بررسی فناوری های سه بعدی

عینک‌های سه‌بعدی غیرفعال پلاریزه

این عینک‌ها از یکی از خواص شگفت‌انگیز نور براینمایش تصاویر جداگانه برای هر چشم استفاده می‌کنند. توانایی قطبی‌سازی یا پلاریزاسیون نور خاصیتی است که با توجه به ماهیت موجی- ذره‌ای آن قابل بررسی است. هنگامی که نور در فضا منتشر می‌شود، حالتی موجی به خود می‌گیرد که در فرکانس مشخصی نوسان می‌کند. در علم فیزیک، هرگونه تشعشع الکترومغناطیسی را خواه برای انسان قابل دیدن باشد یا غیرقابل دیدن، نور می‌نامند. اما نور مرئی برای ما تشعشع الکترومغناطیسی است که از طول موج 380 یا 400 نانومتر تا 760 یا 780 نانومتر برخوردار است. نور دارای پنج ویژگی عمده است که شامل شدت، فرکانس، طول موج، قطبیت یا پلاریزاسیون، فاز و زاویه حرکت اوربیتال می‌شوند. اما همان‌طور که گفته شد، مشخصه‌ای که عینک‌های سه‌بعدی از آن برای نمایش تصاویر استفاده می‌کنند، خاصیت قطبی نور است. خاصیت قطبی در حقیقت به زاویه‌ای اشاره دارد که نور در حال تابش از آن برخوردار است. به‌طور معمول، نور مرئی سفید مجموعه‌ای از نورهای مرئی و نامرئی با طول موج‌های مختلف را شامل می‌شود که در قطب‌های متفاوتی نوسان می‌کنند. تنها کاری که یک شیشه پلاریزه انجام می‌دهد، این است که به مجموعه نورهایی که دارای قطبیت خاصی هستند، اجازه عبور می‌دهد. تصویر 5 تا حدودی نشان می‌دهد، یک شیشه پلاریزه به چه نحوی عمل می‌کند.
یک شیشه پلاریزه تنها با نورهایی با قطبیت خاص اجازه عبور می‌دهد.

تصویر 5

عینک‌های سه‌بعدی از همین اصل برای جداسازی تصاویر چشم‌های چپ و راست استفاده می‌کنند. در حقیقت، پروژکتور یا صفحه‌نمایش در هر فریم، تصاویر مربوط به چشم‌های چپ و راست را با قطبیت متفاوت به نمایش درمی‌آورد. این تصاویر که به صورت خطی و هر یک در جهت خاصی پلاریزه شده‌اند (اغلب با زاویه نود درجه از یکدیگر) تنها می‌توانند از شیشه‌های عینکی که دارای فیلترهای پلاریزه در جهت مشابه هستند، عبور کنند. به همین دلیل، تصویر تولیدشده برای چشم راست که دارای قطبیت مخصوص به خود است، تنها قابلیت عبور از شیشه سمت راست عینک را دارد و شیشه سمت چپ اجازه عبور به آن را نخواهد داد. اتفاق مشابهی نیز برای تصویر تولیدشده برای چشم چپ می‌افتد. البته انواع گوناگون شیشه‌های پلاریزه موجود در بازار هر یک کاربردهای خاص خود را دارند اما شیشه‌های پلاریزه خطی از انواعی هستند که به‌طور عمده در ساخت عینک‌های سه‌بعدی یا پوشاننده‌های صفحات LCD استفاده می‌شوند. با استفاده از عینک‌های پلاریزه در مقایسه با عینک‌های غیرفعال قرمز/آبی می‌توان محدوده کامل رنگ‌ها را مشاهده کرد و به همین دلیل، این عینک‌ها راحتی بیشتری را هنگام استفاده به همراه آورده و کمتر باعث خستگی چشم می‌شوند. البته این عینک‌ها از عینک‌های فعال با شاتر کریستال مایع ارزان‌تر هستند. اما مشکلاتی که در رابطه با آن‌ها وجود دارد، استفاده از این عینک‌ها را محدود به مکان‌های خاصی می‌کند. از آنجا که تلویزیون‌های LCD نمی‌توانند برای استفاده این عینک‌ها، نور پلاریزه را به‌طور صحیح تولید کنند، می‌توان این عینک‌ها را فقط در سالن‌های سینما به‌کار برد. علاوه بر این، پروژکتورهای خانگی سه‌بعدی نیز که از عینک‌های سه‌بعدی پلاریزه پشتیبانی می‌کنند، بسیار کمیاب و گران‌قیمت هستند. اما در سینما‌ها اگرچه می‌توان هر دو تصویر را روی یک نوار منفرد فیلم ذخیره کرد، اما این فیلم‌ها برای نمایش به پروژکتورهای با پیکربندی پیچیده و دو خروجی تصویری نیاز خواهند داشت. همزمان‌سازی این دو پروژکتور، یکی دیگر از مشکلات موجود در پیاده‌سازی این فناوری است، به نحوی که در برخی مواقع تصاویر به درستی در کنار یکدیگر قرار نگرفته و تصویر تار و سایه‌دار می‌شود. البته با استفاده از تکنیک‌های قطبی‌سازی حلقوی می‌توان بسیاری از این مشکلات را برطرف کرد، اگرچه این فناوری هنوز برای استفاده عمومی نوپا و گران‌قیمت است.
عینک سه‌بعدی غیرفعال پلاریزه، استاندارد شده توسط آزمایشگاه‌های Dolby. نمونه‌ای که در حال حاضر در سینما‌های سه‌بعدی به صورت استاندارد استفاده می‌شود.

تصویر 6

عینک‌های غیرفعال قرمز و آبی

تصاویر سه‌بعدی که می‌توان آن‌ها را با استفاده از عینک‌های غیرفعال قرمز/آبی مشاهده کرد، از دیگر انواع تصاویر سه‌بعدی هستند. تکنیک ایجاد و نمایش این‌گونه تصاویر از دو گونه دیگری که در این مقاله به آن‌ها اشاره کردیم، ساده‌تر است و می‌توان آن‌ها را با استفاده از عینک‌های ساده و بسیار ارزان‌قیمت با دو فیلتر قرمز و آبی (به‌طور دقیق‌تر، سبز آبی یا Cyan) مشاهده کرد. اما تکنیک ایجاد این تصاویر نیز مشابه سایر تکنیک‌های ایجاد تصاویر سه‌بعدی است و در آن دو تصویر که با زاویه اندکی متفاوت ثبت شده‌اند، به نمایش درمی‌آیند. تنها تفاوت در این است که به جای داشتن دو تصویر با دامنه رنگی کامل، یکی از تصاویر تنها سطوح قرمز و تصویر دیگر سطوح سبزآبی را نمایش می‌دهد. اگر با یک فیلتر قرمز رنگ به این دو تصویر نگاه کنیم، چشمان ما رنگ‌های قرمز را به صورت سفید و رنگ‌های سبزآبی را به رنگ سیاه تشخیص خواهند داد. در مقابل، در صورت نگاه کردن به تصویر با فیلتر سبزآبی اتفاق مشابه اما دقیقاً برعکسی خواهد افتاد. در این حالت، مغز شروع به جایگزینی رنگ‌ها خواهد کرد و نواحی واقعاً سفید یا واقعاً سیاه با هر چشم درک خواهند شد. در نهایت، مغز دو تصویر را با یکدیگر ترکیب کرده و این‌گونه برداشت می‌کند که آن‌ها در فاصله‌های متفاوتی از هم قرار گرفته‌اند. با استفاده از این تکنیک می‌توان تصاویر سه‌بعدی را به راحتی مشاهده کرد، بدون این‌که بیننده مجبور باشد چشم‌های خود را به داخل متمرکز کند. از مهم‌ترین مزایای استفاده از این شیوه، می‌توان به سادگی و ارزان‌قیمت بودن آن اشاره کرد. علاوه بر این، می‌توان دستگاه‌های پخش و تلویزیون را برای پخش تصاویر در این شیوه تغییر داد. نکته جالب درباره این شیوه نمایش تصاویر سه‌بعدی، این است که حتی می‌توان تصاویر چاپی را با نیز با استفاده از این روش به صورت سه‌بعدی درآورد. اما از معایب بزرگ این روش، عدم توانایی آن در بازتولید رنگ‌ها به صورت صحیح و البته حالت تاری و سایه است که روی تصاویر ایجاد می‌شود. به همین دلیل استفاده از این تکنیک به مواردی محدود است که سه‌بعدی بودن تصویر بر کیفیت آن اولویت داشته باشد. در حال حاضر، در سینماها این شیوه با سیستم پخش تصاویر پلاریزه به‌طور کامل جایگزین شده‌است.
نمونه‌ای از عینک‌های سه‌بعدی و فوق‌العاده ارزان‌قیمت قرمز/آبی. این نمونه یک‌بار مصرف بوده و از کاغذ و پلاستیک شفاف رنگی ساخته شده‌است.

