|
ТЕХНОЛОГИИ ВИРТУАЛЬНЫХ ЭКРАНОВ ОБЪЕМНОГО ТВ
А.Н.Пузий (доцент, ТУИТ им. Мухаммада аль-Хоразмий)
Существующие проекционные видеотехнологии успешно создают
довольно реалистичную иллюзию трехмерного мира, воссоздавая эффект
глубинного восприятия. Однако такие системы формируют изображения в
ограниченном замкнутом объеме, в который зритель проникнуть не может,
что препятствует интуитивному взаимодействию. В то время, как идеальный
3D-экран позволял бы создавать объемные изображения непосредственно в
воздухе, позволяя зрителям непосредственно взаимодействовать и
манипулировать виртуальными видео объектами. Поэтому исследования в
данном направлении ведутся специалистами США, России, Венгрии и других
стран мира. В результате проведенных исследований был создан ряд
интересных технологий, использующих рассеяние света на неоднородных
оптических средах. К таким технологиям относятся построение туманных
(Fog Screen) и аэрозольных экранов (Free-space display).
Впервые технологию туманного экрана, называемую Walk-thru Fog
Screen (англ. «сквозь туманный экран») разработали в 2002 году доктор Исмо
Ракколайнен и профессор Карри Паловуори из технологического
университета в Тампере (Финляндия). Данная технология представляет собой
систему, создающую ламинарный стекающий воздушный поток, внутрь
которого первоначально вводился туман из жидкого азота, а затем стали
использовать водяной пар. В этой системе поток воздуха защищает поток
тумана, на который транслируется графический контент. Таким образом, на
границе раздела воздуха и пара происходит рассеяние света, что формирует
172
довольно четкое изображение. При этом, сама установка, подающая пар,
устанавливается на высоте, чтобы снизу оставался проход, что позволяет
зрителям проходить сквозь пар и контент.
В настоящее время существует много разновидностей данной техноло-
гии, называемых просто Fog Screen, где вместо азота широкое применение
получила дистиллированная или обычная вода. Причем, применение
дистиллята значительно повышает срок службы установки.
При работе установки микрочастицы жидкости, размером в несколько
микрон, в генераторе тумана приобретают слабый отрицательный заряд, что
приводит к их хаотичному отталкиванию друг от друга. В результате туман
на ощупь получается сухим, не образующим конденсата и немного прохлад-
ным.Таким образом,при прохождении через такой экран человек совершенно
не чувствует влагу.
Толщина водяного экрана обычно составляет несколько сантиметров, но
изображение получается четкое и яркое, хорошо заметное аудитории. При
этом, изображение, формируемое одним или двумя проекторами, выглядит
висящим в воздухе. Причем прозрачность экрана может регулироваться от
почти полной до практически непроницаемой.
Следует отметить, что такой экран получается многослойным, где
рабочим является центральный слой, который и обогащается холодным
туманом. А по бокам располагаются два плотных поддерживающих потока,
которые являются защитными. Причем, в зависимости от конструкции, они
задают направление рабочего слоя, защищая его от сквозняков, перепадов
температуры, ветра и других негативных воздействий. В результате
изображение остается достаточно стабильным. Таким образом, в зависимости
от модели, паровой экран может быть совершенно невидимым зрителям или
представлять собой полупрозрачные туманные струи.
Для обеспечения максимально качественного изображения используется
специальное управляющее оборудование, которое позволяет контролировать
длину, плавность и равномерность потока. Кроме того, учитываются такие
параметры, как температура, направление, скорость, степень ламинарности и
т.д. При этом важно, чтобы работоспособность всех трех потоков экрана
была близкой друг к другу. Именно это и дает зрителю возможность увидеть
четкое трехмерное изображение, которое парит в воздухе. Для работы с
воздушными
потоками,
которые
насыщаются
частицами
тумана,
применяются электрические вентиляторы в виде отдельных массивов.
Аэрозольная технология экранов является более общей разновидностью
туманных экранов, но в отличие от газовых смесей в Fog Screen, она может
работать и с твердыми микрочастицами, размером от нескольких
микрометров до нескольких сотых микрометра.
В основе работы такого экрана лежит ультразвуковое распыление
обычной воды на мельчайшие капли, которые затем при помощи
вентиляторов собираются в трёхсантиметровую завесу. Если собрать вместе
несколько таких завес, то на них можно проецировать объёмное изображе-
173
ние: одно изображение возникает впереди, а другое сзади, в результате чего
для зрителя это будет выглядеть как настоящая трёхмерная модель.
Характерной особенностью существующих технических решений
формирования аэрозольного проекционного экрана является ламинарный
характер течения аэрозоля и транспортирующего его воздуха. Это, с одной
стороны, позволяет ограничить расход воды для формирования экрана и
обеспечить приемлемую оптическую однородность экрана, а с другой
стороны, отрицательно сказывается на устойчивости экрана при поперечном
движении окружающего воздуха. Причем, ламинарный характер течения
аэрозоля снижает устойчивость экрана при введении в область экрана каких-
либо предметов, что ограничивает возможности использования таких
экранов в интерактивных видео системах. Поэтому для стабилизации
параметров аэрозольных экранов применят довольно сложные системы
управления воздушным потоком. Так, для уменьшения рассеивания
аэрозольного облака в пространстве, часто с обеих сторон облака создают
дополнительные воздушные завесы, параллельные плоскости экрана. При
этом, у дальней, по отношению к распылительным головкам, границы экрана
располагают всасывающее устройство воздушной взвеси, позволяющее
дополнительно стабилизировать экран. Такие сложные системы управления и
стабилизации позволяют обеспечить высокое качество изображений.
Проведенные исследования показали, применение локально-турбулент-
ного потока значительно улучшает стабильность экрана при касаниях. При
этом, скорость аэрозоля и защитного потока воздуха вблизи выпускных
отверстий должна составлять от 2 до 6 м/с, а рабочая частота ультразвуковых
генераторов для формирования аэрозоля должна быть в диапазоне 1,7 - 10
МГц.
Одной из наиболее интересных реализаций аэрозольной технологии
является сенсорный экран, созданный астраханскими специалистами из
российской компании DisplAir. В этом экране (рис.1), разработанном в 2013
году, изображение проецируется на турбулентный поток твердых микро
частиц воды размером до 2 мкм, чьи свойства позволяют фиксировать до
1500 одновременных касаний. Вместе с тем твердым микрочастицам Displair
свойственна устойчивость к жаре и морозу, так как они не испаряются и не
замерзают.
Рис.1. Внешний вид аэрозольного сенсорного экрана Displair
Для обеспечения интерактивности, касания к «воздушному» дисплею
фиксируются набором инфракрасных и оптических датчиков, которые
174
способны различать угловые и линейные перемещения со временем задержки
не более 0,2 с. При этом разработчики Displair утверждают, что их система
способна распознавать и более сложные жесты, нежели те, что предлагают
multi-touch-системы существующих интерактивных экранов.
Do'stlaringiz bilan baham: |
