Стереографіка: Окуляри з ЖК переривниками, Гаджети, огляди

Ми вже розглядали один із способів отримання стереозображення на комп’ютері за допомогою програмного забезпечення Wicked3D EyeSCREAM Light. Сьогодні ми повертаємося до нагальною темою стереографікі на комп’ютері, але на цей раз ми звернемо увагу на більш досконалий спосіб: окуляри з напівпровідниковими переривниками. Але, перш за все, давайте ще раз повторимо, чому ми бачимо світ тривимірним.

Введення

Людина бачить світ двома очима. Так, як між очима є певна відстань (стерео база), то ліве око і правий передають в мозок різну картинку. Припустимо, ви дивитеся на невеликий об’єкт, знаходиться на деякій відстані від вас. Якщо з центру очного яблука кожного ока провести промінь до видимого об’єкта, то ви побачите, що між двома цими променями буде певний кут. Цей кут змінюється в залежності від відстані до об’єкта. Чим далі від вас об’єкт, тим кут менше. Чим ближче – тим більше. Цей кут може коливатися в межах від 60про до нуля, тобто, коли два промені будуть паралельні.

На екрані комп’ютера всі зображення виглядають плоскими, якими б тривимірними вони не були в грі. Це тому, що людина дивиться на монітор, на екран якого і проектується все зображення, тобто, відстань до ближніх і далеких об’єктів для нас однаково. На жаль, змінити цю відстань ми не в силах. Навіть існуючі зараз тривимірні монітори не в змозі відтворювати реальне відстань між об’єктами. Тому, все що ми можемо – це обдурити наш мозок. Мозок людини складає картинки, отримані з кожного ока і визначає відстань до об’єкта. Обдурити його досить просто. Для цього ми повинні розрахувати картинку, видиму окремо лівим і правим оком і показати її таким чином, щоб кожен з очей бачив своє зображення. В цьому випадку в мозку людини два зображення складуться і людина побачить зображення об’ємним. Реалізувати це завдання на програмному рівні легко, тим більше, що переважна більшість сучасних ігор – тривимірні та комп’ютера нічого не варто рендерить картинку з двох позицій, що знаходяться на одній горизонтальній прямій на відстані кількох сантиметрів один від одного (стерео база). Інша справа – апаратний рівень.

Тут найпростішим способом стане подача зображення з двох джерел – двох моніторів. Для цього можна було б використовувати два звичайних монітора, або просто HMD (head mounted display) – віртуальний шолом з можливістю виведення різного зображення на кожне око. У подібних шоломах, як правило, встановлені два невеликих рідкокристалічних екрана, кожен з яких показує оці свою картинку. Це ідеальний варіант. Але такий ідеальний варіант по кишені далеко не всім, тому що такі шоломи коштують тисячі доларів. Інша справа – використовувати для перегляду стереозображення один монітор настільного комп’ютера.

Ясна річ, що з одного монітора два ока бачать одну й ту ж картинку. Тоді основна задача – зробити так, щоб зображення, що подається на лівий і правий очі було різним. Один з найпростіших способів був вже розглянутий нами раніше – це метод застосування світлофільтрів, відомий також як анагліф (anaglyph). Суть його в тому, що картинка рендерится Чергувати для лівого і правого ока, але в одному з них повністю відсутня червоний колір, а в іншому – присутній тільки він. На очі надіваються окуляри з червоно-синіми світлофільтрами. В результаті одне око бачить тільки червоний колір, а другий – Зелений і синій (і їх суми). У мозку дві картинки накладаються, створюючи ефект повнокольорового стереозображення. Більш докладно про реалізацію цього способу на PC ви можете прочитати в нашому огляді Wicked3D EyeSCREAM Light.

LCS очки

Інший спосіб полягає в тому, що на екран послідовно виводяться зображення для лівого і правого очей. Тобто, комп’ютер обробляє кожен кадр з двох позицій камери, після чого виводить на екран картинку для лівого, а потім для правого ока одного і того ж кадру, після чого знову слід картинка для лівого ока, але вже наступного кадру. І так весь час. Людський мозок має деякою інерцією. І в його відеопам’яті, якщо можна так сказати, протягом часток секунди зберігається зображення, яке око вже не бачить. На цій основі і працює кіно і телебачення. Щоб направити в кожне око свою картинку, нам довелося б асинхронно моргати з частотою, що дорівнює половині частоти кадрів монітора. Тобто, при 100 Гц на екрані монітора ми повинні були б моргнути лівим і правим оком по 50 раз в секунду, щоб побачити стереокартинки. Чесно сказати, вистачило б і двадцяти п’яти разів, але навіть така частота неможлива для звичайної людини. Тому ми вдаємося до того ж ефекту, що використовується в кінопроекторах. Якщо ви бачили коли-небудь кіноплівку, то повинні були звернути увагу, що кожен кадр перебуває ніби у своїй рамці. І якщо швидко провести плівку перед об’єктивом проектора, то кіно ви на екрані не побачите. А все тому, що в кіноапарата передбачено спеціальний пристрій – аптюратор. Це механічний екран, що закриває об’єктив, коли в нього входить межа між кадрами. Ось чому сам момент зміни кадрів ми не бачимо. Але картинка на кіноекрані не смикається і сам момент, коли об’єктив проектора закритий, ми не сприймаємо. Все це засноване на інерції мозку.

Той же самий принцип закладено в переважній більшості сучасних стереоокулярів. Такі стереоокуляри носять назву LC Shutter Glasses (LCS очки), або окуляри з рідкокристалічними переривниками. За своєю суттю, такі окуляри складаються з двох аптюраторов, що закривають для нас зображення. Тільки, по-перше, в нашому випадку аптюратори асинхронні, тобто, вони закривають огляд лівому оці, коли на екрані картинка для правого і навпаки. Ну і по-друге, в нашому випадку, в окулярах немає ніякої механіки – все електронне, на рідких кристалах. Рідкі кристали не мають інерцією. По крайней мере, в межах часу, які нас цікавлять. У звичайному стані вони прозорі, майже як скло. Але при подачі імпульсу це скло стає чорним і майже не пропускає світло. На жаль, у нашому випадку від цих “майже” нікуди не дітися. Стандартні LCS окуляри мають два РК екрану, по одному на кожне око і синхронізатор. Як ви вже зрозуміли, екрани закривають від очей непотрібне зображення, а ось синхронізатор виконує зовсім іншу функцію. Його основні завдання – виловити сигнал про подачу стереозображення на монітор і подати на окуляри імпульси необхідної частоти для того, щоб кожен з екранів моргнув з частотою, рівно в два рази меншою, ніж частота кадрів монітора. Дуже часто контролер не може визначити, що відеокарта подає стереозображення. У таких випадках включення стереоокулярів проводиться в ручну, за допомогою кнопок на контролері, або програмно, в залежності від його типу.

Page Flipping

Для того, щоб доставити на кожне око своє зображення, існує багато різних способів. Найпоширеніші – це Page Flipping і Interlaced Page Flipping. Суть обох способів ми вже розглянули вище. На екран послідовно передаються ліві і праві варіації одного і того ж зображення, а стереоокуляри контролюють, якому оці що бачити. Різниця між звичайним чергуванням картинок і чересстрочном в тому, що в другому випадку відеокарта рендерить в два рази менше рядків для кожного зображення, тобто для лівого ока – парні, а для правого – непарні. В результаті відеокарта виробляє роботу, рівну рендерингу одного кадру, і якщо не рахувати запису зображення в кадровий буфер, то цей спосіб найбільш швидкий у порівнянні зі стандартним чергуванням зображень, де на кожен кадр гри рендерится два повноцінних кадру – для лівого і правого очей. За якістю картинки, природно, черезрядковий чергування поступається звичайному.

Ефект

Стереоефект можна оцінити двома параметрами: глибина провалу і висота виступу. Перший означає, наскільки глибоко може провалитися зображення вглиб монітора, а другий – наскільки воно може далеко з нього вилізти.

