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Idée théorique pour un écran relief full-hd sans lunettes

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

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17 commentaires pour “Idée théorique pour un écran relief full-hd sans lunettes”

  1. jukilo dit :

    C’est une très bonne idée mais malheureusement ça doit bien faire 3 ans que j’ai vu ça dans le Carrefour près de chez moi en tête de gondole, avec des pubs Danone en boucle. C’est probablement pas en HD mais l’écran fait bien 1 mètre de large.

  2. divide dit :

    L’écran dont tu parle utilise une technologie assez répandue que je cite en début d’article, les réseaux lenticulaire : en pratique c’est loin d’être idéal, il faut etre pile dans les zones prévues par le système sinon l’image est à moitié flou, la résolution horizontale est divisée par 8, et ca nécessite de générer un contenu spécifique avec 8 points de vue différents (ce qui n’est le cas d’aucun film relief sortie au cinéma, c’est pour ça que ces écrans diffusent la plupart du temps des spots publicitaires en image de synthèse conçus pour l’occasion).

  3. klobb dit :

    Quid des personnes qui ont un défaut d’équilibre occulo-moteur ? Ne verront pas le relief ?

  4. PositiveFunk dit :

    Divide, je me demande toujours pourquoi t’es pas milliardaire.

  5. __MaX__ dit :

    Parce qu’il poste sur wefrag haha !

  6. Biscuit dit :

    Il y a déjà des recherches à ce sujet, mais au lieu d’utiliser des opturateurs, ils utilisent un cristal qui dévie la lumière à volonté. Je ne sais plus où j’ai vu ça, chez les Numériques je pense. Je vais chercher.

    EDIT : je crois que c’est ça il me semble : http://www.3d-info.fr/tv-3d/microsoft-television-3d-sans-lunettes-technologie-wedge/
    http://www.clubic.com/television-tv/ecran-3d/actualite-346974-microsoft-ecran-3d-sans-lunettes.html

  7. divide dit :

    Yep je suis au courant du système de Microsoft, c’est une des pistes les plus prometteuses; malheureusement il est limité à 2 spectateurs reliefs avec les technos actuelles, chaque spectateur consommant le double en taux de rafraîchissement. De plus il nécessite la production d’une techno spécifique, je ne sais pas dans quelle mesure c’est industrialisable à l’heure actuelle.

    Quand à tirer financièrement profit de mes recherches, à moins d’être salarié d’un labo de recherche j’ai compris que des concepts n’étaient pas vendables tels quels, les boites ne sont intéressés que par l’embauche ou des solutions complètes clés en main.
    Je me suis donc recentré sur des solutions tels que GPU Decoder et un autre projet qui devrait être finit vers la fin de l’année.
    Pour le reste (type SSDM et cet écran relief), quitte à ne pas pouvoir vendre je préfère publier, c’est toujours mieux que de laisser prendre la poussière au fond d’un carton…

  8. PositiveFunk dit :

    Divide, c’est un peu la version wefrag de Da Vinci.

    From the acclaimed author Dan Brown

    Da Divide Code. Bientôt sur vos écrans.

    IN DA SRIII DIIII!

  9. PositiveFunk dit :

    Si on va au bout du concept, on pert de la resolution plus il y a de spectateurs. Autant lancer une paire de lunettes active avec deux écrans LCD en 1080p. Ce serait de la balle d’avoir des capteurs de tete genre track IR.

  10. Biscuit dit :

    Je ne pense pas que les lunettes en elles-mêmes soient un vrai problèmes (mise à part leur prix), après tout plein de gens mettent des lunettes de soleil.
    Il faut simplement qu’un vrai professionnel de la fabrication de monture participe à leur fabrication pour leur confort, que l’électronique soit déporté dans un petit boitier pour alléger les lunettes au maximum et que leur transparence soit améliorée pour ne pas perdre en luminosité. Le tout le moins cher possible avec un standard universel pour qu’elles soient compatibles avec n’importe quelles TV.

  11. divide dit :

    Personnellement les lunettes ne me dérangent pas non plus (en même temps j’ai l’habitude d’en porter au quotidien), par contre c’est une plainte qui revient très régulièrement dès que je parle relief avec les gens; je pense qu’il y a plusieurs raisons à cela:

    -la surtaxe 3D des cinémas est assimilé à la vente/location des lunettes (ce qui techniquement n’est pas tout à fait vrai, puisqu’il y a une grosse partie qui rembourse l’achat du projecteur numérique)
    -à la maison les lunettes 3D sont hors de prix si il faut équiper toute une famille
    -il y a un coté “techno inachevé” à demander aux gens de rajouter une prothèse pour en profiter, le spectateur de cinéma a l’habitude de s’installer dans son siège et de profiter du film HD/5.1 sans autre accessoire
    -on perd en convivialité si un invité ne peux pas profiter du relief par manque de lunettes
    -certaines personnes supportent mal la différence de perception au travers des lunettes (moi même je met généralement 10min à m’adapter pour un film en salle)
    -selon les lunettes, le poids peut être fatiguant (le pire étant le système Dolby 3D qui s’appuie sur des filtres en verre)

    A contrario, la grosse majorité des gens ayant testé la Nintendo 3DS ont été séduit par le rendu immédiat et instinctif de l’écran à barrière de parallaxe, même ceux d’habitude réfractaires au relief.
    Pour faire un parallèle, j’ai aussi ressentie ca en testant Kinect : abstraction faite des polémiques sur ses limitations, reste un système avec une vraie sensation de liberté, qui semble vraiment couler de source.

  12. Khraya dit :

    C’est une arnaque d’augmenter les prix pour payer le nouveau matériel. C’est pas sensé être dans le prix de départ, comme dans toutes entreprises ?

  13. Ze_PilOt dit :

    Dans les désavantages a domicile :

    - Il faut être dans le noir (ou en tout cas n’avoir aucun reflet ni dans la TV ni dans les verres - de l’avant ou de l’arrière - ).
    - Si la TV est basse, on ne peut pas croiser les jambes comme on veut, sinon on coupe le signal (l’émetteur étant au pied de la TV le plus souvent).
    - On ne peut pas s’allonger sur le coté - Il faut en fait être toujours plus ou moins aligné horizontalement.
    - Faut parfois changer les piles au milieu d’une vision - et il faut dévisser -.

    La TV 3d, ou comment transformer un loisir immédiat en expérience pour laquelle il faut se préparer.

  14. PositiveFunk dit :

    Le problème avec la stéreoscopie mode 3DS c’est quand même une perte de résolution affreuse. Il faudrait un écran > à 1080p pour offrir du 1080p. on va attendre longtemps.

  15. divide dit :

    La stéréoscopie à barrière de parallaxe de la 3DS ne divise que par 2 la résolution horizontale (contrairement aux reseaux lenticulaires qui divisent la résolution par 8), ce qui est encore acceptable; néanmoins dans mon concept j’expose une solution (théorique) à ce problème :

    “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.”

    Ainsi une dalle 1080p offrirait également une vraie résolution 1080p en relief.

  16. Blade_Runner dit :

    -On peut pas bécoter sa copine si on a tous les deux des énormes lunettes.

  17. divide dit :

    Marrant, une boite japonaise vient de présenter un écran qui a le même principe d’entrelacement 3D que celui dont je parle dans mon paper:
    http://www.clubic.com/television-tv/ecran-3d/actualite-382180-eizo-duraview-3d-sans-lunettes.html
    Par contre ils sont encore limités à un seul spectateurs.

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