Секреты стереофильмов
Сейчас мы наблюдаем очередной (как минимум третий) всплеск интереса к стереокино и стереоскопическим технологиям в целом. Один блокбастер в 3D сменяет другой на красочных афишах. Понятно, что причины нынешнего интереса к коммерческим объемным фильмам во многом искусственны, подогреты рекламой. Тем не менее уже можно обозначить контуры развития этого, набирающего все большую популярность направления в киноиндустрии.
Ведущие деятели голливудского кинобизнеса публично заявляют о тотальном переходе к массовому созданию стереофильмов и их коммерческому показу даже при отсутствии необходимого парка съемочной техники, отработанных методов цифрового стереофильмопроизводства, общих стандартов и тотальном дефиците квалифицированных кадров в области стереоскопии. Причин для такого форсированного развития объемного кино несколько и все они имеют коммерческую основу.
Прежде всего это потеря интереса у зрителя к просмотру обычных фильмов в кинотеатрах, высокая конкуренция со стороны все увеличивающихся размеров экранов домашних телевизоров, систем «домашний кинотеатр» и интерактивных компьютерных технологий. Все это вызвало перераспределение доходов от проката фильмов, и в настоящий момент прибыль от продажи фильмов на DVD Video превышает доходы от их проката в кинотеатрах.
Другой причиной является перевод кинотеатрального показа на цифровые технологии, но так как стоимость комплекта оборудования для цифрового кинопоказа значительно выше аналогичного комплекта с пленочной технологией, то для владельцев кинотеатров необходимы дополнительные стимулы для такого перехода. Объемное изображение позволяет решить вышеперечисленные проблемы: зритель снова пошел в кинотеатры — доходность стереокиносеансов значительно превысила прибыли от обычных киносеансов. Кажущаяся же техническая простота организации цифрового стереокинопоказа делает инвестиции в перевод кинозалов на цифровые технологии более привлекательными и оправданными. Хочется верить, что нынешняя волна интереса к стереокино окажется достаточно серьезной и в этот раз позволит кинематографу эволюционировать на новый уровень, как это когда-то произошло с появлением звукового и цветного кино.
НЕМНОГО ИСТОРИИ
В зарубежной прессе, а теперь и в нашей применительно к стереокинематографу, часто используется термин 3D, происходящий от английского 3 Dimensions («Три измерения»). Это обозначение давно и широко применяется в физике, в области компьютерной трехмерной графики, проектировании и т.д. Применительно к объемным изображениям этот термин охватывает значительно более широкий класс явлений, чем то, что мы можем наблюдать в кинотеатрах. В частности, в эту категорию входят голографические изображения, а также объемные, формируемые при помощи различных физических механизмов из светящихся точек вокселей в пределах некоторого объема.
Таким образом, применение термина 3D в кинематографии не вполне корректно, хотя и создает некоторые удобства при использовании в силу краткости. Исторически для применяющегося сейчас в кинотеатрах способа демонстрации объемных изображений в русскоязычной и иностранной профессиональной технической литературе используется термин «стереоскопическое кино», что нашло отражение и в современных международных стандартах по цифровому кино, где этот вид кинематографа обозначается как Stereoscopic Digital Cinema.
Одна из первых кинокамер (обычная, не стереоскопическая), она же и кинопроектор, была изобретена французом Луи ле Пренсом в 1888 г. и затем запатентована в Англии. В следующем, 1889 г. создают свои кинокамеры с прерывистым движением и целлулоидной пленкой английский фотограф У. Фризе-Грин и Т. Эдисон с У. Диксоном.
Первая стереоскопическая кинокамера была собрана спустя всего два года после первой, обычной камеры. Ее изобрел Уильям Фризе-Грин в 1890 г., а в 1893 г. запатентовал (British Patent 22954, November 29, 1893).
При просмотре два изображения проецировались на один экран рядом друг с другом, а стереоизображение зрители должны были наблюдать через стереоскоп. Такой вид демонстрации был сложен и неудобен для зрителя, поэтому данная система не могла получить распространения.