Для сприйняття нормального тривимірного світу достатньо, щоб глибина була не більше 30 см, а виступ – не більше 5 см. Природно, це удавані величини, але якщо їх перевищити, то стереозображення вже не буде сприйматися належним чином. Зазвичай глибина і виступ регулюються в драйверах.

Апаратне забезпечення

Апаратно окуляри, як ми вже згадували, складаються з самих очок і синхронізатора. Причому, якщо всі очки LCS мають однакову конструкцію, то синхронізатори бувають зовсім різні. За час свого існування стереоокуляри перейшли від зовнішніх синхронізаторів, що підключаються до комп’ютера через COM або LPT порт і внутрішніх ISA карт до зовнішніх, включающимся в розріз кабелю від монітора до відеокарти і вбудованим в саму відеокарту.

Перед нами типова схема підключення стереоокулярів. Кабель від монітора (a) йде до відеокарти (d) через Pass-through кабель (b) від гнізда (e) до гнізда (c). На цьому шляху від сигналу відбираються дані про частоту розгортки монітора і передаються на синхронізатор в гніздо (h). Синхронізатор зовнішній, він пітаетс від блоку живлення (i) і включається вручну. В синхронізатор підключаються окуляри (m). Таким чином, як видно, окуляри можна підключити до будь-якої відеокарти.

Синхронізатор

Синхронізатори можуть бути різними. Деякі являють собою окремі плати, але такі нас не цікавлять. Синхронізатор може нести в собі функції не тільки подачі імпульсів на екрани очок, але і розпізнавання черезрядкового зображення і послідовному видалення парних, або непарних рядків. Синхронізатор вимагає дуже мало електроенергії для роботи, а тому, щоб не займати окрему розетку, може харчуватися від PS / 2 порти клавіатури. Одні синхронізатори мають ручне включення, інші – програмне. В останньому випадку вони чекають спеціального сигналу, наприклад, блакитний лінії в самому низу екрану, щоб почати працювати. У разі, коли управління програмне, вся робота очок залежить від драйвера і втрачається універсальність, тому що не всі драйвера можуть правильно ініціалізувати ті, чи інші окуляри. Деякі синхронізатори можуть в процесі роботи вручну поміняти синхронізацію очей. Це необхідно, тому що дуже часто програми помилково синхронізують ліве око з правим зображенням і навпаки.

Окуляри

Самі LCS окуляри можуть підключатися до синхронізатора по дроту, або ж бути бездротовими. Другий випадок переважно, оскільки дає більшу свободу руху. Бездротові окуляри з ЖК переривниками отримують імпульси за допомогою інфрачервоного зв’язку, в цьому випадку ІК передавач вбудований в синхронізатор, або винесений окремо. Так як зворотного зв’язку між окулярами і синхронізатором ні, то до одного ІК передавача можна підключити десятки очок, тобто, обслуговувати десятки користувачів. Тут все залежить від потужності передавача.

Рідкокристалічні екрани вимагають харчування для роботи. Але електроенергія по повітрю не передається, а тому в окулярах часто вбудовуються батарейки, або акумулятори. Це, як правило, слабкі легені батарейки, на яких окуляри працюють від 50 до 300 годин.

Уже безпосередньо самі окуляри також різняться один перед одним. Перш за все, відрізняються вони розмірами екранів. Чим більше розміри рідкокристалічних екранів, тим більше кут огляду, а й тим дорожче очки. Стандартні розміри одного екрану приблизно становлять 42×25 мм. В окулярах, які мають великі екрани, зручніше працювати за великими моніторами, або проекційними екранами. Самі по собі ЖК екрани очок можуть також бути різними. Вони мають різну прозорість у відключеному стані і різну прозорість у включеному. Найдорожче цінуються ті окуляри, які мають скляну прозорість, а коли треба, їх екрани не пропускають світло.

