Na Uniwersytecie Południowej Kalifornii stoi niezwykła gablota. Można w niej podziwiać mały statek kosmiczny znany z filmu „Gwiezdne wojny”. Pojazd świeci jasnym światłem. Możemy chodzić dokoła gabloty i oglądać stateczek ze wszystkich stron. Ale gdy ktoś zbije gablotę i sięgnie do środka, by przywłaszczyć sobie świecący model, spotka go bolesna niespodzianka: ręka – zamiast na błyszczącą zabawkę – natrafi na kręcące się z szybkością 20 obrotów na sekundę lustro.
KARUZELA POD KOPUŁĄ
To właśnie wirujące, nachylone pod kątem 45 stopni zwierciadło stwarza trójwymiarową iluzję. Nad lustrem jest rzutnik, który wyświetla obrazy nadsyłane przez komputer. Obrazy emitowane są z dużą częstotliwością: ponad 5000 klatek na sekundę. Kiedy lustro obróci się o 1,25 stopnia, już odbija kolejny obraz. W efekcie rzutnik i zwierciadło wyświetlają jednocześnie 288 różnych filmów, każdy z nich wysyłany jest w innym kierunku i odpowiada widokowi statku kosmicznego z innego punktu widzenia.
Komputer wykorzystany w wynalazku to zwykły PC z 24-bitową kartą graficzną, która działa z częstotliwością ponad 200 Hz. Nieco zmodyfikowany projektor rozbija każdą kolorową 24-bitową klatkę na 24 klatki jednobitowe, czyli monochromatyczne. Dzięki temu można wygenerować 24 razy więcej obrazów, choć są to obrazy jednokolorowe.
Wysyłający obrazy komputer śle jednocześnie sygnały do modułu sterującego silnikiem, więc całość jest zgrana idealnie.
Trójwymiarowy projektor z Kalifornii jak dotąd nie znalazł praktycznego zastosowania. Ale takie zastosowania są możliwe np. w medycynie (jako pomoc w nawigowaniu wśród delikatnych struktur mózgu lub przedstawieniu wyników tomografii komputerowej), w geologii (do obrazowania warstw skalnych) lub nawet w wojskowości (w celu np. dokładnej analizy lotu szwadronu samolotów).
Do takich właśnie celów służy już inny, dość podobny wynalazek: Perspecta firmy Actuality Systems. W urządzeniu tym pod przezroczystą plastikową kopułą wiruje biały ekran o średnicy 25 cm. Komputer podłączony do wyświetlacza wysyła po kolei 198 różnych obrazów, każdy dla innego kąta patrzenia. Ekran wiruje z prędkością 15 obrotów na sekundę, a częstotliwość zmiany klatek jest dwa razy wyższa, 30 razy na sekundę, dzięki czemu zminimalizowane jest migotanie.
CO POTRAFI HOLOGRAFIA
Czy wirujące lustra lub ekrany trafią kiedyś do naszych domów jako trójwymiarowe telewizory? Byłoby to dość trudne, choćby dlatego, że zajmowałyby mnóstwo miejsca – wyobraźmy sobie wielką nowoczesną plazmę, która, zamiast wisieć spokojnie na ścianie, wiruje. Kto wie jednak, czy do naszych mieszkań nie zawitają hologramy?
Holografia, w jej najbardziej klasycznej postaci, to metoda zapisywania i odtwarzania trójwymiarowego obrazu przy pomocy lasera. Wysyła się dwie identyczne wiązki laserowe: jedna odbija się od portretowanego obiektu, druga nie. Obie wiązki mieszają się potem ze sobą, czyli interferują i wynik tej interferencji rejestrowany jest na kliszy. O ile zwykła fotografia rejestruje tylko natężenie światła padającego na kliszę, holografia rejestruje też fazę fali świetlnej. Ta dodatkowa informacja dodaje do zapisu trzeci wymiar.
W tym roku naukowcy z Uniwersytetu w Arizonie ogłosili, że opracowali specjalny nośnik i sposób zapisu, które umożliwiają nie tylko szybkie zapisanie hologramu, ale też jego skasowanie – aby po chwili na tym samym nośniku zapisać kolejny hologram. Innymi słowy stało się możliwe pokazywanie nie tylko pojedynczych trójwymiarowych zdjęć, ale całych ich sekwencji.
