“와우,그 놀라운”런던 왕립 학회에서 작년의 여름 과학 전시회에 적어도 하나의 방문자의 반응이었다. 그들의 열정은 주로 여왕의 존재에 기인하지 않았다,누가 이전에 사회의 350 주년 기념 행사의 일환으로 전시회를 열었다. 오히려,그들의 흥분은 옥스포드 샤프 실험실에서 쇼에 최신 액정 디스플레이까지했다. 시청자는 노트북에 차원에서 움직이는 이미지를 볼 수 있었다-특수 안경에 대한 필요없이. 그들은 비둘기가 분명히 자신의 어깨에서 하강 조류와 함께,세인트 마크 광장,베니스에서 공급되는 볼 수 있었다,또는 그들은 대화 형 컴퓨터 게임 지진에 나쁜 사람을 추구로 그들은 3 차원 모험에 빠지다 수 있습니다.

왕립 학회에서 전시 된 안경이없는 3 차원 디스플레이는 액정 디스플레이로 인한 혁명의 최신 예였으며,이제 휴대 전화와 46 인치 평면 텔레비전에서부터 휴대용 개인용 전자 게임,아이 패드 및 기타 태블릿 장치에 이르기까지 모든 곳에서 움직이는 이미지를 볼 수 있습니다. 그러나 현대 액정 디스플레이의 탄생을 나타내는 핵심 특허가 출원 된 지 40 년이 지났다고 생각하는 것은 놀라운 일입니다. 유기 발광 다이오드(올레드),플라즈마 및”전자 잉크”도 현대 디스플레이의 특성을 변화시키고 있지만,현재 3 차원 디스플레이 기술의 최전선에 서있는 액정의 놀라운 특성입니다.

3 차원 영상화

안경 없이 3 차원 영상을 보는 것은 정말 놀라운 경험이지만,먼저 이것이 다른 3 차원 영상화 기술과 어떻게 맞는지 살펴보자. 입체,홀로그램 및 체적의 세 가지 주요 기술이 있습니다.이 기술은 모두 스크린이 액정,플라즈마 또는 올레드를 사용하는지 여부에 관계없이 동일한 원리로 작동합니다. 그들은 각각 장점과 단점 리얼리즘,복잡성,크기 및 비용,하지만 폭풍에 의해 하이 스트리트를 복용 하는 3 차원 텔레비전의 대량에서 사용 되는 가장 상업적으로 실행 가능한 방법은 각 우리의 눈에 이미지의 다른 관점을 보여주는 포함 됩니다. 이”입체”기술은 각 눈이 다른 관점을 보는 현실 세계를 모방하고 뇌는 두 이미지를 함께”융합”하여 주변 환경에 대한 3 차원 인식을 만듭니다(그림 1).

왼쪽 눈과 오른쪽 눈에 이미지를 별도로 표시하는 작업은 수년 동안 다양한 독창적 인 방식으로 다루어 왔습니다. 1950 년대까지 영화관에서 시험 된 많은 사람들이 익숙 할 접근 방식은 각각 왼쪽과 오른쪽 눈에 별도의 빨간색과 파란색 렌즈가 달린 안경을 착용하는 사용자를 포함합니다. 여기서 아이디어는 이미지가 빨간색,녹색 및 파란색 채널로 분할되고 왼쪽 눈은 빨간색 이미지 만보고 오른쪽 눈은 녹색 및 파란색 이미지 만 보는 것입니다.

최근의 시스템은 컬러 렌즈를 없애고 대신 각 눈에 빛을 번갈아 전달하고 차단하는 안경을 사용합니다. 즉,렌즈는”광학 셔터”역할을하므로 어느 한 순간에 한 눈이 정지 이미지를 볼 수 있지만 다른 눈은 볼 수 없습니다. 영화의 연속 정지 이미지에 레이블을 붙이면 왼쪽 눈은”엘 장면”만보고 오른쪽 눈은”아르 자형 장면”만 봅니다. 이 안경은 장면 자체가 일반적으로 120 헤르쯔 또는 240 헤르쯔의 주파수로 업데이트되는 동안,그들이 작동하도록 전자의 다양한 비트를 필요로한다. (다른 접근 방식–에 스포츠를 볼 수있는 술집에서 발견 프로젝션 스크린과 일반적인-다른 편광으로 표시 할 수 엘 및 아르 자형 장면에 대한 것입니다,다른 편광 렌즈가 포함 된 어두운 안경을 착용해야하는 사용자.

