20 godzin temu
Nie potrzeba ani specjalnych okularów, ani drogiego sprzętu z branży high-tech. Wystarczy wiedza matematyczna, ekran LCD i drukarka 3D. Tak przynajmniej twierdzą Michał Dolina i Jakub Dec – doktoranci Politechniki Krakowskiej, którzy samodzielnie skonstruowali platformę autostereoskopową wyświetlającą obrazy 3D. Ich projekt zdobył pierwszą nagrodę podczas tegorocznej Uczelnianej Sesji Kół Naukowych PK.
Bariera paralaksy to rozwiązanie znane od ponad wieku. Nie jest to więc nowa technologia – wyzwaniem pozostaje jej współczesna implementacja. – Naszym celem nie było „wynalezienie” czegoś zupełnie nowego, tylko stworzenie i przetestowanie własnego prototypu systemu autostereoskopowego – tłumaczy Michał Dolina, doktorant drugiego roku Szkoły Doktorskiej PK i specjalista IT na Wydziale Informatyki i Telekomunikacji.
Tak właśnie narodził się VisScope – działający w czasie rzeczywistym system do wyświetlania obrazów trójwymiarowych na zwykłym ekranie LCD. Projekt zrealizowany został w ramach Koła Naukowego Grafiki Komputerowej Visgraph, którego Dolina i jego kolega, mgr inż. Jakub Dec, są opiekunami. – Technologia sama w sobie jest znana, bo wykorzystywano ją m.in. w konsoli Nintendo 3DS. Nasze rozwiązanie to autorska wersja, która może służyć do prezentacji grafik, materiałów promocyjnych czy scen 3D – zaznacza Jakub Dec.
Jak oszukać ludzkie oko
Trójwymiarowość to tak naprawdę złudzenie – wynik działania naszego mózgu. Każde oko rejestruje obraz pod nieco innym kątem, a umysł łączy je w jedno przestrzenne wrażenie. – To właśnie wykorzystuje nasz system. Zamiast patrzeć na fizyczny obiekt, użytkownik ogląda dwa nieco różne obrazy wyświetlane jednocześnie na ekranie – mówi Michał Dolina.
Sekret tkwi w przezroczystej folii umieszczonej przed ekranem – tzw. barierze paralaksy. To ona rozdziela obrazy, kierując każdy z nich do odpowiedniego oka. Choć przygotowanie samego obrazu nie wymaga dużej mocy obliczeniowej, to opracowanie poprawnie działającej bariery to już matematyczna łamigłówka. Trzeba wziąć pod uwagę wiele parametrów: rozdzielczość, odległość, kąt patrzenia, a choćby pozycję widza. – Nasz silnik graficzny działa jak ludzki wzrok: patrzy na scenę przez dwie wirtualne kamery, a potem buduje obraz współgrający z barierą – wyjaśnia Dec.
Kolejnym krokiem była konstrukcja fizyczna – ramka z regulacją odległości od ekranu oraz nakładka z folią. Wszystko wykonane samodzielnie, częściowo z pomocą druku 3D. – Z pozoru wygląda to prosto, bo najcięższa praca odbywa się w mózgu oglądającego. Ale sam proces cyfrowy to duże wyzwanie i dużo zabawy z percepcją – dodaje Dolina.
Film 3D na zwykłym monitorze?
VisScope potrafi więcej niż tylko wyświetlać sceny 3D z silnika graficznego. Doktoranci opracowali również skrypt do składania dwóch obrazów stereoskopowych oraz przetwarzania gotowych filmów 3D – również tych pełnometrażowych. – jeżeli materiał źródłowy jest poprawnie nagrany, to efekt trójwymiarowy mamy praktycznie gwarantowany – zapewnia Jakub Dec.
Możliwe jest choćby wygenerowanie iluzji głębi z obrazów dwuwymiarowych, dzięki wykorzystaniu sztucznej inteligencji. AI tworzy tzw. maskę głębokości, którą można wykorzystać do odtworzenia wrażenia przestrzeni. To podejście znane z mediów społecznościowych, które oferują funkcje „3D Photo”. – To przez cały czas pierwszy krok – stworzenie obrazu stereoskopowego. Potem działa już cały nasz system – dodaje.
Co ważne, VisScope nie wymaga ciemnego pomieszczenia ani projektora. Wystarczy zwykłe oświetlenie i ekran LCD. Warunek jest jeden: patrzeć trzeba z odpowiedniego miejsca – pod konkretnym kątem i z ustalonej odległości. Wtedy efekt jest najczystszy.
Czy to już czas na hologramy?
W kolejnym etapie doktoranci planują wprowadzić dynamiczne pozycjonowanie bariery, tak aby reagowała na ruch głowy użytkownika. – Przy poruszaniu się widza efekt 3D łatwo się psuje. Dlatego chcemy, by system śledził jego pozycję i automatycznie korygował położenie folii. Coś podobnego zastosowało Nintendo w nowszej wersji 3DS – mówi Dec.
Choć temat komercjalizacji pojawił się w rozmowach, na razie nie ma takiego planu. – jeżeli zdecydujemy się na ten krok, to dopiero po zakończeniu doktoratów – zastrzega Dolina.
Mimo sukcesu VisScope, ich praca naukowa koncentruje się w tej chwili na lingwistyce obliczeniowej. Analizują język naturalny jako system złożony. – Patrzymy na teksty jak na sieci powiązań i badamy je w różnych skalach: od poziomu zdań po całe książki – tłumaczy Michał Dolina.
W swoich badaniach używają narzędzi matematycznych, m.in. analiz multifraktalnych i struktur sieciowych. Pozwala to odkrywać ukryte wzorce w tekście i klasyfikować je ze względu na stopień uporządkowania czy złożoności. – To może pomóc np. w identyfikacji autorów lub wykryciu fragmentów napisanych przez inne osoby – mówi Jakub Dec.
Obaj przyznają, iż chcą wrócić do badań nad grafiką komputerową po zakończeniu doktoratów. – To była świetna przygoda i nie zamierzamy jej porzucać. Coś jeszcze z tego będzie – mówią zgodnie.