Для захисту від відблисків окуляри можуть мати спеціальне антиблікове скло перед екранами. Це дуже зручно при роботі в світлій кімнаті, але часто через антиблікового скла створюється ефект “тіні” зображення.

Програмне забезпечення

Тестова система

Процесор

AMD Athlon 1200

Материнська плата

Soltek SL75DRV

Пам’ять

256 Мб DDR PC2100

Відеокарти

Inno3D Tornado2 Pro 64DDR

Жорсткий диск

Quantum 30Gb AS+ 7200 RPM

Монітор

LG Flatron 795FT Plus

Драйвера

Detonator 21.81

ОС

Windows 98SE

На сьогоднішній день ситуація з стереоокулярами змінюється в кращу сторону. Персональні комп’ютери стали настільки швидкі, що швидкість подіти вже нікуди і нею можна пожертвувати на користь стереозображення. Технології конструювання стереоокулярів стали настільки досконалі, що самі пристрої можна купити за ціною від 30 $ і вище. LCS окуляри входять до комплекту до багатьох відеокартам, зокрема, на базі чіпів nVidia і SiS. Сучасні ігри не можуть самі по собі виводити стереокартинки, тому для роботи гри в стереорежимі доведеться скористатися спеціальними драйверами. Драйвера для стереоокулярів розробляються не стільки їх виробниками, скільки виробниками відеокарт і третіми компаніями. Більшість драйверів універсальні, тобто, теоретично можуть працювати з будь-яким Direct3D, або OpenGL додатком. Але на практиці це не так, а тому розробники таких драйверів постійно випускають патчі для своїх продуктів. Так як ми розглядаємо LCS очки в цілому, то приділимо увагу деяким універсальним драйверам, працюють з цілим рядом відеокарт і очок. Майже всі вони є комерційними, тобто, за їх використання доведеться заплатити.

nVidia Stereo Drivers

Перш за все, це стерео драйвера для відеокарт nVidia. Раніше ці драйвера не були доступні користувачам у референсному вигляді – вони використовувалися виробниками відеокарт, що продають свої продукти в комплекті з очками. Наприклад, той же Asus з відеокартами серії DeLuxe. Але на відкритих Asus синхронізатор LCS очок вбудований в відеокарту, а що робити тим, хто купив окуляри для звичайної відеокарти? Для тих, хто використовує зовнішній синхронізатор? Тепер цю проблему вирішила сама nVidia, завдавши жорсткий удар по конкурентах і розробникам інших стереодрайверов.

Ці драйвера встановлюються на будь-які детонатори, старше версії 12.00. Так як вони використовують ядро ​​драйверів для відеокарти, то працювати зможуть теоретично в будь-якому Direct3D, або OpenGL додатку. Знову ж “теоретично”, так як в тому ж самому 3DMark2000 вони не працюють, або виснуть. Гідність цих драйверів в тому, що вони сумісні з усіма відеокартами, що працюють з драйверами Detonator і будь-якими LCS очками, що підтримують Page Flipping, можуть активізуватися по “гарячій” клавіші під час гри. Ці драйвера абсолютно безкоштовні і можуть бути завантажені з сайту nVidia. У них є можливість встановлювати пресети для різних ігор, а також є вбудований переглядач стереокартінок у форматі JPS.

VRCaddy Pro

Цей комерційний драйвер використовує бібліотеку Win3D. Сама бібліотека безкоштовна, а от драйвер коштує грошей. Працює він з Direct3D додатками і підтримує чергування кадрів Page Flipping і режим Interlacing, коли на екран подається зображення зі зсунутими відносно один одного парними і непарними рядками, а синхронізатор сам обчислює, коли закрити лівий, а коли праве око.

Окуляри Stereo Eyes випускаються в бездротовому варіанті і звичайному варіанті з шнуром. Бездротові окуляри коштують близько 300 $, що майже в десять разів дорожче, ніж ті ж самі APEC VR-Kit. Але все ж, це окуляри класу Med-End, тому що Hi-End продукт тієї ж компанії, Crystal Eyes, варто трохи більше 900 $.

