Un sistema de obturador activo 3D (también conocido como secuenciación de cuadros alternativos , imagen alternativa , IA , campo alterno , secuencia de campos o método de eclipse ) es una técnica para mostrar imágenes estereoscópicas en 3D. Funciona presentando únicamente la imagen destinada al ojo izquierdo mientras se bloquea la visión del ojo derecho, luego presenta la imagen del ojo derecho mientras se bloquea el ojo izquierdo y repite esto tan rápidamente que las interrupciones no interfieren con la fusión percibida de las dos imágenes en una sola imagen 3D.
Los sistemas 3D con obturador activo modernos generalmente utilizan gafas de 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 de lo contrario . Las gafas están controladas por una señal de temporización que permite que las gafas bloqueen alternativamente un ojo y luego el otro, en sincronización con la frecuencia de actualización de la pantalla. La sincronización de temporización con el equipo de video se puede lograr a través de una señal cableada o de forma inalámbrica mediante un transmisor de infrarrojos o radiofrecuencia (por ejemplo, Bluetooth , enlace DLP). Los sistemas históricos también usaban discos giratorios, por ejemplo, el sistema Teleview .
Los sistemas 3D de obturador activo se utilizan para presentar películas en 3D en algunos cines y pueden usarse 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 ordinarios sin modificar pueden utilizarse para visualizar imágenes en 3D añadiendo una interfaz enchufable y gafas con obturador activo, pueden observarse niveles preocupantes de parpadeo o de imágenes superpuestas en sistemas o pantallas no diseñados para tal uso. La velocidad de alternancia necesaria para eliminar el parpadeo perceptible depende del brillo de la imagen y de otros factores, pero normalmente es muy superior a 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, se acepta ampliamente como libre de parpadeo.
La diafonía es la pérdida de fotogramas 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 una 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 los anteojos con obturador cambien de ojo y también que el panel LCD termine las transiciones de píxeles.
El estándar M-3DI fue una iniciativa de estandarización entre fabricantes para aumentar la compatibilidad de las gafas con obturador LC (activo), liderada por Panasonic en asociación con XpanD 3D y anunciada en marzo de 2011. [10] Su objetivo era aumentar la aceptación de los productos 3D por parte de los consumidores al extender el acuerdo a varios fabricantes de televisores 3D, computadoras, portátiles, proyectores domésticos y hardware de cine. [10] A partir de abril de 2011, se unieron al acuerdo Hitachi , Changhong , Funai , Hisense , Mitsubishi Electric , Epson , ViewSonic y SIM2 Multimedia SpA [10] [11]
En agosto del mismo año, M-3DI fue reemplazado por otro acuerdo, llamado " Iniciativa de Gafas 3D Full HD ", formado entre Panasonic, Samsung , Sony , Sharp Corporation , TCL Technology , Toshiba y Philips . [11] El acuerdo de estandarización comprendía productos de consumo, incluidos televisores, computadoras y proyectores, también basados en la tecnología de XpanD 3D. El comunicado de prensa en el anuncio decía: "Las gafas universales con los nuevos protocolos IR/RF estarán disponibles en 2012, y se espera que sean compatibles con los televisores activos 3D de 2011". [12]
El formato secuencial de campo 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 una de las distintas implementaciones de gafas con obturador 3D activo puede funcionar en su propia frecuencia establecida por el fabricante para que coincida con la frecuencia de actualización de la pantalla o el proyector. Por lo tanto, para lograr la compatibilidad entre diferentes marcas, se han desarrollado ciertas gafas que pueden ajustarse a una amplia gama de frecuencias. [13] [14]
El principio se hizo público de forma sorprendentemente temprana. 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 mediante la proyección de copias para el ojo izquierdo y el ojo derecho en un par de proyectores interconectados con sus obturadores funcionando desfasados. Cada asiento del auditorio estaba equipado con un dispositivo de visualización que contenía un obturador mecánico que giraba rápidamente sincronizado con los obturadores del proyector. El sistema funcionó, pero el coste de la instalación y la dificultad de manejo de los espectadores, que tenían que apoyarse en soportes ajustables, limitaron su uso a esta única función.
En las últimas décadas, la disponibilidad de obturadores optoelectrónicos ligeros ha llevado a un resurgimiento actualizado de este método de visualización. Los anteojos con obturador de cristal líquido fueron inventados 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. Los anteojos nunca se comercializaron debido a las imágenes superpuestas , pero E&S fue uno de los primeros en adoptar anteojos 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 fines de la década de 1970. Presentaron el televisor en 1981, al mismo tiempo que adaptaban la tecnología para su uso con el primer videojuego estereoscópico , el juego arcade de Sega SubRoc-3D (1982). [15]
En 1985, los reproductores 3D VHD comenzaron a estar disponibles en Japón de fabricantes como Victor ( JVC ), National ( Panasonic ) y Sharp . También se comercializaron otras unidades para cintas VHS de formato secuencial de campo, incluido el Realeyes 3D. Se comercializaron algunos kits para ver DVD de formato secuencial de campo. Sensio lanzó su propio formato, que era de mayor calidad que los DVD de formato secuencial de campo de alta calidad (HQFS).
