Трёхмерные образы выросли из скоростного зеркала

Новое устройство, созданное в США, способно вывести средства развлечения, рекламы или работы с графикой на новый уровень. Хотите узнать, как создать полностью объёмный образ предмета, прекрасно наблюдаемый практически с любой стороны? Знакомьтесь: в дело вступает автостереоскопический всенаправленный дисплей.
Трёхмерная модель головы, демонстрируемая новым автостереоскопическим объёмным дисплеем (кадры USC Institute for Creative Technologies).
Трёхмерная модель головы, демонстрируемая новым автостереоскопическим объёмным дисплеем (кадры USC Institute for Creative Technologies).
Виновники торжества — это Эндрю Джонс (Andrew Jones) из института креативных технологий университета Южной Калифорнии (USC Institute for Creative Technologies), его коллеги оттуда же, а также — из компаний Fakespace Labs и Sony, которые показали на выставке SIGGRAPH 2007 необычный дисплей.

Чудо-аппарат демонстрирует полностью трёхмерную графику, которая выглядит "правильно" с любой точки обзора. В том числе — при смещении зрителя вверх и вниз от объекта.

Обратите внимание, это устройство окружено со всех сторон стеклом и на дальнем от зрителя стекле отражается та же самая голова, причём мы видим её затылок, как если бы предмет действительно стоял в витрине (кадр USC Institute for Creative Technologies).
Обратите внимание, это устройство окружено со всех сторон стеклом и на дальнем от зрителя стекле отражается та же самая голова, причём мы видим её затылок, как если бы предмет действительно стоял в витрине (кадр USC Institute for Creative Technologies).
В основе "360-градусного интерактивного дисплея светового поля" (Interactive 360-Degree Light Field Display), таково полное наименование изобретения, лежит быстро вращающееся наклонное зеркало, покрытое неким "голографическим рассеивателем".

Он создаёт, как пишут авторы новинки, анизотропную отражающую поверхность, которая направляет чрезвычайно быстро меняющиеся кадры строго в свою точку пространства. Над зеркалом закреплён проектор, который экспериментаторы сделали на основе серийного. Но его пришлось доработать, чтобы он мог выдавать почти 6 тысяч кадров в секунду, "подготавливаемых" для него стандартной, но мощной графической картой.

Анизотропное зеркало — одна из главных деталей нового дисплея (кадр USC Institute for Creative Technologies).
Анизотропное зеркало — одна из главных деталей нового дисплея (кадр USC Institute for Creative Technologies).
Таким образом, пока зеркало успевает повернуться от позиции, когда оно направлено точно на правый глаз наблюдателя до точки, в которой оно обращено на левый глаз, проектор успевает сменить изображение, и не один раз. И наблюдатель всегда видит стереопару, находясь в любом месте в полном 360-градусном круге вокруг прибора.

Так что, обойдя по кругу дисплей, показывающий, скажем, голову человека, зритель увидит и лицо, и профиль, и затылок, словно перед ним — настоящая скульптура (смотрите видео, файл MOV; 86,6 мегабайта).

Если судить только по внешности, установка устроена несложно (иллюстрация USC Institute for Creative Technologies).
Если судить только по внешности, установка устроена несложно (иллюстрация USC Institute for Creative Technologies).
Электроника здесь непрерывно отслеживает положение глаз зрителя по вертикали и расстоянию от зеркала, подстраивая выводимую трёхмерную графику в соответствии с изменяющейся высотой (или удалённостью) точки зрения. Потому если наблюдатель присядет или, напротив, поднимется на цыпочки, он всегда увидит объект под правильным углом (то есть посмотрит на него сверху и снизу), и у человека возникнет полная иллюзия трёхмерности.

Существуют стереоскопические дисплеи, которые показывают хотя и объёмный снимок предмета, но — с одной точки зрения, так что увидеть у персонажа, смотрящего прямо на вас, макушку или затылок, приподнявшись вверх, или отклонившись в сторону — у них нельзя. Light Field Display же это позволяет.

Интересно, что множество изображений, показывающих объект с разных точек зрения (и составляющих один единственный кадр), программа пакует в единственное цветное 24-битное изображение, которое и пересылается на проектор по стандартному интерфейсу DVI. Проектор же декодирует этот кадр в отдельные
Интересно, что множество изображений, показывающих объект с разных точек зрения (и составляющих один единственный кадр), программа пакует в единственное цветное 24-битное изображение, которое и пересылается на проектор по стандартному интерфейсу DVI. Проектор же декодирует этот кадр в отдельные "пространственные" картинки, развёртываемые им по полной окружности вокруг прибора (иллюстрация USC Institute for Creative Technologies).
Но зачем нужны пять с лишним тысяч кадров в секунду? Очень просто. Объёмная графика в этой системе выводится с частотой от 15 до 20 кадров в секунду. Но это та частота, что обуславливает плавность движения призрачных объектов, как в случае если они сами подвижны (бегущий человек, например), так и если подвижен наблюдатель, обходящий объект, скажем, по кругу.

