Проект StereoStep: трехмерные образы на экране обычного мобильника

Название данной статьи – не блеф и не завлекательный рекламный ход: с недавних пор это действительно реальность, — изобретенная, выполненная и продемонстрированная специалистами Инженерного агентства AntenNet (Днепропетровск) в рамках проекта StereoStep (SS).

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/дополняющими, к тому же, все регулируется «автоматом» — без потери зрелищного качества. Это свойство композитного бирастра очень существенно в реальной технологии склейки. Представьте себе этот процесс: два весьма габаритных пластиковых листа с клейкими основаниями, которые необходимо протянуть в совмещенном состоянии сквозь прижимные валки, соблюдая при этом соосность наружных рельефов.

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 инвариантны относительно достижимой соосности лентикуляров-компонентов. Тогда, с переходом к эквивалентному замещению объектного лентикуляра – щелевым растром, — свойство инвариантности автоматически переносится и на «соосность» размещения полосового фильтра (щелевого растра) и окулярного лентикуляра. Другими словами, исследования технологичности встроенных анаглифических фильтров, вместе с уже известными свойствами бирастра, привели к ряду ценных и существенных уточнений технологии:

•  во-первых, простая бирастровая оптическая схема со встроенным фильтром может быть еще более упрощена – для полиграфических приложений, TFT-мониторов и т.п. носителей с тесным касанием, — за счет линзо-щелевого исполнения бирастра, где объектный щелевой растр образован самим интегральным анаглифическим фильтром; другими словами, для тесных применений нужен «контактный» вариант бирастра – без объектного лентикуляра, а для прочих применений (включая мониторы с кривизной экрана и/или с его толстой стеклянной защитой) лучше использовать «дистантный» — трехслойный вариант бирастра;
• во-вторых, в «бутерброде» из двух лентикуляров и встроенного между ними интегрального (полосового) фильтра — соосность любых двух компонентов не критична, ее нарушения автоматически компенсируемы самой же оптикой и небольшим смещением зрительских зон;
• в третьих, щелевое замещение объектного лентикуляра фактически означает, что в билинзе необязательна идентичность составляющих линз, т.е. для композитного бирастра достаточно одинаковой плотности линз на единицу поперечного размера растров-компонентов;
• отсюда, в свою очередь, вытекает четвертое: раздельный выбор лентикуляров для объектной и окулярной сторон бирастра позволяет корректировать зрительные эффекты (например: размер образа/его увеличение, изменение параллакса и т.д.) и характер положений зрительных зон;
• более того, отсюда — в пятых, — получается, что сам бирастр (с подобранными рельефами или в щелевом варианте) может, в дополнение к своим уже известным свойствам, — использоваться как окулярный корректор зрительных эффектов для других регулярных оптических структур (на своей объектной стороне); при этом, совпадение топологий (регулярности) этих структур и бирастра совсем не обязательно, — это неочевидный вывод очень полезен для последующих приложений.

Отдельный вопрос по теме – применение анаглифов в коммуникативных технологиях (на ТВ и в мобильной телефонии). Ранее уже отмечалось, что анаглифы вполне совместимы с действующими 2D-трактами и оконечными устройствами; причем, непосредственно в виде последовательности:  автономная подготовка анаглифического контента (стереопара из двух ракурсов, и ее конверсия/кодирование в анаглиф), затем — трансляция анаглифа (передатчик, тракт), и, наконец, воспроизведение в том же анаглифическом формате — на экране оконечного аппарата (телевизор/мобильный телефон, компьютер в сети) для просмотра.

Возможен иной вариант: трансляция исходных ракурсов (вместо готового анаглифа) вплоть до оконечного устройства, затем — перехват ракурсного контента промежуточным устройством, выполняющим конверсию ракурсов в готовый анаглиф, и, наконец, воспроизведение анаглифа на экране.

Ясно, что такая программно-аппаратная «вставка» (анаглиф-конвертор с заведомо немалым резервом памяти – для обработки графики), еще более-менее допустимая для габаритного телевизора (есть, где спрятать), — совершенно неприемлема для мобильного телефона, где такое резервирование невозможно в силу миниатюризации (по крайней мере, она состоится не скоро). Тогда, имея ввиду технологическое превалирование мобильной телефонии и тенденцию к «мобилизации» самого ТВ, — можно однозначно утверждать, что в ближайшем будущем (при стабильных технических тенденциях, коммерческих и медиа-предпочтениях) анаглифический контент целесообразно формировать автономно и транслировать его в уже готовом виде.

Отчасти, по принципиальным соображениям (о которых ниже), но в немалой степени из-за лабораторной ограниченности, — и прототипные образцы анаглифического 2D/3D-конвертора и последовавшие за ним модернизированные аналоги, — разрабатывались и изготавливались в «приставочном» варианте – в виде съемных пластин, накладываемых на соответствующий носитель анаглифического изображения. Разработчики проекта StereoStep резонно посчитали, что всё «свободно съемное» может, при необходимости, стать жестко встроенным, т.е. быть основой оптических решений и для специализированных автостереоскопических 3D-экранов.

Другими словами, разработчики намеренно формировали и нашли, в итоге, универсальное для анаглифов решение, как для 2D-совместимости, так и для 3D-специализации экранов, — позволяющее их независимое бесконфликтное развитие (и производство), с гарантированным стерео-режимом для самого широкого использования – по доступности и приложениям.

Соответственно этому, «кустарное производство» конверторов для лабораторных исследований было спланировано в двух направлениях: для мини- и микро-экранов (мобильные телефоны, карманные компьютеры и т.п.), а также для средне-форматных экранов (от визуальных игровых консолей – до рядовых дисплеев на 15-17 дюймов; и это — не предел). Результаты этой работы – сами приставки и техника «ручной» работы с ними, — многократно отрабатывались на реальных экранах (см. фото выше).

Первые демонстрационные образцы «телефонных» пластинок-приставок были показаны авторами на киевском мероприятии MobilMonday в январе 2007 года (см. фото слева). Для большинства присутствующих там профессионалов – украинских и зарубежных, — реальная возможность 3D на обычных телефонных трубках оказалась, как представляется, «внезапным» фактором. Это нашло немедленное отражение в профильных изданиях, в СМИ и, особенно, в сети, что, в итоге, обернулось для коллектива настоящим шквалом обращений в AntenNet, который не стихает и по сей день.

Демонстрационные образцы средне-форматных 2D/3D-конверторов были показаны позже — на одесской выставке Hi-Tech-2007 в марте 2007 года (см. фото справа): проект очень живо и заинтересованно освещался на местном ТВ и стал дипломантом выставки. В подготовке обеих демонстраций авторам чрезвычайно помогли усилия друзей и многих болельщиков проекта.

Развитие анаглифов

Этот заголовок – не запоздалая первоапрельская шутка: исходная «очковая» технология анаглифов, с необходимостью (анатомически) привязанная к бинокулярности, — надолго ограничила цветокодирование для нужд стерео всего парой комплементарных цветов. Однако, уже более «молодая» ChromaDepth-технология продемонстрировала полный отказ от этой увязки. С появлением первых проектных образцов автостереоскопических 2D/3D-конверторов жесткая двухцветность анаглифических изображений также перестала быть неустранимой догмой…

Действительно, нам известны, по крайней мере, три цвета (красный-зеленый-синий), которые в цветовых классификациях считаются взаимно-несводимыми и давно, а главное – успешно, — применяются в цветокодировании (в фотографии). С их помощью появляется реальная возможность цветовой 2D-свертки по крайней мере для трех ракурсов сцены/предмета. Если же цветовых «реперов» будет больше (в том числе, за счет использования невидимых ИК и УФ-диапазонов спектра), то возможно и многоракурсное цветокодирование.

Проще всего обсуждаемое расширение двухцветности продемонстрировать на известной «фотографической» тройке цветов. Пусть, к примеру, имеются три последовательных ракурса сцены/предмета. Сделаем первый из них красно-«кодированным», второй – зелено- и третий – сине-«кодированным», а затем объединим все три цветных ракурса в единую картинку (точно, как в фотографических процессах). Подготовим одновременно элементарный полосовой трехцветный фильтр-компонент, где в каждой билинзе должно поместиться ровно три прозрачных цвета: красный, зеленый и синий, — с повторением порядка во всех билинзах. Из пары одинаковых фильтров-компонентов (на отдельных пленках – так проще их полиграфическое или принтерное изготовление) несложно составить «сборный» интегральный фильтр для встраивания в бирастр (см. рис.):

Ясно, что и в этом случае, как в анаглифах, приложение бирастра с трехцветным фильтром — к синтезированному трехцветному же (и трехракурсному) изображению — почти перпендикулярно параллаксу, — выделит каждый ракурс по его цвету, — и позволит раздельно рассматривать смежные ракурсы разными глазами, переходя от одной стереопары – к другой (их в этом примере – всего две). Т.е. проявится не только стерео-эффект (от каждой стереопары), но также эффект реального оглядывания – за счет среднего ракурса. Мало того, зрительная зона, определенная для обычного анаглифа, в данном случае удвоится (в угловом измерении) – наблюдение станет комфортнее. Как можно видеть: ничего принципиально нового в описанной технологии нет, а зрелищная новизна присутствует, — для нее достаточно лишь отказаться от очков и расширить (необязательно дискретно) группу цветовой комплементарности…

После проверки на лабораторных образцах и в модельных экспериментах, описанная технология расширенного цветокодирования для стерео-режимов была запатентована обычным порядком, как новая технологическая возможность в многоракурсной 2D/3D-конверсии. Существенно, что, как и в случае с анаглифом, ее применение не требует каких-либо изменений действующих коммуникативных трактов и оконечных устройств; технология вполне с ними совместима, как и с любыми 2D-носителями графики/видео, исключая при этом какие-либо пиксельные потери в ракурсах. Как и в случае анаглифов, многоцветное кодирование на ТВ и в мобильной телефонии целесообразно выполнять автономно, и лишь в готовом виде передавать/транслировать и воспроизводить на пользовательском экране.

Бирастровые решения в эклипсной технологии

Уже коснувшись многоракурсности (не только на примере расширенного цветокодирования, но и при описании технологии Липпмана-Бонне) и убедившись в ее несомненной зрелищной конкурентности с анаглифом – даже с учетом возникающих тут пиксельных потерь (точности воспроизведения) в изображении и представлении отдельных ракурсов, — невозможно отказаться от попыток приложения здесь бирастра – с дальним прицелом на дешевые съемные решения.

