На каком из дисплеев в изображении наблюдается лестничный эффект
Обновлено: 03.07.2024
Помните эти громадные телевизоры и мониторы компьютеров, коробки, которые занимали весь стол и были очень тяжёлыми по сравнению с сегодняшними? В своё время именно такая технология была у всех. Причём она почти не изменялась со времён изобретения экрана как такового. Сегодня же современные телевизоры и мониторы меряются толщиной, точнее, тонкостью. Это уже давно не коробки. В чём их секрет?
На самом деле, существует огромное множество различных технологий, обеспечивающих работу современных экранов. Но мы поговорим о той, которая в своё время изменила рынок дисплеев и, к сожалению, уходит из этого рынка. Что же представляют собой жидкокристаллические дисплеи?
Начнём с азов.
Чтобы объяснить суть ЖК-дисплеев, нужно объяснить, что такое сам жидкий кристалл. Звучит то дико - вещество одновременно жидкое и твёрдое? Ну, можно сказать и так.
Жидкий кристалл - особое агрегатное состояние вещества . Если взять такое вещество и начать его нагревать, то оно начнёт плавиться (это логично :D). Но оно пройдёт две стадии плавления. Нас как раз интересует первая, ведь именно в ней образуется жидкий кристалл. Но я до сих пор не ответил на вопрос, что это.
Если мы возьмём любое твёрдое вещество , то обнаружим, что у него есть строгая кристаллическая решётка. Молекулы (или атомы, или ионы) выстраиваются в определённом порядке, образуя эту самую решётку. К примеру, у поваренной соли, NaCl, решётка представляет собой куб. Множество кубов, в узлах которых находятся ионы натрия Na+ и хлора Cl-.
Если же мы возьмём жидкое вещество , то обнаружим, что в нём этой решётки нет. Молекулы движутся хаотично, находятся в беспорядке. Вода, этанол, ацетон - любая жидкость не имеет кристаллической решётки.
Что ж. Жидкие кристаллы имеют кристаллическую решётку, но при этом остаются в жидком состоянии. Как это? Очень просто - отдельные молекулы собираются в кластер, а уже эти кластеры способны двигаться хаотично. Кристаллическая решётка есть, однако огромные скопления молекул способны двигаться друг относительно друга, оставаясь при этом на своих местах.
Вот такую галлюциногенную картинку можно увидеть, если посмотреть на жидкий кристалл в микроскоп. Можно видеть большие кластеры (или домены) молекул, которые объединены кристаллической решёткой. Вот такую галлюциногенную картинку можно увидеть, если посмотреть на жидкий кристалл в микроскоп. Можно видеть большие кластеры (или домены) молекул, которые объединены кристаллической решёткой.Идём дальше. Что это даёт?
Жидкие кристаллы из-за своих уникальных свойств обладают анизотропией. Это загадочное слово обозначает то, что в зависимости от воздействующих на молекулу сил жидкий кристалл может вести себя по-разному. Например, при воздействии электрического поля они меняют свою ориентацию в пространстве - к примеру, передвигаются на 90 градусов вправо.
Именно это свойство и используется в ЖК-дисплеях. При отсутствии электрического поля жидкие кристаллы не упорядочены и пропускают напрямик весь свет, который на них направлен. При подаче напряжения они выстраиваются определённым образом и меняют ориентацию света - его волны не "летят" в разные стороны, а становятся упорядоченными.
Устройство жидкокристаллических дисплеев.
На картинке можно увидеть, как работает дисплей. Свет проходит через стекло. Поляризационная плёнка нужна, чтобы отсеять "ненужный" свет - она делает так, что только свет с определённой ориентацией в пространстве проходит сквозь неё. Представим, что жидких кристаллов там нет, и свет просто проходит через световой фильтр. Тогда поглощается свет всех длин волн, кроме красного, а сам красный летит дальше. Но тут он натыкается на препятствие в виде другой поляризационной плёнки и не может через него пройти - ведь она направлена перпендикулярно первой. Вот и всё :(
Но нет. У нас есть жидкие кристаллы, которые меняют ориентацию света так, что он полностью проходит через вторую поляризационную плёнку. На входе был белый свет, на выходе - красный. Ура!
