И тут как гром среди ясного неба выходит Фильм. Пусть и от именитого режиссера, но все-таки – один-единственный фильм. И вдруг оказывается, что настоящее 3D – оно уже не где-то там на горизонте, а фактически вошло в твою жизнь. И не менее внезапно оказывается, что существует целый ворох технологий, связанных с 3D. И все эти технологии, оказывается, они тоже не завтра и не в далекой Америке, а уже сегодня и уже – в кинотеатрах твоего города.

И возникают закономерные вопросы: чем эти технологии отличаются? Как, в конце концов, все это работает?

Чтобы ничего не упустить, начну с самого начала. Чем для человеческого мозга объемная картинка отличается от плоской? Тем, что глаза расположены друг от друга на некотором расстоянии. Поэтому точка зрения левого глаза отличается от точки зрения правого. Глаза видят не одно и то же – и чем ближе предмет, тем сильнее различаются картинки. Британские – и не только – ученые называют все это умным словом «бинокулярность зрения».

Если же оба глаза видят абсолютно одинаковое изображение – как это происходит, когда ты смотришь на экран ноутбука или телевизора, – то изображение воспринимается плоским.

На самом деле это, конечно, не совсем так. Картинка, которую получает глаз, проходит неслабый постпроцессинг в какой-то из неподвластных разуму напрямую частей мозга. Поэтому изображение, которое человек, так сказать, осознает, может изрядно отличаться (и, как правило, отличается) от того, что есть на самом деле. На этом основана тьма тьмущая оптических иллюзий. Что важно в контексте данной беседы: мозг вполне способен додумывать объем там, где глаза его на самом деле не видят.

К примеру, играя в компьютерную игру, ты без особых усилий воспринимаешь плоские как блин геометрические фигуры как вполне себе объемные стены, предметы и так далее. А уж реальный мир человеческий мозг вообще не может представить себе плоским. Чтобы понять, о чем я, попробуй сделать следующее: закрой один глаз и посмотри на любой лежащий рядом предмет. Скажем, на мышку. Стала она плоской? А ведь зрением ты в данный момент видишь абсолютно двумерную картинку.

И все же, несмотря на полное и безоговорочное согласие мозга видеть объем даже там, где его нет, для того, чтобы предмет на картинке стал настолько объемным, чтобы его захотелось потрогать, нужны два разных кадра для каждого из глаз. Как их получить – примерно понятно. В случае фильма или фотографии достаточно использовать камеру с двумя объективами, разнесенными на некоторое расстояние. Для простоты будем считать, что на то же расстояние, что и человеческие глаза.

В случае 3D-моделирования все еще проще: достаточно построить трехмерную сцену с двух разных точек зрения. Это, кстати, хорошо объясняет, почему локомотивом прогресса в данном случае выступил «Аватар» – ведь он компьютерный процентов на 80. Рисовать стереокартинку куда проще, чем снимать двойной камерой. Основные расходы в случае моделирования идут именно на создание моделей. А уж сама отрисовка стоит не так дорого: современные компьютеры мощны и недороги. Так что можно отрисовать сцену хоть с десяти точек зрения – на суммарные затраты это повлияет не так уж существенно.

В общем, получение стереоизображения – процесс, во всяком случае, в теории, не особенно сложный. Куда интереснее, как разделить кадры на стороне получателя. Как сделать так, чтобы в левый глаз попадал только левый кадр, а в правый – правый? Это задачка посложнее, и решается она сегодня несколькими довольно сильно отличающимися друг от друга методами.

Разумеется, первое, что приходит на ум – это физическое разделение кадров. То есть, требуется некий аппарат, который выдает правому глазу одну картинку, а левому – другую. Такие штуки, в принципе, давно существуют и называются они стереоскопы. На практике они используются, например, при просмотре аэрофотоснимков геологами и географами. Это что касается неподвижных изображений, фотографий.

