هر آنچه باید در مورد فناوری سه بعدی بدانید (سه بعدی بودن، مسئله این است)

به نظر می‌رسد گام بعدی در دنیای سرگرمی‌های خانگی، تلویزیون‌های سه‌بعدی باشند. تلویزیون‌هایی که سعی می‌کنند جادوی سه‌بعدی را به خانه‌های شما بیاورند. اما این‌که این تلویزیون‌ها چه هستند و چگونه می‌توانند تصاویر سه‌بعدی را شبیه‌سازی کنند، موضوعی است که ذهن بسیاری از خریداران را به خود مشغول کرده‌است. علاوه بر این، بسیاری از ما هنوز مطمئن نیستیم، آیا پرداخت هزینه‌ای گزاف برای خرید یک تلویزیون سه‌بعدی ارزشش را دارد یا نه! پس برای پاسخ به این سؤال بیایید با هم گشتی در دنیای فناوری‌های سه‌بعدی بزنیم.

دید استریوسکوپیک Stereoscopic

برای درک طرز کار تلویزیون‌های سه‌بعدی، باید نخست نگاهی داشت به چگونگی درک تصاویر سه‌بعدی توسط مغز انسان. همان‌طور که می‌دانید، تصاویر سه‌بعدی تصاویری هستند که عمق را شبیه‌سازی می‌کنند. به‌طور معمول، در یک تصویر تخت تنها دو بعد طول و عرض قابل ادراک هستند. البته نباید تصاویر سه‌بعدی کامپیوتری را مانند آنچه که در بازی‌ها می‌بینید با تصاویر واقعاً سه‌بعدی اشتباه بگیرید. تصاویری که ما در دنیای کامپیوتر به‌عنوان تصاویر سه‌بعدی می‌شناسیم، تصاویری دوبعدی هستند که به صورت ایزومتریک به تصویر کشیده شده‌اند. اگرچه به‌عنوان مثال، می‌توانید در بازی‌های سه‌بعدی به سمت جلو و عقب، یعنی در عمق حرکت کنید، اما چشمان شما هنگام بازی هیچ ادراک واقعی از عمق نخواهند داشت. چگونگی درک عمق و تصاویر سه‌بعدی، رابطه مستقیمی با سیستم بینایی و مغز دارد. چشم‌های انسان برخلاف بسیاری از جانوران به جای قرار گرفتن در دو طرف سر، در کنار یکدیگر جلوی صورت قرار گرفته‌اند، بنابراین دامنه دید ما چندان وسیع نبوده و چشم‌های ما قادر به پوشش زاویه کامل 360 درجه‌ای نیستند، به همین دلیل است که ما نمی‌توانیم پشت سر خود را ببینیم، اما یک پرنده به راحتی و بدون چرخاندن سر خود می‌تواند تمامی دنیای اطراف خود را ببیند. موجوداتی مانند پرندگان که چشم‌های آن‌ها در دو طرف سر قرار گرفته‌اند، دارای دید سه‌بعدی نیستد، البته دیدن محیط به صورت سه‌بعدی در روند تکاملی آن‌ها به‌عنوان یک اولویت وجود نداشته‌است. جانورانی مانند پرندگان و پستانداران گیاه‌خوار، بیشتر نیازمند دامنه دید بازتر هستند تا به آسانی از وجود خطر مطلع شوند. در سوی دیگر مغز جانوارن شکارچی، مانند انسان یا جانورانی که به دقت بالایی در مکان‌یابی نیاز دارند، به گونه‌ای طراحی شده‌است که تصاویر سه‌بعدی را پردازش کند. 
گربه‌سانان نیز مانند انسان دید سه‌بعدی دارند. 

تصویر 1

با دریافت تصاویر سه‌بعدی، امکان مکان‌یابی دقیق‌تر  میسر شده، در نتیجه این جانوران می‌توانند جهت و مکان قرارگیری اشیاء را با دقت بالایی درک کنند. به دلیل نیاز به تعیین محل شکار، تکامل سیستم بینایی برای درک تصاویر به صورت سه‌بعدی یکی از اولویت‌های تکاملی مغز انسان بوده‌است. برای این‌که درک کنید مغز چگونه می‌تواند مکان‌یابی دقیق‌تری با استفاده از تصاویر سه‌بعدی داشته باشد، کافیست آزمایش قدیمی تماس دو انگشت را اجرا کنید. در حالی که دو چشم شما باز هستند، سعی کنید تا دو انگشت اشاره خود را با سرعت به یکدیگر نزدیک کرده و سر انگشت یک دست را با دیگری لمس کنید. حال این آزمایش را در حالی که یکی از چشم‌هایتان بسته است، تکرار کنید. با انجام این آزمایش خواهید دید، در حالت دوم امکان خطا بسیار بیشتر است و در حقیقت در بیشتر موارد قادر به انجام این‌کار نیستید. اما سؤال اینجاست که، مغز چگونه قادر به تحلیل تصاویر سه‌بعدی است و از چه مکانیزمی برای درک عمق استفاده می‌کند.
همان‌طور که گفته شد، انسان تصاویر سه‌بعدی را بر پایه دو تصویر دریافت‌شده از دو چشم بازسازی می‌کند. این دو تصویر که به ظاهر یکسانند، دارای تفاوت جزئی هستند که برای مغز قابل درک است. هنگامی که با دو چشم خود به یک صحنه نگاه می‌کنید، در حقیقت چشمان شما دو تصویر را که اندکی با یکدیگر تفاوت دارند، به مغز مخابره می‌کند. مغز این دو تصویر را دریافت کرده، تفاوت‌ها را تشخیص می‌دهد و در نهایت یک تصویر منفرد اما سه‌بعدی ایجاد می‌کند. درست به همین دلیل است که اگر یکی از چشمان خود را ببندید، دیگر قادر به تشخیص تصاویر سه‌بعدی نخواهید بود. پیچیدگی مغز ما و توانایی بسیار بالای آن برای پردازش تصاویر به ما این اجازه را می‌دهد که بتوانیم توالی از تصاویر سه‌بعدی را با وضوح بسیار بالا در دامنه نور مرئی برای چشم دیده و به این وسیله با جهان اطراف خود با دقت بالایی ارتباط برقرار کنیم. سیستم بینایی انسان با نام سیستم بینایی استریوسکوپیک (به معنی سیستم دوتصویری) نیز شناخته می‌شود.
اما تصاویر سه‌بعدی به هیچ‌وجه چیزهای جدیدی نیستند. تاریخچه تصویربرداری سه‌بعدی به روزهای آغاز عکاسی باز می‌گردد. در سال 1844 یک مخترع و نویسنده اسکاتلندی به نام David Brewster ابزاری با نام Stereoscope را ابداع کرد که می‌توانست تصاویر را به صورت سه‌بعدی ثبت کند. این ابزار را بعدها Louis Jules بهبود داد و سپس با عکسی از ملکه ویکتوریا در حالت سه‌بعدی که در نمایشگاه The Great Exhibition در سال 1851 به نمایش درآمد به عموم معرفی شد. سپس Kinematoscope که ابزاری برای نمایش تصاویر متحرک ساده سه‌بعدی بود، در سال 1855 اختراع شد. اولین فیلم سه‌بعدی در سال 1915 تولید شد و در سال 1922 اولین فیلم سه‌بعدی تجاری برای عموم به نمایش درآمد. John Logie Baird، طرح‌های اولیه تلویزیون‌های سه‌بعدی را در سال 1928 تشریح کرد و سپس همین شخص اولین سری از این تلویزیون‌ها را بر مبنای فناوری‌های پخش مکانیکی تصویر و همچنین فناوری اشعه کاتدی اختراع کرد. در طی جنگ جهانی دوم، دوربین‌های شخصی سه‌بعدی تقریباً در بین عامه شناخته شده بودند و استفاده می‌شدند. در سال 1935 اولین فیلم سه‌بعدی رنگی ساخته شد و به نمایش درآمد. 
یکی از اولین ابزارهایی که برای دیدن تصاویر سه‌بعدی به‌کار می‌رفت. این مدل جیبی ساخت شرکت زایس است.

تصویر 2

در دهه پنجاه میلادی، هنگامی که تلویزیون‌ها در ایالت متحده به صورت گسترده‌ای استفاده شدند، تعداد بسیار زیادی فیلم سه‌بعدی نیز تولید شد. از اولین فیلم‌های سه‌بعدی تولیدشده در این دهه، می‌توان به Bawana Devil از شرکت United Artists که در سال 1952 تقریباً در سراسر ایالات متحده به نمایش درآمد، اشاره کرد. یک سال بعد، فیلم سه‌بعدی Hose of Wax که از صدای استریو نیز پشتیبانی می‌کرد به نمایش درآمد. آلفرد هیچکاک، فیلم Dial M for Murder خود را به صورت سه‌بعدی تولید کرد اما برای به حداکثر رساندن فروش، شرکت پخش‌کننده تصمیم گرفت آن را به صورت دوبعدی به نمایش درآورد. دلیل آن‌ها این بود که در آن زمان تعداد بسیار کمی از سینماها به تجهیزات نمایش سه‌بعدی مجهز بودند. در اتحاد جماهیر شوروی نیز فعالیت‌هایی برای تولید فیلم‌های سه‌بعدی در جریان بود، به‌طوری که فیلم سه‌بعدی رابینسون کروزوئه در سال 1946 به صورت یک فیلم بلند سه‌بعدی در این کشور تهیه شد و به نمایش درآمد. به دنبال آن، ایستگاه‌های تلویزیونی نیز آغاز به پخش برخی از برنامه‌های خود به صورت سه‌بعدی کردند. این برنامه‌ها از تکنیک‌های مشابه آنچه در ساخت فیلم‌های سه‌بعدی استفاده می‌شوند، بهره می‌بردند. 
اما تصاویر سه‌بعدی چطور ایجاد می‌شوند و در حقیقت چگونه می‌توان مغز انسان را به گونه‌ای فریب داد تا تصویر تخت به نمایش‌درآمده روی یک تلویزیون را به صورت سه‌بعدی ببیند؟ فناوری‌های متعددی وجود دارند که برای تولید تصاویر سه‌بعدی استقاده می‌شوند. همان‌طور که گفته شد، برای تولید تصاویر سه‌بعدی به صورت کلی از تکنیک استریوسکوپی استفاده می‌شود. این تکنیک، تصاویر را با استفاده از دو لنز متفاوت که در فاصله‌ای تقریباً برابر با فاصله دو عنبیه چشم انسان قرار گرفته‌اند، ثبت می‌کند. هر فریم در این حالت شامل دو تصویر تقریباً مشابه اما اندکی متفاوت برای هر چشم است. اگر این دو تصویر را روی یک صفحه‌نمایش تخت در زاویه دیدی خاص و به صورت جداگانه برای هر چشم نمایش دهیم، می‌توانیم مکان تصویر را به صورت ریاضی و با استفاده از فرمول‌های جبری به سادگی به دست آوریم. در دستگاه مختصات مستطیلی، در حالی که صفحه دارای دو بردار Y-Z است (بردار Z به سمت بالا و بردار Y به سمت راست) و بیننده به وسط تصویر در طول محور X نگاه می‌کند، متوجه می‌شویم که مختصات تصویر نمایش‌داده‌شده به سادگی، مجموع دو معادله است. یکی از این دو معادله مربوط به پرسپکتیو و دیگری مربوط به جابه‌جایی دوچشمی خواهد بود. پرسپکتیو مختصات Z و Y مربوط به هر شیء را با استفاده از عامل D/(D-x تغییر می‌دهد، در حالی که جابه‌جایی دوچشمی عامل دیگری را نیز به معادله اضافه می‌کند (تنها برای محور مختصاتی Y). معادله برای جابه‌جایی دوچشمی برابر خواهد بود با: s*x/(2*(D-x که در این معادله D برابر است با فاصله