Orbis pictus 21. století

1. Tato prezentace byla vytvořena v rámci projektu Orbis pictus 21. století

2. Orbis pictus 21. století 3D ZOBRAZOVAČE Obor: ElektriářRočník:3.Vypracoval:Prof. Ing.Václav Říčný, CSc. OB21-OP-EL-ELZ-RIC-U-3-005 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

3. Prostorové (3D) zobrazování a 3D zobrazovače

4. 1. Vznik prostorového vjemu obrazu Prostorový (také 3D, třírozměrný, stereoskopicky) vjem obrazu vzniká v mozku člověka při sledování dvou plošných (2D) obrazů stejné scény posunutých o tzv. o tzv. stereobázi (rozteč očí - cca 7 cm). Levý a pravý obraz musí být sledovány jen odpovídajícím okem diváka. Jev popsal již ve třicátých létech 19. století sir Charles Wheatstone. Jeho poznatky se uplatnily zejména ve filmové technice („zlatá éra kinematografie“ v 50. létech, která přetrvává prakticky dodnes). 2. 3D zobrazovací systémy se speciálními brýlemi 2.1 Zobrazování levého a pravého obrazu umístěných vedle sebe Nejstarší systém. Obraz je snímán dvěma kamerami nebo speciálním fotoaparátem se dvěma objektivy posunutými o vzdálenost očí. Vzniknou tak dva dílčí obrazy scény snímané pod různými úhly – levý a pravý. Divák pak pozoruje dvojici snímků přes tzv. stereoskop, který zajišťuje, aby každé oko vnímalo jen příslušnýobraz.

5. 2.2 Zobrazovánísuperposice dvou posunutých obrazů brýlemi s různě barevnými skly (systém Anaglyph) Anaglyph je pozorovatelný jako 2D obraz i bez brýlí) lze vytvořit z běžné 2D digitální fotografie také vhodným software. Nevýhodou je možnost vzniku zkreslení barevného podání a malá přípustná odchylka posice pozorovatele vůči ose obrazu, ve které se projevuje 3D vjem. 2.3 Zobrazováníprojekce dvou různě polarizovaných posunutých obrazů (anaglyphů) brýlemi s polarizačními filtry Před objektivy dvou projektorů i v brýlích jsou užity různě polarizované filtry (ortogonální nebo kruhové). Ty zabezpečují, aby každé oko sledovalo pouze odpovídající obraz. Technika je vhodná nejen pro anaglyphy, ale i pro obrazy promítané vedle sebe. Je však nutné drahé speciální stříbrné projekční plát- no, na kterém nesmí docházet k posunu polarizační roviny světla.

6. Alternativou této metody, nevyžadující projekci, je synchronně a elektronicky řízená změna polarizační roviny filtru před zobrazovačem. Také v tomto případě jsou nutné brýle vybavené před každým okem polarizačním filtrem s odpovída- jící polarizací. Nedochází ke zkreslení barevného podání. Nevýhodou je potřeba dražších polarizačních brýlí. 2.4 Postupné zobrazování levého a pravého obrazu (Eclipse Method) Střídavé zatemňování levého a pravého průzoru brýlí brýlí se děje např. s periodicitou televizních půlsnímků a je synchronní se střídáním levého a pravého postupně přenášeného obrazu. Synchronizační signál se obvykle vysílá v infračerveném pásmu. U této verse je pozorovací úhel větší. Postupný sled obrazů

7. Kamera pro snímání signálů Speciální fotoaparát se 4 objektivy pro 3D zobrazení pro snímání obrazů tzv. „plastických“ fotografií (pohlednic) Speciální aplikaci představují zobrazovací systémy HMD (Head Mounted Display). Jejich základní část tvoří brýle se dvěma LCD, příp. OLED zobrazovači. Jsou obvykle umístě- ny ve speciálních přilbách. Zobrazují dva dílčí obrazy (levý a pravý) posunuté o stereobázi. Tato technologie umožňuje např. zobrazování 3D filmů, ale častěji je užívána pro tvorbu virtuální reality - např. v sofistikovaných hrách, v lékařství (3D zobrazovací systémy), v robotice, počítačové grafice a v řadě dalších aplikací. Tyto systémy často spolupracují se systémy sledování polohy hlavy HTD (Head Tracking Device).

8. 3. Auto-stereoskopické 3D zobrazování bez speciálních brýlí Projekční 3D systémy s proužkovými nebo čočkovými rastry 3.1 Auto-stereoskopickápřední projekce je určeno pro především pro 3D kina (pro více diváků). Využívá multikanálové separace levého a pravého obrazu pomocí svisle orientovaných dělících čoč- kových rastrů. Pro 3D filmy snímá scénu několik dvojic kamer z  různých míst. Stejný počet dvojic projektorů promítá dílčí obrazy na projekční plochu, na níž je rovněž vytvořen rastr svislých eliptických nebo válcových čoček. Ty tvoří výstupní optický dělící filtr. Světelný tok každé dvojice projektorů se dělí na svislé proužky odpovídající levému a pravému dílčímu obrazu. K divákovi se odráží světelný tok, který je tímto čočkovým rastrem rozdělen pro levé a pravé oko.

