3D television

3D television (3DTV) is television that conveys depth perception to the viewer by employing techniques such as stereoscopic display, multi-view display, 2D-plus-depth, or any other form of 3D display. Most modern 3D television sets use an active shutter 3D system or a polarized 3D system, and some are autostereoscopic without the need of glasses. 3D TV are to be discontinued in 2017 due to low consumer demand. LG and Sony were the last manufacturers to build the product. However, only limited 4K TVs with 3D capability still exist.

The stereoscope was first invented by Sir Charles Wheatstone in 1838. It showed that when two pictures are viewed stereoscopically, they are combined by the brain to produce 3D depth perception. The stereoscope was improved by Louis Jules Duboscq, and a famous picture of Queen Victoria was displayed at The Great Exhibition in 1851. In 1855 the Kinematoscope was invented. In the late 1890s, the British film pioneer William Friese-Greene filed a patent for a 3D movie process. On 10 June 1915, former Edison Studios chief director Edwin S. Porter and William E. Waddell presented tests in red-green anaglyph to an audience at the Astor Theater in New York City and in 1922 the first public 3D movie The Power of Love was displayed.

Stereoscopic 3D television was demonstrated for the first time on 10 August 1928, by John Logie Baird in his company's premises at 133 Long Acre, London. Baird pioneered a variety of 3D television systems using electro-mechanical and cathode-ray tube techniques. The first 3D TV was produced in 1935, and stereoscopic 3D still cameras for personal use had already become fairly common by the Second World War. Many 3D movies were produced for theatrical release in the US during the 1950s just when television started to become popular. The first such movie was Bwana Devil from United Artists that could be seen all across the US in 1952. One year later, in 1953, came the 3D movie House of Wax which also featured stereophonic sound. Alfred Hitchcock produced his film Dial M for Murder in 3D, but for the purpose of maximizing profits the movie was released in 2D because not all cinemas were able to display 3D films. In 1946 the Soviet Union also developed 3D films, with Robinzon Kruzo being its first full-length 3D movie. People were excited to view the 3D movies, but were put off by their poor quality. Because of this, their popularity declined quickly. There was another attempt in the 1970s and 80s to make 3D movies more mainstream with the releases of Friday the 13th Part III (1982) and Jaws 3-D (1983). 3D showings became more popular throughout the 2000s, culminating in the success of 3D presentations of Avatar in December 2009 and January 2010. 

Though 3D movies were generally well received by the public, 3D television did not become popular until after the CES 2010 trade show, when major manufacturers began selling a full lineup of 3D televisions. According to DisplaySearch, 3D television shipments totaled 41.45 million units in 2012, compared with 24.14 in 2011 and 2.26 in 2010. In late 2013, the number of 3D TV viewers started to decline, and as of 2016, development of 3D TV is limited to a few premium models. 

There are several techniques to produce and display 3D moving pictures. The following are some of the technical details and methodologies employed in some of the more notable 3D movie systems that have been developed.

The future of 3D television is also emerging as time progresses. New technology like WindowWalls (wall-size displays) and Visible light communication are being implemented into 3D television as the demand for 3D TV increases. Scott Birnbaum, vice president of Samsung's LCD business, says that the demand for 3D TV will skyrocket in the next couple of years, fueled by televised sports. One might be able to obtain information directly onto their television due to new technologies like the Visible Light Communication that allows for this to happen because the LED lights transmit information by flickering at high frequencies.

Stereoscopy is the most widely accepted method for capturing and delivering 3D video. It involves capturing stereo pairs in a two-view setup, with cameras mounted side by side and separated by the same distance as is between a person's pupils. If we imagine projecting an object point in a scene along the line-of-sight for each eye, in turn; to a flat background screen, we may describe the location of this point mathematically using simple algebra. In rectangular coordinates with the screen lying in the Y-Z plane, with the Z axis upward and the Y axis to the right, with the viewer centered along the X axis; we find that the screen coordinates are simply the sum of two terms. One accounting for perspective and the other for binocular shift. Perspective modifies the Z and Y coordinates of the object point, by a factor of D/(D-x), while binocular shift contributes an additional term (to the Y coordinate only) of s·x/(2·(D-x)), where D is the distance from the selected system origin to the viewer (right between the eyes), s is the eye separation (about 7 centimeters), and x is the true x coordinate of the object point. The binocular shift is positive for the left-eye-view and negative for the right-eye-view. For very distant object points, it is obvious that the eyes will be looking along essentially the same line of sight. For very near objects, the eyes may become excessively "cross-eyed". However, for scenes in the greater portion of the field of view, a realistic image is readily achieved by superposition of the left and right images (using the polarization method or synchronized shutter-lens method) provided the viewer is not too near the screen and the left and right images are correctly positioned on the screen. Digital technology has largely eliminated inaccurate superposition that was a common problem during the era of traditional stereoscopic films. 

