Obrazy w 3D bez używania okularów. Polacy udowodnili, że to możliwe
Polscy naukowcy stworzyli system, który umożliwia wyświetlanie filmów i gier w 3D bez potrzeby zakładania specjalnych okularów.
Jeszcze kilkanaście lat temu autostereoskopia, czyli wyświetlanie trójwymiarowego obrazu bez użycia specjalnych okularów, była zarezerwowana dla zaawansowanych laboratoriów badawczych i drogich urządzeń klasy premium.
Pamiętacie Nintendo 3DS? Konsolka, która pozwalała oglądać gry w 3D bez zakładania czegokolwiek na głowę, wywołała zachwyt, a potem trochę popadła w zapomnienie.
Dziś technologia wraca w nowym wydaniu. Nie jako produkt wielkiego koncernu, a jako dzieło dwóch zdolnych doktorantów z Politechniki Krakowskiej. Jakub Dec i Michał Dolina pokazali, że z pomocą matematyki, druku 3D i dużo cierpliwości da się zbudować w pełni działający system autostereoskopowy we własnym zakresie.
Widzieć tak jak widzą oczy
Autostereoskopia, choć brzmi jak coś wyjętego z laboratorium NASA, ma ponad 100 lat. Technika bazująca na barierze paralaksy polega na tym, by każdemu oku pokazać inny obraz, tak jak w naturze robi to nasz mózg, gdy widzi głębię dzięki temu, że oczy są przesunięte względem siebie o kilka centymetrów.
Ludzie widzą świat trójwymiarowo dlatego, że mają parę oczu, które są umieszczone w pewnej odległości od siebie. Każde oko widzi obraz pod nieco innym kątem, a mózg automatycznie łączy te dwa obrazy w jedno przestrzenne wrażenie głębi.
Z racji tego, że „głębia” jest wyłącznie interpretacją na poziomie mózgu, możliwe jest, aby wywołać to samo wrażenie sztucznie, bez fizycznej głębi.
Nasze urządzenie działa na tej samej zasadzie, ale zamiast dwojga oczu patrzących na prawdziwą, trójwymiarową scenę, mamy dwa obrazy wyświetlane jednocześnie na płaskim ekranie. Przed ekranem znajduje się przezroczysta folia z precyzyjnym układem pionowych pasków - tzw. bariera paralaksy. Jej zadaniem jest skierowanie każdego z tych obrazów do oczu oglądającego w taki sposób, aby lewe oko widziało inny obraz niż prawe – mówi Michał Dolina.
Potrzeba zaawansowanej matematyki
Choć samo wygenerowanie obrazu nie wymaga skomplikowanych obliczeń, zaawansowana matematyka jest potrzebna do precyzyjnego wyznaczenia fizycznych parametrów bariery paralaksy, takich jak szerokość i rozmieszczenie przesłon, tak, aby działała poprawnie w konkretnym środowisku.
Znając właściwości zarówno ekranu, bariery jak i oglądającego i ich wzajemne relacje można dosłownie zmusić komputer do „spojrzenia oczami oglądającego”. Opracowaliśmy silnik graficzny, który działa tak, jak ludzki wzrok, tzn. obserwuje wirtualny świat przez dwie kamery, a potem konstruuje z tego obraz „współpracujący” z barierą paralaksy – mówi Jakub Dec.
Następnym krokiem było zaprojektowanie samego urządzenia, a więc odpowiedniej ramki z regulowanym odsunięciem od ekranu oraz wydrukowanie i złożenie nakładki z wmontowaną w nią barierą.
Mamy 3D w domu
Przygotowany przez doktorantów silnik graficzny służy do wyświetlania prostych scen trójwymiarowych, ale naukowcy przygotowali też skrypt składający dwa obrazy stereoskopowe oraz dwa prerenderowane (uprzednio przygotowane w programie wizualizacyjnym) stereoskopowe filmy.
Skrypt działa też w przypadku filmów pełnometrażowych nakręconych w technologii trójwymiarowej.
Osiągnięcie tego efektu jest też możliwe z niestereoskopowego obrazu, bądź filmu dzięki zastosowaniu sztucznej inteligencji, którą można wykorzystać do wyprodukowania maski głębokości i na jej podstawie sztucznie odtwarzać głębię obrazu (tak jak w przypadku „zdjęć 3D” dostępnych na niektórych platformach social media), ale to nadal jest tak naprawdę ten pierwszy etap procesu - pozyskanie obrazu stereoskopowego – dodaje.
Obraz trójwymiarowy można oglądać w zwykłych warunkach domowych oświetlonego (lub nie) pomieszczenia. Nie potrzeba żadnych projektorów, ciemni ani specjalnych źródeł światła. Ważne jest jednak, by patrzeć na ekran z odpowiedniej odległości i pod właściwym kątem.
Wtedy efekt 3D jest najlepiej widoczny, bo będzie mniej zjawisk, które mogą zniszczyć tę iluzję – mówi Michał Dolina.
Czy to przyszłość wyświetlaczy?
Doktoranci mają już plan na to, aby ulepszyć i rozwinąć swoje rozwiązanie. Przede wszystkim w temacie zachowania czystości efektu 3D w czasie ruchu odbiorcy.
Ruch głowy znacząco zaburza efekt, stąd chcemy opracować system dynamicznego pozycjonowania bariery paralaksy w zależności od pozycji głowy przed ekranem. To jest usprawnienie, które Nintendo wprowadziło w drugiej wersji konsoli 3DS – mówi Jakub Dec.
Naukowcy myśleli o komercjalizacji swojego rozwiązania, ale jeśli taki krok nastąpi, to dopiero po obronieniu doktoratów.
W ramach swoich przewodów doktorskich w Szkole Doktorskiej Politechniki Krakowskiej Michał Dolina i Kuba Dec zajmują się lingwistyką obliczeniową, czyli analizą języka naturalnego za pomocą narzędzi informatycznych i matematycznych.
Szukamy ukrytych wzorców i struktur, które trudno zauważyć gołym okiem. Patrzymy na tekst nie tylko jako zbiór słów, ale jako tzw. system złożony. Chcemy zrozumieć, jakie wzorce pojawiają się w nim jako w pewnej „całości”, jak bardzo są regularne, i czy zachowują się podobnie na różnych poziomach: od pojedynczych zdań po całe rozdziały, książki i zbiory – tłumaczy Michał Dolina.
W przyszłości już po zakończeniu doktoratu naukowcy chcą wrócić na ścieżkę badawczo-rozwojową związaną z grafiką komputerową. Czy to się uda? – Zobaczymy, ale na pewno nie przestaniemy działać w tym kierunku – mówią zgodnie.
Projekt VisScope to fascynujący dowód na to, że zaawansowane technologie nie muszą być zarezerwowane tylko dla wielkich korporacji. Dzięki pasji, wiedzy matematycznej i narzędziom można przenieść je do własnego warsztatu i odkrywać na nowo. Kto wie, może to właśnie takie projekty zapoczątkują nową erę domowej rozrywki 3D?
