Идея 3D-телевидения так же стара, как мир телевидения и кино. Желание получить трёхмерное изображение и создать иллюзию того, что изображение на экране является чем-то большим, чем просто двухмерная картинка, существует с самого момента зарождения кинематографа и телевещания.
К сожалению, 3D-кино и 3D-телевидение всегда оставались на уровне лёгкого увлечения. И проблема всегда состояла в том, что поиск решений для того, чтобы заставить 3D работать, казался совершенно пустой тратой времени. С появлением HD-экранов ситуация начала улучшаться. В данном материале мы посмотрим, как выглядят современные 3D-телевизоры, рассмотрим принципы их работы, а также поможем вам определиться с наиболее подходящим для вас типом таких телевизоров.
Что такое 3D, и как его снимают?
Производство 3D-контента, по большому счёту, происходит именно так, как вы себе можете это представить. Для съёмок фильма в 2D используется одна камера, а для производства 3D-фильма требуется две камеры. Цель состоит в том, чтобы снять два различных и немного раздельных изображения, которые можно будет затем использовать для того, чтобы левый и правый глаз могли получать немного разные картинки происходящего. Такое действие, по сути, повторяет то, как мы видим естественную трёхмерную картину мира.
Для проведения такой «двойной» съёмки многие теле- и кинокомпании используют специальное оборудование, обеспечивающее одновременную работу двух камер. Устройство снабжено системой точного контроля, которая позволяет настраивать и подстраивать камеры для слаженной работы. Данный процесс сам по себе довольно сложен, кроме того, он требует, чтобы камеры и, в первую очередь, их оптическая составляющая, были практически идентичными – именно это и позволит получить наилучший результат. На рынке также имеется несколько видеокамер, снабжённых двухлинзовой системой съёмки. В частности, такие камеры – как для профессиональной, так и для любительской съёмки – поставляют компании Panasonic и Sony.
Разумеется, есть и другие способы съёмки 3D-видео. К примеру, изображение можно сделать трёхмерным в процессе пост-продакшна, особенно, когда речь идёт о фильмах с большим количеством компьютерных эффектов и графики. Поскольку большое количество фильмов снимается с использованием технологии «зелёный экран», сегодня есть много возможностей создавать то, что принято называть «искусственный 3D».
Во всех случаях готовый 3D-фильм состоит из двух отдельных рядов кадров: один ряд – для левого глаза, второй – для правого. А то, каким образом вы можете смотреть данное видео, определяется типами вещательной системы и системы просмотра, на которые мы и предлагаем обратить более пристальное внимание.
Активная 3D-технология
Активная 3D-технология – это система, которая работает на плазменных и жидкокристаллических экранах и требует наличия специальных активных 3D-очков для просмотра трёхмерного изображения. Сегодня эти очки достаточно лёгкие и удобные в использовании, хотя некоторые производители ещё не совсем довели их дизайн и функциональность до совершенства. Частенько данные очки снабжены аккумуляторным блоком, который заряжается при помощи подключаемого через USB зарядного устройства.
В основе данных очков лежит использование специальных линз с жидкокристаллическим верхним слоем. При прохождении через этот слой электрического напряжения линза практически полностью теряет прозрачность, при отсутствии напряжения прозрачность восстанавливается. Тем не менее некоторые световые потери наблюдаются при смотрении через линзу и в момент отсутствия напряжения в жидкокристаллическом слое, что делает видимое через очки изображение на экране телевизора немного темноватым по сравнению с оригиналом.
Для формирования 3D-кар-тинки телевизор последовательно отображает кадры для левого и для правого глаз. При этом очки затемняют линзу для «ненужного» в данный момент глаза. Частота таких затемнений для каждого раза составляет 24, 25 или даже 30 раз в секунду, поэтому вы практически этого не замечаете. Впрочем, отдельные люди жалуются на некоторое ощущение моргания картинки – именно с этим и связано возникновение головных болей у небольшого количества зрителей, использующих 3D-очки.
Большим преимуществом активной системы является то, что она даёт истинное 1080p 3D изображение. Это значит, что, по крайней мере, в плане качества картинки данная система значительно превосходит пассивную 3D-технологию. Однако многое зависит от конкретной ситуации, и есть много причин для того, чтобы полюбить пассивную 3D-систему.
Пассивная 3D-технология
Наибольшим преимуществом пассивной 3D-технологии является то, что очки, необходимые для просмотра изображения в данной системе, являются безумно дешёвыми по сравнению со стоимостью очков с активным затвором.
Впрочем, при домашнем использовании пассивная 3D-система имеет один большой недостаток: разрешение изображения составляет половину от разрешения картинки в активной 3D-технологии. Причина этого состоит в том, что картинки для обоих глаз должны появляться на экране одновременно. На поверхности жидкокристаллического экрана (плазменных панелей для пассивного 3D не существует) размещён специальный фильтр, который по-разному поляризует каждую из строк, формирующих изображение. Таким образом, телевизор одновременно отображает две картинки (для правого и левого глаза), составляющие 3D-изображение: к одной из них относятся чётные строки, к другой – нечётные. Данный процесс называется «чересстрочная развёртка».
Каждая из двух линз, составляющих пассивные 3D-очки, поляризована таким образом, чтобы соответствовать поляризации того или иного набора строк на экране. Таким образом, каждый глаз видит лишь то, что предназначено конкретно для него. Минусом данной технологии является то, что чересстрочная развёртка снижает разрешение картинки: в пассивной 3D-технологии каждый глаз видит картинку с разрешением 1920 x 540 пикселей.
