Hogyan működik a szemüveg nélküli 3D?

Single view vs. multiview

Az előbb említett két technológia közös nevezője, hogy az extra szűrő segítségével a panelből kilépő fény irányát szabályozzák, többnyire csak horizontális irányban. A parallax és a lentikuláris technológia segítségével pixelcsoportok alakíthatók ki; azok a pixelek, amelyek egy adott helyről egyszerre láthatók, egy képet adnak ki – ennek angol elnevezése view. A pixelcsoportokra jellemző, hogy csak bizonyos helyekről láthatók, és éppen ez a tulajdonság az, amelynek segítségével szemüveg viselése nélkül is 3D képet lehet előállítani: az egyes képekhez (view-khoz) tartozó zónákat úgy kell kialakítani, hogy a bal és a jobb szem mindig eltérő képet lásson.

A gyártók a szűrő kialakításával tudják szabályozni, hogy egy adott tévé hány képet (view-t) tud egyszerre megjeleníteni. A csak egy optimális nézőponttal rendelkező (single view) megjelenítők kettőt, a több optimális nézési ponttal bíró készülékek (multiview) pedig legalább hármat. Vegyük figyelembe, hogy a single view és multiview kifejelésekben szereplő view (mint nézőpont) kifejezés nem ugyanaz, mint a korábban használt view (kép/látvány)!

Az, hogy a single view megjelenítőnek a fizika törvényeiből adódóan egyetlen optimális nézési pontja van, a multiview készülékeknek azonban több is, azt jelenti, hogy amíg a single view megjelenítő előtt ülő néző gyakorlatilag nem mozoghat, addig a multiview megjelenítő előtt relatív szabadon lehet mozogni. Azért a mozgás korlátozott egy multiview kijelző előtt is, mert a panelhez viszonyított távolság fix (különben a két szemnek szánt képek keverednek), és a legnagyobb betekintési szög is korlátos.

Habár sokkal jobban hangzik, ha egy 3D kijelző előtt szabadon lehet mozogni, vannak olyan esetek, amikor erre nem kell figyelni: egy mobiltelefon vagy táblagép tipikusan olyan eszköz, amit egyszerre csak egyvalaki néz, ezért ezeknél a kütyüknél bőven elég, ha a kijelző egyszerre két képet tud megjeleníteni, egyetlen optimális nézési hellyel. A mobil eszközök tervezésekor ez könnyítést jelent a gyártóknak, azt viszont nehéz eldönteni, hogy parallax barrier vagy lentikuláris megoldást válasszanak: előbbi a gyenge fényáteresztő képessége miatt erősebb, tehát többet fogyasztó háttérvilágítást igényel, ami egy mobil kütyünél nem jó pont, utóbbi viszont nemcsak 3D-ben nyújt a fizikai felbontásnál kisebb részletességet, hanem 2D-ben is. (Az LG és a Sharp eddigi termékbejelentései alapján egyébként a parallax barrier a nyerő.)

Logikus módon a view-k számának növelésével több optimális nézőpont alakítható ki, azonban nyilvánvaló mellékhatás az effektív felbontás csökkenése. Használható méretben (ezalatt a 32 col feletti méretet értjük) jelenleg a lentikuláris technológiával és kilenc view-val kísérleteznek a gyártók. Az ilyen tévék értelemszerűen egyszerre kilenc különböző képet tudnak megjeleníteni. Quad Full HD panellel ebben az esetben éppen 720 soros felbontás érhető el, ami nem olyan rossz, de messze van a Full HD részletességétől: 3840×2160 képpont éppen egyenlő kilenc 1280×720 pixeles kép megjelenítéséhez. Egyébként az egyik ok, amiért a szemüveg nélkül nézhető 3D tévék igen drágák, éppen az, hogy a használható 3D felbontás érdekében a gyártóknak Quad Full HD panelt kell használnia.

A multiview 3D kijelzők egyelőre leküzdhetetlen hátránya a felbontáscsökkenés mellett az, hogy bár a néző mozoghat a kijelző előtt, továbbra is vannak optimális nézési helyek (sweet spot), hiszen a fizika törvényeit nem lehet meghazudtolni. Minden képpontnak lesz egy olyan optimális nézési tengelye, ahonnan nézve a teljes színinformációt illetve a teljes fényerőt ki lehet nyerni. Ez mind a parallax barrier mind a lentikuláris megoldásra igaz, annak ellenére, hogy előbbi a fény blokkolásával, utóbbi pedig irányának közvetlen szabályozásával operál. (A teljesség kedvéért az optikai szűrők segítségével lehet egy teljes pixelt, vagyis a hozzá tartozó valamennyi alpixelt egyszerre szabályozni, de az is elképzelhető, hogy egy adott képpont nem egymás mellett lévő R, G és B komponensekből áll össze – a végeredmény szempontjából azonban ez nem releváns információ. A lentikuláris szűrő mindkét esetben úgy készül, hogy egy adott view valamennyi pixeléből induló, az optimális nézési tengelyt jelölő vektor egyetlen pontban találkozzék.)