Multi-view capture uses arrays of many cameras to capture a 3D scene through multiple independent video streams. Plenoptic cameras, which capture the light field of a scene, can also be used to capture multiple views with a single main lens. Depending on the camera setup, the resulting views can either be displayed on multi-view displays, or passed along for further image processing.

After capture, stereo or multi-view image data can be processed to extract 2D plus depth information for each view, effectively creating a device-independent representation of the original 3D scene. These data can be used to aid inter-view image compression or to generate stereoscopic pairs for multiple different view angles and screen sizes.

2D plus depth processing can be used to recreate 3D scenes even from a single view and convert legacy film and video material to a 3D look, though a convincing effect is harder to achieve and the resulting image will likely look like a cardboard miniature.

Production of events such as live sports broadcasts in 3D differs from the methods used for 2D broadcasting. A high technical standard must be maintained because any mismatch in color, alignment, or focus between two cameras may destroy the 3D effect or produce discomfort in the viewer. Zoom lenses for each camera of a stereo pair must track over their full range of focal lengths.

Addition of graphical elements (such as a scoreboard, timers, or logos) to a 3D picture must place the synthesized elements at a suitable depth within the frame, so that viewers can comfortably view the added elements as well as the main picture. This requires more powerful computers to calculate the correct appearance of the graphical elements. For example, the line of scrimmage that appears as a projected yellow line on the field during an American football broadcast requires about one thousand times more processing power to produce in 3D compared to a 2D image.

Since 3D images are effectively more immersive than 2D broadcasts, fewer fast cuts between camera angles are needed. 3D National Football League broadcasts cut between cameras about one-fifth as often as in 2D broadcasting. Rapid cuts between two different viewpoints can be uncomfortable for the viewer, so directors may lengthen the transition or provide images with intermediate depth between two extremes to "rest" the viewers eyes. 3D images are most effective if the cameras are at a low angle of view, simulating presence of the viewer at the event; this can present problems with people or structures blocking the view of the event. While fewer camera locations are required, the overall number of cameras is similar to a 2D broadcast because each position needs two cameras. Other live sport events have additional factors that affect production; for example, an ice rink presents few cues for depth due to its uniform appearance.

Truyền hình 3D (3DTV) là truyền hình truyền đạt nhận thức sâu sắc đến người xem bằng cách sử dụng các kỹ thuật như hiển thị stereoscopic, hiển thị đa điểm, 2D-cộng-chiều, hoặc bất kỳ hình thức hiển thị 3D nào khác. Hầu hết các bộ TV 3D hiện đại đều sử dụng hệ thống 3D màn trập đang hoạt động hoặc hệ thống 3D phân cực, và một số là tự động soi chiếu mà không cần kính. TV 3D sẽ được ngưng vào năm 2017 do nhu cầu tiêu dùng thấp. LG và Sony là những nhà sản xuất cuối cùng để xây dựng sản phẩm. Tuy nhiên, chỉ những TV 4K có khả năng 3D vẫn còn tồn tại.

Kỷ lục này được Sir Charles Wheatstone phát minh ra lần đầu tiên vào năm 1838. Nó cho thấy khi hai hình ảnh được xem xét một cách có cấu trúc, chúng được kết hợp bởi não để tạo ra nhận thức về chiều sâu 3D. Hình ảnh được cải tiến bởi Louis Jules Duboscq, và bức ảnh nổi tiếng của Nữ hoàng Victoria được trưng bày tại Triển lãm lớn năm 1851. Năm 1855 Kinematoscope được phát minh. Vào cuối những năm 1890, nhà tiên phong người Anh William Friese-Greene đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế cho một quy trình phim 3D. Vào ngày 10 tháng 6 năm 1915, cựu giám đốc Edison Studios, Edwin S. Porter và William E. Waddell đã trình bày các bài kiểm tra màu đỏ-xanh lá cây đối với khán giả tại nhà hát Astor ở thành phố New York và năm 1922, phim điện ảnh công cộng đầu tiên The Power of Love hiển thị.

Truyền hình 3D Stereoscopic được chứng minh lần đầu tiên vào ngày 10 tháng 8 năm 1928 bởi John Logie Baird tại cơ sở của công ty ông tại 133 Long Acre, London. Baird đã đi tiên phong trong một loạt các hệ thống truyền hình 3D sử dụng các kỹ thuật cơ điện và tia catot. TV 3D đầu tiên được sản xuất vào năm 1935, và những chiếc máy ảnh 3D nổi hình dùng cho cá nhân đã trở nên khá phổ biến trong Thế chiến thứ hai. Nhiều bộ phim 3D được sản xuất để phát hành sân khấu tại Mỹ trong những năm 1950 chỉ khi truyền hình bắt đầu trở nên phổ biến. Bộ phim đầu tiên là Bwana Devil của United Artists có thể được xem trên toàn nước Mỹ vào năm 1952. Một năm sau đó, vào năm 1953, bộ phim 3D House of Wax đã có âm thanh nổi. Alfred Hitchcock đã sản xuất bộ phim Dial M for Murder in 3D của mình, nhưng nhằm mục đích tối đa hoá lợi nhuận, bộ phim được phát hành bằng 2D vì không phải tất cả các rạp chiếu phim đều có thể chiếu phim 3D. Năm 1946, Liên Xô cũng phát triển các bộ phim 3D, với Robinzon Kruzo là bộ phim 3D đầu tiên của nó. Mọi người rất vui khi xem các bộ phim 3D, nhưng bị bỏ lại bởi chất lượng kém. Vì lý do này, sự phổ biến của họ đã giảm nhanh chóng. Có một nỗ lực khác trong những năm 70 và 80 để làm cho phim 3D trở nên phổ biến hơn với các phiên bản thứ sáu 13 phần III (1982) và Jaws 3-D (1983). Triển lãm 3D trở nên phổ biến hơn trong suốt những năm 2000, lên đến đỉnh cao thành công của các tác phẩm 3D được giới thiệu trong Avatar tháng 12 năm 2009 và tháng 1 năm 2010.

Mặc dù các bộ phim 3D thường được công chúng đón nhận, nhưng chương trình truyền hình 3D đã không trở nên phổ biến cho đến sau buổi trình diễn CES 2010, khi các nhà sản xuất lớn bắt đầu bán một dòng TV 3D đầy đủ. Theo DisplaySearch, các chuyến hàng truyền hình 3D năm 2012 đã đạt 41,45 triệu bản, so với 24,14 vào năm 2011 và 2,26 vào năm 2010. Vào cuối năm 2013, số lượng người xem TV 3D bắt đầu giảm, và đến năm 2016, sự phát triển của 3D TV được giới hạn trong một vài tính năng cao cấp.

Có một số kỹ thuật để sản xuất và hiển thị hình ảnh di chuyển 3D. Dưới đây là một số chi tiết kỹ thuật và phương pháp được sử dụng trong một số hệ thống phim 3D đáng chú ý hơn đã được phát triển.

Tương lai của truyền hình 3D cũng đang nổi lên như thời gian tiến triển. Công nghệ mới như WindowWalls (màn hình kích thước tường) và thông tin liên lạc ánh sáng nhìn thấy đang được triển khai vào truyền hình 3D khi nhu cầu về TV 3D tăng lên. Scott Birnbaum, phó giám đốc kinh doanh LCD của Samsung, nói rằng nhu cầu về 3D TV sẽ tăng vọt trong vài năm tới, được thúc đẩy bởi các môn thể thao truyền hình. Người ta có thể có được thông tin trực tiếp trên truyền hình của họ do các công nghệ mới như Giao tiếp ánh sáng nhìn thấy cho phép điều này xảy ra bởi vì đèn LED truyền thông tin bằng cách nhấp nháy ở tần số cao.

Stereoscopy là phương pháp được chấp nhận rộng rãi nhất để chụp và phân phối video 3D. Nó bao gồm việc chụp các cặp âm thanh nổi trong chế độ xem hai lần, với các camera được đặt cạnh nhau và cách nhau bằng khoảng cách tương tự giữa các em học sinh. Nếu chúng ta tưởng tượng chiếu một điểm vật trong một khung cảnh dọc theo đường kẻ mắt cho mỗi mắt, lần lượt; đến màn hình nền phẳng, chúng ta có thể mô tả vị trí của điểm này bằng toán học bằng cách sử dụng đại số đơn giản. Trong tọa độ chữ nhật với màn hình nằm trong mặt phẳng Y-Z, với trục Z trở lên và trục Y ở bên phải, với người xem tập trung dọc theo trục X; chúng tôi thấy rằng các tọa độ màn hình chỉ đơn giản là tổng của hai thuật ngữ. Một kế toán cho quan điểm và một cho sự thay đổi hai mắt. Phối cảnh sửa đổi các tọa độ Z và Y của điểm đối tượng, bởi một nhân tố D/(Dx), trong khi sự thay đổi bằng mắt kính đóng góp một thuật ngữ bổ sung (chỉ với tọa độ Y) của s / x (2 ((Dx)), trong đó D là khoảng cách từ nguồn hệ thống đã chọn đến người xem (ngay giữa mắt), s là sự tách mắt (khoảng 7 cm), và x là đúng x của điểm đối tượng. Sự thay đổi hai mắt là tích cực đối với mắt trái và tiêu cực đối với mắt phải. Đối với những điểm vật xa xôi, rõ ràng là đôi mắt sẽ nhìn dọc theo cùng một đường ngắm. Đối với những vật rất gần, đôi mắt có thể trở nên quá mức "mắt chéo". Tuy nhiên, đối với các cảnh trong phần lớn trường, hình ảnh thực tế có thể đạt được bằng cách xếp chồng lên các hình ảnh bên trái và bên phải (sử dụng phương pháp phân cực hoặc phương pháp ống kính chụp cận cảnh) cung cấp cho người xem không quá gần màn hình và hình ảnh bên trái và bên phải được đặt chính xác trên màn hình. Công nghệ số đã phần lớn loại bỏ sự chồng chéo không chính xác đó là một vấn đề phổ biến trong thời kỳ phim truyền thống.

