В рубрику "Экономика и менеджмент" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Илья Вербовский
Журналист
В прошлом номере нашего журнала была опубликована первая часть размышлений Ильи Вербовского на тему российского мобильного рынка и проекта StereoStep. Мы публикуем вторую часть статьи, в которой автор рассматривает проблему разработки стереовидения
Мобильный бизнес
Вернемся к делу. Реальная обстановка в отечественном МБ показывает следующее:
Немного о делах со стерео
Ведущие разработчики/производители экранов всевозможных форматов уже давно озаботились трехмерной визуализацией изображений. Раздельно и в кооперации (сейчас в мире действуют несколько мощнейших национальных и международных альянсов) для решения этой технической проблемы мобилизованы громадные денежные средства и интеллектуальные силы; бюджеты профильных оптико-технологических лабораторий исчисляются миллионами долларов. В работу вовлечены все ведущие университеты мира, специальным поиском отслеживаются частные и "незапланированные" успехи отдельных исследовательских групп: их результаты быстро становятся употребленными ведущими игроками. На этом "празднике жизни" бывший СССР по-прежнему в полной блокаде: мизерные грантики на глазоотводные темки, тотальный надзор за работами и сманивание чего-то стоящих специалистов - вот и все "запланированное" для него участие (по факту, господа, строго по факту!).
Стоит отдельно сказать, что концентрация "китов", их ожесточенная конкуренция и всесторонняя циничность имеют прямое денежное измерение: по самым разным оценкам, объем медийного рынка (и смежных с ним сфер), ориентированного на 3D (объемность/трехмерность изображений), по минимуму оценивается в S65 млрд и более в год -сравнимо с оружейным бизнесом! Главное направление работ: автостереоскопия - т. е. полное исключение из зрительского обихода каких-либо специальных очков, шлемов и других по необходимости надеваемых/носимых аксессуаров. Ожидаемые оптические решения с реальной коммерческой перспективой специалисты связывают с голографией, проекционной техникой и новыми матричными экранами. С голографией в этой связи пока мало что получается. Ряд спецприменений на широкоэкранном формате уже "закрыт" трехмерными проекторами. Не так давно, после более или менее привычных выставочных авансов некоторые фирмы смогли представить в "разведочную" торговлю свои 3D-аппараты: компьютерные дисплеи, телевизоры, рекламные панели, игровые консоли и "мобильные" экранчики. Жутких очередей или других признаков радостного ажиотажа за ними не наблюдается. Причина в "эксклюзивной" цене: на сегодняшний день удельная стоимость такого экрана (кроме малоформатных -для игр и мобильников) не ниже $1,8-2,5 за кв. см экранного поля. Так, за 17-дюймовый SD-дисплейчик придется заплатить не менее 1400 баксов. Мало того, эти новые 3D-аппараты не совмещаются с 2В-техникой, а лишь замещают ее, вследствие чего она становится совершенно ненужной (но 2В-режимы в пользовании все еще остаются, т. е. новая техника вынуждена "наследовать" и уметь переключаться в 3D-2D и обратно).