Ha a néző mozog a kijelző előtt, akkor a view-hoz tartozó képpontokat egy relatív szűk sávban továbbra is látni fogja, de az optimális tengelytől való elmozdulás mértékével arányosan csökken a fényerő. Ennek egyik mellékhatása lehet az, hogy a rosszul megtervezett szűrő hatására a kép bizonyos helyekről nézve moirés hatást kelt, valamint az is, hogy a zónák közötti váltás a néző számára „durva”. Ezek leküzdésére többféle hatásos módszer is létezik, az egyik közülük az például, hogy a az egyes view-khoz tartozó zónákat úgy tervezik meg a mérnökök, hogy azok kis mértékben fedjék egymást, de hatásos lehet az is, ha az optikai szűrű a pixelstruktúrához képest „ferde”. A jelenlegi prototípusok között olyat még nem láttunk, amelyiknél a durva ugrást teljesen sikerült volna eltűntetni, de a moiré effekttel szinte sosincs probléma. E két anomália leküzdésére fordítják a legtöbb energiát a cégek, és a Philips, a Sony, az LG, és a Samsung szerint ezért tart még évekig, mire egy piacképes modellt el tudnak készíteni.

A 3D kép előállítása egy single view kijelzőnél a következő módon történik: a két view zónáját úgy alakítják ki a gyártók, hogy azok pontosan egymás mellett legyenek: így az ember szemei közötti távolságot is figyelembe véve az optimális nézési pontról mindkét zónát csak az egyik szemünkkel látjuk. Ha közelebb megyünk az optimális távolságnál, akkor a fényerő csökkeni fog, majd a kép (de legalábbis egy része) teljesen eltűnik, ha messzebb megyünk, akkor pedig mindkét szembe eljut mindkét kép, vagyis a 3D „szétesik”.

Egy multiview kijelző esetében a gyártók több zónapárt alakítanak ki, és ezeket teszik szépen sorban egymás mellé. A multiview 3D kijelzőknél az egyes nézőpontokat általában csak horizontálisan választják el a gyártók, bár reklámcélokra létezik néhány olyan típus is, amelyek vertikálisan is képesek zónázni. A parallax barrier és a lentikuláris szűrők kialakítása olyan, hogy az egyes view-khoz tartozó zónák ismétlődnek, egy három view-s tévénél például 1-2-3-1-2-3 sorrendben követik egymást, ahogyan a kijelző előtt elhaladva nézzük a képet. Hogy a sor hányszor ismétlődik, az természetesen azon is múlik, hogy egy adott panel hány view-t tud egyszerre megjeleníteni. A zónákat egymás melletti körcikkelyekként képzeljük el! A gyártók a bal és a jobb szem számára készült képeket egyaránt zónákra osztják (de természetesen a zónák tartalma szemenként ugyanaz), és az optikai szűrőt úgy állítják be, hogy a két szem számára készült képek optimális nézési helyei a tévé előtt találkozzanak, ahogyan az a lenti képen is látszik. Ennek a kialakításnak köszönhetően egy autosztereoszkóp tévé előtti tér jellemzően három szegmensre osztható fel; a középső, optimális nézési területet tartalmazó térre, valamint az ennek a két oldalán elhelyezkedő, csak a bal vagy csak a jobb szemnek szánt képeket tartalmazó részre.

A trükk a dologban az, hogy a zónák számának növelésével az optimális nézési zóna szélesíthető, ugyanakkor ezt alkalmazva csökken a felbontás, és a különböző mellékhatások is fokozottan jelentkeznek, amiből főleg a zónahatároknál lévő durva képváltás lehet a kellemetlen, de legalábbis ez jelenti egyelőre a legnagyobb gondot.

További problémák

A fentiekből jól látszik, hogy bár a szemüveg nélküli 3D megjelenítők előállításához a technológia adott, a tökéletes képletet mégis nagyon nehéz összerakni, ugyanis rengeteg dologra kell odafigyelni a tervezés során. A legnagyobb mozgásteret nyilván az adja mindenki számára, hogy az egyes view-khoz tartozó képpontokat a kijelzőn szinte bármilyen módon el lehet helyezni, azonban nem elég a jó disztribúció, szükség van a kép speciális feldolgozására, többek között egy kiváló élsimító algoritmus megtervezésére is. Emellett a subpixel alapú vezérlésnél további kihívást jelent, hogy olyan szűrőkonfigurációt kell találni, ahol nemcsak az egyes képpontok fényereje, hanem azok színe is stabil marad.

Összegzés

A szemüveg nélküli 3D a tervezési nehézségek ellenére már itt van, minőségben azonban egyelőre még nem veszi fel a versenyt sem az aktív sem a passzív szemüveges 3D rendszerekkel. A jövő sokak szerint kétségtelenül egy autosztereoszkóp megoldás felé mutat, mi ugyanakkor nem vagyunk benne biztosak, hogy a 3D e típusa valóban hamar eljut arra a szintre, amikor már komolyan kell vele számolni.