9. Při změně polohy pozorovatele se prostorový vjem mění skokově. Čím více je dvojic kamer a odpovídajících projek- torů, tím je přechod prostorového vjemu mezi jednotlivými směry plynulejší. Prostorový vjem je pak možný z více míst – např. podle obrázku ze šesti. Vějířovitá struktura rastru rozšiřuje pozorovací prostor. 3.2 Auto-stereoskopická zadní projekce Zadní projekce používá opět multikanálový princip, ale projektory jsou umístěny na opačné straně. Stínítko je v tomto případě průhledné. Tvoří ji tří vrstvy, od- dělené vzduchovými mezerami. Zadní vrstva svisle orien- tovaných umělohmotných válcových čoček na skleněné podložce, rozděluje světelný tok jednotlivých projektorů do dílčích toků odpovídajících levému a pravému dílčímu obrazu. Druhá difusní vrstva procházející světelný tok rozptyluje. Divák sleduje obraz přes třetí přední vrstvu, kterou tvoří tvarově i technologicky shodný, čočkový rastr. Ten který zajišťuje, aby se k  jeho očím dostala jen ta část světelného toku, která odpovídá dílčím obrazům. Pro zlep- šení separace světelných toků jednotlivých dvojic kamer jsou mezi svislými válcovými čočkami vytvořeny černé (neprůhledné) oddělovací proužky.

10. 3.3 Auto-stereoskopické zobrazení na 3D televizních zobrazovačích a počítačových monitorech V případě zobrazovačů pro počítačové monitory je možno, s ohledem na jediné- ho předpokládaného diváka, eliminovat zhoršení prostorového vjemu při změně jeho polohy prostřednictvím sofistikovaných elektronických systémů HTD pro sledování polohy divákovy hlavy (přesněji očí). Jejich základ- ní část tvoří kamera umístěná na monitoru, která snímá hlavu diváka. Vytvořený obrazový signál zpracovává speciální soft- ware, který na základě identifikace polohy hlavy diváka gene- ruje řídicí signály pro mechanické (nebo elektronické) řízení polohy monitoru (nebo posice obrazu na zobrazovači). Pro televizní 3D zobrazovače nejsou systémy HTD použitelné. Jejich obraz totiž může sledo- vat i více diváků (tzv. Multi User Display). Byly již vyvinuty plasmové i LCD 3D zobrazovače, které vytváří prostorový (auto-stereoskopický) vjem prostřednictvím svisle orientovaného čočkového rastru umístěného na čelním skle zobrazovače. Vychází z podobného principu, jaký je již dlouho používán uprostorověvnímaných (tzv.plastických) pohlednic.

11. Svislé luminoforové proužky 3D zobrazovače, odpo- vídající pravému P a levému L dílčímu obrazu, jsou hřebenovitě proloženy. Neutrální oddělovací proužky jsou označeny písmeny n. Tato technologie umož- ňuje „optické adresování“ dílčích obrazů k levému a pravému oku diváka. Prostorový vjem se projevuje jen v omezeném prostoru. Nutnou podmínkou je rovněž potřebné počítačové zpracování obrazového sig- nálu ve videoprocesoru, které umožňuje vytvářet v reálném čase z přenášeného dvoukanálového 3D signálu střídající se proužky levého a pravého dílčího sním- ku. Při barevném zobrazení se aditivní míšení základních barev R,G,B uskutečňuje v každém kanále odděleně. Před každou válcovou čočkou je luminoforový proužek jedné barvy pro levý dílčí obraz a jiné barvy pro pravý dílčí obraz. V každém řádku jsou proužky vedle sebe seřazeny v tomto pořadí: R pro pravý kanál, G pro levý kanál, B pro pravý kanál, R pro levý kanál, G pro pravý kanál, B pro levý kanál

12. Poznámka Zvláštní případ představují systémy holografického 3D zobrazení (Dennis Ga- bor 1848).. Vyžadují zdroje koherentního světla (lasery) a nejsou zatím vhodné pro televizní aplikace. Jsou používány především pro vědecké účely a v zábav- ním průmyslu podobně jako volumetrické 3D systémy (Volumetric Display).Ty vytvářejí prostorový vjem z rychlé projekce řady 2D snímků z různých úhlů až v rozsahu 360 °. Je tedy možno sledovat objekt i zezadu. 4. Závěr Na trhu je v současnosti již řada TV přijímačů, jejichž videoprocesory podporují podporují 3D zobrazení – zatím však pro pozorování speciálními brýlemi – sys- tému Eclipse (např. přijímače firem Samsung a Panasonic jsou již na trhu). Auto-stereoskopické zobrazovače pro televizní přijímače jsou již rovněž vy- víjeny. Zajímavý je prototyp 3D zobrazovače firmy Philips využívající systém WOWvx. Ten pomocí speciálního soft- ware umí transponovat 2D obraz na 3D (doplněním o tzv. jasovou mapu). Firma Sony slíbila na výstavě IFA (Berlín 2008) dodat na trh 3D auto-stereoskopický zobrazovač do roku 2010. Veletrh spotřební elektroniky CES v Las Vegas ukázal, že 3D televizi patří budoucnost, ale ta je v televizní technice ještě poměrně vzdálená - především chybí zdroje 3D obsahu a není standardizováno 3D vysílání.

13. Děkuji Vám za pozornost Václav Říčný Střední průmyslová škola Uherský Brod, 2010 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky