3D-видение и Blu-ray 3D: знакомство с основами – THG.RU

Что такое 3D?

Том Воган (Tom Vaughan) работает директором по развитию бизнеса в CyberLink – компании, которая является разработчиком популярного и инновационного плеера Blu-ray PowerDVD. Он отвечает за маркетинг, стратегические интересы и развитие новых бизнес-связей в США. Когда на рынке впервые появился формат DVD, Том отвечал за развитие авторинга и мастеринга DVD, а также за выпуск первых коммерческих DVD в США. Том получил степень бакалавра по вычислительной технике, а также степень магистра делового администрирования Университета Дрексела. Нам же посчастливилось подготовить с Томом совместный материал, в котором мы рассмотрим реализацию 3D-видения в новых дисках Blu-ray 3D, а также обсудим все подробности новой технологии.

Что есть 3D?

3D – это сокращение от слова “трёхмерный” (three-dimensional). Объекты в реальном мире действительно имеют три измерения; например, мы можем измерить длину, ширину и высоту объекта. Если мы посмотрим на объекты в реальном мире, то легко сможем оценить их ширину и высоту (двухмерный вид объекта), но мы также можем воспринимать глубину объекта и расстояние до него.

Нажмите на картинку для увеличения.

Мы смотрим на мир двумя глазами. Поскольку глаза находятся не в одном месте, а немного разнесены друг от друга, каждый из них получает немного отличающуюся перспективу на объект. Обычно две картинки совмещаются мозгом в одну, но если вы закроете один глаз, то получите как раз ту картинку, которую воспринимает другой глаз. Обратите внимание, насколько различаются перспективы близко расположенных объектов для каждого глаза.

Хотя каждый глаз получает немного различающуюся картинку, мы не получаем два отдельных изображения. В процессе стереоскопического зрения наш мозг комбинирует картинку каждого глаза в цельную перспективу, и эта объединённая картинка уже содержит трёхмерные объекты и ощущение глубины. Стереоскопическое зрение было впервые описано в 1838 году Чарльзом Ветстоном (Charles Whetstone), но художники и учёные занимались трёхмерным восприятием за много веков до этого.

Нажмите на картинку для увеличения.

Большая часть людей может воспринимать трёхмерный мир, но у небольшого процента (по разным оценкам от 3 до 15%) наблюдаются нарушения стереоскопического зрения. В зависимости от качества 3D-видения, они не смогут воспринять 3D-эффект или получат ограниченное ощущение 3D-глубины. Причин таких нарушений много: от снижения зрения одного глаза до потери возможности фокусировки обоих глаз на близко расположенных объектах.

Восприятие глубины

У людей (и большей части хищников) глаза расположены спереди на голове. Подобное расположение улучшает восприятие глубины, позволяя охотнику лучше оценивать расстояние до своей жертвы.

Кроме стереоскопического зрения, ощущение глубины складывается ещё и из-за монокулярных “сигналов” глубины (эти “сигналы” глубины могут обеспечиваться только одним глазом или, если быть более точным, 2D-версией картинки, которую вы получаете). Подобные “сигналы” глубины очень важны для хорошего 3D-видения, поскольку ваш мозг ожидает стереоскопического восприятия в тесном соответствии с 2D-восприятием просматриваемой сцены.

Монокулярные “сигналы” включают следующие.

Форма и размер различных объектов в вашей памяти: они соотносятся с относительным размером видимой картинки, что позволяет ощутить расстояние до объекта. Например, на фотографии ниже, если вы помните размер плитки, на которой стоит белка, то сможете легко оценить размер белки, а также расстояние до неё.

Нажмите на картинку для увеличения.

Перспектива: объекты на большем расстоянии кажутся меньше, чем близко расположенные объекты. Параллельные прямые кажутся пересекающимися по мере увеличения расстояния. Этот эффект очевиден, если вы встанете на прямую дорогу и посмотрите вдаль. Или если будете смотреть на небоскрёб снизу.

Нажмите на картинку для увеличения.

Перекрытие (взаимное расположение): если мы видим два объекта, когда первый объект закрывает часть второго объекта, то мы понимаем, что первый объект расположен ближе. На фотографии ниже можно утверждать, что дерево слева внизу расположено ближе к нам, чем здание, поскольку оно не позволяет увидеть часть здания. Перекрытие позволяет оценить взаимное расположение объектов на фотографии.

Нажмите на картинку для увеличения.

Тёмные и яркие участки: они позволяют нам воспринимать объекты, поднятые над поверхностью или утопленные в неё. На фотографии выше можно видеть наросты на стволе дерева благодаря тому, что они выделены разным освещением.

Параллакс: при движении головы можно заметить, что относительное положение близко расположенных объектов меняется сильнее, чем удалённых объектов. На картинках ниже виртуальная камера передвигается слева направо по виртуальной трёхмерной сцене, и объекты расположенные ближе смещаются сильнее (справа налево), чем расположенные дальше.

Нажмите на картинку для увеличения.

Нажмите на картинку для увеличения.

Нажмите на картинку для увеличения.

В отличие от других монокулярных “сигналов” глубины и расстояния, эффект параллакса можно воспринимать только с течением времени, то есть при смене кадров. Конечно, в фильмах и видео кадры меняются, поэтому и эффект параллакса хорошо заметен.

Blu-ray 3D: параллакс.

Градиент текстур: на поверхностях с однообразной структурой мы можем оценить расстояние в зависимости от изменения структуры. Чем ближе к зрителю, тем размеры структуры кажутся больше, а составные элементы крупнее. На фотографии ниже структура дороги формируется брусчаткой, и она позволяет оценить расстояние до людей, которых мы видим в кадре. Плотность структуры и перспектива обеспечивают нам ощущение глубины.

Нажмите на картинку для увеличения.

Воздушная среда: удалённые объекты часто скрыты туманом или дымкой, а близко расположенные объекты – нет.

