Текст книги "Журнал PC Magazine/RE №08/2008"

Вики Джейкобсон

455. Сохраните этот номер журнала!

Редко удается собрать так много полезной информации в одном месте. Не забудьте положить этот номер журнала на полку.

Новости. С 15 по 15

Компании

Компания «Аквариус» (www.aq.ru), входящая в «Национальную компьютерную корпорацию» (НКК), объявила о подписании первого в России OEM-соглашения с Google.

Согласно условиям соглашения «Аквариус», в комплект поставки персональных компьютеров и ноутбуков будет входить пакет программ Google: панель инструментов Google Toolbar, утилита мгновенного поиска на жестком диске и в Интернете Google Desktop, а также программа-органайзер графических файлов и видеоматериалов Picasa.

Накопители

Компания Verbatim (www.verbatim.ru) объявила о выпуске 250-Гбайт внешнего USB-накопителя в черном корпусе (Black Edition).

Корпус отделан приятным на ощупь резиновым покрытием, масса диска 150 г, габариты – 84,5×134×16 мм, скорость вращения шпинделя 5400 об/мин. В комплект входит утилита Nero BackItUp 2 Essentials.

Сетевое оборудование

Компания HP (www.hp.ru) объявила о выпуске беспроводного сервера печати HP Jetdirect 690n. Это изделие позволяет организовать общий доступ к принтеру по сети, оборудовано беспроводным адаптером 802.11b/g и проводным адаптером Fast Ethernet.

В сервере реализовано несколько механизмов защиты, в том числе протокол IPSec, система проверки паролей и списки управления доступом; система совместима с протоколами IPv4 и IPv6, Kerberos, 802.1x, SSL/TLS. Предусматривается встроенный Web-сервер (для целей административного управления).

Накопители

Компания Patriot Memory (www.patriotmemory.com) объявила о выпуске твердотельных накопителей серии Warp. Разработаны модификации с емкостью 16, 32 и 64 Гбайт, накопитель построен на базе флэш-памяти NAND, предусматривается подсистема контроля и коррекции ошибок.

Программы

Компания Microsoft (www.microsoft.ru) объявила о выпуске коммерческой версии системы виртуализации Hyper-V. Она входит в качестве одной из подсистем в некоторые версии Windows Server 2008. Пользователи, уже внедрившие Windows Server 2008, имеют возможность обновить ее посредством службы Windows Update. На сегодня, по данным Microsoft, в мире распространено более 1 млн. бета-версий Hyper-V, причем одним из основных стимулов для ее развертывания (по тем же источникам) становится тесная интеграция модулей виртуализации и базовой платформы.

Компания Microsoft и сама использует технологию Hyper-V для хостинга таких Интернет-ресурсов с интенсивным трафиком, как MSDN, TechNet и Microsoft.com. (Страницы MSDN просматривают в среднем более 3 млн. раз в день, TechNet – более 1 млн., а статистика просмотра страниц Microsoft.com – более 38 млн. раз в день.)

Для предварительной оценки целесообразности внедрения виртуальных решений на базе Hyper-V компания Microsoft разработала пакет Microsoft Assessment and Planning (MAP) Toolkit 3.1.

Серверы

Компания Fujitsu Siemens Computers (www.fujitsu-siemens.ru) объявила о планах использовать аппаратную платформу x86 в мэйнфреймах BS2000/OSD (модели начального и среднего уровня). Представители компании отмечают, что новые системы серии SQ будут обладать всеми функциональными возможностями, характерными для больших ЭВМ, но переход на новую платформу позволит владельцам машин запускать ПО, разработанное для Linux и Windows.

Серверы строятся на базе процессоров XEON MP, оснащаются памятью со средствами контроля и коррекции ошибок (ECC). Начало выпуска машин семейства SQ планируется на осень 2009 г. В них предполагается реализовать систему виртуальных машин VM2000 с возможностью запуска нескольких гостевых ОС BS2000/OSD. К 2010 г. на бизнес-серверах SQ будут работать гостевые системы Linux и Windows.

Сумма технологий

Средства трехмерной визуализации

Илья Кот

По мере совершенствования дисплеев и проекторных систем назрел качественный скачок – средства отображения информации готовы к выходу в новое измерение.

Обращаясь к истории вычислительной техники, мы видим, что наиболее мощный импульс развитию персональных компьютеров придали такие незамысловатые программы, как текстовый процессор и электронные таблицы. На западе их образно называют «killer applications», что дословно переводится как «убийственные приложения». Текстовый процессор, например, «убил» печатную машинку, а вот электронные таблицы оказались совершенно не кровожадными.