El método de alternancia de cuadros se puede utilizar para renderizar juegos 3D modernos en 3D verdadero , aunque se ha utilizado un método similar que implica campos alternativos para dar una ilusión 3D en consolas tan antiguas como Master System y Family Computer . Se utiliza un software o hardware especial para generar dos canales de imágenes, desplazados entre sí para crear el efecto estereoscópico. Se requieren altas velocidades de cuadro (normalmente ~100 fps) para producir gráficos sin fisuras, ya que la velocidad de cuadro percibida será la mitad de la velocidad real (cada ojo ve solo la mitad del número total de cuadros). Nuevamente, 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, [16] que era un visor con discos giratorios para alternar imágenes izquierda y derecha para el ojo del jugador desde un solo monitor. [17] El sistema 3D de obturador activo del juego fue desarrollado conjuntamente por Sega con Matsushita (ahora Panasonic). [18]
En 1984, Milton Bradley lanzó el 3D Imager, una forma primitiva de gafas con obturador activo que utilizaban un disco giratorio motorizado con transparencias como obturadores físicos, para el Vectrex . Aunque eran voluminosas y rudimentarias, utilizaban el mismo principio básico de imágenes que alternan rápidamente que todavía utilizan las gafas con obturador activo modernas.
En octubre de 1987, Nintendo lanzó en Japón el sistema Famicom 3D para Famicom , que consistía en un dispositivo electrónico con obturador LCD, el primer dispositivo de videojuegos doméstico que utilizaba gafas con obturador activo LCD. Sega lanzó el SegaScope 3-D para Master System Worldwide en noviembre de 1987. Solo 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 era capaz de reproducir imágenes en 3D con la incorporación de las gafas LaserActive 3D (GOL-1) y el adaptador (ADP-1).
Aunque el hardware 3D para estos primeros sistemas de videojuegos está casi en su totalidad en manos de coleccionistas, aún es posible jugar los juegos en 3D usando emuladores, por ejemplo usando una Sega Dreamcast con un emulador Sega Master System junto con un televisor CRT y un sistema 3D como el que se encuentra en The Ultimate 3-D Collection.
Entre 1999 y 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 utilizaban transferencia de VGA , VESA Stereo o una interfaz propietaria 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 propietaria basada en VESA Stereo. Nvidia adquirió posteriormente la tecnología y la utilizó en su controlador estéreo para Windows.
Los kits de gafas venían con un software de controlador que interceptaba las llamadas API y renderizaba de manera efectiva 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 dependían de efectos 2D que se renderizaban a la profundidad incorrecta, lo que causaba desorientación para el espectador. Muy pocas pantallas CRT podían soportar una frecuencia de actualización de 120 Hz en las resoluciones de juego comunes de la época, por lo que se necesitaba una pantalla CRT de alta gama para 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 cambió rápidamente a los monitores LCD y la mayoría de los fabricantes de pantallas dejaron de producir monitores CRT a principios de la década de 2000, lo que significó que los kits de gafas para PC pronto cayeron en desuso y se redujeron a un mercado muy especializado, que requería la compra de un monitor CRT usado de alta gama y de gran diagonal.
SplitFish EyeFX 3D fue un kit de gafas con obturador 3D estéreo para la Sony PlayStation 2 lanzado en 2005; solo era compatible con televisores CRT de definición estándar. El accesorio incluía un cable de paso para el gamepad de PS2; cuando se activaba, el accesorio adjunto emitía una secuencia de comandos de movimiento rápidamente alternos de izquierda a derecha a la consola, produciendo una especie de efecto de " estereoscopía de meneo " ayudado adicionalmente por las gafas con obturador LC con cable que funcionaban en sincronía con estos movimientos. [19] El kit llegó demasiado tarde en el ciclo de producto de la consola cuando fue efectivamente reemplazada por la PlayStation 3 , y solo se admitieron unos pocos juegos, por lo que fue ignorado en gran medida por los jugadores. [20]
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 costo. Las gafas IO son las más comunes en esta categoría. XpanD 3D es un fabricante de gafas con obturador, con más de 1000 cines que actualmente utilizan gafas XpanD. [21] Con el lanzamiento de esta tecnología al mercado de espectadores 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 marcos iniciada por Silhouette , que crea gafas para la NASA . [22]
Nvidia fabrica un kit 3D Vision para PC; viene con gafas 3D, un transmisor y un software controlador de gráficos especial. Mientras que los monitores LCD normales funcionan a 60 Hz, se necesita un monitor de 120 Hz para utilizar 3D Vision.