Нажмите на картинку для увеличения.

Аккомодация (фокусировка) и сведение: когда мы смотрим на объекты, располагающиеся близко от нас в реальном мире, то наши глаза выполняют две функции, чтобы объекты были резкими. Во-первых, наши зрачки сводятся внутрь (друг к другу), чтобы каждый глаз был нацелен на объект, который мы хотим увидеть. Во-вторых, чтобы изменить фокусировку хрусталика, мускулы глаза меняют его форму – этот процесс называется аккомодацией. Мускулы глаза дают мозгу обратную отдачу, поэтому при фокусировке на объектах, располагающихся на разных расстояниях, мозг получает некоторую информацию о дистанции до них.

Все эти “сигналы” обеспечивают информацию о глубине даже тогда, когда мы смотрим на сцену одним глазом. Кроме того, они помогают ощущать глубину при просмотре стандартных двумерных картинок. Художники и режиссёры прекрасно осведомлены о перечисленных визуальных “сигналах”, и они уже многие годы используют их для улучшения реализма и глубины в картинах, фотографиях и фильмах.

Конечно, 2D-фильм представляет собой плоское двумерное отображение трёхмерной сцены. Когда вы смотрите 2D-фильм, то глаза фокусируются на экране, и при этом фокусировка не меняется весь фильм (расстояние до экрана остаётся прежним). Вам не требуются два глаза для восприятия глубины, но вам необходимы оба глаза для восприятия 3D-видения.

3D-фильмы воссоздают картинки, которые получили бы ваши глаза, если бы вы стояли там, где располагается 3D-камера во время съёмки. Объекты и персонажи воспринимаются на разных расстояниях, и если всё будет сделано как надо, то зритель будет видеть всё “на своих местах”.

Стереоскопическое видение

Кроме всех монокулярных “сигналов” глубины, описанных выше, большинство здоровых людей, видящих на оба глаза, способны ощущать глубину из-за различий в картинках, которые получает каждый глаз. Две картинки обрабатываются зрительной зоной коры головного мозга, комбинируются в одну картинку, причём их дополняют все монокулярные “сигналы” глубины, что даёт человеку хорошее ощущение глубины и расстояния до каждого объекта и поверхности.

В реальном мире каждый глаз получает различную картинку из-за разного положения каждого глаза по отношению к близлежащим объектам. Системы 3D-видения должны дублировать это ощущение, обеспечивая каждый глаз своей версией кадра.

Нажмите на картинку для увеличения.

Наблюдатель смотрит на игральную кость. Каждый глаз получает немного отличающуюся перспективу кости. Чтобы захватить 3D-картину, 3D-камера снимает кадр с костью с перспективы, соответствующей каждому глазу.

Нажмите на картинку для увеличения.

Чтобы воспроизвести кость в 3D, для каждого глаза выводится своя картинка. Картинка для каждого глаза соответствует немного отличающейся перспективе кости. Причём без 3D-очков зритель будет видеть обе картинки на экране.

Нажмите на картинку для увеличения.

3D-очки необходимы, чтобы каждый глаз получал картинку, предназначающуюся для него. Если каждый глаз видит картинку, снятую с правильной перспективы, то кость кажется 3D-объектом, располагающимся перед плоскостью дисплея.

3D-картинка создаётся путём вывода отдельной картинки для каждого глаза. Объекты в 3D-видении могут казаться как перед плоскостью монитора, так и за ней. Если горизонтальное смещение картинки для правого и левого глаза сведено к нулю (когда две картинки совпадают на экране), то объект кажется располагающимся на плоскости экрана (хотя воспринимаемая дистанция до объекта может быть иной, чем расстояние до экрана, что связано с фокусным расстоянием объектива камеры и размером экрана).

Съёмка 3D-видения и анимации

Чтобы создать иллюзию присутствия, и чтобы наш мозг получил такое же восприятие сцены, какое он получил бы при наблюдении сцены нашими собственными глазами, камера должна записывать сцену по отдельности с перспективы каждого глаза. 3D-камеры оснащаются двумя объективами, разнесёнными на несколько сантиметров, но расположенными параллельно друг другу. Некоторые 3D-камеры представляют собой цельную камеру, а другие используют две камеры, каждая с собственным объективом в 3D-конфигурации.

Нажмите на картинку для увеличения.

Записывая и затем отображая отдельную перспективу сцены для каждого глаза, системы 3D-съёмки и воспроизведения могут воссоздавать сцену в близком соответствии тому, что мы бы увидели, если бы смотрели на неё собственными глазами из того места, где располагалась камера при записи сцены.

Средний “глазной базис” (расстояние между зрачками) составляет 6,5 см. Важной переменной для 3D-камер является как раз глазной базис. Чем больше будет расстояние между объективами камеры, тем сильнее будет 3D-эффект. Камеры с глазным базисом 6,5 см называют ортостереоскопическими (orthostereoscopic). Подобные камеры призваны точно копировать человеческое зрение.

Ещё один важный параметр – угол конвергенции (сведения). Объективы 3D-камер, расположенные параллельно друг другу, приведут к картинке, у которой все объекты будут располагаться перед плоскостью экрана телевизора (или монитора). Объекты с бесконечным расстоянием до них тоже будут казаться расположенными на плоскости экрана. Чтобы усилить 3D-эффект, объективы камеры должны быть сведены немного внутрь. В такой конфигурации объекты на расстоянии, соответствующем точке пересечения оптических осей обеих объективов, будут казаться расположенными на плоскости экрана. Объекты, расположенные ближе, будут выводиться перед плоскостью экрана, а расположенные дальше – за плоскостью экрана. Камеры, подобные Panasonic AG-3DA1 (показанная выше) как раз используют объективы, позволяющие регулировать сведение, чтобы выставлять удалённость точки пересечения оптических осей по желанию оператора.

