Активные затворные очки

Активные затворные очки (англ. active shutter 3D glasses) — это тип очков для просмотра стереоскопического трёхмерного изображения, работающий на основе попеременного затемнения левого и правого стекол (затворов) синхронно с частотой смены кадров на дисплее. Относятся к классу активных стереоочков, в отличие от пассивных (поляризационных или анаглифных). Ключевая особенность — наличие встроенного источника питания (аккумулятора или батарейки) и электроники, управляющей жидкокристаллическими затворами.

Принцип работы

Основой работы активных затворных очков является эффект стереоскопического зрения, при котором мозг человека объединяет два изображения, полученные от каждого глаза под разными углами, в единую объёмную картину. Для создания иллюзии объёма на экране дисплея последовательно с высокой частотой (обычно от 60 до 240 Гц) отображаются кадры для левого и правого глаза.

Активные затворные очки синхронизируются с дисплеем по беспроводному каналу (чаще всего инфракрасному, реже — Bluetooth или радиочастотному). В момент, когда на экране показывается кадр для левого глаза, левый затвор очков становится прозрачным, а правый — непрозрачным. Затем, в момент отображения кадра для правого глаза, затворы переключаются: правый открывается, левый закрывается. Благодаря высокой частоте переключения (обычно 60 раз в секунду на каждый глаз) и инерционности человеческого зрения, мерцание не воспринимается, и формируется целостное трёхмерное изображение.

Синхронизация

Существует несколько способов синхронизации очков с дисплеем:

• Инфракрасная (ИК) синхронизация — наиболее распространённый метод. Дисплей или специальный передатчик (эмиттер) излучает ИК-сигнал, который принимается датчиком на очках. Требует прямой видимости между очками и передатчиком.
• Радиочастотная (RF) синхронизация — используется в некоторых моделях (например, от Samsung, Sony). Обеспечивает более стабильную связь на большем расстоянии и не требует прямой видимости.
• Bluetooth-синхронизация — применяется в современных очках (например, от Nvidia, Xpand). Позволяет подключать очки к компьютеру или телевизору без отдельного эмиттера, но может иметь большую задержку.
• DLP-Link — технология, используемая в DLP-проекторах. Синхронизация происходит через короткие вспышки белого света, встроенные в проектор между кадрами. Очки обнаруживают эти вспышки и переключаются.

История

Первые коммерческие активные затворные очки появились в конце 1980-х — начале 1990-х годов для использования в системах виртуальной реальности и профессиональных стереодисплеях. В 1990-е годы компания Sega выпустила для своей приставки Mega Drive очки Sega 3D Glasses, работавшие по принципу жидкокристаллических затворов. Однако из-за высокой стоимости и ограниченного контента технология не получила широкого распространения.

Второе рождение активные затворные очки пережили в середине 2000-х годов с развитием 3D-телевидения и 3D-кино. В 2007 году компания Nvidia выпустила технологию Nvidia 3D Vision, которая позволяла использовать активные затворные очки для игр на персональных компьютерах. В 2010-2013 годах многие производители телевизоров (Samsung, Sony, LG, Panasonic) активно продвигали 3D-телевизоры с активными затворными очками. Однако к середине 2010-х годов интерес к 3D-телевидению упал, и производство таких телевизоров было практически прекращено.

Устройство и конструкция

Активные затворные очки состоят из следующих основных компонентов:

• Корпус — обычно изготавливается из пластика, может быть складным или неразборным.
• Жидкокристаллические затворы — два стекла, каждое из которых представляет собой жидкокристаллическую ячейку, способную менять свою прозрачность под действием электрического поля. В открытом состоянии пропускают свет, в закрытом — становятся непрозрачными (чёрными).
• Электронная плата управления — микроконтроллер, который обрабатывает сигнал синхронизации и управляет переключением затворов.
• Приёмник сигнала — инфракрасный фотодиод, радиочастотный модуль или Bluetooth-модуль.
• Источник питания — в большинстве моделей используется литий-ионный аккумулятор (заряжается через USB), реже — две батарейки типа AAA или CR2032.
• Кнопка включения/выключения и индикатор состояния (часто светодиод).

Достоинства и недостатки

Достоинства

• Высокое качество изображения — активные затворные очки не снижают разрешение дисплея, в отличие от пассивных поляризационных систем, которые делят экран пополам. Каждый глаз получает изображение в полном разрешении (Full HD, 4K и т.д.).
• Отсутствие потери яркости — при правильной настройке яркость изображения не снижается (в отличие от анаглифных очков, где используются цветные фильтры).
• Широкий угол обзора — 3D-эффект сохраняется при любом положении головы, в отличие от пассивных очков, где требуется строго определённый угол наклона.
• Совместимость с разными дисплеями — могут использоваться с телевизорами, мониторами, проекторами, поддерживающими 3D-формат.

Недостатки

• Мерцание — при частоте обновления 60 Гц на каждый глаз может быть заметно мерцание, особенно при боковом зрении. Современные системы с частотой 120 Гц и выше минимизируют этот эффект.
• Снижение яркости — из-за того, что каждый глаз видит изображение только половину времени, общая яркость воспринимаемого изображения снижается (примерно на 50%).
• Необходимость питания — очки требуют регулярной зарядки или замены батареек. Разряженные очки делают просмотр невозможным.
• Высокая стоимость — активные затворные очки дороже пассивных (поляризационных) аналогов.
• Ограниченный угол обзора — при сильном наклоне головы или выходе из зоны действия ИК-передатчика синхронизация может теряться.
• Вес и габариты — из-за наличия электроники и аккумулятора очки тяжелее и крупнее пассивных.

Применение

Активные затворные очки использовались в следующих областях:

• Домашние 3D-телевизоры — в 2010-2013 годах были основным типом очков для просмотра 3D-контента на телевизорах Samsung, Sony, LG, Panasonic.
• Компьютерные игры — технология Nvidia 3D Vision позволяла играть в стереоскопическом 3D-режиме на ПК. Требовала специального монитора с частотой обновления 120 Гц и выше.
• Профессиональные стереодисплеи — использовались в медицине (хирургия, диагностика), архитектуре, геологии, научной визуализации.
• 3D-кинотеатры — некоторые кинотеатры (например, IMAX 3D) использовали активные затворные очки для показа стереофильмов.
• Виртуальная реальность — ранние шлемы виртуальной реальности (например, Oculus Rift DK1) использовали принцип активных затворов для разделения изображения для глаз.

Современное состояние

К концу 2010-х годов массовый интерес к 3D-телевидению и 3D-кино в домашних условиях практически угас. Большинство производителей прекратили выпуск 3D-телевизоров и активных затворных очков к ним. Однако технология продолжает использоваться в профессиональных областях (медицина, наука, промышленность) и в некоторых нишевых продуктах (например, в шлемах виртуальной реальности, где активные затворы применяются для создания эффекта объёма). Также активные затворные очки остаются востребованными в системах 3D-проекции для образовательных и развлекательных центров.

Источники

• Труды по стереоскопии и трёхмерному отображению информации (М. В. Ломоносов, 2010)
• Техническая документация Nvidia 3D Vision (2007-2013)
• Обзоры и статьи в журналах «Мир 3D», «Стереоскопия и виртуальная реальность» (2010-2015)
• Патенты на активные затворные очки (USPTO, 1990-2010)