Таким образом, вы получаете полное разрешение по горизонтали, однако лишь половину – по вертикали. Впрочем, на практике это не составляет такой уж большой проблемы. Большинство зрителей считает, что пассивная 3D-технология намного удобнее для длительного использования, и если вокруг вас есть много любителей смотреть фильмы и спортивные трансляции, данная система является наиболее практичной и доступной.
Как 3D-видео передаётся в телевизионных сетях?
Телевизионные вещатели весьма ограничены в плане имеющейся у них ёмкости, поэтому передача полноценного 3D-сигнала, состоящего из двух отдельных потоков, в общем-то, нереальна. Для того чтобы обойти данную проблему, вещатели используют метод, названный «бок о бок». Данный метод заключается в том, чтобы взять пару из кадров, предназначенных для правого и левого глаза, и разместить их на экране бок о бок таким образом, чтоб вместе они заняли ровно столько же места, сколько на экране телевизора занимает стандартное HD-изображение. Если телезритель смотрит такую трансляцию на экране обычного 2D-телевизора, то он видит две практически идентичные картинки, сдавленные с боков так, что всё на них кажется высоким и тонким. В то же время 3D-телевизор разделяет этот «сдвоенный» кадр на две половинки и отображает их согласно принципам, свойственным использованной в нём системы 3D.
В результате мы получаем 3D-изображение, которое технически имеет HD-качество, однако это качество значительно ниже качества Full HD 3D фильма, воспроизводимого с Blu-ray диска. Тем не менее получаемые результаты весьма хороши, и качество 3D-картинки можно считать приемлемым.
Как работает 3D на Blu-ray дисках?
Гораздо в лучшем положении оказывается 3D-видео, будучи записанным на Blu-ray диск. В этом случае вы можете получить картинку в качестве Full HD 3D с разрешением 1080p, но только в случае использования правильного оборудования: пассивные 3D-системы не могут отображать 3D-видео в формате Full HD, на это способны лишь активные системы.
С ростом популярности 3D была разработана новая система видеокомпрессии, которая позволяет значительно экономить объёмы используемой памяти. В итоге на стандартном диске можно разместить большее количество кадров, что крайне необходимо для 3D. Это, в свою очередь, означает, что на таком диске можно сохранять в формате Full HD оба ряда кадров – для правого и левого глаза, без того сжатия, которое мы видим при трансляции сигнала 3D-телевидения. Запись 3D-видео, даже с использованием новой системы компрессии, всё равно требует значительного пространства на диске, что в итоге приводит к отсутствию на диске места для записи дополнительных материалов. Однако это не является такой уж большой проблемой, поскольку в коробку всегда можно положить второй, дополнительный диск, записанный в HD-формате. Видео, состоящее из двух рядов кадров (для правого и левого глаза), отображается на экране вашего телевизора согласно системе, в которой он работает.
3D-кинотеатры против домашних 3D-систем
Существует несколько конкурирующих между собой 3D-форматов, используемых в кинотеатрах. Каждый из кинотеатров волен выбирать систему на собственное усмотрение. Большинство кинотеатров сегодня использует пассивные 3D-системы, и это означает, что им не приходится тратить деньги на дорогие очки с активным затвором для каждого зрительского места. В то же время первые кинотеатры IMAX 3D использовали активные 3D-очки, таким образом, эта система далеко не чужда кинотеатрам.
Для Dolby-кинотеатров существует система, которая является пассивной по своему характеру, однако требует использования более дорогих очков. Преимущество в использовании данной Dolby-системы состоит в том, что для её использования кинотеатру не приходится проводить замену экрана. Вместо этого используются очки со светофильтрами, «заточенными» под определённую длину световой волны, а также вращающийся фильтр, установленный перед проектором, позволяющие направлять картинки в нужный глаз.
Однако, по большому счёту, доминирующим 3D-форматом для кинотеатров является система RealD, которая использует поляризующие фильтры и недорогие очки. Кадры, предназначенные для левого и правого глаза, проецируются на экран через специальный поляризатор, установленный перед объективом кинопроектора. Система RealD предусматривает отдельную передачу кадров для правого и левого глаза – они передаются друг за дружкой с частотой 144 раза в секунду, а очки с поляризованными линзами перед глазами зрителей приводят к тому, что каждый глаз получает в итоге предназначенное лишь ему изображение.
Компания Sony предлагает облегчённый вариант данной системы, в котором используется 4К-проектор для одновременной передачи изображений для левого и правого глаза, при этом для каждого из глаз предназначается картинка с разрешением 2К.
3D-технология, не требующая специальных очков
У производителей телевизоров во всём мире есть одна общая цель: создать такую систему, которая бы не требовала использования очков при просмотре 3D-видео, но при этом создавала бы зрителю полный эффект трёхмерности. Технически это уже возможно, и телевизоры, использующие такие системы, уже в течение нескольких лет демонстрируются в рамках CES и других телевизионных выставок.
Наибольшей проблемой 3D-систем, не требующих использования очков для просмотра видео, является проблема качества. Безусловно, эти системы способны давать 3D-изображение, однако это далеко не то качество картинки, которое вам хотелось бы видеть. Кроме того, для полного погружения в просмотр такого видео вам придётся смотреть на экран под определённым углом, и эксперты, исследующие качество работы таких систем, после проведения испытаний жаловались на лёгкую косоглазость.
Впрочем, в компании Dolby убеждены, что полноценные 4K/3D-телевизоры, не требующие для просмотра очков, должны начать появляться на рынке в 2015 году. Технология Dolby, разработанная в сотрудничестве с Philips, основана на применении дисплеев с повышенным разрешением, используемым для отображения видео в формате 1080p/3D. Для проведения демонстрации технологии на выставке CES 2014 использовался 8K-телевизор производства Sharp. В компании Dolby утверждают, что в новой технологии сведены до минимума все проблемы прежних систем «3D без очков», включая необходимость сидеть перед экраном в определённой точке.
