จอภาพ 3 มิติ (3D Display)
จอภาพ 3 มิติ คือ จอภาพที่สามารถแสดงให้เห็นถึงระยะใกล้ไกล โดยทั่วไปจอภาพมีลักษณะเป็นแหล่งกำเนิดแสง 2 มิติ และตาของมนุษย์ก็มีจอประสาทตารับแสงที่เป็น 2 มิติ แต่เราสามารถประเมินระยะใกล้ไกลได้จากหลายกลไล ได้แก่ 1) ความแตกต่างระหว่างภาพจากตาซ้ายขวา, 2) ระยะโฟกัส, 3) การคาดการณ์รูปทรงจากสมอง จอภาพ 3 มิติจึงแบ่งได้ออกเป็น 4 ประเภทหลัก ได้แก่ 1) ภาพสำหรับสองตา (Stereoscopic display), 2) การควบคุมทิศทางแสง (Light field display), 3) การเจาะจงทิศทางการมอง (Forced pespective display), 4) จอที่มีปริมาตร (Volumetric display)
1) ภาพสำหรับสองตา (Stereoscopic display)
วิธีการนี้เป็นวิธีการที่นิยมที่สุดในปัจจุบัน โดยส่งภาพที่แตกต่างกันเล็กน้อยไปให้ตาซ้ายและตาขวา จากการที่สมองตีความว่าวัตถุที่อยู่ใกล้จะเห็นในมุมที่ต่างกันมากกว่าวัตถุที่อยู่ไกล วิธีนี้แบ่งออกเป็นได้หลายวิธีย่อย ได้แก่
- ภาพคู่: ผู้ใช้จอต้องโฟกัสไปข้างหลังหรือข้างหน้าจอ เพื่อให้ภาพตกอยู่ในตำแหน่งเดียวกัน
วิธีการนี้ใช้ได้กับทั้งจอภาพและภาพบนกระดาษ แต่ผู้ใช้จำเป็นต้องบังคับดวงตาอย่างมาก เนื่องจากดวงตามักจะโฟกัสบนผิวจอโดยอัตโนมัติ
ภาพของภูเขาเอโอลิสจากรถคูริออสิตีบนดาวอังคารเมื่อวันที่ 2014-02-19 โดยนาซ่า
- จอสวมหัว: หากนำจอไว้ใกล้ดวงตามากพอ จะสามารถส่งภาพที่ต่างกันไปยังตาซ้ายและตาขวาได้
- ฟิลเตอร์สี: ใช้แว่นตาที่มีฟิลเตอร์สีแดงและสีฟ้า เพื่อให้ตาแต่ละข้างเห็นเฉพาะภาพสีแดงหรือสีฟ้า
- ฟิลเตอร์โฟลาไรเซอร์: ใช้แว่นตาที่มีโพลาไรเซชั่นของแสง เพื่อให้ตาแต่ละข้างเห็นเฉพาะภาพจากโพลาไรเซชั่นแบบเดียว
- ฟิลเตอร์เวลา: ใช้แว่นตาที่สามารถรเปิดปิดแต่ละข้างได้ โดยฉายภาพซ้ายพร้อมเปิดตาซ้าย และฉายภาพขวาพร้อมเปิดตาขวา สลับกันด้วยความเร็วสูงกว่า 24 รอบต่อวินาที ทำให้ตาซ้ายและตาขวาเห็นภาพต่างกันด้วยเวลา แต่เร็วพอที่ตาจะไม่ตอบสนองต่อการกระพริบของภาพ
- ฟิลเตอร์ความยาวคลื่น: ใช้แว่นตาที่มีฟิลเตอร์ของตาซ้ายและตาขวาต่างกัน โดยเลือกความยาวคลื่นของสีแดงเขียวน้ำเงินของตาซ้าย ให้แตกต่างจากตาขวา คล้ายกับฟิลเตอร์สี แต่สามารถแสดงภาพสีได้
- จอที่มีเลนส์ย่อย: ใช้เลนส์ย่อยหักเหแสงจากพิกเซลคี่ไปทางหนึ่งและจากพิกเซลคู่ไปอีกทางหนึ่ง ทำให้มองภาพจากทางซ้ายและทางขวาได้ภาพที่ต่างกัน
2) การควบคุมทิศทางแสง (Light field display)