Зачем нужно было делать такую большую операцию? Чтобы получить чистый, красивый и хороший свет красного цвета. Если вы просто поставите цветовой фильтр, то свет будет неоднородным,а значит, нечётким - картинка просто будет расплываться.
Чтобы вы понимали - это лишь одна ячейка . Таким же образом создаются синий и зелёный свет. Это - жидкокристаллические пиксели. Далее - классическая схема смешения цветов. RGB - смешение красных, зелёных и синих пикселей. Чем больше поставите их, тем больше будет разных оттенков.
Технология LCD (Liquid Crystals - жидкие кристаллы, Diod - диод) кардинально отличается от кинескопов, использовавшихся в экранах ранее. Эти огромные коробки представляли собой мини-версию электронной лучевой трубки, которая буквально выстреливала электронами на экран для формирования изображения.
LCD совершили революцию - многие телевизоры, мониторы, экраны ноутбуков и огромные панели выполнены именно по этой технологии. Они также во много раз удешевили производство дисплеев, да и довели уровень картинки до отличного качества.
Будущее ЖК-экранов.
К сожалению, технология LCD уже несколько лет активно вытесняется пришедшей ей на смену LED - огромной группе диодов, каждый из которых задаёт свой цвет. Что-то типо физического воплощения пикселей. LED, AMOLED, OLED и т.д. - огромное количество технологий почти затмили ЖК-экраны. Они ярче, чётче и ненамного дороже.
И всё же надежда есть. Несколько лет назад группа учёных разработали ЖК-дисплей, который не потребляет энергию, когда у вас на экране статичная картинка. Вообще. Такие экраны намного тоньше и дешевле из-за особенности конструкции. Кроме того, эта технология под названием ORWLCD способна выводить качественные 3D-изображения. Технология - лишь прототип, однако уже есть работающие модели мониторов. Поживём - увидем, а пока что смотрим в свой экран, чтобы дочитать это :)
Понравилась статья? Тогда ставьте палец вверх и подписывайтесь - это поможет моему продвижению, а значит, будет ещё больше контента для вас!
На моём канале вы сможете также найти другие статьи на тему космоса и Вселенной, физики, химии, различных технологий :)
Правильные ответы выделены зелёным цветом.
Все ответы: Излагаются методы, алгоритмы и технические средства компьютерной графики. В основу изложения положены наиболее распространенные алгоритмы двумерной и трехмерной графики. Уделяется внимание также вычислительной геометрии и оценкам сложности алгоритмов.
Конечным результатом для средств компьютерной графики является:
(3) наблюдатель находится в одной точке с источником света
Чувствительность глаза к цветам (в порядке убывания) выглядит так:
Какое из перечисленных свойств не является характерным для базисного набора графических примитивов?
(1) все геометрические построения можно выполнить на основе примитивов
(2) ни один из примитивов не должен строиться через другие
Если коды концов отрезка в алгоритме Сазерленда-Коэна равны 1000 и 0100, то сколько сторон клиппирующего окна он пересекает?
В алгоритме Робертса обобщенная матрица описания многогранника, состоящего из вершин и граней, - это:
(1) изображение, построенное из коротких отрезков прямой
(3) изображение на матрице дискретных прямоугольных элементов
Однородно закрашенная область будет казаться более яркой на:
Проектирование с помощью средств компьютерной графики - это:
(1) проектно-конструкторские работы в области архитектуры, строительства
(1) какие из элементов сцены экранируют другие от наблюдателя
(3) какие из проекционных многоугольников отбрасывают тень на другие
(1) двумерный график, являющийся международным стандартом определения и измерения цвета
(3) график, связывающий чувствительность глаза и длину волны
В число примитивов полигональных моделей не входит:
Границы окна заданы уравнениями . Отрезок задан параметрическими уравнениями x=x_0+tl_x, \quad y=y_+0+tl_y, \quad t\in[0,1] При каком условии он обязательно пересечет прямую, содержащую верхнюю границу окна (ее уравнение )?