Тогда же на свою стереокамеру-проек-тор получает патент инженер Ф. Варлей (Stereoscopic sequence camera/projector — British Patent 4704. Filed March 26, 1890. Issued February 28, 1891). Одним из первых стереоскопических фильмов принято считать отснятый в 1903 г. братьями Луи и Огюстом Люмьер стереоремейк «Прибытия поезда», демонстрировавшийся на Всемирной ярмарке в Париже в том же году. Первый кинотеатральный показ этого же фильма на большом экране по анаглифному способу состоялся в 1935 г
Техника и технология стереосъемки и демонстрации фильмов продолжают совершенствоваться и уже в 1922 г. в США открываются первые коммерческие кинотеатры, где демонстрируются художественные стереофильмы. До 1950 г. в стереокинематографе был период экспериментов, открывались новые принципы, создавались новые системы, малоприменимые отсеивались. Появление же в кино цвета сделало анаглифные системы неконкурентоспособными, и потому к началу 1950-х наибольшее распространение получил двухпленочный (с двумя синхронизированными проекторами) способ демонстрации с применением поляризационных очков и «серебряных» экранов. Этот период считается «золотой эпохой» стереокинематографа, и одной из причин начавшегося в США стереобума стала необходимость противовеса бурно развивающемуся телевидению.
В 1953 г. более 5 тыс. кинотеатров были оборудованы для показа объемных фильмов по двухпленочному поляризационному методу. Почти все крупные киностудии США начинают производство стереофильмов для очкового поляризационного метода показа. В том году было выпущено около 60 таких фильмов, в следующем — 25, после чего, однако, их выпуск резко сворачивается.
С 1955 г. кинематограф находит другой противовес телевидению — широкий экран. Правда, двухпленочная система показа имеет определенные технические недостатки, наиболее существенным из которых является необходимость обязательной постоянной покадровой синхронизации изображений, получаемых с двух проекторов. В случае ремонта и склейки одной пленки необходимо синхронизировать с ней вторую, нарушение синхронности в демонстрации вызывает у зрителей дискомфорт и головную боль. Кроме того, во время показа используются сразу два проектора, что в случае демонстрации полнометражного фильма приводит к необходимости перезаряжать пленку и прерывать сеанс. По совокупности вышеперечисленных причин к началу 1960-х кинотеатральный стереопоказ в США практически прекратился.
Следует отметить, что развитие объемного кинематографа в СССР носило значительно более планомерный и поступательный характер и не имело выраженной цикличности. Была создана сеть стереокинотеатров, которая пользовалась у зрителей успехом в течение нескольких десятилетий.
В 1951 г. в Венгрии Ф. Бодроши впервые разрабатывает однопленочную поляризационную систему 35-мм широкоэкранного стереокино «Пластикус филм», в которой на площади обычного стандартного кадра один над другим размещены два стереокадра. Кинопоказ осуществляется на стандартных кинопроекторах со специальной призматической насадкой-объективом, позволяющей одновременно проецировать на экран оба кадра стереопары.
А в 1963 г. в СССР во Всесоюзном научно-исследовательском кинофотоинституте А. Болтянский и Н. Овсянникова разрабатывают одну из наиболее совершенных на сегодня систем однопленочного стереоскопического кинематографа «Стерео-70», в которой для размещения кадров стереопары используется 70-мм кинопленка. Это позволило сделать размер каждого полукадра стереопары даже большим, чем кадр в 35-мм фильме. Стереопоказ можно вести на стандартных кинопроекторах при помощи двухобъективных приставок, устанавливаемых в стандартный объективодержатель.
Фильмы, снятые по этой системе, демонстрировались примерно в ста городах восьми стран мира и их посмотрели десятки миллионов зрителей. Однопленочные системы кинопоказа позволили устранить ряд основных технических проблем, имевшихся у двухпленочных. В результате в начале 1980-х в США возникает вторая после 1950-х гг. волна интереса к объемным фильмам, основанная уже на технике однопленочного кинопоказа. Подзабытое вроде бы зрителем стереокино снова появилось в кинотеатрах. Но праздник длился недолго — несмотря на выпуск нескольких вполне успешных кинокартин, в середине 1980-х стереокино снова исчезло из кинозалов. Дальнейшее развитие объемного видео- изображения было связано с неигровой его разновидностью — это прежде всего система IMAX для тематических парков и стереокиноаттракционов. Сейчас мы являемся свидетелями и участниками возникновения новой волны в развитии стереокино, связанной с глобальным внедрением в кинематограф цифровых технологий на всех этапах фильмо-производства и появлением в кинотеатрах новых цифровых систем кинопоказа.
