Принцип работы стереоскопических устройств.

Человек способен воспринимать трехмерные объекты на основе двух факторов: врожденные (основаны на использовании бинокулярного зрения) и вторичные, или эмпирические, благодаря которым человек судит об объемности того или иного предмета по косвенным признакам. Таким, как расстояние до предмета, его размеры, порядок наложения разных объектов друг на друга, световые эффекты на них и т. п. Вторичные факторы доступны как при бинокулярном, так и при монокулярном зрении, благодаря чему они применяются в стандартных двухмерных устройствах отображения информации, например в мониторах. Однако они никогда не смогут обеспечить эффекта полного присутствия, так как истинно трехмерное изображение может быть получено только при использовании вторичных и врожденных факторов вместе.

Одним из первых стереоизображение получил в 1838 году Ч. Уитстон. Для этого он создал специальный прибор — стереоскоп. Принцип его действия во многом был похож на методы современных VR-шлемов для ПК. Объемное изображение формировалось за счет того, что каждый глаз наблюдал почти схожие плоские картинки, которые вместе образовывали стереопару. Сформировать две таких картинки не составляет труда. Но как же заставить каждый глаз видеть только свою картинку? Для этого существует два метода: двухэкранный, который применяется в более дорогих устройствах, например в шлемах, и одноэкранный, который применяется в дешевых стереоскопических устройствах, например в очках.

При помощи одноэкранного метода стереоизображения отображаются на обычных двухмерных мониторах, но при этом необходимо специальное устройство, которое будет сортировать кадры стереопары, чтобы каждый глаз видел свою картинку. В современных очках для этого используются три метода: метод поляризованной сортировки, затворный метод и комбинированный, состоящий из двух предыдущих.

Метод поляризованной сортировки применяется в стереоскопических кинотеатрах, когда на экран одновременно проецируются два изображения двумя разными проекторами и имеют отличную друг от друга поляризацию световой волны: один кадр — горизонтальную, другой — вертикальную. Зритель же видит в этом случае стереокартинку благодаря специальным очкам, одно из стекол которых пропускает свет с вертикальной поляризацией, а другое — с горизонтальной. Однако данный метод не может быть использован в компьютерах, так как обычный монитор не может отображать одновременно два различных кадра.

Затворный метод. В компьютерах применяется так называемый затворный метод: кадры стереопары, выводятся на экран последовательно с очень небольшим интервалом. В этом случае пользователь надевает очки, выполняющие функцию затвора, — последовательно одно из стекол теряет свою прозрачность. При этом очки синхронизируются с частотой обновления кадров монитора. Данный метод образования стереоэффекта, с одной стороны, является самым дешевым из аппаратных, но с другой — и самым небезопасным для здоровья человека.

Комбинированный метод. Также в компьютерах применяют и комбинированный метод, для реализации которого необходим специальный экран для монитора, который одновременно будет служить и поляризатором, и затвором. В результате стереокартинку можно наблюдать при помощи поляризационных очков, используемых при методе поляризационной сортировки. Однако этот вариант весьма недешев, а потому и нераспространен.

Все описанные выше методы формирования стереокадров относятся к одноэкранному способу. Для того чтобы наблюдать стереокартинку на экране монитора, вам понадобится либо очень быстро моргать (примерно 70 раз в секунду), либо приобрести 3D-очки. Они подключаются к компьютеру при помощи специального контроллера, который может быть как встроен в видеокарту, так и быть выполнен в виде дочерней платы. Очки подключаются к контроллеру при помощи провода. Также существуют радио и инфракрасные модели очков.

3D-очки по-другому называются фильтрами затворного типа. Это связано с принципом их действия. На экране монитора поочередно отображаются левая и правая части стереопары. При этом стекла очков, сделанные из жидких кристаллов, поочередно теряют прозрачность, благодаря чему мы и наблюдаем стереокартинку. Управление очками осуществляется сигналами видеоадаптера, так что прозрачность их стекол изменяется синхронно со сменой изображения на экране монитора. 3D-очки являются наиболее распространенным и недорогим средством получения истинно трехмерных изображений.

Однако очки имеют и ряд недостатков: во-первых, для 3D-очков нужен очень хороший монитор. Чем большую частоту обновления он поддерживает, тем лучше. Меньше 120 Гц использовать для работы в очках крайне не рекомендуется. Если же вы хотите поберечь свое зрение, то лучше использовать частоту около 200 Гц. Но даже в этом случае при долгой работе в очках у вас могут появиться неприятные ощущения головной боли и даже тошноты. Во-вторых, очки лишены системы виртуальной ориентации, присущей шлемам, хотя сегодня существуют и такие модели, в которых этот эффект частично реализован.

VR-шлемы

VR-шлемы, или шлемы виртуальной реальности. VR-шлемы относятся к классу HDM, или Head Mounted Display — устройствам, одеваемым на голову. Цена на них достаточно высока. В них применяется двухэкранный способ формирования изображения, то есть для каждого глаза в шлем встроен отдельный дисплей на основе активных жидкокристаллических матриц. При этом он видит только свой кадр стереопары. Различного рода ошибки практически исключены, что усиливает эффект погружения в виртуальный мир по сравнению с 3D-очками. В шлемах виртуальной реальности применяется технология Virtual Orientation System — система виртуальной ориентации. Эта система отслеживает движения головы человека при помощи специальных датчиков, которые могут быть встроены в шлем либо прикрепляться к голове отдельно, и в соответствии с ними корректирует изображение на ЖК-дисплеях. Именно благодаря наличию этой технологии шлем является не просто устройством отображения истинно трехмерных изображений, а создает эффект полного присутствия в виртуальном мире.

Так же, как и очки, шлемы подключаются к компьютеру с помощью специального контроллера, который является уже более сложным устройством по сравнению с контроллером для 3D-очков. Он может быть выполнен либо в виде дочерней платы, либо встроен в шлем. Кроме того, в любой шлем встраиваются наушники.

Помимо подключения к компьютеру, большинство шлемов можно подсоединить к ТВ-тюнеру, приставкам типа Sony Playstation, видеомагнитофону, поскольку в них используется обычный видеосигнал (PAL или NTSC).