アクティブシャッター3Dシステム

アクティブシャッター 3D システム(別名:交互フレーム シーケンス、交互イメージ、AI、交互フィールド、フィールド シーケンシャル、またはエクリプス方式) は、立体3D 画像を表示する技術です。このシステムは、まず左目用の画像のみを表示して右目の視界を遮り、次に右目の画像を表示して左目を遮り、これを非常に高速に繰り返すことで機能します。このため、中断によって 2 つの画像が 1 つの 3D 画像に融合しているように知覚されることは妨げられません。

現代のアクティブシャッター3Dシステムでは、一般的に液晶シャッターメガネ（「LCシャッターメガネ」^[1]または「アクティブシャッターメガネ」^[2]とも呼ばれる）が使用されています。各目のメガネには液晶層が含まれており、電圧が印加されると不透明になり、それ以外の場合は透明になります。メガネはタイミング信号によって制御され、画面のリフレッシュレートと同期して、メガネが交互に片方の目をブロックしてからもう一方の目をブロックします。ビデオ機器へのタイミング同期は、有線信号を介して、または赤外線または無線周波数（Bluetooth 、DLPリンクなど）送信機によってワイヤレスで実現できます。歴史的なシステムでは、 Televiewシステム など、回転ディスクも使用されていました。

アクティブシャッター 3D システムは、一部の劇場で3D 映画を上映するために使用されており、 CRT、プラズマ、LCD 、プロジェクター、その他の種類のビデオディスプレイで 3D 画像を表示するために使用できます。

プラグイン インターフェイスとアクティブ シャッター グラスを追加することで、改造されていない通常のビデオ システムやコンピュータ システムのほとんどすべてを 3D 表示に使用できますが、そのような使用向けに設計されていないシステムやディスプレイでは、不快なレベルのちらつきやゴーストが目立つ場合があります。目立ったちらつきを排除するために必要な切り替え速度は、画像の明るさやその他の要因によって異なりますが、通常は 1 秒あたり 30 ペア サイクルをはるかに超える速度で、これは 60 Hz ディスプレイで可能な最大値です。1 秒あたり 60 枚の画像を表示できる 120 Hz ディスプレイは、ちらつきがないディスプレイとして広く認められています。

• 赤/シアン カラー フィルター (アナグリフ) 3D メガネとは異なり、LC シャッター メガネは色に中立であるため、フル カラー スペクトルで 3D 表示が可能になります。ただし、ColorCodeアナグリフ システムは、フル カラー解像度の提供に非常に近いものとなっています。
• 偏光3Dシステムでは（通常は）水平方向の空間解像度が半分に減らされるのに対し、アクティブシャッターシステムでは左右の画像の両方でフル解像度（1080p）を維持できる。他のシステムと同様に、テレビメーカーは3D再生にフル解像度を実装せず、代わりに垂直解像度を半分（540p）にすることを選択する可能性がある。^[3]

• 非常に高いリフレッシュ レート以外では、各目がモニターの実際のリフレッシュ レートの半分しか受信しないため、ちらつきが目立ちます。ただし、最新の LC メガネは一般に、より高いリフレッシュ レートで動作し、ほとんどの人にとってこの問題は解消されます。
• まず、この方法はCRTモニターでしか機能しませんでした。2010年から2013年にかけて3Dテレビやフラットコンピューター画面が広く普及したため、^[4] フラットパネルモニターは一部のLCシャッターシステムで動作するのに十分なリフレッシュレートをサポートしています。^[5]多くのプロジェクター、特にDLPベースのプロジェクターは、すぐに3Dをサポートしています。
• LC シャッター グラスは、半分の時間は光を遮断します。さらに、開いているときは偏光されているため、光の 50% しか通過しません。これにより、サングラスをかけてテレビを見る場合よりも大きな効果が得られます。サングラスをかけてテレビを見ると、視聴者は画像の明るさを 1/4 しか認識しません。ただし、この効果により、メガネの偏光がディスプレイの偏光と一致し、画像の明るさが半分になるため、CRT と比較して LCD と組み合わせると、より高い明るさの表示コントラストが得られます。ただし、画面は通常の向きでなければならず、そうでない場合は完全に黒く表示されます。メガネは背景も暗くするため、明るい画像を使用するとコントラストが強調されます。
• LCD（特に初期のもの）で使用する場合、片方の目に表示される画像ともう一方の目に表示される画像の間に極端に局所的な差異があると、クロストークが発生する可能性があります。これは、LCD パネルのピクセルが、左目の画像と右目の画像を分ける時間内に、たとえば黒から白に完全に切り替わらないことがあるためです。高速ビデオ ゲームのニーズに対応したオーバードライブなどの技術により、パネルの応答時間が進歩し、パッシブ 3D システムに匹敵するか、それを上回るディスプレイが実現しました。
• 同等の結果を得るには、フレーム レートを非 3D、アナグリフ、または偏光 3D システムの 2 倍にする必要があります。チェーン内のすべての機器は、2 倍の速度でフレームを処理できる必要があります。つまり、ハードウェア要件が 2 倍になります。
• 価格は徐々に下がっているものの、電子機器を本質的に使用していることから、アナグリフや偏光 3D メガネよりも高価なままです。
• 初期のシャッターグラスは、電子機器とバッテリーが内蔵されていたため、重くて高価でした。しかし、設計の改良により、より安価で軽量、充電可能で、処方レンズの上からでも装着できる新しいモデルが登場しました。
• シャッターグラスはブランドごとに異なる同期方法とプロトコルを使用しています。そのため、同じ種類の同期システム（赤外線など）を使用するグラスであっても、異なるメーカー間で互換性がない可能性があります。ユニバーサルな3Dシャッターグラスを作成するための取り組みは存在します。^[6]
• シーン内に横方向に移動する物体がある場合、左ビューと右ビューを交互に表示すると時間視差の効果が生じます。つまり、移動方向に応じて、実際の位置の前または後ろにあるように見えます。

