الهندسة والآليات > كيف تعمل الأشياء
كيف تعمل الشاشة ثلاثية الأبعاد؟
تذهب إلى السينما لحضور فيلمٍ ثلاثي الأبعاد، فتشاهد النيران تخرج من الشاشة باتجاهك، أو قد ترى ديناصوراتٍ تحلق داخل الصالة أو كائناتٍ فضائية تتحرك حولك.
كيف تتولد هذه الصورة في ذهنك؟ وماهي التقنيات التي تستخدمها شاشات العرض ثلاثية الأبعاد؟
تابعونا في هذا المقال:
تطورت طرق عرض الأفلام والصور في صالات السينما، من عرض عادي قد يكون مملاً إلى صورٍ وحركات ثلاثية الأبعاد تجعلك تشعر بأنَّ الأشخاص والأشياء الموجودة في الفيلم تسير نحوك.
ماهي تقنية العرض ثلاثي الأبعاد؟ وكيف تعمل؟ سنتابع في هذا المقال.
للتعرف على عمل الشاشات ثلاثية الأبعاد لابدَّ لنا بدايةً من معرفة آلية الرؤية لدى الإنسان وطريقة تشكل الصور ثلاثية الأبعاد لديه.
يُخصص الدماغ حوالي(25-50) % من قدراته لمعالجة المعلومات المستقبلة بواسطة العينين، ومن ثمَّ إعادة بناء هذه المعلومات للحصول على شكل مُلَون ثلاثي الأبعاد يساعدنا في فهم العالم المحيط بنا.
يشبه نظام الرؤية لدى الإنسان نظام سينما ثلاثية الأبعاد، إلا أنّه بالتأكيد أكثر تعقيداً من مُجرد نظام تصميم داخلي وهمي.
يعمل نظام الرؤية على مساعدتنا من أجل البقاء على قيد الحياة، فرؤية الأشياء بثلاثة أبعاد يمكننا من حماية أنفسنا من الأخطار التي يمكن أن تحيط بنا. فعلى سبيل المثال، يعطينا نظام الرؤية معلومات فيما إذا كان أحد الحيوانات المفترسة قريب منا أم أننا سنتمكن من الهرب.
يُوَلِد الدماغ صوراً ثلاثية البُعد بشكل كبير من خلال العينين اللتين تفصل بينهما مسافة صغيرة، حيث تقوم كل عين بالتقاط مشهد ثنائي الأبعاد من زاوية مختلفة للجسم الواقع أمامها، وعن طريق دمج هاتين الصورتين ثنائيتي البعد يقوم الدماغ بتوليد صورة واحدة لها العمق الحقيقي.
تدعى هذه الطريقة بالرؤية المجسمة "Stereopsis"، وهي تكافئ استخدام مكبري صوت
(أو زوج من سماعات الرأس) للحصول على صوت ثلاثي الأبعاد "Stereo Sound" في مجال الصوتيات.
كيف تعمل الشاشة ثلاثية الأبعاد؟
تتم صناعة الشاشات ثلاثية الأبعاد "3D Screen" وفق طرق وتقنيات مختلفة، إلا أنها تعتمد المبدأ الأساسي نفسه والذي يقوم على إنتاج صورتين متحركتين منفصلتين وإرسال إحدى هاتين الصورتين إلى العين اليسرى والثانية إلى العين اليمنى، وذلك من أجل إعطاء صورة ثلاثية البعد صحيحة ولكنها وهمية.
ويجب التأكد في هذه التقنيات أنَّ الصورة الواردة إلى العين اليسرى لا تتم رؤيتها من قِبَل العين اليُمنى، وأنَّ الصورة الواردة للعين اليُمنى لا تُرَ من قِبَل العين اليسرى.
والطريقة الأبسط لتحقيق ذلك، هو عرض صورتين مختلفتين (تذهب إحداهما للعين اليسرى والثانية لليمنى) من خلال استخدام نظارة خاصة تمكن كل عين من رؤية الصورة الخاصة بها فقط.
وهنا سنتكلم عن ثلاثة أنواع من التقنيات ذات الشاشة التي تستخدم النظارات:
1- تقنية النظارات الملونة:
يُستخدم في هذه التقنية نظارات بعدسات ملونة إحداهما بلون أحمر والثانية بلون سماوي (مزيج من اللون الأزرق والأخضر)، تعرف هذه النظارات ب " anaglyph glasses".
تعمل كل عدسة من النظارة كَمُرَشِح لوني، حيث تسمح العدسة الحمراء بمرور اللون الأحمر فقط عبرها، بينما تسمح عدسة اللون السماوية بمرور جميع الألوان عدا اللون الأحمر. مما يمنع كل عين من رؤية أجزاء الصورة الخاصة بالعين الأخرى، وبذلك تكون كل عين قد شكلت صورتها الخاصة والمختلفة قليلاً عن الأخرى.
وعلى الرغم من بساطة هذه التقنية وكلفتها القليلة، إلا أنها تزعج المُشاهِد لأنها تعطي صورة أحادية اللون ومنخفضة الجودة.
2- تقنية نظارات الاستقطاب:
تعتمد هذه التقنية على نظارات بعدسات استقطاب "Polarizing Lenses" بدلاً من العدسات الملونة، بالإضافة لعرضٍ على شاشةٍ تستخدم ضوءاً مختلف الاستقطاب.
يتكون الضوء من أمواج تهتز باتجاهات متعددة في وقت واحد وذلك لأن الضوء ينتشر وفق خطوط مستقيمة عبر الهواء، في حين أنّه َيتم ترشيح الضوء المستقطب بحيث تهتز أمواجه باتجاه واحد.
حيث تم تصميم النظارات لتعمل كمُرَشِحات استقطاب مختلفة، فلا تستقبل العدسة اليسرى سوى الضوء المُهتَز من الأعلى إلى الأسفل، ولا تستقبل العدسة اليُمنى سوى الضوء المُهتز من جانب لآخر. وبذلك نتمكن من الحصول على صور مختلفة من الشاشة لكل عدسة.
تعتبر هذه التقنية جيدة إلا أنها تعاني من مشكلة ارتفاع الكلفة لأنَّ الشاشة يجب أن تكون مجهزة بِمُرِشِحات استقطاب.
أنيميشن يوضح تقنية الاستقطاب:
3- تقنية نظارات الإغلاق الفعالة:
تعرف هذه التقنية أيضاً باسم تتابع الإطارات البديلة " alternate frame sequencing".
تعتبر هذه التقنية أكثر إبداعاً من سابقاتها، حيث يستخدم المُشاهِد نظارات فعالة
"Active Shutter Glasses”، والتي تعمل على البطارية وتمتلك نظام فتح وإغلاق إلكتروني.
يقوم هذا النظام بفتح وإغلاق العدسة اليمنى واليسرى بالتناوب وبسرعة عالية جداً، ففي لحظة معينة تفتح العدسة اليسرى وتستقبل الصورة المخصصة لها على الشاشة بينما تبقى العدسة اليمنى مغلقة. ويحدث العكس لاحقاً وهكذا... يتزامن هذا التبديل مع تبديل الصورة على الشاشة، بحيث تتلقى العين اليمنى صورة مختلفة قليلاً عن صورة العين اليسرى قبل أن تُعكَس العملية، ويتم تكرار ذلك عشرات المرات في الثانية الواحدة.
يشبه عمل هذه النظارات عمل الستائر التي تفتح وتغلق، ولكن الفرق أنَّ النظارات هي ستائر بصرية أكثر من كونها ميكانيكية، حيث تم تجهيز كل عدسة بشريحة من الكريستال السائل (تشبه الموجودة في شاشات LCD) الذي يتحول فور تلقيه لإشارة إلكترونية من شفاف (واضح) إلى مبهم (مُظلِم).
تتصل النظارات مع الشاشة باستخدام أمواج الأشعة تحت الحمراء أو باستخدام البلوتوث، وذلك لمزامنة تغير الصور المعروضة على الشاشة مع آلية الفتح والإغلاق في النظارات.
تتميز هذه التقنية بإمكانية استخدامها لفترة زمنية أطول دون أن تجهد العينين، لكنها تعد تقنية عالية الكلفة بالإضافة لأنه لوجود خسارة كبيرة في السطوع والوميض.
توضح الصورة عدستي نظارات الإغلاق الفعالة التي تبدل حالتها بشكل متناوب باستخدام الكريستال السائل الذي يغير اتجاهه بتأثير إشارة تحكم إلكترونية
تقنية الشاشات ثلاثية الأبعاد من دون نظارات:
قد تكون الأنواع الثلاثة التي تحدثنا عنها سابقاً مصدر إزعاج للمُشاهد بسبب وجود نظارات ضمن نظام المشاهدة، وتكون مزعجة بشكل أكبر إذا كان الشخص يضع نظارات طبية، وهذا ما يجعل بعض الناس يعتقدون بأنَّ مصنعي أجهزة العرض ثلاثية الأبعاد يجب أن يكونوا أكثر إبداعاً لتصميم تقنيات لا تعتمد على النظارات.
أحد الخيارات لتحقيق ذلك هو استخدام تقنية التصوير التجسيدي "Holography”، ولكن ذلك يتطلب إعادة تصميم كاميرات الشاشة بحيث تستخدم آلية ليزر معقدة لالتقاط العمق إلى جانب أنماط الإضاءة والألوان وهذا قد يتطلب عدة عقود لتحقيقه.
أما الخيار الثاني فهو باستخدام الشاشات العدسية "Lenticular Screens”، والتي تعمل كالبلاستيك المُجَعَد، حيث تتم طباعة صورتين مختلفتين تظهر كل صورة بإمالة قطعة البلاستيك نحو الأمام أو الخلف.
تمكن هذه التقنية ارسال صورتين مختلفتين قليلاً إلى كل من العين اليسرى واليمنى للمشاهد، وبذلك يتمكن من رؤية صورة مدمجة واحدة ثلاثية الأبعاد.
تم تصنيع وتطوير الشاشات العدسية بنجاح، إلا أنها تعاني مشاكل كبيرة تتمثل بضرورة الجلوس في مكان محدد تماماً وعلى بعد محدد من الشاشة لتتمكن كل عين من استقبال الصور المخصصة لها بالطريقة الصحيحة، أما إذا ابتعد الشخص عن الموقع المحدد فسيرى صوراً ضبابية وغير مترابطة.
تعمل هذه التقنية بشكل جيد على الحواسيب الشخصية ومشغلات DVD (بحيث يتمكن الشخص من الجلوس في مكانه المحدد) إلا أنها ولهذا السبب غير مناسبة للمشاهدة العائلية.
وبعد التعرف على التقنيات المستخدمة في صناعة الشاشات ثلاثية الأبعاد، وفي ظل التطور المستمر الذي يطرأ عليها هل تعتقد أن هذه الشاشات ستدخل كل منزل وتحل محل شاشاتنا التقليدية في المستقبل القريب؟ شاركنا رأيك
----------------------------------------
المصدر:
مصدر الصورة:
مصدر الانفوغراف:
