камальдинова. Мультимедиа технологии
 Скачать 6.03 Mb.
|
|
Контрастность Значение контрастности определяется по соотношению яркости матрицы в состоянии «черный» и «белый». Т.е. чем меньше засвечен черный цвет и чем выше яркость белого, тем выше контрастность. Этот показатель критичен для просмотра видео, изображений и, в принципе, для хорошего отображения любого изображения. Выглядит как, например, 250:1, т.е. яркость матрицы в «белом» состоянии – 250 кд/м 2, а в «черном» – 1 кд/м 2. Впрочем, такие значения возможны только в случае TN+film, для S-IPS среднее значение – 400:1, а для PVA – до 1000:1. Впрочем, заявленным в характеристиках монитора значениям стоит верить только с натяжкой, потому что это значение замеряется для матрицы, а не для монитора. И замеряется оно на специальном стенде, когда на матрицу подается строго стандартное напряжение, подсветка питается строго стандартным током и т.д. Яркость Измеряется в кд/м2. Важна для работы с изображениями, для красочных игр и видео. Зависит от мощности лампы подсветки и, косвенно, от типа матрицы (помните недостатки S-IPS?). Углы обзора Обычно указываются значения 170°/170°, впрочем, для TN+film это значение – не больше чем декларация. Требованием при определении углов обзора является сохранение контрастности не ниже 10:1. При этом абсолютно безразлична цветопередача в таком положении, даже если цвета будут инвертированы. Также учитываем, что углы определяются в центре матрицы, а на углы мы, естественно, изначально смотрим под углом. Цветопередача До пересечения рубежа в 25 мс при переключении ячейки в порядке черный-белый-черный все матрицы TN отображали честный 24-битный цвет. 206 Однако в гонке скоростей AU Optronics решила честную цветопередачу отбросить. Начиная с матриц со скоростью 16 мс, все TN+film обеспечивают только 262 тысячи оттенков (18 бит). Большее же количество оттенков обеспечивается двумя путями: либо перемешиванием точек с разными цветами (дизеринг), либо сменой цвета ячейки при каждом обновлении картинки (Frame Rate Control, FRC). Второй способ «честней», потому как человеческий глаз все равно не успевает заметить смены цвета на каждом кадре. Подчеркиваем, все матрицы TN+film быстрее 16 мс - 18-битные, большинство матриц, произведенных по другим технологиям, поддерживают 24-битную цветопередачу. Исключением являются встречающиеся в некоторых мониторах PVA от Samsung, поэтому стоит быть осторожными при выборе. К сожалению, никакой системы в установке 18- или 24-битных PVA компанией Samsung не прослеживается. Перспективы Эволюция жидкокристаллических матриц не остановилась. При увеличении диагонали возникают свои сложности, например, размещение огромного количества транзисторов на стеклянной панели. Подсчитаем: стандартное разрешение для 15” дисплея – 1024х768 пикселей. Т.е. на экране размещены 786 432 точки. Каждая точка образуется 3 пикселями разных цветов. Таким образом, на панели нужно разместить около 2,35 млн. транзисторов. Получение такой плотности на стекле – довольно серьезная проблема. Поэтому до недавнего времени тонкопленочные транзисторы формировались на аморфном кремнии. Однако такие транзисторы ограничены по полезной площади и требуют достаточно высоких значений напряжения. Побороть эту проблему можно, используя кристаллический кремний для создания транзисторов. 9.4 Технология OLED Сравнительно недавно на рынке появились дисплеи нового, отличного от ЖКИ типа, т.н. OLED (Organic Light Emitting Device). Дисплей OLED 207 представляет собой электронное устройство, выполненное путем размещения ряда тонких органических пленок между проводниками. При подключении источника питания к выбранным элементам дисплея они излучают яркий свет (рис. 9.8). Технология OLED идеально подходит для изготовления дисплеев, используемых в портативных устройствах, позволяя создавать легкие, надежные и малопотребляющие дисплеи. Для получения OLED дисплеев требуется меньшее число производственных этапов и более дешевые материалы, в сравнении с ЖКИ. Ведущий лидер в производстве таких дисплеев, корпорация Universal Display (UDC) полагает, что технология OLED может заменить существующие технологии создания дисплеев во многих областях за счет следующих преимуществ перед ЖКИ: более высокая яркость; более высокое быстродействие, улучшающее