Дело в том, что встроенные оптические схемы для многоракурсного контента уже предложены и реализованы в специализированных (автостереоскопических) 3D-мониторах – самой проблемной части 3D-рынка: но они оказались чрезвычайно дороги. Цена этих действительно прекрасных аппаратов (в основном, большого формата – дисплеев и телевизоров) стала «заложницей» прецизионной технологии — с неустранимыми пока сложностями и, соответственно, требующими больших инвестиций.

Значительно более дешевой альтернативой встроенным решениям стали эклипсные/«затворные» конструкции для 3D, в которых стереопара демонстрируется на экране поракурсно (сначала — левый ракурс, затем — правый), а специальные очки, синхронизированные со сменой кадров на экране, — поочередно открывают поле зрения левого или правого глаза. В силу быстроты смены кадров (не менее 50 Гц для стандартных мониторов) и инертности зрения, — у наблюдателя возникает полноценный стерео-эффект. Очевидно, что, при этом, каждый ракурс виден полностью – без пиксельных потерь, но, зато, – с половинной потерей светимости, т.к. занимает лишь половину времени представления на экране связной стереопары. Единственное неудобство этой технологии, кроме частичной потери светимости, – необходимость ношения «мигающих» очков или специального шлема с тем же свойством…

Здесь одно очевидное приложение бирастра – по аналогии с анаглифным 2D/3D-конвертором, – напрашивается немедленно: вместо интегрального анаглифического фильтра, встроить в бирастр управляемую матрицу в виде эклипсного щелевого растра с полосами переменной прозрачности (дискретно: прозрачно-непрозрачно), где две любые смежные полосы имеют противоположную прозрачность и меняют ее синхронно со сменой кадров на экране. В этом случае, в точности – как в анаглифах, — интегральный «затвор» (встроенный щелевой растр) сможет производить «запирание» щелей для «чужого» ракурса и ориентацию световых потоков в «нужный» глаз, — в такт смене ракурсов-кадров.

Ясно, что тогда — в каждой зрительной зоне должен будет проявлен стерео-эффект. Но это – общая схема: больше принципиальная, чем практическая. Дело в том, что, при обычной длительности демонстрации кадров на экране, появление второго ракурса (и «исчезновение» первого – под затвором) станет зрительно заметным, — реальная конвергенция будет осложнена и может вовсе не состояться.

Другими словами, для ощущения «слитности» очередных кадров-ракурсов в виде общей стереопары, время их экспозиции на экране должно быть сокращено вдвое. Учитывая, что уже 24 кадра в секунду воспринимаются нормальным зрением без малейшего мелькания, — эту схему действительно можно реализовать и на 50-герцовом мониторе, не говоря уже о современных аппаратах на 100 и более Гц (но затруднительно для мобильных телефонов и вообще – для «карманной» техники, откуда трудно перехватить сигнал смены кадров). При этом, все виды инвариантности, определенные ранее для бирастра и его размещения относительно носителя графики и зрителя, — сохраняются. Данный способ 3D-представления, как и анаглиф, — вполне приспособлен для статичной графики и для видеоконтента. Но это – лишь для двух ракурсов…

Возникает естественный вопрос: можно ли этот принцип (эклипсности встроенного в бирастр бинарного щелевого растра) распространить на заведомую многоракурсность? (конечно, при условии использования экранов с высокой частотой обновления и быстрым следованием кадров — свыше 50 Гц; к примеру, распространенные сейчас 100 Гц обеспечат всего 4 ракурса). На этот вопрос из вышеизложенного вытекает однозначный ответ: конечно же, можно!

Только, вместо ранее рассмотренной пары затворных полос с альтернативной прозрачностью, в каждой билинзе должен будет стоять пакет/кластер (см. рис.) полос с «бегущей» прозрачностью (полосой), синхронизированной со сменой кадров/ракурсов на экране, — только и всего. Другими словами, для обеспечения реальной автостереоскопической многоракурсной эклипсной технологии (с использованием бирастра) нужно следущее:

• экран с коротким временем переключения (сложное пока требование для TFT и аналогичных по конструкции мониторов);
• видеоконтент должен быть подготовлен в виде последовательности сцен, каждая из которых состоит из упорядоченного набора ракурсов-кадров (стереограмма); следование ракурсов при трансляции и демонстрации не меняется;
• ускоренная трансляция и демонстрация контента, так чтобы все ракурсы одной стереограммы были показаны на экране за время не более 0,0625 сек. (под 16 кадров — реальную границу заметности мелькания отдельных кадров, определенную особенностями психофизиологии зрения);
• бирастр, как носитель интегрального эклипсного растра, встроенного между наружными лентикулярами (объектным и окулярным; причем, в «контактном» варианте бирастра, объектный лентикуляр, по уже известным основаниям, — может быть исключен);
• встроенный эклипсный интегральный растр, состоящий из смежных щелевых пакетов (кластеров), каждый из которых позиционирован в фокальной плоскости соотв. билинзы;
• каждый щелевой пакет состоит из непрозрачного поля (непрозрачные щели) с бегущей по нему открытой (прозрачной) щелью; щели параллельны образующим линз бирастра;
• позиции открытых щелей в пакетах одинаковы и синхронизированы с частотой смены кадров на экране-носителе контента (та же проблема со временем переключения — при реализации интегрального растра TFT-матрицей и аналогичными конструкциями).

Данное оптическое решение практически исключает связанность зрителей с какими-либо фиксированными позициями обзора, — их размещение, наконец-то, будет совершенно свободным, т.к. из любого положения наблюдатель сможет видеть хотя бы пару смежных ракурсов текущей сцены, а перемещаясь перед экраном – сможет как бы оглядывать ее (сцены) детали и фрагменты. Приблизительное «как бы» здесь вполне уместно, т.к. для многоракурсных кодограмм Липпмана-Бонне (и, особенно, для непрерывных 3D/2D-сверток), изменение зрительской дистанции способно исказить текущую (наблюдаемую) стереопару.

К примеру (см. рис.), с приближением зрителя к рельефу бирастра — наблюдаемая стереопара образуется уже не из смежных ракурсов: из наблюдения «выпал» промежуточный ракурс, существенный для эффекта непрерывности/плавности оглядывания. Кроме того, за время перемещения головы наблюдателя, или даже просто его взгляда (для оглядывания сцены с другой позиции), на экране несравнимо-быстрее произойдет смена демонстрируемой сцены. Т.е. в новом положении наблюдатель увидит не только иную стереопару, но совершенно отличную от прежней сцену (правда, при связном изменении видеоконтента, это может оказаться для зрителя незаметным).

Таким образом, для рассмотренной конструкции справедливо: чем меньше линзы бирастра и/или чем больше ракурсов в кластере, — тем дальше от экрана может (и должен) располагаться зритель (в идеале – при «сверхскоростном» экране, емком тракте и почти-непрерывной 3D/2D-свертке, — зрительный «пропуск» одного-двух ракурсов перестает играть существенную роль в оглядывании сцены; зритель станет почти свободным в перемещениях перед экраном).

При этом в случае «контактного» варианта бирастра (например, для TFT-мониторов и их аналогов), объектный щелевой (эклипсный) растр должен быть достаточно толстым, — чтобы области обзора прозрачных щелей от соседних кластеров хотя бы смыкались краями на текущем изображении экрана, т.е. на визуальном представлении кадра/ракурса. Впрочем, все это вполне поддается измерению и расчетам, а значит можно определить технологические требования к материалам (толщинам подложки и ЖК-субстрата), обеспечивающим необходимые свойства затворам.

Таким образом, если скорость переключения (обновления) экрана позволит представлять каждую сцену (стереограмму из q ракурсов-кадров; q>2) за время, не превышающее 0,0625 сек., то зритель увидит вполне качественный многоракурсный стерео-эффект. Структура такого видеоконтента, как отмечалось, должна быть организована следующим образом (см. рис.).

Из этой диаграммы также видно, что, пытаясь оглядеть текущую сцену, т.е. сместиться глазами к смежной стереопаре, — мы, на самом деле, сможем увидеть лишь стереопару от новой сцены, т.к. светимость прежней уже закончится. Этот аспект эклипсности (присутствие стереограммы сразу для всех зрителей, но, при этом, ограниченная видимость для конкретного наблюдателя), в общем-то, может быть устранен специальными техническими средствами, но они вряд ли заметно улучшат эффект, т.к. реальное движение головы/глаз наблюдателя (к новой зрительной позиции) всегда заведомо медленнее смены сцен на экране: но за что особо бороться – зритель ничего практически не заметит.

В этой связи, очевидно также, что, при трансляции статичной графики (все q ракурсов идентичны), — никакого стерео-эффекта не будет, т.к. между очередными кадрами не образуется параллакс. Запомним этот факт, т.к. он является основой другого эклипского решения, позволяющего квази-объемный эффект для обычного (2D) видеоконтента. А изложенное здесь оптическое решение авторизовано, как вполне самостоятельное приложение бирастра.

Квази-объемная трансформация самого 2D-контента

Представим себе ситуацию: бирастр со встроенным эклипсным многоракурсным щелевым растром, описанный в предыдущем разделе, размещен на экране, зритель приготовился смотреть стерео-фильм, а вот сам фильм оказался не готов, — не разбит на сцены (и ракурсы в них), т.е. представляет собой обычный 2D-видеоряд. Что тогда увидит зритель?.. Как известно, мелькание перед глазами коротких несвязных образов является дискомфортным и намеренно применяется только в специальных медико-биологических исследованиях и процедурах. Этот факт, хорошо известный операторам съемки кино- и видео-контента, проявляется в готовом видеоряде тем, что сценические перебивки — с резкой графической переменой изображений, — занимают ничтожно малое время в ходе демонстрации.

Подавляющая часть контента характеризуется практически плавным/небольшим изменением графики очередных кадров. В свое время это свойство реального видео стало основой одного из решений по графическому сжатию для нужд ТВ (вместо очередного кадра – передавать значительно меньшую информацию о его отличии от кадра предыдущего).

