Spolaryzowany system 3D

Okulary 3D z polaryzacją kołową przed tabletem LCD (wyświetlacz ciekłokrystaliczny) ze zwalniaczem ćwierćfalowym na górze; płytka λ/4 pod kątem 45° zapewnia wyraźną zwrotność, która jest przekazywana przez lewy filtr, ale blokowana przez prawy filtr.

system 3D wykorzystuje okulary polaryzacyjne do tworzenia iluzji trójwymiarowych obrazów poprzez ograniczenie światła docierającego do każdego oka (przykład stereoskopii ).

Aby zaprezentować obrazy i filmy stereoskopowe, dwa obrazy są wyświetlane na tym samym ekranie lub wyświetlane przez różne filtry polaryzacyjne . Widz nosi niedrogie okulary z filtrem polaryzacyjnym dla każdego oka. Lewy i prawy filtr mają różną polaryzację, więc każde oko otrzymuje tylko obraz o odpowiedniej polaryzacji. Służy do uzyskania efektu trójwymiarowości poprzez projekcję tej samej sceny do obu oczu, ale przedstawioną z nieco innych perspektyw i z różnymi polaryzacjami. Wiele osób może oglądać obrazy stereoskopowe w tym samym czasie.

Spolaryzowane systemy 3D i ogólnie systemy stereoskopowe często wykazują konflikt konwergencji-akomodacji .

Rodzaje okularów polaryzacyjnych

Okulary z polaryzacją liniową

Aby przedstawić stereoskopowy film, dwa obrazy są wyświetlane na tym samym ekranie przez ortogonalne filtry polaryzacyjne (zwykle pod kątem 45 i 135 stopni). Widz nosi z polaryzacją liniową , które zawierają również parę ortogonalnych filtrów polaryzacyjnych zorientowanych tak samo jak projektor. Ponieważ każdy filtr przepuszcza tylko światło o podobnej polaryzacji i blokuje światło spolaryzowane ortogonalnie, każde oko widzi tylko jeden z wyświetlanych obrazów i uzyskuje się efekt 3D. Okulary z polaryzacją liniową wymagają od widza trzymania głowy na poziomie, ponieważ przechylenie filtrów powoduje przenikanie obrazu z lewego i prawego kanału do kanału przeciwnego. Może to powodować dyskomfort podczas długotrwałego oglądania, ponieważ ruchy głowy są ograniczone w celu utrzymania efektu 3D.

Polaryzator liniowy przekształca wiązkę niespolaryzowaną w wiązkę o pojedynczej polaryzacji liniowej. Pionowe składowe wszystkich fal są przepuszczane, natomiast poziome składowe są pochłaniane i odbijane.

Okulary z polaryzacją kołową

Aby przedstawić stereoskopowy film, dwa obrazy są wyświetlane na tym samym ekranie przez okrągłe filtry polaryzacyjne o przeciwnej strony . Widz nosi okulary, które zawierają parę filtrów analizujących (polaryzatory kołowe zamontowane odwrotnie) o przeciwnej strony. Światło spolaryzowane kołowo w lewo jest blokowane przez analizator prawoskrętny, natomiast światło spolaryzowane kołowo w prawo jest blokowane przez analizator lewoskrętny. Rezultat jest podobny do oglądania stereoskopowego przy użyciu okularów z polaryzacją liniową, z tą różnicą, że widz może przechylić głowę i nadal zachować separację lewej i prawej strony (chociaż fuzja obrazu stereoskopowego zostanie utracona z powodu niedopasowania płaszczyzny oka do oryginalnego aparatu) samolot).

Polaryzator kołowy przepuszcza światło spolaryzowane kołowo w lewo, przeciwnie do ruchu wskazówek zegara

Jak pokazano na rysunku, filtry analizujące zbudowane są z płytki ćwierćfalowej (QWP) i filtr spolaryzowany liniowo (LPF). QWP zawsze przekształca światło spolaryzowane kołowo w światło spolaryzowane liniowo. Jednakże kąt polaryzacji liniowo spolaryzowanego światła wytwarzanego przez QWP zależy od kierunku światła spolaryzowanego kołowo wchodzącego do QWP. Na ilustracji lewoskrętne światło spolaryzowane kołowo wchodzące do filtra analizującego jest przekształcane przez QWP w światło spolaryzowane liniowo, którego kierunek polaryzacji leży wzdłuż osi transmisji LPF. Dlatego w tym przypadku światło przechodzi przez LPF. W przeciwieństwie do tego, prawoskrętne światło spolaryzowane kołowo zostałoby przekształcone w światło spolaryzowane liniowo, którego kierunek polaryzacji przebiegałby wzdłuż osi pochłaniania LPF, która jest prostopadła do osi transmisji, i dlatego zostałoby zablokowane.