از مبدأ سیستم انتخاب‌شده تا بیننده (درست وسط چشم‌ها)، s برابر است با فاصله بین دو چشم (حدود 7 سانتی‌متر) و x مختصات واقعی شیء در محور x خواهدبود. جابه‌جایی دوچشمی، مقادیر مثبت را برای تصویر مختص به چشم چپ و مقادیر منفی را برای تصویر مختص به  چشم راست در نظر می‌گیرد. البته واضح است که به دلیل تخت بودن صفحه‌نمایش، در حقیقت، چشم همه تصاویر را از فاصله ثابتی می‌بیند و به همین دلیل است که سیستم به جای جابه‌جا کردن بیننده، سعی می‌کند جابه‌جایی تصویری در محور عمق را شبیه‌سازی کند. به‌عنوان مثال، برای دیدن اشیائی که بسیار  نزدیک هستند، باید چشمان خود را به درون متمرکز کنیم، به همین دلیل است که در حین نمایش این‌گونه تصاویر، اگر عینک سه‌بعدی خود را از چشم بردارید، متوجه می‌شوید که دو تصویر در حال فاصله گرفتن از یکدیگر هستند و فاصله بین اشیاء نمایش‌داده در هر تصویر برای هر چشم بیشتر خواهدشد. در مقابل، برای نمایش تصاویری که دارای اندازه‌های بزرگی هستند یا باید دور به نظر برسند، فاصله دو شیء در دو تصویر چپ و راست کمتر شده و در برخی موارد حتی روی یکدیگر منطبق می‌شوند. یکی از بزرگ‌ترین مشکلاتی که در سیستم‌های نمایش تصاویر سه‌بعدی قدیمی‌تر وجود داشت، عدم انطباق درست تصاویر روی یکدیگر برای نمایش اشیاء قرارگرفته در فاصله دورتر بود که سیستم‌های دیجیتال جدید به‌طور کامل آن را اصلاح کرده‌اند. 
اما مهم‌ترین مشکل تکنیک استریوسکوپی، محدودیت زاویه دید سه‌بعدی است، به همین دلیل تصاویر سه‌بعدی تنها از فاصله‌ای مشخص و زاویه‌ای خاص قابل دیدن هستند. برای حل این مشکل باید تصاویر را از چندین زاویه دید ثبت کرد و در نهایت تمامی تصاویر را در کنار یکدیگر به نمایش درآورد. در این صورت می‌توان تعداد نواحی دیدن تصاویر به صورت سه‌بعدی را افزایش داد. سیستم‌هایی که تصاویر را برای چندین زاویه دید ثبت می‌کنند، اغلب از تعدادی دوربین تشکیل شده‌اند که تصاویر استریو را به صورت جریان‌های ویدئویی جداگانه‌ای ذخیره می‌کنند. دوربین‌های Plenoptic که قادر به ثبت میدان نوری هر صحنه به صورت کامل هستند می‌توانند زاویه‌های دید متعددی را تنها با استفاده از یک لنز اصلی ثبت کنند. این دوربین‌ها برای این منظور از آرایه‌ای از میکرولنز‌های بسیار کوچک استفاده می‌کنند که هر یک بخشی از سنسور تصویری را پوشش می‌دهند. این آرایه به‌طور معمول، بین لنز اصلی و سنسور قرار می‌گیرد و تصاویر کوچک زیادی را روی سنسور ایجاد می‌کند. سپس می‌توان این تصاویر را با استفاده از روش‌های خاصی پردازش کرده و تصاویری با چندین زاویه دید به دست آورد. دوربین‌هایی که از این‌گونه لنزها استفاده می‌کنند، اغلب قادر به بازتولید دقیق‌ترین تصاویر به صورت سه‌بعدی هستند.
آرایه‌ای از لنزها که به‌طور معمول بین لنز اصلی و سنسور در دوربین‌های سه‌بعدی قرار می‌گیرند. 