이 입체적인 접근 방식을 사용하여 생성 된 이미지는 놀라운 사실감으로 화면 밖으로 뛰어 내릴 수 있습니다. 그러나 입체 영상은 의도한 3 차원 위치에 관계없이 모든 물체가 초점이 맞춰져 있기 때문에 완벽하지는 않습니다. 반면 현실 세계에서는 3 차원 이미지의 다른 깊이가 다른 위치에 초점을 맞추고 있습니다. 초점을 올바르게 다루는 3 차원 이미지를 만드는 한 가지 기술은 홀로그래피입니다(그림 1 비). 홀로그램은 동일한 파장의 코 히어 런트 참조 빔과 겹치는 물체에서 코 히어 런트 반사 광 때 생성 된 간섭 패턴을 감광성 재료에 기록 하 여 만들어집니다. 이 패턴은 감광성 물질의 흡수,굴절률 또는 두께의 변화로 저장되며,판독 레이저로 패턴을 조명하여 객체의 복사본을 재현 할 수 있습니다. 3 차원 홀로그램은 기본적으로 고해상도 2 차원 사진의 스택을 갖는 것과 같습니다.

3 차원 홀로그램의 가장 큰 장점은 장면 앞부분에 있는 물체를 보는 것에서 뒤쪽의 물체로 변화하기 위해 시청자가 눈의 초점을 조정해야 하기 때문에 시청자의 3 차원 인식이 총체적이라는 것이다. 불행하게도,사실적인 홀로그램 이미지를 생성하기에 충분한 정밀도로 광 파면을 생성하고 제어하는 것은 일반적으로 오늘날의 상용 액면가에서 발견되는 것보다 수천 배 높은 픽셀 밀도의 디스플레이뿐만 아니라 필요한 데이터의 볼륨을 처리 할 수있는 컴퓨터 처리 능력의 엄청난 양을 필요로한다. 자신의 이미지가 우수하지만 홀로그램 디스플레이가 상업적 현실이되기 전에 그래서,더 기술적 인 혁신은 여전히 필요합니다.

반면 입체경 검사는 우리의 두뇌가 이미지의 다른 관점을 가진 우리의 오른쪽 눈과 왼쪽 눈에서 깊이를 추론하는 데 능숙하다는 사실에 의존합니다. 실제로 이것은 입체 디스플레이가”정상적인”디스플레이가 2 차원 이미지를 만드는 데 필요한 데이터의 두 배만을 사용하여 3 차원 이미지를 생성 할 수 있음을 의미하며,이것이 상업적으로 유망한 것으로 입증되는 이유입니다.

3 차원 디스플레이를 만드는 세 번째 방법은 평면에 배열된 기존의 2 차원 픽셀을 제거하고 대신 3 차원,체적 픽셀 또는”복셀”을 사용하는 것이다. 이러한 복셀을 만드는 한 가지 방법은 회전하는 화면에서 빛나는 프로젝터를 사용하는 것입니다. 프로젝터를 스크린과 동기화함으로써 빛이 밖으로 쓸어내는 원통형 볼륨 내의 어느 위치에서나 스크린에서 반사 될 수 있습니다. 체적 디스플레이는 강력한 3 차원 인상을 만들 수 있지만,한 가지 걸림돌은 디스플레이의 볼륨에 투사 된 빛이 공간을 통해 전파 할 자유가 있다는 것입니다. 이것은 항목을 투명하게 만들 수 있으며,다른 개체 뒤에 숨겨진 개체가 앞에있는 개체를”쉬머”하는 경향이 있습니다. 체적 디스플레이는 또한 상당히 부피가 큰 경향이 있습니다.

안경없는 입체경

지금까지 우리는 안경 기반의 입체 3 차원 디스플레이를 설명했지만,모두가 원하는 것은 모두 안경을 제거하는 것입니다. 이것은 아마 모든 주요 디스플레이 회사에 의해 추구 되 고 연구의 활성 영역 및 새로운 소비자 제품 지금 등장 하기 시작 하는. 3 차원 휴대 전화는 샤프에서 사용할 수있는 동안 닌텐도는,예를 들어,이미 닌텐도 3 차원 게임 콘솔의 안경 무료 출시했다.

