2D-формат.
Но из того же принципа обратимости лучей вытекает, что, если на фотографию дифракционного образа Фраунгофера (как и на кодограмму Липпмана-Бонне) ориентированно наложить тот же растр, то, глядя на рельеф, мы увидим все ту же сфотографированную объемную 3D-сцену. Т.е. в тех же терминах информатики, лентикулярный (и не только) растр является декодером 2D-кодограммы Фраунгофера (или Липпмана-Бонне), расположенной на плоском основании растра, - в исходный 3D-формат образа сцены. Т.о., достаточно элементарными средствами и, даже, «вещдоками» мы показали очень нетривиальные свойства растров, которые в оптике выводятся не столь наглядной Фурье-математикой (Jean-Baptiste-Joseph Fourier). Теперь мы знаем о растрах (лентикулярах) два фундаментальных и, одновременно, практичных факта:
- во-первых, если объемный (3D) предмет (или сцена) размещается перед рельефом растра, то на плоском основании растра автоматически формируется эквивалентный 2D-образ этого предмета (кодограмма Фраунгофера, дискретным приближением которой является кодограмма Липпмана-Бонне);
- во-вторых, если на плоском основании растра соответственно разместить фраунгоферовскую 2D-кодограмму (или ее дискретное приближение Липпмана-Бонне), то, при наблюдении рельефа, виден столь же автоматически восстановленный 3D-образ исходного предмета/сцены.
Если оба явления совместить в одном оптическом приборе, то получится бирастр, - конструкция, образованная соосным совмещением двух лентикуляров (или иных мультилинзовых растров; см. рис.) плоскими сторонами. Из вышеизложенного вытекает, что, в терминах информатики, бирастр является настоящим кодеком – кодирует и декодирует (восстанавливает) 3D-информацию. В оптике это же означает, что бирастр - своеобразный аналог прозрачной плоскопараллельной пластины, но с некоторыми особенностями, которые описываются ниже.
Первым существенным отличием бирастра от плоско-параллельной пластины является ранее отмеченный флип-эффект и порожденный им феномен раздельных зрительных зон. Это означает, что наблюдатель будет видеть внешнюю сцену (или предмет) сквозь бирастр не из любой позиции на окулярной стороне (как, например, - в очках), а только в дискретном числе мест по фронту перед рельефом. При этом, количество зрительных зон зависит от оптического материала (от n – коэффициента преломления) и геометрии бирастра – кривизны линз, плотности их размещения на единицу ширины лентикуляра и от толщины растров-компонентов.
Второй и наиболее очевидной особенностью является то, что бирастр есть своеобразная плоская «увеличилка». И действительно, повторяющимся элементом бирастра является соосная пара цилиндрических линз (билинза, можно считать – с общей фокальной плоскостью). Для этой линзовой пары - в рамках школьного курса физики, т.е. по правилам геометрической оптики, - несложно строятся образы объектов, находящихся на «предметной» стороне (есть еще «окулярная» сторона линзовой пары, где находится наблюдатель, хотя сама билинза совершенно симметрична). Из этих построений однозначно вытекает, что линзовая пара сдвигает образ предмета к наблюдателю, т.е. увеличивает его. Причем это увеличение зависит от дистанции до предмета. Но, главное при этом, что, начиная с некоторого объектного удаления, дистанция между предметом и образом неизменна. Ясно, что, в силу регулярности бирастра, это локальное свойство трансфокации распространяется на весь бирастр (т.е. является его интегральным свойством).
В оптике подобная центрированная пара, но только из обычных сферических линз, - называется ячейкой/схемой Катрона (Cutrona). В инженерной практике эта схема используется в качестве неискажающего стыкующего устройства для отрезков световодов (оптического волокна). Ясно, что в поперечном сечении цилиндрическая пара тождественна любому осевому сечению схемы Катрона; т.е. оптические свойства схемы, объяснимые в ее осевом сечении (сопряженность, таутохронность), - полностью соответствуют и цилиндрической паре в бирастре. Тогда, можно определенно считать, что любая соосная цилиндрическая пара бирастра является неискажающей (сохранение амплитуды и фазы) для входных световых потоков, ортогональных образующим цилиндрических линз.