اما پیچیده‌ترین قسمت پخش تصاویر سه‌بعدی این است که آن‌ها باید به گونه‌ای نمایش داده شوند که هر چشم تنها تصویر مربوط به خود را ببیند نه تصاویر مربوط به چشم دیگر را، زیرا در این حالت بیننده دو تصویر تار را مشاهده خواهد کرد که با هم منطبق نیستند. برای جدا‌سازی تصاویر از یکدیگر و نمایش آن‌ها از روش‌های مختلفی استفاده می‌شود که یکی از این روش‌ها استفاده از عینک‌هایی است که به اصطلاح به عینک‌های سه‌بعدی معروف هستند. این عینک‌ها نیز خود به دو دسته فعال و غیرفعال تقسیم می‌شوند. عینک‌های سه‌بعدی باید با هماهنگی نمایشگری که تصاویر سه‌بعدی را نمایش می‌دهد، کار کنند. به همین دلیل تمامی مدل‌های فعال، به نوعی با تلویزیون ارتباط دارند. در مقابل، آن‌هایی که در سینما‌ها استفاده می‌شوند، همیشه از انواع غیرفعال یا پسیو هستند. 
اصلی‌ترین روش‌هایی که برای نمایش تصاویر سه‌بعدی در تلویزیون‌ها و سینما استفاده می‌شوند و هر یک از عینک‌های موردنیاز را می‌توان به انواع زیر تقسیم کرد:
Alternate-Frame Sequencing؛ با عینک‌های شاتردار فعال
Polarization 3D؛ با عینک‌های غیرفعال پلاریزه
Anaglyphic 3D؛ با عینک‌های غیرفعال قرمز و آبی
Autostereoscopic 3D؛ بدون نیاز به لنز، با نام Auto 3D نیز شناخته می‌شود.