Obracając QWP lub LPF o 90 stopni wokół osi prostopadłej do jego powierzchni (tj. równolegle do kierunku propagacji fali świetlnej), można zbudować filtr analizujący, który blokuje ruch kołowy lewoskrętny, a nie prawoskrętny polaryzowane światło. Obracanie QWP i LPF o ten sam kąt nie zmienia zachowania filtra analizującego.

Budowa systemu i przykłady

Zasada działania spolaryzowanych systemów 3D

Spolaryzowane światło odbite od zwykłego ekranu filmowego zazwyczaj traci większość swojej polaryzacji, ale strata jest znikoma, jeśli używany jest ekran srebrny lub aluminiowy . Oznacza to, że parę ustawionych projektorów DLP , niektóre filtry polaryzacyjne, srebrny ekran i komputer z dwugłowicową kartą graficzną można wykorzystać do stworzenia stosunkowo kosztownego (ponad 10 000 USD w 2010 r.) systemu do wyświetlania stereoskopowego obrazu 3D. dane jednocześnie grupie osób noszących okulary z polaryzacją.

W przypadku RealD 3D przed obiektywem projektora umieszczony jest kołowo polaryzacyjny filtr ciekłokrystaliczny, który może zmieniać polaryzację 144 razy na sekundę. Potrzebny jest tylko jeden projektor, ponieważ obrazy dla lewego i prawego oka są wyświetlane naprzemiennie. Sony wprowadziło nowy system o nazwie RealD XLS , który wyświetla jednocześnie oba obrazy o polaryzacji kołowej : pojedynczy projektor 4K wyświetla dwa obrazy 2K jeden nad drugim, a specjalne mocowanie obiektywu polaryzuje i wyświetla obrazy jeden na drugim.

Do tradycyjnych projektorów 35 mm można dodać przystawki optyczne, aby dostosować je do wyświetlania filmów w formacie „over-and-under”, w którym każda para obrazów jest ułożona w jednej klatce kliszy . Obydwa obrazy są wyświetlane przez różne polaryzatory i nakładane na ekran. Jest to bardzo opłacalny sposób konwersji sali kinowej do trybu 3D, ponieważ potrzebne są jedynie przyłącza i niedepolaryzująca powierzchnia ekranu, a nie konwersja na cyfrową projekcję 3D. Thomson Technicolor produkuje obecnie adapter tego typu.

Gdy obrazy stereo mają być prezentowane jednemu użytkownikowi, praktyczne jest skonstruowanie sumatora obrazów, wykorzystującego częściowo posrebrzane lustra i dwa ekrany obrazowe ustawione względem siebie pod kątem prostym. Jeden obraz jest widziany bezpośrednio przez ustawione pod kątem lustro, podczas gdy drugi jest postrzegany jako odbicie. Do ekranów obrazu przymocowane są filtry polaryzacyjne, a filtry o odpowiednim kącie noszone są jako okulary. Podobna technika wykorzystuje pojedynczy ekran z odwróconym górnym obrazem, oglądanym w poziomym częściowym odbłyśniku, z pionowym obrazem prezentowanym pod odbłyśnikiem, ponownie z odpowiednimi polaryzatorami.

Na ekranach telewizorów i komputerów

Techniki polaryzacji są łatwiejsze do zastosowania w przypadku technologii kineskopu (CRT) niż w przypadku wyświetlaczy ciekłokrystalicznych (LCD). Zwykłe ekrany LCD zawierają już polaryzatory umożliwiające kontrolę prezentacji pikseli — może to kolidować z tymi technikami.

W 2003 roku Keigo Iizuka odkrył niedrogą implementację tej zasady w wyświetlaczach laptopów wykorzystujących arkusze celofanu .

Można zbudować tani system projekcji spolaryzowanej, używając komputera z dwoma projektorami i ekranem z folii aluminiowej. Matowa strona folii aluminiowej jest jaśniejsza niż większość srebrnych ekranów . Wykazano to na Uniwersytecie PhraJomGlao w Nônthaburi w Tajlandii we wrześniu 2009 r.

Opieka zdrowotna

W optometrii i okulistyce okulary polaryzacyjne wykorzystuje się do różnych badań obuocznej percepcji głębi (tj. stereopsji ).