Otros proveedores conocidos de gafas 3D activas son 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 para 3D estéreo a sus fabricantes de equipos originales (OEM), [23] luego Samsung y Mitsubishi introdujeron los primeros televisores DLP preparados para 3D, y los proyectores DLP 3D llegaron más tarde.
Estas soluciones aprovechan 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 la obtención de imágenes estereoscópicas.
La tecnología DLP 3D utiliza el algoritmo de oscilación SmoothPicture y se basa en las propiedades de los modernos sensores de imagen DMD 1080p60. Compacta de forma eficaz dos vistas L/R en un único fotograma mediante un patrón de tablero de ajedrez , y solo requiere una resolución estándar de 1080p60 para la transmisión estereoscópica al televisor. La supuesta ventaja 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 denominado "diseño de píxeles de diamante desplazado" de 960 × 1080 microespejos, girados 45 grados, con sus puntos centrales colocados en el centro de los cuadrados "negros" del tablero de ajedrez. El DMD emplea la wobulación de píxeles completos para mostrar la imagen 1080p completa como dos imágenes de media resolución en una secuencia rápida. El DMD funciona al doble de la frecuencia de actualización, es decir, 120 Hz, y la imagen 1080p completa se muestra en dos pasos. En la primera cadencia, solo se muestra la mitad de la imagen 1080p60 original: los píxeles que corresponden a los cuadrados "negros" del patrón del tablero de ajedrez. En la segunda cadencia, la matriz DMD se desplaza mecánicamente ("wobulada") en un píxel, de modo que los microespejos ahora están en una posición ocupada previamente por los huecos, y se muestra otra mitad de la imagen: esta vez, los píxeles que corresponden a los cuadrados "blancos". [24] [25]
Luego se genera una señal de sincronización para sincronizar la actualización de la pantalla con las gafas con obturador LC que lleva el espectador, utilizando un mecanismo patentado de Texas Instruments llamado DLP Link. DLP Link mantiene la sincronización incorporando cuadros blancos que parpadean brevemente durante el intervalo de borrado de la pantalla , que son captados por las gafas con obturador LC. [26]
Los paneles de plasma también son dispositivos inherentemente de alta velocidad, ya que utilizan modulación por ancho de pulso para mantener el brillo de los píxeles individuales, lo que los hace compatibles con el método secuencial que implica lentes con obturador. Los paneles modernos tienen una frecuencia de control de píxeles de hasta 600 Hz y permiten una precisión de color de 10 a 12 bits con gradaciones de brillo de 1024 a 4096 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 los EE. UU. 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 1360x768 píxeles y no con el estándar HDTV de 720p, lo que hace que sólo se puedan utilizar con un PC.
Matsushita Electric (Panasonic) ha creado el prototipo del "Sistema de cine de plasma 3D Full-HD" en la 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 de 1080i60 para los ojos derecho e izquierdo, y el vídeo se almacena en Blu-ray de 50 gigabytes utilizando la extensión de codificación de vídeo multivista de compresión MPEG-4 AVC/H.264 .
Anteriormente, las pantallas LCD no eran muy adecuadas para la reproducción estereoscópica en 3D 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 computadoras portátiles de principios de los años 90 están familiarizados con las manchas y el desenfoque que se producen cuando algo se mueve demasiado rápido para que la pantalla LCD pueda seguirlo.
La tecnología LCD no suele clasificarse por fotogramas por segundo, sino por el tiempo que tarda en pasar de un valor de color de píxel a otro. Normalmente, una actualización de 120 Hz se muestra durante 1/120 segundos completos (8,33 milisegundos) gracias al muestreo y retención , independientemente de la rapidez con la que una pantalla LCD pueda completar las transiciones de píxeles. Recientemente, se ha hecho posible ocultar las transiciones de píxeles mediante la tecnología de retroiluminación estroboscópica, apagando la retroiluminación entre actualizaciones [27] para reducir la diafonía. Los televisores LCD más nuevos, incluidos los televisores 3D de gama alta de Sony y Samsung, utilizan ahora una retroiluminación estroboscópica o una retroiluminación 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 el fin de mejorar la terapia de oclusión. En este escenario, el paciente ambliópico usa gafas o antiparras de cristal líquido programables electrónicamente de forma continua durante varias horas durante las actividades cotidianas habituales. El uso del dispositivo alienta u obliga al paciente a usar ambos ojos de forma alternada, de forma similar a un parche ocular , pero alternando 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 . Las gafas suelen tener una tasa de parpadeo mucho más lenta que las gafas 3D con obturador activo más conocidas.