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Archive pour octobre 2010

Séduit par le rendu relief d’une rare clarté de la Nintendo 3DS et son écran à barrière de parallaxe, je me suis demandé s’il était possible d’étendre l’idée sur un écran Full-HD, avec un nombre plus important de spectateurs.
Pour rappel, la barrière de parallaxe fonctionne sur le principe suivant :
barrière de parallaxe

Une grille de lignes verticales obture de telle manière qu’un seul pixel sur deux est visible à chaque oeil. Malgrès la division par 2 de la résolution horizontale, cette technique procure un rendu d’une grande clarté, contrairement aux écrans à réseaux lenticulaires (qui existent depuis quelques années, reprenant la même techno que certains stickers/posters relief) qui divisent la résolution horizontale par huit en plus d’être à moitié flou dans les zones de transitions.
L’inconvénient de la barrière de parallaxe est qu’elle ne fonctionne actuellement que sur des écrans de taille réduite, pour un seul spectateur bien centré.

Je me suis donc posé la question de la faisabilité théorique (puisque je n’aurai pas en pratique les moyens de valider ça) d’un écran relief qui reprendrais le principe de la barrière de parallaxe, mais en l’étendant à un écran Full-HD, pour plusieurs spectateurs simultanés, et en utilisant uniquement des technologies déjà existantes.

Besoin et technologies disponibles

Mon cahier des charges:

-Un moniteur 27″ Full-HD
-Jusqu’à 4 spectateurs simultanés avec environ 1m50 de recul.

Cette idée repose sur l’existence de dalles LCD 240Hz et de systèmes de reconnaissances faciale (tel qu’embarqués dans la plupart des appareils photo/cameras modernes) capables de suivre en continu la position de chaque spectateur.

Chaque spectateur occupe un espace de 50cm environ, et l’écart moyen entre 2 yeux est de 7cm. Une caméra (non représenté ici, mais situé au dessus ou en dessous du moniteur) détecte la position de chaque spectateur. Le schema respecte les proportions réelles. Voici le détail du système si on zoom sur la zone de convergence :

Le système en détail

La première barrière (ici appelée “obturateur stereo”) ne diffère en rien du système à barrière de parallaxe classique, si ce n’est qu’elle est ici matérialisé par le biais d’une dalle à cristaux liquide 240Hz. L’interet d’utiliser une dalle à cristaux liquide est que la position de la grille d’obturation peut être virtuellement décalé en fonction de la position de chaque spectateur, pour que la convergence se fasse bien à chaque fois sur 2 pixels différents pour chaque oeil. Sachant que sur une dalle LCD, pour chaque pixel il y a en réalité 3 obturateurs (pour les composants Rouge/Vert/Bleu), on peut s’autoriser des décalages d’1/3 de pixel.
De plus, l’autre intérêt d’utiliser une dalle à cristaux liquide est de pouvoir alterner cet entrelacement vertical à chaque fois qu’un spectateur est ciblé, reconstituant ainsi une vrai résolution Full-HD : au premier balayage l’oeil gauche du spectateur voit les pixels P2 et P4, au second les pixels P1 et P3, et réciproquement avec l’oeil droit. De la même manière qu’une télévision 1080i60 est capable de restituer la précision d’un 1080p30 via entrelacement.

La seconde et la troisième barrière, appelées “obturateur spectateur” ont pour tache de ne laisser passer le regard que d’un seul spectateur à la fois; d’où la nécessité d’avoir une dalle à 240Hz, laissant à chacun des 4 spectateurs un affichage à 60Hz (c’est ce qui se passe avec les systèmes actifs type NVIDIA 3D Vision ou au cinéma avec les lunettes XpanD).
A cette échelle, les lignes de convergences de chaque oeil peuvent être considérés comme localement parallèles (oeil gauche P2 // oeil gauche P4, oeil droit P1 // oeil droit P3), comme les rayons du soleil sont considérés comme localement parallèles à la surface de la terre.
Ces obturateurs spectateurs adaptent leur position et leur taille en fonction de la position de chaque spectateur, laissant un couloir uniquement au spectateur ciblé, adapté au cône de ses 2 yeux. Il semble que la résolution d’1/3 de pixel et une double rangée soient suffisants pour arriver à cette discrimination :

Si nécessaire une dalle plus fine pourrait être utilisé à cet endroit, puisqu’il s’agit là du point principal de ce système, qui s’appuie activement sur la reconnaissance précise de la position de chaque spectateur (via la caméra en place).
L’ensemble de ces surcouches (obturateur stereo et obturateurs spectateurs) dépassent d’un peu moins d’1cm de la dalle d’affichage, au vu des dimensions considérées ici (écran 27″ full-hd, spectateurs à 1m50). On peut imaginer désactiver complètement cette barrière du fait de sa nature dynamique, ou l’utiliser à d’autres fins (tel qu’un visionnage 2d ou relief privé, masquant le contenu aux autres spectateurs). Le système pourrait aussi être poussé à 5 ou 6 spectateurs si nécessaire, diminuant le taux de rafraîchissement individuel à 50Hz ou 40Hz. On peut aussi tirer partie de la liberté de motifs permis par la dalle à cristaux liquides pour orienter l’obturateur stereo selon l’orientation de la tête de chaque spectateur (dans le cadre d’un contenu dynamique). Quand à la tolérance au niveau de la distance, l’écran de la 3DS produit son effet de 10cm à 50cm environ (rapport 1:5), on peut donc supposer qu’un débattement de 50cm à 2m50 est tout à fait envisageable dans ce système, englobant ainsi tous les champs d’utilisation.

En conclusion

Il s’agit la d’une proposition théorique puisque je n’ai pas moi-même la possibilité de réaliser un prototype de cet écran, mais peut-être que des personnes plus spécialisés dans le domaine des écrans à cristaux liquides pourront confirmer ou infirmer la validité du concept, et si cela pouvait inspirer les fabricants d’écrans relief j’en serais le premier ravis.

Pour référence, un pdf en anglais qui reprend l’ensemble des concepts énoncés ci-dessus : Glass-free multi-viewers Full-HD 3D display using a triple liquid crystal barrier