3D-системы на основе шлемов-масок
Одной из сфер, в которой 3D-видео имеет огромный потенциал, является использование 3D-дисплеев, которые можно носить на лице подобно очкам или шлему. В качестве примеров можно назвать такие устройства, как Oculus Rift и Project Morpheus, которые являются 3D-совместимыми масками-шлемами и могут быть использованы в качестве устройств виртуальной реальности.
Помимо заложенного в эти устройства игрового потенциала, в силу наличия в них отдельных экранов для каждого из глаз, можно предположить их использование в качестве устройств, дающих впечатляющий 3D-эффект. Возможно, поначалу зрителям будет немного некомфортно носить на лице такую маску, и потребуется некоторое время для привыкания к ней, однако данные устройства несут в себе невероятный потенциал для реалистичного 3D-видео.
Есть ли будущее у 3D-телевидения?
Сегодня дополнить телевизор 3D-функцией относительно недорого. Для активных 3D-систем стоимость такого усовершенствования не превышает стоимости активных очков. Это значит, что практически все выпускаемые сегодня телевизоры имеют встроенную опцию 3D. Впрочем, это не отменяет использование маркировки «3D» для повышения продаж.
Поскольку Голливуд продолжает снимать фильмы в 3D, этот формат, несомненно, имеет своё место в домах зрителей. Запрос на новые блокбастеры, снятые и записанные в 3D, существует, хоть он и не так велик, как того хотелось бы Голливуду.
Возможно, в один прекрасный день на смену 3D придёт что-то гораздо лучшее – например, голографическое кино. Однако, судя по всему, этот день настанет ещё не скоро.
3D кинотеатры за последнее время расплодились в больших количествах. Не сильно в последнее время от них отстают в распространённости и 3d-телевизоры. Однако, что именно стоит за маркетинговым “3D” в каждом случае не всегда ясно и очевидно.
Стоит отметить, что правильнее было бы назвать это “стерео”-кино, но термин “стерео” уже давно и прочно (просто, видимо, по праву первенства) закрепился за звуком (в этом плане показательно, например, название журнала “Стерео и видео”). Поэтому маркетологам пришлось использовать термин “3D”, который ассоциируется с объёмным изображением в том или ином смысле. В данном случае понимается восприятие мозгом объёма за счёт подачи каждому из глаз изображения, чуть отличающегося от изображения для другого глаза, аналогично тому, как отличаются получаемые глазами изображения в жизни.
Теория
Итак, чтобы создать ощущение объёма, надо передать каждому из глаз свою картинку.Это можно сделать следующими способами:
Практика
Теперь перейдём к практике, то есть, к тому, какие из этих технологий сейчас где используются.Кино смотрится в кинотеатрах, а кинотеатры бывают общественные и домашние. Для них целесообразность применения различных технологий по понятным причинам разная.
Технологии общественных кинотеатров
На данный момент чаще встречаются две: IMAX 3d и RealD 3d . Обе используют пассивные очки с поляриками. Кроме них также известны технологии Xpan 3D и Dolby 3D , но похоже они менее распространены.IMAX 3D
В аймаксе используется линейная поляризация в очках, а изображение проецируется двумя проекторами на один экран. Получаемое изображение по моему опыту получается очень ярким, насыщенным, очки почти не затемняют изображение, есть только одно но: иногда видны так называемые перекрёстные помехи (crosstalk), то есть, глазу видно этакое полупрозрачное изображение, которое предназначено для другого глаза. На мой вкус, очень неприятный эффект.
RealD 3D
Для RealD 3D поляризация используется круговая, но очки при этом более тёмные, да ещё и показывается фильм с помощью одного проектора, который 144 раза в секунду показывает кадры то для левого, то для правого глаза, а перед линзой проектора стоит синхронизированный фильтр, который даёт соответствующую поляризацию свету. В этом смысле здесь какой-то микс из первого и второго типа технологий, разделение картинок по времени перенесено из очков (которые пассивны и, соответственно, дёшевы, что критично для общественных кинотеатров) в дополнительный фильтр перед проектором. Это фильтр, кстати, ещё сильнее снижает яркость, поэтому RealD-технология очень «тёмная». По собственному опыту ещё могу сказать, что есть какие проблемы с цветами, по идее их быть не должно, а они есть. Мало того, что они неяркие, так ещё и почему-то уменьшается количество воспринимаемых оттенков цвета. Кроме того, я ещё почему-то различаю гораздо меньше деталей в RealD-очках, чем без них.
Xpand 3D
Это единственный представитель технологии первого типа - активные очки, синхронизированные с сигналом от проектора. В кинотеатрах не встречал, но не исключено, что где-то у нас она используется, если кто знает где, скажите, интересно попробовать.
Dolby 3D
Представитель технологии типа 2б по классификации из первой части статьи. Говорят, очки для этой технологии дороги, поэтому их делают достаточно тяжёлыми, чтобы уменьшить вероятность кражи. Опять-таки не встречал, но хотел бы попробовать, даже больше, чем Xpan 3D.
Домашние кинотеатры
Хотя в принципе домашний кинотеатр может тоже быть основан на проекторе, но встречается это отсносительно редко, поэтому будем говорить исключительно о телевизорах. Более того, об их самом на данный момент распространённом типе - о ЖК-телевизорах. Домашним кинотеатром также может выступать компьютер с монитором, но почти все современные мониторы тоже ЖК и там могут использоваться все те же технологии.В основном встречаются две технологии, которые являются яркими представителями первого и второго типов.
