Трехмерное кино
Говорят, когда в 1895 году братья Люмьер показали первую короткометражку «Прибытие поезда», зрители бежали из зала, боясь, что поезд сойдет с экрана и их задавит. Сегодня искушенного зрителя на мякине не проведешь. Ему подавай виртуальные спецэффекты, стереозвук и цветное объемное изображение. Новым витком эволюции кинематографических технологий стала разработка так называемого трехмерного кино 3D-формата. Какова его история, возможности и перспективы?
Эффект стереоскопии. Чтобы разобраться в сути дела, нам придется начать несколько издалека.
Подавляющее большинство людей смотрят на мир двумя глазами. Причем изображение, видимое правым глазом, несколько отличается от того, что фиксирует левый глаз. Ведь между ними есть определенное расстояние – примерно 62–76 мм. Благодаря этому обстоятельству в мозгу наблюдателя и создается впечатление объемности увиденного им.
Фотоаппарат же, кино– или телекамера смотрят на мир единственным глазом-объективом, в результате чего и фиксируемое ими изображение выглядит на экране плоским.
Понятное дело, изобретатели неоднократно пытались и в кино воспроизвести стереоскопическое, объемное изображение. Для получения иллюзии объемности плоского фотографического изображения в кино необходимо, чтобы с одних и тех же объектов одновременно производились по два снимка, получаемые при помощи двух объективов, удаленных друг от друга примерно на такое же расстояние, как и наши глаза. Обычно эти два изображения (правое и левое) снимаются или на две отдельные пленки, или на одну так, чтобы на каждом кадре имелось по два изображения, расположенные рядом.
Шаги истории. Способ оптического совмещения предполагает, что на экран одновременно проектируются оба снимка (правый и левый) так, чтобы они были расположены рядом, но отдельно друг от друга. Эти снимки рассматриваются зрителями через специальные стереоочки, приспособленные для каждого места зрительного зала. С их помощью оба изображения совмещаются в одно и вызывают у зрителя впечатление объемности.
Однако громоздкость приборов показа и просмотра, необходимость регулировать очки во время сеанса, а также появление, помимо основного изображения, двух «паразитных» создавали значительные неудобства для зрителей. А потому и способ широкого распространения не получил.
Способ анаглифов был изобретен в 1858 году. На экране опять-таки показывают два изображения (правое и левое), наложенные друг на друга. Одно из этих изображений (например, правое) печатается на позитивной цветной пленке, скажем, красным цветом, а другое (левое) – цветом, дополнительным к первому (к примеру, зеленым). Зрители рассматривают эти цветные изображения через особые очки (анаглифы), в которых против каждого глаза находится цветное стекло противоположного цвета (например, для правого глаза – зеленое стекло, а для левого – соответственно, красное).
Зеленое изображение левого кадра через зеленое стекло окажется невидимым, и поэтому правый глаз будет видеть через него только красное изображение правого кадра (через зеленое стекло оно покажется черно-белым). Левый глаз по тем же причинам увидит только зеленое изображение левого кадра. В результате опять-таки получается иллюзия стереоскопичности.
Основным недостатком этой системы является чрезмерная утомляемость глаз. Кроме того, таким способом невозможно демонстрировать цветные фильмы.
Способ последовательной обтюрации был предложен американским изобретателем Е. Дуайеном в конце XIX века. На экране последовательно показываются кадры, снятые то левым объективом, то правым. Зрители опять-таки смотрят на экран через специальные очки, имеющие особый механизм, работающий синхронно с проектором и попеременно закрывающий особой заслонкой то левый, то правый глаз, так что зритель видит каждый кадр только одним глазом – именно тем, для которого этот кадр и предназначен. Недочет этого способа – необходимость снабжать каждого зрителя очками с заслонками.От очков к растру. Поскольку далеко не всем зрителям нравится смотреть на экран через очки, с большим интересом было встречено безочковое стереокино, где изображение разделяется не у глаз зрителя, а у растрового экрана.
Простейшая схема здесь такова. Левое и правое изображения от двух проекторов проходят через решетку, состоящую из узких непрозрачных полос и просветов между ними. Изображения частично задерживаются непрозрачными полосками, а частично проходят между ними и падают на экран. Таким образом, на полотне экрана сзади растра видны изображения для правого и левого глаза, состоящие из отдельных, чередующихся между собой узких полосок. Зритель, находящийся перед экраном, должен найти для себя такое положение, при котором полоски растра будут перекрывать для правого глаза полоски изображения, предназначенного для левого глаза, и, наоборот, левый глаз не будет видеть полоски правого изображения. В таком положении каждый глаз будет видеть только «свое» изображение, и зритель получит иллюзию стереоскопичности.
Но и тут есть свое неудобство: в течение всего сеанса зритель должен был сохранять полную неподвижность, иначе эффект объема тут же терялся. Однако попробуйте высидеть полтора часа, не шевелясь…
Поэтому в дальнейшем для расширения так называемой зоны стереоскопического видения перед экраном стали ставить не параллельные решетки, а радиальные, полосы которых сходятся в одной точке, лежащей внизу за пределами экрана (перспективный растр). Придавая растру известный наклон по отношению к экрану, изобретатели сумели настолько расширить зону стереоскопического видения, что подобные растровые стереоэкраны оказалось возможным использовать с кинозалах обычного типа.Иванов и другие. Особенно преуспел в этом советский изобретатель С.П. Иванов, который совершенно самостоятельно разработал оригинальную безочковую систему стереокино. Вся хитрость его изобретения заключалась в том, что Семен Иванов сделал размеры непрозрачных полос и просветы между ними настолько малыми, что они были не видны зрителям.
Первый стереоэкран Иванова был построен в 1938 году в НИКФИ. Второй экран был установлен в кинотеатре «Москва» (ныне – Дом кино Ханженкова) и состоял из огромного количества тонких проволочек, покрытых черной эмалью и натянутых радиально на прочную раму. Полезная площадь растрового экрана – 3x5 м; экран имел 30 тыс. тонких проволочек. Собранные в отдельные группы, эти проволочки образовывали узкие непрозрачные полосы растра.
Съемка для такого стереофильма производилась обычной камерой со специальной насадкой, состоящей из двух зеркал, заменяющих два объектива. Стереонасадка давала на одной пленке два изображения (стереопару) каждого кадра (левое и правое), расположенные рядом.
В 1941 году, перед самой войной, по инициативе С. Иванова был осуществлен переход на новый стандарт стереокадра, увеличивший площадь кадра в 1,5 раза за счет использования пленки без перфорации. Это позволило создать вполне комфортное условия для просмотра стереофильмов каждому из 200 зрителей в зале.
Однако громоздкость аппаратуры, сложность ее настройки и обслуживания не позволили сделать стереокино массовым. И в конце своей жизни, в середине 70-х годов XX века, С.П. Иванов стал отдавать предпочтение голографии, полагая, что именно с ее помощью кино действительно обретет объем.
Эстафету подхватил тогдашний директор НИКФИ профессор В.Г. Комар и его коллеги. В 1974 году ими были разработаны принципы голографического кинематографа, и уже через пару лет на конгрессе Международного союза кинематографических организаций в Москве наши специалисты продемонстрировали первый голографический двухминутный ролик. Трехмерные изображения как бы выходили из экрана, двигались в любом направлении. Несколькими годами позже группа профессора Комара решила проблему цвета, и в 1984 году было снято несколько коротких голографических фильмов с цветным трехмерными изображениями. Но…
Во-первых, сами по себе голографические изображения были весьма ненасыщенными, напоминали этаких «кинопризраков». Во-вторых, несмотря на многочисленные обещания, создать установку, которая бы создавала голографическое изображение для целого зала, а не для четырех человек, как это было в эксперименте, изобретателям так и не удалось.
В общем, с началом перестройки финансирование работ по голографическому кино было прекращено. И возобновились только к концу 90-х годов XX века. Наши специалисты совместно с корейцами разработали новую экспериментальную систему ЗD-телевидения с голографическим экраном. Она основана на иных принципах, нежели голографический кинематограф, и позволяет снимать на открытых площадках, где большие объекты не могут быть освещены лазерным светом. Однако до кинозалов эта технология еще не добралась.IMAX-чудеса. Таким образом, кинопрокатчикам волей-неволей пришлось остановиться на очковом стереокино как наиболее простом в массовом обслуживании. Пик киношного стереобума за рубежом пришелся на 50-е годы прошлого столетия. На экраны выходили десятки трехмерных хитов. Среди них, например, «Дьявол Бвана» (1952) Арча Оболера, в котором герои сражались со стереоскопическими львами-людоедами, «Музей восковых фигур» (1953) Андре де Тота, триллер Альфреда Хичкока «В случае убийства набирайте “М”» (1954)…
Но и иностранцы ничего не смогли поделать со сложностью и капризностью оборудования, требуемого для показа объемного кино: серебряные экраны, поляризованные стекла, двойные синхронизированные проекторы – все это требовало немалых денег. Лишь после того, как в 70-х годах группой канадских ученых был разработан новый трехмерный формат IMAX, объемное кино получило реальный шанс стать действительно популярным.
Формат IMAX впервые продемонстрировали на выставке «Экспо-70» в Осаке. А первый кинотеатр «Киносфера» был построен уже через год в Торонто. Однако вплоть до конца прошлого века этот формат не мог похвастаться широким распространением опять-таки из-за своей дороговизны. Но потом владельцы кинотеатров решили рискнуть, и ныне в мире насчитывается уже около 300 кинотеатров, работающих в формате IМАХ.
Эффект изображения прежде всего в огромном, высотой с семиэтажный дом, экране размерами 24x30 м и массой до 1,5 т. Это необходимо для получения высокого качества изображения, которое зрители видят через линзы очков при проекции 3D.
Вторая составляющая эффекта – в пленке. Известно, что чем больше площадь кадра на кинопленке, тем выше качество изображения. Кадр технологии IMAX в 10 раз превышает классическую 35-миллиметровую пленку и в 3 раза – стандартную 70-миллиметровую, поскольку кадры в данном случае расположены не поперечно, а продольно. Поэтому изображение может проецироваться на гигантский экран и при этом поддерживать исключительное разрешение, яркость и контрастность изображения. Причем для фильмов 3D используются две копии кинопленки, которые демонстрируются синхронно: одна – для левого глаза, другая – для правого.
Но самое главное в трехмерном кинематографе – это, разумеется, очки нового поколения. В них используется технология на жидких кристаллах. Инфракрасные сигналы спецаппаратуры управляют жидкокристаллическими линзами очков, обеспечивая чередование открытия и закрытия поляризационных линз на каждом из окуляров, создающих таким образом трехмерный эффект.
Остается только предположить, что совсем скоро, придя на сеанс в кинотеатр, мы сможем не только увидеть и услышать героев картины, но и понюхать, чем они благоухают. Администрация некоторых кинотеатров вполне всерьез поговаривает о том, что для пущего эффекта готова установить дополнительное оборудование, чтобы насыщать зал по мере разворачивания сюжета еще соответствующими запахами. Попали герои в сад, по залу тут же разносятся цветочные ароматы, вышли в море – на зрителей повеяло свежим бризом…Быть богом все же трудно… И все-таки даже технология IMAX не дает эффекта полного участия кинозрителя в демонстрируемом действе. Все равно остается эффект «невсамделишности» всего происходящего.
Так что же, finita la comedia? Давайте не будем торопиться с окончательными выводами. История науки и техники не раз доказывала, что кажущийся тупик может обернуться лишь крутым поворотом в развитии данной отрасли.
В данном случае, возможно, кинематографистов могут выручить опять-таки… очки. Только на сей раз они будут совсем уж необычными.
Так, недавно компания Hewlett Packard представила свою очередную новинку. На первый взгляд это были обыкновенные очки, только сверхмодной формы. Однако при внимательном рассмотрении новинки видно, что перед вами своего рода «третий глаз».
Помните, в романе братьев Стругацких «Трудно быть богом» главный герой Румата все время носит на голове обруч с драгоценным камнем? На самом деле камень представляет собой объектив, а сам обруч – мини-телекамеру, которая непрерывно транслирует изображение через спутник наблюдателям. И они таким образом видят все, что видит и сам Румата.
Примерно такую же технику хотят внедрить в наш быт и специалисты. «Нужен принципиально иной подход к технике съемки», – считают авторы разработки Фил Читл и Дэвид Слаттер. Они предлагают как любителям, так и профессионалам использовать постоянно включенную миниатюрную камеру, вмонтированную в очки.
Таким образом, решаются сразу две проблемы. Камера смотрит туда же, куда и ее владелец. А значит, видит все самое интересное одновременно с вами. И никогда не пропустит важное событие, поскольку всегда включена.
Впрочем, сама по себе идея не новая, внимание заслуживает подход, с которым инженеры подошли к решению проблемы в данном конкретном случае. Полученное с мини-камеры изображение записывается сразу на два жестких диска, которые размещены в специальном футляре, закрепленном на поясе оператора. На один фиксируются фотографии с частотой 7 кадров в секунду, а на другой – VGA-видеозапись со скоростью 30 кадров в секунду.
Запись может вестись в постоянном режиме, а может и с использованием кнопки «Интересно». В этом режиме на жесткие диски постоянно пишутся и периодически стираются последние 20 секунд фотосъемки и 5 минут видео. Если в этот момент происходит что-то значимое, оператор нажимает красную кнопку, и изображение сохраняется.
Затем отснятый материал перегружается в компьютер, программа которого автоматически помечает плохие кадры и по желанию может их затем пропустить при просмотре. В результате от часовой съемки остается всего несколько минут, но зато это будут самые лучшие и интересные моменты.
О серийном производстве подобных устройств речь пока не идет. Тем не менее результаты проделанной работы уже сейчас позволяют нам заглянуть в будущее. Ведь вместо одного объектива в такие очки несложно вмонтировать и парочку – по одному на каждый глаз. И они будут смотреть на мир точно в том же ракурсе, как и их обладатель собственными глазами. Отснятое изображение затем будет отредактировано, смонтировано в соответствии с сюжетом и замыслом режиссера, подготовлено для просмотра в стереорежиме.
Аналогичные очки, кстати, могут решить и проблему проекции объемного изображения для каждого зрителя. Вспомните еще одну новинку нашего времени. Ныне пилотам сверхзвуковых самолетов-перехватчиков нет необходимости смотреть на приборную доску. Вся необходимая информация высвечивается у них прямо перед глазами – специальная камера транслирует изображение прямо на прозрачное забрало летного шлема или на светофильтры специальных очков.
Причем зачастую изображение это адаптивное. То есть оно меняется по мере того, как пилот поворачивает голову. Скажем, взглянул он направо, и бортовой компьютер тут же услужливо показывает ему то, что радар видит именно справа от самолета.
Нечто подобное, вероятно, может предложить технология XXI века и для зрителей. Вот только захотят ли оснащать подобными шлемами владельцы кинотеатров целые залы? Оборудование дорогостоящее, между тем неизбежны его порчи и кражи. Иное дело, если кто-то захочет приобрести подобное устройство для своего личного, домашнего кинотеатра…
Но эта проблема, согласитесь, уже не техническая.Киберболезнь не дремлет. Есть и еще одна проблема, касающаяся 3D-эффекта. О том, что с эффектом псевдообъемности далеко не все ладно, американский исследователь Том Плантида заподозрил еще в 1993 году, когда в институте, где работал ученый, проводили тестирование новых очков для видеоигр от компании Sega.
Прибор был снабжен маленькими экранчиками, на которых непосредственно перед глазами пользователя появлялись трехмерные изображения. При повороте головы картинка менялась, что создавало полный эффект присутствия в виртуальном мире. Казалось, что данная технология обречена на успех. Однако многие геймеры вдруг стали заявлять, что их тошнит от игры в прямом смысле слова.
Стали разбираться, в чем тут дело. Как выяснилось, смена кадров слегка отставала от движений головы игрока. Это приводило к тому, что человека начинало укачивать. «Симптомы морской болезни не заставляли себя долго ждать», – вспоминает ученый. В итоге очки были положены на полку и благополучно забыты.
Однако теперь все мы рискуем оказаться как бы в штормящем море, сидя в кинотеатре или у экрана телевизора. С развитием 3D-технологий проблема запаздывания картинки была решена, однако у людей по-прежнему возникают неприятные ощущения. Работы Джуди Барретт из Института военно-прикладных исследований Австралии в 2004 году показали, что просмотр стереокино может вызвать особое функциональное расстройство – так называемую киберболезнь. Основные ее симптомы – напряжение глаз, нарушение ориентации в пространстве, тошнота и рвота. Причина – сенсорный конфликт между частями зрительного аппарата.
Оказывается, когда мы рассматриваем, скажем, страницу с текстом, ваши глазные яблоки слегка поворачиваются вовнутрь, позволяя вам четко видеть вблизи. В тот же момент хрусталики глаз меняют свою кривизну, чтобы передать изображение на сетчатку. Мозг человека привык к тому, что оба этих движения осуществляются одновременно и согласованно друг с другом.
А что получается, когда вы, сидя в кинотеатре, видите приближающийся трехмерный объект? Глазное яблоко поворачивается, но кривизна хрусталика остается неизменной; ведь, чтобы картинка не расплывалась, глаз должен по-прежнему фокусироваться на плоскости экрана.
В итоге, как выяснили исследователи, до 10 % людей вообще не в состоянии правильно совместить две плоские картинки в одну объемную. Но это еще полбеды – как раз эти люди меньше всего рискуют заполучить кибернедуг. А вот другие 20 % зрителей при просмотре изображений 3D-формата могут столкнуться с неприятностями. У некоторых начинает двоиться в глазах, многих начинает тошнить, и все отмечают утомление зрения.
Так что будьте осторожны, не рвитесь на просмотры 3D-фильмов. «Аватар», конечно, интересен, мода модой, но здоровье дороже…