عینک‌های فعال با شاتر کریستال مایع

شیشه عینک‌های با شاتر کریستال مایع شبیه به یک نمایشگر تک‌رنگ با یک پیکسل بسیار بزرگ است که سراسر زاویه دید را می‌پوشاند. برای ایجاد تصاویر با استفاده از این تکنیک و در نرخ 60 فریم بر ثانیه، تلویزیون به‌طور معمول، در هر ثانیه 120 تصویر متوالی را به نمایش درمی‌آورد که 60 فریم آن‌ مختص چشم چپ و 60 فریم دیگر مربوط به چشم راست است. این تصاویر به صورت یکی در میان پشت سر هم قرار گرفته‌اند و اگر با چشم غیرمسلح به آن‌ها نگاه کنید، می‌توانید اختلاف دو تصویر را در صحنه‌های مختلف به صورت دو تصویر تار که روی یکدیگر منطبق نیستند، مشاهده کنید. اما عینک فعالی که برای دیدن این تصاویر استفاده می‌شود، جلوی تصاویر را برای چشم مخالف می‌گیرد. برای مثال، هنگام نمایش تصویر مربوط به چشم راست، سلول کریستال مایع مربوط به شیشه چپ عینک فعال شده و به رنگ سیاه درمی‌آید، در نتیجه چشم چپ قادر نخواهد بود تصویر مربوط به چشم راست را ببیند، در حالی که شیشه جلوی چشم راست شفاف باقی مانده و این چشم تصویر را خواهد دید. در فریم بعدی، اتفاق مشابهی برای شیشه چشم راست می‌افتد و این‌بار جلوی دید چشم راست سد می‌شود تا از دیده شدن تصویر مربوط به چشم چپ توسط آن جلوگیری شود. شیشه‌های چپ و راست هر یک در هر ثانیه به اندازه دو برابر نرخ فریم اصلی تیره و روشن می‌شوند و در نتیجه بیننده قادر خواهد بود تصویر را به صورت سه‌بعدی مشاهده کند. در این فناوری، عینک باید به دقت با تلویزیون هماهنگ باشد تا بتواند در زمان صحیح، شیشه‌های مربوطه را تیره یا شفاف کند. برای این منظور، عینک‌ها از باتری داخلی استفاده می‌کنند و با استفاده از یک ارتباط بی‌سیم به تلویزیون متصل می‌شوند. تقریباً تمامی تلویزیون‌های جدید سه‌بعدی برای نمایش تصویر از این شیوه استفاده می‌کنند. 
عینک 3D Vision از نمونه‌های فعال با شاتر کریستال مایع به همراه فرستنده و گیرنده آن برای هماهنگ‌سازی ساخت NVIDIA استفاده از این نوع عینک‌های سه‌بعدی می‌تواند به شکل مؤثری از اشکالات رایج تصویری چون تاری تصاویر و سایه‌دار بودن آن‌ها در دیگر فناوری‌ها جلوگیری کند. این مشکلات که بیشتر در فناوری‌های Real 3D TV یا استفاده از دو پروژکتور برای نمایش تصاویر سه‌بعدی دیده می‌شود، بسیاری از اوقات بر کیفیت نهایی تصویر خروجی، تأثیر منفی قابل توجهی دارد. علاوه بر این، عینک‌های اکتیو با شاتر کریستال مایع برعکس عینک‌های غیر‌فعال قرمز/ آبی، به هر دو چشم این امکان را می‌دهند تا محدوده کامل رنگ‌ها را در تصویر درک کنند. اما این عینک‌ها در فرکانس‌های پایین ممکن است بروز پرش و چشمک‌زدن تصویر را باعث شوند. به این دلیل که استفاده از این عینک‌ها، نرخ نوسازی واقعی تصویر را به نصف کاهش می‌دهد، اگر نرخ به اندازه کافی بالا نباشد، تصاویر به صورت پرش‌دار به نظر خواهند رسید. این مشکل هنگام استفاده از آن‌ها به همراه تلویزیون‌های LCD بیشتر مشخص می‌شود. تلویزیون‌های LCD به صورت سنتی دارای نرخ نوسازی بسیار بالایی نبوده‌اند و حتی هم‌اکنون نیز بسیاری از آن‌ها قادر به نوسازی تصاویر با سرعت بیش از 60 فریم بر ثانیه نیستند. از دیگر مشکلات این عینک‌ها می‌توان به کاهش روشنایی تصویر هنگام استفاده از آن‌ها اشاره کرد. به این دلیل که هر چشم نیمی از مجموع فریم‌ها را می‌بینید، روشنایی به صورت تئوری برای بیننده نصف روشنایی حقیقی تولیدشده توسط تلویزیون است. علاوه بر این، شیشه عینک نیز به دلیل استفاده از سلول‌های کریستال مایع در ساختار خود، مقداری از نور را جذب می‌کند که این موضوع می‌تواند روشنایی را بیش از پیش کاهش دهد. در نهایت، قیمت بالای این نوع عینک‌ها نیز می‌تواند به‌عنوان یکی دیگر از مشکلات آن‌ها مورد توجه قرار گیرد. در حالی که قیمت عینک غیرفعال با شیشه‌های پلاریزه یا عینک‌های قرمز/آبی تا حدود یک دلار کاهش داشته‌است، قیمت عینک‌های فعال با شاتر کریستال مایع در محدوده صد دلار برای هر یک باقی مانده‌است. در صورتی که قصد دارید تلویزیون سه‌بعدی خریداری کنید که از این نوع عینک‌ها پشتیبانی می‌کند، باید به نرخ نوسازی تصویر (یا فرکانس افقی که نباید کمتر از 120 هرتز باشد)، روشنایی تلویزیون و قیمت عینک‌ها توجه کنید. از دیگر انواع عینک‌های سه‌بعدی اکتیو می‌توان به عینک‌های با شاتر قرمز اشاره کرد که تنها با تلویزیون‌های CRT استفاده می‌شوند و در حال حاضر استفاده از آن‌ها منسوخ شده‌است.

تصویر 4

 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.