Усовершенствование характеристик видеотерминальных устройств (дисплеев)

Можно привести несколько удачных примеров использования плазменных мониторов. В торговом центре в Осло установлено 70 дисплеев, на которых покупают рекламное время небольшие магазинчики. Там PDP-мониторы окупили себя за 2,5 месяца. Используют их и в аэропортах. В частности, в Вашингтоне они установлены в зале прилета. Благодаря своей динамичности такой способ подачи информации привлекает гораздо больше внимания, чем традиционные табло. Есть опыт применения плазменных мониторов и в ресторанах McDonalds. Различные телевизионные компании, например CBS, NBC, BBS, MTV и российская НТВ используют в оформлении своих студий PDP-мониторы. Это связано с тем, что высокая частота обновления позволяет вести съемку PDP-дисплея обычной камерой, и при этом не возникает мерцания или стробоскопического эффекта.

1.5 Перспективы развития видеотерминальных устройств

Стереоскопические 3-D дисплеи.

Идея создания устройств, обеспечивающих воспроизведение 3D объектов, существует уже более 30 лет. Естественная трансформация черно-белой картинки в цветную, моно звука в стерео звук, оставляют инженерам последнюю задачу - превращение 2D в 3D.

Чтобы понять, как работают стереоскопические дисплеи, сначала необходимо разобраться в том, как устроено человеческое пространственное зрение. Это открытие было сделано ещё в XIX. Дело в том, что восприятие пространства связано с расстоянием между глазами. Поэтому любой объект каждый глаз видит под несколько другим углом (см. приложение М, рис. 13).

Посмотрите на один из углов вашего монитора, закрыв один глаз. Затем повторите эту же процедуру для другого глаза. Угол будет как бы перемещаться вправо-влево. То есть перспектива для каждого глаза немного отличается. С помощью этой разницы мозг высчитывает расстояние до объекта, а затем строит его трёхмерное пространственное представление.

Однако не у каждого есть подобная возможность. Некоторые люди не обладают стереоскопическим зрением из-за разной фокусировки глаз, аномалий зрачка или других причин. В этом случае мозг тоже адаптируется, используя другие способы для создания пространственной картины.

Компьютерный экран плоский. Поэтому создать на нём реалистичную трёхмерную картинку без технологических трюков или специальных устройств невозможно - ведь дисплей даёт картинку, которую оба глаза видят одинаково. Как мы уже говорили ранее, для трёхмерного восприятия оба глаза должны смотреть на объект под немного разными углами. То есть трюк заключается в том, чтобы каждый глаз получил свою картинку, несмотря на то, что зритель будет смотреть на одну и ту же поверхность.

Хотя в прошлые годы появились различные способы вывода 3D-сцены на 2D-плоскости, ни один из них так и не получил широкого применения - по крайней мере, в сфере бытовой электроники.

Авто-стереоскопические дисплеи.

Авто-стереоскопические (autostereoscopic) дисплеи способны создавать 3D-эффект без помощи каких-либо дополнительных устройств типа очков. Производители решили опереться на оптические эффекты, которые позволяют направлять лучи монитора напрямую в глаза зрителя. Если голова зрителя находится в определённом положении перед монитором, в так называемой стерео-зоне, то он получит 3D-картинку (см. приложение М, рис.14).

В данном случае эффект достигается даже с помощью обычного ЖК-дисплея, если добавить на него специальную пластину с линзами, разработанную для данной конкретной модели. Линзы Френеля преломляют свет таким образом, чтобы каждый глаз зрителя получал только одну колонку пикселей. К примеру, левый глаз будет видеть все чётные колонки, а правый - все нечётные. Соответствующее программное обеспечение подготавливает стерео-картинку для такого монитора. В итоге пользователь получает реалистичную 3D-картинку, если находится в определённой области перед экраном. И без каких-либо дополнительных устройств (см. приложение Н, рис.15).

К сожалению, эта технология тоже имеет свои недостатки. Во-первых, она страдает из-за уменьшенного горизонтального разрешения. Дисплей с "родным" разрешением 1600x1200 даст всего 800x1200 пикселей, так как каждый глаз будет видеть только чётные или нечётные пиксели. Мозг действительно будет комбинировать половинки в стереоскопическую картину, но от уменьшения разрешения деться будет некуда. Кроме того, подобный дисплей неспособен выводить обычную 2D-картинку, так как линзы всегда будут разлагать изображение на стереоскопическое. Третий большой недостаток связан с размерами стерео-зоны. Если голова уходит за пределы зоны, то картинка становится инвертированной

Параллельно с автостереоскопическими системами развивались различные устройства виртуальной реальности (шлемы, очки). В них использовались либо подача стерео пар на оба глаза пользователя, либо чередование левых-правых изображений (shattering). Чередование изображений наиболее простой способ, поэтому очки такого рода достаточно дешевы. Однако, чередование дает лишь небольшой эффект 3D, основанный на способности нашего мозга "додумывать" детали изображений. Шлемы или очки виртуальной реальности, с подачей правого и левого ракурса на соответствующие глаза, стоят дороже , но и качество обеспечивают выше. Кроме того, системы виртуальной реальности сильнее изолируют пользователя от окружающего мира (хотя это может рассматриваться и как недостаток). Наибольшей проблемой очков и шлемов является психологический дискомфорт пользователя, поскольку глаза человека обладают свойством фокусироваться на ближайшей плоской поверхности и в то же время сходится на предмете наблюдения. В реальном мире эти два противонаправленных процесса находятся компромисс. В системах виртуальной реальности такой компромисс практически невозможен.