качество отображения и динамику видеоизображений; расширенный угол обзора (до 180°); малый вес; меньшее энергопотребление; более широкий диапазон рабочих температур; меньшая совокупная стоимость. Рис. 9.8. Структура OLED Столь впечатляющие характеристики своих OLED дисплеев компания UDC достигла благодаря разработке особого семейства высокоэффективных 208 OLED-материалов. Их ключевой особенностью является использование для излучения света процесса электрофосфоресценции. В традиции OLED- дисплеях излучение света основано на флуоресценции – переходе от одного возбужденного состояния материала. В соответствии с теоретическими и экспериментальными оценками максимальная эффективность OLED с добавлением флуоресцентных материалов может составить около 25%. Это ограничение практически снимается при использовании в качестве добавок электрофосфоресцентных материалов компании UDC, которым присуще как одиночное, так и тройное возбужденное состояние. Учитывая, что эффективность таких материалов приближается к 100%, компания UDC работает над созданием и продвижением на рынок электрофосфоресцентных устройств, оптимизируя такие их характеристики как чистоту цвета, над функционирования и механическую прочность. OLED-дисплеи могут быть выполнены на основе пассивной или активной матрицы. Пассивная матрица дисплея состоит из массива отображающих элементов и пикселей, расположенных на поверхности по строкам и столбцам (рис. 9.9). В OLED-дисплее каждый пиксель является органическим светодиодом, образованным на пересечении каждой линии строки и столбца. Первые OLED, так же как и первые ЖКИ адресовались как пассивная матрица. Это означает, что для активизации пикселя необходимо приложить напряжение к линиям строки и столбца, на пересечении которых находится нужный пиксель. Чем больший ток протекает через каждый пиксель, тем больше яркость наблюдаемого свечения. Рис. 9.9. Пассивная матрица OLED 209 В дисплее с активной матрицей массив также разделяется на строки и столбцы с пикселями, образуемыми на пересечении линий строк и столбцов. Однако здесь каждый пиксель состоит из органического светодиода (OLED), включенного последовательно с тонкопленочным транзистором (TFT), выполняющим функцию коммутатора, регулирующего уровень тока через OLED (рис. 9.10). Рис. 9.10. Активная матрица OLED В активной матрице OLED-дисплея (AMOLED) информация посылается микротранзистору каждого пикселя, задавая яркость его свечения. TFT-транзистор запоминает эту информацию и плавно регулирует ток через OLED. На рис.10.11 показан образец таких дисплеев. Компания UDC предлагает несколько разновидностей OLED-дисплеев: TOLED – прозрачные органические светоизлучающие устройства; FOLED – гибкие органические светоизлучающие устройства; SOLED – сложенные органические светоизлучающие устройства. В дисплеях TOLED используется прозрачная основа, что позволяет создавать дисплеи с излучением только вверх, только вниз или в оба направления. Технология TOLED позволяет получать высококонтрастные изображения, что улучшает читабельность дисплея при ярком солнечном свете. Поскольку TOLED имеет 70% прозрачность в выключенном состоянии, он может быть интегрирован в автостекла в качестве табличек или указателей. Прозрачность дисплеев TOLED дает возможность использовать их с непрозрачными подложками из металла, фольги или 210 кремниевого кристалла, что позволяет создавать дисплеи с отображением только вперед. Простой TOLED дисплей может быть потенциально встроен в будущие динамические кредитные карты. За счет использования поглотителя с низким коэффициентом отражения (черный фон) позади верхней или нижней поверхности TOLED, контрастное отношение может быть значительно улучшено по сравнению с отражающими ЖКИ и OLED. Это особенно важно в приложениях, работающих при дневном свете, например в мобильных телефонах и кабинах авиационной техники. Рис. 9.11. OLED-дисплей Universal Display Corp. Встраивая органическую пленку в гибкую поверхность, производители получают исключительные по своим качествам гибкие дисплеи – FOLED (рис. 10.12). Плоские отображающие панели традиционно выпускаются на стеклянной основе вследствие структурных ограничений и/или ограничений технологического процесса. Гибкие материалы обладают существенными преимуществами в сравнении со стеклянной