Наверное, многие уже наслышаны о великолепном произведении современного кинематографа под названием «Аватар». Если же вы ещё не в курсе об этом творении, то хочу обратить ваше внимание на некоторые факты:
По моему скромному мнению, получился ни много, ни мало — Шедевр, каких не было уже ой как давно, и вряд ли в течение нескольких лет появится что-то сопоставимое по масштабам, красоте и глубине.
Однако, всё было бы не так ярко и завораживающе, если бы не одна из технологий, речь о которой и пойдёт в данном топике.
Предполагается, что читатель уже знает кое-что о методах получения эффекта 3D изображения с помощью анаглифных очков разного цвета, или очков с попеременным затвором каждого глаза. Если же вы столкнулись с этим в первый раз, то рекомендую вникнуть в суть с помощью Wiki:
Wikipedia — Стереоизображение
Wikipedia — Анаглиф
Сегодня практически все новые кинотеатры оснащаются этой, на первый взгляд, замысловатой системой для создания стереоизображения. Что же это такое, и почему обычные анаглифы так быстро исчезли?
Если коротко, то Dolby 3D это коммерческое название системы создания стереоскопического эффекта с помощью смешивания изображений с разными длинами волн (англ. «stereoscopic visualisation tool by wavelength multiplex imaging»), разработанного Германской компанией Infitec.
Название Infitec произошло от слов "Interference filter technology", что собственно и отражает основную область исследований и разработок этой фирмы — технологии, связанные с использованием эффекта интерференции (в данном случае — световых волн). Изначально, эта 3D технология была создана Daimler Chrysler для виртуальной реальности, используемой в автомобильном дизайне. В 2006 году Infitec объединилась с Dolby Laboratories для разработки стандарта Dolby 3D, что в конечном счёте для обычного пользователя вылилось в интереснейшую, доступную и увлекательную технологию, которая позволяет как никогда глубоко погрузиться в атмосферу фильма, ни капли не теряя в красоте, качестве и удобстве просмотра.
Итак, начнём по порядку. Свет, приходящий в человеческий глаз, может быть разделен на три спектра, сопоставимые с принимающими рецепторами синего, зелёного и красного цветов. Чувствительность этих рецепторов, в зависимости от длины волны была измерена умными учёными, и результат проделанной работы они отразили в виде таких зависимостей:
Рисунок 1. Трёхцветный спектр восприятия человека разными рецепторами
Как вы все уже наверное догадались, конкретные рецепторы имеют определённые и достаточно точные рабочие диапазоны, за рамками которых их вклад в создание картинки в нашем сознании стремится к нулю. Вдобавок к этому, ширина спектра излучения, как правило, не имеет решающего значения, она лишь определяет степень насыщенности основного цвета, однако, даже при использовании монохроматических лазерных излучателей, удаётся получить очень насыщенную картинку.
Таким образом, чтобы получить хорошее цветное изображение, достаточно использовать всего три источника света с очень маленькой шириной спектра каждого из них:
Рисунок 2. Спектр лазерного дисплея
При использовании таких дисплеев появляется одна интереснейшая возможность — параллельная передача информации об изображении в различных триплетах основных цветов. Для того, чтобы передать эту информацию соответствующему приёмнику (которым в данном случае является глаз зрителя), информация должна быть отфильтрована по аналогии с фильтрацией радиочастотного сигнала с помощью колебательного контура.
Рисунок 3. Спектр дисплея (a) и характеристика входного фильтра (b)
На оптических частотах аналоги колебательных контуров представляют собой интерференционные фильтры с высоким значением добротности, выполненные по технологии осаждения тонких слоёв плёнок диэлектрика на прозрачную поверхность, например стекло. Физически, интерференционные фильтры — это парные резонаторы, в которых число резонаторов определяет селективность фильтров.
Дальше всё просто. Взяв два триплета B1-G1-R1 и B2-G2-R2 и создав пары фильтров для источника света и для приёмника, получим на выходе два абсолютно разных изображения при просмотре их через разные приёмные фильтры (для левого и правого глаза).
Рисунок 4. Создание стереоскопического изображения с помощью двух цветовых триплетов
Разница между длинами волн одного цвета для каждого глаза может составлять до 50 нм. Эта величина обусловлена хорошей чувствительностью каждого рецептора при отклонении от их рабочего максимума.
Реализация кинопроектора с двумя рабочими триплетами цветов дело очень тонкое и непомерно дорогое, поэтому инженеры создали устройство попроще. Его можно использовать с уже установленными проекторами.
Рисунок 5. Вращающийся диск системы Dolby 3D
Принцип работы диска достаточно прост — он помещается между проектором и экраном, две половины круга являются фильтрами для изображений левого и правого глаза, при работе он вращается с высокой скоростью, чтобы обеспечить попеременное переключение фильтрующих элементов разных длин волн. На каждом кадре фильма диск проворачивается 3 раза, то есть, при стандартной частоте фильма 24 кадра в секунду, диск вращается со скоростью 3*24*60=4320 оборотов в минуту.