이러한 모든 안경 프리 디스플레이는 입체경 검사를 기반으로 하며,각 눈에 서로 다른 이미지가 전달되도록 하는 것이 과제입니다. 이를 달성하는 세 가지 주요 방법이 있으며,각 방법에는 사용 될 수있는 것에 따라 고유 한 장점과 단점이 있습니다. 가장 일반적인 방법은 사용자가 화면 앞에 고정 된 위치에 앉아있다,이것은 예를 들어,사용되는 경우이다. 다음 접근 방식은 사용자의 시청 위치를 추적하는 디스플레이를 포함하며,현재 시장에 이것을 사용하는 제품이 없지만,프로토 타입 디자인은 최근 몇 년 동안 산업 전시회에서 보여졌습니다. 최종 압정은 이미 일부 안경 무료 3 차원 텔레비전에서 발견된다”멀티 뷰”입니다,그들은 아직 부분적으로 시장에 큰 진출을 만들지 않았지만 그것은 방송 표준을 변경하지 않고 멀티 뷰 차원을 생성하는 것은 쉽지 않기 때문에.

“고정 위치”방법은 사용자가 디스플레이를 정면으로 바라보고 시선이 디스플레이 자체에 90 에 있다고 가정합니다(그림 1 에이). 이 이미지는 작은 줄무늬로 구분됩니다 엘,아르 자형,엘,아르 자형,엘,아르 자형,모든 엘 이미지는 왼쪽 눈으로 전송되고 모든 아르 자형 이미지는”시차 장벽”(그림 2)으로 알려진 물리적 장치를 통해 오른쪽 눈으로 전송됩니다. 거의 70 년 동안 알려져있는이 기술은 물론 액정 디스플레이뿐만 아니라 사진이나 그림 등 모든 이미지에 적용 할 수 있으며,물론 좌우 이미지가 좌우 이미지 줄무늬로 인터레이스되어 시차 장벽과 함께 작동 할 수 있습니다.

시차 장벽의 단점은 각 눈이 픽셀의 절반만 볼 수 있기 때문에”잘못된”방향(즉,엘 스트라이프에서 오른쪽 눈으로 또는 엘 스트라이프에서 왼쪽 눈으로)으로 이동하는 빛이 장벽에 흡수된다는 것이다. 이 약 절반에 의해 디스플레이에서 강도를 인하하고 해상도를 줄일 수 있습니다. 실용적인 측면에서,이것은 디스플레이가 종래의 2 차원 모드에서 사용될 때,시차 장벽이 제거되어야 함을 의미한다. 이러한 샤프의 3 차원 휴대 전화와 같은 대부분의 3 차원 디스플레이에서,이 또는 전기적으로 해제 할 수있는 액정 층으로부터 장벽을 만들어 달성된다.

물론 시차 장벽을 없애고 대신 투명한 렌즈를 사용하여 엘 및 엘 라이트를 적절한 눈으로 리디렉션하는 것이 훨씬 더 효율적입니다. 실제로 연구자들은 이미 그렇게 할 수있는 액정을 사용하여 고품질의 원통형 렌즈를 개발했습니다. 원리는 간단합니다:액정의 굴절률이 전압에 따라 다르기 때문에 이러한 재료로 만든 렌즈는 전압이 가해지면”켜짐”을,전압이 제거되면”꺼짐”을 켤 수 있습니다. 이 원통형 액정 렌즈는 시차 장벽을 대신하여 빛을 올바른 방향으로 리디렉션합니다(그림 3). 이 기술은 미래에 안경없는 3 차원 디스플레이의 효율성을 두 배로 높일 것으로 보이며,많은 기업들이 적극적으로 연구를 수행하는 것으로 알려져 있습니다.