Кроме того, общая фокальная плоскость в цилиндрической паре, как и в схеме Катрона, является Фурье-плоскостью, т.е. областью Фурье-свертки входных световых потоков и, поэтому, есть наилучшее место для размещения специальных масок/транспарантов - для воздействия на эти потоки и их фото-преобразования (результат Эрнста Аббе; Ernst Abbe). В частности, выделение (сепарация) части спектра может быть осуществлено светофильтрующей маской. При этом, результирующее (выходное) изображение будет сформировано не спектром функции входного светового потока (от внешней сцены/предмета), а его произведением на функцию пропускания преобразующей маски. Повторим иначе – в знакомых терминах цветокодирования: в задачах цветового выделения (декодирования), с помощью билинзы со встроенным фильтром, - спектр исходящего светового потока полностью определяется фильтром-вставкой в области Фурье-свертки.
Возникает законный вопрос: если отдельная линзовая пара такая замечательная, то, может быть, достаточно и ее одной на все оптические приложения, - без всяких бирастров? Тем более, и наше зрение – всего-то по одной «линзе» в глазу: вполне хватает. Микроскопы, телескопы, семафоры, наконец, - тоже всего по одной центрированной системе… Однако, стоп! Современные семафоры, маяки, осветители, да и некоторые иные оптические конструкции, - это все же линзы Френеля, т.е. регулярные структуры из линзовых сегментов. Да и в живой природе отнюдь не все зрительные устройства - моноцентричны: достаточно вспомнить фасеточные глаза насекомых. Именно такая - сотовая организация микро-оптики позволила «природными» средствами выйти за пределы ограничений, накладываемых на центрированные конструкции их числовой апертурой A=nсsin(Аб/2), от которой зависят полнота и точность зрительных образов - простой процедурой: многократным дублированием микро-оптических элементов (а речь здесь именно о микролинзах). Причем, ввиду границ аддитивности Аб – апертуры отдельной крошечной билинзы (зависящей от размера линзового сегмента и радиуса кривизны линзы) и неизменности nс – коэффициента преломления среды перед объектной линзой, - действительно трудно придумать что-либо более успешное для эволюционного «конструктора», использующего для своих композиций лишь многократно проверенные микро-«кубики» и правила «укладки». Это и есть оптическая причина «насекомой» и иной фасеточности. И в технике, кстати, известны не только френелевские примеры регулярных оптических конструкций, - иначе и производства растров не возникло бы. Разумеется, и в технике и в природе, - все определяется задачами и ценой их решения…
В сотовой организации оптические оси присоединенных билинз, можно считать, параллельны, их фокальные плоскости – общие, а внешние рельефы не имеют разрыва, отличного от пересечения линзовых профилей. Причем, ввиду смещения оптических осей смежных билинз, образы внешней сцены от каждой из них различаются за счет ракурсных углов, вследствие чего в синтетическом изображении проявляется местный/локальный параллакс размером с межосевую базу, ортогональный оптическим осям билинз. Но, что еще более интересно, - ввиду отсутствия физических ограничений, такой покомпонентный синтез - в виде присоединения новых билинз - может быть значительно продолжен – с последовательным улучшением изображения. При этом, каждая билинза формирует свой образ – элементарное изображение, которое с учетом параллакса входит в суперпозицию/интегральное отображение от всего регулярного билинзового семейства. Другими словами, самое лучшее, что можно сделать с нашими линзовыми парами - для полноты и точности отображения – это все-таки объединить их в бирастр.