クロストークとは、左目と右目の間でフレームが漏れることです。^{[7] LCDは、}ピクセルの応答時間 が遅いため、プラズマやDLPディスプレイよりも頻繁にこの問題が発生します。nVidiaのLightBoost ^[9]などのストロボバックライトを使用するLCD ^[8]は、クロストークを減らします。これは、シャッターグラスが目を切り替えるのを待つ間、およびLCDパネルがピクセル遷移を完了するのを待つ間、リフレッシュ間でバックライトをオフにすることで行われます。

M -3DI規格は、パナソニックがXpanD 3Dと提携して主導し、2011年3月に発表された、 LC（アクティブ）シャッターグラスの互換性を高めるためのメーカー間の標準化イニシアチブでした。^[10]この規格は、3Dテレビ、コンピューター、ノートパソコン、ホームプロジェクター、映画館ハードウェアのさまざまなメーカーに協定を拡大することで、消費者による3D製品の受け入れを増やすことを目的としていました。^[10] 2011年4月現在、日立、長虹、船井、ハイセンス、三菱電機、エプソン、ビューソニック、SIM2マルチメディアSpAが協定に参加しています。 ^{[10] [11]}

同年8月、M-3DIは、パナソニック、サムスン、ソニー、シャープ、TCLテクノロジー、東芝、フィリップスの間で形成された「フルHD 3Dメガネイニシアチブ」と呼ばれる別の協定に取って代わられました。^[11]この標準化協定には、テレビ、コンピューター、プロジェクターなどの消費者向け製品が含まれており、これもXpanD 3Dの技術に基づいています。発表のプレスリリースには、「新しいIR/RFプロトコルを備えたユニバーサルグラスは2012年に提供され、2011年の3Dアクティブテレビとの下位互換性が目標となっています。」と記載されていました。^[12]

フィールド シーケンシャルはビデオ ゲーム、VHS および VHD ムービーで使用されており、DVD では HQFS と呼ばれることが多く、これらのシステムでは有線または無線の LCS グラスが使用されます。

Sensio フォーマットは、ワイヤレス LCS グラスを使用する DVD で使用されました。

アクティブ3Dシャッターグラスは、ディスプレイやプロジェクターのリフレッシュレートに合わせて、メーカーが独自に設定した周波数で動作することができます。そのため、異なるブランド間での互換性を実現するために、広範囲の周波数に調整できるグラスが開発されています。^{[13] [14]}

この原理は、驚くほど早くから一般に公開されました。1922 年、ニューヨーク市の 1 つの劇場にTeleview 3-D システムが設置されました。いくつかの短編映画と 1 本の長編映画が、シャッターが位相をずらして作動する連動プロジェクター 2 台で左目用と右目用のプリントを流して上映されました。劇場の各座席には、プロジェクターのシャッターと同期した高速回転の機械式シャッターを備えた視聴装置が備え付けられていました。このシステムは機能しましたが、設置費用が高く、調整可能なスタンドで支える必要のある視聴者が扱いにくいため、この 1 回の上映のみに使用が制限されました。

