3D-дисплеи для смартфонов

Наверное, среди вас нет никого, кто не смотрел бы хотя бы один фильм из серии «Звёздные войны». Наверняка в своё время вы восхищались изображённой там идеей голограмм, когда персонажи общались не с двухмерными картинками, а с небольшими трёхмерными изображениями. Или помните странную игру, которую наблюдали С3РО и Чубака? Кстати, она снималась покадрово, как классическая кукольная мультипликация.

Вполне возможно, что в течение 2-3 лет на рынке появится коммерческий продукт с дисплеем, который позволит выводить изображение, близкое к голографическому. На это позволяют надеяться разработки двух компаний, о которых мы бы вам хотели вкратце рассказать.

На этой фотографии представлен светопольный (от «световое поле») дисплей от компании Ostendo, который способен создавать трёхмерное изображение.

Когда пытаешься смотреть на стереоскопические псевдотрёхмерные изображения, то это своего рода ментальная гимнастика. В реальности, пока мы смотрим на какой-то объект, мозг «исходит из предположения», что плоскость фокусировки находится на расстоянии, на котором сходятся векторы наших зрачков. Но когда мы смотрим на стереоизображения, в которых для каждого глаза предназначена отдельная картинка, то фокус находится в плоскости экрана, а глаза сходятся в точке, где, по идее, должно быть результирующее изображение. Многим людям это занятие даётся непросто, у некоторых даже начинает болеть голова.

С голограммами всё иначе. Они строятся именно в той точке пространства, где их «ожидает» увидеть наш мозг. Более того, голограммы по-настоящему трёхмерны, их можно рассматривать с любых углов, и для этого не нужны никакие специальные очки. Но до недавнего времени голографические, даже не дисплеи, а целые устройства, были весьма громоздкими и хрупкими. Судите сами:











Подобные устройства содержали большие проекторы и экраны, либо имели ограниченные углы обзора. И вот теперь сразу две компании, Ostendo Technologies и Leia (дочерняя организация Hewlett-Packard), обещают в течение ближайших пары лет представить коммерческие образцы голографических дисплеев карманного формата. Точнее, дисплеев, действующих по принципу светового поля.

Правда, создаваемые ими изображения ещё не будут дотягивать до «Звёздных войн», но уже близко.

Ostendo

Этим летом компания Ostendo продемонстрировала результат девятилетней работы. Массив из восьми QPI-чипов (Quantum Photonic Imager, квантовое световое устройство отображения) проецируют на экран три изображения, которые в сумме дают эффект трёхмерности: одно словно позади экрана, второе в его плоскости, третье словно перед экраном.




Смотреть можно с 2:10.

Все имеющиеся сегодня «традиционные» дисплеи излучают свет во все стороны. Как минимум, в секторе 180 градусов. Однако QPI сводит световые пучки в очень узких секторах, что позволяет излучать разные изображения в разных направлениях. Как утверждают разработчики, изображения их нового дисплея сохраняют трёхмерность при просмотре с 2500 разных ракурсов.

Каждый QPI-чип содержит 1 млн LED-пикселей, которые формируют три слоя: красный, синий, зелёный. Все три излучающих слоя расположены поверх процессора обработки изображения. По словам производителей, это увеличивает энергоэкономичность устройства и позволяет задействовать меньше вычислительных ресурсов для вывода изображения. Расчёты необходимы для обеспечения трёхмерного эффекта с упомянутых выше 2500 ракурсов.

Длина каждого пикселя колеблется от 5 до 10 микрон. Результирующий цвет изображения регулируется с помощью управления яркостью свечения пикселей каждого слоя.

Волноводы, ведущие от пикселей, позволяют каждому из них излучать в очень узком секторе, практически лучом. Свет от волноводов попадает на микролинзы, которые фокусируют и направляют в нужную сторону излучение от каждого пикселя. Только производители не сообщают, каким образом это реализуется.

Помимо значительного объёма вычислений, необходимых для создания эффекта трёхмерности, второй серьёзной трудностью является производство слоя микролинз, расположенных перед пикселями. Их форма и расположение должны быть очень точно выверены, потому что при отклонении центров линз от осей волноводов портит изображение и разрушает эффект трёхмерности.

Третьей трудностью, с которой столкнулись разработчики, стало обеспечение удовлетворительного разрешения изображения. Учитывая необходимость создания эффекта трёхмерности с огромного количества ракурсов, математический аппарат становится весьма сложным. Кроме того, с ростом количества «поддерживаемых» ракурсов пропорционально снижается разрешение изображения с каждого из них. Например, при обеспечении эффекта трёхмерности с 10 ракурсов, разрешение изображения будет в 10 раз меньше, чем у исходного. Поэтому разработчики трудятся над алгоритмами, позволяющими смягчить потерю разрешения и снизить ресурсоёмкость. К сожалению, из-за сложности и трудоёмкости технологии разработчики надеются выпустить первый коммерческий продукт примерно через три года.

Leia

Скорее всего, компания получила название в честь принцессы Леи из «Звёздных войн», что со всей очевидностью намекает на источник вдохновения разработчиков.



В основу своей разработки исследователи положили автостереоскопический принцип. Позади обычного LCD-дисплея расположена микроячеистая решётка. При этом каждая ячейка представляет собой дифракционную решётку. Они направляют проходящий через них свет направляется в разные стороны, благодаря чему эффект трёхмерности изображения создаётся при просмотре с 64 ракурсов.

Разработчики не без оснований считают, что их технология потенциально легко масштабируема. Теоретически с её помощью можно создавать даже прозрачные 3D-дисплеи. Производство первого коммерческого продукта запланировано уже на следующий год.

Наше мнение

Как видите, успехи разработчиков весьма впечатляют. Конечно, проект компании Leia выглядит наиболее вероятным кандидатом на роль пионера трёхмерных дисплеев в смартфонах. Хотя нам он видится пока не как основной дисплей, а, скорее, как дополнительный. Возможно, на начальном этапе такие дисплеи будут размещать с обратной стороны устройства, как дисплей на электронных чернилах в YotaPhone. Использоваться он будет в первую очередь для игр и просмотра видео, в том числе видеозвонков. Здесь встаёт вопрос, как разработчики будут трансформировать 2D-изображение с камеры в 3D. Навскидку можно предположить об алгоритме распознавания лиц и применении некой карты нормалей, основываясь на характерном рельефе человеческого лица.

Для полноценной замены обеим технологиям пока не хватает разрешения и достаточного качества цветопередачи. Хотя в пятилетней перспективе они вполне могут быть проработаны на достаточном уровне, чтобы заменить основной дисплей. НО! Что делать с тачскрином? Если оставить сенсорный слой на том же месте, то есть на поверхности защитного стекла дисплея, то управление смартфоном будет вызывать ощущение противоестественности, ведь палец будет «проваливаться» внутрь изображения. Впрочем возможно, что это окажется не так. Хотя можно пофантазировать и о трёхмерном сенсорном управлении, когда жесты будут распознаваться не на поверхности дисплея, а некотором небольшом расстоянии от него. Только представьте, можно будет пальцем двигать объёмные объекты, парящие над поверхностью смартфона.

А какие вам видятся способы применения 3D-дисплеев в смартфонах?

Источник: habrahabr.ru/company/yotadevices/blog/237331/