Chế độ chụp nhiều chế độ sử dụng mảng của nhiều máy quay để chụp cảnh 3D thông qua nhiều luồng video độc lập. Các máy quay Plenoptic, chụp được trường ánh sáng của một cảnh, cũng có thể được sử dụng để chụp nhiều chế độ xem với một ống kính chính. Tùy thuộc vào thiết lập máy ảnh, các khung nhìn kết quả có thể được hiển thị trên màn hình hiển thị đa điểm hoặc được truyền đi để xử lý hình ảnh tiếp theo.

Sau khi chụp, dữ liệu hình ảnh stereo hoặc đa chiều có thể được xử lý để trích xuất thông tin chiều sâu 2D cộng với mỗi lần xem, có hiệu quả tạo ra một mô tả độc lập thiết bị của cảnh 3D ban đầu. Những dữ liệu này có thể được sử dụng để hỗ trợ nén hình ảnh liên xem hoặc để tạo ra các cặp so trùng cho nhiều góc nhìn khác nhau và kích cỡ màn hình.

Chế độ 2D cộng với độ sâu có thể được sử dụng để tạo lại các cảnh 3D ngay cả từ một lần xem và chuyển đổi các vật liệu phim và video cũ sang giao diện 3D, mặc dù hiệu quả thuyết phục là khó đạt được hơn và hình ảnh kết quả có thể trông giống như một chiếc bìa nhỏ.

Việc sản xuất các sự kiện như phát sóng thể thao trực tiếp trong 3D khác với các phương pháp được sử dụng cho phát sóng 2D. Một tiêu chuẩn kỹ thuật cao phải được duy trì vì bất kỳ sự không phù hợp về màu sắc, căn chỉnh hoặc tập trung giữa hai máy ảnh có thể làm hỏng hiệu ứng 3D hoặc tạo ra sự khó chịu cho người xem. Zoom ống kính cho mỗi máy ảnh của một cặp âm thanh stereo phải theo dõi trên toàn bộ các tiêu cự của họ.

Việc thêm các phần tử đồ hoạ (như bảng điểm, thời gian hoặc biểu tượng) vào một hình ảnh 3D phải đặt các phần tử tổng hợp ở độ sâu thích hợp bên trong khung để người xem có thể thoải mái xem các phần tử được thêm vào cũng như hình ảnh chính. Điều này đòi hỏi nhiều máy tính mạnh hơn để tính toán sự xuất hiện chính xác của các phần tử đồ họa. Ví dụ, dòng tranh cãi xuất hiện dưới dạng một đường màu vàng dự kiến ​​trên sân trong thời gian phát sóng bóng đá ở Mỹ đòi hỏi phải có năng lực xử lý 3D nhiều hơn một nghìn lần so với hình ảnh 2D.

Vì hình ảnh 3D hiệu quả hơn so với các chương trình phát sóng 2D, nên cần phải cắt giảm nhanh chóng giữa các góc độ máy ảnh. Giải bóng đá quốc gia 3D phát sóng cắt giảm giữa các máy ảnh khoảng một phần năm thường xuyên như trong phát sóng 2D. Việc cắt nhanh giữa hai quan điểm khác nhau có thể gây khó chịu cho người xem, vì vậy đạo diễn có thể kéo dài quá trình chuyển đổi hoặc cung cấp hình ảnh với độ sâu trung gian giữa hai thái cực để "nghỉ ngơi" đôi mắt của người xem. Hình ảnh 3D hiệu quả nhất nếu máy ảnh ở góc nhìn thấp, mô phỏng sự hiện diện của người xem tại sự kiện; điều này có thể gây ra vấn đề với người hoặc cấu trúc cản trở quan điểm của sự kiện. Mặc dù yêu cầu vị trí máy ảnh ít hơn, tổng số máy ảnh tương tự như chương trình phát sóng 2D vì mỗi vị trí cần hai máy ảnh. Các sự kiện thể thao trực tiếp khác có thêm các yếu tố ảnh hưởng đến sản xuất; ví dụ như sân trượt băng có vài dấu hiệu cho thấy chiều sâu do sự xuất hiện đồng nhất của nó.