近年、軽量の光電子シャッターが利用できるようになったことにより、この表示方法が最新の形で復活しました。液晶シャッター グラスは、 1970 年代半ばにEvans and Sutherland Computer Corporationの Stephen McAllister 氏によって初めて発明されました。プロトタイプでは、LCD がダクト テープを使用して小さな段ボール箱に取り付けられていました。ゴーストが発生するため、このグラスは商品化されませんでしたが、E&S は1980 年代半ばに StereoGraphics CrystalEyesなどのサードパーティ グラスを非常に早い段階で採用しました。

松下電器（現パナソニック）は1970年代後半にアクティブシャッター技術を採用した3Dテレビを開発した。同社は1981年にこのテレビを発表し、同時にこの技術を世界初の立体視ビデオゲームであるセガのアーケードゲーム「SubRoc-3D」（1982年）に採用した。^[15]

1985 年に、日本では Victor ( JVC )、National ( Panasonic )、Sharpなどのメーカーから3D VHDプレーヤーが発売されました。Realeyes 3D など、フィールド シーケンシャル VHS テープ用のユニットも販売されていました。フィールド シーケンシャル DVD を視聴するためのキットもいくつか販売されました。Sensio は、High Quality Field Sequential (HQFS) DVD よりも高品質の独自のフォーマットをリリースしました。

フレームを交互に配置する方法は、最新の 3D ゲームを真の 3Dにレンダリングするために使用できますが、フィールドを交互に配置する同様の方法は、マスター システムやファミリー コンピュータなどの古いコンソールで 3Dの錯覚を与えるために使用されてきました。特殊なソフトウェアまたはハードウェアを使用して、互いにオフセットされた 2 つの画像チャネルを生成し、立体視効果を作成します。シームレスなグラフィックスを生成するには、認識されるフレーム レートが実際のレートの半分になるため (各目には合計フレーム数の半分しか表示されません)、高いフレーム レート (通常、約 100 fps) が必要です。ここでも、グラフィック チップと同期された LCD シャッター グラスが効果を完成させます。

1982年、セガのアーケードビデオゲーム「SubRoc-3D」には特別な3D接眼レンズが付属していた。 ^[16]これは回転するディスクを備えたビューアで、プレイヤーの目に1つのモニターから左右の画像を交互に表示した。^{[17]このゲームのアクティブシャッター3Dシステムは、セガと}松下電器産業（現パナソニック）が共同で開発した。 ^[18]

1984 年、ミルトン ブラッドリーは、モーターで回転するディスクと透明なフィルムを物理的なシャッターとして使用するアクティブ シャッター グラスの原始的な形態である 3D イメージャーをVectrex用にリリースしました。かさばって粗雑ではありましたが、この 3D イメージャーは、現代のアクティブ シャッター グラスが現在も使用しているのと同じ、画像を高速で切り替える基本原理を採用していました。

任天堂は、 1987 年 10 月に日本でファミコン用のファミコン 3D システムをリリースしました。これは LCD シャッター ヘッドセットであり、LCD アクティブ シャッター グラスを使用する最初の家庭用ビデオ ゲーム電子機器でした。セガは、1987 年 11 月にマスター システム用のセガスコープ 3-D を世界中でリリースしました。リリースされた 3D 対応ゲームは 8 つだけです。

1993 年、パイオニアは、 Mega LD PAC や LD-ROM² PAC などのさまざまな「PAC」用のベイを備えたLaserActiveシステムをリリースしました。このユニットは、LaserActive 3D ゴーグル (GOL-1) とアダプタ (ADP-1) を追加することで 3D 対応になりました。

これらの初期のビデオゲーム システムの 3D ハードウェアは、ほぼ完全にコレクターの手に渡っていますが、エミュレーターを使用して 3D でゲームをプレイすることは依然として可能です。たとえば、セガ マスター システム エミュレーターを搭載したセガ ドリームキャストを、CRT テレビと The Ultimate 3-D Collection にあるような 3D システムと組み合わせて使用​​します。

1999 年から 2000 年にかけて、いくつかの企業がWindows PC用の立体 LC シャッター グラス キットを開発しました。これは、 Direct3DおよびOpenGL 3D グラフィックス API用に作成されたアプリケーションやゲームで動作しました。これらのキットは CRT コンピューター ディスプレイでのみ動作し、左右の同期にはVGA パススルー、VESA ステレオ、または独自のインターフェイス を採用していました。

最も顕著な例は、VESA Stereo に基づく独自のインターフェイスを介して Nvidia カードでのみ動作する ELSA Revelator グラスです。Nvidia は後にこの技術を購入し、 Windows 用のステレオ ドライバーで使用しました。