В целом большинство систем генерации 3D изображений:

- не обеспечивают достаточного качества 3D изображений (разрешение, угол обзора);

- не обеспечивают легкости перехода 2D - ЗD и обратно;

- достаточно дороги для индивидуального пользователя;

- требуют создания специального контента.

Имея десятилетний опыт в оптике и голографии, специалисты компании НейрОК четко осознавали ограниченность имеющихся подходов. Поэтому, как обычно принято в России, мы решили пойти "своим путем". В качестве средства обмануть природу была выбрана математика, а в качестве железа были взяты две ЖК панели расположенные одна за другой.

Далее задача стояла так: выпустить с каждой из панелей такой свет, чтобы результирующее световое поле было почти таким же, как у реального объекта. Точно эту задачу решить никогда нельзя - ограничения той же математики. В качества алгоритма решающего эту задачу приближенно были выбраны нейросети. Нейросети - это специальный класс алгоритмов, работающий по образу и подобию человеческого мозга и хорошо решающий задачи в области распознавания образов и приближенного моделирования.

Нейросеть запрограммировали таким образом, что бы она рассчитывала специальные картинки для каждой из ЖК панелей (в принципе, их может быть и более двух). Далее свет, проходя сквозь эти картинки, генерирует светового поле, в целом схожее со световым полем реального объекта. Существуют следующие важные свойства системы.

Система обеспечивает нормальное качество 3D изображения. Поскольку обе ЖК панели активны, информация не теряется и разрешение 3D картинки такое же, как и разрешение 2D. Кроме того, поскольку мы генерируем световое поле, а не стерео пары для левого и правого глаза. Можно качать головой влево и вправо без проблем (но пока еще есть ограничение в пределах 30 - 40 градусов) или играть в игру вместе с другом за одним монитором. Причем в игре, допустим гонки на машинах, для двух играющих экран обычного монитора разделяется по горизонтали - так называемый split screen. А с использованием 3D монитора, каждый играющий сможет видеть полноразмерную собственную картинку, так как одной из возможностей использования 3D монитора является формирование под разными углами обзора монитора разных изображений.

Можно также использовать 3D дисплей, как 2D, просто выключив переднюю панель. Объемное изображение может быть расположено как за, так и перед панелями. Однако, положение изображения всегда рассчитывается с учетом "реальности". Планируется также добавить в будущем в систему дополнительный блок, следящий не за головой пользователя, а за направлением фокусировки его глаз для улучшения качества показа картинки.

Система относительно дешева - от обычного ЖК монитора ее отличает только дополнительная панель, что при нынешних постоянно снижающихся ценах на ЖК панели не критично. Так как изготовление одного сдвоенного монитора требует меньше ресурсов, чем изготовление двух обычных LCD, то предварительные оценки дают увеличение стоимости сдвоенного LCD монитора на 30% по сравнению с обычной LCD панелью.

Голографические дисплеи.

Голографические 3D дисплеи (далее H3D) воспроизводят непрерывное световое поле, соответствующее световому полю реальной 3D сцены. Однако, современная техника немыслима без цифровой обработки сигналов, стало быть, любая непрерывная функция с некоторой точностью апроксимируется рядом дискретных значений.

Обычно, когда речь заходит о H3D, имеют в виду устройство, способное воспроизводить на некоемом материале подобие традиционной голограммы, то есть вычислять и отображать фиксируемую ей в виде дифракционных структур интерференционную картину светового поля, причем делать это в реальном времени. Такой подход не учитывает, что каждый малый участок голограммы представляет из себя дифракционную решетку, выполняющую роль отклоняющего элемента и нет нужды каждый раз, когда нужно изменить угол отклонения луча, рассчитывать и отображать ее. Самое удивительное, что есть ученые, разрабатывающие это финансово и информационно сверхзатратное направление. Например, американцы из Массачусетского технологического разработали прототип, в котором воспроизводится изображение, рассчитанное на компьютере (см. приложение Н, рис.16, приложение О, рис.17). Голограмма формируется с помощью акустооптического модулятора: луч лазера модулируется акустическими колебаниями, воздействующими на кристалл, который расположен перед фокусирующей линзой.