основой. Впервые дисплеи могут быть выполнены на разнообразных типах подложек: от прозрачных тонких пленок до отражающей металлической фольги. Эти материалы позволяют изгибать и скручивать дисплеи, приспосабливая их к любой поверхности. Это означает, что FOLED-дисплей можно встроить в шлем, в рукав рубашки солдата, в приборную панель самолета или на стекло окна автомобиля. Использование тонких пластиковых подложек также существенно уменьшает вес тонких отображающих панелей в сотовых телефонах, портативных компьютерах и, особенно, в массовой сфере настенного телевидения. Дисплеи FOLED обладают повышенной стойкостью 211 к изломам, устойчивостью к внешним воздействиям и более длительным сроком службы по сравнению с аналогами на стеклянной основе. По заявлениям компании UDC, ее партнеры по исследованиям в области технологии производства FOLED разработали эффективный процесс фазового смещения органического пара (OVPD), позволяющий создавать FOLED в технологическом цикле «рулон к рулону». Этот процесс отвечает потребностям массового производства и позволяет выпускать дисплеи на основе OLED наименьшей стоимости по сравнению с большинством плоских отображающих панелей, изготовленных по другим технологиям. Рис. 9.12. Гибкие дисплеи FOLED Дальнейшее развитие OLED-дисплеев привело к появлению т.н. «сложенных OLED» (SOLED). В них используется принципиально новая архитектура организации пикселя, разработанная компанией Universal Display. В дисплеях SOLED пиксель представляет собой вертикальную структуру расположенных друг над другом красного, зеленого и синего подпикселей, что отличается от расположения подпикселей в одной плоскости один возле другого, как в обычных дисплеях на основе ЭЛТ или ЖКИ. Это улучшает разрешающую способность дисплея в три раза и повышает качество цветопередачи. Для раздельной регулировки цвета и яркости каждый красный, зеленый и синий (R-G-B) подпиксельные элементы управляются индивидуально. Задание цвета выполняется за счет регулировки 212 уровня тока в этих трех элементах. Регулировка яркости осуществляется путем изменения общего тока через сток ячейки. Получение градаций серого выполняется за счет широтно-импульсной модуляции сигналов, подаваемых на подпиксели. Технология SOLED компании UDC является первой демонстрацией вертикально-интегрированной структуры, в которой цвет, яркость и шкала серого могут настраиваться независимо, обеспечивая полноцветное изображение с высоким разрешением. Важной особенностью SOLED является очень высокий коэффициент заполнения, достигающий 100%. Например, когда у классического полноцветного дисплея устанавливается зеленый цвет, красный и синий подпиксели отключаются. Напротив, при тех же условиях у структуры SOLED все пиксели станут зелеными. Это означает, что архитектура SOLED обеспечивает лучшую цветопередачу и качество отображения. Еще одной особенностью SOLED является равномерность цветопередачи при увеличении размера пикселя. Это важно для больших дисплеев, в которых пиксели имеют достаточные размеры, чтобы их можно было увидеть с малого расстояния. В традиционных ЭЛТ и ЖКИ дисплеях глаз с близкого расстояния может увидеть раздельные красный, зеленый и синий цвета вместо эквивалентной смеси. У SOLED-дисплеев каждый пиксель излучает желаемый цвет, и поэтому цвет пикселя правильно воспринимается независимо от его размера и расстояния, с которого он наблюдается. 213 Рис. 9.13. SOLED LCD-телевизоры со светодиодной подсветкой Первые серийные LCD-телевизоры со светодиодной подсветкой (LED LCD TV) появились на мировом рынке в 2004 году. По сравнению с традиционными лампами с холодным катодом (Cold Cathode Fluorescent Lamps, CCFL) светодиоды обеспечивают более глубокие черные тона (в том случае, если пиксель имеет «абсолютно» черный цвет, соответствующий светодиод просто выключается, чего при использовании стандартной лампы сделать нельзя), а остальные цвета, включая белый, остаются яркими и естественными. Кроме этого, использование светодиодов позволяет уменьшить толщину телевизора (в настоящее время в наиболее распространенных моделях – примерно 30 мм) и энергопотребление (по сравнению с аналогичными CCFL-телевизорами – примерно на 40%). В светодиодах нет ртути. Однако снижается качество звука (малая толщина телевизора – небольшие динамики). 