ud3 k0 Urządzenia Techniki Komputerowej

Transkrypt

1 Wyświetlacze LCD i ud3 k0 Urządzenia Techniki Komputerowej

2 Spis treści Rzutniki multimedialne LCD DPL Tablica interaktywna Papier elektroniczny Generacja obrazu trójwymiarowego Wyświetlacz autostereskopowy Wyświetlacz obrotowy 3D Perspecta 3D 360 LightField Display Wyświetlacz koloidalny VisionStation Leia Display System Okulary 3D Anaglify Polaryzacja ortogonalna Rzeczywistość wirtualna Rozszerzona rzeczywistość Elektroniczna soczewka kontaktowa Wyświetlacze dla niewidomych 2

3 Rzutniki multimedialne 3

4 Rzutnik multimedialny Urządzenie optyczne służące do wyświetlania obrazu na dowolnej powierzchni (najlepiej białej na którą nie pada inne światło niż projektor). Obraz może być statyczny i ruchomy. Nowoczesne rzutniki współpracują z tablicami tworząc interaktywną ścianę. 4

5 Typy projektorów LCD-obraz jest wyświetlany podobnie do monitorów LCD. Obraz z matrycy LCD wyświetlającej obraz jest przenoszony za pomocą specjalnego układu optycznego na ścianę lub specjalny ekran. DPL-światło z lampy kierowane jest przez zestaw małych luster tworząc obraz czarno-biały a później przechodzi przez filtr kolorów który nadaje obrazowi barwę, wtedy obraz jest rzucany na ekran 5

6 Rzutnik multimedialny 6

7 Tablica interaktywna 7

8 PAPIER ELEKTRONICZNY 8

9 Papier elektroniczny 9

10 Papier elektroniczny Powierzchnia wyświetlacza składa się z milionów mikrokapsułek o średnicy mniej więcej ludzkiego włosa. Każda mikrokapsułka wypełniona jest płynem, w którym znajdują się naładowane dodatnio cząsteczki białego nośnika oraz naładowane ujemnie cząsteczki nośnika czarnego. Dzięki kontrolowanej polaryzacji pola elektrycznego każdej mikrokapsułki możliwe jest przemieszczanie barwnika w jej obrębie. W zależności od napięcia mikrokapsułka może więc być biała, czarna lub szara (gdy odpowiednio zróżnicujemy w niej pole elektryczne). Mikrokapsułki nanosi się następnie na plastyczną warstwę nośną pokrytą siatką obwodów elektrycznych. 10

11 Papier elektroniczny Wyświetlacz może zostać naniesiony na praktycznie dowolny materiał (plastik, metal), a z uwagi na niski koszt wytwarzania pokrycie nim dużych powierzchni powinno być stosunkowo tanie. Ma niewielką grubość -maksymalnie 2 mm -jest lekki Wymaga niewiele energii Zużywa od 10 do 100 razy mniej niż standardowe monitory LCD. Prąd potrzebny jest wyłącznie w chwili nanoszenia zmian. Podczas odtwarzania statycznych obrazów e-papier w ogóle nie wymaga zasilania. Technologia zaprezentowana przez firmę E-inknie nadaje się do wyświetlania filmów wideo z uwagi na długi, sięgający nawet 1/4 sekundy czas reakcji piksela. 11

12 OBRAZ TRÓJWYMIAROWY 12

13 Wyświetlacz autostereskopowy Autostereoskopowy efekt 3D na monitorach LCD uzyskuje się, pokrywając ich powierzchnię szeregiem walcowatych soczewek. Soczewki naniesione są nieco skośnie w stosunku do siatki pikseli, co zapewnia percepcję głębi obrazu z więcej niż jednego punktu patrzenia. Linie A i C odpowiadają kolejnym obrazom. 13

14 Wyświetlacz autostereskopowy Autostereoskopoweobrazy trójwymiarowe mają ekran pokryty siatką cylindrycznych soczewek w taki sposób, aby ogniskowa znajdowała się na poziomie warstwy wyświetlającej piksele. Soczewki są na tyle małe, że niedostrzegalne gołym okiem. Światło padające (lub emitowane) na taką spreparowaną powierzchnię ogniskuje się w różnych miejscach w zależności od kierunku padania/świecenia, więc obraz postrzegany przez lewe oko różni się od obrazu widzianego prawym okiem. Dostarczeniem odpowiedniego obrazu do danego piksela zajmuje się oprogramowanie. Soczewki powiększają nie tylko piksele monitora, ale i przerwy między nimi -generują wiele miejsc w kącie widzenia, w których percepcja 3D jest niemożliwa. Problem da się częściowo wyeliminować, ustawiając sąsiadujące soczewki w taki sposób, aby uginały światło emitowane nie tylko z pikseli bezpośrednio pod soczewką, ale także z sąsiednich. Pierwsze monitory 3D-LCD nie wymagały, co prawda, precyzyjnego utrzymania głowy w jednym miejscu w celu uzyskania wrażenia głębi, ale nie pozwalały na pełną swobodę ruchu. Trójwymiarowy obraz można było w pełni podziwiać początkowo z czterech punktów widzenia. Obecnie monitory tego typu pozwalają oglądać obraz nawet z dziewięciu punktów, więc można je wykorzystać, chcąc zaprezentować trójwymiarową grafikę większej liczbie osób. Niestety, odbywa się to kosztem rozdzielczości i w efekcie na monitorach 15" każde oko widzi obraz o rozdzielczości zaledwie 341x256 pikseli, a na monitorach 18" -427x341 (w przypadku urządzeń opracowanych w firmie Philips). Ceny autostereoskopowychmonitorów LCD są wysokie -najtańsze kosztują 3-4 tysiące dolarów, najdroższe nawet tysięcy. 14

15 Wyświetlacz autostereskopowy 15

16 Wyświetlacze 3D obrotowe (objętościowe) Obraz wyświetla się na przezroczystym, obracającym się wewnątrz kopuły ekranie. Ekran obraca się i zakreśla pewną objętość w przestrzeni, więc obraz jest rzeczywiście trójwymiarowy: Można go obejść ze wszystkich stron, spojrzeć z góry lub dołu. Pomysł zaprezentował Max Hirshw 1958 roku, a zrealizowano po raz pierwszy już w 1960 roku. 16

17 Perspecta 3D 17

18 Perspecta 3D Perspecta3D to osadzona na podstawie kopuła o średnicy 51 cm, wewnątrz której wiruje płaski ekran z prędkością 730 obrotów na minutę. To zaledwie 12 obrotów na sekundę, lecz odświeżanie obrazu jest dwukrotnie większe (24 Hz), bo do zakreślenia całej objętości wewnątrz kopuły ekran musi się obrócić tylko o 180 stopni. Układ rastrujący otrzymuje dane z komputera i przetwarza je na stosowany w monitorze cylindryczny system współrzędnych, używając do tego specjalnych algorytmów rastrujących. Linie i trójkąty zostają zamienione na cylindryczną siatkę wokseli. System trzech luster odbijających światło z nieruchomego projektora generuje na ekranie, przestrzenny obraz o średnicy do 10 cali i objętości do 3000 cm 3, w rozdzielczości 768x768x198 punktów Bryłę tworzy 198 przekrojów, każdy o rozdzielczości 768x768 punktów. Sercem urządzenia jest procesor TI 1600 MIPS DSP. Kontroler silnika obracającego ekran w zależności od położenia ekranu ma dostęp do fragmentu pamięci zawierającego odpowiedni przekrój. Na piksel przypadają zaledwie 3 bity, jednak dzięki ditheringowi(przestrzennemu) udaje się uzyskać wrażenie obrazu o 2 milionach kolorów. Podwójnie buforowany obraz składa się z wokselii jest przechowywany w pamięci o pojemności 3 GB. W ciągu sekundy 24 razy wyświetlanych jest 198 przekrojów, co daje imponującą szybkość 4752 klatek na sekundę. System przechowuje grafikę w rozdzielczości 1024x768, choć do wyświetlania używany jest wyłącznie centralny fragment o rozdzielczości 768x768. Potrzebne jest zatem 24x 1024x768x198x3bity = 1,4 GB/sek Prototyp opracowano w firmie Actuality Systems w marcu 2001 roku. 18

19 Perspecta 3D 19

20 Perspecta 3D 20

21 360 LightField Display 21

22 360 LightField Display Obraz jest wyświetlany na obracającym się o 360 wklęsłym ekranie. 22

23 360 LightField Display 23

24 Wyświetlacz koloidalny 24

25 Wyświetlacz koloidalny Wyświetlacz koloidalny wykorzystuje do wyświetlenia obrazu powłokę podobna do bańki mydlanej. Powierzchnia bańki mydlanej to miniaturowa, przepuszczająca światło, membrana. Z mieszaniny dwóch cieczy koloidalnych stworzono ultracienki, elastyczny wyświetlacz BRDF (Bidirectional Reflectance Distribution Function). Powłoka pod wpływem ultradźwięków zmienia kształt i fakturę dzięki czemu może wyświetlać obrazy, także trójwymiarowo. Pozwala to na zmianę faktury obrazu. Staje się on bardziej lub mniej przezroczysty. Obrazy generowane na tym ekranie są ostrzejsze iwyglądają na bardziej realistyczne. Połączenie kilku ekranów pozwala uzyskać trójwymiarowy hologram. Powłoka jest trwała. Zrobiona jest ze specjalnego roztworu koloidalnego (zamiast mydła). Membrana wytrzymuje przebicie, co pozwala na wejście z nią w interakcję dotykową. 25

26 Wyświetlacz koloidalny 26

27 Wyświetlacz koloidalny 27

28 VisionStation 28

29 VisionStation Zestawy serii VisionStationi przeznaczone dla większych grup widzów (do 45 osób!) VisionDomecharakteryzują się półkolistym ekranem umieszczonym w niewielkiej odległości i tak, żeby obraz całkowicie wypełniał pole widzenia. W przypadku jednoosobowych modeli VS kopuła ekranu ma średnicę 1,5 m, umożliwiając percepcję obrazu do 160 stopni. Ekran jest bierny, do wyświetlania używa się pojedynczego projektora LCD o rozdzielczości od 800x600 do 1024x768 pikseli, kontraście 400:1, jasności 1300 lumenów i odświeżaniu pionowym od 50 do 80 Hz. Urządzenie ma względnie niewielkie rozmiary i nadaje się nawet do zastosowań domowych. Opatentowana technologia TruThetaImagingTechnology konwertuje obraz 2D rzucany na krzywiznę ekranu w taki sposób, żeby uwzględniał zniekształcenia optyczne i umożliwiał percepcję zbliżoną do rzeczywistej. W efekcie widz, choć ogląda obraz dwuwymiarowy, nie dostrzega jego krawędzi, a zatem dwuwymiarowości. VisionStationpozwala uzyskać wrażenie rzeczywistej obecności w wirtualnym, z pozoru całkowicie trójwymiarowym świecie. Widz może wykonywać swobodne ruchy głową nie tracąc złudzenia obecności w świecie projekcji. W przypadku VisualStationnie ma problemu z przygotowaniem grafiki 3D pod kątem wymagań systemów VS, gdyż producent oferuje rozszerzenia zapewniające kompatybilność z najpopularniejszymi pakietami 3D. 29

30 Leia Display System 30

31 LeiaDisplay System 31

32 LeiaDisplay System Warszawska firma Leia Dispaly System stworzyła holograficzny wyświetlacz 3D. Wyświetla on obraz na cieniutkiej warstwie pary wodnej. Powstaje w ten sposób prawie idealna płaska powierzchnia. Z przodu i z tyłu warstwy pary są utrzymywane strumienie powietrza poruszające się z ta samą (niewielką) prędkością i z tym samym kierunku, co warstwa pary. Dzięki temu obraz jest nieruchomy i wyraźny. 32

33 Generator pary 33

34 Interakcja z obrazem Urządzenie wykorzystuje system interakcji (podobny do Kinecta). Kamera śledzi użytkownika, dzięki czemu system może reagować na bieżąco. Pozwala to ma manipulowanie obrazem. Można go przesuwać, obracać, zmieniać rozmiary. 34

35 Przykłady 35

36 Dla niedowiarków nie wierzących, ze to polski wynalazek 36

37 OKULARY 3D 37

38 Anaglify Anaglif to obraz dający złudzenie trójwymiarowości. Zbudowany jest z dwóch zdjęć nałożonych na siebie. Są one przesunięte względem siebie, co ma odpowiadać obrazowi dla lewego i prawego oka. Anaglify ogląda się przy pomocy specjalnych okularów. Są one zbudowane z dwóch różnokolorowych szkieł. Zaletą jest łatwa generacja obrazu, niska cena okularów. Wadami przebarwienia i sztuczna sceneria obrazu (obiekty wyglądają jak wycięte z tektury) 38

39 Anaglify 39

40 Pierwszy film w technice 3D ThePower of Love amerykański film z 1922 roku. Pierwszy w historii kinematografii film 3D zaprezentowany publiczności. Pokaz filmu odbył się 27 września 1922 roku w hotelu Ambasador w Los Angeles. Wykorzystano tu technikę anaglifową. Niestety nie zachowała się żadna kopia tego filmu. 40

41 Polaryzacja ortogonalna W polaryzacji ortogonalnej wykorzystujemy fakt, że jedno ze szkieł jest spolaryzowane pionowo, a drugie poziomo. Obraz jest wyświetlany jednocześnie parzyste linie są spolaryzowane poziomo, a nieparzyste (przesunięte w stosunku do wcześniejszych) pionowo. 41

42 Polaryzacja ortogonalna 42

43 WIRTUALNA RZECZYWISTOŚĆ 43

44 Wirtualna rzeczywistość Rzeczywistość wirtualna (ang. virtual reality), fantomatyka Wykreowanie sztucznej rzeczywistości złożonej z komputerowej wizji przedmiotów, przestrzeni i zdarzeń, tworzących pewien świat. Elementy świata realnego (symulacje komputerowe), Elementy świata fikcyjnego (gry komputerowe science-fiction). 44

45 Przykład rzeczywistości wirtualnej 45

46 VRML 46

47 Narzędzia rzeczywistości wirtualnej 47

48 OculusRift Zestaw do wirtualnej rzeczywistości produkowany przez firmę OculusVR, która zadebiutowała na crowdfundingowym serwisie Kickstarter. Facebookw ubiegłym roku kupił ją za ponad 2 mld dol. Dostępna pierwsza wersja konsumencka urządzenia Oculus Rift. Samsung Gear VR Project Morpheus HTC Vive Google Cardboard Fove Zestaw do wirtualnej rzeczywistości kooperacji Samsunga i OculusaVR. Funkcję ekranu i wewnętrznego komputera zestawu pełni smartfonsamsung GalaxyS6 albo GalaxyS6 Edge. zestaw do wirtualnej rzeczywistości produkcji Sony, przewidziany głównie jako gadżet dla użytkowników PlayStation. Okulary spółki HTC i produkującej gry komputerowe firmy Valve. Aplikacja i urządzenie o tej samej nazwie pozwalają na tanią podróż do wirtualnej rzeczywistości. Trzeba ściągnąć bezpłatną aplikację Google Cardboard i uzbrojony w nią telefon włożyć do kartonowych (cardboard-ang. karton) gogli. Wyświetlacz telefonu służy za ekran, a dźwięk zapewniają dowolne słuchawki pasujące do naszego telefonu. Niskie koszty gogli mają zachęcić programistów do pracy nad rozwiązaniami na tę platformę. Okulary można kupić na Allegro już za 30 zł, a wrażenia są porównywalne do prototypów Oculusaczy Samsunga. Gogle śledzą nie tylko ruchy głowy, lecz także położenie źrenic czy koncentrację wzroku. Funkcja ta umożliwia np. kontakt wzrokowy z bohaterami wirtualnej rzeczywistości w grach. Jednak nie tylko -demonstracyjna wersja urządzenia umożliwia np. granie na wirtualnym pianinie sterowanym ruchami oczu osobom z niesprawnymi rękami. Na razie jako projekt na Kickstarterze. 48

49 Rejestracja obrazu panoramicznego 49

50 ROZSZERZONA RZECZYWISTOŚĆ 50

51 Rzeczywistość rozszerzona Rzeczywistość rozszerzona (ang. Augmented Reality) system wyświetlania obrazów łączący realny świat ze światem generowanym komputerowo. Wykorzystuje się obraz z kamery, na który nałożona jest grafika 3D (generowana w czasie rzeczywistym). 51

52 Nałożenie opisów na rzeczywisty obraz 52

53 Nałożenie sztucznego obrazu na rzeczywisty 53

54 SOCZEWKA ELEKTRONICZNA 54

55 Elektroniczna soczewka kontaktowa Na początku września 2011 zespół Babaka Amira Parviza z University of Washington ogłosił stworzenie nowego typu wyświetlaczy. Były one umieszczone na powierzchni soczewki kontaktowej. Jej zadaniem jest połączenie widzianego przez oko świata i informacji. Dodatkowe informacje mają za zadanie uzupełnić widziany obraz. 55

56 56

57 WYŚWIETLACZE DLA NIEWIDOMYCH 57

58 Tablet Braille a Blitab 58

59 Telefon Braille a Braille Phone 59

60 Telefon Braille a Ownfone 60

61 Schemat działania 61

62 Zasada działania Ekran urządzenia ma samoczynnie zmieniającą się fakturę. Jest zbudowany z niewielkich bąbelków, które zależnie od potrzeby będą napełniane bądź spłaszczane. Umożliwia również dotykową obsługę wyświetlacza pozwalającą na zaznaczanie, kopiowanie czy edytowanie treści. Urzadzeniawspółpracują z fizyczną klawiaturę Perkinsa, służącą do zapisu informacji w języku Braille a. 62

63 Powtórzenie 1. Jak działa projektor multimedialny? a. LCD b. DPL 2. Co to jest papier elektroniczny? a. Jak tworzy tekst i obrazy? 3. Jak działa wyświetlacz autostereskopowy? 4. Jak działa wyświetlacz obrotowy? 5. Jak działa wyświetlacz koloidalny? 6. Jak działa VisionStation? 7. Jak działa Leia Display System? 8. Jak działaja okulary 3D? a. Anaglify b. Ortogonalne 9. Co to jest rzeczywistość wirtualna? 10. Do czego miał służyć język VRML? 11. Jak działają okulary do rzeczywistości wirtualnej? 12. Co to jest rozszerzona rzeczywistość? 13. Jak działa elektroniczna soczewka kontaktowa? 14. Jak działają wyświetlacze dla niewidomych? 63