Комплект StereoEyes розроблений для використання в програмах візуалізації та наукових програмах. Ігри, звичайно, теж підтримуються, але за такою ціною стереоокуляри стануть доступні далеко не кожному. У коробці крім самих очок також знаходяться pass-through коннектор для VGA-кабелю, інфрачервоний передавач і диск з драйверами. Давайте почнемо по порядку.

І почнемо ми з перехідника-синхронізатора. Перш за все, виконаний він в металевому корпусі і має малу довжину. Це означає, що при підключенні монітора до відеокарти через Stereo Enabler, а саме так Stereographics назвала свій синхронізатор, якість 2D картинки не погіршиться. Це дуже великий плюс, але він не єдиний. Харчується синхронізатор від PS / 2 роз’єми клавіатури через pass-through кабель. А значить, для роботи окулярів не потрібно займати розетку харчування.

Бездротовий зв’язок з окулярами забезпечується за рахунок інфрачервоного передавача, що підключається до синхронізатора і харчується від нього ж, тобто, від PS / 2 порти. Цей передавач має два передавальних інфрачервоних джерела і працює на відстані до 3.5 метрів. Знизу передавач має чотири гумові ніжки, а тому не ковзає навіть по похилій поверхні монітора. Його червоний світлодіод загоряється, коли включається стерео.

Самі очки також є дуже якісний продукт. Почати з того, що важать вони всього 65 грам. Окуляри сідають на ніс гумовим сідлом і притискаються до голови двома дугами. У такому положенні вони не зіскакують, навіть якщо нахилити голову вниз.

Два екрану мають розміри по 36×25 мм; і хоча це не дуже багато, екрани виглядають трохи прозоріше, ніж у очок APEC і затеняются сильніше. Спереду на окулярах є спеціальне скло, що охороняє рідкокристалічні окуляри від подряпин і пилу. Це скло не є антивідблиску. На прикладі стереоокулярів StereoEyes можна спостерігати, як в нормальному режимі на екрані курсор, та й інші яскраві предмети як би мають тінь. Цей негативний ефект як раз і є наслідком використання захисного скла.

Прямо під написом “StereoGraphics” є маленька точка приймача ІК-променів. З цього датчика окуляри отримують імпульси на включення переривників. Але навіть якщо дистанційний передавач працює і посилає сигнали очками, вони не зароблять до тих пір, поки ви їх не надінете. Це дуже велика перевага, що дозволяє економити батарейки, реалізується за рахунок вимикача, розташованого у правій дужці окулярів. До тих пір, поки дужка не розкладеться, окуляри не запрацюють.

Для живлення в StereoEyes встановлюються дві батарейки. Одна – біля лівого екрану, і одна біля правого. Вони можуть бути легко замінені в тому випадку, якщо ви знайдете їх у продажу. Але за запевненнями StereoGraphics, одного комплекту батарей повинно вистачити на більш ніж 250 годин роботи в стереорежимі.

StereoEyes працюють від драйвера GLDirect. Причому, управління очками чисто програмне. Синхронізатор отримує дані про включення стереорежимі по блакитної лінії внизу екрану. Тому дуже часто світлодіод передавача моргає в іграх, навіть якщо стереорежим не включений, але окуляри при цьому не ініціалізувалися. Змусити працювати StereoEyes з іншими драйверами так і не вдалося.

У комплекті з окулярами поставляється диск з програмним забезпеченням. StereoEyes розраховані, насамперед, на професійне використання. Тому на диску з драйверами записані плагіни для роботи стереорежимі в AutoCAD, а також програми для перегляду моделей AutoCAD і програма перегляду хімічних молекул. Плюс кілька тестових програм. Версія GLDirect 2.30 не підтримувала відеокарту GeForce2 PRO, а нова бета-версія 2.35 не вміла міняти фазу лівого і правого очей. В результаті в додатках лівий і правий очей були поплутав і якщо не було можливості програмно переключити синхронізацію, то окуляри доводилося надягати вверх ногами.

