Вращающиеся экраны
Лазерные системы для проекции объемных изображений
Технологии проекции объемных изображений
С появлением и развитием лазерных технологий появились новые перспективы развития стереоскопического цифрового кинематографа.
Экспериментальная 4D система, представленная фирмой Hitachi с названием Hitachi 4D Autostereoscopy, представляет собой ЗD/4D-проекционную систему и содержит экран двойного зеркального строения. Формируемое светодиодами изображение проходит через сдвоенные объективы, предназначенные для левого и правого глаза. Световой поток 9 Вт обеспечивает яркость экрана 100 кд/м2; в прототипе следующего поколения фирма Hitachi намерена использовать лазерный источник света. Очевидно, эта система является еще одним шагом к созданию устройства для получения лазерного голографического 4D-изображения.
В 1998 году в Германии была впервые продемонстрирована система Felix, в которой использовался вращающийся экран. Изображение, формируемое сканирующим лазерным лучом, проецируется на экран, вращающийся со скоростью 20 об/с. Изображение состоит из 10 тыс. вокселов (элементов объемного изображения); скорость обновления – 20кадров/с.
Несколько автостереоскопических объемных методов отображения находятся в стадии разработки; в них используется периодическая смена 2D-изображения в плоскостях, постоянно обновляющих весь объем пространства с частотой, более высокой, чем может зафиксировать глаз.
Первичное 2D-изображение может быть создано на излучающей панели или на пассивном проекционном экране. Эффект глубины достигается в том случае, когда экран, который может иметь различную форму, колеблется в перпендикулярном направлении или вращается синхронно с циклически обновляемым 2D-изображением. В другом случае экран может быть зафиксирован в одном положении, но должен быть виден в вибрирующем плоском зеркале таким образом, что изображение тоже видится вибрирующим. В любом случае экран (или изображения на нем) служит плоскостью, с которой изображение постоянно сканируется по глубине для получения трехмерной "информационной доски" или трехмерного растра, на которые можно вывести различные пространственные "картинки".
В этом случае объемное изображение формируется фиксированным числом вокселов, (объемных пикселов) расположенных по строкам, как в случае с пикселами ТВ-изображения. В системе «Felix 3D Display» 40 эквидистантных линий (линий, образованных равноудаленными элементами) образуют одну плоскость. Чтобы получить фиксированный трехмерный порядок вокселов, формируется 40 фиксированных по глубине плоскостей. Так как изображения состоят из прозрачных вокселов, все объекты, проецируемые на эти плоскости, становятся видимыми друг за другом по глубине. Поэтому яркие вокселы должны тщательно выбираться, иначе отображаемые объекты будут пространственно искажены. В отличие от обычного монитора с плоским экраном, в котором большая часть площади экрана используется для отображения информации, на ЗD-экране отображаются только вокселы с адресацией (несущие информацию).
Устройство проекции, основанное на системе сканирования с использованием полигональной призмы, делает возможным демонстрацию ЗD-изображения с растрированной графикой. Для экспериментов с Felix группа исследователей была снабжена прототипом современного лазерного устройства ТВ-проекции, созданного фирмой Laser Display Technology (Германия). Чтобы получить трехмерный растр, проекционное устройство должно отображать плоскости, состоящие из строк изображения. Поэтому в проекционном устройстве с растровым сканированием применяются два сканера: 32-кГц, высокоскоростной полигональный - для формирования горизонтальных строк, и гальванометрический - для отклонения луча ортогонально этим строкам. Гальванометрический сканер может работать с более низкими частотами, обеспечивающими, тем не менее, необходимую частоту кадросмен при формировании 2D изображений, составляющих единое 3D изображение при обеспечении незаметности мельканий. Чтобы обеспечить пространственную стабильность растра, оба сканера необходимо тщательно синхронизировать. Кроме сканеров, для объемного отображения вокселов требуется модулятор яркости (например, электрооптический или акустооптический) лазерного луча. С красным, зеленым и синим лазерами и тремя модуляторами яркости можно получать многоцветные изображения. Число вокселов в строке определяется быстродействием модулятора и сканеров. Для создания неискаженных объемных изображений необходимо, чтобы расстояние между двумя соседними строками и двумя плоскостями, содержащими 2D-растры было как можно меньше. Анализ также показывает, что получение трехмерного растра высокой плотности требует более эффективных сканирующих систем, чем имеются в настоящее время.