تصویر 7

نمایشگر‌های Auto 3D

اما در نهایت شرکت‌های تولید‌کننده تلویزیون و نمایشگرها، در حال توسعه استانداردی هستند که مشاهده تصاویر سه‌بعدی بدون نیاز به عینک را ممکن می‌کند. این‌گونه صفحات نمایش که به نمایشگرهای Auto 3D نیز معروف هستند، گام بعدی نمایشگر‌های سه‌بعدی به شمار می‌روند. در حال حاضر، تنها نمونه تجاری موجود که به زودی به صورت گسترده در دسترس قرار خواهد گرفت، نه روی یک تلویزیون بلکه روی یک کنسول دستی بازی قرار دارد. کنسول 3DS از نینتندو از صفحه‌نمایشی از شرکت شارپ استفاده می‌کند که با استفاده از فناوری Parallax Barrier تولید شده‌است. در این فناوری همان‌طور که در تصویر 1-9 می‌بینید، از تعداد سد‌کننده استفاده شده‌است تا از دیده شدن هر تصویر جداگانه تنها توسط چشمی که در زاویه مناسب قرار دارد، اطمینان حاصل شود. در حقیقت نور پشتی، پیکسل‌ها را در دو جهت خاص روشن می‌کند. در نتیجه اگر به پیکسلی که به سمت چپ روشن شده‌است از سمت راست نگاه کنیم، آن پیکسل تاریک به نظر خواهد رسید و بالعکس. یکی از ایراد‌های بزرگ این فناوری، محدودیت فوق‌العاده زیاد زاویه دید است، به نحوی که به سختی می‌توان آن را برای بیش از یک بیننده بهینه کرد. اما در مقابل با غیرفعال کردن سدکننده‌های قرارگرفته جلوی منبع نور (که اغلب صفحات LCD هستند) می‌توان تصویر را به راحتی به صورت دو‌بعدی درآورد. به دلیل محدودیت زاویه دید، استفاده از این فناوری در تلویزیون‌های بزرگ ممکن نیست، هرچند آن‌ها برای استفاده در ابزارهای کوچک‌تری مانند کنسول‌های بازی قابل حمل یا تلفن‌های موبایل که اغلب یک نفر در هر زمان به صفحه‌نمایش آن‌ها نگاه می‌کند، عالی هستند.
کنسول دستی Nintendo 3DS یکی از اولین ابزارهایی که از صفحات نمایش Auto 3D استفاده می‌کند.

تصویر 8

lenticular sheet فناوری دیگری است که در صفحات‌نمایش Auto 3D استفاده می‌شود. همان‌طور که در تصویر 2-9 می‌بینید، این فناوری برای تغییر زاویه تابش نور به جای استفاده از سد‌کننده‌ها از لنزهایی که جلوی هر یک از پیکسل‌ها قرار گرفته‌است، استفاده می‌کند. در این حالت، نور تابیده‌شده توسط لنز خمیده می‌شود. این زاویه مطابق خواهد بود با زاویه چشمی که در حال تماشای تصویر است. در این حالت می‌توان نور هر پیکسل خاص را با زاویه‌ای خاص منتشر کرد و امکان دیدن تصویر مناسب را برای هر چشم فراهم آورد. از مزایای این روش می‌توان به دارا بودن چندین زاویه دید اشاره کرد که آن را برای استفاده در تلویزیون‌ها با صفحه بزرگ مناسب می‌کند. اگرچه زاویه دید عمودی بسیار محدود خواهد بود اما زاویه دید افقی می‌تواند گسترده باشد. البته باید توجه داشت، هر دوی این فناوری‌ها در مراحل اولیه تکاملی خود هستند و انتظار می‌رود در آینده نزدیک و با بالغ‌تر شدن آن‌ها، شاهد حضور گسترده این فناوری‌ها در بازار تلویزیون‌های سه‌بعدی باشیم.
تکنیک lenticular Sheet، 1. در مقایسه با تکنیک Parallax Barrier؛ 2. در صفحات نمایش Auto 3D

در حال حاضر، تلویزیون‌های سه‌بعدی در مراحل ابتدایی تکاملی خود قرار دارند. اگرچه می‌توانید انواع متنوعی از آن‌ها را در اندازه‌ها و با فناوری‌های متفاوت در بازار بیابید اما به نظر می‌رسد تا زمان پذیرش آن‌ها در نزد عامه مصرف‌کنندگان راه درازی در پیش باشد. اما به هر حال اگر قصد خرید یکی از آن‌ها را دارید، سعی کنید به نکاتی که در این مقاله به آن‌ها اشاره شد، توجه کرده و مدل موردنظر خود را به صورت عملی آزمایش کنید. علاوه بر این، می‌توانید انبوهی از مقالات، مقایسه‌ها و آزمایش‌ها را نیز در اینترنت درباره تلویزیون‌های سه‌بعدی پیدا کنید. اما در نهایت از آنجا که با فناوری‌های نوپا و در حال پیشرفتی روبه‌رو هستید، باید برخی کاستی‌ها را در این محصولات بپذیرید.