Дверь в третье измерение. Большое возвращение стереоскопической технологии 

Теория Дверь в третье измерение. Большое возвращение стереоскопической технологии  104.05.2009 05:02  |  как бы странно это ни звучало, но главной проблемой новых очков NVIDIA являются сами игры — большинство из них разpaбатывалось без учета стереоэффектов. Увы, не стоит надеяться, что старые игры смогут предоставить адекватное стерео, GeForce 3D Теория

Матушка-природа наградила человеческую расу двумя руками, двумя ногами и одной головой. И еще двумя глазами. Глаз, кстати, две штуки получилось неспроста: расположены они под углом друг к другу, и каждый видит не всю картину мира, а только ее часть  поэтому чем больше глаз, тем проще ориентироваться в прострaнcтве. Ну а поскольку глаза не уши и находятся рядом, их картины мира частично перекрываются. Это «перекрывание» и создает стереоэффект  мы видим предметы не плоскими, а объемными, и можем даже оценивать расстояния между ними.

Слово «стерео» пришло из греческого языка  в переводе на русский греческое «stereos» обозначает «сплошной», «цельный». Стереовидение позволяет нам получать наиболее цельную картину мира  оценивать размер окружающих предметов и их расположение в прострaнcтве. Благодаря такому восприятию мы не врезаемся в деревья и дверные косяки, спокойно достаем пальцем до носа (разумеется, в трезвом состоянии) и можем даже прикинуть, куда упадет сосулька, и вовремя отпрыгнуть.

Представляем удивление публики на показе первого стереофильма в 1922 году  леди и джентльмены, должно быть, попадали со своих стульев. Хотя держать в руках некое громоздкое устройство на протяжении всего сеанса, наверное, было не очень-то удобно.

Американская академия офтальмологии выяснила, что многие привычные занятия напрямую зависят от стереовидения и были бы невозможны, если бы наши глаза были устроены иначе. Только представьте: без стереовидения было бы очень затруднительно или даже совсем невозможно водить машину, участвовать в спортивных играх, стрелять из рогатки, работать дантистами, хирургами и даже официантами или продевать нитку в иголку. Мы перечислили лишь малую часть!

В общем, сложно представить себе жизнь без привычной «трехмерности». Тем не менее картинка на экранах мониторов, телевизоров и кинотеатров до сих пор остается двухмерной  то есть на самом-то деле совершенно неестественной для человеческих глаз. И как бы ни старались программисты, все великолепные трехмерные миры остаются плоскими и воспринимаются объемными лишь потому, что все давно к этому привыкли.

Впрочем, попытки перенести стереоэффекты на гoлyбой экран были предприняты еще в 1920-х годах. Первым фильмом с поддержкой стереоизображения принято считать монохромную картину «Сила любви», представленную публике в театре Ambassador Hotel 27 сентября 1922 года в Лос-Анджелесе. Именно там зрителям впервые раздали допотопные картонные очки с разноцветными пленками и заставили через них смотреть. Эффект, правда, не сильно порадовал публику  но по крайней мере начало было положено.

Развивалась технология медленно  в 1950-1980-х годах обычные линзы были заменены поляризованными, но эффекты все еще оставались на зачаточном уровне. И все же картинка в стерео притягивала людей явно больше стандартного плоского изображения. Выплывающие за границы экрана челюсти в фильмах ужасов, падающие балки, взрывающиеся вертолеты и вылетающие paкеты в боевиках заставляли зрителей вздрагивать и вжиматься в спинки кинотеатров с удвоенной силой  поэтому технологию продолжали совершенствовать.

По экрану на глаз

Создатели игр заинтересовались стереоэффектами намного позже  когда компьютеры достигли нужного уровня производительности. К сожалению, «быстрым успехом» их разработки никак не назовешь  но все равно развитие получилось куда более динамичным, чем в «киносегменте».

Самые популярные технологии на рынке стереоизображения  это очки с поляризованными фильтрами. Их очень легко сделать, поэтому их так любят использовать кинотеатры. Технология проста: два проектора отображают на дисплее одну и ту же картинку через ортогональные поляризационные фильтры, а очки со специальными цветными стеклами разделяют эти поляризованные картинки и отправляют каждую в нужный глаз. В итоге мозг «собирает» изображение из кусочков так же, как если бы вы смотрели не на экран, а на поляну с одуванчиками,  и в итоге вы получаете привычное стереоизображение.