Теперь для ответа на поставленный вопрос рассмотрим простой двухракурсный эклипсный бирастр и столь же простой 2D-контент. Ввиду изложенного, с высокой вероятностью, два очередных кадра в видеоряде окажутся графически-близкими (с небольшими отклонениями в фрагментах и планах). Это означает, что отмеченные различия кадров, при их раздельной (эклипсной) демонстрации для левого и правого глаза, будут интерпретированы зрением – как имеющие параллакс. Т.е., при просмотре произойдет обычная конвергенция, и связная пара кадров воспримется в виде стереопары с проявлением стерео-эффекта.

Это, как отмечалось в предыдущем разделе, – общая схема: опять-таки, более принципиальная, чем «зрительская». Дело по-прежнему в том, что, при обычной длительности демонстрации кадров на экране, появление второго «ракурса» (и «исчезновение» первого) станет зрительно заметным, — реальная конвергенция будет осложнена и может вовсе не состояться. Т.е., как уже разбиралось ранее, для ощущения «слитности» очередных кадров-ракурсов в виде общей стереопары, время их экспозии на экране должно быть сокращено вдвое.

Но это – не все: на временной диаграмме (см. рис.) приведены состояния затворов, синхронизированные со сменой кадров на экране. На этом примере можно видеть, что в прямой трансляции – все нечетные кадры станут «правыми» (условно) ракурсами, а четные – «левыми». Если, при этом, реальный контент демонстрирует графически-связные сцены с плавным изменением фрагментов и планов, то зрительного ощущения/наследования — в виде столь же плавно переходящих друг в друга стереопар, — не получится: стерео-эффект будет нарушаться с каждым очередным кадром. Его можно восстановить только повторной демонстрацией кадров (см. рис.), где, за счет повтора кадров и инерции зрения, принудительно сформируется иллюзия зрительной связности/преемственности искусственно-синтезированных (двухкадровых) сцен для каждого глаза (см. рис.).

При этом, оба глаза видят «одно и то же кино», но с постоянной разницей/сдвигом в один кадр, и именно этот сдвиг обеспечивает системный/единообразный «параллакс» в зрительных ощущениях и, соответственно, синтетический стерео-эффект.

Рассмотрим теперь практические результаты применительно к ТВ. Ясно, что на транслирующей стороне ТВ повторение кадров обычного 2D-контента затруднительно (фактически, это было бы изменением формата вещания). Однако, на оконечном устройстве – обычном 2D-телевизоре, — такое дублирование возможно: нужен дополнительный аппарат, который перехватит видеосигнал, сократит вдвое длительность очередного кадра, клонирует (скопирует) сокращенный кадр и, затем, поочередно отправит на видеовход телеприемника – и сокращенный оригинал и его копию. Такой видео-трансформатор может быть отдельным аппаратом, а может быть блоком в устройстве управления активностью встроенного в бирастр эклипсного растра. В любом случае, такой блок – заведомо недорогое и несложное устройство.

Теперь, опираясь на рассмотренную двухракурсную модель, нетрудно определить аналогичную конструкцию для многоракурсности. Это решение (в форме трансформирующего/умножающего блока) «выглядит» следующим образом:

• берется видеоряд обычного 2D-контента (см. рис.):

• длительности всех стандартных кадров уменьшаются в q раз, где q-планируемое количество ракурсов (это происходит в «накопителе» трансформирующего устройства);
• за счет дублирования коротких кадров формируется/синтезируется последовательность сцен (см. рис.), которая подается на видеовход ТВ-приемника:

Таким образом, можно видеть, что каждая сцена – набор из q «ракурсов», каждый сокращенный кадр реального 2D-контента повторен тоже q раз, а само повторение циклически сдвинуто на q–1 позиций. Тогда, общая длительность сцены как раз составит исходное время демонстрации стандартного 2D-кадра. При этом, смежные синтетические сцены отличаются всего двумя кадрами (первым и последним, т.е. обеспечена плавность перехода от сцены – к сцене. Это свойство плавности соблюдается и внутри сцен – при наблюдении смежных синтезированных стереопар. Кстати, размер сдвига в этом алгоритме – не догма; он может быть изменен с «усилением» синтетического параллакса – не смежные кадры для стереопар, а кадры с регулируемым следованием (например: 1, 4, 7, 10-й и т.д.).

В этой схеме зритель вполне свободно может перемещаться перед экраном: наконец-то, как и в разделе 8, исключено ограничение на фиксированное число зон просмотра. Кроме того, трансформирующий блок для q-ракурсной схемы практически не отличается по сложности и исполнению – от своего «облегченного» 2-ракурсного аналога: это – действительно простое устройство, перехватывающее транслируемый 2D-видеоряд и, почти без задержек, — переводящее его в 3D-формат с «принудительным» (синтетическим) параллаксом, – для подачи на видеовход ТВ и просмотра через уже известный (вышеописанный) управляемый эклипсный бирастр…

В схеме замечательно все, кроме кратковременных зрительных перескоков при перебивке реальных сцен в исходном 2D-видеоряде, кроме принудительности синтетического параллакса и, главное, необходимости активного (внешнего) управления эклипсным бирастром. Перескоки и параллакс (включая переменный/управляемый сдвиг кадров при синтезе сцен), в общем-то, имеют реальную возможность регулирования, — для этого есть известные и не очень сложные технические решения, опирающиеся на психофизиологические особенности зрения (с их возможностью «упаковки» в блок контентного трансформатора). Однако, необходимость кадровой синхронизации полосовых затворов остается неизменной, т.е. вынужденная активность бирастра в этой схеме неустранима.

Таким образом, можно констатировать, что рассмотренное здесь решение, без претензий на оригинальность (мы уверены, что именно этот алгоритм реализован в некоторых известных 2D/3D-конверторах видео-контента), — вполне и сходу подходит для ТВ, компьютерных приложений (включая игровые консоли, тренажеры, спецмониторы для медицины и т.п.), для рекламных целей и для иных габаритных экранов, допускающих аппаратную приставку «трансформатора». Но для заведомо миниатюрных устройств (мобильный телефон, карманный компьютер и т.д.), обеспечение 2D-совместимости станет сложной задачей из-за необходимости перехвата видеоконтента, из-за наличия самого этапа трасформации и, главное, ввиду внешнего управления эклипсным процессом.

Это – не минорное завершение раздела, просто здесь снова подтвержден сугубо инженерный вывод: в эклипсных технологиях трансформация 2D-видеоконтента должна быть отделена от воспроизведения стерео-режима. Тогда, это становится вполне самостоятельным (и востребованным: достаточно вспомнить о гигантских кинофондах с 2D-контентом) занятием, которое отнюдь не обязательно автономизировать в виде «железного» комплекта к пользовательскому телевизору, компьютеру и т.д. Более того, автоматизированные скоростные технологии для 2D/3D-трансформации видеоконтента — по коммерческим основаниям должны и будут становиться независимым бизнесом – для насыщения явной дефицитности видео-контента на 3D-рынке.

Пассивная квази-объемная трансформация 2D-контента: эффект Пульфриха

В предыдущем разделе была показана возможность трансформации обычного 2D-контента – в стереограммы (т.н. сцены с многоракурсным представлением). Описанный там алгоритм синтеза сцен предназначен для аппаратной (или программной) реализации в виде отдельного блока к телевизору, компьютеру, игровой видеоконсоли и т.д. Логическим ядром этого алгоритма является способность запоминания фрагментов видеоряда – для их упорядоченного повторения.

Однако, как оказалось, эта способность свойственна не только электронике: наше зрение устроено таким образом, что в зрительных ощущениях – за счет их инерции, — могут быть сформированы те же самые результаты. В их основе лежит эффект Пульфриха (Pulfrich): если один глаз «затенить» серым фильтром и наблюдать обоими глазами некое связное движение, то затененный глаз будет видеть его с торможением, вследствие чего сдвинутые (по времени восприятия) образы образуют иллюзионно-ощущаемый пространственный сдвиг – синтетический параллакс, создающий эффект объемности (квази-стерео) наблюдаемого движения.

Эффект Пульфриха требует оснащения зрителя очками с серым фильтром, либо использования серого монокля. На основе этого эффекта уже предложено некоторое количество устройств, обеспечивающих различные иллюзионные феномены, включая применение в телевидении и в компьютерных играх. Здесь – в рамках проекта StereoStep и вышеизложенных описаний бирастровых конструкций, — несложно представить встроенный в бирастр интегральный фильтр Пульфриха в виде чередующихся прозрачных полос – серой и бесцветной, — в полной аналогии с анаглифической «вставкой». В этом случае, каждый глаз увидит увидит один и тот же 2D-контент, но «серый» глаз будет «тормозить» с восприятием, вследствие чего в адресной зрительной памяти (для этого глаза) будет доминировать не текущий, а прошлый кадр, — т.е. возникнет типичная ситуация синтетического параллакса с уже описанной в разделе 9 квази-объемностью сцены. Другими словами, простейшее двухракурсное стерео из обычного 2D-видеоконтента – без очков/моноклей, — можно получить используя пассивный бирастровый «бутерброд» с встроенным интегральным (полосовым) фильтром Пульфриха.

Однако, это простое (после обоснования анаглифического и мультицветного фильтрования) решение может быть значительно расширено, и это расширение уже недостижимо и не может быть заменено известными прежде приспособлениями (очками/моноклем) для эффекта Пульфриха. В основе «модернизации» по-прежнему лежат известные психофизиологические закономерности восприятия светимости (Пульфриха и Фехнера) – для разных глаз и для зрения, в целом.

Представим себе, вместо «бинарного» (бесцветно-серого) двухракурсного фильтра Пульфриха в билинзе, — иной фильтр, где интенсивность серого цвета плавно/логарифмически меняется от бесцветности – до темно-серого (см. рис.). Такой интегральный фильтр, встроенный в бирастр, на известном удалении зрителя — всегда (в любом положении по фронту наблюдения бирастра) покажет заданную разницу затемнения (интенсивности серого) одного глаза – относительно другого.