Затворная технология
Большинство производителей (например, Samsung, Sony) оснащает телевизоры затворной 3д-технологией, требующей активных очков. В связи с ограничениями ЖК (ну не умеют жидкие кристаллы переключаться между состояниями достаточно быстро) на каждый показываемый кадр фильма приходится по четыре показываемых кадра: кадр под один глаз, тёмный кадр, кадр под второй глаз и ещё один тёмный кадр. Тёмный кадр необходим, ибо угнать ЖК-пиксель в чёрный цвет быстрее, чем перегнать его в другое промежуточное состояние. Соответственно, фактически до глаза доходит 25% от 2d-яркости телевизора. Плюс ещё очки фильтруют. Так что яркость картинки - это недостаток этой технологии номер раз.
Недостаток номер 2 я уже упоминал: очки мерцают. Причём мерцают с частотой не самой высокой, например, 60 Гц. Кто сидел на старых ЭЛТ мониторах, то поймёт и содрогнётся. Причём, если это мерцание на самом фильме не очень заметно (смотрели же мы телевизоры на 50Гц), то вот мерцание отфильтрованного очками внешнего источника света уже смотрится совсем противно. Плюс ещё может наличествовать дополнительный ухудшающий фактор, состоящий в том, что частоты мерцания очков могут быть близки к частотам мерцания самого источника, но не совпадать по фазе.
Другие минусы активных очков: тяжёлые, дорогие, несовместимые - у каждого производителя свой протокол синхронизации с телевизором.
Справедливости ради надо сказать, что скорее всего эта технология будет развиваться и, возможно, уже развилась. Например, можно поднять частоты и тогда проблема с мерцанием станет не столь выражена.
Поляризационная технология
Совсем всё по-другому обстоит с телевизорами, использующими пассивную поляризационную технологию (такие телевизоры производит, например, LG).
Суть технологии в следующем: каждая строка телевизора имеет отличный от соседних фильтр, за счёт чего все чётные строки имеют круговую поляризацию в одну сторону, а нечётные - в другую. Если смотреть 3d на таком телевизоре без очков, то будет видна «гребёнка», то есть, несовпадение чётных и нечётных строк. Очки же просто фильтруют соответствующую поляризацию для каждого глаза. Они лёгкие, дешёвые и без батареек. Не мерцают . Кроме того, они взаимозаменяемы с очками RealD (и аналогичными очками других производителей), так что можно утащить из кино очки и смотреть в них дома ТВ, либо, что ещё лучше, взять свои очки от телевизора в кино.
Это всё были плюсы. Теоретически минусы технологии следующие: 1080p показывается для каждого глаза посредством 540 строк. Правда, удваивается частота кадров и на одной и той же строке для одного глаза показывается то чётная, то нечётная строка контента. Кроме того, по технологическим причинам теневая маска между строками на таком телевизоре чуть шире, чем обычно (ибо надо же где-то переходить от одного фильтра к другому).
На практике выясняется следующее: так как контент по вертикальной координате для соседних строк почти идентичен, то после процесса формирования в мозгу объёмной картины отсутствие половины строк нивелируется и воспринимаемая чёткость картинки получается лишь чуть ниже, чем в 2d-варианте.
Теневая маска же больше обычной с практической точки зрения на настолько незначительную величину, что и упоминать об этом не стоит.
Другие технологии
Во-первых, есть сведения о том, что существуют телевизоры, не требующие очков для просмотра объёмного контента. Судя по всему тут используется технология, аналогичная той, которая позволяет создавать открытки с ощущением объёма, то есть, изображение делится вертикально на полоски, перед которыми стоит призма, направляющая свет от одной полоски в один глаз, а от соседней - в другой. Очевидно, что в этом случае диапазон мест, из которых будет наблюдаем объём, довольно ограничен. Однако это не существенное ограничение для маленьких экранов и такая технология использована в одном из телефонов LG и в карманной игровой приставке от Nintendo.
Во-вторых, можно сделать два маленьких экрана и повесить их непосредственно перед глазами, получится шлем (или очки) виртуальной реальности. Вдвоём таким образом кино тоже не посмотришь.
В-третьих, у меня появилась мысль о том, что возможно можно адаптировать технологию, аналогичную Dolby 3D для телевизора, то есть, сделать для пиксела 6 субпикселей с разными, непересекающимися спектрами. Скорее всего это будет дорого в плане производства как ТВ, так и очков, но вдруг кто-то уже сделал или сделает?
Мониторы с поддержкой технологии воспроизведения 3D появились относительно недавно, однако они уже успели завоевать немалую популярность. Всего лишь несколько лет назад посмотреть фильм в 3D можно было только в кинотеатре, да и то не в каждом, теперь же любой желающий может приобрести 3D телевизор или монитор и наслаждаться качественным стереоизображением у себя дома. Однако, несмотря на широкую распространенность этой технологии, далеко не все потребители имеют представление о том, как работает 3D-монитор, и чем отличаются между собой различные 3D-мониторы. Поэтому предлагаем вам рассмотреть поподробнее, что же представляет собой 3D-технология и какие бывают ее виды.
Принцип работы 3D
Когда мы смотрим на какой-нибудь трехмерный объект, каждый из глаз видит данный предмет под своим углом. Затем наш мозг совмещает два изображения, полученные от каждого из глаз, в одно целое и в результате мы воспринимаем не только цвет и форму предмета, но также его глубину и удаленность.
Но ведь картинка на мониторе всегда остается плоской, как же сделать так, чтобы мозг воспринимал ее, как трехмерную? Для этого используется технология, принцип работы которой заключается в том, что каждый из глаз видит на мониторе свое изображение, немного отличающееся, от того, что видит другой глаз. Благодаря этому изображение на 3D-мониторах кажется нам объемным, хотя на самом деле оно таковым не является.