Анимация

3D-анимация создаётся с помощью программ моделирования 3D-объектов. Первой подобный продукт выпустила студия Pixar – анимационный фильм “История игрушек/Toy Story”. Персонажи и объекты в фильме были представлены в виде трёхмерных моделей. Конечно, этот фильм затем был отрендерен со стандартными двумерными кадрами.

Современные компьютерные игры создаются в схожей манере, но рендеринг выполняется в реальном времени, когда вы играете.

Нажмите на картинку для увеличения.

Большим преимуществом 3D-анимации является то, что её можно рендерить и просматривать в 3D. Чтобы создать 3D-версию фильма, выполняются два отдельных прохода рендеринга (каждый для своего глаза). Для второго прохода киностудия просто смещает перспективу виртуальной камеры на 6,5 см вбок, создавая кадры для второго глаза. Конечно, рендеринг каждого кадра видео может выполняться часами (из-за сложности сцены), но стоимость рендеринга со второй перспективы у анимационного фильма сравнительна невелика по отношению к суммарным затратам на создание фильма. Для хорошего фильма дополнительные затраты на создание 3D-версии через второй проход рендеринга можно назвать скромными, если учитывать все преимущества.

Кодирование и передача 3D-видения

Самый качественный способ кодирования и передачи 3D-видео заключается в записи и хранении двух потоков для одного фильма – по одному полноценному потоку видео для каждого глаза. Собственно, так и работает технология Blu-ray 3D, которая предусматривает хранение видео для каждого глаза в полноценном “качестве Blu-ray”.

Спецификация HDMI 1.4 описывает несколько путей передачи стереоскопического 3D-видео, включая неформатные кадры шириной 1920 пикселей и высотой 2205 пикселей. Кадры для правого и левого глаза отсылаются вместе, что гарантирует синхронизацию в любой момент времени, даже если сигнал будет на время потерян, а затем восстановлен.

Нажмите на картинку для увеличения.

Сжатие 3D-потока

Впрочем, в целях совместимости с существующим оборудованием и стандартами видео, поток 3D-видео может быть сжат, чтобы уместиться в стандартном сигнале видео. Существует несколько способов сжатия.

Способ “Бок о бок/Side by Side” кодирует видео для каждого глаза в половине стандартного кадра (картинка для правого глаза располагается в правой части кадра). Поэтому видео для каждого глаза хранится с половинным горизонтальным разрешением (960×1080 пикселей в стандартном кадре 1080p).

Нажмите на картинку для увеличения.

Чересстрочный (Interlaced) способ сохраняет видео для каждого глаза в чередующихся горизонтальных линиях. Чётные линии соответствуют картинке для одного глаза, а нечётные – для другого глаза. Картинка для каждого глаза имеет полное горизонтальное разрешение, но вертикальное разрешение в два раза меньше (1920×540 в кадре 1080p).

Нажмите на картинку для увеличения.

Наконец, формат сверху/снизу (Over/Under) кодирует картинку для каждого глаза с половинным вертикальным разрешением, причём обе картинки передаются друг над другом в одном кадре видео. Картинка для левого глаза находится в верхней половине кадра, а для правого глаза – в нижней половине. Как и в случае чересстрочного формата выше, картинка для каждого глаза имеет полное горизонтальное разрешение, но уполовиненное вертикальное (1920×540 пикселей для кадра видео 1080p).

Нажмите на картинку для увеличения.

Отображение 3D-видео

Стереоскопическое 3D-видео содержит синхронизированные по времени два канала видео (по одному для каждого глаза). Чтобы смотреть 3D-видео, требуется технология отображения и 3D-очки, которые будут гарантировать, что левый глаз будет получать видео для левого глаза, а правый – для правого. Есть несколько различных технологий, которые позволяют это реализовать, и у каждой технологии есть свои преимущества, недостатки, и своя цена.

Анаглифические 3D-очки

Стоит только упомянуть 3D-видео, как многие начинают представлять 3D-очки, одна линза у которых синяя, а вторая – красная. Эти очки обеспечивают анаглифический способ просмотра 3D-картинки.

Анаглифические изображения создаются с помощью цветовых фильтров, которые удаляют часть видимого спектра из картинки, предназначенной для каждого глаза. При просмотре такой картинки через цветовые фильтры в 3D-очках, каждый глаз получает только ту часть цветового спектра, которая не отфильтровывается линзой. Преимущество анаглифического способа заключается в том, что никакого специального дисплея вам не требуется; любой стандартный 2D-дисплей или телевизор способен выводить анаглифическую трёхмерную картинку. Недостаток у анаглифического 3D очевиден. Страдает визуальное качество, поскольку значительная часть цветового спектра фильтруется из картинки для каждого глаза.

3D-дисплеи

3D-дисплей должен поддерживать вывод двух разных картинок на одном экране. Для этого есть несколько способов. Каждый способ отображения должен сочетаться со своей технологией 3D-очков, чтобы каждый глаз получал только ту картинку, которая для него предназначается.

Поляризованные дисплеи и поляризованные очки

Современные телевизоры и мониторы испускают свет в каждом пикселе, причём в комбинации красных, зелёных и синих волн. Свет, который испускает телевизор или дисплей, можно отфильтровать, чтобы каждый ряд пикселей выдавал свет с одним и тем же направлением вектора напряжённости электрического поля светового луча (вектора поляризации). Кроме линейной поляризации света можно использовать и круговую поляризацию, когда фильтрация выполняется в зависимости от направления вращения вектора поляризации в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны. Нагляднее всего будут два примера круговой поляризации с разным направлением вращения вектора.

Таким образом, половина пикселей дисплея благодаря фильтрам могут выдавать видео с поляризацией для одного глаза, а другая половина – с противоположной поляризацией для другого глаза.