Следующим «убийственным применением» для компьютера, возможно, станут системы трехмерной визуализации на основе мультимедиа-проекторов и других технологий, способные обеспечить наглядное и удобное представление информации, а также ужесточить требования к мощности компьютеров, стимулируя развитие многоядерных ПК и кластерных вычислительных комплексов.

Уже сегодня средства трехмерной визуализации востребованы в нефтегазовом комплексе, где широко используются программы геолого-гидродинамического моделирования залежей. Основные изготовители подобного ПО – компании Landmark, Paradigm, Roxar и Schlumberger.

Бизнес-потребители в последнее время начали применять комбинированные комплексы, объединяющие средства пространственной визуализации и геоинформационные программы с САПР и корпоративными ERP-системами. Такой подход позволяет, например, моментально переходить от трехмерной модели строящегося объекта к его проектным чертежам и сметам по закупкам строительных материалов, что оказывается очень удобным в управлении строительством.

Традиционное применение средства 3D-визуализации находят в архитектурных бюро, где важно разглядеть объект в деталях и показать его заказчику во всей красе, конструкторских бюро и проектных институтах. Думается, что перечень приложений для подобных систем будет только расширяться. Теперь перейдем к описанию схем трехмерной визуализации.

Бинокулярные системы на основе проекторов

В зависимости от расположения источника изображения по отношению к зрителям системы трехмерной визуализации на основе проекторов делятся на два класса: с фронтальной и обратной проекцией. Система с обратной проекцией (проектор и аудитория находятся по разные стороны экрана) может занимать больше места в помещении, поскольку за экраном нужно оставить пространство для проекторов и доступа к ним. Фронтальная система экономит площадь, но заставляет продумать местоположение аппарата, чтобы ничто не перекрывало падающий на экран световой поток.

Большие панорамные экраны получаются «сшивкой» изображений от нескольких проекторов. Чтобы стыки картинок были незаметны для зрителя, сшивка выполняется полосами с плавным уменьшением яркости одного проектора и увеличением яркости другого. Инсталляционные проекторы как правило имеют функцию сшивки.

При выводе объемного изображения используется бинокулярный принцип: для левого и правого глаза зрителя формируются две несколько различные картинки.

Строго говоря, объемное зрительное восприятие человека обеспечивается не только бинокулярным характером зрения. Закрыв один глаз, вы обнаружите, что картинка не станет плоской. Дело в том, что пространственное изображение создается не на сетчатке глаза, а в мозгу, причем с учетом множества факторов. Так, в процессе аккомодации (фокусировки глаз на различных предметах с помощью глазных мышц) и конвергенции (сведения направлений взгляда левого и правого глаза) мозг косвенно получает информацию о расстоянии до объектов. Пространственное восприятие усиливается и такими эффектами, как заслонение одних объектов другими, изменение угловых размеров при удалении от наблюдателя и т. д. Механизмы происходящих в мозгу процессов досконально не исследованы, но ясно, что задачи распознавания образов и построения объемного изображения тесно связаны между собой.

Для выделения световых потоков, направляемых к разным глазам пользователя, в системах стереоскопического отображения применяются специальные очки. В зависимости от того, как разделяются кадры для левого и правого глаза, очки могут быть пассивными или активными (снабженными электронными схемами и быстродействующими световыми ЖК-затворами).

Цветовое (анаглифное) разделение информации знакомо почти всем. Наверняка вам попадались в рекламных буклетах причудливо раскрашенные иллюстрации, которые нужно рассматривать через очки с красным и синим пленочными фильтрами. Результирующее стереоскопическое изображение проявляет некоторые признаки объемности, но цветным его назвать нельзя.

Временнóе разделение информации для левого и правого глаз предполагает поочередную смену полукадров. Очки при этом должны быть активными и работать синхронно со сменой соответствующих полукадров – открывать световые затворы то для левого глаза, то для правого.

Чтобы зрители не страдали от утомления зрения, смена полукадров должна происходить по меньшей мере 110 раз в секунду. Подобная система хороша тем, что может обслуживаться одним быстродействующим проектором. Но она неудобна для зрителей: им приходится использовать громоздкие очки с ЖК-затворами и электронными схемами, от которых тянутся провода к модулю управления, или, в случае беспроводного управления ИК-сигналом, снабженные батареями для питания.

Поляризационное разделение информации предполагает, что изображения для левого и правого глаза передаются светом разной (перпендикулярно ориентированной) поляризации. Картинка на экране формируется двумя одновременно работающими проекторами с соответствующими поляризаторами. Зрители для наблюдения стереоскопического изображения надевают недорогие и легкие пассивные очки с пленочными поляризаторами.

Поляризационный метод позволяет облегчить и удешевить очки, но требует применения специального экрана, сохраняющего плоскость поляризации отражаемого или проходящего луча. Недостаток технологии – необходимость держать голову прямо (если зритель наклоняет ее, возникают искажения в виде призрачных контуров).

Для снижения стоимости системы некоторые компании совмещают временнóе и поляризационное разделение информации, что позволяет использовать один проектор, но требует наличия специального оптического устройства, которое периодически поворачивает поляризацию луча. Как и в системе временнóго разделения полукадров, в этом случае частота их смены должна быть 110 Гц или выше.

Спектральное разделение информации (иногда его называют узкополосным) сегодня считается наиболее перспективным. Этот метод разделения картинок для левого и правого глаза основан на том, что человеческий глаз содержит цветовые рецепторы, регистрирующие три базовых цвета.

Строго говоря, ни мультимедийный проектор, ни компьютерный монитор, ни телевизор не воспроизводят картинку в том виде, в каком ее создает природа. Солнечный свет обладает широкой цветовой гаммой, в природе присутствуют все оттенки радуги, не говоря об ультрафиолетовом и инфракрасном излучениях. Полностью воссоздать их искусственным путем нереально. Более или менее адекватное воспроизведение цветной картинки на экране основано на том, что наши природные цветовые рецепторы (колбочки сетчатки глаза) настроены лишь на три основных цвета – красный, зеленый и синий. Все остальные оттенки мы воспринимаем как комбинации этих цветов.

Метод спектрального разделения информации для левого и правого глаза предполагает использование узкополосных интерференционных пленочных фильтров, разделяющих каждый из трех базовых цветов на два оттенка (рис. 1). Условно говоря, подобные фильтры выделяют сине-фиолетовый и сине-голубой, зелено-желтый и зелено-голубой, красно-оранжевый и красно-кумачовый цвета.

Рис. 1. Спектральное разделение информации для левого и правого глаза предусматривает применение гребенчатых узкополосных пленочных фильтров

Спектральный метод позволяет передавать полукадры для левого и правого глаза одновременно, для чего требуются два проектора, оснащенные соответствующими узкополосными цветовыми фильтрами (на рис. 2 они отмечены зеленым и фиолетовым цветами). Зрители для наблюдения стереоскопического изображения надевают пассивные очки с пленочными фильтрами, выделяющими соответствующие оттенки.

Рис. 2. Схема создания стереоскопического изображения для систем с поляризационным и спектральным разделением картинок

Достоинства спектрального метода очевидны: можно использовать простые и легкие пассивные очки; не требуется экран, сохраняющий поляризацию лучей при их отражении или просвете; при наклоне головы не появляются фантомные изображения.

Бинокулярная стереоскопия создает на экране весьма эффектную картинку: зрителям кажется, что изображение висит в воздухе перед экраном. Четко видна пространственная структура, можно оценить взаимное расположение элементов. Находясь в разных местах аудитории (рис. 3), зрители тем не менее видят одно и то же изображение. Возможность развернуть экранный объект для показа сбоку, увеличить, приблизить и выполнить другие манипуляции реализуется программными средствами в пакете визуализации.

Рис. 3. Все зрители, независимо их местоположения, наблюдают одну и ту же стереоскопическую картину

Для показа стереокартинки используемые программные пакеты должны быть совместимы со стандартом Open GL, тогда трехмерное изображение можно сформировать с помощью дополнительной внешней утилиты. Встречаются и встроенные программные средства – бинокулярный механизм в виде двух работающих одновременно и разнесенных в пространстве виртуальных камер. К сожалению, далеко не все пакеты трехмерного моделирования приспособлены к работе в стереорежиме.

Стереоскопические системы на плоских дисплеях

Переходя от проекторов к традиционным дисплеям, отметим, что они тоже позволяют применять уже описанные выше методы цветового и временнóго разделения информации. Однако, понимая, что очки для зрителей неудобны, особенно в случае установки информационных дисплеев в общественных местах, компании направили свои усилия на разработку технологий, обеспечивающих отображение разных картинок под разными ракурсами. Такой подход позволяет просматривать объемную картинку без очков.