Historia

Dalsze informacje: Film 3D

Spolaryzowaną projekcję 3D zademonstrowano eksperymentalnie w latach 90. XIX wieku. W projektorach do polaryzacji wykorzystano pryzmaty Nicol . Jako filtry widokowe służyły pakiety cienkich tafli szkła, ustawionych pod kątem tak, aby odbijały światło o niepożądanej polaryzacji. Spolaryzowane okulary 3D stały się praktyczne dopiero po wynalezieniu Edwina Landa polaryzatorów z arkusza plastiku Polaroid , który prywatnie zademonstrował ich zastosowanie do wyświetlania i oglądania obrazów 3D w 1934 r. Po raz pierwszy wykorzystano je do publicznego pokazania filmu 3D w „Polaroid on Parade”, wystawie w Muzeum Nauki i Przemysłu w Nowym Jorku, która otwarty w grudniu 1936 r. Użyto kolorowej folii Kodachrome 16 mm . Szczegóły dotyczące okularów nie są dostępne. Na Wystawie Światowej w Nowym Jorku w 1939 r , w pawilonie Chrysler Motors wyświetlono krótki, polaryzowany film 3D, który codziennie oglądały tysiące odwiedzających. Trzymane w ręku kartonowe przeglądarki, będące bezpłatną pamiątką, zostały wycięte w kształcie Plymoutha z 1939 r. widzianego czołowo. Ich filtry polaroidowe, przymocowane zszywkami do prostokątnych otworów w miejscu, w którym powinny znajdować się reflektory, były bardzo małe.

Bwana Diabeł , pełnometrażowego , kolorowego filmu 3D, którego premiera miała miejsce 26 listopada 1952 r., zapoczątkowało krótką, ale intensywną modę na trójwymiarowość lat pięćdziesiątych, używano kartonowych okularów ze słuchawkami i większymi filtrami. Jednym z serii zdjęć wykonanych podczas premiery było dobrze znane Life , przedstawiające publiczność w okularach 3D. Tytuł filmu nadrukowany na słuchawkach jest wyraźnie widoczny na kopiach tych zdjęć w wysokiej rozdzielczości. Pomysłowo pokolorowane wersje pomogły szerzyć mit, że filmy 3D z lat 50. XX wieku były wyświetlane przy użyciu anaglifowego filtra kolorów metoda. W latach pięćdziesiątych projekcję anaglifową wykorzystano jedynie w kilku filmach krótkometrażowych. Począwszy od lat 70. niektóre trójwymiarowe filmy fabularne z lat 50. XX wieku były ponownie wydawane w formie anaglifów, dzięki czemu można je było wyświetlać bez specjalnego sprzętu projekcyjnego. Reklamowanie faktu, że nie był to oryginalny format wydania, nie przyniosło żadnej korzyści komercyjnej.

Typowe dla lat pięćdziesiątych były filtry polaroidowe w jednorazowych, kartonowych oprawkach, ale używano także wygodniejszych, plastikowych oprawek z nieco większymi filtrami, znacznie droższymi dla właściciela teatru. Zwykle instruowano klientów, aby przy wyjściu zwracali je, aby można było je odkazić i ponownie wydać, a nierzadko przy wyjściach ustawiali się woźni, którzy próbowali odebrać je od zapominalskich lub kochających pamiątki klientów.

Ramki kartonowe i plastikowe nadal współistniały przez następne dziesięciolecia, przy czym jedna lub druga była preferowana przez określonego dystrybutora filmu lub teatr lub w przypadku konkretnego wydania. Czasami używano okularów specjalnie nadrukowanych lub w inny sposób wykonanych na zamówienie. Niektóre pokazy filmu Frankenstein Andy’ego Warhola podczas jego pierwszej emisji w USA w 1974 r. obejmowały niezwykłe okulary składające się z dwóch sztywnych plastikowych polaryzatorów połączonych razem dwiema cienkimi srebrnymi plastikowymi rurkami przeciętymi wzdłuż, jedną przymocowaną u góry i zagiętą na skroniach, tworząc słuchawki, a druga krótka długość zagięta na środku i służąca jako element mostkowy. Projekt był zarówno stylowy, jak na Warhole’owski sposób, i oczywisty prosty w wykonaniu z surowych arkuszy i rur.

Polaryzacja liniowa była standardem w latach 80. XX wieku i później.

W pierwszej dekadzie XXI wieku animacja komputerowa , projekcja cyfrowa i wykorzystanie wyrafinowanych projektorów filmowych IMAX 70 mm stworzyły szansę na nową falę spolaryzowanych filmów 3D.

W 2000 roku wprowadzono RealD Cinema i MasterImage 3D , oba wykorzystujące polaryzację kołową .