214 Рис. 9.14. LCD с LED-подсветкой от SAMSUNG. Рис. 9.15. Телевизоры с CCFL- и LED-подсветкой Рис. 9.16. Два типа LED-подсветки: Edge-LED и RGB Dynamic LED Краткие итоги лекции 9 Эволюция жидкокристаллических матриц не остановилась. При увеличении диагонали возникают свои сложности, например, размещение огромного количества транзисторов на стеклянной панели. Подсчитаем: стандартное разрешение для 15” дисплея – 1024х768 пикселей. Т.е. на экране размещены 786 432 точки. Каждая точка образуется 3 пикселями разных 215 цветов. Таким образом, на панели нужно разместить около 2,35 млн. транзисторов. Получение такой плотности на стекле – довольно серьезная проблема. Поэтому до недавнего времени тонкопленочные транзисторы формировались на аморфном кремнии. Однако такие транзисторы ограничены по полезной площади и требуют достаточно высоких значений напряжения. Побороть эту проблему можно, используя кристаллический кремний для создания транзисторов. Технология OLED идеально подходит для изготовления дисплеев, используемых в портативных устройствах, позволяя создавать легкие, надежные и малопотребляющие дисплеи. Для получения OLED дисплеев требуется меньшее число производственных этапов и более дешевые материалы, в сравнении с ЖКИ. Вопросы по лекции 9 Рассказать про жидкие кристаллы. 2. История обнаружения жидких кристаллов. 3. Описать принцип работы жидкокристаллических экранов 4. Рассказать об областях применения жидких кристаллов. 5. Перечислить типы матриц. 6. Описать структуру ЖК-матрица. 7. Какие достоинства и недостатки технологии жидких кристаллов вы знаете? 8. Расшифровать аббревиатуру OLED. 9. Какие преимущества у технологии OLED перед технологией жидких кристаллов? 10. Перечислить недостатки этой технологии. 11. Перечислить области применения технологии OLED. 12. Перечислить виды дисплеев OLED. 13. Дать характеристику технологии TN. 14. Достоинства и недостатки матриц TN+film. 216 15. Перечислить параметры ЖК-мониторов. Дать краткую характеристику. 217 Лекция 10. Трехмерная графика и 3D моделирование Краткая аннотация лекции: Рассматривается понятие трехмерной графики и 3D моделирования, виды трехмерной графики, этапы создания трехмерного изображения. Цель лекции: изучить основы 3D моделирования Трехмерная графика – раздел компьютерной графики, посвященный методам создания изображений или видео путем моделирования объемных объектов в трехмерном пространстве. Компьютерная графика – область деятельности, в которой компьютеры наряду со специальным ПО используются в качестве инструмента, как для создания и редактирования изображений, так и для оцифровки визуальной информации, полученной из реального мира, с целью дальнейшей ее обработки и хранения. 3D-моделирование – это процесс создания трехмерной модели объекта. Задача 3D-моделирования – разработать визуальный объемный образ желаемого объекта. При этом модель может как соответствовать объектам из реального мира, так и быть полностью абстрактной. Графическое изображение трехмерных объектов отличается тем, что включает построение геометрической проекции трехмерной модели сцены на плоскость (например, экран компьютера) с помощью специализированных программ. Однако с созданием и внедрением 3D-дисплеев и 3D-принтеров трехмерная графика не обязательно включает в себя проецирование на плоскость. 10.1 Виды трехмерной графики Виды трехмерной графики: 1. Полигональная. 2. Фрактальная. 3. Аналитическая. 218 Полигональная графика. Объект задается набором полигонов. Полигон – это плоский многоугольник. Каждый полигон задается набором точек. 3-мерный объект задается как массив или структура. Аналитическая графика. В аналитической графике объекты задаются аналитически, т.е. формулами. Например: шар радиуса r с центром в точке (x0,y0,z0 ): (x-x0) 2 +(y-y0) 2 +(z-z0) 2 =r 2 Фрактальная графика. Фрактал – это рисунок, который состоит из подобных между собой элементов. Треугольник Серпинского, снежинка Коха, «дракон» Хартера-Хейтуея, множество Мандельброта. Построение фрактального рисунка осуществляется по какому-то алгоритму или путем автоматической генерации изображений при помощи вычислений по конкретным формулам. Изменения значений в алгоритмах или коэффициентов в формулах приводит к модификации этих изображений. Главным преимуществом фрактальной графики есть то, что в файле фрактального изображения сохраняются только алгоритмы и формулы. Применение трехмерной графики: 4. Трехмерная графика активно применяется для создания изображений на плоскости экрана или листа печатной продукции в науке и промышленности, например, в системах автоматизации проектных работ, архитектурной визуализации (сюда относится и так называемая «виртуальная археология»), в современных системах медицинской визуализации. 