Итак, дорогие друзья, давайте разбираться, что же такое 3D-СТЕРЕО и почему его так хочется?
Звуковая аналогия (звук "в объёме")
Давайте начнём с аналогии, а именно - со звука. Да, да, именно со звука, ведь для НЕГО вас уже давно не в диковинку слушать такие режимы как МОНО, СТЕРЕО; также свойства акустические системы (проще говоря, конфигурация колонок): 1.0, 2.0, 4.0, 4.1, 5.1, 6.1, 7.1; и куча разных технологий а-ля Dolby Surround, Dolby Digital, Creative EAX да в общем то ещё и ещё куча разных технологий продвигаемых той или иной фирмой. Среди всего этого разнообразия сосредоточимся на том, что нас больше интересует: стерео/моно и конфигурация колонок.
Как известно, звук исходит от колебаний различных объектов, нас окружающих, которые передаются до нас через относительно плотные среды, такие как воздух, вода. В организме большинства животных, в том числе у человека, присутствуют специальные органы чувств для восприятия звука. Ну конечно вы догадались - это наши УШИ. Но почему их два? Почему не три, четыре или, быть может, почему не хватило бы одного единственного?
В действительности, при излучении звука предметами, каждое колебание доходит до нас вовсе не моментально, как нам кажется. Источник порождает звуковые волны и они движутся, как правило, во все стороны. Организм может частично определить источник звука в пространстве за счёт громкости/силы сигнала - расположение ушей не случайно: звук от источника напротив правого уха сильно затухает (слабеет) по достижении до левого уха и наоборот. При промежуточных положениях, сигнал будет сильнее там, где источник ближе/прямее (меньше помех, в том числе нашей головы). Кроме того, наше ухо - это не просто дырка с мембраной, воспринимающей колебания, но также и "нелепая" ушная раковина, которая, как вы сами можете увидеть, направлена назад. Это неслучайно - благодаря форме звуки, исходящие от источников сзади, затухают, и наш организм также может определить источник спереди/сзади (но вообще говоря ещё и сверху/снизу, хотя эта возможность менее выражена).
Таким образом, собирая по кусочкам информацию, наш мозг сам по себе (то есть без каких либо мысленных усилий с нашей стороны) всегда пытается определить источник возмущений в пространстве (сверху/снизу/слева/справа/сзади/спереди с промежуточными значениями) относительно положения нашей головы. Как вы могли заметить, наличие ДВУХ ушей при этом обязательно, между тем 3е или 4е ухо было бы совершенно бессмысленным.
Вернёмся же к компьютерам. Для записи звука используются микрофоны, которые в некотором смысле представляют собой наше ухо в упрощённом виде. Изначально, использовали только один микрофон и одну "линию" (звуковую дорожку) для хранения записанных с помощью микрофона звуков/музыки. Это и ЕСТЬ моно-запись, то есть запись, хранящая информацию принятую в ОДНО время только в одном приёмнике звука в пространстве (микрофоне). Воспроизведение такой записи, в свою очередь, изначально предполагало всего лишь один динамик, колонку (конфигурация 1.0). Очевидно, что запись, воспроизведённая из одного динамика НЕ может передать информацию о пространственном расположении источников звука (если это музыка - музыкальных инструментов).
В противоположность моно-записи, стерео-запись в одно и тоже время хранит информацию с ДВУХ приёмников звука. Очевидно, что для полноценного воспроизведения записанной информации нужно уже два динамика/колонки (конфигурация 2.0). При правильном расположении динамиков (в идеале это наушники) человек получает практически всю исходную информацию для определения источников возмущений в пространстве (хотя в реальном окружении звук излучают только динамики, то есть мы получаем некий ОБМАН наших ушей, на самом деле).
Всё это здорово, но зачем же НАМ всё это надо??? Какой смысл от всей этой информации? Неужели передача звука красивой флейты через один единственный динамик чем-то хуже? Тут надо вспомнить о цели прослушивания той или иной записи. А цели бывают разные: цель первая, вы играете в игрушку. Что вы хотите слышать? Ну конечно же - взрывы, выстрелы, красивые голоса, эхо и многое другое. Вы хотите чувствовать себя в шкуре главного героя, быть частью игровой вселенной. Чтобы отвлечься от реального мира, вы должны изолироваться от звуков вашей комнаты и слышать звуки из игрушки. Очевидно, что если звук будет "выплёвываться" из одной колонки вы разберёте и что говорят герои, и какое событие происходит, но чтобы вжиться, чтобы слышать откуда идут выстрелы вы должны слышать их в объёме, для чего и нужно как минимум два динамика (разумеется, в каждом динамике информация должна быть разной, иначе никакого смысла нет)!
Цель номер два - эстетическая, художественная. При записи музыкальных композиций может показаться избыточным стерео-возможности (мол пианино и так понятно, что пианино), но это совершенно не так. Помимо естественного эхо, объёмное восприятие позволяет передать гораздо больше задумок автора, а слушателю - получить ГОРАЗДО больше эстетического наслаждения!
Итак, мы разобрались, что стерео в звуке может быть очень полезным и приятным. Наверняка, посещая современные кинотеатры (ну по крайней мере в первые разы), вас пронизало до ниток грохот пушек, выстрелы, гонки, которые пролетают над вами, под вами, сзади, слева и т.д. Но вас немного смущает, что там речь идёт вовсе не о двух колонках, а о куче колонок! Зачем же они нужны? Объяснить это одновременно и просто, и сложно. Во-первых, для достоверного прослушивания стерео-записи необходимо предположить, что динамики расположены непосредственно на ваших ушах - то есть наушники.
Но, это не всегда удобно, доступно и качественно. Практически всегда вы слушаете музыку, играете в игры, смотрите фильмы с помощью колонок - и другие люди слушают, и ничего не мешает на голове, и другими делами можно заниматься. Но при этом, расположение источников звука в пространстве нарушается и искажается! Мы по прежнему чувствуем, что стерео гораздо лучше моно, но уже не может так однозначно определить откуда какой выстрел идёт - сзади или спереди, зато мы можем хорошо слышать, что если мы повернёмся к колонкам спиной - они шумят сзади :D. Кроме того, даже при прослушивании с помощью наушников, исходная запись должна быть правильно подготовлена (для полноценной информации). Для музыки - это задача относительно решаема и зависит от композитора, звукорежиссёра, а для игр это уже техническая задача, так как объёмный звук производится в реальном времени.
Но расставив колонки по кругу вокруг нас, мы получаем объёмной звук без необходимости надевать наушники. Именно такие системы стали наиболее популярными в последние годы.
Стерео картинка
Но мы немного отвлеклись... Давайте вернёмся к нашей стерео-картинке! Для начала, оценим то что мы видим на экране? Посмотрите внимательно, вы видите ПЛОСКУЮ картинку. Даже если вы запустите свою любимую игрушку, которая гордо называется трёхмерной, вы всё равно увидите проекцию на плоскость монитора. 2D, 3D, 4D - вообще говоря эти понятия могут запутать обычного пользователя гораздо сильнее, чем моно/стерео, а также конфигурации и технологии аудио. Но если понимать, что эти понятия значат, то всё не так страшно.
Дело в том что циферки 1D, 2D, 3D, 4D вообще ничего не говорят, о чём идёт речь - это математические/физические понятия о многомерном пространстве. Циферка при этом означает - сколько измерений учитывается/строится. При этом, сущность каждого измерения, по идее, также необходимо задавать. Так 2D - это плоскость, плоское изображение, т.е. циферки 4x5, к примеру, определяют положение предмета на плоскости относительно координат по вертикали и горизонтали. Хочется предположить, что 3D - это положение предмета в пространстве, похожем на то, что мы видим. Однако, 3е измерение может быть определено и как временная линия, т.е. циферки, к примеру, 2x4x5 могут определять положение предмета на плоскости + в какой момент времени этот предмет находится в этом положении! В тоже время 4D уже как правило однозначно ассоциируется как положение предмета в объёмном пространстве в данный момент времени.
И уж совсем сбивает с толку то, как ведутся просчёты внутри компьютера и выводятся на экран: дело в том, что при рисовании так называемых 3х-мерных игр действительно идёт просчёт положения предметов в объёмном пространстве для каждого момента времени (то есть по сути - 4D), однако, рисуется только проекция этой картины на плоскость экрана (т.е. по сути 3D или 2D для каждого момента времени)!
В чём же суть вопроса? Вспомним, что помимо ДВУХ ушей, мы имеем ДВА глаза! И это вовсе не просто так - хотя методы построения немного другие, идея ТА ЖЕ - два приёмника изображения позволяют определить положение предметов в пространстве. В силу различия волновых и лучевых свойств распространения звука и света, определения "объёма" с помощью визуальной информации осуществляется несколько другим способом - глаза расположены на некотором расстоянии друг от друга и кроме того под небольшим углом друг относительно друга. Исходя из математических соображений, это и позволяет получать информацию об объёме.
Вернёмся к нашему монитору - это ОДИН источник картинки, и всё! Это моно-изображение! Мы можем определить, на каком расстоянии от нас находится наш монитор, но не можем определить как расположены предметы в игрушке. Вы скажите: "что за туфту ты тут говоришь, ведь я прекрасно различаю, что тот пример ближе, тот дальше, этот слева, тот справа и т.д.". НО, вы получаете эту информацию из других источников: тени, геометрия - полная аналогия нашему миру позволяет глазу определять относительное положение предметов в картинке БЕЗ достоверной информации об объёме. Но, в свою очередь, вы не получаете ощущения, подобные реальной жизни, а также вы можете быть обмануты многочисленными тупиковыми случаями, когда по геометрии и теням невозможно однозначно определить положение предметов.
Итак, для чего же нужно стерео для изображения?? Да собственно для ТОГО же, для чего мы пришли к стерео для звука: реалистичность/погружение в игры/искусственную среду и дополнительные эффекты/способы передать авторскую идею и как следствие бОльшее эстетическое наслаждение. Люди, увидевшие впервые стерео-картинку на компьютере/на экране кинотеатра (а-ля IMAX) практически не остаются равнодушными к этому "нововведению", ничуть не меньше, чем после перехода от моно-звука к объёмному.
Известно, что создание/хранение/воспроизведение стереокартинки было осуществлено уже ОЧЕНЬ давно. Тем не менее ДО СИХ ПОР, продвижение этих идей на компьютеры, в кино, в бытовую технику относительно обычных моно-систем минимально! С чем же это связано? Есть множество факторов, тормозящих распространение стерео: это относительная сложность реализации КАЧЕСТВЕННЫХ (и недорогих) устройств для воспроизведения стерео-картинки, и в тоже время стерео-контент (т.е. непосредственно ТО что можно смотреть) мало развит и очень часто носит исключительно популистский / любительский характер, главной идеей которого является не художественная ценность, а именно факт самого стерео. Впрочем проблемы и вопросы современного стерео уходят за рамки данной вводной статьи.
Вот и заканчивается эта статья. Надеюсь новым читателям стало немного понятнее что такое стерео-изображение, и я смог их заинтересовать в этом направлении.