Pamatujete si na podráždění při pohledu přes těžké červené a modré anaglyfické brýle? Nebo se trapně snažíte zavřít oči a snažíte se zaostřit na rozmazané tečkové vzory? Tato éra skončila. Propast mezi tím, co vidíme, a tím, co ukazují obrazovky, se konečně uzavřela.
Moderní vybavení je na úplně jiné úrovni. Máme procesory navržené pro vykreslování složité geometrie a vědci konečně chápou mechaniku lidského vidění lépe než kdy předtím. Spojte tyto dvě síly a 3D grafika přestane být kuriozitou a začne se stávat standardním očekáváním.
Většina z nás začala svou cestu s 3D hrami. Vzpomeňte si na začátek devadesátých let. Wolfenstein 3D nám vyrazilo dech. Ano, bylo to bludiště z blokových dlaždic. Ale můžete jít vpřed, odbočit doleva a otočit pohled o 360 stupňů. Vypadalo to revolučně. Hry nyní nabízejí realistické osvětlení a fyzikální enginy, které simulují skutečné kolize. Vizuální stránka je úžasná. Ale mají zásadní nedostatky. Obraz se zobrazuje na plochém LCD nebo OLED panelu. Bez ohledu na to, jak hluboký se svět může zdát, díváte se na sklo.
Zde jsou 3D brýle pro PC nezbytné. Nejsou to jen doplňky. Jedná se o nástroje určené k hacknutí centra zpracování informací ve vašem mozku. Přesvědčí vaši zrakovou kůru, že plochý obraz na monitoru je ve skutečnosti pevný, trojrozměrný objekt. Abychom pochopili, jak se toto kouzlo děje, musíme se podívat na to, co vaše oči skutečně dělají.
Mechanika stereoskopického vidění
Váš mozek nepřijímá jen obrázky. Navrhuje je. Bere mírně odlišné perspektivy levého a pravého oka a spojuje je do jediného hloubkového vjemu. Tomu se říká stereopse. Bez tohoto rozlišení mezi těmito dvěma pohledy se svět jeví jako plochý. 3D brýle vracejí tento rozdíl do obrazu. Sdílejí signál. Jeden objektiv ukazuje jednu verzi. Jiný objektiv ukazuje jiný. Váš mozek dokončí zbytek.
Lidé mají přirozeně dvě oči. Jsou umístěny vedle sebe. Nejedná se pouze o designový prvek. Nutí každé oko zachytit stejnou scénu z mírně posunutého úhlu.
Zkuste to sami. Vyberte vzdálený objekt. Zavřete jedno oko. Pak další. Všimli jste si, jak se objekty na pozadí pohybují? Toto je posun.
Mozek neukládá jen dva obrazy odděleně. Spojuje je v jediný celek. Interpretuje tyto drobné rozdíly jako hloubku. Výsledkem je jediný trojrozměrný obrázek. Výška. Šířka. Hloubka. Všechno zároveň.
Toto stereoskopické vidění není jen trik pro zábavu. Toto je mechanismus přežití. Alespoň to tvrdí mnoho evolučních biologů.
Dodatečné vnímání hloubky nám umožňuje přesně posoudit umístění okolních objektů ve vztahu k našemu tělu.
Bez ní vypadá svět plochý, jako plakát. Ztrácíme schopnost odhadovat vzdálenosti s jakoukoli přesností.
Přemýšlejte o věcech, které děláme každý den. Házení míčem. Chytání míče. Řízení. Parkování je těsné. Dokonce i navlékání nitě do jehly. To vše závisí na vidění do hloubky.
Dokážete se bez toho obejít? Jistě. Ale začíná to být únavné. Každý pohyb vyžaduje vědomý výpočet. Váš mozek musí vzdálenost spíše vypočítat, než ji okamžitě vnímat.
Pro většinu z nás se stereoskopické vidění děje automaticky. Nemyslíme na to, dokud to nezmizí.
Proč je to důležité pro každodenní úkoly
Umístění našich očí nám dává jedinečnou výhodu: částečné překrytí. Částečně vidíme za pevné předměty, aniž bychom otáčeli hlavou.
To nám pomáhá odhalit nebezpečí dříve, než se k nám dostanou. Auto jedoucí na silnici. Nízko nad hlavou visící větev.
Pomáhá nám také orientovat se v přeplněných prostorách. Přesně víme, kde jsou naše ruce vzhledem ke stolu. Bez tohoto vidění do hloubky se jednoduché úkoly promění ve složité hádanky.
Můžete se zeptat: pokud máme dvě oči, proč je 3D vidění tak křehké?
