Multimedia w trzech wymiarach

Dostarczenie trójwymiarowego filmu do domu odbiorcy dzieli się na trzy etapy, z których każdy musi być przeprowadzony w sposób zgodny z pozostałymi. Przede wszystkim konieczne jest odpowiednie zarejestrowanie obrazu, następnie przeniesienie go na odpowiedni nośnik lub transmisja sygnału, a w końcu wyświetlenie grafiki.

Każdy z tych etapów można wykonać na kilka sposobów, przy czym nie wszystkie z metod są ze sobą kompatybilne. Każdy etap wymaga także odpowiedniego sprzętu elektronicznego, choć zdecydowanie największy potencjał kryje się w rynku samych wyświetlaczy.

Trójwymiarowe kamery i zapis

Fot. 1. Kamera firmy Panasonic, przeznaczona do rejestracji trójwymiarowego obrazu

Obecnie istnieją dosyć sprawne metody rejestracji trójwymiarowych obrazów. Stosuje się je w przemyśle filmowym, ale źródłem obrazu 3D są też animacje komputerowe. Na rynku pojawią się niedługo podobne popularne kamery. Zasada rejestracji obrazu jest za każdym razem taka sama. Nagrywany jest oddzielny obraz dla każdego oka, najczęściej za pomocą dwóch oddzielnych obiektywów.

Obraz powstały w wyniku nagrania musi zostać odpowiednio zapisany. Istnieje sześć podstawowych sposobów rejestracji. Naturalną metodą jest zapisanie dwóch niezależnych kanałów wideo. Pozwala to dosyć dowolnie wybrać rozdzielczość i liczbę klatek na sekundę. Jednak, aby dopasować zebrane dane do obecnie istniejących standardów zapisu lub przesyłu, konieczne jest dwukrotne zmniejszenie liczby przesyłanych klatek na kanał niż dla zwykłego materiału.

Konsekwencją jest zmniejszenie efektywnej liczby klatek na sekundę, co skutkuje zauważalnym migotaniem. Zamiast zapisywać co drugą klatkę z każdego obiektywu, dwukrotne zmniejszenie ilości gromadzonych danych można uzyskać poprzez pionową lub poziomą kompresję każdej z klatek. Po ściśnięciu klatek o połowę i zestawieniu ich obok siebie są one odczytywane jedna po drugiej – jeśli umieszczone zostały w pionie.

Jeśli w poziomie – fragmenty klatek odczytywane są naprzemiennie. Obie metody ograniczają o połowę rozdzielczość każdej z klatek w pionie lub poziomie. Kolejną metodą jest naprzemienny zapis lub przesył linii należących do klatek z różnych obiektywów. Metoda ta wpływa na dwukrotne zmniejszenie rozdzielczości obrazów poszczególnych klatek w pionie, ale jest szeroko stosowana ze względu na łatwość prezentacji takich danych z użyciem np. projektorów.

Nic nie stoi na przeszkodzie, by naprzemiennie przesyłać nie tylko całe linie obrazu, ale także poszczególne piksele. Skutkiem jest zmniejszenie rozdzielczości klatek zarówno w pionie, jak i w poziomie, ale wykorzystując piksele z poprzednich klatek i ewentualnie klatek przyszłych, możliwa jest interpolacja ruchu i sztuczne zwiększenie rozdzielczości, z wykorzystaniem prostych algorytmów.

Nośniki i kable

Aby umożliwić poprawne wyświetlanie obrazu trójwymiarowego, konieczne było zdefiniowanie standardów jego przechowywania i przesyłania, bazujących na wcześniej opisanych metodach. Obecnie istnieje już odmiana standardu Blu-ray, przeznaczona do przechowywania wideo 3D, której obsługa zostanie niebawem zaimplementowana w najnowszych czytnikach tych płyt.

Przesył obrazu z takiego nośnika może odbywać się za pomocą kabli HDMI w wersji 1.4, w którą wbudowano obsługę materiału 3D Full HD. Co więcej, niektóre z satelitarnych sieci telewizyjnych, takie jak brytyjska Sky, Discovery Channel i sportowa sieć ESPN, planują nadawać sygnał satelitarny, trójwymiarowy, już w tym roku. Format tych danych ma być kompatybilny pod względem ilości przesyłanych informacji z obecnymi standardami, ale poprawne jego odtworzenie będzie wymagało aktualizacji oprogramowania dekoderów.

Metody wyświetlania

Efekt trójwymiarowości na ekranie telewizora można uzyskać również na kilka sposobów, choć muszą być one dopasowane do formatu zapisu. Obraz wyświetla się albo za pomocą pełnych, następujących po sobie klatek, albo z wykorzystaniem półobrazów, czyli podobnie jak w obecnych standardach telewizyjnych.

Naturalnie, w przypadku rejestracji poklatkowej oraz z podziałem na linie parzyste i nieparzyste, optymalny sposób wyświetlania jest z góry zdefiniowany. Jednakże do innych sposobów zapisu trudno jednoznacznie przypisać optymalny sposób prezentacji. Niemniej na rynku zdążyły się już wyklarować pewne trendy.