Но при этом каждый такой кадр "кино", для создания эффекта объёмности, состоит, в свою очередь, из 288 отдельных кадров, каждый из которых показывает объект в данный момент времени, но немного с другой позиции.

Разрешение изображения в необычном дисплее составляет 768 × 768 точек, а вместо диагонали экрана авторы указывают объём пространства, в котором отображается картинка — куб со стороной 13 сантиметров. И пусть возможности отображения графики в цвете у данного аппарата пока скромны, изобретатели работают и над этой проблемой (кадр USC Institute for Creative Technologies).
Разрешение изображения в необычном дисплее составляет 768 × 768 точек, а вместо диагонали экрана авторы указывают объём пространства, в котором отображается картинка — куб со стороной 13 сантиметров. И пусть возможности отображения графики в цвете у данного аппарата пока скромны, изобретатели работают и над этой проблемой (кадр USC Institute for Creative Technologies).
Так и получается, что, делая один оборот, зеркало должно выдать едва ли не три сотни картинок, направив каждую в сектор обзора шириной всего 1,25 градуса.

Темп же вращения зеркала должен составлять 20 оборотов в секунду, чтобы зритель с любой позиции всегда видел все 20 "основных" кадров этого подлинно объёмного видео (более подробно о системе и методах обработки графики для неё можно узнать из этого PDF-документа).

Если перед работающим дисплеем поставить пару фотокамер, то можно спокойно отснять... (кадр USC Institute for Creative Technologies).
Если перед работающим дисплеем поставить пару фотокамер, то можно спокойно отснять... (кадр USC Institute for Creative Technologies).
Столь хитрый принцип работы установки потребовал от её авторов создания: новых методов обработки и выдачи диалоговой трёхмерной графики с использованием OpenGL; методов обработки и выдачи в трёхмерном виде сфотографированных световых полей; математических методов, обеспечивающих генерирование правильных перспектив и правильного параллакса при перемещении наблюдателя между разными позициями вокруг прибора (по высоте и по расстоянию от него, а по окружности, как уже ясно, это обеспечивается само собой, за счёт вращения зеркала) и, конечно, инновационного анизотропного рассеивающего зеркала.

Также пришлось вносить изменения в проектор, позволившие разогнать его аж до 5760 кадров в секунду (288 × 20)!

...Стереопары. Они показывают, что для наблюдателя изображение на дисплее действительно объёмно (кадр USC Institute for Creative Technologies).
...Стереопары. Они показывают, что для наблюдателя изображение на дисплее действительно объёмно (кадр USC Institute for Creative Technologies).
Интересно, что система может как показывать заранее сгенерированное видео, так и выступать в роли интерактивного дисплея, с которым пользователь может произвольно вращать наблюдаемый объект мышкой или джойстиком по всем трём осям (в указанном выше видео есть и этот момент).

Система уже способна работать с несложной цветной графикой, но создатели прибора намерены его усовершенствовать, чтобы он мог выводить полноцветные изображения с заметно большей частотой кадров, чем нынешние скромные 20 в секунду

Впрочем, и сейчас дисплей производит впечатление. Ведь быстровращающееся зеркало становится почти незаметным, а зритель видит лишь предметы, висящие перед ним. Причём — в правильном ракурсе с любой позиции. И одновременно столь же правильно видят этот объект другие наблюдатели (сколько бы их ни было), стоящие вокруг аппарата.

Новая система не нуждается в специальных очках и не страдает размытостью картинки под некоторыми углами или малым углом обзора, в котором создаётся иллюзия объёмности. Так что из всех ранее построенных систем трёхмерного отображения 360-Degree Light Field Display наиболее близок к той фантастической установке, что показывала огромный плавающий в воздухе разрез "Звезды смерти" в "Звёздных войнах".

Можно сказать, что инженеры воплотили ту установку в реальности (в фильме она была, понятно, лишь смоделирована). Разница между киношным прототипом и нынешней новинкой, в общем-то, только в размерах.