3D-дисплеи могут изготавливаться с поляризационными фильтрами, которые накладываются на строчки пикселей дисплея. Это позволяет половине пикселей дисплея выдавать картинку для одного глаза, а второй половине – для другого глаза. При этом эффективное разрешение, которое даёт поляризованный дисплей для каждого глаза, является как раз половиной от полного разрешения экрана.

Нажмите на картинку для увеличения.

3D-дисплей с поляризованными строчками. Четные горизонтальные строчки используются для одного глаза, нечётные – для другого. В данном случае красный и синий цвета были выбраны, чтобы наглядно продемонстрировать картинки для правого и левого глаза.

Чтобы воспроизводить стереоскопическое 3D-видео, например, с Blu-ray 3D на поляризованном дисплее, правый и левый кадры видео превращаются в чересстрочный формат. Дисплей отображает чётные строчки для одного глаза, а нечётные – для другого.

Нажмите на картинку для увеличения.

С помощью поляризованных 3D-очков каждый глаз будет видеть только часть кадра, которая для него предназначается. На иллюстрации выше красный и синий цвета используются для индикации разной круговой поляризации для каждого глаза. На дисплей одновременно выводятся два изображения, но благодаря 3D-очкам каждый глаз будет видеть только ту часть картинки, которая для него предназначается. А затем наша зрительная система скомбинирует два изображения в цельную 3D-картинку.

Поляризованные дисплеи представляют собой один из наименее дорогих способов отображения 3D-видео, да и поляризованные очки стоят дёшево. Однако поляризованные дисплеи не всегда способны фильтровать свет идеальным образом, когда 100% цвета для нужного глаза имело бы правильную ориентацию. Точно так же, поляризованные 3D-очки не всегда способны блокировать 100% света, предназначающегося для другого глаза. И возникает распространённая проблема взаимного наложения сигналов, предназначающихся для разных глаз (она может проявить себя в виде размытых контуров). Кроме того, качество картинки поляризованного 3D-дисплея заметно снижается, если зритель находится не прямо перед ним (перпендикулярно плоскости по центру).

Чередование кадров и очки с активными затворами

Некоторые 3D-телевизоры, дисплеи и проекторы последнего поколения способны отображать 3D-видео, когда отдельные кадры для правого и левого глаза чередуются друг за другом. Чтобы избежать мерцания, используется скорость обновления 120 Гц или выше. 120-Гц 3D-монитор выводит кадр для одного глаза в полном разрешении каждую 120 часть секунды, за ним следует кадр в полном разрешении для другого глаза, который выводится следующую 120 часть секунды. Каждый глаз будет видеть 60 кадров в секунду, но менее половины от всего времени воспроизведения видео.

Обратите внимание, что дисплей с чередованием кадров не нужно модифицировать с помощью поляризационных фильтров. Он просто должен быть способен выдавать кадры с достаточно высокой скоростью, чтобы избежать мерцания (как правило, для этого требуется частота обновления 60 Гц или выше для каждого глаза). Поскольку поляризационные фильтры могут повлиять на качество картинки в целом, то телевизоры, дисплеи и проекторы с чередованием кадров дают картинку более высокого качества, чем поляризационные дисплеи (это касается как 3D-контента, так и обычной 2D-картинки).

Дисплеи с чередованием кадров часто поставляются в паре с очками с активными ЖК-затворами для просмотра 3D-контента. Очки с активными затворами, например, те же Nvidia 3D Vision, используют линзы с жидкими кристаллами перед каждым глазом. Очки получают инфракрасный сигнал синхронизации с базовой станции. Этот сигнал необходим, чтобы очки синхронизировались с дисплеем, то есть чтобы левый глаз был заблокирован, когда на телевизоре выводится кадр для правого глаза, и наоборот. Обратите внимание, что существует “интервал гашения” при переходе с одного кадра на другой, когда очки с активными затворами блокируют оба глаза.

Нажмите на картинку для увеличения.

Очки с активными ЖК-затворами обладают рядом преимуществ, включая следующие.

• Возможно полное разрешение. Поскольку кадры выводятся поочерёдно, каждый кадр может выводиться с полным разрешением дисплея. Очки с активными затворами могут выдавать качество картинки с пиксельным разрешением, в два раза превышающим таковое у 3D-дисплеев, использующих поляризационные очки.
• Очень незначительное взаимное наложение. При выводе каждого кадра линзе перед соответствующим кадром даётся электрический сигнал, который делает её прозрачной. Когда очки правильно настроены и идеально синхронизированы с дисплеем, каждый глаз получает крайне мало информации, относящейся к другому глазу. Это даёт очень резкую и чистую 3D-картинку.
• Очки с ЖК-затворами не чувствительны к расположению головы и углу обзора, в то время как поляризационные очки страдают из-за проблем с качеством, если вы не смотрите перпендикулярно на центр экрана.

3D-телевизоры DLP

Texas Instruments лицензировала технологию цифровой обработки света Digital Light Processing (DLP) компаниям Mitsubishi и Samsung, и обе они представили 3D-телевизоры, использующие систему задней проекции на технологии DLP. Эти телевизоры разработаны для приёма 3D-сигнала видео, в котором картинки для левого и правого глаза уменьшены и перемешены наподобие “шахматной доски”. Это позволяет передавать 3D-сигнал на телевизор в стандартном (не-3D) виде через стандартный интерфейс HDMI 1.3 (хотя, конечно, действительное разрешение каждого кадра видео в два раза меньше, чем разрешение оригинала).

Нажмите на картинку для увеличения.

DLP-телевизор декодирует входящие “шахматные” кадры, разделяя пиксели для правого и левого глаз, после чего масштабирует кадры до полного разрешения телевизора. Как и в случае других сжатых форматов 3D-видео, половина разрешения во время процесса теряется.

Нажмите на картинку для увеличения.

3D-телевизоры DLP используют очки с активными затворами для вывода 3D-видео с частотой кадров 120 Гц.