Отдельно коснусь рекламы. В ряде больших торговых заведений Москвы, Питера и некоторых других городов уже можно видеть над входным покупательским маршрутом большие рекламные панели, демонстрирующие "нечто стереоскопическое". Пока это больше развлекает детишек и зевак; "базовые" посетители магазинов мелькание плохо исполненных роликов, как показывают опросы и наблюдение, совершенно не замечают. Консультирование у специалистов проявило главную причину такого "пренебрежения": оказывается, наши торговые стереопрезен-тации не обеспечивают должной, т.е. зрительно-эффектной, глубины изображения. Для примера спецы продемонстрировали мне на таком же дисплее более "правильный" образ - вертящегося тираннозавра: так у этой зверюги пасть, лапы и хвостище просто выскакивали из экрана. Впечатляющее зрелище: и теперь мне понятны торговые проколы и то, чего лишены покупатели! К личным наблюдениям добавлю статистику: в ряде публикаций уже указывалось, что стереоэффекты кратно (по разным источникам: в 3,5-6 раз!) усиливают зрительное рекламное воздействие. Исследование специалистов команды AntenNet показало более скромные, но зато уверенные 40% роста рекламного влияния от использования зрительного стерео. Думаю, что рекламщиков это непременно заинтересует: при равном бюджете иметь 40%-ное эффектное и гарантированное преимущество над конкурентами это вещь! Отдельные аспекты трехмерности должны быть чрезвычайно интересны в той же торговле, в выставочном бизнесе и проектировании интерьеров. Обратите, например, внимание на вынужденный товарный запас на полках магазинов, которые в 5-8 раз превышают рациональную складскую площадь и суточную потребность в реализации товара. Бездарные затраты; и это при известном дефиците и дороговизне торговых площадей. А теперь представьте себе вместо обширной и безмерной полки экран, где "в глубину и ширину" видны те же сотни пакетов кетчупа, горы яблок-бананов и многометровые батареи баночного пива в очень "концентрированном" виде: посмотрел, воспалился, хапнул с небольшой полочки "живой" предмет - и в кассу! Никаких десятков-сотен-тысяч омертвленных, лишних квадратных метров, все строго по суточному лимиту реального товарного оборота: высший пилотаж локальной логистики!
Не стану трогать здесь тему тысяч примелькавшихся "плоских" бигбордов на городских улицах, таких же безликих банковских, торговых и прочих вывесок - это отдельная тема. Также отдельно, при случае, поговорим об объемном телевидении и о компьютерном стереоинтерфейсе. А сейчас мне хочется кое-что сообщить владельцам и провайдерам визуального контента для мобилок: в точности как для рекламы, буквально точь-в-точь, ценность (и востребованность) вашего продукта может быть увеличена практически "из ничего" на те же 40% - за счет его стерео-представления на том же крошечном экране. Ваши картинки, фотографии, клипы, ролики, игры, заставки, ме-нюшки и пр. из безвестных "золушек" станут Принцессами, а сказочная "хрустальная туфелька" для этого - возможность стереорежима на экранчике! То же в полной мере относится к смартфонам/ПК и видеоигровым консолям. Вот вы тяжко вздохнули: эх, когда еще такой режим да на моей мобилке! А все реально и достижимо, друзья! И называется этот фокус StereoStep...
Проект StereoStep
В 2005 году в тему стерео рикошетом из смежного проекта "влетела" группа инженеров из Днепропетровска (Украина). Как выяснилось, до того никто из них оптикой не занимался, поэтому какие-либо "шоры" и "давление наследственности" были исключены. Кстати, о наследственности: прошлый опыт работы в оборонке сказался в том, что этот народ, как и их коллеги по всему бывшему Союзу, да и за кордоном тоже, не трепещет перед авторитетами и генералами (включая их современное олигархическое воплощение), обширно эрудирован, тематически всеяден, материально скромен (прошел все мыслимые тесты на выживание), приучен к лабораторной нищете, быстро формализует предмет разработки (так дешевле), а затем еще стремительнее опускает любую использованную теорию до практических "шнурков от ботинок" и уровня школьной физики-химии-математики ("для прапорщика"). Почти все из них так или иначе успели пройти малоинтеллигентную школу дичайшего капитализма и, слава богу, без заметных потерь вернулись к инженерной работе, но бизнес не забыли и общий язык с успешными ребятами "оттуда" находят на раз.
Это фон, а теперь частные подробности. Ключевая идея из оптики - бирастр, как носитель всех необходимых фотопреобразователей. Автор идеи - математик Степанян (чувствуется профи в абстрагировании, когда руками не пощупать), он же - бессменный руководитель проекта от его зарождения и до сего дня. Вообще-то, эту статью больше пристало бы писать ему, но, учитывая занятость человека и его "принципиально-экономное появление на публике" продолжим сами. Собственно, все пояснения и иллюстрации я позаимствовал готовенькими из авторских материалов; для любителей первоисточников с удовольствием сообщаю адрес (есть, наверное, и другие, но мне они неизвестны): http://www.mobime.ru/artic-les/2007/06/01/stereostep.html; а также моя более ранняя статья о проекте: http://rss2.ru /go. php?url=www.mobi-me.ru%2Farticles%2F2007%2F06%2F14%2Fstereos-tep_2.html, обратите также внимание на очень своеобразный сайт mobime.ru, избирательно и в то же время с готовностью публикующий статьи с пропагандой перспективных инноваций в МБ -весьма большой и крайне примечательной редкостью для "нашей Раши".