МЕТОДЫ СТЕРЕОКИНОПОКАЗА
Теперь давайте посмотрим, какие же существуют способы формирования стеревидеоизо-бражения. Для этого применяются различные трюки для обмана нашего сознания, ведь человек воспринимает окружающий мир объемным в результате сложного психофизиологического процесса. Восприятие глубины и объема пространства не является врожденным свойством. Определенные характеристики объемности окружающего пространства мы сможем ощутить, даже наблюдая мир одним глазом, используя так называемые монокулярные факторы: линейная перспектива, видимая величина предметов, загораживание одних предметов другими, распределение светотеней и т.д. В случае монокулярного зрения мы получаем информацию о пространственной картине — исключительно благодаря вычислениям и реконструкции, сделанным нашим мозгом на основании анализа одного плоского изображения с учетом вышеприведенных монокулярных факторов.
Реально же увидеть окружающий мир объемным и рельефным можно только двумя глазами. Стереоизображение, как мы отметили выше, формируется мозгом, но в случае бинокулярного зрения этот процесс будет основан на объективной информации о пространстве. Данные о расположении, удаленности и рельефности объектов в этом случае мы получаем двумя путями. Во-первых, рассматривая какой-либо объект двумя глазами, мы поворачиваем глаза так, что их зрительные оси сходятся (конвергируются) на рассматриваемом предмете под определенным углом. Величина этого угла конвергенции позволяет определять расстояние до объекта. Во-вторых, при бинокулярном зрении вследствие наличия определенного расстояния между глазами (базиса зрения) мы наблюдаем окружающие предметы под несколько различными углами, в результате на сетчатках глаз формируются плоские изображения, немного отличающиеся друг от друга. Сравнивая изображения, полученные от левого и правого глаза, и анализируя разницу, мозг восстанавливает по ним объемный образ исходного пространства.
Таким образом, если мы проведем съемку реального объемного пространства двумя камерами, размещенными аналогично нашим глазам горизонтально на некотором расстоянии друг от друга, то получим изображения, подобные образующимся на сетчатке глаз.
Для воспроизведения объемных стереоскопических (т.е. кажущихся объемными) изображений необходимо показывать левому и правому глазу зрителя только «свое» изображение. В стереоскопическом кинематографе оба изображения, образующих стереопару — для левого и правого глаза, проецируются на один киноэкран. Соответственно, при показе стереоскопического фильма необходимо обеспечить раздельное видение (сепарацию) изображений стереопары только для «своего» глаза и воспрепятствовать наблюдению изображения, предназначенного для другого глаза. Эта задача может решаться различными методами и способами.
Существует несколько видов сепарации: по способу предъявления (демонстрации) и по
методу оптического разделения изображений. Возможны два способа предъявления
зрителю стереопары: одновременный показ двух кадров, соответственно, для левого и
правого глаза и поочередный последовательный показ «левого» и «правого»
изображений с применением временной сепарации для одного глаза. В последнем случае при достаточно высокой частоте такого поочередного предъявления создается иллюзия полноценного стереоскопического изображения. По методу оптического разделения изображений с применением различных оптических принципов используется несколько технологий: цветовая сепарация, применение линейных или круговых (циркулярных) поляризующих фильтров, автостереоскопические методы.
ЦВЕТОВАЯ СЕПАРАЦИЯ
Впервые метод цветовой сепарации был предложен в 1853 г. английским математиком У. Роллманом, который разработал способ рассматривания стереоизображений посредством одновременного показа двумя проекторами наложенных на экране друг на друга левого и правого изображений, окрашенных в дополнительные цвета (например, красный и голубой) и рассматриваемых через очки, соответственно, с голубым и красным светофильтрами. Способ был впоследствии назван анаглифическим («анаглифон» по-гречески «рельеф»). Во избежание утомления зрения при таком способе требуется тщательный выбор светофильтров для очков, чтобы они пропускали примерно одинаковое количество света для каждого из глаз и в итоге давали черно-белое объемное изображение.