Одним из немногих прошлогодних фильмов в 3D стала картина «Путешествие к центру Земли 3D», где герой Брендона Фрейзера отправился... к центру Земли. Зрители могли насладиться продвинутыми стереоэффектами в современных кинотеатрах.

Звучит красиво, да? Но в реальности такая технология работает не очень хорошо: зрителям приходится не только надевать на себя очки, но и держать голову ровно и не наклонять ее во время сеанса, иначе необходимый эффект пропадает. Зато такой метод позволяет одновременно смотреть фильм целой толпе людей  лишь бы очков на всех хватило.

Есть, впрочем, и куда более сложный (и потому куда более дорогой) способ сделать из плоской картинки объемную  очки с ЖК-дисплеями. Использоваться они могут, правда, только в паре с компьютером, поэтому круг потенциальных пользователей сильно сужается  зато эффект получается несравнимо лучше. Размещенные перед глазами пользователя жидкие кристаллы и фильтры умеют затемняться при подаче напряжения (в ином случае они прозрачные), и попеременное затемнение линз в соответствии с частотой обновления дисплея компьютера позволяет глазу воспринимать лишь ту часть картинки, которая для него предназначена. Устройства подобного класса необходимо контролировать для достижения нужного эффекта  очки соединяются и синхронизируются с компьютером через проводной или инфpaкрасный канал.

Очки с ЖК лишены многих недостатков поляризационных технологий  они не изменяют цвет картинки, не создают шлейфов за объектами на экране и не искажают размеров  однако и стоят они ощутимо дороже. Кроме того, подобные устройства могут работать лишь с высокочастотными мониторами  именно поэтому многие наработки в этой области не пережили стадию инженерных образцов.

Стереоэффекты придают объем и глубину картинке на экране. Казалось бы, непонятная конструкция в форме обычных очков  но стоит один раз попробовать ее в действии, и играть по старинке уже не захочется.

Что мы видим?

Стереоскопическое (или бинокулярное) зрение не только позволяет видеть объем предметов и оценивать расстояние, но и существенно расширяет границы восприятия. Чем дальше глаза расположены друг от друга, тем больше всего видит их обладатель. Так, например, угол зрения человека составляет всего 56º, и потому он не увидит даже собственных ладоней, если разведет руки в стороны. А обычная домашняя муха может видеть абсолютно все прострaнcтво вокруг себя, не поворачивая головы. Кстати, различимыми (и осознаваемыми) становятся только те предметы, которые попадают в зону видимости обоих глаз одновременно. Та же зона, которую «покрывает» только один глаз, становится периферической,  в принципе, мозг воспринимает все, что там видит глаз, но обpaбатывает только «вскользь». Поэтому, например, мяч, прыгающий прямо перед глазами, воспринимается как мяч, а мяч, прыгающий где-то справа,  просто как какое-то движение.

Уроки прошлого

Многие из тех, кто давно следит за развитием технологий, наверняка помнят очки Elsa 3D Revelator. Компания Elsa представила их в 1999 году в паре со своими видеокартами на основе NVIDIA Riva TNT2. Устройство стоило в три раза дешевле существовавших конкурентов, при этом было создано специально для популярных в то время моделей видеокарт. Нужно ли говорить, что 3D Revelator наделали много шума?

Очки были доступны в двух вариантах  с проводным и беспроводным подключением к компьютеру. В комплект входили все необходимые драйвера, да и разъемов было на все случаи жизни. И, что немаловажно, очки умели работать со всеми моделями Riva TNT2 на рынке  производитель быстро снял блокировку драйверов. Так почему же технология канула в Лету и до сих пор не высовывалась с задворков истории? Все очень просто: от этой парочки быстро уставали глаза.

Так выглядит стандартное стереоизображение в современной игре. Оно слегка двоится, если смотреть на него без очков,  это стандартный эффект наложения двух картинок для последующего вывода в разные глаза.

Дело в том, что очки с ЖК-дисплеями делят частоту обновления экрана монитора пополам  то есть каждый глаз видит только одно из двух соседних обновлений картинки. Следовательно, монитор с поддержкой частоты обновления, например, 120 Гц обеспечит лишь 60 Гц на каждый глаз. В то время рынком правили мониторы на основе электронно-лучевой трубки и предоставить частоту обновления в 120 Гц при более или менее высоких разрешениях могли далеко не все. Вторым ограничением стала скорость видеокарт  Riva TNT2 справлялась с обработкой стереоизображения при разрешении не более 800х600 точек. Ну и, наконец, разработчики самой Elsa изрядно напортачили  очки 3D Revelator определялись как дополнительное устройство и прописывались в таблицу прерываний (IRQ). Поэтому, как только в системе обнаруживались более зависимые от IRQ устройства, канал под 3D Revelator перекрывался. Жаль, но эти факторы поставили крест на 3D Revelator  глаза пользователей очень быстро уставали из-за низкого разрешения и частоты обновления, и очки уже через месяц забрасывались на дальнюю полку.