Обратите внимание, что проекторы и телевизоры DLP могут рекламироваться только как “3D-Ready”, пока не появятся модели с поддержкой передачи 3D-сигнала с двумя потоками в полном разрешении через HDMI 1.4, и потребителям следует обращать внимание, может ли выбранный плеер Blu-ray 3D подключаться к существующим DLP-телевизорам, передавая “шахматный” сигнал. Если нет, то необходим специальный адаптер из 3D в “шахматный” формат (например, Mitsubishi 3DC-1000).

Автостереоскопические дисплеи

Автостереоскопические дисплеи могут отображать 3D-картинку без использования 3D-очков. Эти дисплеи используют линзы, которые сделаны так, чтобы каждый глаз получал картинку видео, для него предназначающуюся. На рынке можно найти нескольких производителей, которые продают автостереоскопические дисплеи. Конечно, автостереоскопические дисплеи обещают воспроизводить 3D-видео без использования очков, но вам следует обратить пристальное внимание на качество воспроизведения 2D и 3D, сравнив его с другими решениями, представленными на рынке.

Видеошлемы

Видеошлем, по сути, представляет собой пару очков, использующих небольшие дисплеи вместо линз. В видеошлеме для каждого глаза используется свой дисплей.

К сожалению, сегодня видеошлемы потребительского уровня не способны воспроизводить видео высокого разрешения.

Blu-ray 3D

Blu-ray 3D – новый формат фильмов, который был разработан членами альянса Blu-ray Disc Association (BDA). Фильмы Blu-ray 3D планировалось представить в начале 2010 года, этот формат призван был стать наиболее качественным для воспроизведения 3D-фильмов в домашних условиях.

Нажмите на картинку для увеличения.

Физический формат Blu-ray 3D идентичен другим видам дисков Blu-ray. Логический формат базируется на текущем формате аудио/видео Blu-ray, который был расширен, чтобы поддержать стереоскопическое 3D-видео и 3D-меню. Старые плееры Blu-ray не смогут воспроизводить фильмы Blu-ray 3D. Если стационарные плееры Blu-ray придётся менять, то в случае ПК достаточно просто обновить плеер Blu-ray. Программный плеер Blu-ray 3D для воспроизведения фильма требует наличие привода Blu-ray, способного считывать диски со скоростью 2x или выше. К счастью, все приводы BD-ROM и BD-R, за исключением моделей первого поколения, обеспечивают скорость 2x или выше.

Плееры Blu-ray, способные воспроизводить Blu-ray 3D, обратно совместимы, то есть они поддерживают стандартные (двумерные) фильмы Blu-ray. Кроме того, формат Blu-ray 3D позволяет создавать фильмы Blu-ray 3D таким образом, чтобы их можно было воспроизводить на наследственных плеерах Blu-ray в виде стандартных фильмов 2D Blu-ray. Плееры Blu-ray 3D можно настроить для работы как в 2D, так и в 3D (стереоскопический) режимах, что позволяет потребителям обновить плеер и коллекцию дисков до того, как они обновят телевизор для поддержки 3D.

Фильмы Blu-ray 3D будут содержать два полноценных потока с качеством Blu-ray, по одному для каждого глаза. Декодирование Blu-ray 3D в принципе можно сравнить с декодированием двух стандартных фильмов Blu-ray одновременно. Вполне разумно ожидать, что размер фильмов и поток удвоятся (поскольку удваивается число кадров для декодирования), но 3D-видео позволяет воспользоваться некоторыми оптимизациями. Поскольку каждый глаз видит немного различающуюся перспективу одной и той же сцены, в кадрах видео для правого и левого глаз очень много общего. Специалисты по кодированию видео группы Motion Picture Experts Group (MPEG) смогли использовать этот факт, чтобы снизить общий поток и размер файлов стереоскопических 3D-фильмов. Был разработан новый видеокодек на основе Advanced Video Codec (AVC, также известный как H.264), названный Multi-View Codec (MVC). Диски Blu-ray 3D используют кодирование видео MVC, которое обеспечивает очень высокое качество картинки при увеличении размера/потока (по сравнению со стандартным Blu-ray) на 50%. Если пиковый поток для стандартных фильмов Blu-ray составляет 40 Мбит/с, то в случае Blu-ray 3D он увеличился до 60 Мбит/с.

Blu-ray 3D MVC кодируется в виде основного потока видео (для одного глаза, то есть для воспроизведения в 2D) и дополнительного (зависимого) потока для другого глаза. Во втором потоке имеются ссылки на объекты в кадрах основного потока, то есть кодируются только различия.

У Blu-ray 3D есть расширенные графические возможности, которые позволяют выводить 3D-меню и субтитры в 3D-видео. Текст и графику субтитров и меню можно вынести на другую плоскость, отличающуюся от плоскости экрана. То есть они могут располагаться дальше или ближе к зрителю. Изменение глубины выполняется горизонтальным смещением текста или графики друг относительно друга в двух потоках видео для каждого глаза.

Апгрейд на Blu-ray 3D

Чтобы смотреть фильмы Blu-ray 3D, вам придётся обновить ваш ПК или систему домашнего кинотеатра. Потребуется несколько компонентов.

• Экран с поддержкой 3D (телевизор, монитор или экран ноутбука).
• 3D-очки, совместимые с экраном.
• Компьютер с программным плеером Blu-ray 3D или стационарный плеер Blu-ray 3D.

При выборе всех упомянутых компонентов необходимо учитывать несколько важных особенностей.

Телевизоры или мониторы Blu-ray 3D

Формат Blu-ray 3D не оговаривает используемую технологию вывода 3D. Это позволяет потребителям самостоятельно выбирать технологию воспроизведения 3D, которая лучше всего будет соответствовать их потребностям. На сегменте high-end потребители наверняка будут брать настоящие 120-Гц телевизоры с чередованием кадров, вместе с которыми используются очки с активными ЖК-затворами. Менее дорогие системы могут основываться на поляризованных телевизорах и очках.