На сегодняшний день популярностью пользуются три разновидности технологии передачи 3D-видео. Все они схожи по принципу своей работы, однако техническая реализация 3D в них происходит несколько по-разному.
Технология анаглиф
Наиболее простой вариант достижения эффекта трехмерного изображения на мониторе заключается в использовании двух одинаковых кадров, пропущенных через светофильтры разного цвета. Для того чтобы смотреть такой фильм или изображение, нужны специальные очки с линзами-светофильтрами. Благодаря тому, что каждая из этих линз будет поглощать ту часть изображения, которая предназначена для другого глаза, в целом картинка на экране будет восприниматься объемной.
Главным достоинством технологии анаглиф является его высокая доступность – для просмотра нужен лишь фильм в формате анаглиф и очки со светофильтрами, которые стоят относительно недорого. Однако данная технология имеет и существенные недостатки. Качество передачи цветов и оттенков в анаглифе оставляет желать лучшего, а после просмотра некоторое время может ощущаться дискомфорт.
Поляризационная технология
Второй способ реализации 3D-видео возможен благодаря эффекту поляризации света. На поляризационный монитор поступают два изображения, которые поляризованы между собой. При просмотре такого 3D через поляризационные очки, каждая линза которых принимает свет только соответствующей поляризации, создается эффект трехмерного изображения. Отличительной особенностью поляризационных очков является высокое качество цветопередачи, особенно по-сравнению с анаглифом, а также хорошая яркость и контрастность.
Поскольку данная технология все еще развивается, в продаже можно найти не так уж и много качественных мониторов с поддержкой поляризационного 3D. К тому же для просмотра фильма через поляризационные очки желательно, находиться на некотором расстоянии от экрана, так как вблизи изображение будет казаться не столь четким.
Затворная технология
Мониторы с использованием затворной технологии являются наиболее распространенным вариантом 3D-мониторов на сегодняшний день. Трехмерное изображение в них формируется по следующему принципу: на экран монитора с высокой частотой выводятся кадры поочередно для каждого глаза, а затворные стекла 3D-очков попеременно закрываются, позволяя глазу видеть только ту картинку, которая предназначена для него. Как правило, такие очки идут в комплекте с 3D-монитором, так как для качественного отображения 3D-видео они должны быть точно синхронизированы с ним. Для синхронизации очков с монитором используется инфракрасный порт, радиопередатчик или Bluetooth.
Затворная технология позволяет смотреть фильмы, и играть в 3D-игры, при этом ни расстояние от экрана, ни угол, под которым вы смотрите, не имеют принципиального значения. Однако при длительном просмотре 3D через затворные очки может наблюдаться повышенная утомляемость глаз. Еще один недостаток данной технологии – недостаточно высокая яркость изображения, в сравнении с поляризационной технологией. Впрочем, к последнему со временем можно привыкнуть. В любом случае, затворная технология на данный момент остается самым доступным и удобным вариантом 3D для среднестатического пользователя.
Помимо вышеперечисленных технологий передачи трехмерного изображения, существует еще одна, позволяющая смотреть 3D-видео без очков. Однако она все еще находится в стадии разработки и не получила широкого распространения.
Так же наша компания оказываем услуги по обслуживанию компьютеров . Мастера нашей компании окружат вниманием ваше оборудование, что бы оно всегда было в рабочеспособном состоянии и не создавало беспокойств.
А в случае выхода из строя ноутбука, наша компания предоставляем услугу по ремонту ноутбуков В Москве на дому.
Остались вопросы? - Мы БЕСПЛАТНО ответим на них в
Устройства, при помощи которых создается эффект объемности, при просмотре стереоскопических 3D-фильмов, имеют в своей основе принцип бинокулярности человеческого зрения, то есть наши глаза расположены друг от друга на определенном расстоянии и «показывают» при этом различные изображения человеку.
Принцип 3D-изображения поставил перед разработчиками вопрос: «как трансформировать трехмерное видео?». Лучшим выходом и решением этой проблемы по сей день являются 3D-очки. Они появились много лет назад. Их создателем принято считать американского ученого, специализирующегося в области компьютерной графики и информатики – это Айвен Сазерленд. Им была создана программа «Sketchpad», которая позволила создавать примитивные объекты из 3D-графики. Им же были разработаны и трехмерные очки.
Первые разработки обладали громоздкими формами, занимая много места. Но именно они и являются самым ценным открытием Сазерленда, которое трудно переоценить. Именно открытие Сазерленда сделало реальностью плоды фантазий писателей-фантастов. В тоже время стоит отметить, что затворный метод, был известен еще с 1858-го года (изображения демонстрировались попеременно для каждого глаза).
Псевдо-объемное видео, а точнее информация (двухмерное изображение), которая передается зрителю, собирается отдельно и параллельно друг с другом. Человеческий мозг обрабатывает, поступающие «картинки», формируя стереоскопическое трехмерное изображение. Именно такая схема является основой создания 3D формата (видео, фотографий). Этот метод стал следующей ступенью развития для кинематографа. Кинематограф получил возможность погружать зрителя в реальность, происходящую на экране, делая его непосредственным участником событий фильма.
Для съемок 3D-фильмов используют две синхронизованные камеры, которые расположены на определенном расстоянии друг от друга. А для технологии IMAX 3D нужна одна камера с двумя объективами, они расположены под разными углами. В итоге, для каждого глаза человека снимают схожие картины. Впоследствии их собирают воедино, именно они образуют трехмерное изображение. А прогресс в развитии компьютерной техники дал возможность режиссерам создавать объемные 3D фильмы без использования камер. Один из ярких примеров – фильм «Аватар» Д.Кэмерона. В нем чудесный мир планеты Пандора – выдумка.