Должен специально отметить, что моего (и, я уверен, вашего) научного багажа для восприятия этих авторских заимствований вполне достаточно: заслуга авторов в предельном "приземлении" объяснений - буквально на уровне школьного справочника по физике, и ничего больше! А теперь к делу. Под растрами в оптической технике понимается целая куча разнообразных устройств-приспособлений с общим свойством регулярности структуры (повторяемости фрагментов). В этом проекте использован лентикулярный растр: это такая пластинка (см. рис. 1) из прозрачной пластмассы, где одна сторона имеет рельеф из тесно уложенных цилиндрических сегментов (линз), а вторая - плоская и чаще всего являющаяся фокальной плоскостью этих линз. Такие растры производятся из разных материалов, их выпуск налажен в различных странах - гектарами в месяц при копеечной стоимости. Предложения о продаже лентикулярных растров (или просто - лентикуляров) для разных производственных целей обильно представлены в Интернете. Ленти-куляры в основном используются в полиграфии: на их плоской стороне печатаются картинки, которые при разглядывании кажутся объемными (стерео-режим) либо - при небольших поворотах - меняют свое изображение (флип-режим). Оба вида лентикулярной продукции широко используются в изготовлении сувениров, карточек, календариков, обложек, рекламы-вывесок и т.п. Причем оба этих режима получают одинаковым образом - за счет подготовки исходных изображений. В чем же заключается такая подготовка? С учетом темы статьи покажем это на примере для стерео.
Как известно со школьных времен, зрительная объемность возникает от наблюдения двумя глазами: концентрируя взгляд на предмете, мы как бы скрещиваем на нем зрительные оси каждого глаза - между ними образуется угол. Если предмет близко от нас -угол побольше, а если далеко - поменьше. Когда мы наблюдаем сцену из нескольких предметов, наш "бортовой компьютер" автоматически определяет большие или меньшие углы и "выдает" нам обработанную картинку из выпуклостей/высот и впадин/глубин, то, что мы ощущаем как объем/трехмерность (3D) или называем стереоэффектом. Ясно, что даже при самых малых угловых различиях картинки, видимые разными глазами (их называют ракурсами), немного отличаются друг от друга: детали реальной сцены на разных ракурсах слегка смещены, а иногда даже "спрятаны" для какого-то глаза. Левый и правый ракурс (т. е. картинки от левого и правого глаза), "поставленные" рядом, образуют стереопару. Многие из вас знакомы с китайскими игрушками - стереоскопами; к ним придаются наборы стереопар в отдельных рамочках либо ленточные обоймы: заправил в гнездо прибора и смотри себе "живьем" девицу с веером, тигра в камышах, водопад среди скал и т. д. В игрушке каждому глазу достается только свой "родной" ракурс стереопары, поэтому наш мозг совершенно верно "показывает нам" (воспроизводит) всю глубину сцен, как если бы мы реально подглядывали за подругой или хищником либо мокли под брызгами водопада. Другими словами, если каждому глазу подставить родной ракурс (без подглядывания во второй), то зрительное ощущение будет такое же, как при реальном наблюдении объемной сцены! Запомним этот факт. А процедура подготовки изображений для лентикулярных поделок выглядит так (рис. 2):
Тот продукт, который у нас получился в конце, красиво называется кодограммой Липпмана-Бонне. Если на эту кодограмму наложить плоской частью лентикуляр так, чтобы каждая пара полосок точно улеглась под линзу, то, глядя сквозь рельеф на этот бутерброд, мы увидим настоящее объемное изображение, "сфотографированное" в исходной стереопаре, совершенно вживую! И никакой мистики и фокусов - обычная школьная оптика. Так что же у нас получается? Значит, если под лентикуляр подложить правильно составленную кодограмму Липпмана-Бонне, т. е. своеобразно "закодированную" стереопару, то эта пластинка автоматически "вытаскивает" из полосового "винегрета" поракурсные полоски, сама же их "по-родственному" объединяет, т. е. выделяет (сепарирует) каждый целый ракурс и оптически направляет собранные таким образом картинки в "нужные" глаза! А раз так, то, как мы помним, немедленно возникает стереоэффект. Итак, запомним: если под лентикуляром разместить диаграмму Липпмана-Бонне, то растр автоматически выполнит сепарацию (выделение и направление) ракурсов под каждый глаз.