Nośnikiem obrazów w opisywanym wynalazku jest zmodyfikowany azobenzen, znany chemikom związek fotochromowy, czyli taki, który zmienia barwę pod wpływem naświetlania. Kluczem do sukcesu było przyłożenie do nośnika potężnego napięcia: około 9 tys. woltów. Wzmaga ono działanie wiązek laserowych zapisujących obraz. Kiedy hologram już jest wyświetlony, można je trochę zmniejszyć: do 4 tys. woltów, aby obraz na nośniku się utrzymał. By obraz skasować, trzeba potraktować nośnik silną, jednorodną wiązką laserową.
Dotychczasowe wyniki eksperymentu są następujące: naukowcom udało się wytworzyć ekran do wyświetlania hologramów o powierzchni około 10 centymetrów kwadratowych. Jego grubość nie przekracza milimetra. Na razie czas upływający od wyświetlenia jednej klatki do drugiej wynosi trzy minuty – to za mało, by mówić o trójwymiarowym filmie. Ale inżynierowie z Arizony twierdzą, że szybko usprawnią swój wynalazek, tak aby wyświetlał 30 obrazów na sekundę.
Czy gdyby udało się powiększyć ekran i przyspieszyć zapis, powstałby trójwymiarowy telewizor dla każdego? Niestety raczej nie – są pewne przeszkody, tak przynajmniej uważają eksperci wypowiadający się na łamach tygodnika „New Scientist”. Materiał użyty przez arizońskich inżynierów jest około 1000 razy mniej czuły na światło laserowe niż zwykły materiał używany do zapisu hologramów. Znaczy to, że w trójwymiarowym wyświetlaczu wytworzonym wedle opisanego pomysłu należałoby użyć bardzo drogich laserów wielkiej mocy. Mogą też być pewne problemy z wymaganym w urządzeniu wysokim napięciem sięgającym 9 tys. woltów.
SOCZEWKI I SZPARKI
Możliwa jest jednak przestrzenna telewizja bez wirujących luster, drogich laserów i tysięcy woltów napięcia – dobre trójwymiarowe wyświetlacze już są produkowane, na przykład przez firmę Philips. W lipcu odbyła się premiera nowego 52-calowego ekranu WOWvx. Wyświetlacz ma rozdzielczość 1920 na 1080 pikseli i byłby po prostu dużym dobrym wyświetlaczem ciekłokrystalicznym, gdyby nie cieniutki filtr, składający się z czegoś w rodzaju pionowych przezroczystych przepołowionych wałeczków.
Jak ten filtr działa, najłatwiej wyjaśnić przez analogię do nowoczesnej metody druku, nazywanej drukiem soczewkowym. Na papier nanosi się warstwę soczewek, dzięki której – zależnie od tego, pod jakim kątem na kartkę patrzymy – oglądamy inny jej fragment. Jeżeli patrzymy pionowo z góry, wtedy widzimy to, co jest bezpośrednio pod soczewką. Kiedy patrzymy pod lekkim skosem, wypukła soczewka odsyła nasz wzrok do nieco innego punktu obrazka.
Technologia WOWvx to jak gdyby druk soczewkowy zastosowany w wyświetlaczach. Soczewki rozkładają obraz na dziewięć nieco różniących się od siebie obrazów i każdy z nich wysyłają w innym kierunku. Pozwala to na podziwianie przestrzennego filmu z wielu różnych punktów sali. Widz ma wrażenie, że przedmioty wystają z ekranu albo chowają się w głąb. Pewnym mankamentem tej metody jest to, że obraz przestrzenny uzyskujemy kosztem rozdzielczości – ale to jest niestety cecha wszystkich trójwymiarowych wyświetlaczy.
Philips WOWvx ma tę zaletę, że można w każdej chwili zmienić go w zwykły dwuwymiarowy wyświetlacz. Taka zmiana odbywa się automatycznie, ekran rozpoznaje typ obrazu, który przekazuje. Ponieważ warstwa soczewek tak naprawdę składa się z ciekłych kryształów, wystarczy przyłożyć do niej odpowiednie napięcie, by z falistej stała się zupełnie płaska, straciła swoje soczewkowe właściwości.
CZYJA ILUZJA WYGRA
Dlaczego więc, skoro odpowiedni sprzęt istnieje, trójwymiarowa telewizja nie stała się powszechna? Cóż, cena wyświetlacza WOWvx (za ekran 42-calowy) to ponad 9 tys. euro. To po pierwsze. Po drugie, nawet gdyby ktoś kupił sobie taki sprzęt do domu, to i tak nie miałby czego na nim oglądać. Trójwymiarowa telewizja potrzebuje filmów i programów nakręconych z uwzględnieniem trzeciego wymiaru. A takich na razie niewiele
Philips próbuje uzupełnić ten brak za pomocą programu komputerowego, który dodaje na bieżąco trzeci wymiar. Na podstawie ruchu obiektów na ekranie komputer oblicza, jakie miejsca zajmowałyby one w fotografowanej przestrzeni. Efekt jest interesujący, ale jakość takiej przeróbki jest zbyt niska, by zadowolić współczesnych telewidzów, przyzwyczajonych do obrazów najwyższej jakości.
Lepsze efekty daje zastosowanie ekranu w rodzaju WOWvx w grach komputerowych. Wiele współczesnych gier rozgrywa się w wirtualnej trójwymiarowej przestrzeni w pamięci komputera; ta przestrzeń jest następnie przedstawiana w dwóch wymiarach na monitorze – zamiast tego można ją bez większego kłopotu zaprezentować w trzech wymiarach.
Na razie niezwykłe ekrany Philipsa znajdują zastosowanie przede wszystkim jako nośniki reklam umieszczane w przestrzeni publicznej. Podobnie jak inna technologia tego rodzaju: niemieckiej firmy Newsight. Metoda ta jest bardzo podobna, tyle że zamiast warstw soczewek Niemcy zastosowali przesłonę z bardzo wąskimi szparkami. System Newsight wyświetla jednocześnie osiem różnych obrazów. Firma próbuje też zdobyć odbiorców prywatnych, wprowadzając na rynek specjalną dwuobiektywową kamerę. Filmy zarejestrowane z jej pomocą, po pewnej obróbce komputerowej, można oglądać na monitorach Newsight.
Choć technologie Philipsa i Newsight są podobne, zgodności pomiędzy nimi nie ma. W przyszłości nie unikniemy więc wojny pomiędzy producentami sprzętu elektronicznego o to, czyj trójwymiarowy standard zwycięży, to znaczy w czyim systemie nagrywane będą programy i filmy. Może wygra rozwiązanie Philipsa? Może firmy Newsight? A może jakaś inna technologia oparta np. na holografii? Do gry przystąpiła także Toshiba, która opracowała malutki, ważący kilogram, projektor 3D oparty na wyświetlaczu ciekłokrystalicznym i 12 lustrach. Toshiba twierdzi wprawdzie, że stworzyła wynalazek z myślą o szkołach i muzeach, ale kto wie, może na jego bazie powstaną kiedyś telewizory? Jedno jest pewne: trójwymiarowa telewizja prędzej czy później wyprze płaską, tak jak kolorowa wyparła czarno- białą. W wojnie o trzeci wymiar chodzi o bardzo wymierne zyski.
ZJAWY I FANTOMY
Nie trzeba wyświetlać obrazu trójwymiarowego, żeby wywołać u widza wrażenie trójwymiarowości – wystarczy odpowiednio wyeksponować obraz płaski. Można to zrobić, np. wyświetlając go w powietrzu. Taki fantom, projektowany na tle znajdujących się za nim przedmiotów, będzie przypominał trójwymiarowy obiekt, bo będzie zajmował konkretne miejsce w przestrzeni. Przykład: wyświatlacz Heliodisplay. W jaki sposób urządzenie wyświetla obrazy w powietrzu, jest tajemnicą jego wynalazcy Chada Dynera. Najprawdopodobniej tworzy nad projektorem niewidoczną dla oka mgiełkę, która służy za ekran. W podstawowej wersji urządzenie wyświetla obraz o przekątnej 30 cali, a kosztuje w USA ponad 18 tys. dolarów. W Polsce można wynająć taki projektor za ok. 3 tys. złotych. Jeszcze mocniejsze niż Heliodisplay wrażenie trójwymiarowości daje duński aparat Cheoptics360. Urządzenie wyświetla obraz wewnątrz wielkiej, przezroczystej, odwróconej piramidy. Producent, firma Vizoo, nie ujawnia, jak aparat działa. W każdym razie dzięki lustrom i czterem projektorom na fantom można patrzeć z każdego punktu dokoła piramidy. Nie jest to obraz naprawdę trójwymiarowy, ale o tym widz zapomina zauroczony niezwykłym widowiskiem.