メガネキットには、API 呼び出しをインターセプトし、2 つのビューを順番にレンダリングするドライバー ソフトウェアが付属していましたが、この手法ではグラフィック カードの 2 倍のパフォーマンスが要求されるため、ハイエンドのデバイスが必要でした。多くの 3Dゲーム エンジンは、誤った深度でレンダリングされる 2D 効果に依存していたため、視覚的な不具合がよく発生し、視聴者の方向感覚を失わせました。当時の一般的なゲーム解像度で 120 Hz のリフレッシュ レートをサポートできる CRT ディスプレイはほとんどなく、ちらつきのない画像を得るにはハイエンドの CRT ディスプレイが必要でした。また、高性能な CRT モニターを使用しても、多くのユーザーがちらつきや頭痛を訴えていました。

これらの CRT キットは、低解像度で高リフレッシュ レートの CRT ディスプレイとは異なり、60 Hz または 75 Hz の低リフレッシュ レートの一般的な LCD モニターとはまったく互換性がありませんでした。さらに、ディスプレイ市場は急速に LCD モニターに移行し、ほとんどのディスプレイ メーカーは 2000 年代初頭に CRT モニターの生産を中止しました。そのため、PC グラス キットはすぐに使用されなくなり、非常にニッチな市場に縮小され、中古の高級で対角の大きい CRT モニターを購入する必要がありました。

SplitFish EyeFX 3Dは、2005年に発売されたソニーのPlayStation 2用のステレオ3Dシャッターグラスキットで、標準解像度のCRTテレビのみをサポートしていました。このアクセサリにはPS2ゲームパッド用のパススルーケーブルが付属しており、起動すると、接続されたアクセサリがコンソールに一連の高速で交互に左右に動くコマンドを発行し、これらの動きと同期して動作する有線LCシャッターグラスによってさらに補助される、一種の「揺れる立体視」効果を生み出します。 ^[19]このキットは、コンソールの製品サイクルで発売が遅れ、PlayStation 3に事実上置き換えられ、サポートされるゲームが少数であったため、ゲーマーにはほとんど無視されました。^[20]

2008 年にリリースされたUSB ベースのNvidia 3D Visionキットは、100、110、または 120 Hz のリフレッシュ レートが可能な CRT モニターと、120 Hz の LCD モニターをサポートしています。

低価格の3Dメガネは多くのメーカーから販売されています。IOメガネはこのカテゴリーで最も一般的なメガネです。XpanD 3Dはシャッターメガネのメーカーで、現在1000以上の映画館がXpanDメガネを使用しています。^{[21] 2009年にこの技術が家庭用市場にリリースされたことで、Unipolar International Limited、Accupix Co., Ltd、} Panasonic、Samsung、Sonyなど、他の多くのメーカーも独自のLCシャッターメガネを開発しています。

パナソニック株式会社がXPAND 3Dと共同で2011年3月に発表したM -3DI規格は、 LC（アクティブ）シャッターグラスの業界全体での互換性と標準化を目的としています。

サムスンは、NASA向けのメガネを製造しているシルエットが開発したレンズとフレームの技術を活用した、重さ2オンス（57グラム）のアクティブ3Dメガネを開発した。^[22]

Nvidia はPC 用の3D Visionキットを製造しています。このキットには、3D シャッター グラス、トランスミッター、および特別なグラフィック ドライバー ソフトウェアが付属しています。通常の LCD モニターは 60 Hz で動作しますが、3D Vision を使用するには 120 Hz モニターが必要です。

アクティブ 3D メガネのその他の有名なプロバイダーとしては、EStar America や Optoma などがあります。両社とも、RF、DLP Link、Bluetooth など、さまざまなテクノロジーと互換性のある 3D メガネを製造しています。

2007年にテキサス・インスツルメンツはOEM向けにステレオ3D対応DLPソリューションを導入し、 ^[23]その後サムスンと三菱が初の3D対応DLPテレビを導入し、その後DLP 3Dプロジェクターが登場しました。

これらのソリューションは、デジタル マイクロミラー デバイス (DMD) の固有の速度の利点を活用して、立体画像に必要な左右のビューの高リフレッシュ レートを順次生成します。

DLP 3D 技術は SmoothPictureウォビュレーションアルゴリズムを使用し、最新の 1080p60 DMD イメージャーの特性を活用しています。チェッカーボードパターンを使用して 2 つの L/R ビューを 1 つのフレームに効果的に圧縮し、テレビへの立体映像伝送には標準の 1080p60 解像度のみが必要です。このソリューションの利点は、垂直または水平解像度を半分に削減する他の方法とは異なり、空間解像度が向上することです。