Если есть желание смотреть в объеме что-то движущееся, то становится уже сложнее. Оно, конечно, можно разделить экран телевизора на две части, показывать на них левый и правый кадры, а смотреть на все это через специальный бинокль, трубы которого направлены строго на разные части экрана. Но вряд ли кто-то найдет это удобным. Можно поступить иначе: закрепить непосредственно перед глазами два небольших дисплея. Получится что? Правильно, шлем виртуальной реальности.

Одна проблема: гаджет этот требует подключения к устройству воспроизведения, а также довольно серьезного питания. Еще один недостаток: такое устройство не может быть совсем уж дешевым. А самая главная причина, по которой это направление не получило особенного развития – исключительный индивидуализм такого подхода.

Представь на секунду душераздирающую картину «кинотеатра», основанного на шлемах виртуальной реальности. Пара сотен человек в смешных шапках, сидящих в темноте и, возможно, тишине (ведь звук в таком случае удобнее подавать на наушники). Не видящих ничего, что происходит вокруг. Замурованных в собственном виртуальном мирке… Бррр.

Да и при домашнем использовании все не слишком весело. Во что при таких раскладах превращается столь любимая многими забава – просмотр киношки под пивко? Собственно, и о пивке-то со шлемом виртуальной реальности придется забыть: для того, чтобы найти бутылку и сделать глоток, каждый раз придется снимать шлем. Это не наш метод!

Впрочем, можно обойтись и без такой сложной и неудобной штуки, как шлем виртуальной реальности. Более перспективным из физических способов разделения кадров является применение так называемой затворной технологии. Суть ее состоит в том, чтобы показывать на экране «левые» и «правый» кадры по очереди и попеременно же закрывать левый и правый глаза зрителя. Для того, чтобы «закрывать глаза» используются очки с жидкими кристаллами. В каждый момент отдельный момент времени одно стекло таких очков черное, второе прозрачное. А в следующее мгновение – наоборот.

Недостатков у данной технологии немало. Во-первых, моргание очков требуется синхронизировать с чередованием изображения на дисплее или проекторе. Это можно делать с помощью инфракрасных лучей или каких-нибудь радиопередатчиков (скажем, Bluetooth). Во-вторых, очкам требуется питания и периодическая зарядка или замена батареи. В-третьих, очки могут сломаться. В-четвертых, очки относительно дороги.

Зато затворная технология накладывает минимум ограничений на кинопроектор. Все, что требуется от проектора – это умение выдавать достаточно высокое количество кадров в секунду. Для оборудования кинотеатра это достаточно мягкое условия. По крайней мере, затворная технология не нуждается в установке перед проектором сложных вращающихся фильтров. В мире кинотеатров затворная технология проходит под брендом XpanD.

А пользователям компьютеров она больше известна – или будет известна уже совсем скоро – под названием NVIDIA 3D Vision. И на данный момент это единственный способ получения стереоизображения, подходящий для домашних средств воспроизведения уже сегодня. Поскольку, повторюсь, единственное, что нужно для «затворного стерео», помимо очков, разумеется, – это дисплей или проектор, умеющий выдавать значительное количество кадров в секунду.

Компания NVIDIA постановила, что достаточным в данном случае количеством является 120 – по 60 кадров в секунду для каждого глаза. Цифра взята из тех соображений, что для жидкокристаллических матриц, которые являются наиболее популярными в домашних устройствах отображения информации, это на данный момент является разумным максимумом скорости. Самое приятное то, что в продаже совместимые с NVIDIA 3D Vision дисплеи и проекторы начали появляться еще в прошлом году.

Впрочем, на одном лишь физическом разделении кадров инженерная мысль не остановилась. Еще можно разделять кадры по длине волны. Говоря по-русски – по цвету. Простейший пример такого подхода – анаглифические очки. Одно «стеклышко» синее, другое – красное. Говоря совсем грубо, на рассматриваемой через такие очки стереокартинке один кадр должен быть нарисован синей краской, другой – красной. Тогда «красный» глаз увидит «красную» картинку, а «синий» – «синюю».