А теперь из той же школьной оптики вспомним об обратимости лучей и подумаем над таким вопросом: а что же будет, если мы посмотрим на какой-нибудь предмет через плоскую сторону лентикуляра, т. е. "поместим" свои глаза туда, где раньше находилась кодограмма? Ребята, вы не поверите: все получается точь-в-точь по науке! Если растр "наставить" рельефом к предмету, то на фокальной плоскости лентикуляра сама по себе возникает кодограмма Липпмана-Бонне, а кто не верит школьным справочникам, то смотрите прилагаемую фотографию металлической насадки самой обычной шариковой ручки (рис. 3), сделанную с плоской стороны лентикуляра, - готовая кодограмма Липпмана-Бонне: вместо гладкого конуса пирамидальный ежик из инвертированных полос. Итак, подтвержден новый полезный феномен: если рельеф лентикуляра обращен к объекту, то на плоской части лентикуляра автоматически формируется кодограмма Липпмана-Бонне, соответствующая стереопаре наблюдения этого объекта. Запомним и этот факт.
Стойте, стойте, стойте! Это что же получается, друзья: значит, если мы возьмем, к примеру, пару лентикуля-ров и аккуратно, линза в линзу, совместим их плоскими сторонами, а затем поставим этот бутерброд между собой и наблюдаемым предметом, то будем видеть его в первозданном объеме, как "без ничего" (или как через обычное оконное стекло)? Все верно - никакого подвоха: через рельеф, обращенный к объекту, в общей фокальной плоскости обоих лентикуляров "автоматом" порождается кодограмма Липпмана-Бонне, а по ней - уже от ближайшего к нам рельефа - также автоматически сепарируются сразу два разных ракурса от "пластмассового" наблюдения объекта, каждый в свой глаз, стереоэффект налицо! И хотя плоскость соприкосновения лентикуляров не идеальная - она отчасти прозрачна, а частично рассеивает, - эффект-то проявляется в любом случае, т. е. и от прозрачности и от рассеяния. Финита: любимая "теорема" Степаняна доказана (на самом деле эти процессы не столь просты, как в школе, но для наших целей этого объяснения вполне достаточно). Вот такой бутерброд из парочки симметрично совмещенных лентикуляров и есть бирастр, а тонкая зона между его со-прикасающими плоскими сторонами -область размещения различных фотопреобразователей, которые, по оптической необходимости, должны иметь такую же регулярную структуру, как и уже известная кодограмма, т. е. состоять из полос.