В основе самых простых стереоскопических дисплеев лежит метод параллаксного барьера. Если перед ЖК-экраном разместить вертикальную сетку из чередующихся прозрачных и непрозрачных полос с шагом в два пиксела, можно подобрать ее параметры так, чтобы левый глаз видел картинку, образуемую четными столбцами пикселов, а правый – нечетными. Метод параллаксного барьера настолько прост, что его можно использовать в домашних условиях, распечатав сетку на прозрачной пленке.

К недостаткам метода параллаксного барьера относятся: снижение вдвое яркости и горизонтального разрешения, зависимость качества изображения от положения зрителя перед экраном и возникновение нескольких плоскостей разделения картинок для левого и правого глаза. Из-за последней особенности при некоторых положениях головы зрителю в левый глаз попадает изображение для правого глаза и наоборот, в результате чего возникает довольно неприятный эффект. В попытках скомпенсировать недостатки компании идут на множество ухищрений, среди которых системы слежения за положением головы пользователя, линзовые растры (перед поверхностью ЖК-матрицы расположен массив полуцилиндрических «ленточных» линз) и параллаксное освещение матрицы набором тонких вертикальных источников света.

Качество изображения и сила 3D-эффекта в подобных дисплеях в некоторой степени зависят от ракурса, под которым зритель смотрит на экран. Зрители отмечают, что пространственная глубина изображения на 3D-панелях меньше, чем на стереоскопических проекторных системах, где наблюдателю может казаться, что объект на метр – полтора выступает из экрана. Здесь чаще возникает ощущение, что картинка располагается за экраном, а не перед ним.

Дальше всех в совершенствовании метода параллаксного барьера продвинулась, пожалуй, компания Philips 3D Solutions. Она выпускает целое семейство плоских панелей с фирменной технологией WOWvx 3D, в которых линзовый растр расположен наклонно по отношению к пиксельным столбцам (рис. 4). Такая конструкция создает множественные ракурсы для наблюдения стереоскопического эффекта, поэтому практически из любой точке зритель воспринимает объемную картину. На сегодня Philips предлагает модели 3D-дисплеев с диагоналями 20, 22, 42 и 52 дюйма, которые для стереоскопического отображения помимо обычной двухмерной картинки требуют информацию о глубине каждого ее пиксела. 52-дюйм модель оснащена матрицей с разрешением Full HD (1920×1080). Дисплей позволяет в любой момент перейти в режим обычного (двумерного) отображения. Отдельные 3D-панели Philips можно объединять в видеостены, скажем, размером 2×2 или 3×3, кратно увеличивая диагональ и разрешение экрана (рис. 5).

Рис. 4. Компания Philips использует наклонный линзовый растр, который создает множественные ракурсы для наблюдения стереокартинки

Рис. 5. 3D-панели Philips 3D WOWvx можно объединять в видеостены

Альтернативные подходы к отображению трехмерной картинки на плоском дисплее развивает отраслевая организация 3D Consortium (www.3dc.gr.jp), образованная в марте 2003 г. пятью японскими компаниями: Itochu, NTT DATA, Sanyo Electric, Sharp и Sony. Сегодня консорциум насчитывает около 70 членов, которые развивают разные технологии стереоскопических дисплеев.

15 апреля 2008 г. U.S. Display Consortium и компания Insight Media создали еще один консорциум по 3D-дисплеям – 3D@Home Consortium (www.3DatHome.org), нацеленный на рынок домашних развлечений. В него вошли на уровне членов правления представители компаний Philips и Samsung, на уровне лидера – студия Walt Disney Studios Home Entertainment, правами рядовых членов обладают 19 участников: Thomson, IMAX, TDVision, 3DIcon, Corning, Planar Systems, QPC Laser, SeeReal, 3ality Digital, DDD, In-Three, Quantum Data, Sensio, Fraunhofer Institute for Telecommunications-HHI, Sim2, Setred, Universal Studios Home Entertainment, Holografika и Volfoni. Появление нового консорциума – отрадный знак грядущего прорыва технологий стереоскопического отображения на потребительский рынок.

Отметим, что названные компании и организации разрабатывают и продвигают в основном массовые решения, которые в силу своей (относительной) дешевизны позволяют создавать на плоском экране лишь подобие трехмерного изображения. Картина, сформированная стереоскопическим дисплеем, воспринимается без напряжения лишь в одной точке наблюдения, где положение каждого глаза наблюдателя точно соотносится с положением камер при съемке. По этой причине невозможен динамический параллакс, а также нельзя «заглянуть» за грань изображенного предмета.