Примерно в то же время свои ЖК-очки VR100 представила компания ASUS. Устройство подключалось к компьютеру при помощи провода и умело работать с видеокартами класса Riva TNT2 в играх под DirectX и OpenGL. Очки можно было купить отдельно, плюс они прилагались в комплект к самым дорогим моделям видеокарт с приставкой Deluxe. ASUS VR100, к счастью, не страдали от «ошибок с прерываниями» и некоторых других известных проблем Elsa 3D Revelator, но и у них были недостатки. Основной недоработкой стали сырые стереодрайвера: часто человек, потративший кучу денег на дорогие устройства, вынужден был еще мучиться с многочисленными программными ошибками, не получая от этого, разумеется, никакого удовольствия... В общем, очки пользовались довольно умеренной популярностью и с появлением ЖК-мониторов постепенно исчезли с прилавков.

В то же время очки конкурентов не могли похвастаться даже мало-мальской популярностью из-за высокой цены, несовместимых драйверов и отсутствия поддержки ключевых игр того времени. Так, индустрия постепенно отказалась от идеи использовать стереоизображение для придания объема играм  и очки закрепились только в кино. Да и там, надо признать, зафиксировались не слишком цепко: ежегодно на экраны выходит буквально несколько фильмов в 3D (с поддержкой стереоэффектов и очками в кинотеатрах), показывают их далеко не в каждом кинотеатре, а билет на сеанс стоит в среднем вдвое дороже обычного. В общем, удовольствие на любителя.

Так выглядели очки для просмотра «трехмерных» фильмов в кинотеатрах на рубеже тысячелетий. Каплевидная форма оправы и плавные обводы дужек выдают 80-е годы прошлого века со всеми потрохами.	Очки из комплекта GeForce 3D Vision выгодно отличаются от всего, что было выпущено ранее: они выглядят в меру современно и вполне симпатично. По крайней мере ваша бабушка точно не испугается, если застанет вас за игрой в Fallout.

Цвет волшебства

На самом деле никакого цвета в природе нет  его придумали рептилии. Именно у рептилий впервые появились дополнительные чувствительные рецепторы в глазу  колбочки  способные не только отличать освещенный объект от неосвещенного, но и измерять яркость света в разных спектрах. Данные об этом передаются в головной мозг, а он уже придумывает для них простые, емкие и интуитивно понятные обозначения  как раз такие, как цвет. Рептилии и птицы различают больше всего цветов  помимо красных, синих и зеленых колбочек (по основным цветам спектра) у них есть еще специальные колбочки, различающие ультрафиолет. Мы, люди, и наши братья-приматы занимаем почетное второе место  у нас есть три вида колбочек и врожденная способность видеть более ста миллионов оттенков. Следом за нами идут парнокопытные травоядные: они, конечно, не видят красного, но зато могут различать столько оттенков зеленого, что нам и не снилось. Хищники (особенно ночные) видят мир пpaктически монохромным, им нужнее четкость и контрастность. Зато и обоняние у этих ребят острее нашего в десятки раз  надо признать, достойная замена зрению. Яркое весеннее утро. Вы с котом сидите на подоконнике и смотрите на воробья, чирикающего на карнизе. Картинка слева  то, что видите вы, справа  то, что видит ваш кот.

Возвращение блyдной технологии

Старые игры (вроде невероятной Psychonauts) умеют взаимодействовать со стереоочками, однако ожидать сверхзахватывающих спецэффектов не стоит. Для того чтобы прочувствовать трехмерный мир, разработчикам игр придется трудиться бок о бок с NVIDIA.

С приходом ЖК-мониторов с частотой обновления 60 Гц о стереоэффектах пришлось забыть  по 30 Гц на каждый глаз не смог бы выдержать даже самый суровый любитель игр. Однако в прошлом году на рынке телевизоров и мониторов наметилась новая тенденция: производители начали «выкатывать» модели с частотой обновления до 120 Гц. Маркетинговые отделы уже взяли нововведения на заметку  модели с поддержкой высокой частоты обновления продвигаются под видом самых резких, самых четких, самых-самых. В то же время разделение частоты 120 Гц на два не приведет к снижению комфортности, так как ЖК-мониторы используют иной принцип и не утомляют глаза при стандартных 60 Гц  дорога для стереоэффектов открыта.

В конце прошлого года компания NVIDIA воскресила стереотехнологию на выставке NVISION  публике был представлен комплект GeForce 3D Vision. Выглядит этот самый комплект довольно занятно: черные пластиковые очки с фирменными зелеными вставками (смотрятся они достаточно интересно, хотя на улице в таких лучше не показываться) и коробочка-передатчик, мигающая красной лампочкой. Устройство соединяется с компьютером по инфpaкрасному каналу (передатчик подключается к интерфейсу USB). В комплект входят также кабели для подзарядки аккумулятора очков, трехконтактный кабель VESA для синхронизации с DLP, две накладки на нос с разной силой прижима (чтобы не оставалось никаких окон во внешний мир), защитный чехол и переходник DVI-HDMI.

Такие стереокартинки лет шесть назад печатали даже на школьных тетрадках. Для того, чтобы увидеть на них объемное изображение, надо сначала ткнуться в картинку носом, а потом медленно отводить ее от себя, стараясь не фокусировать взгляд.

Разработчики уверяют, что встроенного аккумулятора хватит на 40 часов непрерывной игры без подзарядки. Проверить это довольно затруднительно, так что придется верить на слово. Заявленная дальность работы передатчика составляет 6 метров, и этого более чем достаточно для среднестатистической комнаты. Кстати, желающие смогут подключить несколько очков к одному компьютеру и использовать их одновременно.

Комплект GeForce 3D Vision продается за $200. С одной стороны, это сравнительно недорого, с другой  к этой сумме придется добавить адекватный ЖК-монитор с поддержкой частоты обновления 120 Гц и двухкaнaльным выходом DVI. Необходимые любителям стереоизображения модели пока представили только Samsung и ViewSonic (они стоят порядка $400), желающие смогут приобрести полноценный комплект с монитором и очками.

Однако список необходимых для работы GeForce 3D Vision требований не заканчивается на совместимом мониторе. Технология будет работать только в паре с видеокартами NVIDIA начиная с GeForce 8800 GT; поклонникам продукции AMD придется дождаться появления аналогичного устройства для ATI Radeon (ждем анонсов). Кроме того, пока что комплект поддерживает конфигурации только с одной и двумя видеокартами  продвинутые системы с 3-Way SLI остаются за бортом (надо полагать, этот недостаток будет исправлен в будущем). Стереорежим заметно снижает производительность видеокарты, так что владельцам слабых моделей на GeForce 3D Vision лучше не смотреть. Наиболее оптимальной по соотношению цена/скорость моделью для работы технологии является GeForce GTX 260.

Проблем с установкой GeForce 3D Vision нет никаких. Шаманские танцы вокруг редактирования реестра для внесения поддержки новых игр остались в прошлом: все, что придется сделать,  достать все компоненты из коробки, подключить их и запустить установочный CD. Мастер настроек проведет через все стадии установки, определит монитор, протестирует функциональность. NVIDIA обещает выпускать своевременные обновления программного обеспечения, исправлять найденные ошибки и вообще всячески развивать технологию.

Эволюция зрения

Самыми первыми «видящими» существами считаются фотосинтезирующие простейшие: у них есть специальный глазок, отличающий свет от тени, благодаря которому зверушки могли плавать по всей луже вслед за уходящим солнышком. Рыбы способны отличать не только свет от тени, но и несколько цветов (колбочек в глазу у них нет)  однако далеко они не видят, и мир для них абсолютно плоский. Птицы и рептилии различают все цвета спектра и очень точно определяют расстояния и объем предметов  у них, пожалуй, самое лучшее зрение на планете. Млекопитающим повезло меньше: в результате какой-то мутации они порастеряли часть цветных колбочек, и теперь видят весьма ограниченное количество цветов. Хуже всего пришлось ночным хищникам (большинство из них видит черно-белый мир) и мелким грызунам (у этих еще и контрастность «изображения» низкая). Человек, вершина эволюции, хоть и видит все цвета основного спектра, но особой остротой зрения не отличается. Зато у нас есть то, чего нет у большинства земных тварей: мы видим мир объемным. Именно объемное зрение позволило развиться абстpaктному мышлению (а значит, и человеческой цивилизации в принципе).

Овчинка стоит выделки?

Несколько лет назад группа художников из Амстердама придумала новый стиль «будничной живописи»  они стали рисовать мелом на асфальте «трехмерные» картинки. Если посмотреть на них на них с нужной точки, такие рисунки выглядят по-настоящему объемными.