Není to jen o tom mít dvě oči. Jde o to, jak mozek toto vytěsnění zpracuje. Pokud toto zpracování selže, svět ztrácí svůj třetí rozměr.
Evoluční výhoda
Někteří věří, že tato vize se vyvinula především pro lov a vyhýbání se nebezpečí. Detekce kořisti pohybující se naším směrem. Vidět dravce v křoví.
Jsme obzvláště dobří v detekci objektů pohybujících se směrem k nám nebo od nás. To je klíčová dovednost přežití.
To je ale potřeba nejen pro lov. To je nutné pro navigaci. Vědět, kdy sejít z obrubníku. Kdy se chytit zábradlí.
Přesnost je významná. Zasahujeme cíle, aniž bychom pečlivě mířili. Chytáme předměty, které jsme neviděli přicházet.
To vše díky těmto dvěma senzorům umístěným vedle sebe.
Když hloubka zmizí
Ne každý zažívá stereoskopické vidění stejně. Někteří lidé mají špatné vidění do hloubky. Ostatní to nemají vůbec.
Pro ně jsou každodenní úkoly obtížnější. Řízení vyžaduje větší opatrnost. Chytit míč znamená hádat.
To ukazuje, jak moc to bereme jako samozřejmost. Předpokládáme, že svět je trojrozměrný. Neuvědomujeme si, že si tuto realitu budujeme v hlavě.
Dokud něco tuto iluzi nezničí.
Hloubkové vidění není magie. To je biologie. Váš mozek kombinuje dva mírně posunuté obrazy a vytváří iluzi vzdálenosti. Spoléháme na to každý den. Toho docílíme levnými červenými a modrými brýlemi. Tyto filtry oddělují obraz. Jedno oko vidí rudě. Druhý je modrý. Mozek ignoruje barevnou nekonzistenci a soustředí se na geometrii. Najednou plochá stránka komiksu ožije v trojrozměrném prostoru.
Stereogramy fungují jinak. Používají hluk. Náhodné tečkové vzory zakrývají tvar. Musíte překřížit oči nebo se dívat skrz obrázek, dokud váš mozek nenajde shodu. Tohle je párty trik. To je působivé. Ale na hry je to hrozné.
Proč? Protože žádná z těchto metod není navržena pro interakci. Anaglyfové brýle zkreslují reprodukci barev. Nemůžete přesně posoudit hloubku, pokud vše vypadá jako sépiová noční můra. Stereogramy vás nutí přestat hrát a začít namáhat oči. Při pokusu o umělé rozostření očí nebudete moci držet ovladač.
Průmysl potřeboval něco lepšího. Něco, co nevyžaduje extra příslušenství ani trpělivost.
Vytvoření scény
Řešení spočívá v tom, jak vykreslíme světy.
Před desítkami let se hry skládaly z 2D skřítků. Nakreslil jsi dinosaura. Nakreslil jsi to vlevo. Nakreslil jsi to vpravo. Představoval si ho, jak běží. Každý rám byl vytvořen ručně. Pokud jste se chtěli podívat na dinosaura z jiného úhlu, potřebovali jste pro tento úhel předkreslený obrázek. Vyžadovalo to hodně práce. Bylo to statické.
Pak se objevily 3D modely.
Designéři nyní vytvářejí digitální sochy. Dinosaurus je síť mnohoúhelníků. Existuje ve virtuálním prostoru se souřadnicemi. Počítač nepotřebuje kreslit dinosaura. Ví, kde je dinosaurus. Ví, kde je kamera. Vypočítá projekci.
Toto je klíčový bod. Počítač generuje pohled na základě jediného referenčního bodu. Toto je levé oko.
Ale počítač je rychlý. Umí vypočítat jiný pohled. Mírně posunutý. Tím se stává pravé oko.
Dva obrázky. Dva úhly. Jedna scéna.
Synchronizace očí
Vytváření obrázků je ta snadná část. Moderní GPU to usnadňují. Nejtěžší je doprava. Jak přenesete levý obraz do levého oka a pravý obraz do pravého, aniž byste zmátli diváka?
Průmysl se usadil na technologii bran. Brýle s aktivní závěrkou.
Nejedná se o pasivní filtry. Jedná se o elektronická zařízení. Jsou synchronizovány s monitorem. Monitor zobrazuje obraz pro levé oko. Brýle ztmaví pravou čočku. Monitor se poté přepne na obraz pravého oka. Brýle zatmaví levou čočku. To se děje desítkykrát za sekundu.
Výsledek? Bezproblémový 3D zážitek. Žádná ztráta barvy. Bez překřížení očí. Prostě hloubka.