Настоящий объем

Вывод полноценного трехмерного изображения обещают разработчики перспективных голографических и объемных (волюметрических) дисплеев, которые оперируют уже не пикселами, а вокселами, т. е. пространственными графическими элементами. Вид отображаемого объекта в таких дисплеях меняется при изменении ракурса наблюдения не только по горизонтали, как в случае стереоскопических систем, но и по вертикали.

Наиболее распространенный подход к созданию волюметрических дисплеев – применение механической развертки (качания или вращения плоской/искривленной поверхности) для преобразования плоского изображения в трехмерное. При достаточно высокой скорости развертки благодаря инерционности зрения наблюдатель видит неподвижную объемную картинку.

Ряд зарубежных фирм ведет интенсивные исследования в данной области. Например, американская компания Actuality Systems разрабатывает и производит волюметрические дисплеи семейства Perspecta, выглядящие как прозрачная сфера диаметром примерно 50 см, внутри которой парят объемные цветные изображения. Вокруг дисплея Perspecta можно ходить, разглядывая отображаемый объект со всех сторон (рис. 6).

Рис. 6. Волюметрический 3D-дисплей Perspecta отображает анатомию таза

Внутри сферы Perspecta располагается вертикальный экран в виде полукруга из диффузно-матового материала (равномерно рассеивающего падающие лучи во все стороны), на который через систему зеркал проецируется изображение с DLP-проектора. Полукруг вращается с частотой порядка 900 об/мин, картинка на нем за один полуоборот переключается 198 раз; в результате перед наблюдателем возникает трехмерное изображение из примерно 100 млн. вокселов, требующее для своего расчета огромной вычислительной мощности.

Похожие по принципу действия дисплеи создают компании Holoverse и Felix 3D. Фирма LightSpace Technologies создала 3D-монитор DepthCube z1024 (рис. 7), в котором физическое движение плоского экрана заменено на поочередное включение сложенных в пакет ЖК-пластин, прозрачность которых меняется под воздействием управляющего напряжения. Пакет состоит из 20 пластин с диагональю 19,6 дюйма. В каждый момент времени все пластины прозрачны, кроме одной, которая мутнеет, превращаясь в просветный экран. Установленный за пакетом DLP-проектор синхронно с переключением прозрачности пластин формирует изображения для соответствующих сечений 3D-сцены с разрешением 1024×768 и 15-бит представлением цвета (32 тыс. оттенков). Для уменьшения ступенчатости изображения по глубине применяется специальная программная обработка. Система создает 15,3 млн. физических вокселов, которые, как утверждает фирма, с помощью 5-бит сглаживания переходов между плоскостями превращаются в 465,7 млн. визуально воспринимаемых вокселов.

Рис. 7. 3D-дисплей DepthCube z1024 использует принцип колеблющегося экрана, но не имеет движущихся частей

Западные университеты и колледжи при создании прототипов волюметрических дисплеев экспериментируют с вращающимися светодиодными панелями и даже с потоками капель, выстреливаемыми головкой от струйного принтера. Объемное изображение, согласно концепции «струйного» 3D-дисплея, получается благодаря подсветке летящих капель в нужном месте пространства быстродействующей синхронизированной вспышкой (рис. 8). Для получения высокого качества изображения требуется струйная головка с максимальной плотностью сопел, гарантирующая параллельность траекторий выстреливаемых капель. Дорогостоящие чернила тратить не обязательно, можно воспользоваться самой обычной водой. Цветное изображение можно создавать благодаря применению трех разноцветных вспышек.

Рис. 8. Эксперименты со «струйным» 3D-отображением в Мюнхенском техническом университете

Среди других подходов к построению объемных дисплеев с механической разверткой особняком стоит предложенный еще в 1960-х гг. оригинальный аппарат, в котором покрытый люминофором стеклянный диск размещался на вращающейся оси внутри ЭЛТ. В движение диск приводился электродвигателем, ротор которого располагается внутри колбы, а статор – снаружи. Изображение формировалось благодаря управлению отклонением и силой тока электронного луча. Практического применения эта конструкция не нашла из-за отсутствия в те времена вычислительных средств, требуемых для формирования сложных управляющих сигналов.

Можно ожидать, что через 10–20 лет технология объемных дисплеев будет готова к коммерческому применению. К тому времени до нужного уровня вырастет и мощность многоядерных и кластерных компьютеров.