Из-за применения цветных светофильтров анаглифический способ лишь ограниченно пригоден для рассматривания цветных стереоизображений. В 1893 г. Л. Дюко дю Орон усовершенствовал анаглифический метод посредством замены аддитивного метода на субтрактивный. Если в аддитивном методе проекция черно-белых диапозитивов осуществляется через светофильтры, то всубтрактивном проецируются уже окрашенные (вирированные) изображения. Это позволяет изготовить специальный диапозитив и осуществлять стереопоказ одним проектором вместо двух.
Анаглифический диапозитив изготавливается посредством фотохимического окрашивания — вирирования — левого и правого изображений в дополнительные цвета и наложения их друг на друга. Технологию изготовления субтрактивных анаглифических стереодиапозитивов (1897 г.) и аналогичных стереофильмов (1915 г.) разработал М. Петцольд.
В 1922 г. в Лос-Анджелесе Г. Фэйролл по методу анаглифов показал первый художественный стереофильм «Сила любви». В 1935 г. Луи Люмьер открыл в Париже стереокино-театр, работающий по очковому методу цветных анаглифов, запатентованному им еще в 1900 г. Стереопоказ проводился в течение четырех лет (до начала Второй мировой войны). Но поскольку анаглифический метод не может обеспечить полноценную цветопередачу, то для массового коммерческого кинотеатрального применения после появления цветного кино его практически перестали использовать.
Современные оптические технологии помогли создать новый метод цветовой сепарации, позволивший получить полноцветное изображение и добиться достаточно высокого качества цветопередачи. Новая методика разработана немецкой компанией Infitec GmbH и основывается на применении интерференционных фильтров. В старой, анаглифной технологии весь световой спектр разделялся на две половины — каждая для своего глаза, из-за чего один глаз мог видеть только половину цветов. В новой технологии Infitec с помощью спектрозональных интерференционных фильтров три основных цвета спектра (красный, зеленый и синий) разделяются каждый на две части с различающимися длинами волн и затем формируют два изображения для левого и правого глаза. Таким образом, каждый глаз может видеть полноцветное изображение, хотя и с несколько различающимися оттенками. Для более правильного цветовоспроизведения при проекции необходима специальная цветокоррекция для каждого канала.
Спектрозональные фильтры устанавливаются в кинопроекторах, а зрители смотрят изображение на экране в очках с такими же фильтрами, как и в проекторе, — таким образом, каждый глаз видит свое изображение. Достоинством метода является возможность его применения с любыми типами экранов, а к недостаткам следует отнести очень большие светопотери (более 85%) и искажения в цветопередаче, требующие дополнительной цветокоррекции. В 2006 г. Dolby Laboratories получила лицензию на этот метод у компании Infitec и сейчас предлагает свою систему стереопоказа Dolby 3D.
АВТОСТЕРЕОСКОПИЧЕСКАЯ СЕПАРАЦИЯ
В 1904 г. Ф. Айвс (США) для сепарации левого и правого изображений предложил использовать растровый способ рассматривания стереоизображений (метод параллакс-стереограммы), который развил и в 1912 г. запатентовал Эстанав (Германия).
Изображение (или диапозитив) в этом случае составлен из чередующихся между собой узких полосок левого и правого изображений. Для восприятия стереоэффекта наблюдение изображения осуществляется через так называемый параллельный растр, установленный между картиной и зрителем и представляющий собой чередование прозрачных и непрозрачных полос, расположенных так, что непрозрачные полосы перекрывают полоски правого изображения для левого глаза, а полоски левого изображения — для правого глаза. Стереоэффект наблюдается лишь при строго определенном расположении глаз — в зоне стереовидения. Способ применим и для рассматривания стереоизображений, проецируемых на просветный экран. Чередующиеся полоски левого и правого изображений на экране легко получить, если их проецировать двумя проекторами через аналогичный второй параллельный растр, размещенный между проектором и экраном.