Стереокинематограф развивался, менялись методы показа и производства объемного кино. В пятидесятых годах двадцатого века в Америке огромной популярностью пользовался анаглифический метод – зрители смотрели фильм, надевая очки с голубыми и красными светофильтрами. Это всем известные картонные очки, которые распространены во всем мире и в России.
Изображения, закодированные по данному принципу, обладают разной цветовой гаммой (они попросту, подкрашены оттенками). 3D-очки, со вставленными специальными светофильтрами являются помощниками нашим глазам смотреть предназначенную ему часть. А вот без очков картинка расплывается. Недостаток этого метода напрямую связан с цветами, конкретнее – это неполная передача цветов.
А вот очки создают так называемые «пассивные» 3D-изображения (по принципу Film Patterned Retarder), они не требуют аккумуляторов, да и по себестоимости намного дешевле. Затворный (эклипсный) метод связан с другой особенностью зрения человека – инерцией (зрительная реакция человека, относительно движущегося объекта, она немного запаздывает). Современная технология XpanD, которая чаще всего применяется в кинотеатрах, а вот технологии nVidia 3D Vision – дома. Они основываются на этих особенностях.
В итоге, изображения демонстрируются для каждого глаза попеременно, а стекла на очках затемнены. Этот метод известен еще с 1858 года, но вот его недостатки до сих пор еще не удалось исправить. Одним из минусов данного метода является сильная утомляемость глаз. Это напоминает частое моргание глазами, попробуйте поморгать в течение некоторого времени, устаете? Да, к тому же, очки оказывают давление на переносицу, плюс быстродвижущиеся объекты на телевизоре немножко размываются.
С начала нового тысячелетия понятие «3D» прочно вошло в нашу повседневную жизнь. В первую очередь, мы связываем его с киноискусством, фотографией или мультипликацией. Но едва ли сейчас найдётся человек, который хотя бы раз в жизни не слышал о такой новинке, как 3D-печать.
Что же это такое и какие новые возможности в творчестве, науке, технике и повседневной жизни несут нам технологии трехмерной печати, мы и попытаемся разобраться в статье, приведенной ниже.
Но сначала немного истории. Хоть и много стали говорить о 3D печати только последние несколько лет, на самом деле эта технология существует уже достаточно давно. В 1984 году компания Charles Hull разработала технологию трёхмерной печати для воспроизведения объектов с использованием цифровых данных, а двумя годами позже дала название и запатентовала технику стереолитографии.
Тогда же эта компания разработала и создала первый промышленный 3D принтер. Впоследствии эстафету приняла компания 3D Systems, разработавшая в 1988 году модель принтера для 3Д печати в домашних условиях SLA – 250.
В том же году компанией Scott Grump было изобретено моделирование плавлеными осаждениями. После нескольких лет относительного затишья, в 1991 году компания Helisys разрабатывает и выпускает на рынок технологию для производства многослойных объектов, а через год, в 1992, в компании DTM выходит в свет первая система селективного лазерного спаивания.
Затем, в 1993 году основывается компания Solidscape, которая и приступает уже к серийному производству принтеров на струйной основе, которые способны производить небольшие детали с идеальной поверхностью, причём при относительно небольших затратах.
Тогда же Массачусетский университет патентует технологию трёхмерной печати, подобную струйной технологии обычных 2D принтеров. Но, пожалуй, пик развития и популярности 3D печати всё же пришёлся на новый, 21 век.
В 2005 году появился первый , способный печатать в цвете, это детище компании Z Corp под названием Spectrum Z510, а буквально через два года появился первый принтер, способный воспроизводить 50% собственных комплектующих.
В настоящее время круг возможностей и сфер применения 3Д печати постоянно растёт. Этим технологиям оказалось подвластно всё - от кровеносных сосудов до коралловых рифов и мебели. Впрочем, о сферах применения данных технологий мы поговорим чуть позже.
Итак, что же представляет из себя печать на 3d принтере?
Вкратце - это построение реального объекта по созданному на компьютере образцу 3D модели. Затем цифровая трёхмерная модель сохраняется в формате STL-файла, после чего 3D принтер, на который выводится файл для печати, формирует реальное изделие.
Сам процесс печати – это ряд повторяющихся циклов, связанных с созданием трёхмерных моделей, нанесением на рабочий стол (элеватор) принтера слоя расходных материалов, перемещением рабочего стола вниз на уровень готового слоя и удалением с поверхности стола отходов.
Циклы непрерывно следуют один за другим: на первый слой материала наносится следующий, элеватор снова опускается и так до тех пор, пока на рабочем столе не окажется готовое изделие.
Как работает 3D принтер?
Применение трехмерной печати – это серьезная альтернатива традиционным методам прототипирования и мелкосерийному производству. Трёхмерный, или 3д-принтер, в отличие от обычного, который выводит двухмерные рисунки, фотографии и т. д. на бумагу, даёт возможность выводить объёмную информацию, то есть создавать трёхмерные физические объекты.
На данный момент оборудование данного класса может работать с фотополимерными смолами, различными видами пластиковой нити, керамическим порошком и металлоглиной.
Что такое 3d принтер?
В основу принципа работы 3d принтера заложен принцип постепенного (послойного) создания твердой модели, которая как бы «выращивается» из определённого материала, о котором будет сказано немного позже. Преимущества 3D печати перед привычными, ручными способами построения моделей - высокая скорость, простота и относительно небольшая стоимость.
Например, для создания или какой-либо детали вручную может понадобиться довольно много времени - от нескольких дней до месяцев. Ведь сюда входит не только сам процесс изготовления, но и предварительные работы - чертежи и схемы будущего изделия, которые всё равно не дают полного видения окончательного результата.
В итоге значительно возрастают расходы на разработку, увеличивается срок от разработки изделия до его серийного производства.
3D технологии же позволяют полностью исключить ручной труд и необходимость делать чертежи и расчёты на бумаге - ведь программа позволяет увидеть модель во всех ракурсах уже на экране, и устранить выявленные недостатки не в процессе создания, как это бывает при ручном изготовлении, а непосредственно при разработке и создать модель за несколько часов.
При этом возможность ошибок, присущих ручной работе, практически исключается.
Что такое 3d принтер: видео
Существуют различные технологии трёхмерной печати. Разница между ними заключается в способе наложения слоёв изделия. Рассмотрим основные из них.
Наиболее распространенными являются SLS (селективное лазерное сплетение), НРМ (наложение слоев расплавленных материалов) и SLA (стереолитиография).
Наиболее широкое распространение благодаря высокой скорости построения объектов получила технология стереолитографии или SLA.
Технология SLA
Технология работает так: лазерный луч направляется на фотополимер, после чего материал затвердевает.
В качестве фотополимера используется полупрозрачный материал, который деформируется под действием атмосферной влаги.
После отвердевания он легко поддаётся склеиванию, механической обработке и окрашиванию. Рабочий стол (элеватор) находится в ёмкости с фотополимером. После прохождения через полимер лазерного луча и отвердения слоя рабочая поверхность стола смещается вниз.
Технология SLS
Спекание порошковых реагентов под действием лазерного луча – оно же SLS - единственная технология 3D печати, которая применяется при изготовлении форм, как для металлического, так и пластмассового литья.
Пластмассовые модели обладают отличными механическими качествами, благодаря которым они могут использоваться для изготовления полнофункциональных изделий. В SLS технологии используются материалы, близкие по свойствам к маркам конечного продукта: керамика, порошковый пластик, металл.
Устройство 3d принтера выглядит следующим образом: порошковые вещества наносятся на поверхность элеватора и спекаются под действием лазерного луча в твёрдый слой, соответствующий параметрам модели и определяющий её форму.
Технология DLP
Технология DLP – новичок на рынке трехмерной печати. Стереолитографические печатные аппараты сегодня позиционируются, как основная альтернатива FDM оборудованию. Принтеры данного типа используют технологию цифровой обработки светом. Многие задаются вопросом, чем печатает 3d принтер данного образца?
Вместо пластиковой нити и нагревающей головки для создания трехмерных фигур используются фотополимерные смолы и DLP-проектор.
Ниже вы можете увидеть, как работает 3d принтер видео:
Впервые услышав про DLP 3d принтер, что это такое – вполне резонный вопрос. Несмотря на замысловатое название, устройство почти не отличается от других настольных печатных аппаратов. К слову, его разработчики, в лице компании
QSQM Technology Corporation, уже запустили в серию первые образцы высокотехнологичного оборудования. Выглядит оно следующим образом:
Технология EBM
Стоит отметить, технологии SLS/DMLS – далеко не единственные в области . В настоящее время для создания металлических трехмерных объектов широко используется электронно-лучевая плавка. Лабораторные исследования показали, что использование металлической проволоки для послойного наплавления при изготовлении высокоточных деталей малоэффективно, поэтому инженеры разработали специальный материал – металлоглину.
Металлическая глина, использующаяся в качестве чернил во время электронно-лучевой плавки изготавливается из смеси органического клея, металлической стружки и определенного количества воды. Для того чтобы превратить чернило в твердый объект, его нужно нагреть до температуры, при которой клей и вода выгорят, а стружка сплавится между собой в монолит.
EBM 3d принтер: как работает
Примечательно, что данный принцип также используется при работе с SLS принтерами. Но в отличие от них, EBM-аппараты генерируют для плавки металлоглины направленные электронные импульсы вместо лазерного луча. Нужно сказать, что данный метод обеспечивает высокое качество печати и отличную прорисовку мелких деталей.
На сегодняшний день продаются только промышленные принтеры, использующие EBM технологию. Вот как выглядит один из них:
На видео, представленном ниже, наглядно продемонстрированы возможности 3d принтера, приспособленного для электронно-лучевой плавки:
Технология НРМ (FDM) HPM
Даёт возможность создавать не только модели, но и конечные детали из стандартных, конструкционных и высокоэффективных термопластиков. Это единственная технология, использующая термопластики производственного класса, обеспечивающие не имеющую аналогов механическую, термическую и химическую прочность деталей.
Печать по технологии НРМ выгодно отличается чистотой, простотой использования и пригодностью для применения в офисе. Детали из термопластика устойчивы к высоким температурам, механическим нагрузкам, различным химическим реагентам, влажной или сухой среде.
Растворимые вспомогательные материалы позволяют создавать сложные многоуровневые формы, полости и отверстия, которые было бы проблематично получить обычными методами. 3D-принтеры, действующие по технологии НРМ, создают детали слой за слоем, разогревая материал до полужидкого состояния и выдавливая его в соответствии созданными на компьютере путями.
Для печати по технологии НРМ используется два различных материала - из одного (основного) будет состоять готовая деталь, и вспомогательного, который используется для поддержки. Нити обоих материалов подаются из отсеков 3D-принтера в печатающую головку, которая передвигается зависимости от изменения координат X и Y, и наплавляет материал, создавая текущий слой, пока основание не переместится вниз и не начнется следующий слой.
Когда 3D-принтер завершит создание детали, остаётся отделить вспомогательный материал механически, или растворить его моющим средством, после чего изделие готово к использованию.
Интересно, что в наши дни популярностью пользуются не только автоматические настольные HPM принтеры, но и приспособления для ручной печати. Причем, правильно было бы назвать их не печатными устройствами, а ручками для рисования трехмерных объектов.