Это означает, что эффект Пульфриха будет выполняться не только в ограниченном числе зрительских мест – как для двухракурсного фильтра, — а на всем фронте «гладкого» наблюдения. Только при сдвиге взгляда в темную часть фильтра – образы/стереопары соответственно становятся темнее/«сумеречнее». Ясно, что такая пассивная трансформация 2D-видеоконтента заведомо неидеальна (как за счет принудительной «сумеречности», так и от столь же принудительной ориентации параллакса). Но, зато, такая оптическая конструкция не требует внешней синхронизации/управления, она сохраняет цвета оригинала и, главное, является «непрерывно-ракурсной», т.к. в каждой позиции зрителя обеспечивает зрению «кадровый» сдвиг между глазами (за счет необходимой разницы серого).

В отличие от 2-ракурсного интегрального фильтра Пульфриха, данное решение позволяет зрителю сменить неудачно-синтезированный параллакс на противоположный: для этого достаточно сделать каждый элементарный фильтр Пульфриха (в билинзах) в виде симметрично-серого (см. рис.) и маневрировать занятой зрительской позицией перед бирастром (либо в одном, либо — в симметричном положении):

Это простое решение установлено благодаря прямому участию Спартака Игоревича Павловского, внесшего решающий вклад в разработку идеи увязывания известного иллюзионного эффекта с бирастровой оптикой. Ясно, что интегральный фильтр Пульфриха не требует синхронизации со сменой кадров на экране, но, при отказе от пассивности конструкции — в целях зрительского удобства, — такой фильтр может быть выполнен в виде управляемого растра с переключением несимметричного серого градиента в 2 положения, изменяющих ориентацию синтетического параллакса (относительно зрителя; см. рис.).

При таком управлении, зрителю не надо перемещаться в зону естественного/корректного параллакса (задаваемого текущим фрагментом контента, когда синтетический параллакс визуально не соответствует изменениям контента на экране), — достаточно переключить фильтр в альтернативное положение, либо вовсе отключить и смотреть традиционный 2D-формат. Оба рассмотренных варианта (пассивный и управляемый) непрерывного фильтра Пульфриха могут быть реализованы и в дискретном виде, где вместо гладкого изменения интенсивности серого цвета будут дискретные полоски заданных (средних по интервалу) оттенков того же серого (см. рис.); такая реализация может оказаться предпочтительной по технологическим причинам изготовления интегральной фильтрующей вставки в бирастр.

В настоящем разделе показана реальная возможность пассивного оптического устройства, которое обеспечивает конверсию обычного 2D-видеоконтента – в многоракурсный квази-трехмерный формат с одновременным проявлением стерео-эффекта (на обычном 2D-экране) по синтезированной стереограмме – в автостереоскопическом режиме, т.е. без специальных очков, шлемов, моноклей и пр. При этом, имеется возможность коррекции синтетического параллакса:

• его величины – за счет дистанции между зрителем и бирастром (ближе – больше);
• его соответствия визуальному изменению контента (глубина-высота) – за счет симметричного изменения зрительской позиции (при использовании одного из видов симметричных фильтров).

Показано, что, при внешнем управлении (активный вариант конструкции) ориентацией несимметричного фильтра, — указанное перемещение зрителя(ей) может быть полностью исключено переключением действующего несимметричного фильтра в альтернативное состояние. В рамках проекта StereoStep, решение по бирастровому использованию фильтра Пульфриха авторизовано — как в виде «канонического» двухракурсного, так и расширенного многоракурсного, — вариантов.; причем, и для съемной и для встроенной конструкций в 2D/3D-конверсии.

Предварительное резюме

Главной особенностью конструкций, описанных в предыдущем разделе, является не только и не столько процедуры одномоментной конверсии 2D-контента на 2D-экране — в квази-трехмерность, — сколько возможность пассивной и заведомо съемной реализации автостереоскопического режима. Эти свойства, в известной степени, даже ценнее некоторой потери качества изображения (за счет снижения светимости ракурсов в темно-серой части фильтра), неизбежной при использовании эффекта Пульфриха.

Стремясь именно к такой мобильности стерео, помня об успешном массовом опыте полиграфической реализации технологии Липпмана-Бонне и рассчитывая на проявленные корректирующие возможности бирастра, — сложно удержаться от повторного обращения к «полосовым» представлениям многоракурсности. И такие конструкции были проектом рассмотрены, в том числе — конкурентные. В этом нас «взбодрили» некоторые реальные извещения в интернете, к примеру, такие (просьба не считать скрытой рекламой – сговора здесь нет):

• Туристическая компания ЛОРА-ТУР. Отели Германии (2006) …В номерах: радиотелефон, факс и компьютер, стереотелевидение, сейф, бар, кондиционер с системой управления, просторный шифоньер, мини-бар. Отделанные мрамором ванные, отдельный душ, подогреваемый пол, две раковины, фен для волос, туалетный столик, ночная подсветка. Круглосуточное обслуживание номеров, прачечная, химчистка. Есть номера с внутренней дверью…
•  В отпуск.Ru Alila Jakarta (Алила Джакарта) (2006)… В номере: стереотелевидение со спутниковым каналом, телефон с прямым международным выходом и системой голосовой почты, розетка для выхода в интернет непосредственно из номера, радио, панель дистанционного управления с освещением, мини-бар, принадлежности для чая и кофе, сейф, халаты и тапочки… (особенно умиляют «тапочки»!)

Это что ж творится, граждане? Народ, можно сказать, беспрерывно ломает над проблемой голову, каждая более-менее свежая и стоящая выставка обязательно заканчивается привычной сенсацией про «завтра наступит полный 3D…», а здесь – готовое спутниковое стерео! Это что – земная ночлежка, или инопланетная база; а может и вовсе — параллельный мир? Впрочем, он и впрямь параллелен, если цена телевизора сравнялась с автомобильной: за такие деньги можно и вживую показать любое стерео – без спутника и, даже, без телика… Нам такое 3D не нужно! Поэтому самое время «бороться, искать, найти и не сдаваться». А если без шуток, то в «сухом остатке» от этих объявлений – конкретные факты:

• уже есть вполне доступный 3D-видеоконтент;
• имеется и поддерживается (как бы непрерывная) трансляция этого 3D-видео, совместимая с обычными ТВ-форматами (включая спутниковые – хотя бы в Германии или Индонезии);
• есть, наконец, ТВ-приемники – хоть кому-то «по карману» и способные к 3D-демонстрации.

Из двух первых фактов можно однозначно исключить всякие признаки «параллельности»: они – самые обычные. Остается исключить недемократичную «кастовость» из готовых 3D-аппаратов, чем и занимаются сейчас их именитые разработчики и производители (напоминаем: проекторные, голографические, а также лазерно-координатные конструкции здесь не рассматриваются).

Одна из решаемых ими проблем связана с совместным использованием (вернее – преодолением) стандартной топологии микрографических элементов матричных экранов и параллаксного барьера в виде вертикальных щелей. Дело в том, что наиболее распространенные цифровые экраны, к примеру — типовые TFT-матрицы, имеют горизонтальное размещение трех основных цветов (RGB) каждого пикселя. Разглядывая такую структуру сквозь вертикальные щели, в полном соответствии с оптической классикой, — получаем разные оптические неприятности, включая «цветовые артефакты» (см. школьное объяснение: П.Маковецкий «Смотри в корень! Сборник любопытных задач и вопросов.», задачи 83-85).

Это — одна общая «болячка», с которой пока безуспешно воюют все разработчики стерео-устройств, применяющие параллаксный барьер и типовую пиксельную матрицу. Другая проблема разработчиков – графическое сжатие в кодограммах Липпмана-Бонне на тех же цифровых матрицах (к примеру — TFT).

Ранее среди минусов «полосовой» технологии, уже отмечалось, что поперечное сжатие полосок (кратно числу ракурсов) на дискретной матрице приводит к пиксельным потерям и к соответствующим искажениям (четкость, усреднение цветов, разная по числу пикселей ширина полос и др.) – пропорционально числу ракурсов. Последнее возникает при отображении полосок расчетных размеров (в кодограммах Липпмана-Бонне) на дискретной пиксельной матрице при несоразмерных (в общем случае) параметрах совмещаемых структур (т.е. полос и пиксельной решетки), что приводит к неопределенности положения некоторых полосовых периметров – между узлами пиксельной решетки.

По информации специалистов A.C.T.Kern, в их промышленных изделиях полосовые несоразмерности составляют порядка 2%. Эти «непопавшие» границы полос потеряны для отображения кодограммы на экране, их светимость для зрителя исключена, т.к. не поддерживается никаким пиксельным рядом экрана. Для противодействия цветовым артефактам и для одновременного ослабления пиксельных потерь конструкторы фирмы A.C.T.Kern, к примеру, развернули типовой матричный TFT-монитор на 90 градусов (в «портретный» режим), обеспечивая большую пиксельную густоту/тесноту – в нужном измерении. Мало того, для щелей параллаксного барьера их коллегам из Sanyo Electric пришлось применить новые – «ступенчатые» апертуры, являющиеся ломаным приближением диагональных.

По сообщению Sanyo Electric, иного способа улучшить свойства барьерной оптики — нет. Впрочем, и относительно самого барьера специалисты Sanyo считают, что именно из-за него, с ростом числа точек обзора, — страдает горизонтальное разрешение 3D-образа. Надежда Sanyo Electric связана с тем, что «диагональные» щели, как бы, «размажут» элементы изображения по горизонтали и вертикали. Схожее решение демонстрирует подразделение 3D Solutions компании Philips, которое поработало с лентикулярными растрами (см. рис. справа: размещение линз на пиксельной матрице).

Основания у разработчиков для этого есть, т.к. наклонность цилиндрических линз означает, что горизонтальный профиль оптики (ортогональный полосам кодограммы) становится эллиптическим – бифокальным, а потеря резкости от этого приводит к размыванию цветовых артефактов. Ясно, что ввиду АВ<АС, каждая «скошенная» линза захватывает часть смежных вертикальных фрагментов соседних полос, распространяя размывание/сглаживание и на границах смежных же пикселей. Иллюстрация с возникновением эллиптичности (АВ<А1В1) приведена на рис. слева. Для полного согласования линз и полос, помимо «нагибания» самой оптики, — разработчики Philips были вынуждены применить также специальный со-процессор IC3D – для подстройки/преобразования изображения под эту оптику в реальном времени.

В A.C.T.Kern в схожей ситуации использовали более сложное, но фатально ограниченное трекерное решение – отслеживание положение зрителя. А ведь речь — и в одном, и в другом, и в иных аналогичных известных конструкциях, — идет о принципиально простых и столь же просто позиционированных друг относительно друга структурах: полосовой кодограмме Липпмана-Бонне (на носителе) и вертикальном параллаксном барьере (щелевом наборе), либо рассеивающем лентикуляре, — перед этим носителем.