5. Самое широкое применение – во многих современных компьютерных играх, а также как элемент кинематографа, телевидения, печатной продукции. Для получения трехмерного изображения на плоскости требуются следующие шаги: моделирование – создание трехмерной математической модели сцены и объектов в ней; 219 текстурирование – назначение поверхностям моделей растровых или процедурных текстур (подразумевает также настройку свойств материалов – прозрачность, отражения, шероховатость и пр.); освещение – установка и настройка источников света; анимация (в некоторых случаях) – придание движения объектам; динамическая симуляция (в некоторых случаях) – автоматический расчет взаимодействия частиц, твердых/мягких тел и пр. с моделируемыми силами гравитации, ветра, выталкивания и др., а также друг с другом; рендеринг (визуализация) – построение проекции в соответствии с выбранной физической моделью; композитинг (компоновка) – доработка изображения; вывод полученного изображения на устройство вывода – дисплей или специальный принтер. Текстура – растровое изображение, накладываемое на поверхность полигональной модели для придания ей цвета, окраски или иллюзии рельефа. Приблизительно использование текстур можно легко представить как рисунок на поверхности скульптурного изображения. Использование текстур позволяет воспроизвести малые объекты поверхности, создание которых полигонами оказалось бы чрезмерно ресурсоемким. Например, шрамы на коже, складки на одежде, мелкие камни и прочие предметы на поверхности стен и почвы. Рендеринг или отрисовка – термин в компьютерной графике, обозначающий процесс получения изображения по модели с помощью компьютерной программы Для изображения трехмерных объектов на экране монитора требуется проведение серии процессов (обычно называемых конвейером) с последующей трансляцией результата в двумерный вид. Первоначально, объект представляется в виде набора точек, или координат, в трехмерном пространстве. Трехмерная система координат определяется тремя осями: горизонтальной, вертикальной и глубины, обычно называемых, 220 соответственно осями x, y и z. Объектом может быть дом, человек, машина, самолет или целый 3D мир и координаты определяют положение вершин (узловых точек), из которых состоит объект, в пространстве. Соединив вершины объекта линиями, мы получим каркасную модель, называемую так из-за того, что видимыми являются только края поверхностей трехмерного тела. Каркасная модель определяет области, составляющие поверхности объекта, которые могут быть заполнены цветом, текстурами и освещаться лучами света. Для получения правдоподобной модели изображения на экране необходимо проведение большого числа математических операций, связанных с преобразованием координат и отображением. Конвейер разделен на множество этапов, на каждом из которых аппаратно или программно выполняется некоторая функция. Наличием переходов между этапами конвейера обеспечивается возможность выбора между программной и аппаратной реализацией очередного этапа. Такой подход к настройке конвейера позволяет приложениям трехмерной графики получать преимущества аппаратной реализации программно-аппаратной смешанной Реализация конвейера может чисто программной, полностью аппаратной или смешанной (программно-аппаратной). До начала работы геометрических преобразований необходимо описать трехмерную сцену, изображение которой необходимо синтезировать. Трехмерное приложение оперирует объектами, описанными в некоторой глобальной системе координат. Чаще всего здесь используется ортогональная (декартова) система координат, в которой положение каждой точки задается ее расстоянием от начала координат по трем взаимно перпендикулярным осям X, Y и Z. В некоторых случаях используется и сферическая система координат, в которой положение точки задается удалением от центра и двумя углами направления. |