Плееры Blu-ray 3D

В качестве плеера Blu-ray 3D можно использовать ПК с установленным плеером Blu-ray, либо стационарную модель плеера Blu-ray. Приставка Sony PlayStation 3 (PS3), например, должна получить обновление прошивки летом 2010 года, которое обеспечит ей поддержку Blu-ray 3D. Были объявлены несколько моделей стационарных плееров Blu-ray 3D, причём некоторые уже доступны в продаже.

Нажмите на картинку для увеличения.

Blu-ray 3D на ПК

Конечно, ещё одним способом насладиться Blu-ray 3D можно назвать покупку программного плеера Blu-ray 3D, например, того же CyberLink PowerDVD 10 Ultra. Компьютер можно подключать к 3D-совместимому дисплею, а в будущем и к 3D-совместимому телевизору. Другими словами, ПК с программным плеером Blu-ray может стать полноценным плеером Blu-ray, с поддержкой всех тех же функций, что и у стационарных плееров Blu-ray. Кроме того, ПК с поддержкой Blu-ray 3D предоставляют множество функций, которых лишены стационарные плееры.

• Вы можете наслаждаться стереоскопическими 3D-играми; сегодня в 3D можно запустить более 400 игр.
• Вы можете скачивать видеоролики из Интернета с любых сайтов, причём это касается и 3D-видео.
• Вы можете воспроизводить видео 2D и 3D в любых мыслимых форматах (DV, HDV, AVCHD, AVI, WMV, MOV и т.д.).
• Вы можете просматривать фотографии в 2D и 3D.
• Вы можете выводить кабельное или спутниковое телевидение через такие решения, как DirecTV2PC.
• Вы можете воспроизводить платное защищённое видео (Amazon, iTunes и т.д.).
• Вы можете использовать системы улучшения качества картинки видео, например, те же CyberLink TrueTheater HD, TrueTheater Motion и TrueTheater Lighting.
• Вы можете воспроизводить музыку, видео и фотографии из вашей домашней сети.
• Вы можете использовать любые другие программы с поддержкой стереоскопического 3D, такие как САПР, пакеты рендеринга и моделирования 3D и т.д.
• Наконец, не забывайте о торрентах.

Поддержка Blu-ray 3D возможна на компьютерах с любым форм-фактором, включая следующие.

• Ноутбуки (оснащённые 120-Гц 3D-дисплеями с чередующимися кадрами).
• Стационарные ПК с совместимыми дисплеями.
• ПК для домашнего кинотеатра (HTPC).

Важные особенности 3D-видео

Нужно ли обновлять телевизор или ПК?

Конечно, фильмы лучше всего смотреть на экране с самой большой диагональю, какую только вы можете себе позволить. Сегодня на рынке можно найти несколько моделей 3D-телевизоров, и к концу года их должно стать ещё больше.

В 2010 году 3D-телевизоры будут стоить относительно дорого. Как правило, цикл замены телевизора составляет от пяти до десяти лет. Если вы недавно купили новенький большой телевизор, то вряд ли захотите обновлять его до 3D-телевизора в ближайшее время. Скорее всего, потребители будут добавлять поддержку 3D в будущем, когда они решать обновить или заменить свой телевизор. Конечно, это решение будет зависеть от многих факторов, таких как доступность фильмов Blu-ray 3D, телевизионных каналов 3D и другого 3D-контента.

Циклы замены ноутбуков и апгрейда настольных ПК намного короче. Энтузиасты модернизируют свой компьютер каждый год. Довольно легко будет добавить поддержку декодирования 3D-видео и воспроизведения при апгрейде или замене ПК. По этим причинам, как нам кажется, количество ПК с поддержкой воспроизведения 3D-видео в ближайшие годы будет намного превышать парк 3D-телевизоров.

Декодирование Blu-ray 3D на ПК

Четырёхъядерные процессоры вполне способны справиться с программным декодированием 3D Blu-ray, но оптимальное решение подразумевает использование дискретной видеокарты или интегрированного графического ядра, которые способны декодировать Blu-ray 3D на GPU. Графические процессоры последнего поколения, включая видеокарты Nvidia GeForce GT 240, GT 340, GT 330, GT 320, GTX 470, GTX 480, а также мобильные графические процессоры из линейки GeForce 300M, плюс системы на процессорах Intel Core с графическим ядром Intel HD (Core i3, Core i5 и Core i7 Mobile) поддерживают декодирование двух потоков HD-видео. Линейка видеокарт ATI Radeon 5000 тоже должна поддержать декодирование Blu-ray 3D в будущем.

Программный плеер Blu-ray использует упомянутые современные графические процессоры для декодирования Blu-ray 3D MVC, что приводит к очень низкой нагрузке на CPU при безупречном воспроизведении видео.

Подключение ПК к 3D-дисплею

Для воспроизведения полноценного 120-Гц 3D-видео с чередованием кадров нужен двухканальный выход DVI (для дисплеев, совместимых с Nvidia 3D Vision), либо (появится скоро) кабель High Speed HDMI для подключения к дисплею со входом HDMI 1.4.

Спецификация HDMI 1.4 поддерживает несколько форматов 3D-сигнала, включая формат из двух потоков 3D-видео с полным разрешением, когда кадры для первого и левого глаз упаковываются в один стереокадр, картинка для левого глаза располагается сверху, над картинкой для правого. Система упаковки стереоскопических кадров HDMI 1.4 поддерживает разрешение 1080p при частоте 24 кадра в секунду, либо разрешение 720p при частоте 50 или 60 кадров в секунду.

HDMI 1.4 также поддерживает 3D-сигналы, упакованные в стандартные форматы видео 2D, включая расположение бок о бок или сверху/снизу. Дисплеи с поляризацией можно подключать к ПК через стандартные выходы DVI или HDMI 1.3.