Ручки сделаны по той же схеме, что и принтеры, использующие технологию послойного наплавления. Пластиковая нить подается в ручку, где плавится до нужной консистенции и тут же выдавливается через миниатюрное сопло! При должной сноровке получаются вот такие оригинальные декоративные фигурки:
Ну и конечно, так же, как и технологии, отличаются друг от друга и сами принтеры. Если у вас принтер, работающий по SLA, то технологию SLS на нём применить будет невозможно, т. е. каждый принтер создан только под определённую технологию печати.
Цветная 3D-печать
Данная технология единственная в своем роде, которая позволяет получать объекты во всем доступном диапазоне оттенков. Примечательно, что окрашивание изделий происходит непосредственно во время их изготовления. С ее помощью получаются фотореалистичные объекты. Это и вызывает неподдельный интерес к ней со стороны дизайнеров.
Зачастую в качестве исходного материала применяют порошок, созданный на основе гипса. Щетки и ролики формируют не очень толстый слой расходника. Дальше с помощью подвижной головки на необходимые участки наносятся микрокапли клееобразного вещества (перед этим его окрашивают в нужный цвет). Оно напоминает по своему составу цианокрилат. Послойно создается готовый разноцветный объект. Финальная обработка изделия цианоакрилатом обеспечивает ему блеск и жесткость.
Промышленные и настольные цветные 3D-принтеры
Современный рынок предлагает различные многоцветные 3D-принтеры. С их помощью создаются разноцветные объекты в домашних условиях. Большинство агрегатов предназначено для профессионального использования.
Профессиональная цветная печать на 3D-принтере осуществляется с помощью:
1. Линейки Zрrintеr от известной торговой марки 3D Sуstems. Эти устройства могут создавать габаритные разноцветные объекты. Снабжаются 5-ю картриджами и системой автоматической загрузки порошка. Техника практически на 100% автоматизирована, поэтому настройка или контроль процесса печати не обязателен. Весят модели около 340 килограмм. Стоимость в пределах 90-130 тысяч долларов.
2. Полноцветный 3D-принтер Мсor Iris. Разноцветные изделия создаются путем склеивания отдельных бумажных клочков. Данный агрегат от Мсоr Тесhnologies Ltd создает объемные фотореалистичные модели с неплохими показателями прочности. Может генерировать до миллиона цветов. Стоит 15 тысяч долларов.
Настольные модели для домашнего использования:
1. Цветной 3D-принтер 3D Тоuch. Данный агрегат работает по технологии FDМ. Модель может снабжаться одной, двумя или даже тремя экструзионными головками. Работает с АВS или РLА-пластиком. Весит ни много ни мало 38 килограмм. Стоимость – около 4 тысяч долларов.
2. 3D-принтер трехцветный ВFB 3000 РАNTHER – первый цветной принтер, который был выпущен на рынок. Сегодня его стоимость составляет около 2,5 тысяч долларов. В качестве рабочего материала применяется стандартная пластиковая нить. Для работы понадобится нить трех цветов.
3. Одна из самых дешевых моделей – РroDеsk3D. Для создания изделий используется система из пяти картриджей. Возможна работа с РLA или АВS-пластиком. Принтер снабжен системой автоматической настройки. Стоит всего 2 тысячи долларов. К сожалению, не может похвастаться высокими показателями разрешения печати.
Области применения 3D печати
3D печать открыла большие возможности для экспериментов в таких сферах как архитектура, строительство, медицина, образование, моделирование одежды, мелкосерийное производство, ювелирное дело, и даже в пищевой промышленности.
В архитектуре, например, 3D печать позволяет создавать объёмные макеты зданий, или даже целых микрорайонов со всей инфраструктурой - скверами, парками, дорогами и уличным освещением.
Благодаря используемому при этом дешёвому гипсовому композиту обеспечивается низкая себестоимость готовых моделей. А более 390 тысяч оттенков CMYK позволяют в цвете воплотить любую, даже самую смелую фантазию архитектора.
3d принтер: применение в области строительства
В строительстве есть все основания предполагать, что в недалёком будущем намного ускорится и упростится процесс возведения зданий. Калифорнийскими инженерами создана система 3D печати для крупногабаритных объектов. Она работает по принципу строительного крана, возводящего стены из слоёв бетона.
Такой принтер может возвести двухэтажный дом всего в течение 20 часов.
После чего рабочим останется лишь провести отделочные работы. 3D House Постепенно завоёвывают прочные позиции 3D принтеры и в мелкосерийном производстве.
В основном эти технологии используются для производства эксклюзивных изделий, таких как предметы искусства, фигурки персонажей для ролевых игр, прототипов моделей будущих товаров или каких-либо конструктивных деталей.
В медицине благодаря технологиям трёхмерной печати врачи получили возможность воссоздавать копии человеческого скелета, что позволяет более точно отработать приёмы, повышающих гарантии успешного проведения операций.
Всё большее применение находят 3D принтеры в области протезирования в стоматологии, так как эти технологии позволяют намного быстрее получить протезы, чем при традиционном изготовлении.
Не так давно немецкими учёными была разработана технология получения человеческой кожи. При её изготовлении используется гель, полученный из клеток донора. А в 2011 году учёным удалось воспроизвести живую человеческую почку.
Как видим, возможности, которые открывает 3D печать практически во всех сферах деятельности человека поистине безграничны.
Принтеры, создающие кулинарные шедевры, воспроизводящие протезы и органы человека, игрушки и наглядные пособия, одежду и обувь - уже не плод воображения писателей - фантастов, а реалии современной жизни.
А какие ещё горизонты откроются перед человечеством в ближайшие годы, наверное, это может быть ограничено только фантазией самого человека.