Именно вследствие оптической «изощренности» указанных конструкций и неустранимой технологической необходимости жесткой и прецизионной подстройки пиксельной матрицы и набора линз/щелей, — цена соответствующих серийных аппаратов – тех самых, которые с «тапочками», — стала поистине «астрономической» (разумеется, с позиций пользовательского большинства). Трудно даже вообразить: куда бы «зашкалила» эта цена, в случае дополнительного требования разъемности оптики, т.е. навесного варианта щелевого барьера или лентикуляра! К примеру — для ее ремонта, или для перенесения на другой 2D-экран (т.е. на иную цифровую матрицу того же формата), или просто «про запас» — на запчасти…

Хотя чисто-конструкторские попытки этого были (см., например, рис.); правда, — в виде клона встроенной/жесткой конструкции и без какого-либо коммерческого развития. Здесь, для взаимной подстройки положений кодограммы Липпмана-Бонне на экране и прижатого к нему съемного лентикуляра было предусмотрено специальное микромеханическое устройство, позволяющее вручную смещать лентикуляр в двух измерениях и поворачивать на некоторый угол. Для точности взаимной установки/юстировки оптики, на экране индицировался специальный полосовой тест, по виду которого (муар, определенные сгущения линий и т.п.) зритель определял необходимость и конкретный вид ручной регулировки/вмешательства. Применение теста предусматривалось при начальной установке оптической приставки, а также оперативно – в ходе экплуатации, — в разумном предположении о неустранимости дрейфа приставки по экрану и о «накопительности» таких сдвигов. Можно предположить, что реальным препятствием для коммерческого или, хотя бы, специального тиражирования данной конструкции, стали стоимость регулирующей механики и дискомфортная необходимость ее использования: «одел-смотри» — это замечательно, но «одел-подкрути-смотри-подстраивай» — годится только для фанатов…

Все эти подробности об уже действующих встроенных оптических конструкциях и о достаточно характерном съемном варианте оптики, — рассмотрены здесь с единственной целью: показать, что, либо их оптические «кубики» были сложены скорее коньюнктурно (проявиться первым…), чем конструктивно; либо «коробка с кубиками» была явно неполна (и, кажется, мы знаем – чего в ней не хватает до сих пор…).

В этой связи имеет смысл напомнить, что в предложенных конструкциях проекта StereoStep проблема позиционирования вообще не стоит: в каждом виде проектных конверторов StereoStep — кодограмма Липпмана-Бонне автоматически формируется строго там, где ей положено быть – без зависимости от микрографических особенностей экрана. В случае анаглифического (и мультицветного) конвертора, она принудительно «приклеивается» на закрепленных местах полосок интегрального светофильтра – в фокальной плоскости окулярного растра. То же происходит в эклипсном конверторе: «индивидуальные» области обзора открытых щелей формируют в той же фокальной плоскости окулярного растра точно-позиционированные полосы разряженной/«пунктирной» (одноракурсной) кодограммы, видимой соответствующим глазом – строго на местах текущей прозрачности.

О конверторе Пульфриха и говорить не приходится: там ракурсность возникает вовсе без кодограммы Липпмана-Бонне – только за счет иллюзионного эффекта. Другими словами, на примерах проекта StereoStep можно видеть именно те конструкции, в которых исходно заложен «иммунитет» к «болячкам» серийных 3D-аппаратов «с тапочками» и, как следствие, — к их ограничениям.

Впрочем, продолжая «клиническую» интерпретацию событий, можно сказать, что «нарыв» в оптическом конструировании лопнул значительно раньше – еще в августе 2003 г., когда появились первые резонансные публикации о пионерской разработке японского исследователя Keigo Iizuka — в период его университетской работы в Торонто/Канада. Это был не столько альтернативный, сколько асимметричный подход к 3D-конструированию (ссылки по теме Keigo Iizuka/целлофан имеются в любом поисковике). В сущности, господин Keigo Iizuka сделал три прекрасные вещи: придумал отображать на экране стереопару целиком (оба ракурса рядышком и в неполосованном виде), по новой «открыл глаза» публике в части обращения с поляризованным светом (использованием целлофановой пленки) и, наконец, предложил навесной вариант целлофановой оптики, исключаюший необходимость ее точного позиционирования на изображении.

Напомним, что для своих целей сам первооткрыватель вполне удовлетворился всего двумя ракурсами, т.е. обычной стереопарой. Кроме того, в начальных публикациях говорится, что своим главным достижением господин Keigo Iizuka посчитал (отчасти, вполне справедливо) «открытие» целлофана в качестве вращателя поляризации излучения TFT-матриц.

Для любознательной публики сообщаем, что об этом свойстве целлофана, а также «оберточного» полиэтилена, многих видов канцелярских, промышленных и упаковочных скотчей и целой кучи иной формованной (полотном) и/или кристаллизующейся органики, — известно еще со времени их первичного физико-химического исследования и сертификации (см. к примеру, «Наука и жизнь», номер 1 (1994 г.), статья С.Транковского: «Цветной мир прозрачных вещей»). Изобретательский талант проявился здесь в лобовом/прямом (!) сочетании известных свойств массовых TFT-матриц, дешевизны целлофана и принципа поляризационных очков. Что конкретно предложил господин Keigo Iizuka, — если отвлечься от второстепенных деталей:

• спроецировать на TFT-экран стереопару (оба ракурса рядышком — горизонтально);
• закрыть одну половину экрана (т.е. один ракурс стереопары) «бакалейной» упаковкой (т.е. плоским листиком прозрачного бесцветного целлофана);
• надеть на зрителя поляризационные очки, где поверх одного фильтра (на том глазу, которому адресован прикрытый целлофаном ракурс) так же прицепить целлофановый же листик;
• выбрать удобную дистанцию и, не снимая очков, относительно комфортно смотреть стерео.

Реальная «доступность массам» технологии Keigo Iizuka – просто фантастическая: любой лентяй скачает любимую стереопару на поляризованный экран своей «мобилки», прикроет один ракурс сигаретной оберткой (упаковкой от носков, полоской скотча, «бутербродным» полиэтиленовым пакетом и т.п.), дополнит экипировку так же «модернизированными» поляроидными очками, — и станет обладателем «3D-конструкции», — к тому же, не искажающей цветовую гамму сцены.

Более того, для особо тренированных зрителей изобретатель предложил съемные приставки к экрану – в виде разных вариантов коробчатого поляризационного стереоскопа; и это, действительно, вполне обеспечивает цветосохранный автостереоскопический эффект (см. рис.).

Тут тонкость в том, что «стереоскоп» господина Keigo Iizuka рассчитан, все-таки, на тренированную публику, а во-вторых, он непоправимо громоздкий, и, скорее, производит впечатление стационарного, чем съемного (мобильного) устройства; особенно, применительно к самим мобильникам (в том числе, с их парным использованием – на два экранчика). По крайней мере, в карман его, точно, не положишь. Очевидное следствие «японско-канадской революции» и, по нашему, главный повод для прижизненного памятника господину Keigo Iizuka – все же, не целлофан, а технологически-простая конструкция навесной оптики, исключающая необходимость ее точного позиционирования относительно экранного изображения. Это и есть основное условие для реальной съемности оптики при обеспеченности автостереоскопического 3D-эффекта — то самое свойство, которое присуще и конструкциям проекта StereoStep…

Метод господина Keigo Iizuka вполне обобщается для многоракурсности. Тогда, во-первых, речь должна идти о новом формате отображения на экране – с присутствием всех ракурсов в порядке их следования внутри сцены (даже, если придется их сжать — для «комплектного» размещения на экране). Этот формат многоракурсных сцен отличается от представления Липпмана-Бонне (полосование и смешивание) цельностью отображения ракурсов. Для закрепления этого отличия и в честь первооткрывателя – в дальнейшем этот новый формат визуализации сцен называется в статье KI-кодограммой. В зависимости от технической необходимости (связанной, например, с цвето-пиксельной организацией экрана), возможны вертикальная (V) и горизонтальная (G) KI-кодограммы (см. рис.).

Ясно, что известные для других конструкций проблемы с несоразмерностью микрографической топологии экрана и ширины (высоты) ракурсов в KIG-кодограмме (KIV-кодограмме), — становятся на порядок меньше, т.к. присутствуют всего q «полос», вместо qN, где N – функция габаритов экрана (например, число помещающихся на нем линз заданного размера).

Если теперь мы располагаем, условно: «целлофаном-1», «целлофаном-2», … и «целлофаном-q», — со способностью по-разному вращать исходную поляризацию и детектировать свой же и только свой «поворот» поляризованного излучения TFT-монитора, — то повторить оптический феномен господина Keigo Iizuka, но не для двухракурсной стереопары, а для «длинной» (многоракурсной) стереограммы, — никакой проблемы не составит. Такие материалы, с заданной оптической анизотропией, — в технике известны. Это означает, что второе условие – т.е. возможность избирательного вращения и детекции повернутого поляризованного излучения – для каждого отдельного ракурса, в принципе, обеспечено.

На основании изложенного, полное обобщение технологии господина Keigo Iizuka для экранов с поляризованным излучением выглядит следующим образом:

• многоракурсный 3D-контент транслируется и отображается на экране в виде KI-кодограммы (сжатие по числу q-ракурсов в виде KIG, либо KIV);
• производится поляризационное кодирование ракурсов непосредственно на местах/адресах их расположения на экране (маска поверх экрана, с условными кодерами: «целлофан-1», «целлофан-2» и т.д.);
• производится восстановление сжатых и уже кодированных ракурсов в полноэкранный формат демонстрации (все ракурсы индицируются одновременно в едином экранном формате, различаясь только поворотом поляризации); на этой стадии «невооруженный» зритель увидит на экране абракадабру из смеси ракурсов – аналогично многоцветно-кодированной картинке, т.к. наше зрение не различает поворотов поляризации;
• производится селекция/выделение (декодирование) ракурсов из их общей/смешанной экранной индикации (с помощью тех же поляризационных фильтров), и формируется многоракурсная кодограмма Липпмана-Бонне;
• обеспечивается восстановление 3D-образа по уже сформированной кодограмме Липпмана-Бонне (любой подходящей для этого оптической схемой).