Подключение ПК к 3D-телевизору

120-Гц 3D-видео с чередованием кадров в полном качестве (как, например, на дисках Blu-ray 3D) можно передавать только через кабель High Speed HDMI на телевизор, совместимый с HDMI 1.4.

Nvidia объявила, что некоторые видеокарты, совместимые с 3D Vision, можно будет программно обновить до поддержки стереоскопического сигнала HDMI 1.4 в грядущем программном апгрейде 3DTV Play. Этот драйвер позволит видеокартам GeForce выдавать полноценный стереоскопический 3D-сигнал на 3D-телевизоры.

AMD и Intel тоже планируют поддержать вывод стереоскопического 3D-сигнала, совместимого с HDMI 1.4, в будущем.

Очки с активными затворами

Чтобы избежать мерцания, очки с активными затворами работают со скоростью 120 кадров в секунду или быстрее. Очки с активными затворами будут работать только с телевизорами и дисплеями, способными выводить 3D-контент со скоростью 120 Гц или быстрее.

Для очков с активными затворами требуется передатчик. Он принимает сигнал синхронизации от телевизора (через разъём VESA) или от ПК (через USB).

В целом, сегодня нет единого кросс-платформенного стандарта очков с активными затворами, которые работали бы со всеми доступными телевизорами или мониторами. Вам следует покупать 3D-очки, которые специально разработаны для вашего телевизора или монитора. Одним исключением можно считать систему Nvidia 3D Vision, которая была лицензирована нескольким производителям дисплеев для ПК, включая Acer, Asus, Alienware, LG и Samsung. Что же касается 3D-телевизоров, то вам потребуется купить 3D-очки от того же производителя, чтобы гарантировать совместимость (Sony, Panasonic, Samsung и т.д.).

120-Гц телевизоры

Многие телевизоры, которые продавались в последние годы, рекламировались как 120-Гц модели или даже с ещё большей частотой обновления. Однако эти телевизоры не способны принимать и воспроизводить стереоскопический сигнал 120 Гц. Они поддерживают только стандартный сигнал (50 или 60 Гц) на входе.

Через процесс под названием “inverse telecine” данные телевизоры способны извлекать оригинальный формат фильма 24p из сигнала видео, создавать новые промежуточные кадры, после чего выводить фильм в пять раз быстрее оригинального формата 24p. Это позволяет устранить подёргивания, которые возникают, когда фильм, снятый в режиме 24 кадра в секунду, отображается на телевизоре с частотой обновления 60 Гц.

Чтобы отображать 3D-поток с чередующимися кадрами 120 Гц, телевизор или монитор должен полностью поддерживать подобный формат. То есть “наследственные” 120-Гц телевизоры не предназначаются для воспроизведения стереоскопического видео, а также и не поддерживают очки с активными затворами.

Прочие тонкости

Яркость

Поскольку выполняется блокирование пикселей, строчек или кадров для каждого глаза (в зависимости от типа 3D-отображения), в ваши глаза попадает менее половины света от системы 3D. Чтобы минимизировать взаимное наложение чередующихся кадров, очки с активными затворами блокируют оба глаза во время перехода между кадрами на дисплее. Поэтому весьма разумно выбирать 3D-дисплей с высоким уровнем яркости.

Также важно избегать отражений и бликов на экране телевизора, поскольку отражения будут видны на фиксированной глубине (расстояние от ваших глаз до экрана), и будет несколько труднее фокусироваться на интересующих вас объектах

Кроме того, из-за упомянутых проблем (яркость и отражения) лучше всего смотреть 3D-видео в затемнённом помещении.

Несоответствие аккомодации

Хотя объекты могут казаться перед поверхностью экрана или за ней, их на самом деле там нет. Поскольку картинка выводится плоским экраном, для получения резкого изображения в 3D мускулы глаза будут заставлять хрусталик фокусироваться на расстояние до экрана. И тот факт, что 3D-видео выводится только при фокусировке глаз на экране, создаёт несоответствие между одним визуальным “сигналом” (аккомодация) и другими визуальными “сигналами”.

Когда ваши глаза попытаются сфокусироваться на 3D-объектах, которые кажутся расположенными ближе, чем плоскость экрана, то глаза естественным образом будут сводиться внутрь, пытаясь приспособиться для просмотра близко расположенного объекта. Но, в отличие от реального мира, все объекты 3D-видео будут видны только при фокусировке глаз на плоскости экрана. Если вы будете пытаться сфокусировать зрение на объектах, расположенных под носом, то вы будете разочарованы, поскольку потеряете фокус.

К счастью, как оказывается, большинство зрителей могут смириться с таким несоответствием без особых проблем, что позволяет расслабиться и насладиться 3D-видео без потери фокусировки.

Несоответствие размытия

В реальном мире глаза фокусируются на объектах, на которые мы в данный момент смотрим. Объекты, которые располагаются ближе или дальше, кажутся вне фокуса. Поскольку 3D-видео воспроизводится на плоском экране, то градиент размытия, который мы наблюдаем в реальном мире, в 3D-видео получить не получится. Если 3D-видео снимается с большой глубиной резкости, то большая часть сцены будет казаться в фокусе, то есть при фокусировке зрения на экране вы будете резко видеть любую часть сцены.

Если режиссёр или оператор решит сузить глубину резкости, то один объект сцены можно снять в фокусе, а все остальные области будут размыты. Конечно, такая техника позволяет имитировать градиент размытия, с которым мы сталкиваемся в реальном мире, но у неё тоже есть недостаток – если в реальном мире нам достаточно сфокусироваться на других объектах, чтобы видеть их резко, то в данном случае это не получится – сфокусироваться на других объектах не удастся.

Несоответствие размытия обойти не получится, независимо от того, как снимается 3D-видео. Исследования показали, что несоответствия размытия и аккомодации дают “сигналы” мозгу – и хотя мы видим стереоскопическую картину трёхмерной сцены (реальную или созданную компьютером), всё равно чувствуется, что 3D-видео воспроизводится на плоском экране.