В алгоритме Робертса для определения того, имеют ли три грани общую вершину, используется следующий метод:
(1) строятся параметрические уравнения прямых, по которым пересекаются соответствующие плоскости, а затем отыскивается точка их пересечения
(2) строится матрица Q= \begin(3) строится параметрическое уравнение прямой пересечения двух плоскостей и отыскивается точка пересечения этой прямой с третьей плоскостью
При построении матрицы проекции на произвольную плоскость в однородных координатах используются следующие элементарные операции:
(1) сдвиг, совмещающий начало координат с его проекцией на эту плоскость
Растровые графические изображения формируются в процессе преобразования графической информации из аналоговой формы в цифровую, например, в процессе сканирования существующих на бумаге или фотопленке рисунков и фотографий, при использовании цифровых фото- и видеокамер, при просмотре на компьютере телевизионных передач с использованием ТВ-тюнера и т. д. Можно создать растровое графическое изображение непосредственно на компьютере с использованием графического редактора.
Пикселем также называют элементы светочувствительной матрицы и матрицы дисплеев. Количество пикселей, из которых состоит матрица экрана, называется разрешением. Чем выше разрешение дисплея, тем лучше качество изображения. Разрешающие способности экранов: 1024 × 768, 1280 × 1024 и другие.
Растровые изображения чувствительны к масштабированию. При уменьшении растрового изображения несколько соседних пикселей преобразуются в один, поэтому теряются мелкие детали изображения. При увеличении изображения увеличивается размер каждого пикселя и появляется лестничный эффект.
Размер растрового файла пропорционален размеру изображения. Объем растрового изображения вычисляется как произведение значения глубины цвета на количество пикселей. С целью изменения объема файла применяют сжатие или компрессию (от лат.compressio– сжатие), т.е. преобразование данных. Сжатие может происходить с потерями или без потерь (данные можно полностью восстановить).
Векторное изображение кодируется с помощью формул и координат. Векторные изображения формируются из объектов – примитивов (точка, линия, окружность, прямоугольник и пр.). Для каждого примитива задается формула и цвет. Достоинства векторной графики: файлы небольшого объема; векторные изображения можно масштабировать без потери четкости и деталей.
Преобразование векторного изображения в пиксельное называется растрированием илирендерингом. Преобразование пиксельного изображения в векторное – векторизация или трассировка.Форматы графических файлов представлены в приложении 2.
Человеческий глаз и 3D
Для начала давайте разберемся, как же вообще наш мозг может «обмануться» и воспринять обычную плоскую картинку в качестве трехмерной. Сразу хочу сказать, что подобных способов несколько. Например, 3D-изображение можно создать игрой света и тени или особым расположением элементов картинки. Но в компьютерных устройствах обычно используется несколько иной принцип. Дело в том, что у человека два глаза, каждый из которых смотрит на мир под своим углом. Информация, получаемая обоими глазами, обрабатывается мозгом и «сливается» в одну картинку. Именно этот факт и используют разработчики в своих целях. Оказывается, достаточно просто показать каждому глазу свое, специальным образом рассчитанное, изображение. Мозг анализирует полученную информацию и «обманывается», создавая у человека впечатление трехмерности увиденного.
Две картинки
Первый и самый очевидный способ, который приходит в голову для реализации «двуглазого» принципа — это простое разделение картинок. Достаточно предоставить каждому глазу свой собственный монитор, на котором и показывать нужное изображение. Этот способ был назван методом пространственного разделение. На нем основывается множество устройств различных компаний. Наибольшее распространение получили всем известные шлемы виртуальной реальности, которые по-научному называются HMD — Helmet Mounted Display. Главный плюс HMD — полное погружение в виртуальную реальность, которое используется во многих областях, начиная с компьютерных игр и заканчивая шлемами для пилотов боевых истребителей.
Всевозможные стереоскопические шлемы (Helmet Mounted Display) — излюбленная схема конструкторов и фантастов.
Но не только шлемы виртуальной реальности основаны на принципе пространственного разделения. Во многих специальных областях и научных исследованиях применяются BOOM-дисплеи (Binocular Omni-Orientation Monitor). В принципе, эти устройства внешне очень похожи на обычные бинокли. Только зачастую их устанавливают на специальных «журавлях», увешанных датчиками, которые следят за положением устройства в пространстве.
Цвет цвету рознь
Кстати, а вы знаете, что первые трехмерные картинки были созданы аж в 1858 году? Именно тогда француз Джозеф д’Альмедиа изобрел первый метод создания 3D-изображений — цветовое мультиплексирование. В основе этого принципа лежит использование двуцветных картинок. Причем на каждой картинке совмещены два изображения: одно для левого глаза, другое для правого. Отличаются они друг от друга цветом, одно из них синее, другое красное. Для того, чтобы человек увидел трехмерную картинку, он должен надеть специальные очки. Вместо линз в них установлены соответствующие светофильтры. В результате глаз, смотрящий через синее стекло, видит синюю картинку, но не замечает красную. Точно так же второй глаз видит красную картинку, но не замечает синюю.
К сожалению, подобная технология практически не нашла применения в компьютерных устройствах. Дело в том, что глаза каждого человека по-своему воспринимают цвета, в результате чего некоторые люди вообще не видят стереоэффекта, а другим приходится долго всматриваться в изображение. Естественно, не стоит забывать и о том, что современного пользователя нельзя привлечь двуцветными картинками, им подавай как минимум 16-битный цвет. Так что технология цветного мультиплексирования была признана несовершенной.
Открыто, закрыто…
Не так давно был разработан еще один принцип трехмерного восприятия изображений, который применяется в большинстве современных устройств. Называется этот способ временное мультиплексирование. В нем тоже применяются специальные очки, только в них используются не линзы, а оптические затворы. Но не путайте эти затворы с теми, что стоят внутри фотоаппаратов. Предназначение у них одно, но принципы действия совершенно различны. Если в фотоаппаратах используются механические шторки, то в 3D-устройствах применяются жидкие кристаллы, которые при поляризации становятся непрозрачными. На компьютер устанавливается специальная программа, которая по очереди показывает изображение для правого и левого глаз. В то время, когда показывается «правая» картинка, затвор на левом глазу закрывается, а когда «левая» — закрыт правый глаз. Изображения чередуются с большой частотой, и у человека создается впечатление, что он смотрит обоими глазами одновременно.
К плюсам временного мультиплексирования можно отнести высокое качество полученного объемного изображения. При использовании этого способа не возникает абсолютно никаких геометрических или цветовых искажений. Правда, недостатки у подобных систем тоже есть, и достаточно существенные. Так, например, частота кадров картинки снижается вдвое, так как за одно и то же время нужно успеть вывести в два раза больше картинок. Естественно, можно попытаться увеличить частоту регенерации монитора, но на ЭЛТ это не получается из-за эффекта послесвечения люминофора. С ЖК-панелями дело обстоит получше, но они все еще остаются не доступными подавляющему большинству пользователей. Да и сами устройства, использующие принцип временного мультиплексирования, достаточно дороги.
Конечно, были попытки удешевить технологию временного мультиплексирования, чтобы сделать ее доступной для рядовых пользователей. Так, например, специалисты из компании Tentronix предложили специальную панель, которая навешивается на монитор, и выполняет функцию затвора. Принцип действия точно такой же, как и в обычных устройствах — жидкие кристаллы. Правда, пользователям все равно нужны очки, только их устройство уже гораздо проще. Конечно, эта разработка не получилась дешевле других, но зато она гораздо удобней в использовании. Например, очки теперь стали не такими тяжелыми и громоздкими, а еще панель более долговечна, очки же дешевы, и заменить их не сложно.
Обойдемся без очков
Все вышеописанные технологии требовали от пользования надевания на голову различных устройств. К счастью, в последнее время это стало совсем необязательно: появились стереоскопические дисплеи, при использовании которых не нужны ни очки, ни шлемы. Все эти устройства основаны на одном принципе — мультиплексирование по направлению. В этом принципе использован тот факт, что глаза человека смотрят на объект под разным углом. Поэтому, если взять два изображения на одном экране, и сделать так, чтобы каждое из них было видимо только под определенным углом, можно добиться трехмерной картинки. Кстати, если на экране совместить не два, а, несколько изображений, то у пользователя появится возможность наблюдать за объектом с разных сторон.
3D из нашего детства
Помните, когда мы были детьми, продавались стереоскопические календарики? Для тех, кто этого уже не застал, объясню. Календарики эти представляли собой рельефные карточки с нанесенным специальным образом изображением. Если смотреть на картинку под одни углом, видишь одно, а под другим — другое. Это достигалось за счет особого рельефа поверхности, который представлял собой чередование призм и линз. Подобный принцип используется и в наиболее распространенных автостереоскопических дисплеев.
Читайте также: