Un sistema 3D de obturador activo (también conocido como secuenciación de cuadros alternativos , imagen alternativa , IA , campo alterno , campo secuencial o método de eclipse ) es una técnica para mostrar imágenes estereoscópicas en 3D. Funciona presentando únicamente la imagen destinada al ojo izquierdo mientras bloquea la visión del ojo derecho, luego presenta la imagen del ojo derecho mientras bloquea el ojo izquierdo y repitiendo esto tan rápidamente que las interrupciones no interfieren con la fusión percibida de los dos. imágenes en una sola imagen 3D.
Los sistemas 3D con obturador activo modernos generalmente utilizan gafas con obturador de cristal líquido (también llamadas "gafas con obturador LC" [1] o "gafas con obturador activo" [2] ). El cristal de cada ojo contiene una capa de cristal líquido que tiene la propiedad de volverse opaca cuando se aplica voltaje , siendo transparente en caso contrario . Las gafas están controladas por una señal de sincronización que les permite bloquear alternativamente un ojo y luego el otro, en sincronización con la frecuencia de actualización de la pantalla. La sincronización de tiempo con el equipo de video se puede lograr a través de una señal cableada o de forma inalámbrica mediante un transmisor de infrarrojos o de radiofrecuencia (por ejemplo , Bluetooth , enlace DLP). Los sistemas históricos también utilizaban discos giratorios, por ejemplo el sistema Teleview .
Los sistemas 3D de obturador activo se utilizan para presentar películas en 3D en algunas salas de cine y se pueden utilizar para presentar imágenes en 3D en CRT , plasma , LCD , proyectores y otros tipos de pantallas de vídeo.
Aunque prácticamente todos los sistemas informáticos y de vídeo no modificados pueden utilizarse para visualizar 3D añadiendo una interfaz enchufable y gafas con obturador activo, niveles perturbadores de parpadeo o imágenes fantasma pueden ser evidentes con sistemas o pantallas no diseñadas para tal uso. La velocidad de alternancia necesaria para eliminar un parpadeo perceptible depende del brillo de la imagen y otros factores, pero normalmente supera los 30 ciclos de pares de imágenes por segundo, el máximo posible con una pantalla de 60 Hz. Una pantalla de 120 Hz, que permite 60 imágenes por segundo por ojo, es ampliamente aceptada como libre de parpadeos.
La diafonía es la fuga de marcos entre el ojo izquierdo y el ojo derecho. [7] Las pantallas LCD han presentado este problema con más frecuencia que las pantallas de plasma y DLP, debido a un tiempo de respuesta de píxeles más lento . Las pantallas LCD que utilizan luz de fondo estroboscópica, [8] como LightBoost de nVidia, [9] reducen la diafonía. Esto se hace apagando la luz de fondo entre actualizaciones, mientras se espera que las gafas del obturador cambien de ojo y también que el panel LCD finalice las transiciones de píxeles.
En marzo de 2011, Panasonic Corporation , junto con XPAND 3D , formularon el estándar M-3DI , cuyo objetivo es proporcionar compatibilidad y estandarización en toda la industria de las gafas con obturador LC. Este movimiento tiene como objetivo lograr la compatibilidad entre los fabricantes de televisores 3D, computadoras, portátiles, proyecciones domésticas y cine con gafas con obturador LC estandarizadas que funcionarán perfectamente en todo el hardware 3D. El estándar actual son las gafas 3D Full HD [ cita requerida ] .
Field Sequential se ha utilizado en videojuegos, películas VHS y VHD y, a menudo, se lo conoce como HQFS para DVD; estos sistemas utilizan gafas LCS con cable o inalámbricas.
El formato Sensio se utilizó con DVD mediante gafas LCS inalámbricas.
Cada implementación diferente de gafas con obturador 3D activo puede funcionar en su propia frecuencia establecida por el fabricante para igualar la frecuencia de actualización de la pantalla o proyector. Por lo tanto, para lograr compatibilidad entre diferentes marcas, se han desarrollado ciertas gafas para poder ajustarse a una amplia gama de frecuencias. [10] [11]
El principio hizo su debut público notablemente temprano. En 1922, el sistema Teleview 3-D se instaló en un solo cine de la ciudad de Nueva York. Se proyectaron varios cortometrajes y un largometraje ejecutando impresiones del ojo izquierdo y del ojo derecho en un par de proyectores entrelazados con las contraventanas desfasadas. Cada asiento del auditorio estaba equipado con un dispositivo de visualización que contenía un obturador mecánico de rotación rápida sincronizado con los obturadores del proyector. El sistema funcionó, pero el coste de la instalación y la dificultad de manejo de los espectadores, que debían estar sostenidos sobre soportes ajustables, limitaron su uso a este único compromiso.
En las últimas décadas, la disponibilidad de obturadores optoelectrónicos livianos ha llevado a un resurgimiento actualizado de este método de visualización. Las gafas con obturador de cristal líquido fueron inventadas por primera vez por Stephen McAllister de Evans and Sutherland Computer Corporation a mediados de la década de 1970. El prototipo tenía las pantallas LCD montadas en una pequeña caja de cartón con cinta adhesiva. Las gafas nunca se comercializaron debido al efecto fantasma , pero E&S fue uno de los primeros en adoptar gafas de terceros, como StereoGraphics CrystalEyes , a mediados de la década de 1980.
Matsushita Electric (ahora Panasonic) desarrolló un televisor 3D que empleaba tecnología de obturador activo a finales de los años 1970. Presentaron el televisor en 1981 y, al mismo tiempo, adaptaron la tecnología para su uso con el primer videojuego estereoscópico , el juego arcade de Sega SubRoc-3D (1982). [12]
En 1985, los reproductores 3D VHD estuvieron disponibles en Japón de fabricantes como Victor ( JVC ), National ( Panasonic ) y Sharp . Había otras unidades disponibles para cintas VHS secuenciales de campo, incluida Realeyes 3D. Se pusieron a disposición algunos kits para ver DVD secuenciales sobre el terreno. Sensio lanzó su propio formato que era de mayor calidad que los DVD High Quality Field Sequential (HQFS).
El método de cuadros alternos se puede utilizar para convertir juegos 3D modernos en 3D verdadero , aunque se ha utilizado un método similar que involucra campos alternativos para dar una ilusión 3D en consolas tan antiguas como Master System y Family Computer . Se utiliza software o hardware especial para generar dos canales de imágenes, desplazados entre sí para crear el efecto estereoscópico. Se requieren velocidades de fotogramas altas (normalmente ~100 fps) para producir gráficos fluidos, ya que la velocidad de fotogramas percibida será la mitad de la velocidad real (cada ojo ve sólo la mitad del número total de fotogramas). Una vez más, las gafas con obturador LCD sincronizadas con el chip gráfico completan el efecto.
En 1982, el videojuego arcade de Sega , SubRoc-3D, vino con un ocular 3D especial, [13] que era un visor con discos giratorios para alternar imágenes izquierda y derecha en el ojo del jugador desde un solo monitor. [14] El sistema 3D de obturador activo del juego fue desarrollado conjuntamente por Sega y Matsushita (ahora Panasonic). [15]
En 1984, Milton Bradley lanzó el 3D Imager, una forma primitiva de gafas con obturador activo que utilizaba un disco giratorio motorizado con transparencias como obturadores físicos, para el Vectrex . Aunque voluminosos y toscos, utilizaron el mismo principio básico de alternancia rápida de imágenes que todavía utilizan las modernas gafas con obturador activo.
Nintendo lanzó el sistema Famicom 3D para Famicom en octubre de 1987 en Japón, que era un auricular con obturador LCD, el primer dispositivo electrónico de videojuegos doméstico que utilizaba gafas con obturador activo LCD. Sega lanzó SegaScope 3-D para Master System Worldwide en noviembre de 1987. Sólo se lanzaron ocho juegos compatibles con 3D.
En 1993, Pioneer lanzó el sistema LaserActive que tenía un compartimento para varios "PAC", como el Mega LD PAC y el LD-ROM² PAC. La unidad tenía capacidad 3D con la adición de las gafas LaserActive 3D (GOL-1) y el adaptador (ADP-1).
Si bien el hardware 3D de estos sistemas de videojuegos anteriores está casi en su totalidad en manos de coleccionistas, todavía es posible jugar juegos en 3D usando emuladores, por ejemplo usando un Sega Dreamcast con un emulador de Sega Master System junto con un televisor CRT y un sistema 3D como el que se encuentra en The Ultimate 3-D Collection.
En 1999-2000, varias empresas crearon kits de gafas con obturador LC estereoscópico para PC con Windows que funcionaban con aplicaciones y juegos escritos para las API de gráficos 3D Direct3D y OpenGL . Estos kits solo funcionaban con pantallas de computadora CRT y empleaban paso VGA , estéreo VESA o una interfaz patentada para la sincronización izquierda-derecha.
El ejemplo más destacado fueron las gafas ELSA Revelator, que funcionaban exclusivamente en tarjetas Nvidia a través de una interfaz propia basada en VESA Stereo. Posteriormente, Nvidia compró la tecnología y la utilizó en su controlador estéreo para Windows.
Los kits de gafas venían con un software controlador que interceptaba las llamadas API y representaba efectivamente las dos vistas en secuencia; esta técnica requería el doble de rendimiento de la tarjeta gráfica , por lo que se necesitaba un dispositivo de alta gama. Los fallos visuales eran comunes, ya que muchos motores de juegos 3D se basaban en efectos 2D que se representaban con una profundidad incorrecta, lo que provocaba desorientación en el espectador. Muy pocas pantallas CRT podían admitir una frecuencia de actualización de 120 Hz en resoluciones de juegos comunes de la época, por lo que se necesitaba una pantalla CRT de alta gama para obtener una imagen sin parpadeos; e incluso con un monitor CRT capaz, muchos usuarios informaron parpadeos y dolores de cabeza.
Estos kits CRT eran totalmente incompatibles con los monitores LCD comunes que tenían tiempos de respuesta de píxeles muy altos , a diferencia de las pantallas CRT. Además, el mercado de pantallas se desplazó rápidamente hacia los monitores LCD y la mayoría de los fabricantes de pantallas cesaron la producción de monitores CRT a principios de la década de 2000, lo que significó que los kits de gafas para PC pronto cayeron en desuso y quedaron reducidos a un mercado muy especializado, requiriendo la compra de una computadora usada de alta calidad. Al final, un monitor CRT de gran diagonal.
SplitFish EyeFX 3D era un kit de gafas con obturador 3D estéreo para Sony PlayStation 2 lanzado en 2005; solo admitía televisores CRT de definición estándar. El accesorio incluía un cable pasante para el gamepad de PS2; cuando se activaba, el accesorio adjunto emitiría una secuencia de comandos de movimiento de izquierda a derecha que se alternaban rápidamente a la consola, produciendo una especie de efecto de " estereoscopía de movimiento ", ayudado además por las gafas con obturador LC cableadas que funcionaban en sincronía con estos movimientos. [16] El kit llegó demasiado tarde en el ciclo de producto de la consola cuando fue reemplazado efectivamente por la PlayStation 3 , y solo unos pocos juegos eran compatibles, por lo que los jugadores lo ignoraron en gran medida. [17]
El kit Nvidia 3D Vision basado en USB lanzado en 2008 admite monitores CRT con frecuencias de actualización de 100, 110 o 120 Hz, así como monitores LCD de 120 Hz.
Existen muchas fuentes de gafas 3D de bajo coste. Las gafas IO son las gafas más comunes de esta categoría. XpanD 3D es un fabricante de gafas con obturador y actualmente más de 1.000 cines utilizan gafas XpanD. [18] Con el lanzamiento de esta tecnología al mercado de visores domésticos a partir de 2009, muchos otros fabricantes están desarrollando sus propias gafas con obturador LC, como Unipolar International Limited, Accupix Co., Ltd, Panasonic , Samsung y Sony .
El estándar M-3DI , anunciado por Panasonic Corporation junto con XPAND 3D en marzo de 2011, tiene como objetivo proporcionar compatibilidad y estandarización en toda la industria de las gafas con obturador LC (activo) .
Samsung ha desarrollado gafas 3D activas que pesan 2 onzas (57 g) y utilizan tecnología de lentes y monturas de la que fue pionera Silhouette , que crea gafas para la NASA . [19]
Nvidia fabrica un kit 3D Vision para PC; Viene con gafas con obturador 3D, un transmisor y un software de controlador de gráficos especial. Mientras que los monitores LCD normales funcionan a 60 Hz, se requiere un monitor de 120 Hz para utilizar 3D Vision.
Otros proveedores conocidos de gafas 3D activas incluyen EStar America y Optoma. Ambas empresas producen gafas 3D compatibles con una variedad de tecnologías, incluidas RF, DLP Link y Bluetooth.
En 2007, Texas Instruments introdujo soluciones DLP con capacidad estéreo 3D para sus fabricantes de equipos originales, [20] Samsung y Mitsubishi luego introdujeron los primeros televisores DLP preparados para 3D, y más tarde llegaron los proyectores DLP 3D.
Estas soluciones utilizan la ventaja de velocidad inherente del dispositivo de microespejo digital (DMD) para generar secuencialmente una alta frecuencia de actualización para las vistas izquierda y derecha necesarias para las imágenes estereoscópicas.
La tecnología DLP 3D utiliza el algoritmo de oscilación SmoothPicture y se basa en las propiedades de los modernos generadores de imágenes DMD de 1080p60. Compacta eficazmente dos vistas L/R en un solo cuadro mediante el uso de un patrón de tablero de ajedrez , y solo requiere una resolución estándar de 1080p60 para la transmisión estereoscópica al televisor. La ventaja declarada de esta solución es una mayor resolución espacial, a diferencia de otros métodos que reducen la resolución vertical u horizontal a la mitad.