Утомление глаз

Мы естественным образом видим мир в 3D, и хороший 3D-фильм может легко погрузить в себя и развеять сомнения, что мы на самом деле не находимся на отображаемой сцене. Впрочем, зритель всё равно естественным образом будет пытаться фокусировать зрение на разных дистанциях, в зависимости от кажущегося расстояния до объектов и элементов сцены в 3D-видео. Поскольку глазами можно не только “зыркать” вправо и влево, но фокусироваться ближе и дальше, во время просмотра 3D-фильмов мускулы глаз будут работать больше, чем при просмотре видео в 2D. Впрочем, когда вы сможете привыкнуть к новому миру 3D-видео, то наверняка сможете расслаблять зрение и наслаждаться фильмом, а не пытаться сфокусироваться на объектах, расположенных ближе или дальше.

Морская болезнь

Морская болезнь обычно связана с несоответствием информации, которую ваш мозг получает от зрения, с информацией, относящейся к движению (её предоставляет внутреннее ухо, отвечающее за ощущение баланса движений). Морская болезнь может быть связана и с другими зрительными несоответствиями, поступающими в мозг. Если 3D-видео плохо снято или выводится некачественно, то ощущение 3D-глубины объектов на сцене может конфликтовать с получаемой информацией о глубине из 2D. Эти конфликты могут привести к появлению у зрителей схожих симптомов (усталость, головная боль, тошнота).

Но производители 3D-фильмов прекрасно знают, как можно потенциально минимизировать эти проблемы:

• сохраняя объекты в комфортной зоне 3D, примерно на расстоянии до точки сведения оптических осей камеры (по крайней мере, большую часть времени);
• избегая фокусировки на объекты, которые расположены очень близко к камере (ваши глаза тоже рефлекторно попытаются сфокусироваться на объектах, расположенных очень близко, но, как мы уже говорили, глаза должны фокусироваться на плоскости экрана);
• избегая зума и увеличения (что меняет масштаб 3D-пространства);
• избегая чрезмерных движений камеры (например, пролёт камеры через джунгли; аудитория уже погрузилась в фильм, поверила в реальность, и теперь соответствующая часть мозга будет сильнее реагировать на информацию, поступающую при пролёте через джунгли – но вместе с тем ощущение баланса от внутреннего уха будет говорить о том, что зритель неподвижно сидит);
• сохраняя близкие объекты подальше от границ кадра (когда картинка объекта для одного глаза может уйти за кадр);
• используя весь контент в 3D (при производстве фильма в 3D нельзя использовать 2D-фон или эффекты);
• минимизируя использование узкой глубины резкости (когда части сцены кажутся вне фокуса – это вызовет проблемы у тех зрителей, кто попытается сфокусироваться на других объектах).

К счастью, все эти особенности хорошо известны, их активно применяют опытные режиссёры/операторы при производстве 3D-фильмов.

Что касается зрителей, то здесь потенциальные проблемы можно решить, если:

• выбрать качественное решение с 3D-монитором и 3D-очками (чтобы минимизировать наложение картинок для разных глаз друг на друга, чтобы не было размывания и раздваивания);
• минимизировать отражения и блики на телевизоре или мониторе (отражения воспринимаются в 2D);
• просматривать 3D-фильм перпендикулярно плоскости экрана по центру (или сидеть в центре в 3D-кинотеатре – чтобы расстояние до всех частей экрана было пропорциональным, а сцена была отцентрована).

Аналогия со звуком

3D-видение во многом очень похоже на объемный звук. Как звук добавляет ощущение глубины, вы начинаете чувствовать себя находящимся непосредственно на сцене событий, так и 3D-видение позволяет ощутить себя на самой сцене, в действии фильма.

Мы смотрим на мир двумя глазами – и слышим звуки благодаря двум ушам. Наличие двух ушей позволяет ощущать направление, из которого издаётся звук. Мозг обрабатывает звуки, которые получают оба уха. И без дополнительных раздумий, ваш мозг начинает оценивать разницу во времени, с которой звук поступил в каждое ухо, разницу в уровне громкости, в результате чего вы получаете представление о том, откуда пришёл звук. Наше трёхмерное зрение очень похоже на трёхмерный слух. Нам не нужно задумываться о разнице в картинках, которые видит каждый глаз; мы сразу же получаем представление обо всех объектах, которые находятся в поле зрения.

Когда звук впервые научились записывать, то запись производилась только с одним каналом звука. Монофоническая запись затем была улучшена до двухканальной записи в стерео. Наличие двух каналов звука добавляет ощущение пространства, а также позволяет оценить расположение источников звука в записи. Подобная “звуковая сцена” позволяет звукорежиссёрам изменять относительное расположение инструментов на сцене путём микширования записей каждого инструмента. При воспроизведении музыки на стереосистеме слушатель может ощутить разницу в громкости звука от каждой колонки, а также оценить задержки каждого инструмента или голоса. Эти различия дают нашему мозгу “сигналы” о том, где располагаются источники звука.

В случае стереозаписи весь звук идёт в одном направлении: от фронтальных колонок. Это вполне хорошо подходит для прослушивания музыки, поскольку мы привыкли, что музыка идёт с направления сцены, к которой мы стоим лицом. В фильмах же режиссёр хочет передать всю атмосферу, в которой происходит действие картины (в комнате или на сцене). И чтобы зритель лучше ощутил эффект присутствия, был разработан многоканальный звук.

Как система объёмного звучания действительно улучшает погружение в фильм, так и 3D-видение даёт важное третье измерение фильмам и телевизионным программам.

Если система 3D-видения правильно реализована, то она улучшит погружение в фильм, усилит ощущение реальности фильма. Да и судя по тому, как зрителям понравились некоторые фильмы в 3D-кинотеатрах, разница действительно ощущается.