시차 기술의 한 가지 단점은 사용자가 화면에 대해 특정 위치에 앉아 있어야한다는 것입니다. “추적된 보기 위치”기술은,대조적으로,사용자의 머리 위치를 추적해서 어떤 각도든지에서 유리 없이 전망되는 것을 3 차원 스크린이 허용합니다. 이것은 예를 들어,사용자의 얼굴과 눈의 위치를 식별하기 위해 전향 웹 카메라와 노트북을 피팅에 의해 달성 될 수있다. 실제로,이 기술은 이미 얼굴이 자동으로 초점 중심이되도록 하이 스트리트에서 판매되는 많은 디지털 카메라에서 일반적입니다. 이 라이브 배경 화면을 얻고 스컬 라이더 등 화재 방지 할 수! 시차 장벽은 적절한 각도로 왼쪽과 오른쪽 관점을 지시하면서 카메라는 사용자의 위치를 식별 할 수 있습니다.

이 조정은 이미지 처리 칩에 작성된 얼굴 추적 알고리즘을 사용하여 수행 할 수 있으며,이는 매우 효율적으로 작동하므로 너무 많은 처리 능력이 필요하지 않습니다. 카메라는 또한 사용자가 화면에서 얼마나 멀리 앉아 있는지 모니터링하고 그에 따라 이미지를 조정할 수 있습니다. 실제로 시청자는 이상적인 시청 거리에서 최대 30 센티미터까지 이동할 수 있으며,좌우 이동은 정상에서 약 30,000,000,000,000,000,000,000 으로 제한됩니다. 둘 이상의 사용자를 수용하는 것은 원칙적으로 가능하지만,시스템의 복잡성은 상당히 증가된다. 시청자가 자유롭게 이동할 수 있는 것 외에도,추적-시청-위치 시스템의 또 다른 장점은 이미지가 컴퓨터 생성 장면으로부터 발생되는 경우,사용자의 위치에 따라 시점을 조정할 수 있다는 것이다. 예를 들어,뷰어는 문자 그대로 객체의 측면(큐브 말)을 둘러보고 이전에는 볼 수 없었던 얼굴을 뷰로 가져올 수 있습니다.

안경없는 3 차원 멀티 뷰를 생성하는 세 번째 방법은 그 목표는 다양한 시청 위치와 여러 시청자와 함께 작업하는 것입니다. 이를 위해 디스플레이는 두 가지 관점 만이 아니라 일반적으로 8 개 이상을 출력합니다. 그런 다음 사용자는 관점 1 과 3,또는 2 와 4 등을 볼 수 있도록 눈을 배치 할 수 있으므로 광범위한 각도에서 3 차원 효과를 얻을 수 있습니다. 8 개의 뷰를 가진 멀티 뷰 시스템은 2 차원 시스템보다 8 배 더 큰 해상도를 필요로하며,8 개의 뷰를 합성하거나 사용 가능한 텔레비전 대역폭으로 전송하려면 약간의 독창성이 필요합니다. 그럼에도 불구하고,이 기술은 아마 필립스와 도시바 모두 이미 시장에 멀티 뷰 텔레비전을 출시하는 데와 안경없는 3 차원 텔레비전에 대한 강력한 경쟁자입니다.

빨리 감기

우리가 논의한 바와 같이,샤프는 이미 전환 시차 장벽으로 기능하는 휴대 전화 중 하나에 액정 스크린을 설계하고 구축했습니다. 입체적인 입력 데이터가 제공되는 기존의 액정 디스플레이와 함께 사용되는 이 시스템은 고품질의 안경 없는 3 차원 이미지를 제공합니다. 그러나 전자 미디어 산업은 3 차원 디스플레이가 단순한 틈새 제품이 아니라 현대 생활의 필수적인 부분 인 미래에 대한 비전을 가지고 있습니다. 즉,3 차원 영화를 보여주는 홈 시네마 시스템,몰입 형 3 차원 환경을 갖춘 컴퓨터 게임,휴일 사진이 깊이있게 표시됩니다.

따라서 다양한 응용 분야에 다양한 3 차원 생성 방법을 사용할 수 있으며,각 방법 내에서 향상된 광학 기술 및 3 차원 상호 작용을 가능하게하는 새로운 관련 기술을 기대할 수 있습니다. 이러한 모든 장치가 액정의 특정 전기 광학 특성을 활용할 가능성이 매우 높습니다. 지난 여름 왕립 학회 전시회에 전시 된 제품은 올해 이미 시장에 출시되고 있습니다.