Итак, мы теперь знаем, что бирастр обладает не только свойством увеличилки-трансфокатора, но также - своеобразно имитирует прозрачную пластину, отличаясь от нее не только раздельностью зрительских зон (это, конечно, плохо), но и возможностью быть носителем для различных фото-преобразований входных световых потоков (а вот это – замечательно!). И, кроме того, для бирастра не критичны дистанция до наблюдаемого предмета (сцены), точное позиционирование и удержание линз относительно него (нее). Т.е., в итоге, для бирастровой оптики безразличны как дрожание наблюдаемой сцены, так и собственный дрейф относительно нее. Ну и, наконец, по поводу зрительских зон, необходимо отметить, что в растровой оптике уже известны решения, позволяющие увеличить или уменьшить их число, меняя, к примеру, толщину бирастра, кривизну и/или высоту линзовых сегментов и т.д.
В данном тексте не ставится цель рассмотреть различные варианты организации бирастра; к примеру, замещением линз – их оптическими эквивалентами. Но, в целом, надо представлять, что такое замещение возможно, и в ряде случаев, например – заменой щелями, - оно может быть конструктивнее и технологичнее использования обычных линз, хотя при этом и теряется часть светимости исходного изображения и, соответственно, яркости образов.
Технология бирастра
Реальные бирастры можно производить из оптических пластмасс точно так же, как и составляющие их растры, т.е. экструзивно, горячей штамповкой, накатом и т.д. Однако, учитывая уже налаженное производство одинарных растров, еще проще – их прикатывать (полиграфический термин для термического, вакуумного, клеевого или «скотчевого» закрепления; см. рис.) друг к другу плоскими основаниями. При такой композитной конструкции бирастра, сами склеиваемые плоскости образуют естественную и заметную разделительную границу растров-компонентов. Тогда, если растры и «клей» сделаны из качественных прозрачных материалов (заведомо нет объемного поглощения света), то это означает, что весь входящий световой поток (Ф) разделится на три компонента: Ф=Фо+Фр+Фп, где Фо – часть потока, отраженная от границы раздела в тело «объектного» растра, Фр – часть потока, рассеянная на границе склейки оснований - в теле «окулярного» растра, и Фп – часть потока, прошедшая через эту границу без рассеяния - в тело окулярного растра. Ясно, что вредное слагаемое Фо (потеря) может быть сделано пренебрежимо малым, - оптические технологии имеют для этого проверенные рецепты; поэтому в дальнейшем мы его не рассматриваем, т.е. принимаем Ф приблизительно равно Фр+Фп. А как же быть с «внезапным» и не предусмотренным в «катроновской» (прозрачной) схеме, - рассеянным слагаемым Фр?
Давайте рассмотрим – что происходит с этим рассеянием. Входной световой поток от внешней (наблюдаемой) сцены подходит к объектному рельефу бирастра и подвергается Фурье-свертке, в результате чего, в фокальной области растра формируется кодограмма Фраунгофера, - это нам уже известно. Если Фр не равно 0, то это означает светимость кодограммы, т.е. зритель, находящийся на окулярной стороне бирастра, в результате рассеяния с фокальной плоскости – в тело окулярного растра, как положено, увидит 3D-образ внешней сцены, - как если бы эта кодограмма была бы напечатана на его плоской стороне. Т.е. имеет место обычное наблюдение рассеянной кодограммы – как со стерео-открытки. Другими словами, весь Фр-компонент можно считать вполне полезным (наблюдаемым) для зрителя. При этом, попутно показано, что и композитный (т.е. не вполне прозрачный – с рассеивающей границей) бирастр также в состоянии «работать» кодеком: что «видит» в формате 3D - то и воспроизводит в объеме!
Итак, используя хорошо известные в оптике факты, показано, что склеенный композитный бирастр уверенно осуществляет трансляцию 3D/3D; причем, делает это двумя взаимозависимыми вкладами – за счет рассеяния (композитный эффект наличия границы раздела растров) и за счет прозрачности («катроновская» схема). А т.к. их сумма (Ф) практически неизменна, то, ухудшение одного фактора, автоматически приводит к улучшению другого, - независимо от зрителя и «лояльно» к нему (ему и знать об этом необязательно).