Недостаток разделения кадров по цвету очевиден: картинка становится не то что черно-белой, а прямо-таки серо-буро-малиновой. Смотреть на это без слез невозможно – и никакой объем не способен сгладить впечатления от настолько обезображенного изображения. И глаза сильно устают. Так что анаглиф подойдет разве что для того, чтобы получить начальные представления о стереокартинке. Увидеть пару фотографий, максимум – короткий ролик. И забыть как страшный сон.

Однако существует более сложная технология, основанная на том же принципе. Не случайно я в предпоследнем абзаце начал с упоминания длины волны. Дело в том, что «синий» – это на самом деле не один цвет, а некий диапазон длин световой волны. Поэтому, имея более сложные цветовые фильтры, можно давать каждому глазу свой синий цвет. И то же самое с красным и зеленым. Цвета для левого и правого глаз будут чуть-чуть отличаться, но в целом картинка не будет иметь таких суровых искажения цвета, как в анаглифических очках.

Разделение кадров по длине волны используется в кинотеатрах Dolby 3D. На стороне проектора ставится вращающееся колесо с фильтрами, создающее для каждого «обычного» кадра комплект из шести «объемных»: красный, синий и зеленый кадры для левого глаза и такая же тройка, но со своим оттенком – для правого. Соответственно, зрителю выдаются очки, стекла которых также содержат светофильтры, делящие поток кадров для правого и левого глаза.

Помимо возможных легких неприятностей с цветами, у данной технологии есть менее очевидный минус: в очках используются достаточно сложные фильтры, так что очки получаются относительно дорогими. Зато технология пассивна на стороне зрителя (то есть очки не могут сломаться или разрядиться), а кроме того, Dolby 3D не требует использования специального киноэкрана – подойдет любая простыня.

Поэтому Dolby 3D хорошо подходит для максимально оперативного развертывания стереокинотеатра на основе уже существующего зала. И именно поэтому данная технология чрезвычайно популярна в России, на которую стереофильмы свалились как снег на голову.

Однако для домашнего использования она не слишком хорошо подходит. Теоретически, вполне возможно создание и домашнего проектора, и даже жидкокристаллического телевизора или монитора, работающего на основе данного метода получения стереоизображения. Однако проблема в том, что они должны быть не только чертовски скорострельными, но и оснащаться специальными фильтрами. То есть не могут быть настолько дешевыми, насколько те же устройства, пригодные для технологии NVIDIA 3D Vision. В общем, ждать появления этой технологии в домашнем обиходе не стоит.

Наконец, третий из наиболее популярных методов стереовизуализации основан на поляризации света. Что за зверь эта самая поляризация? Дело в том, что обычный свет – хоть солнечный, хоть от искусственных источников – это дикая, неупорядоченная волна. Колебания электромагнитного поля в такой волне происходят хаотически относительно направления распространения волны. Если говорить простыми словами, то световая волна в обычном своем виде – это не красивая плоская синусоида, а некая запутанная объемная структура, «бешеная спираль».

Из «сырого» света с помощью поляризационных фильтров можно получить поляризованный. Например, поляризованный линейно, то есть в одной плоскости – ту самую красивую синусоиду (ну, более-менее красивую и более-менее синусоиду). Польза от этого в том, что две волны, поляризованные в перпендикулярных друг к другу плоскостях, можно вычленять из общего светового потока теми же самыми поляризационными фильтрами.

На принципе линейной поляризации основана трехмерная версия кинотеатров IMAX. Устроено все довольно просто. В кинотеатре используются два проектора. На одном из них установлен фильтр, поляризующий свет вертикально. На втором – точно такой же фильтр, но поляризующий свет горизонтально. А зрителю выдаются очки, одно стекло которых отфильтровывает горизонтально поляризованный свет, но пропускает поляризованный вертикально. А второе – наоборот.

Просто, как апельсин. Не требуется синхронизация очков и системы воспроизведения. Нет никаких движущихся частей, так что и ломаться абсолютно нечему. Наконец, очки стоят настолько дешево, что их даже не обязательно забирать у зрителей на выходе.