Работа диска синхронизируется с проектором при помощи специального устройства:
Рисунок 6. Синхронизатор диска Dolby 3D и проектора
Помимо своей прямой функции, этот девайс обладает двумя кнопочками, с помощью которых диск может быть как задвинут в рабочую область проектора, так и убран из неё, что позволяет без проблем использовать проектор для показа обычных фильмов без серьёзных манипуляций.
К слову о проекторе… Хотя совершенно новое устройство проецирования изобретать не пришлось, замена стандартному плёночному проектору всё-таки требуется, потому что синхронизация с фильтром требует такой же высокой частоты переключения кадров, а это значит, что в секунду он должен обновлять картинку с частотой аж целых 6*24=144 fps. Таким требованиям соответствуют современные цифровые проекторы, которые и идут на замену обычным плёночным. На данный момент основными поставщиками являются NEC, Barco и Christie. Все они построены по 2K D-Cinema DLP технологии (2K = 2048px х 1080px) и в большинстве из них используются лампы с цветовой температурой 6K. На первых проекторах для 3D была проблема не максимально быстрого поворота микрозеркал DLP, что приводило к не полной засветке, и в итоге, на экран обычно попадало лишь 2/3 света от общего потока. Возможно, сейчас ситуация улучшилась.
В качестве фильтрующих элементов приёмника изображения используют очки вот такой формы:
Рисунок 7. Очки Dolby 3D
Ничего примечательного про них я, к сожалению, не знаю, поэтому оставим их как есть — очки с напылёнными слоями неизвестного диэлектрика :)
Стоимость оборудования около $26000, очков около $50.
Как видите, всё не так сложно, как казалось на первый взгляд. Технология создана, плацдарм для покорения 3D мирами открыт, осталось дело за малым — снять ещё дюжину подобных Аватару фильмов…
На этом я хочу закончить свой рассказ, основой для которого послужил вот этот документ.
Комментарии и дополнения приветствуются.
P.S. Статья написана моим другом, который почему-то ещё не имеет собственного аккаунта на Хабре. Можете ему помочь в этом :).
Спасибо за инвайт hellt. Автор статьи Dipp теперь среди нас.
- создатель фильма — великий Джеймс Кэмерон (Титаник, Терминатор 1,2 — его работы)
- сценарий и идеи для фильма появились так давно, что до начала работы люди просто ждали появления технологий, способных реализовать задуманное на экране
- проект создавался долгие 14 лет
- бюджет картины $237,000,000
По моему скромному мнению, получился ни много, ни мало — Шедевр, каких не было уже ой как давно, и вряд ли в течение нескольких лет появится что-то сопоставимое по масштабам, красоте и глубине.
Однако, всё было бы не так ярко и завораживающе, если бы не одна из технологий, речь о которой и пойдёт в данном топике.
Предполагается, что читатель уже знает кое-что о методах получения эффекта 3D изображения с помощью анаглифных очков разного цвета, или очков с попеременным затвором каждого глаза. Если же вы столкнулись с этим в первый раз, то рекомендую вникнуть в суть с помощью Wiki:
Wikipedia — Стереоизображение
Wikipedia — Анаглиф
Сегодня практически все новые кинотеатры оснащаются этой, на первый взгляд, замысловатой системой для создания стереоизображения. Что же это такое, и почему обычные анаглифы так быстро исчезли?
Если коротко, то Dolby 3D это коммерческое название системы создания стереоскопического эффекта с помощью смешивания изображений с разными длинами волн (англ. «stereoscopic visualisation tool by wavelength multiplex imaging»), разработанного Германской компанией Infitec.
Название Infitec произошло от слов "Interference filter technology", что собственно и отражает основную область исследований и разработок этой фирмы — технологии, связанные с использованием эффекта интерференции (в данном случае — световых волн). Изначально, эта 3D технология была создана Daimler Chrysler для виртуальной реальности, используемой в автомобильном дизайне. В 2006 году Infitec объединилась с Dolby Laboratories для разработки стандарта Dolby 3D, что в конечном счёте для обычного пользователя вылилось в интереснейшую, доступную и увлекательную технологию, которая позволяет как никогда глубоко погрузиться в атмосферу фильма, ни капли не теряя в красоте, качестве и удобстве просмотра.