Давайте посмотрим, что это такое, на простом анаглифическом преобразователе (фильтре). С самой анаглифиче-ской технологией многие из нас более или менее сталкивались: открытки-книжки-мультики-киношки видели многие, и очки красно-синие к ним тоже. "Стаж" этой технологии более полутора веков. Весь принцип анаглифи-ческого стерео основан на двух простых фактах:
Другими словами, глядя на цветную картинку через красный фильтр, мы не будем видеть на ней красных деталей, зато синие станут предельно заметными. Аналогично с синим фильтром. Если левый глаз "вооружить" красным фильтром и одновременно правый -"оснастить" синим, то, глядя обоими глазами на одну и ту же цветную картинку, разные глаза получат совершенно различные образы. Как вы думаете: что произойдет при разглядывании в таких очках картинки, в которой совмещены (графически наложены друг на друга) сразу два ракурса, причем левый "подкрашен" синим цветом, а правый - красным? Левый глаз оснащен красным фильтром, т. е. красные оттенки "не замечает" и соответственно "покрасневшего" правого ракурса не видит, зато сине-левый ракурс - во всей контрастной красе! Правый глаз "обут" в синий фильтр, т. е. в упор не видит сине-левого ракурса, зато красно-правый ракурс видится предельно отчетливо (если нет своих очков-фильтров, потренируйтесь мысленно (см. рис. 4). Получается, что, надев такие очки с разноцветными фильтрами (например, красно-синими), мы преспокойно видим раздельные ракурсы (левый - левым глазом, правый - правым) с одной общей картинки, в которую они специальным образом (за счет раздельной "подкраски") объединены. Такая объединенная картинка называется анаглифической, или просто - анаглифом. Соответствующая пара цветных фильтров называется анаглифиче-ским фильтром. Очки с анаглифиче-скими фильтрами и по сей день выпускаются миллионами штук в год по всему миру. В одноразовом картонном исполнении с разноцветными целлофановыми фильтрами, их оптовая цена от четверти до полудоллара. Вид у них, правда, не очень презентабельный, но свое дело выполняют вполне прилично. С этими очками лишь одна беда -необходимость их носить, т. к. без этого ракурсы из анаглифа не выделяются. Свыше полутора веков изобретательское племя - европейцы, американцы, японцы, китайцы - лучшие умы, можно сказать, отчаянно стремились от них избавиться, но безуспешно... И только в наши дни, т. е. буквально сейчас, днепропетровская команда нашла принципиальное решение: фильтры можно стащить с уставшего носа и воткнуть их наконец-то в бирастр! Что же придумали наши умники?
Позвольте я встану, т. к. об этой изобретательской догадке надо говорить с предельным почтением: это и есть самый-самый настоящий "зингеровский" образец, его спокойно можно положить в копилку ТРИЗовской классики!.. Чисто умозрительно они разглядели-сообразили, что соседние половинки любых двух смежных линзочек на том рельефе бирастра, который обращен к наблюдаемому предмету, "наблюдают" практически один и тот же фрагмент предмета (или картинки, см. рис. 5). А это значит, что если на пути двух соответственно-разных световых потоков поставить два комплементарных фильтра, то из анаглифа можно вытянуть оба ракурса, не пользуясь очками. "И так будет с каждым!" "Окулярная" пластинка бирастра "забирает" готовую кодограмму Липпмана-Бонне и делает с ней то, что ей предписано. Вся остальная "химия" - типичная работа нашего "бортового компьютера" - мозга: это он суммирует отдельные "лучики" -без промежутков и наложений - в цельные растры, это он достраивает частично потерянные и искаженные фильтрами цвета, это он уговаривает нас считать интегральную картинку в левом глазу полноценным левым ракурсом, а в правом глазу - "естественным" правым ракурсом...
Итог понятен: перед нами объемное представление объекта с анаглифической картинки, но без очков! Общий вид бирастра с анаглифи-ческим фильтром приведен на рис. 6. Предполагается, что сам фильтр при этом очень-очень тонкий: чтобы не расстраивать оптику состыкованных в бирастр лентикуляров. Понятно, что всю эту конструкцию из трех блоков надо аккуратно совместить и прочно соединить, чтобы лентикуляры не елозили по фильтру и не сбивали изображения. А теперь, уважаемая публика, вопрос на засыпку: что, по-вашему, в бирастре использовано из действительно ценного набора линзовых свойств? Стоп, стоп, стоп: не считая фокуса, мы фактически применили здесь всего одно свойство линзы - так называемую центральную симметрию, т. е. неискаженное прохождение лучей через ее центр. Но в точности это качество обеспечивается заменой линзы на простую щель, т. е. на крохотную дырку в чем-то непрозрачном. Все буквально будет точно таким же (лишь еще дешевле); только в нашем случае щели должны быть не точечными, а в виде продольных прорезей. Другими словами, бирастр может быть скомпонован из двух лентикуляров, из лентикуляра и щелевого растра или из пары щелевых растров: стереоэффект все равно будет достигнут! Запомним этот фактик...
Опубликовано: Журнал "Broadcasting. Телевидение и радиовещание" #8, 2007
Посещений: 13719
Автор
| |||
В рубрику "Экономика и менеджмент" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