Ясно, что единая оптическая конструкция, реализующая все перечисленные процедуры, вполне может быть исполнена в пассивном варианте: все оптические «кубики», необходимые для такой конструкции, — известны. Возможен также активный вариант конструкции, не требующий сжатия ракурсов – тогда они должны индицироваться последовательно, а поляризационное кодирование, в этом случае, должно будет производиться под управлением сигнала смены кадров-ракурсов (управляемая многослойная маска размером с экранный формат; в активном состоянии каждый стандартный слой производит поворот поляризации на один и тот же угол). Декодирующая часть оптической конструкции при этом не меняется.

В рамках проекта StereoStep разработаны оба варианта (пассивный и активный) конструкции съемной оптической приставки к обычному 2D-монитору с поляризованным излучением. Более того, при наличии дополнительной внешней поляризационной маски с приставке, — она становится универсальной для любых видов экранов, включая ЭЛТ-мониторы. Все проектные разработки, выполненные в развитие KI-идеологии, исполнены с применением бирастрой оптики. В настоящий момент завершены предпатентные исследования осуществимости и новизны, а также представлены заявки на патентование изобретения в национальном (Украина) и международном (РСТ) регламентах. По завершению патентной фазы, технические подробности изобретения будут опубликованы…

Итак, на сегодняшний день – в рамках проекта StereoStep разработан (и авторизован) ряд бирастровых конструкций, вполне успешно решающих задачу автостерескопии и обладающих свойствами съемности оптики и совместимостью с 2D-носителями изображений:

• анаглифический 2D/3D-конвертор StereoStep-Anaglyphical Biraster (SS-AB);
• мультицветный 2D/3D-конвертор StereoStep-МultiСolor (SS-МС);
• эклипсный 2D/3D-конвертор StereoStep-EclipseMethod (SS-EM);
• пульфриховский 2D/3D-конвертор StereoStep-Pulfrich`s Phenomen (SS-PP).

Причем, конверторы SS-AB, SS-МС и SS-PP, — являются преимущественно пассивными (за исключением спец. применений); конверторы SS-МС, SS-EM и SS-PP, — обеспечивают многоракурсное воспроизведение 3D-сцен; конверторам SS-AB и SS-EM необходимы типовые форматы изображения и их индикации, подготовка которых обеспечена готовыми программно-аппаратными средствами, а SS-PP и вовсе ориентирован на обычный 2D-видеоконтент (только для SS-МС необходимы новые программные инструменты подготовки контента).

Помимо перечисленных и уже защищенных SS-конструкций, как уже отмечалось, завершается этап авторизации еще одного 2D/3D-конвертора: StereoStep-KIMethod (SS-KI), реализующего расширенную (многоракурсную) автостереоскопическую идеологию Keigo Iizuka. Кроме того, в активе разработчиков проекта серьезные наработки по автостереоскопической адаптации очень интересной и специфичной ChromaDepth-технологии (SS-CD; для рекламы, для задач визуального моделирования, для нужд образования, для игр и специальных приложений), а также некоторые оптические схемы бирастровой коррекции дефектов, проявленных в уже действующих специализированных 3D-аппаратах. Авторизованные и заявленные оптические схемы проекта StereoStep образуют связное патентное семейство.            

Все вышерассмотренные пассивные SS-конструкции не только методически объединены (общей основой и требованием съемности) единообразным использованием бирастровой оптики, а также технологическим единством их промышленного производства, ориентированного на типовое типографское оборудование. Другими словами, перспективы технического развития SS-оптики не только не ограничиваются производственной базой, но наоборот – непосредственно форсируются и будут поддерживаться прогрессирующими типографскими технологиями: оборудованием, материалами и техпроцессами.

Специально отметим влияние этого фактора на SS-конструкции, использующие цветокодирование (SS-AB, SS-MC и SS-CD), т.к. по мере уже просматриваемой концентрации их приложений в сфере специальной рекламы, моделирования, обучения, спец. приложений и технического зрения, — вопрос технологичности для них становится определяющим – примерно таким, как для сегодняшних массовых очков-светофильтров, включая их одноразовые варианты. Учитывая особую важность этих приложений и неснижаемую (стабильно растущую) потребность в их 3D-оснащении, — цветокодирующие SS-конструкции, скорее всего, будут выделены в особую производственную группу 3D-изделий.

Поляризационные SS-конструкции (SS-EM и SS-KI) по определению «всеядны» — универсальны по своим приложениям. Но главными и естественными областями их использования являются коммуникативная сфера (ТВ, мобильная связь, игры и т.п.), спец. системы (средства визуального контроля/диспетчирования и зрительной идентификации, тренажеры и пр.), эндоскопия и иные прикладные сферы, — где качественный прогресс изделий связан с последовательным исключением цветовых искажений в трехмерном изображении.

Другими словами, можно уверенно утверждать, что все SS-конструкции не только имеют резерв технического развития, но также и достаточно долгосрочную техническую же перспективу превалирующего присутствия в наиболее перспективных Hi-Tech-направлениях: они конструктивно, по свойствам и назначениям, — далеки от тупиковости многих действующих 3D-решений. Считаем это утверждение необходимым, т.к. в начале почти каждого очередного проектного этапа от некоторых «упертых» специалистов приходилось выслушивать одно и то же: «…это технически невозможно!» («анаглиф без очков…», «пассивная многоракурсность…», «эффект Пульфриха…» и т.д.) – буквально один и тот же «профессиональный репертуар»; иногда с ворчанием: «было бы возможно – уже давно бы сделали бы в Samsung, LG, Nokia, Sharp, Philips, Sony, Sanyo…», — и длинный список далее; забывая о том, что идея приходит в голову конкретному Иванову, Петрову, Сидорову, а отнюдь не в корпоративный «котелок» Samsung, LG, Nokia и т.д. Зато, по завершению того же этапа, практически все комментарии сводятся к одному: «ну, это – тривиально…».

Нисколько не умаляя достигнутых именитыми разработчиками результатов, и вполне трезво оценивая свои, — хотим напомнить коллегам, что мы, в принципе, занимаемся разными задачами: «большие братья» сконцентрированы на 3D-специализированной (и 2D-замещающей) технике, у нас же – набор различных 2D/3D-приставок, совместимых с обычными 2D-аппаратами. Это – совершенно разные (даже асимметричные) конструкторские позиции и, слава богу, мало зависимые решения; хотя, в общей на всех участников «песочнице», с одним и тем же набором оптических «кубиков». 

Бизнес-с-с…

В этом разделе статьи разговор пойдет о коммерческом приложении проектных результатов. Но сначала — некоторые скучные факты и повторения…

Утверждают, что не менее 90% наших ощущений возникает и поддерживается зрительной информацией. Подавляющая часть этой информации совершенно бесполезна или, по крайней мере, лояльна, т.е. не вызывает наших эмоций и не требует осознания/действий (как требует, к примеру, сигнал светофора при переходе улицы). Более-менее важная информация (если она не носит оперативно-сигнального характера, как у того же светофора), как правило, — сохраняется. Для зрительной информации, как и для любой другой, эта сохранность обеспечивается свойствами носителя (информации), т.е. «предмета» (в его технологической совокупности; к примеру: оптика — фотохимические процессы — фотография), на котором она — с разной степенью точности и полноты может быть «записана» (отображена) и с которого затем воспроизводится.

Более привычно называть носителем именно финальный/воспроизводящий «предмет» (экран телевизора, рекламная панель, индикаторное табло, ткань, лист бумаги и т.д.), позволяющий непосредственное восприятие изображений (при внешнем освещении, либо собственным свечением) – опять же с разной степенью точности и полноты, зависящих от свойств носителя. Часть носителей позволяет тиражирование информации (к примеру: типографское, компьютерное и т.п.) и, следовательно, возможность независимого доступа/трансляции другим/нескольким зрителям. Существенная часть хранимой зрительной информации – это графика и видео-образы (есть еще сугубо текстовые представления, предназначенные для зрительного восприятия: письмо, распечатка, «я здесь был» -на заборе и т.д.).

Т.е. графика и видео-образы (контент) – это информация, опосредованное (с учетом свойств носителя) воспроизведение которой предназначено, в основном, для восприятия-ощущения зрителем естественных и/или воображаемых объектов (сцен) в иное время и/или в ином месте, отличные от времени и/или места их записи. Они созданы/порождены какой-то группой лиц или средствами технического зрения некоторых систем (т.е. искусственны/артефактны) — для восприятия другой группой (хотя оба состава могут пересекаться), т.е., как и звук, почти всегда имеют адресный/коммуникативный характер, будь то – кино, реклама, иллюстрация в книжке или ситуация «Ч» на мониторе диспетчера.

С позиции «адресатов», т.е. представителей воспринимающей группы, — вся зрительная информация оценивается в единстве образа и смысла (изображение – как иероглиф). Не считая искусства, где этот «иероглиф» имеет много эмоциональных и иных измерений, и не учитывая профессиональную техническую деятельность по созданию и преобразованию графики/видео (например, в видео-редакторах, в среде CАD/САМ и т.п.), — большая часть зрительных артефактов (записанного/транслируемого контента) имеет самое обыденное/утилитарное назначение, и их ценность во многом определяется не только и не столько смыслом, сколько соответствием зрению: больше соответствия, естественности (освещенность, контрастность, цветовая гармония, простое различение и/или узнаваемость и т.д.) – больший комфорт в восприятии. Это – факты психологии зрения.

А вот – их физиологическая основа. Восприятием, как учат в школе, называется процесс приема и обработки (раздражение и анализ) сигналов, обеспечивающий организму самоощущение и/или оценку внешней среды. Зрением называется восприятие организмом электромагнитных колебаний с некоторой пороговой мощностью в диапазоне 400-700 нм (зрительный раздражитель — свет). Зрительным анализатором является нейрофизиологический комплекс в организме, состоящий из:

• периферического отдела, включающего фоторецепторы (палочки и колбочки);
• проводникового отдела, состоящего из зрительных нервов;
• центрального отдела, образованного зрительной корой затылочной доли мозга.