Другими словами, оба фактора 3D/3D-трансляции
являются взаимно-компенсирующими
Понятно, что параллельность линз на обоих рельефах еще как-то примерно достижима: хотя бы, «ловящими» профилями на валках, боковыми реперными ограничителями хода пластин или иным способом, – из известного арсенала механических приспособлений (они имеются в типографских технологиях). А каким же способом из далекого от прецизионности типографского арсенала, можно обеспечить достаточно точную соосность? Ведь если ее не будет, то локально - в каждой билинзе нарушится схема Катрона – межцентровое расстояние будет больше 2F (см. рис.), что немедленно приведет к нарушению синфазности входного-выходного световых фронтов…
Стоп: здесь мы неоправданно переносим проблемы волоконной оптики – в область человеческого зрения. Во-первых, одновременно со смещением центров, т.е. ухудшением «катроновости», - в такой «скошенной» билинзе будет, соответственно, длиннее участок рассеяния, - возникнет «предусмотренная» зрительная компенсация. Во-вторых, хотя синфазность – это очень важно: без нее невозможна точная передача информации в состыкованных световодах, - но нашему зрению она безразлична: наши глаза наблюдают только амплитуду светового сигнала, – его фаза и ее изменения нам зрительно недоступны.
Т.о., получается, что ухудшения «катроновости», из-за технологического несоблюдения соосности в бирастре, - мы своими глазами просто не заметим, - разве что слегка сместится наблюдаемый образ. Этот внезапный и отнюдь не очевидный факт – просто подарок судьбы, т.к. теперь производство бирастров (в виде прикатки) действительно становится вполне посильным в обычной «типографской» технологии – при отработанности и массовой доступности любых растров-компонентов и клеящих материалов…
Анаглифы без очков
Теперь, когда мы убедились в технологической устойчивости оптических свойств бирастра, - самое время вернуться к тому, о чем говорилось ранее - к практической возможности размещения фильтров в фокальной плоскости бирастра. Представим себе интегральный фильтр для анаглифов в виде прозрачной кодограммы Липпмана-Бонне, где смежные полосы являются элементарными фильтрами красного и синего цвета. Такая структура может быть получена на отдельной прозрачной пленке, или на плоской части лентикуляра - лаковым типографским окрашиванием, печатанием прозрачными чернилами на принтере, фото-способом или слоистыми наборами. Если этот интегральный фильтр вложен в бирастр так, что каждая пара разноцветных полос оказалась в фокальной плоскости соответствующей цилиндрической билинзы (полосы - вдоль образующих), то 2D/3D-анаглифический конвертор готов. Достаточно наложить его на любое анаглифическое изображение (чтобы линзы были как можно перпендикулярнее параллаксу), и стерео-эффект будет обеспечен в любой зрительской зоне…
Что же происходит внутри конвертора, и как он работает? Каждый достаточно узкий полосовой фрагмент изображения (ортогональный параллаксу) виден сразу двумя смежными объектными линзами (см. рис.), и две его соответствующие Фурье-свертки сфокусированы в двух раздельных местах общей фокальной области – под одной и другой линзой. Причем, если один Фурье-образ разместится в зоне красного фильтра, то другой – точно в зоне синего. Далее, пройдя сквозь разные фильтры, световые фронты от одного и другого образа (уже «разноцветные»/отфильтрованные, т.е. с выделенными ракурсами) достигнут фокальной плоскости окулярного лентикуляра и разместятся там в виде полосовых фрагментов «стандартной» двухракурсной кодограммы Липпмана-Бонне.
