|
|
В.Ю. Татур
Преимуществами проекта «МИССИЯ», о котором я писал в статье «15 лет проекту «СКИФ»: история и итоги», кроме технологического базиса «микроэлектроники Александра Тарана» были и конкретные бизнес проекты.
Одним из самых впечатляющих был проект трехмерного телевидения. Главным его идеологом и разработчиком был Андрей Александрович Лукьяница – выпускник ВМК МГУ (факультет Вычислительной математики и кибернетики), кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник ВМК МГУ, автор более 90 научных работ, включая один учебник и три монографии.
То, что он предлагал еще в 1996 году (а патент был получен в 1999 году), был не прожект, а реализованная технология, которая нуждалась лишь в быстром конверторе (преобразователе). Прототип этого трехмерного телевизора, выпущенного российской компанией NeurOK, в которой работал А.А. Лукьяница, стоял в 2004 г. у меня в офисе. Всем потенциальным инвесторам, которые в то время как бы интересовались российскими разработками, я показывал возможности этой технологии, поскольку был изготовлен не только сам 3D монитор, но и рекламные ролики для него.
На фотографиях 1, 2, 3 представлены образцы 3D-монитора, выпущенные российской компанией NeurOK по технологии А.А. Лукьяницы.
В чем же была изюминка этого проекта? И почему он стоял в офисе предприятия «Суперкомпьютерные системы» и был частью проекта «МИССИЯ»?
Если кратко: для 3D телевидения не нужны были очки, и для расчета объемного изображения в реальном времени не хватало мощности компьютеров.
Но, все-таки, немного истории.
Трехмерные мониторы
В то время появилось много технических решений для 3D мониторов.
По данным исследований тех годов, проведенных компаниями iSuppli/Stanford Resources, объем поставок 3D-дисплеев различных типов на рынок должен был возрастать на 18% ежегодно — с ожидаемых 2,9 млн. штук в 2004 г до 8,1 млн. в 2010 г. Правда эти оценки не подтвердились: на 2009 год весь мировой рынок 3D-дисплеев, например американская исследовательская компания Display Search, оценивала в 40 000 единиц ($15–20 млн). Но в том же 2009 г всемирная Ассоциация производителей техники формата Blu-ray утвердила стандарты дисков для трехмерного кино. Тогда же Display Search сделала новую оценку: за 10 лет мировые продажи 3D-мониторов должны вырасти до 10 млн единиц в год ($5 млрд).
До изобретения Андрея Лукьяницы для отображения 3D-графики приходилось использовать, в частности, так называемый «анаглифический» режим, в котором трехмерное изображение просматривалось через очки с синим и красным фильтрами, специальные видеокарты с очками, надеваемые мониторы-очки и другие технологии.
В те года многие компании, среди которых были такие известные как Sharp, NEC, Sun Microsystems, выпустили на рынок свои варианты трехмерных дисплеев.
Компания Sharp представила свой первый ЖК-монитор, позволяющий просматривать высококачественную реалистичную 3D-графику без использования специальных очков. Новый монитор LL-151–3D, поставки которого на рынок тогда уже начались, позволял «естественным» образом отображать объемную графику с высоким уровнем детализации, становясь полноценным «окном» в трехмерный мир. Главное техническое решение Sharp состояло в том, что использовался параллаксовый барьер, который, наравне со специальным жидким кристаллом, как раз и обеспечивал при его включении возможность изменять двухмерное изображение на 3D. Технология использовала тот факт, что левый и правый глаз человека видят различные картинки. Контролируя и меняя направление света, исходящего от дисплея, как раз и можно получать эффект трехмерного изображения. Направление лучей света, которые исходят от дисплея, переключались при помощи жидких кристаллов.
Схема прохождения лучей при подключении кристалла и без него, а также их совмещения при попадании в человеческий глаз
Но, у данного решения были и недостатки. Получить правильное трехмерное изображение пользователь мог только в том случае, если точка, с которой он смотрит, расположена прямо перед экраном.
Компания Sun Microsystems продолжала экспериментировать с созданием принципиально нового пользовательского интерфейса. Проект, получивший название «Зеркало» (Project Looking Glass), предполагал разработку так называемого трехмерного десктопа, больше похожего на реальное пространство, нежели на сгенерированное компьютером плоскостное изображение.
Компании NEC в те годы удалось разработать дисплей для ноутбуков, способный отображать трехмерные изображения без применения специальных стерео очков. В основе технологии — применение специального прозрачного ЖК экрана, размещенного поверх традиционной ЖК панели. В результате, при отображении обычного контента вроде web-страниц, изображение остается двумерным, однако, при переключении в специальный 3D режим становится возможным просматривать трехмерные фотографии или играть в трехмерные игры. Более того, обычные 2D изображения также могли быть конвертированы в 3D с помощью специально для этого случая разработанного ПО Mercury3D от одной из софтверных компаний префектуры Чиба (Chiba Prefecture). Принцип работы программы был прост: для получения 3D эффекта изображение делится на тонкие горизонтальные полосы, после чего проецируется на экран со сдвигом, в соответствии с восприятием левого и правого глаза.
3D телевидение
Но все это делалось не в реальном режиме времени, т.е. такие технологии нельзя было использовать для преобразования потока информации в реальном времени, в том числе двумерного изображения в трехмерное, чтобы создать не просто полноценное трехмерное телевидение, но и адаптировать его к существующему телевизионному изображению.
Рынок требовал ( и, по-моему, до сих пор требует) создания таких программно-технических комплексов, которые могли бы в реальном времени преобразовывать двумерные изображения размерностью 1024х1024 со скоростью 100 кадров в секунду. Это позволило бы резко увеличить рынок 3D дисплеев и 3D конверторов для них, поскольку позволило бы без изменения кино- и теле-индустрии поставить в каждый дом 3D телевизор (3Dтелевизор= 3Dконвертор+3Dмонитор).
Технология формирования 3D изображения, которую разработал Андрей Лукьяница, состояла в том, что монитор представлял из себя две жидкокристаллические панели, разделенные специальной маской, на которые подаются согласованные сигналы, управляющие изображениями для левого и правого глаз.
Согласованные сигналы формируются на основе нейросетевых алгоритмов.
Идея была в том, чтобы создать 3D конверторов используя две технологии:
- реконфигурируемых вычислительных модулей, разработка которых завершилась в рамках проекта «СКИФ», и
- технологию многокристальных модулей, разработанную Александром Ивановичем Тараном, которая позволяла миниатюризировать конвертор и сделать его дешевым.
По нашим оценкам для решения поставленной задачи нужна была производительность не менее 300 млр.операций в секунду, что делало себестоимость конвертора (для 2004 г) не более 800-1000$ при потребляемой мощности 100-150 Вт. Сегодняшние оценки значительно снижают себестоимость такой приставки и ее потребляемую мощность.
А тогда целью этого подпроекта проекта «МИССИЯ» было создание приставки к 3D монитору, обеспечивающей в реальном режиме времени без изменения индустрии производства телепрограмм конвертацию (перевод) 2-х мерного изображения в трехмерное, которое можно будет наблюдать без специальных очков. Образ этого отдельного устройства был такой: тонкий параллелепипед, который с одной стороны подключен к антенне ТВ, а с другой имеет два выхода на каждый из экранов 3D монитора.
То есть задачей подпроекта вкратце было:
- Без изменения индустрии производства телепрограмм и фильмов
- В реальном режиме времени
- Без специальных очков
массовое 3D телевидение.
Областями применения 3D конверторов были инженеры-проектировщики, архитекторы, картографы и специалисты в области обработки данных дистанционного зондирования, военные, медики и специалисты по компьютерной графике, любители кино, геймеры. А также – все телезрители.
С помощью новой технологии можно было создавать настенные панели с изменяемым трехмерным изображением, динамическую рекламу, новые мобильные телефоны, очки для проигрывания двумерных DVD фильмов, приставки для видеоигр без их предварительной конвертации, тренажеры и т.д.
По нашему мнению исключительные потребительские качества находились в самом названии - 3D конвертор:
1. Перевод имеющегося двумерного изображения ТВ сигнала в трехмерное в реальном времени.
2. Стоимость – доступна большинству пользователей ТВ в Европе, США, Японии, Кореи и т.д.
3. Размеры – с видеоплейер.
4. Потребляемая мощность – не более 150 Вт, а может быть и ниже в зависимости от используемой технологии производства кристаллов
5. Преемственность – при переходе на другую технологию производства СБИС не меняется программное обеспечение, но изменяются (уменьшаются) другие характеристики: стоимость, размеры, потребляемая мощность.
Были разработаны: бизнес план, сетевой график проекта и т.д. Но в России это оказалось никому не нужно.
А компания NeurOK, в 2007 г. создала СП с тайваньской Chi Mei Optoelectronics, четвертым в мире производителем ЖК-панелей. Компанию, как и ее мониторы, назвали IZ3D — читается как «easy 3D», или «легкая трехмерность». Но это уже была другая технология – с очками. В этой технологии был так же экран с двумя ЖК-панелями, но уже устроенными по другому принципу: для каждого глаза была предназначена картинка, переданная поляризованным светом. Глаз видел «свою» картинку и не видел «чужую» сквозь стекла, пропускающие свет только с определенным углом поляризации. Эти изменения позволили увеличить глубину стереоизображения, но платой за это стала необходимость использования очков. Очень похоже на то, так показывают зрителю объемное изображение в современном кино стандартов IMAX и Real3D.
В декабре 2008 года долю в капитале IZ3D в обмен на $5 млн инвестиций получил венчурный фонд «Тройки Диалог». В 2009 году основные продажи мониторов IZ3D приходились на американский рынок: они продавались на Amazon.com и в сети магазинов Walmart по цене около $400.
Но, поскольку их применение было ограничено и к тому же случился кризис, то деятельность компании не сложилась. Да и на рынок вышел крупный американский производитель 3D-видеокарт Nvidia, которая выпустила очки 3D Vision, превращающие обычный монитор в трехмерный. Предложенная Nvidia программа, которую пользователь должен был установить себе на компьютер, подавала на экран поочередно две картинки — для правого и левого глаза, а шторка электронного «затвора» в очках перекрывала «лишнее» изображение. И это все за $200.
Но технология с очками не имеет будущего, если будет доработана технология без очков, да еще и создан 3D конвертор.
Настоящее
Хотя сегодня 3D-телевизоры и компьютерные мониторы превратились из экзотики в довольно распространённые продукты, но они требуют очков — пассивных или активных. И это их самый большой недостаток.
Но есть и системы без очков, основанные на том, что камера постоянно отслеживает положение зрачков пользователя. Встроенный в дисплей процессор формирует различные изображения для левого и правого глаза, что и позволяет добиться эффекта объёма. Главная проблема этих устройств в том, что если зритель быстро перемещается или меняет положение головы, изображение кажется искажённым и нестабильным. Слаба вычислительная система, которая не успевает подстроить характеристики картинки в режиме реального времени. В итоге пользователям приходится находиться на определённом расстоянии до экрана, стараясь не делать резких движений.
Однако уже, возможно, найден выход из ситуации, который предложен во Фраунгоферовском телекоммуникационном институте (Германия). Там создана технология обработки изображений, позволяющая видеть стереоскопическую картинку без очков на любом удалении от экрана. Но и здесь все связано с определенным программным обеспечением, а следовательно, с быстротой вычислительной системы. Предложенная система в зависимости от положения зрителя заново высчитывает характеристики индивидуальных субпикселов таким образом, что наблюдатель попросту не видит искажений. То есть появляются дополнительные точки обзора, с которых можно видеть полноценное стерео, меняя при этом расстояние до экрана и перемещаясь из стороны в сторону. Более того, сейчас технология рассчитана на формирование 3D-изображения сразу для 5 зрителей, находящихся на удалении от 30 см до 6 м по отношению к экрану.
И очки при этом не нужны.
Но сейчас 2013 год, а возможность создать целую индустрию 3D телевидения была в 2004 году. И не где-то в западных каменных джунглях, а у нас в России.
Но в России, как тогда, так и сейчас новые технологии не нужны. Конечно, если знать реальное положение дел, а не телевизионную картинку про инновационный шаманизм правительства.
Краткая презентация на 2004 год доступена в формате PPS (370Кб)
Алексей Калиниченко, Павел Воронин, «Перегнать, не догоняя», "Компьютерра" №13 от 05 апреля 2006 года , формат PDF (144Кб)
A. A. Luk’yanitsa, Image synthesis for autostereoscopic systems, Computational Mathematics and Modeling, Vol. 23, No. 2, April, 2012, формат PDF (1576Кб)
В.Ю. Татур, Трехмерное телевидение Андрея Лукьяницы // «Академия Тринитаризма», М.,
 |