Глаз (орган зрения) является периферическим отделом зрительного анализатора, служащим для восприятия света. Глаз состоит из глазного яблока, зрительного нерва и вспомогательного аппарата. Поле зрения глаза образовано внешней к нему приближенно-конической областью, свет из которой (прямое излучение от источников света и/или отражения от предметов в конусе) воспринимается глазом. Смещение глаза (т.е. ориентации конической оси) изменяет поле зрение. За счет фоторецепторов и непрерывных микро-смещений глаза обеспечивается монокулярное зрение (одним глазом), позволяющее определять степень освещенности и цвет элементов зрительного поля, масштаб этих элементов и, отчасти, их взаимное расположение в конусе.

Зрительный образ, сформированный полем зрения глаза, называется ракурсом. У человека пара глаз, расположенных во впадинах (глазницах) лицевой части черепа. Координация (ориентация и синхронность положения обоих глаз — взгляд) зрения осуществляется мышцами. Зрительные поля обоих глаз пересекаются, образуя область бинокулярного (двумя глазами) зрения.

За счет дистанции между глазами (около 58-72 мм у взрослого человека), любой элемент общего зрительного поля наблюдается двумя глазами — под некоторым углом, изменение которого позволяет оценить относительную удаленность элементов и их взаимное расположение (локализацию), — т.е. глубину (в итоге — объемность/стерео) наблюдаемой внешней области/сцены. За счет параллакса, т.е. сдвига и углового смещения, — ракурсы левого и правого глаза различаются между собой. Если оба ракурса одной и той же сцены — в виде раздельных изображений, — спроецировать в соответствующие глаза, то они будут восприняты — как единая объемная (стерео) сцена. Два таких ракурса объемной сцены называются стереопарой.

Таковы определения, факты и связи. Из них непреложно следует, что естественным и поэтому – наиболее комфортным и, соответственно, предпочтительным для наблюдателя является объемное представление исходно-трехмерного видеографического контента: при прочих равных условиях, именно близость к стерео (3D) обеспечивает наибольшую ценность нашим зрительным образам. Все прочие видеографические артефакты, если отвлечься от исключительных феноменов и социализированных оценок в искусстве, — являются более-менее удачным или вынужденными приближениями, «протезом» желательной трехмерности. Образно говоря, если реальное 3D – это «сундук сокровищ», то его суррогаты или обычное 2D – это всего лишь «опись ценностей» — с разной степенью полноты и точности (обеднения и искажения): от «плоского» чертежа в школьной стереометрии – до квази-объемных представлений в CАD/САМ…

Этот пассаж – не умозрительное заключение: вместе со своими партнерами мы проверили его адекватность «в полевых условиях», в самой доступной и массовой «лаборатории» графического контента – наружной рекламе. Краткое резюме по нашей маркетинговой разведке в области наружной рекламы таково: вопреки ожиданиям и ряду категорических утверждений об этом предмете — наши частные и ограниченные исследования показали более скромные результаты. Так, при прочих равных впечатлениях от визуальной рекламы, такие измеримые реакции, как «заметность» и «запоминаемость», — для стерео-рекламы возросли (по сравнению с 2D-аналогами) в среднем на 40% — наталкивает на фехнеровские закономерности...

Но здесь есть скрытый подвох: после демонстрации стерео-рекламы резко (в разы) и надолго во всех возрастных группах падает заметность рекламы обычной (и не только аналогов). Более того, при одновременной и смежной (в обозримой близости) демонстрации стерео и его 2D-аналога, — практически все внимание зрителей концентрируется только на стерео-рекламе, — опять же стабильно и во всех возрастных категориях. Если рекламу считать практическим полигоном экспериментирования с видеографическим контентом, т.е. реальным «острием атаки» на зрительное (в частности) восприятие, то уже эти оценки заставляют отнестись к проблеме 3D самым серьезным и заинтересованным образом: те же стабильные и всевозрастные 40% прироста рекламной эффективности, причем, с полным подавлением 2D-конкуренции, — «на полу не валяются»!...

Наши с партнерами дальнейшие маркетинговые исследования (в достаточно разных социальных и возрастных группах) касались конкретных вопросов технической и коммерческой востребованности стерео. Общий настрой наиболее «продвинутой» публики из опрошенного контингента: «стерео лучше, чем 2D, но…». В это «но» для нашего «человека с улицы» входят, в основном, два момента:

• ценовой аспект (доступность «по деньгам» 3D-модернизации имеющегося 2D-телевизора, дисплея, игровой консоли, «мобильника», либо «оправданные», как-то сопоставимые затраты на замещающее, по сути, приобретение специализированной 3D-техники); при этом, характерно, что большинство респондентов не очень лояльны к очкам (как к анаглифическим, так и к затворным и поляризационным, несмотря на дешевизну этого варианта), считая их необходимость – мешающей «недоработкой», привычной архаикой, принудительной «привязкой» и, даже, признаком, изобретательской ограниченности, либо бизнес-сговора;
• обеспеченность/доступность видеоконтента (почему-то 3D-графика вызывает заметно меньше переживаний); народ считает, что пока «по телику и на дисках» не будет достаточно 3D-видео, особого «шевеления» не будет; при этом, почти две трети опрошенных хотели бы, в первую очередь, посмотреть/иметь 3D-версии своих любимых «старых» фильмов и, даже, мультиков, или их 3D-римейков (вот это они готовы посмотреть даже в очках «со шнурками»).

В блиц-опросах нашим интервьюерам называлось навскидку не менее 6 «взрослых» фильмов и, по крайней мере, 4 «обожаемых» мультика. С учетом определенной культурной интерференции в более-менее однородной группе респондентов и при достаточно тесном пересечении интересов (попарное совпадение хотя бы в 6-10% предпочтений), — минимальный видео-фонд (чтобы «по телику и на дисках»), «плотно» востребованный и без простаивания охватывающий весь «наш» контингент, — должен составить заведомо более 60 наименований взрослого и не менее 40 наименований детского видеоконтента — того, что можно назвать «дежурным» 3D-ретро. А ведь, это – только ретро!

Другими словами, создание 3D-контента, и, в том числе, какая-либо рабочая 3D-конверсия обычного 2D-видеоконтента, — уже сегодня могут и должны стать самостоятельным и успешным бизнесом и, в определенной степени – согласно «мнению масс», — «локомотивом» 3D-рынка в целом.

Дальнейшая — целевая часть наших маркетинговых исследований относилась к двум главным вопросам: во-первых, к определению коммерческой потенции 3D-рынка и, в частности, к заинтересованности в автостереоскопии («безочковому», «безшлемному» и т.п. стерео); а во-вторых, к оценке предпочтительности в дилемме: 3D-гаджет (т.е. приставка к обычному 2D-аппарату), либо вариант встроенной оптики (замещающие/специализированные 3D-аппараты)? Последовательно продвигаясь, мы получили следующие результаты:

1. ожидания стерео-режимов стали заметны; это касается почти всех прикладных направлений («в быту» — это полиграфические изделия, ТВ, компьютинг, игры, мобильная связь, реклама и т.д.; а также в специальных приложениях), «тема» знакома не менее 9-12% опрошенных респондентов и активно интересует почти каждого третьего-четвертого из этого количества «людей с улицы»; более того, некоторый «сектантский» характер заинтересованности молодежи (старшие возрасты знакомы с более широкой практикой/использованием стерео в советском периоде) постепенно становится клубной формой – с периферийными связями, со своими «гуру» и «фанатами»;
2. в отдельной «фокусной» группе профессионалов (в сфере дизайна/рекламы, разработки игр и спец. эффектов, пользователей САD/САМ и т.п.) эти ожидания еще выше – более 50% состава; здесь мотивировка идет в терминах неизбежной «смены поколения» видеографических средств и «рабочих» инструментов/оснастки для профессиональной деятельности;
3. для подавляющего числа респондентов особой проблемы в выборе «для себя» приставки или специализированного аппарата, — нет: все зависит от цены (для группы профессионалов еще и от качества изображений, от сложности освоения и от надежности, — но, в совокупности, значительно меньше, чем от цены);
4. ценовые ожидания (и готовность к приобретению) определились следующим образом:
   • в части «больших» и средних экранов (ТВ, компьютерные мониторы, рекламные панели и т.д.): для специализированных 3D-аппаратов «терпимо» не более 25-35% «добавки» к теперешним ценам 2D-аппаратов; а для 3D-приставок к 2D-аппаратам – не более 0,18-0,24 $/см? экранного поля;
   • относительно мини- и микро-экранов (карманные компьютеры, мобильные телефоны и т.п.): для готовых 3D-аппаратов – не более 35-55% «добавки» к теперешним ценам 2D-аппаратов; а для 3D-приставок к 2D-аппаратам – не более 0,21-0,65 $/см? экранного поля (причем, не менее четверти привыкших к циклическим затратам «мобильщиков» готовы обновлять свои 3D-гаджеты даже раз в три-четыре месяца, — «если будет недорого»);
5. после демонстрации образцов съемных анаглифических приставок к 2D-носителям среди «случайных» людей и профессиональных пользователей видео/графики (в том числе на Hi-Tech-2007, Одесса), значительная востребованность этих приставок (и готовность к их приобретению – при условии соблюдения отмеченных ценовых границ, удостоверенная от многих адресатов в нашей переписке), — проявлена в следующих приложениях:
   • в мобильной телефонии, для смартфонов, карманных компьютеров, в игрушках/тамагочи, или в их аналогах, а также в визуальных игровых консолях (технические основания, уточненные в ходе прямых обсуждений с профессионалами-разработчиками игр и контента: яркий мини- и микро-экран, заведомо небольшое разрешение, обедненная цветовая гамма, короткая дистанция просмотра, малый дрейф зрительской позиции и, в большинстве, графически-обедненный контент, практически без текста — с пиктограммами);
   • в специальной рекламе (light-боксы и отражательные панели со сменной графикой, TFT и аналогичные светящиеся панели) технических товаров, ювелирных изделий, сигарет, алкогольных напитков и т.п., — допускающих концентрированный цветовой дизайн и подсветку; уточнение выполнено в ходе прямых обсуждений с дизайнерами/рекламистами;
   • в медицине (предположительно: томография/эндоскопия, рентгеноскопия/флюорография и УЗИ; технические основания, уточненные с заинтересованными медиками – пользователями соответствующих устройств: индифферентность к цвету – до серой гаммы, отсутствие текста);
6. по итогам обработки данных, с учетом местных условий (Украина, Днепропетровск: свыше миллиона жителей, центр индустриального региона, средние демографические показатели, около 40 ВУЗов и колледжей/техникумов), определена обобщенная нижняя/«пессимистическая» торговая граница для готовых съемных 3D-приспособлений/приставок (включая анаглифические 2D/3D-конверторы), а также для соответствующих навесных мерных материалов, — совместимых с 2D-устройствами. В вышеотмеченных ценовых границах гарантированные торговые прогнозы составили удельно (в расчете на 1000 человек общего/списочного населения за год):

Эти результаты для приставок значительно (в разы) выше аналогичных торговых прогнозов для замещающей специализированной 3D-техники, даже с учетом сознаваемой неизбежности замены действующих аппаратов – очередным 3D-поколением. Уточненные данные торговых прогнозов по специализированной 3D-технике будут опубликованы позднее – в тематическом продолжении  статьи; над этим работают наши маркетинговые партнеры.