マイクロミラーは、960×1080 個のマイクロミラーを 45 度回転させて配置した、いわゆる「オフセット ダイヤモンド ピクセル レイアウト」で、その中心点がチェッカーボードの「黒」の四角の中心に配置されています。DMD は、フル ピクセルウォビュレーションを使用して、完全な 1080p 画像を 2 つの半分の解像度の画像として高速シーケンスで表示します。DMD は 2 倍のリフレッシュ レート、つまり 120 Hz で動作し、完全な 1080p 画像は 2 段階で表示されます。最初のケイデンスでは、元の 1080p60 画像の半分だけが表示されます。つまり、チェッカーボード パターンの「黒」の四角に対応するピクセルです。2 番目のケイデンスでは、DMD アレイが 1 ピクセルだけ機械的にシフト (「ウォビュレーション」) されるため、マイクロミラーは以前はギャップが占めていた位置に配置され、画像のもう半分が表示されます。今度は、「白」の四角に対応するピクセルです。^{[24] [25]}

次に、テキサス・インスツルメンツ社独自のメカニズムであるDLPリンクを使用して、視聴者が装着したLCシャッターグラスと画面のリフレッシュを同期するための同期信号が生成されます。DLPリンクは、ディスプレイのブランキング期間中に短時間点滅する白いフレームを埋め込むことで同期を維持し、LCシャッターグラスがそれを拾います。^[26]

プラズマ ディスプレイ パネルは、パルス幅変調を使用して個々のピクセルの明るさを維持するため、シャッター グラスを使用するシーケンシャル方式と互換性があり、本質的に高速なデバイスでもあります。最新のパネルは、最大 600 Hz のピクセル駆動周波数を特徴とし、サブピクセルごとに 1024 ～ 4096 段階の明るさで 10 ビット ～ 12 ビットの色精度を実現します。

サムスン電子は 2008 年に 3D 対応の PDP テレビ (韓国では「PAVV Cannes 450」、英国と米国では PNAx450) を発売しました。これらのテレビは DLP テレビと同じチェッカーボード パターン圧縮方式を採用していますが、ネイティブ解像度は 1360×768 ピクセルのみで、HDTV 標準の 720p には対応していないため、PC でしか使用できません。

松下電器産業（パナソニック）は、CES 2008 で「3D フル HD プラズマ シアター システム」の試作機を発表しました。このシステムは、103 インチのPDP テレビ、ブルーレイ ディスク プレーヤー、シャッター グラスを組み合わせたものです。この新しいシステムは、右目と左目の両方に 1080i60 インターレース画像を送信し、ビデオは MPEG-4 AVC/H.264 圧縮マルチビュー ビデオ コーディング拡張機能を使用して 50 ギガバイトのブルーレイに保存されます。

以前は、ピクセルの応答時間が遅いため、LCD は立体 3D にはあまり適していませんでした。液晶ディスプレイは、従来、ある偏光状態から別の偏光状態への変化が遅いのです。1990 年代初期のラップトップのユーザーは、何かが速く動きすぎて LCD が追いつけないときに発生するにじみやぼやけをよく知っています。

LCD技術は通常、1秒あたりのフレーム数ではなく、あるピクセルの色値から別のピクセルの色値に遷移するのにかかる時間で評価されます。通常、120Hzのリフレッシュは、LCDがピクセル遷移を完了できる速度に関係なく、サンプルアンドホールドにより1/120秒（8.33ミリ秒）間表示されます。最近では、ストロボバックライト技術を使用して、リフレッシュ間にバックライトをオフにしてクロストークを減らすことで、ピクセル遷移を見えないようにすることが可能になりました^{[27] 。ハイエンドのソニーやサムスンの3Dテレビを含む新しいLCDテレビでは、シャッターグラスの操作中に3Dクロストークを減らすために、}ストロボバックライトまたはスキャンバックライトを使用しています。

弱視および間欠性中枢抑制の視覚療法では、閉塞療法を強化する目的で液晶デバイスが使用されています。このシナリオでは、弱視の患者は、通常の日常活動中に、電子的にプログラム可能な液晶メガネまたはゴーグルを数時間連続して着用します。デバイスを着用すると、患者は両目を交互に使用することが奨励または強制されます。これは、眼帯をする場合と似ていますが、時間的に急速に交互に使用されます。目的は、弱い目の視野を抑制しようとする患者の傾向を回避し、患者の両眼視能力を訓練することです。ゴーグルのほとんどは、よりよく知られているアクティブシャッター3Dメガネよりもはるかに遅いちらつき率を備えています。

• デジタル3D
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• Panasonic.com/3d – 3Dシネマと液晶シャッターグラスの技術概要
• 3D Vision のレビュー – Nvidia の 3D Vision の説明とレビュー