Ale není to ideální. Brýle jsou těžké. Baterie jsou nízké. Synchronizace může být zpožděna. A toto zpoždění ničí iluzi. Pokud se obrázky přesně neshodují, váš mozek zadání odmítne. Bolí tě hlava. Je vám špatně.
Byl to však obrovský krok vpřed. Přeměnil 3D ze kuriozity do hratelného formátu.
Dalším krokem bylo brýle úplně odstranit. Paralaxní bariéry. Čočky s cylindrickým povrchem. Holografické displeje. Každý pokus vyřešil problém s doručením, aniž byste museli zařízení nosit.
Některé fungovaly. Někteří ne. Technologie se vyvinula. Ale základní princip zůstává nezměněn.
Dva obrázky. Jeden mozek. Hloubka.
Výzva nebyla jen o vytváření obrázků. Šlo o to, aby byly pohodlné. Udržitelný. Neviditelný.
Toho jsme dosáhli. Většinou. Hledání dokonalého displeje ale pokračuje. Protože po spatření skutečné hloubky mi návrat k plochému obrazu připadá jako kompromis. Možná nutné. Ale pořád kompromis.
Jak vlastně fungují brýle s aktivní závěrkou
Vše se týká LCD displejů. Tuto technologii znáte. Je to ve vašich hodinkách, telefonu a monitoru. Krystaly se po přivedení napětí změní z průhledného do neprůhledného stavu. Přesně to dělají aktivní 3D brýle s clonou. Není v tom žádná magie. Jsou to jen LCD displeje, které sedí na vašem obličeji.
Brýle řídí, které oko co vidí. Načasování je kritické. Pokud dojde ke ztrátě synchronizace, dojde k efektu duchů (dvojité obrazy). Pokud je splněno, vidíte hloubku.
Zde je mechanismus zbavený marketingového pozlátka:
Počítač vygeneruje dva samostatné obrázky. Jeden pro levé oko. Další pro toho pravého. Nejsou to jen trochu jiné úhly pohledu. Jedná se o paralaxou posunuté pohledy, které napodobují lidské binokulární vidění. Mozek je spojí do jediného 3D obrazu.
Tyto pohledy se objevují na obrazovce v rychlém sledu. Ne ve stejnou dobu. Důsledně. Obrázek pro levé oko. Obrázek pro pravé oko. Obrázek pro levé oko. Obrázek pro pravé oko.
Problém se synchronizací
Zde dělá většina spotřebitelů chyby. Brýle musí přesně vědět, kdy se který rám objeví. Pokud se na obrazovce zobrazuje obraz pro levé oko, ale levá čočka je zavřená, nic nevidíte. Nebo v horším případě vidíte další snímek špatným okem.
Brýle nejen věští. Spoléhají na signál. Obvykle se jedná o infračervený nebo radiofrekvenční signál. Tento signál říká závěrce, aby zavřela levou čočku a otevřela pravou, nebo naopak. Na frekvenci záleží. U 120Hz obrazovek to znamená 60Hz na oko. Dostatečně rychle, aby se zabránilo blikání. Dost pomalu, aby se baterie nevybila do deseti minut.
Proč pasivní brýle nevyžadují baterie
Porovnejte to s pasivními polarizačními brýlemi. Tyto modely znáte. S červeným a modrým filtrem nebo lineární polarizací. Tyto objektivy nevyžadují baterie. Jsou to prostě filtry. Ale mají omezení. Rozlišení klesá. Jas klesá. Nemůžete zaklonit hlavu.
Brýle s aktivní závěrkou? Zachovají si plné rozlišení. Každé oko dostane celý rám. Ale jsou těžší. Dražší. A vybijí se, pokud je zapomenete nabít.
Zpoždění odezvy
Je tu ještě jedna vrstva. Vstupní zpoždění. Počítač vykreslí levý snímek. Odešle to do GPU. GPU jej přenáší na displej. Displej to ukazuje. Brýle přijímají synchronizační signál. Přepínač objektivů.
Každý krok přidává milisekundy. Ve střílečce z pohledu první osoby na těchto milisekundách záleží. Ve filmovém zážitku? Méně. Ale zpoždění je skutečné. Není to okamžité. Je to řetězec událostí. A každý článek v tomto řetězci přináší zpoždění.
Které brýle vlastně vydrží?
Ne všechny brýle s aktivní závěrkou jsou stejné. Některé značky používají proprietární protokoly. Ostatní používají standardní Bluetooth Low Energy. Některé se synchronizují přes vlastní IR vysílač televizoru. Jiné mají vestavěné vysílače. Kompatibilita je chaos. Televizor Samsung nemusí komunikovat s brýlemi Vizio. Vaše náhlavní souprava Logitech nemusí fungovat s portem USB vašeho notebooku Dell.