Надо сказать, что к этим результатам все участники проекта StereoStep были готовы. Еще на старте проекта – после рутинного изучения проблемы отображения и воссоздания трехмерности, и ознакомления с готовыми решениями и «фирменными» тенденциями и предпочтениями, — было обнаружено, что подавляющее большинство разработок по автостереоскопии «находится в одной корзинке» — специализированных 3D-аппаратов.

Ясно, что эта тенденция лишь отчасти зависит от технического фактора: в ее основе, как представляется, лежит «корпоративный эгоизм» (это такой «узаконенный» эвфемизм для обозначения жлобства) производителей телевизоров, компьютерных дисплеев, мобилок и т.д., заинтересованных в тотальном замещении всей 2D-техники. По своему характеру эта сегодняшняя «рыночная» ситуация очень напоминает начальный этап подготовки такой же тотальной замены компьютерного «железа» и софта — под давлением «проблемы 2000», с которой многие из нас знакомы не понаслышке. И тогда, как и теперь, — имелись вполне доступные и недорогие технические возможности для исключения каких-либо опасностей использования усеченной даты. Но эти «2000-совместимые» возможности были выгодны только конечным пользователям, мозги которых усиленно «прессовались» в профильных изданиях, в интернете и в обычных СМИ страшилками о «катастрофе 2000» (так это стало называться в канун Milleniumа — для особо колеблющихся и «отстающих»).

Итог известен: производителям «2000-замещающих» компьютеров и программ удалось заработать не «постепенно» и по «частям», а на «целом» и «сразу», — обычный эволюционный upgrade в этой хорошо «спонтанной» кампании просто исключался…

Не секрет, что 3D-специализация аппарата (голографические и проекторные устройства здесь не рассматриваются) превалирующе и, в первую очередь, по технологическим основаниям (затратам), — означает 3D-специализацию экрана, т.е. обязательное встраивание в него некой оптики. Судя по ее фирменным описаниям (иногда они «сквозь зубы» публикуются), не только новые производственные компоненты 3D-технологии, но и модернизация ее другой – неизменной части, — могут составить существенную часть затрат на переоснащение действующих (по выпуску 2D-экранов) мощностей, — к выпуску специализированных 3D-экранов.

Вместе с «потерей» реальной стоимости «исключаемых» технологических модулей, — процесс переоснастки под 3D выливается в крупную инвестиционную проблему, сравнимую по масштабам с технологическим освоением супер-оружия новейших поколений. Столь большим деньгам нужны большие гарантии; так что, позиция отдельных фирм, их известных альянсов и консорциумов, — исходно и стратегически положившихся на «замену» (вместо постепенной/эволюционной «смены») 2D-аппаратов, — совершенно понятна.

Однако, в этой стратегии, рассчитанной на «дозревание» почти общей «корзины» конструкторских решений и обеспечивающих технологий, имеется явный изъян — неустранимый временной разрыв, в течение которого могут возникнуть непредвидимые 3D-«альтернативы», в том числе — совместимые с 2D-аппаратами. Это могут быть новые гаджеты заведомо ограниченной/временной привлекательности, или 3D-приставки (к 2D-аппаратам) с приемлемым качеством стерео, или непредвиденные сейчас универсальные конструкции, позволяющие не только съемность, но и встроенные варианты использования. Успешность «очковых» проектов (ChromaDepth, анаглифных, поляризационных) и перманентный голливудский «ренессанс» кинотеатров IMAX, резонансная реакция публики и профессионалов на «асимметричные» решения вроде «целлофанового конвертора» Keigo Iizuka или пластинки iFusion, разработанной компанией Neovision Labs, — показывают, что мутации в группе «тактических» решений отнюдь не парализованы «столбовой дорогой прогресса», объявленной ведущими фирмами-производителями.

Параллельные процессы идут полным ходом, и какие-то оптические «мутанты» наверняка выживут, получат коммерческое закрепление и развитие на 3D-рынке, особенно – в отсутствие стартовой конкуренции со стороны специализированных 3D-аппаратов; а некоторые из них, даже в далеком и неопределенном будущем, — наверняка останутся в общей и «частной» практике отдельных оптических приложений…

Проект StereoStep – тоже «мутант». И предложенные в его рамках конструкции также имеют заведомо разную судьбу. К примеру, решения, опирающиеся на цветовое кодирование или на иллюзионный феномен Пульфриха, — конечно же, являются экзотикой. Их запуск безусловно мотивирован исключительной простотой производства, а реальная востребованность ограничена живучестью анаглифа или желанием части публики посмотреть в объеме каппелевскую атаку в «Чапаеве», Жана Габена в «Отверженных», или другие уникальные сцены и персонажи из длинного ряда классических 2D-фильмов. Но, в любом случае, они проживут не менее 8-12 лет – до прогнозируемого появления на рынке сравнительно доступных 3D-аппаратов и разнообразного 3D-контента.

Цвето-лояльные эклипсные конструкции ждет явно иное будущее – они заведомо более «живучи», т.к., кроме съемного варианта, — допускают гораздо лучшую встроенность. Но бесспорным чемпионом выживаемости в будущей империи 3D-аппаратов станут несложные съемные (а также клеевые/встроенные) 2D/3D-конверторы на базе KI-идеологии; это устройство – настоящий «джокер» 3D-рынка: и в виде универсально встраиваемого конструктива, и в качестве форматной приставки к 2D-экранам, и в виде мерного «облицовочного» материала для разных «неформатных» приложений. Реклама, сувениры, учебные пособия, дизайнерские модули интерьеров, обширная полиграфическая продукция, включая упаковку и неэлектронные развлечения для маленьких и взрослых (от новых кубиков и трехмерных паззлов – до игральных карт с объемными персонажами), а также многие новые приложения, где 3D-экран будет дорог, несоразмерен или неприемлем в силу узкой адресности, краткости применения или уникальности контента, — вот рыночные ниши «вечности» этих конверторов в будущей тотальной среде специализированных 3D-аппаратов.

Изложенные здесь обстоятельства, плюс мнение наших партнеров, а также информация о конкурентных разработках, вместе с заметным усилением и акселерацией известных тенденций рынка, — стали основой проектных предпочтений StereoStep и соответствующих конструкторских решений. Мы-таки «пошли другим путем» — как выразился бы революционный классик: отошли от изрядно «истоптанной площадки» специализированных 3D-устройств и сконцентрировались на съемности 3D-оптики и на ее безусловной совместимости с большинством 2D-носителей контента, подразумевающей, в том числе, и возможность ее встроенного использования.

На этом пути, в рамках проекта удалось, как представляется, найти универсальную основу для целой группы конструкций, возможности которой до конца все еще не разведаны. Развитие этого направления – впереди: проект StereoStep продолжается. Следующая фаза – производственное освоение и коммерческий выпуск наиболее простых пассивных приставок и, возможно, мерного композита.

По интересу ряда профильных компаний, мы полагаем, что, в первую очередь, это будут съемные анаглифические пластинки для различных «мобильников» и/или карманных компьютеров: они наименее капиталоемкие, их производство укладывается в «типографскую» технологическую схему, эксплуатационное освоение предельно простое – молодежь «догоняет влёт», без всяких инструкций. Универсальность этих приставок обеспечивает бесконфликтное коммерческое распространение даже в конкурирующих торговых сетях, а феноменально низкая себестоимость позволяет использовать мобильные стерео-приставки в качестве массовой «бесплатной» торговой «фишки» — в целевых рекламных кампаниях новых телефонов и/или соответствующих услуг.

Во вторую очередь «пойдут» мультицветные конверторы и «приставки Пульфриха». Первые, скорее всего, найдут применение в моделировании, рекламе, как средство иллюстрирования и/или как компонент технического зрения. «Пульфриховские» же приставки, как представляется, будут немедленно адаптированы в системах диспетчирования с элементами зрительной идентификации, в тренажерах и т.п. Во вторую очередь, они станут непременным личным и домашним атрибутом для всех любителей ретро и товарной «фишкой» большинства коммерческих видео-фондов. Производственный прогноз эклипсных приставок более затруднителен; этому мешает не только усиление технологического фактора, но и необходимость/неустранимость внешнего управления. Эти конструкции, скорее всего, станут лишь прототипами встроенных решений, совмещенных с лучшими 2D-аппаратами.

Ну, а прогнозы относительно коммерческого запуска конверторов для KI-сжатого контента и вовсе бессмысленны, но по другой причине – сродни утверждению очевидного (типа: «солнце взойдет на востоке»). Эта конструкция – настоящий «калашников» среди будущего 3D-разнообразия: от элитных 3D-аппаратных монстров — до экспериментальных устройств-однодневок. После первой же опытной партии конверторов для KI-сжатого контента, их распространение станет взрывным, они станут вездесущими — будут в каждом кармане, в каждом доме, в любой упаковке для 2D-аппарата, — и мы все это скоро увидим…

В заключение — благодарности, — от имени авторского состава и коллектива разработчиков, — всем нашим партнерам, экспертам и консультантам – так или иначе принявшим участие в разработке, в развитии, пропаганде и продвижении результатов, всем болельщикам проекта и фанатам стерео, чьи ожидания и заинтересованное мнение не раз выручали и поддерживали нас в трудные минуты, и, наконец, — нашим близким, чья безответная забота и неколебимая уверенность в успехе помогали нам каждый день.