Ближе к делу
Итак, начнём по порядку. Свет, приходящий в человеческий глаз, может быть разделен на три спектра, сопоставимые с принимающими рецепторами синего, зелёного и красного цветов. Чувствительность этих рецепторов, в зависимости от длины волны была измерена умными учёными, и результат проделанной работы они отразили в виде таких зависимостей:
Рисунок 1. Трёхцветный спектр восприятия человека разными рецепторами
Как вы все уже наверное догадались, конкретные рецепторы имеют определённые и достаточно точные рабочие диапазоны, за рамками которых их вклад в создание картинки в нашем сознании стремится к нулю. Вдобавок к этому, ширина спектра излучения, как правило, не имеет решающего значения, она лишь определяет степень насыщенности основного цвета, однако, даже при использовании монохроматических лазерных излучателей, удаётся получить очень насыщенную картинку.
Таким образом, чтобы получить хорошее цветное изображение, достаточно использовать всего три источника света с очень маленькой шириной спектра каждого из них:
Рисунок 2. Спектр лазерного дисплея
При использовании таких дисплеев появляется одна интереснейшая возможность — параллельная передача информации об изображении в различных триплетах основных цветов. Для того, чтобы передать эту информацию соответствующему приёмнику (которым в данном случае является глаз зрителя), информация должна быть отфильтрована по аналогии с фильтрацией радиочастотного сигнала с помощью колебательного контура.
Рисунок 3. Спектр дисплея (a) и характеристика входного фильтра (b)
На оптических частотах аналоги колебательных контуров представляют собой интерференционные фильтры с высоким значением добротности, выполненные по технологии осаждения тонких слоёв плёнок диэлектрика на прозрачную поверхность, например стекло. Физически, интерференционные фильтры — это парные резонаторы, в которых число резонаторов определяет селективность фильтров.
И что?
Дальше всё просто. Взяв два триплета B1-G1-R1 и B2-G2-R2 и создав пары фильтров для источника света и для приёмника, получим на выходе два абсолютно разных изображения при просмотре их через разные приёмные фильтры (для левого и правого глаза).
Рисунок 4. Создание стереоскопического изображения с помощью двух цветовых триплетов
Разница между длинами волн одного цвета для каждого глаза может составлять до 50 нм. Эта величина обусловлена хорошей чувствительностью каждого рецептора при отклонении от их рабочего максимума.
Ну а что в кинотеатрах?
Реализация кинопроектора с двумя рабочими триплетами цветов дело очень тонкое и непомерно дорогое, поэтому инженеры создали устройство попроще. Его можно использовать с уже установленными проекторами.
Рисунок 5. Вращающийся диск системы Dolby 3D
Принцип работы диска достаточно прост — он помещается между проектором и экраном, две половины круга являются фильтрами для изображений левого и правого глаза, при работе он вращается с высокой скоростью, чтобы обеспечить попеременное переключение фильтрующих элементов разных длин волн. На каждом кадре фильма диск проворачивается 3 раза, то есть, при стандартной частоте фильма 24 кадра в секунду, диск вращается со скоростью 3*24*60=4320 оборотов в минуту.
Работа диска синхронизируется с проектором при помощи специального устройства:
Рисунок 6. Синхронизатор диска Dolby 3D и проектора
Помимо своей прямой функции, этот девайс обладает двумя кнопочками, с помощью которых диск может быть как задвинут в рабочую область проектора, так и убран из неё, что позволяет без проблем использовать проектор для показа обычных фильмов без серьёзных манипуляций.
К слову о проекторе… Хотя совершенно новое устройство проецирования изобретать не пришлось, замена стандартному плёночному проектору всё-таки требуется, потому что синхронизация с фильтром требует такой же высокой частоты переключения кадров, а это значит, что в секунду он должен обновлять картинку с частотой аж целых 6*24=144 fps. Таким требованиям соответствуют современные цифровые проекторы, которые и идут на замену обычным плёночным. На данный момент основными поставщиками являются NEC, Barco и Christie. Все они построены по 2K D-Cinema DLP технологии (2K = 2048px х 1080px) и в большинстве из них используются лампы с цветовой температурой 6K. На первых проекторах для 3D была проблема не максимально быстрого поворота микрозеркал DLP, что приводило к не полной засветке, и в итоге, на экран обычно попадало лишь 2/3 света от общего потока. Возможно, сейчас ситуация улучшилась.
В качестве фильтрующих элементов приёмника изображения используют очки вот такой формы:
Рисунок 7. Очки Dolby 3D
Ничего примечательного про них я, к сожалению, не знаю, поэтому оставим их как есть — очки с напылёнными слоями неизвестного диэлектрика :)
Стоимость оборудования около $26000, очков около $50.
Fin
Как видите, всё не так сложно, как казалось на первый взгляд. Технология создана, плацдарм для покорения 3D мирами открыт, осталось дело за малым — снять ещё дюжину подобных Аватару фильмов…
На этом я хочу закончить свой рассказ, основой для которого послужил вот этот документ.
Комментарии и дополнения приветствуются.
P.S. Статья написана моим другом
Спасибо за инвайт hellt. Автор статьи Dipp теперь среди нас.