Przykładowo – materiał zapisany w postaci sąsiadujących obok siebie klatek ściśniętych w poziomie będzie najlepiej wyglądał prezentowany za pomocą półobrazów, co wynika z kolejności napływu danych. Film zapisany za pomocą naprzemiennie ułożonych pikseli dla lewego i prawego oka może być równie dobrze odtwarzany poklatkowo, jak i z przeplotem, przy czym pierwszą opcję stosuje się w ekranach LCD, a drugą na wyświetlaczach plazmowych.

Największą popularność zdobywa sposób zapisu z sąsiadującymi obok siebie ściśniętymi klatkami, którego rozwój jest jednak ograniczony patentami należącymi do firmy RealD. Zajmuje się ona wyposażaniem kin w systemy do trójwymiarowych filmów. Stopień zaawansowania technologii firmy RealD sprawia, że obecnie większość nadawców telewizji satelitarnej decyduje się na skorzystanie z formatu opatentowanego przez tę firmę.

W tę stronę poszli też twórcy wyświetlaczy trójwymiarowych, tacy jak Sony, Samsung, Panasonic, Toshiba i JVC, wprowadzając pomysły RealD do swoich projektów. Technologia wykorzystywana przez RealD jest niezależna od rodzaju zastosowanego wyświetlacza. Istnieją bowiem dwa podstawowe sposoby prezentacji i oglądania materiałów 3D, przy czym oba wymagają zastosowania odpowiednich okularów.

Pierwsza z nich polega na wykorzystaniu filtrów polaryzacyjnych, które ustawione prostopadle do siebie sprawiają, że obraz widoczny przez lewe oko nie dociera do prawego – i na odwrót. Są one stosowane, gdy obraz wyświetlany jest z przeplotem. Drugi typ okularów zawiera migawki, które naprzemiennie otwierają się i zamykają, sprawiając, że oko prawe obserwuje obraz w chwilach, gdy okular oka lewego jest zaciemniony. Stosuje się je przy wyświetlaniu poklatkowym.

Ulepszenie obecnego sygnału

Fot. 2. Okulary firmy RealD do oglądania trójwymiarowych prezentacji

Aby rynek trójwymiarowego wideo mógł rozkwitnąć, konieczne jest pojawienie się wielu filmów tego typu. Kilka tytułów filmów kinowych rocznie wydanych w wersji Blu-ray 3D oraz okazyjne relacje z wydarzeń sportowych to wciąż za mało, by zachęcić konsumentów do wymiany dotychczasowych telewizorów na 3D.

Z tego względu powstał pomysł konwersji klasycznych filmów do formatu trójwymiarowego, za pomocą komputera wbudowanego do wnętrza telewizora. Nad dynamiczną konwersją obrazu 2D na 3D pracują firmy takie jak JVC, DDD, Mercury Computer Systems i Toshiba.

Czy potrzebujemy 3D?

Możliwość oglądania materiałów wideo w trzech wymiarach wydaje się obiecująca, ale wiele zależy od jakości uzyskanego obrazu oraz komfortu oglądania. Pomysł dynamicznej konwersji materiału dwuwymiarowego też jest kontrowersyjny, gdyż pozytywny efekt końcowy będzie raczej trudny do zagwarantowania. Problemy wynikają także z braku wiedzy na temat tworzenia trójwymiarowych relacji z wydarzeń sportowych i kulturalnych.

Problemem jest także sama jakość obrazu i komfort widza. Zastosowanie okularów, które przyciemniają obraz, migają, męczą oczy, niekiedy powodują ból głowy, a na dodatek są niewygodne, sprawia, że wiele osób może zrazić się do technologii 3D. Co więcej, pojawiają się liczne głosy, że obecnie dostępne rozdzielczości ekranów nie są wystarczające do prezentacji odpowiednio dokładnego materiału trójwymiarowego, gdyż efektywna jakość obrazu jest na nich znacznie mniejsza.

Wynika to z konieczności wykorzystania dostępnych pikseli nie tylko do zobrazowania jednej płaszczyzny, ale i głębi filmu. Ostatni problem leży u źródeł – czyli w rejestracji obrazu. Obecnie stosowane metody obrazowania sprawiają, że widz zmuszony jest patrzeć tam, gdzie zażyczy sobie reżyser, gdyż w przeciwnym razie ujrzy obraz nieostry. W przypadku filmów dwuwymiarowych problem ten nie jest poważny i raczej pozwala skupić oko widza na ważnych elementach ekranu.

Rola filmów 3D jest jednak inna, gdyż mają one umożliwić oglądanie głębi obrazów. Duża głębia wideo możliwa jest do uzyskania albo poprzez zastosowanie małej przesłony obiektywu, kosztem jasności obrazu, albo za pomocą kilku niezależnych obiektywów, z których każdy zogniskowany jest w innej płaszczyźnie. Ta druga technika nie została jeszcze dopracowana.

Biorąc pod uwagę powyższe trudności, prognozy dotyczące rozwoju światowego rynku telewizorów i wyświetlaczy 3D znacznie się różnią. Z danych firmy Insight Media wynika, że jeśli technologia trójwymiarowa się nie przyjmie, obroty na tym rynku powinny osiągnąć wartość 5 mln dol. w 2014 roku.

Jeśli zapanuje moda na „3D”, rynek powinien być 10 razy większy. Najbardziej prawdopodobny wydaje się scenariusz jest pośredni. Mówi on, że za 4 lata wartość sprzedaży wyświetlaczy 3D przekroczy 20 mln dol. rocznie.

Marcin Karbowniczek