Zkontrolujte specifikace. Opravdu. Nepředpokládejte, že všechny „aktivní 3D“ brýle fungují se všemi „3D kompatibilními“ displeji. Důležité jsou protokol handshake, obnovovací frekvence a doba odezvy LCD krystalů. Pokud jsou krystaly pomalé, dochází k rozmazání. Efekt “duchů”. Iluze je zničena.
A co VR?
VR headsety využívají podobný princip.
Jak technologie aktivní závěrky manipuluje s vaším zrakem
Abyste skutečně pochopili, jak to funguje, musíte věnovat pozornost načasování. Systém je rozdělen na polovinu. Levý obraz směřuje k levému oku. Zprava do prava. Ale neobjevují se současně.
Místo toho brýle fungují jako ovladač vysokorychlostního přístupu. Když se na obrazovce zobrazí levý úhel, čočka nad pravým okem ztmavne a zablokuje výhled. Vidíte pouze levý roh. Poté se obrazovka přepne. Nyní ukazuje správný úhel. Levá čočka okamžitě ztmavne a pravá se otevře.
Proč je synchronizace kritická
Právě toto střídavé přepínání oklame váš mozek. Získáte dva mírně odlišné obrázky: jeden pro každé oko. Vaše zraková kůra je spojí do jediného 3D obrazu. Funguje to díky brýlím, nebo spíše čočkám z tekutých krystalů. Tyto čočky se dokážou během mikrosekund přepnout z čiré na neprůhlednou.
Monitor se obnovuje vysokou frekvencí, obvykle dvojnásobnou oproti normální frekvenci. Jedna aktualizace pro levé oko, jedna pro pravé. Brýle se s tímto signálem synchronizují a otevírají a zavírají v dokonalém rytmu. Pokud je časování vypnuto, obraz se rozpadne. Objevuje se efekt duchů, dvojité vidění nebo jen bolest hlavy.
Cena za hloubku
Tento druh přesnosti má svou cenu. Jas klesá. Protože každé oko vidí pouze polovinu snímků, musí obrazovka pracovat dvakrát tak tvrději, aby udržela úroveň jasu. Mnoho systémů aktivní závěrky ztmaví celkový obraz, aby to kompenzovalo.
Kromě toho je nutný zdroj energie. Brýle nejsou jen plastové obroučky. Obsahují baterie a elektroniku. Jsou těžší než pasivní polarizované protějšky a vyžadují nabíjení. Pasivní systémy využívají levné filtry, zatímco ty aktivní spoléhají na drahé a složité technologie.
Porovnání aktivních bran s pasivními alternativami
co je lepší? Záleží na tom, co je pro vás důležitější.
Aktivní závěrky poskytují plné rozlišení pro každé oko. Každý pixel na obrazovce je viditelný pouze pro jedno oko. Nedochází ke ztrátě povolení. Ale drahé brýle jsou nutné. Tyto brýle jsou těžké, tlačí na obličej a vyžadují baterie.
Pasivní 3D využívá polarizační filtry podobné těm, které se používají v kinech. Na obrazovce se zobrazují střídající se řádky. Levé oko vidí jednu sadu, pravé oko druhou. Rozlišení je poloviční. Ale brýle jsou levné, lehké a nevyžadují baterie.
Aktivní závěrky těží z přehlednosti. Pasivní systémy těží z pohodlí a nákladů.
Kde se tato technologie dnes používá?
Ve většině domácích kin už ho nenajdete. Trh se posunul. Pasivní 3D se stalo standardem pro spotřebitelské televizory. Je to levnější a jednodušší. Aktivní závěrky našly své místo v profesionálních prostředích: lékařské zobrazování, technické simulace, kde záleží na každém pixelu.
Ale ve spotřebitelských hrách? To je vzácné. Většina moderních konzolí přestala podporovat. Brýle byly příliš objemné a drahé. Efekt novosti vyprchal.
Princip však zůstává stejný. Rozdělte obrázek. Zablokujte jedno oko. Ukažte tomu druhému další obrázek. Opakujte to dostatečně rychle a váš mozek zaplní prázdné místo. Je to jednoduchá fyzika, ale složité provedení.
Váš mozek nezpracovává obrázky z levého a pravého oka odděleně. Okamžitě je „spojí“ dohromady. Ke splynutí dochází na podvědomé úrovni. Vidíte jen hloubku.
Funguje to stejně jako efekt setrvání zraku ve starých filmových projektorech. Váš mozek kombinuje jednotlivé snímky, které vám nepřetržitě blikají před očima, do plynulého pohybu.