Но есть и минусы. Во-первых, необходимость использования двух проекторов. Во-вторых, для того, чтобы поляризация не сбивалась после отражения от экрана, требуется использование специальных серебряных экранов. В-третьих, при наклоне головы вправо-влево изображение в кинотеатрах IMAX может начинать двоиться – ведь при этом горизонтальные и вертикальные плоскости поляризационных фильтров проекторов и очков перестают совпадать, и картинка начинает попадать в «не тот глаз».

Последний недостаток решается при помощи использования не линейной, а круговой поляризации света. Смысл тут в том, что световую волну можно упорядочить не только в плоскости, но еще и по направлении вращения – получать спирали, закрученные влево и вправо соответственно. Левый винт, как известно, всегда остается левым, а правый – правый. С какой стороны и под каким углом на них не посмотри. Поэтому при просмотре 3D-фильмов в кинотеатрах RealD, основанных на круговой поляризации, можно смело кивать головой в любую сторону – изображение двоиться не будет.

А в остальном в RealD все устроено так же, как в IMAX. Дешевые пассивные очки, серебряный экран. Разве что проектор только один – а для получения двух по-разному поляризованных кадров используется переключающийся электронный фильтр. Еще один тип 3D-кинотеатров, основанных на поляризации - MasterImage 3D. Технологически все максимально похоже на RealD, за исключением того, что вместо переключаемого электронно поляризационного фильтра используется колесо с по-разному поляризованными секторами.

Вообще говоря, для домашнего использования поляризационные технологии подходят несколько лучше, чем «цветовые», на которых основаны кинотеатры Dolby 3D. Однако все равно для них требуется существенное изменение конструкции современных дисплеев и проекторов. Так что, возможно, в будущем соответствующие дисплеи или проекторы появятся, но на это как минимум уйдет время.

Однако есть одно быстрое решение, которое использовала компания Acer в своем ноутбуке Aspire 5738DG. Состоит оно в наклеивании поверх ЖК-матрицы специальной пленки, которая поляризует изображение чересстрочно. На четных строчках отображается картинка для левого глаза, на нечетных – для правого. На стороне пользователя кадры разделяются точно так же, как в кинотеатрах – с помощью поляризационных очков. В данном случае, как и в технологии RealD, использован принцип круговой поляризации, исключающий двоение изображения при наклонах головы вправо-влево.

Недостатком данного подхода является то, что качественное объемное изображение видно лишь при определенном положении глаз относительно экрана. Стоит посмотреть на дисплей снизу или сверху – картинка начинает раздваиваться. Связано это с тем, что при взгляде под углом, глаза начинают видеть «левые» строчки изображения через «правые» линии поляризационного фильтра и наоборот. Поэтому пленочный метод хорошо подходит лишь для индивидуального использования с относительно небольшим дисплеем – фактически, исключительно для ноутбуков.

Второй недостаток состоит в том, что эффективное вертикальное разрешение картинки снижается ровно вдвое. И, к примеру, для Aspire 5738DG составляет всего лишь 768/2=384 строчки. То есть не то что не HD, а даже значительно меньше, чем в обычном старомодном DVD-видео. Зато данный метод достаточно дешев. Трехмерный ноутбук компания Acer предлагает по цене всего на пару сотен долларов большей, чем точно такой же, но без «волшебного дисплея».

Как видишь, стереотехнологии не только успели как следует обосноваться в кинотеатрах, но и готовы пробраться в твой дом. И, похоже, в наступившем году домашних девайсов, предназначенных для воспроизведения 3D-фильмов и игр будет становиться все больше и больше. А еще поговаривают о скором появлении массовых и качественных «автостереоскопических» 3D-дисплеях — для их просмотра даже очки не нужны.

А вообще, главное чтобы трехмерный контент не подкачал – с ним-то как раз пока напряженка. Но это тема для отдельного разговора.