Ну а там, де синхронізація все ж була налаштована правильно, StereoEyes за якістю набагато перевершували дешеві APEC. Чи то через синхронізатора, чи то через якість екранів.

Висновки

Стереографіка з використанням окулярів з рідкокристалічними екранами має ряд переваг і недоліків. Поговоримо спочатку про недоліки. Загальних недоліків як би і ні. Хіба що, зменшення частоти кадрів, яка подається в кожне око, так як при 100 Гц на моніторі лівий і правий екран будуть працювати з частотою лише 50 Гц. Природно, щоб очі не втомлювалися, доведеться працювати з монітором, здатним мати частоту кадрової розгортки не менше 120 Гц. Сьогодні для 17-дюймових моніторів така частота не є проблемою. Інша справа – LCD панелі, у яких, як відомо, частота кадрової розгортки невисока. Ще один недолік може бути викликаний невисокою якістю монітора і екранів очок. Він проявляється в тому, що ліве око бачить зображення, призначене для правого ока і навпаки. І справа тут не в помилці синхронізації, так як цей дефект виявляється тільки на яскравих об’єктах. Причина в тому, що стандартні CRT монітори мають інерцію. Спробуйте швидко провести курсором миші по темному екрану. На недорогих моніторах за курсором тягнутиметься напівпрозорий шлейф. Це тому, що монітор не може швидко згасити зображення. І при високій частоті, коли становище яскравого об’єкта швидко змінюється з кадру в кадр, зображення, якого вже не повинно бути все ще буде силуетом на екрані. В цей момент синхронізатор відкриє екран протилежної очі і він побачить цей силует разом із зображенням, яке призначається і для нього. Тому на екрані ви можете побачити подвійне зображення предметів, особливо яскравих. Іншою причиною утворення силуетів може служити той факт, що РК екрани, особливо недорогі, все ж пропускають яскраве світло, як було у очок APEC.

Основна перевага LCS очок – низька ціна. Навіть зв’язка з дорогого 19-дюймового монітора зі стереоокулярами обійдеться дешевше, ніж віртуальний шолом. Друга перевага в тому, що одним монітором, або екраном можуть користуватися кілька користувачів у бездротових LCS окулярах. Ця властивість дуже часто використовується і багато бездротові окуляри продаються в комплектах по п’ять штук з одним синхронізатором і передавачем. На відміну від анагліфів, окуляри з рідкокристалічними екранами не змінюють гами додатка. Ну і ще одна важлива перевага – це поширеність різних драйверів для стереорежимі.

Які можуть бути перспективи у LCS очок? Тут сказати важко. Ця галузь розвивається незалежно від стану речей на ринку PC. А так як ці окуляри орієнтовані на використання в професійних застосуваннях і тільки потім в іграх, то можна сказати, що до тих пір, поки віртуальні шоломи і носяться монітори не впадуть в ціні раз в десять, єдиним можливим дешевим способом отримання стереозображення залишаться червоно-сині і LCS очки. Тобто, на найближчі кілька років їм нічого не загрожує. Єдиним негативним фактором, що впливає на їх поширення стають LCD панелі, дешеві моделі яких все більше завойовують ринок. Вони мають частоту кадрової розгортки набагато нижче, ніж звичайні монітори з кінескопом, а в цьому випадку застосування LCS очок дуже незручно. Але до моменту, коли плоскі панелі повністю виживуть CRT монітори ще треба дожити. А поки що окуляри з рідкокристалічними екранами – кращий подарунок для геймера, інженера, 3Dхудожніка та наукового працівника.

LIKE OFF

14/10.2001

Схожі статті:


Сподобалася стаття? Ви можете залишити відгук або підписатися на RSS , щоб автоматично отримувати інформацію про нові статтях.

Коментарів поки що немає.

Ваш отзыв

Поділ на параграфи відбувається автоматично, адреса електронної пошти ніколи не буде опублікований, допустимий HTML: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>

*

*