Evoluce stereoskopické technologie
Často si myslíme, že moderní 3D je jen čistá magie. Ve skutečnosti to není pravda. Je výsledkem čtyř generací hardwarových a softwarových kompromisů. První dny byly chaotické.
První generace vyžadovala, aby vývojáři přísně předepisovali podporu. Studia musela vytvořit vlastní kompatibilitu pro každou značku LCD brýlí. Pokud byste si koupili brýle, které nevyhovovaly protokolu hry, získali byste plochý obraz. Byl to fragmentovaný ekosystém. Většina hráčů tuto technologii ignorovala.
Druhá generace se vydala jinou cestou. Úplně to obešlo hru. Aplikace třetí strany zachycovala výstup počítače, rozdělovala obrazovku a upravovala tok videa. Hra běžela normálně, aniž by si uvědomovala, že její signál byl manipulován. Tento „hack“ však vyžadoval značný výpočetní výkon. Výsledek? Snížená snímková frekvence. Hranatá grafika s nízkými detaily. Technologie fungovala se stovkami her, což byla její jediná opravdová výhoda.
Třetí generace vylepšila metodu odposlechu. Byl integrován přímo do grafického ovladače. Tím bylo zachováno rozlišení obrazu. Žádné další pixelované bloky. Nicméně hacky na úrovni řidiče byly vrtošivé. Kompatibilita zůstala nestabilní napříč různými hardwarovými konfiguracemi. To byl milník, který ukázal, že vysoce kvalitní stereoskopické 3D bylo možné bez zásahu vývojáře.
Generace 4 je současný standard. Hlavní zátěž se přenáší na grafický procesor (GPU). Samotné brýle jsou lehké LCD brýle se závěrkami. Přepínají mezi levým a pravým obrazem s vysokou frekvencí. Mozek spojuje toto rychlé střídání do jediného jasného stereoskopického obrazu. Kompatibilita je vysoká. Dopad na výkon je minimální.
Co je tedy důležité při nákupu? Ne všechny modely fungují stejně. Níže je uvedeno, co skutečně odděluje použitelné vybavení od elektronického odpadu.
Výběr správných 3D brýlí
Technologie uvnitř je v podstatě stejná. Najdete zde lehké bezdrátové modely a základní kabelové možnosti, které stojí méně. Grafická karta vašeho počítače ovlivňuje kvalitu obrazu více než značka brýlí. Výrobci často přidávají další software nebo drobné pobídky k odlišení svých produktů.
Hledejte možnosti. Pokud máte možnost si brýle před nákupem vyzkoušet, udělejte to. Představte si, že je nosíte během hodiny intenzivního hraní. Možná budete muset utratit trochu víc za lepší model.
Upozornění na zdraví a vybavení
Všechny brýle obsahují standardní videoherní varování. Epilepsie, únava očí a únava jsou skutečnými riziky. Pokud vám váš plochý monitor dělá problémy, nejprve tyto brýle vyzkoušejte. Více zatěžují oči.
Kompatibilita je další problém. Moderní 3D brýle často nefungují s LCD monitory. Před nákupem to zkontrolujte. Musíte znát výrobce a model vaší grafické karty. Prozkoumejte před nákupem.
Vezměme si jako příklad X-Force 3D Game Glasses. Fungují pouze s grafickými kartami nVidia. Některé brýle podporují více grafických karet. Jediný spolehlivý způsob, jak to zjistit, je přečíst si obal.
Pochopení NVIDIA 3D Vision
NVIDIA 3D Vision je specifická technologie. Poskytuje stereoskopické vidění pro hraní her a výpočetní techniku. Brýle vydávají dva různé obrazy. Váš mozek je spojí do trojrozměrného obrazu.
Zjistěte více o 3D technologiích
Pokud se chcete dozvědět více podrobností, podívejte se na níže uvedené odkazy. Popisují mechaniku za humbukem.
Související články
- Jak funguje 3D grafika
- Jak fungují hologramy?
- Jak funguje technologie Shockwave 3D
- Jak funguje stanice Elumens Vision
- Jak funguje vrstvený 3D tisk (stereolitografie)
- Jak 3DO vytváří videohry
- Jak fungují herní systémy
- Jak se digitální 3D liší od starých 3D filmů?
- Jak vývojáři vytvářejí tak realistická prostředí ve videohrách?
Externí zdroje
- Síť optometristů: Stereo Vision
- The Museum Of Unnatural Mystery: Stereoscopic Vision
- Magické oko
- nVidia: 3D glosář
- StereoGraphics Corporation: Bílé knihy