Теперь, если, находясь в какой-либо зрительной зоне, мы посмотрим на бирастр со стороны окулярного лентикуляра, то по этой кодограмме мы обычным порядком (и по рассеянию, и прозрачно…) увидим 3D-восстановление исходной стереопары. При этом, чем меньше линзовые элементы (не менее 60-75 lpi для дистанции наилучшего зрения) бирастра и высота линзовых сегментов, - тем зрительно точнее будет это воспроизведение. В случае же крупных линз или выпуклых сегментов, демонстрация должна (и будет) сопровождаться заметным вертикальным членением образа/«полосованием» - от дифракции на линзовых границах. Но, зато, под каждую крупную линзу можно поместить больше элементарных анаглифических фильтров (разноцветных пар); это приведет к тому, что анаглиф можно/нужно будет рассматривать с большей дистанции и в большем количестве зрительских зон, - вполне подходящий вариант для рекламного использования – в световых боксах, или видео-панелях (наружной рекламы). Впрочем, большинство артефактов от «крупности» линз исправимы поперечной вибрацией растра или плоским - френелевским представлением выпуклых линз, давно и успешно используемым в оптике.
Т.о. выше показано, что принципиальное автостереоскопическое (без очков или шлемов – непосредственно с носителя изображения) решение для анаглифического контента имеется, и что оно (решение) имеет хороший технический резерв качественного улучшения. Мало того, в силу уже известных свойств бирастра, это решение позволяет достаточно свободное (непрецизионное) наложение на анаглиф – как в части вертикальности линз, так и по тесноте и параллельности примыкания к изображению, а также технического дрейфа бирастра по графике. Оно также исключает влияние дрожания графики (или бирастра) и изменения габаритов анаглифа. Все вместе это означает реальную возможность не только для встроенных, но и для съемных оптических решений в 2D/3D-конверсии анаглифов – в виде приставок!
…Первый вполне работающий образец 2D/3D-конвертора для анаглифов - по патентованной схеме StereoStep изготовлен В.Б.Однороженко в ноябре 2006 года, - спустя почти полгода после проявления еще невнятного тогда коммерческого интереса к проекту и последовавшей за этим практичной рекомендации ознакомленных с проектом авторитетных доброжелателей из НИКФИ: «…Вы … вполне могли бы … сделать кусок растра…» (21.03.2006; цитируется по переписке).
Однако, несмотря на многочисленные советы и рекомендации такого рода, этот вынужденный промежуток был крайне необходим. За это время разработчикам проекта удалось значительно упростить его обоснование и, в практической части, - буквально свести его к элементарным оптико-геометрическим фактам и приложениям. Именно это, в итоге, позволило целенаправленно перейти к экспериментам с промышленными лентикулярами и к технологиям изготовления светофильтров. В исследованиях того периода обнаружилось, к примеру, что реальная и трудно учитываемая толщина применяемых масок/траспарантов (фильтрующих материалов) существенно влияет на качество воспроизведения стерео, - особенно при тесном касании с графикой (в полиграфии, на TFT-мониторах и т.п.).
Факт - безусловно понятный, но потребовавший тогда срочного технологического разрешения в работе с доступными пленками и растрами. И здесь, именно достигнутые наглядность и элементарность подходов позволили сходу использовать тот не вполне очевидный факт, что применяемый в экспериментах «толстый» встроенный фильтр является одновременно и своеобразным (цветным) щелевым растром. Т.е., при тесном касании с графикой, наружный/объектный лентикулярный рельеф является оптико-технологическим «излишеством»: фильтрующие щели вполне адекватно выполняют центральную проекцию фрагментов сцены на фокальную плоскость, а толщина их материала (фотопленки, принтерного пластика с желатином и т.п.) позволяет даже - за счет заведомо большего «обзора» щелью, - отчасти сгладить и нейтрализовать сложную помеху - влияние микрографических (пиксельных) особенностей TFT-монитора (см.рис.).
Кроме того, ранее уже было показано, что свойства бирастра вполне инвариант
Противовирусные препараты: за и против
Добро пожаловать в Армению. Знакомство с Арменией
Крыша из сэндвич панелей для индивидуального строительства
Возможно ли отменить договор купли-продажи квартиры, если он был уже подписан
Как выбрать блеск для губ
Чего боятся мужчины
Как побороть страх перед неизвестностью
Газон на участке своими руками
Как правильно стирать шторы
Как просто бросить курить
- 3210 -