Кроме того...
Технология "Omron" измеряет улыбки
Как можно измерить улыбки?...
  • Текущие обсуждения статей
Бионическая рука-протез
Телепортация - фантастика или реальность?
Ученые вывели формулу удачи
Смех не лечит раковых больных
Приливы и отливы вызывают сейсмические колебания
Нью-Йорк и Лос-Анджелес уйдут под воду к 2015-му году
Посмотреть весь форум

  • поиск статей на сайте
Введите фразу, слово или часть слова
Темы этого номера
Разработана батарейка, работающая на воде
Разработана батарейка, работающая на воде Разработана батарейка, работающая на воде
Новый элемент питания был создан японской компанией Aqua Power System. Работает новинка в буквальном смысле на воде
Рисунок из наночастиц
Рисунок из наночастиц Рисунок из наночастиц
Учёные из IBM разработали процесс печати детализированных растровых изображений, использующий чернила с наночастицами
Halluc II ходит на колёсах и ездит на ногах
Halluc II ходит на колёсах и ездит на ногах Halluc II ходит на колёсах и ездит на ногах
Колёсные средства передвижения хороши, но для колёс всё-же нужны дороги
Колесо Airtrax едет в любую сторону
Колесо Airtrax едет в любую сторону Колесо Airtrax едет в любую сторону
Перед нами погрузчики и транспортные тележки, которые могут двигаться в любом направлении, не разворачиваясь
Трёхмерные образы выросли из скоростного зеркала
Трёхмерные образы выросли из скоростного зеркала Трёхмерные образы выросли из скоростного зеркала
Новое устройство, созданное в США, способно вывести средства развлечения
Создан чип для ультраточного измерения заряда батареи
Создан чип для ультраточного измерения заряда батареи Создан чип для ультраточного измерения заряда батареи
Компания Texas Instruments (TI) создала микросхему, которая значительно точнее определяет
Астрономы изучили планету из горячего льда
Астрономы изучили планету из горячего льда Астрономы изучили планету из горячего льда
В глубинах планеты вода находится под огромным давлением и в таком состоянии
Двойные звёзды
Двойные звёзды Двойные звёзды
В одном трактате Цицерон рассказал о двойном Солнце, которое люди вдруг узрели на небосклоне
Трёхмерная карта тёмной материи Вселенной
Трёхмерная карта тёмной материи Вселенной Трёхмерная карта тёмной материи Вселенной
Трёхмерная карта прошлого. Звучит претенциозно, но именно такую модель астрофизики построили на этот раз. Интересно
Американские ученые выяснили 9 факторов возникновения рака
Американские ученые выяснили 9 факторов возникновения рака Американские ученые выяснили 9 факторов возникновения рака
Ученые из Гарвардской школы здравоохранения в США провели уникальное исследование
Антибиотики: две стороны медали
Антибиотики: две стороны медали Антибиотики: две стороны медали
Антибиотики кардинально изменили медицину: они позволили успешно бороться с многими опасными инфекциями
Гигантская паутина стала шоком для учёных
Гигантская паутина стала шоком для учёных Гигантская паутина стала шоком для учёных
Громадная паутина, растянувшаяся на 180 метров, обнаружена на деревьях и кустарниках в техасском парке Lake Tawakoni
Археологи узнали, как появлялись на свет древнейшие города
Археологи узнали, как появлялись на свет древнейшие города Археологи узнали, как появлялись на свет древнейшие города
Согласно распространенной теории, древнейшие города всегда вырастали из небольшого единого центра
Активность иммунной системы оказалась причиной появления новых видов
Активность иммунной системы оказалась причиной появления новых видов Активность иммунной системы оказалась причиной появления новых видов
Скрещивая различные генетические линии сорняка арабидопсис (Arabidopsis Thaliana) и сравнивая результаты скрещивания
Планета людей. Коллекция фактов
Планета людей. Коллекция фактов Планета людей. Коллекция фактов
По состоянию на 30 августа 2007 года население планеты составляло почти 6 млрд. 615 млн. человек
Автомобильный ремень безопасности
Автомобильный ремень безопасности Автомобильный ремень безопасности
"Иногда мне звонят благодарные люди, которые остались живы благодаря ремням. Это согревает мне сердце и подсказывает
Ножки Кука
Ножки Кука Ножки Кука
В 1779 году во время третьей кругосветной экспедиции его съели

 
  • Главные темы / архив
№082текущий номер Технологии
Биоклиматическое здание
    

    

    

    

    

 
  • Человек
  • Планета Земля
  • История изобретений
  • Чёрный ящик
  • Ножки Кука Ножки Кука
    В 1779 году во время третьей кругосветной экспедиции его съели
  • Воля случая
  • Технологии
  • Техника
  • Космос
019