จอภาพที่เป็นสองมิติสามารถฉายภาพเสมือนว่าวัตถุอยู่หน้าหรือหลังจอได้ หากสามารถควบคุมทิศทางของแสงแต่ละพิกเซลที่ฉายได้
โฮโลกราฟี (Holography) เป็นการเขียนริ้วการแทรกสอดระหว่างแสงอ้างอิงกับแสงจากวัตถุ เรียกว่าโฮโลแกรม (Hologram)
ซึ่งเมื่อแสงส่องผ่านหรือสะท้อนโฮโลแกรมจะฉายภาพของแสงจากวัตถุที่บันทึกไว้ได้
เนื่องจากการบันทึกโฮโลแกรมนั้นจำเป็นต้องใช้ความละเอียดเล็กกว่าความยาวคลื่นราว 10 เท่า หรือประมาณ 40 nm
ทำให้การฉายภาพเคลื่อนไหวด้วยวิธีนี้ยังทำได้ยาก แต่ภาพนิ่งมีใช้งานทั่วไปบนบัตรเครดิตหรือสติกเกอร์โลหะบนสินค้าต่างๆ
จากข้อจำกัดของความละเอียดของจอโฮโลกราฟี จึงมีความพยายามในการใช้วิธีอื่นเพื่อควบคุมทิศทางแสง เช่น การใช้เลนส์ย่อยจำนวนมาก (Lens array) หรือ การใช้จอแอลซีดีหลายชั้นเพื่อให้แสงที่ลอดผ่านมีทิศทางที่ต้องการ
3) การเจาะจงทิศทางการมอง (Forced pespective display)
สำหรับวัตถุที่คุ้นเคย เช่น ห้องสี่เหลี่ยมผืนผ้า หรือ ตึกสี่เหลี่ยม สมองสามารถตีความลึกเองได้จากการสมมติมุมฉากและแสงเงา
ด้วยหลักการนี้ หากทราบทิศทางจากผู้มองจอก็จะสามารถวาดภาพที่มีมุมสอดคล้องกับความลึกนั้นได้ ทำให้สมองคาดว่าเป็นวัตถุสามมิติ แม้ตาทั้งสองข้างจะเห็นภาพเหมือนกัน จอโฆษณาแบบโค้งที่มุมตึก หรือ การติดตามตำแหน่งสายตาของผู้ใช้จอ ใช้วิธีการนี้ในการฉายภาพสามมิติ โดยไม่ต้องใช้อุปกรณ์พิเศษเหมือนวิธีก่อนหน้า
ภาพลวงตาทำให้เห็นเหมือนเป็นมุมห้องสามมิติ เสมือนว่าเส้นสีแดงอยู่ใกล้และเส้นสีน้ำเงินอยู่ไกล แม้ว่าที่จริงแล้วเส้นสีแดงและเส้นสีน้ำเงินจะยาวเท่ากันในสองมิติ
ภาพป้ายโฆษณาที่ชินจูกุ ประเทศญี่ปุ่น จาก CNN
4) จอที่มีปริมาตร (Volumetric display)
"จอ"ในข้อนี้ไม่ได้เป็นแหล่งกำเนิดแสงสองมิติเหมือนวิธีก่อน แต่มีปริมาตรสามมิติ เปล่งแสงจากจุดในสามมิติจริง เสมือนว่ามีวัตถุอยู่ในตำแหน่งนั้น โดยมีความพยายามสร้างจอแบบนี้หลายวิธี เช่น
- จอใสซ้อนกันหลายจอ (Stacking) โดยความลึกของวัตถุจะถูกจำกัดโดยจำนวนจอใช้
- จอหมุน (Rotating) โดยอาศัยการเห็นภาพติดตา (Persistence of vision) ทำให้การหมุนที่ความเร็วสูงกว่า 10 รอบต่อนาที ทำให้เห็นจอภาพเป็นปริมาตรทรงกระบอกได้
- การเปล่งแสงของจุดอากาศ (Light dot) โดยอาจใช้สนามแม่เหล็กไฟฟ้า,ความร้อน,หยดน้ำ ให้จุดหนึ่งของอากาศสว่างขึ้นโดยไม่ต้องมีจอที่ตำแหน่งนั้น
จอสามมิติด้วยการหมุนกระจก จาก University of Southern California 2008 Phys.org