Na targach IBC 2011 w Amsterdamie RAI kilka firm, w tym Sony , Panasonic , JVC i inne, zaprezentowało swoje nadchodzące portfolio produktów stereoskopowych 3D zarówno dla rynku profesjonalnego, jak i konsumenckiego, które będą wykorzystywać tę samą technikę polaryzacji co RealD 3D Kino wykorzystuje stereoskopię. Te wyróżnione produkty obejmują wszystko, od technologii nagrywania, projekcji, oglądania i wyświetlania cyfrowego, po urządzenia na żywo, nagrania oraz urządzenia przed i poprodukcyjne, a także produkty oparte na oprogramowaniu i sprzęcie ułatwiające tworzenie treści 3D. Ich systemy są interoperacyjne i kompatybilne z istniejącymi, pasywnymi okularami RealD 3D.

Zalety i wady

W porównaniu do obrazów anaglifowych , użycie polaryzacyjnych okularów 3D pozwala uzyskać pełnokolorowy obraz, który jest znacznie wygodniejszy w oglądaniu i nie podlega rywalizacji obuocznej . Wymaga to jednak znacznego zwiększenia wydatków: nawet niedrogie okulary polaryzacyjne kosztują zwykle o 50% więcej niż porównywalne filtry czerwono-cyjanowe i chociaż trójwymiarowe filmy anaglifowe można drukować na jednej linii kliszy, często stosowano folię polaryzacyjną przy specjalnej konfiguracji wykorzystującej dwa projektory. Korzystanie z wielu projektorów powoduje również problemy z synchronizacją , a słabo zsynchronizowany film zniweczyłby jakikolwiek większy komfort wynikający z zastosowania polaryzacji. Problem ten został rozwiązany poprzez zastosowanie szeregu systemów z polaryzacją jednopasmową, które były standardem w latach 80-tych.

Szczególnie w przypadku schematów polaryzacji liniowej, popularnych od lat pięćdziesiątych XX wieku, zastosowanie polaryzacji liniowej oznaczało, że do każdego rodzaju wygodnego oglądania wymagana była pozioma głowica; jakakolwiek próba przechylenia głowy na bok doprowadziłaby do zaniku polaryzacji, pojawienia się zjawy i zobaczenia obu obrazów obydwoma oczami. Polaryzacja kołowa rozwiązała ten problem, umożliwiając widzowi lekkie przechylenie głowy (chociaż wszelkie przesunięcie między płaszczyzną oka a oryginalną płaszczyzną kamery nadal będzie zakłócać postrzeganie głębi).

Ponieważ filtry polaryzacyjne liniowo-neutralne są łatwe w produkcji, możliwe jest prawidłowe odwzorowanie kolorów. Filtry z polaryzacją kołową często mają lekko brązowawy odcień, który można skompensować podczas projekcji.

Do 2011 roku w domowych telewizorach 3D i domowych komputerach 3D używano głównie aktywnych okularów migawkowych z wyświetlaczami LCD lub plazmowymi . Producenci telewizorów ( LG , Vizio ) wprowadzili wyświetlacze z poziomymi paskami polaryzacyjnymi nakładającymi się na ekran. Paski mają naprzemienną polaryzację z każdą linią. Pozwala to na stosowanie stosunkowo niedrogich okularów pasywnych, podobnych do tych do filmów. Główną wadą jest to, że każda polaryzacja może wyświetlić tylko połowę linii skanowania.

Zalety

• Generalnie niedrogie.
• Nie wymagają zasilania.
• Nie wymagają nadajnika, aby zsynchronizować je z wyświetlaczem.
• Nie cierpieć z powodu migotania.
• Lekki.
• Wygodny.

Niedogodności

• Obrazy dla okularów polaryzacyjnych muszą być jednocześnie udostępniane na ekranie, co powoduje obniżenie pełnej, natywnej rozdzielczości, co pogarsza jakość obrazu z obu stron obrazu dostarczanego jednocześnie do każdego oka . Pełny obraz 1080p powstaje w wyniku fuzji obrazów. Ta wada nie występuje w przypadku projekcji, w których każdy piksel może zawierać informację dla obu oczu.
• Związany z bólami głowy, które wiele osób przypisuje oglądaniu 3D .
• Wąskie pionowe kąty widzenia w porównaniu do aktywnej migawki 3D

Zobacz też

• Vektograf

Linki zewnętrzne

• „Eksperymenty ze światłem spolaryzowanym” Donalda E. Simanka.
• PORTAL STEREO 3D Kolekcja filmów i zdjęć