Растровый способ стереопроекции полностью пригоден для цветных изображений. При использовании параллельного растра зоны стереовидения расположены строго на определенном расстоянии от растра, но не ограничены по высоте. Это позволяет при замене просветного экрана на отражающий вместо двух параллельных растров использовать только один, который служит и для образования на экране при проекции сквозь него полосок левого и правого изображений стереопары, и для формирования зон стереовидения для зрителя.
Недостатки растрового метода показа стереоизображений: заметность полос растра на изображении; ограничение количества зрителей (зоны стереовидения расположены лишь в одном ряду); наконец, ограничение подвижности зрителей, так как их глаза должны постоянно находиться в соответствующих относительно малых зонах стереовидения. Эти недостатки показались столь значительными, что растровый метод долгое время считался неприемлемым для кинопроекции. Но в 1928 г. бельгийский профессор Э. Ноайон создал первый стереокинотеатр, решив многие проблемы растрового метода стереопроекции.
В феврале 1941 г. был открыт первый в СССР специализированный стереокинотеатр «Москва» с показом по безочковому методу с помощью перспективного щелевого проволочного растра по системе С. Иванова. Размеры стереоэкрана с перспективным растром составляли 5 м по высоте и 3 м по ширине. Демонстрировался стереофильм «Концерт», составленный из снятых на 35-мм кинопленку цирковых номеров.
В 1942 г. С. Иванов и А. Андриевский разрабатывают линзовый растр, состоящий из большого количества миниатюрных конических линз, тесно соприкасающихся друг с другом. Каждая пара линз предназначена как для фокусирования на экране (в виде линий) полосок левого и правого проецируемых изображений, так и для обратного восстановления этих полосок при рассматривании отраженного от экрана света. Преимущества такого растра перед светопоглощающим, составленным из прозрачных и непрозрачных полос, — более полное использование изображений стереопары (без потерь на непрозрачных полосках растра), устранение необходимости движения растра; повышение более чем вдвое яркости проецируемых изображений (это дало основание называть растр светосильным); меньшая заметность помех от растра на изображении.
В 1947 г. в Москве был построен кинотеатр «Стереокино» со светосильным линзоворастровым стереоэкраном. На растровом стереоэкране С. Иванова размером 3,1 х 3 м демонстрировался по безочковому методу 35-мм полнометражный художественный объемный фильм «Робинзон Крузо». Растровые экраны размером 4 х 3 м были установлены в стереокинозалах Москвы, Ленинграда, Киева, Одессы, Астрахани, Алма-Аты и эксплуатировались более десяти лет.
В 1967 г. в малом зале московского кинотеатра «Октябрь» одновременно были установлены две стереоскопические системы: безочковая со стационарным линзово-растровым стереоэкраном размером 4 х 3 м и система с поляризационными очками с убирающимся металлизированным экраном размером 7 х 5,2 м. Очковый и безочковый кинопоказы чередовались через день для сравнительной оценки их художественных и технических возможностей. Сравнение двух систем в условиях одного кинозала выявило преимущества системы с очками. К сожалению, высокая сложность и стоимость изготовления растровых экранов, ограничение подвижности зрителей (из-за достаточно узких зон стереовидения) и их количества привели на настоящий момент к полному исчезновению данной технологии из кинотеатров.
ТАКОЕ РАЗНОЕ СТЕРЕО
Наибольшее распространение в силу более низкой стоимости и простоты технической эксплуатации получили технологии стереокинопоказа с одним проектором. По этой схеме работают системы: Infitec (Dolby 3D), RealD Cinema System, Master Image, XpanD. Слабой позицией такого способа демонстрации является низкая световая отдача и использование временной сепарации с последовательной демонстрацией кадров стереопары (изображение всегда видит только один глаз), вызывающие повышенную утомляемость глаз.
С точки зрения увеличения общего светового потока и улучшения качества изображения предпочтительнее схемы с двумя одновременно работающими проекторами — один для левого изображения стереопары, другой для правого. В таком режиме работают системы IMAX 3D и могут работать системы с применением технологий RealD Cinema System и Infitec (Dolby 3D).