Прорисовка изображения выполняется механической зеркальной разверткой. Для монохромной картинки размером 15 x 15 x 20 см требуется поток данных около 2 гигапикселов в секунду. Японцы пытаются воспроизводить голограммы с помощью проекционных LCD матриц (используются в видеопроекторах), каждая из которых воспроизводит небольшой отдельный участок голограммы. Поскольку диагональ таких матриц не превышает 1,8 дюйма, для получения голограммы нужной площади пришлось использовать множественные конфигурации и устройства сведения для объединения различных частей голограммы. Поток данных, требуемый для воссоздания полноценного образа, достигает приблизительно одного терабайта в секунду.

Команда исследователей из Университета Южной Калифорнии (University of Southern California) сообщает о разработке голографического дисплея, способного воспроизводить наиболее реалистичную на сегодняшний день 3D-картинку. Созданная установка воспроизводит полностью трехмерную голограмму (при наблюдении в горизонтальной плоскости), которую можно обозревать с любой стороны.

В состав "голографического дисплея" входят: быстро вращающееся зеркало, покрытое анизотропным голографическим диффузором; FPGA-микроконтроллер, отвечающий за декодирование видеосигнала, передаваемого посредством стандартного DVI-дисплея; высокоскоростной видеопроектор и обычный персональный компьютер. В качестве графической подсистемы компьютера выступила единственная видеокарта NVIDIA GeForce 8800. При этом разработчики отмечают, что их решение позволяет видеть трехмерную картинку, не используя специальных очков, с любой точки и неограниченному количеству зрителей.

За формирование трехмерной картинки отвечает видеокарта GeForce 8800, создающая более 5.000 изображений трехмерного объекта в секунду. Изображения проецируются на быстро вращающееся зеркало при помощи высокоскоростной проекционной системы. Здесь же необходимо отметить разработку исследователями специального MCOP-алгоритма, который обеспечивает корректное отображение картинки, независимо от места расположения наблюдателя и его расстояния до голографического дисплея.

Уникальная система уже демонстрировалась публике, причем в качестве "экспоната" был выбран космический корабль из фантастического фильма "Star Wars" (см. приложенеие О, рис.18). В данный момент исследователи заняты работой над улучшением системы - повышением качества голограммы, реализацией возможности формирования правильного изображения при изменении положения точки наблюдения в вертикальной плоскости.

Является необходимым определить возможные области применения 3-D технологий:

- геология (анализ и оценка спутниковых фотографий или карт);

- 3D-анимация и 3D-видео;

- образование;

- 3D-рабочие станции/САПР;

- компьютерные игры;

- дизайн и архитектура;

- медицина;

- военные применения;

- биохимия и химия;

- управление воздушным движением.

Конечно, этот список не претендует на завершённость. Но он позволяет дать общее представление. Как правило, 3D-дисплей может существенно облегчить работу там, где требуется пространственное представление.

Схемы дисплея и видеотерминального устройства изображены в Приложении П, рис. 19 и рис. 20.

2 УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ВИДЕОТЕРМИНАЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

Максимальная яркость дисплеев ЭЛТ -- 100-120 кд/м2. Увеличить ее трудно из-за непомерного роста ускоряющих напряжений на катодах электронных пушек, что приводит к побочным эффектам -- таким, как повышенный уровень излучения и ускоренное выгорание люминофорного покрытия. У ЖК-мониторов в этой области нет конкурентов. Максимальная величина яркости в принципе определяется характеристиками ламп дневного света, которые используются для подсветки экрана. Не является проблемой получение яркости порядка 200-250 кд/м2. Хотя технически вполне возможно ее увеличение до значительно более высоких значений, этого не делают, чтобы не ослепить пользователя.

После настройки монитора на заводе он проделывает долгий путь, прежде чем попадет на стол к пользователю. На этом пути монитор подвергается различным механическим, термическим и прочим воздействиям. Это приводит к тому, что предустановленные настройки сбиваются и после включения изображение на экране отображается не очень качественно. Этого не может избежать ни один монитор. Для того, чтобы устранить эти, а также прочие, возникающие в процессе использования монитора, дефекты, монитор должен обладать развитой системой регулирования и управления, в противном случае потребуется вмешательство специалистов.

Под управлением понимают подстройку таких параметров, как яркость, геометрия изображения на экране. Существуют два типа систем управления и регулирования монитора: аналоговые (ручки, движки, потенциометры) и цифровые (кнопки, экранное меню, цифровое управление через компьютер). Аналоговое управление используется в дешевых мониторах и позволяет напрямую изменять электрические параметры в узлах монитора. Как правило, при аналоговом управлении пользователь имеет возможность настраивать только яркость и контраст. Цифровое управление обеспечивает передачу данных от пользователя к микропроцессору, управляющему работой всех узлов монитора. Микропроцессор на основании этих данных делает соответствующие коррекции формы и величины напряжений в соответствующих аналоговых узлах монитора. В современных мониторах используется только цифровое управление, хотя количество контролируемых параметров зависит от класса монитора и варьируется от нескольких простейших параметров (яркость, контраст, примитивная подстройка геометрии изображения) до сверхрасширенного набора -- 25-40 параметров, обеспечивающие точные настройки и более простые в эксплуатации.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6