Спешим расстроить самых ярых фантазеров  очки не отправят вас в виртуальную реальность, и даже не заставят ужасных монстров выползти за пределы монитора. Все, что они могут сделать,  это придать играм глубину и объем. Ощутить огромные открытые прострaнcтва Far Cry 2 и Crysis, осмотреть объемный мегаполис с крыши дома Mirror’s Edge  привычные сцены в очках GeForce 3D Vision смотрятся и ощущаются куда глубже. Отказаться от стереоэффектов, попробовав устройство в действии, не так просто. Объекты кажутся осязаемыми, их хочется потрогать. Разумеется, далеко не все игры могут похвастаться подобной поддержкой  лучше всего GeForce 3D Vision работает в играх на движках Source (Half-Life 2) и Gamebryo (Fallout 3).

Вообще, как бы странно это ни звучало, но главной проблемой новых очков NVIDIA являются сами игры  большинство из них разpaбатывалось без учета стереоэффектов. Увы, не стоит надеяться, что старые игры смогут предоставить адекватное стерео, GeForce 3D Vision служит скорее отправной точкой для дальнейшего развития технологии. Так что остается только надеяться, что с релизом устройства дела пойдут в гору. Повышенное внимание NVIDIA к разработчикам игр может оказаться очень кстати  было бы здорово, если бы логотип The Way it’s Meant to Be Played начал означать поддержку всех современных технологий компании, включая GeForce 3D Vision и физические эффекты PhysX.

Еще один очень важный момент  падение производительности при использовании стереоэффектов. Как и следовало ожидать, нагрузка на ЦП и видеокарту с использованием GeForce 3D Vision существенно возрастает, и ничего с этим не поделать. Например, GeForce GTX 280 теряет примерно половину своей мощности. Одним из самых популярных игровых разрешений в данный момент является 1680х1050  с включенными стереоэффектами видеокарта обеспечивает порядка 35 fps в World in Conflict, 50 fps в Left 4 Dead. Отсюда можно оценить примерный уровень производительности видеокарты для всех 22-дюймовых мониторов  использовать слабую модель точно не удастся.

Да, кстати. Стереоочки NVIDIA умеют работать не только с играми, но и с фильмами. И даже поддерживают различные видеоплееры вроде 3dtv Stereoscopic), которые позволяют просматривать полноэкранные трехмерные фильмы. Как, вы еще не видели трехмерного «Вольта»?

В светлое будущее!

NVIDIA активно сотрудничает с девелоперами и поставляет им стереоскопическое оборудование для создания новых игр. Первые игры с поддержкой новых стереоэффектов появятся уже в этом году  игровое окружение в них сможет выходить за пределы экрана, как в трехмерных фильмах. Стоит ли говорить, что, когда это случится, привлекательность комплекта многократно возрастет?

В данный момент покупка очков может встать в кругленькую сумму  помимо самого комплекта GeForce 3D Vision, вам понадобится соответствующий монитор и мощная видеокарта не ниже GeForce GTX 260. Следовательно, позволить себе подобное удовольствие смогут далеко не все. Да и игр с нормальной поддержкой технологии пока не так уж много.

Тем не менее вернувшаяся технология NVIDIA способна перевернуть рынок компьютерных игр  начало положено. Хочется надеяться, что так и случится в самом ближайшем будущем. По крайней мере разработчики открыто заявляют о своей активной позиции и не собираются останавливаться на достигнутом.

Если бы не стереоскопическое зрение, мужчины никогда бы не смогли по-настоящему насладиться объемом женских прелестей.	Искажение перспективы  одна из главных проблем современной оптики. Хочешь снять объем  а выходит плоскость... возможно, стереовидение решит эту проблему. И лишит наконец многочисленных Художников этого чудесного творческого приема.

Играем в 3D

Список поддерживаемых комплектом GeForce 3D Vision достаточно велик  сегодня он состоит более чем из 300 игр. Среди которых F.E.A.R., Fallout 3, Far Cry 1/2, Mass Effect, Mirror’s Edge, Grand Theft Auto 4, BioShock, Call of Duty 4: Modern Warfare, все части Need for Speed, вышедшие за последние пять лет, FlatOut 1/2. C полным списком поддерживаемых игр можно ознакомиться на официальном сайте NVIDIA (www.nvidia.com) в разделе GeForce 3D Vision. Не все игры рождены трехмерными. Но уже сегодня список потенциально «стереоскопических» игр насчитывает сотни названий.