Los microespejos están organizados en un llamado "diseño de píxeles de diamante desplazado" de microespejos de 960 × 1080, girados 45 grados, con sus puntos centrales colocados en el centro de los cuadrados "negros" del tablero de ajedrez. El DMD emplea oscilación de píxeles completos para mostrar la imagen completa de 1080p como dos imágenes de media resolución en una secuencia rápida. El DMD funciona al doble de frecuencia de actualización, es decir, 120 Hz, y la imagen completa de 1080p se muestra en dos pasos. En la primera cadencia, sólo se muestra la mitad de la imagen original de 1080p60: los píxeles que corresponden a los cuadrados "negros" del patrón de tablero de ajedrez. En la segunda cadencia, la matriz DMD se desplaza mecánicamente ("oscilante") en un píxel, por lo que los microespejos ahora están en una posición previamente ocupada por los espacios y se muestra otra mitad de la imagen; esta vez, los píxeles correspondientes. a los cuadrados "blancos". [21] [22]
Luego se genera una señal de sincronización para sincronizar la actualización de la pantalla con las gafas con obturador LC que usa el espectador, utilizando el mecanismo patentado de Texas Instruments llamado DLP Link. DLP Link mantiene la sincronización incorporando marcos blancos que parpadean brevemente durante el intervalo de desaparición de la pantalla , que son captados por las gafas del obturador LC. [23]
Los paneles de pantalla de plasma también son dispositivos inherentemente de alta velocidad, ya que utilizan modulación de ancho de pulso para mantener el brillo de los píxeles individuales, lo que los hace compatibles con el método secuencial que involucra gafas con obturador. Los paneles modernos cuentan con una frecuencia de conducción de píxeles de hasta 600 Hz y permiten una precisión de color de 10 a 12 bits con 1024 a 4096 gradaciones de brillo para cada subpíxel.
Samsung Electronics lanzó televisores PDP preparados para 3D en 2008, un "PAVV Cannes 450" en Corea y un PNAx450 en el Reino Unido y Estados Unidos. Los televisores utilizan el mismo esquema de compresión de patrón de tablero de ajedrez que sus televisores DLP, aunque sólo con la resolución nativa de 1360×768 píxeles y no con el estándar HDTV 720p, lo que los hace sólo utilizables con una PC.
Matsushita Electric (Panasonic) creó el prototipo del "Sistema de cine de plasma 3D Full-HD" en CES 2008. El sistema es una combinación de un televisor PDP de 103 pulgadas , un reproductor de discos Blu-ray y gafas con obturador . El nuevo sistema transmite imágenes entrelazadas 1080i60 para el ojo derecho e izquierdo, y el vídeo se almacena en Blu-ray de 50 gigabytes utilizando la extensión de codificación de vídeo Multiview de compresión MPEG-4 AVC/H.264 .
Anteriormente, las pantallas LCD no eran muy adecuadas para 3D estereoscópico debido al lento tiempo de respuesta de los píxeles . Las pantallas de cristal líquido tradicionalmente han tardado en cambiar de un estado de polarización a otro. Los usuarios de portátiles de principios de la década de 1990 están familiarizados con las manchas y la borrosidad que se producen cuando algo se mueve demasiado rápido para que la pantalla LCD pueda seguir el ritmo.
La tecnología LCD generalmente no se clasifica en fotogramas por segundo, sino en el tiempo que lleva pasar de un valor de color de píxel a otro valor de color de píxel. Normalmente, se muestra una actualización de 120 Hz durante 1/120 segundo completo (8,33 milisegundos) debido al muestreo y retención , independientemente de la rapidez con la que una pantalla LCD pueda completar las transiciones de píxeles. Recientemente, fue posible ocultar las transiciones de píxeles para que no se vean, utilizando tecnología de retroiluminación estroboscópica, apagando la retroiluminación entre actualizaciones, [24] para reducir la diafonía. Los televisores LCD más nuevos, incluidos los televisores 3D Sony y Samsung de gama alta, ahora utilizan una luz de fondo estroboscópica o de escaneo para reducir la diafonía 3D durante el funcionamiento de las gafas con obturador.
En la terapia visual de la ambliopía y de la supresión central intermitente , se han utilizado dispositivos de cristal líquido con fines de terapia de oclusión mejorada. En este escenario, el paciente ambliope usa gafas o gafas de cristal líquido programables electrónicamente de forma continua durante varias horas durante las actividades cotidianas habituales. El uso del dispositivo anima o obliga al paciente a utilizar ambos ojos de forma alterna, similar al parche ocular , pero alternándose rápidamente en el tiempo. El objetivo es evitar la tendencia del paciente a suprimir el campo de visión del ojo más débil y entrenar la capacidad del paciente para la visión binocular . La mayoría de las gafas presentan una velocidad de parpadeo mucho más lenta que las gafas 3D con obturador activo más conocidas.