Wyobraźmy sobie Moskwę, początek 1941 roku. Do premiery Obywatela Kane'a pozostało jeszcze kilka miesięcy. Telewizja jest technologiczną ciekawostką, kino kolorowe wciąż pozostaje luksusem, komputer cyfrowy praktycznie nie istnieje. Widz wchodzi do niewielkiej sali kinowej, siada przed ekranem i… nie dostaje żadnych okularów.
Światło gaśnie.
Napisy początkowe nie wyglądają, jakby znajdowały się na ekranie. Zdają się wisieć przed nim. Potem pojawia się morze, fale zyskują objętość, przedmioty wychodzą w stronę widowni. Żongler rzuca piłkę tak, że część widzów mimowolnie uchyla głowę.
To nie opis współczesnego demonstratora light-field display. To relacje dotyczące moskiewskiego kina z 4 lutego 1941 roku.
Historia tego urządzenia prowadzi jednak znacznie dalej w przeszłość.
Zaczęło się od pomysłu, żeby „okulary przenieść na ekran”
Każde klasyczne kino stereoskopowe musi rozwiązać dokładnie ten sam problem: lewe oko powinno zobaczyć obraz przeznaczony dla lewego oka, a prawe — drugi, sfotografowany z nieco innej pozycji.
W anaglifie robi się to kolorami. W kinie polaryzacyjnym — polaryzacją światła. W aktywnych okularach — naprzemiennym zasłanianiem oczu.
Ale można odwrócić problem: zamiast zakładać separator na głowę widza, można umieścić separator przed samym obrazem.
Tę ideę opisano jeszcze w XIX wieku. W 1896 roku Auguste Berthier przedstawił koncepcję obrazu złożonego z przeplatanych pionowych pasków oglądanych przez raster nieprzezroczystych i przezroczystych linii. Kilka lat później Amerykanin Frederic Eugene Ives zbudował działającą wersję i w 1903 roku otrzymał patent US 725,567 na parallax stereogram.
Zasada była genialnie prosta.
Wyobraźmy sobie obraz złożony naprzemiennie z bardzo cienkich pasków:
L R L R L R L R…
gdzie L pochodzi z fotografii wykonanej dla lewego oka, a R — dla prawego.
Przed nim umieszczamy coś przypominającego niezwykle drobną pionową żaluzję:
szczelina — przesłona — szczelina — przesłona…
Jeżeli geometria jest dobrana prawidłowo, lewe oko przez szczeliny widzi paski L, podczas gdy paski R są przed nim zasłonięte. Prawe oko znajduje się kilka centymetrów dalej i sytuacja zostaje odwrócona.
Okularów nie potrzeba.
To właśnie istota parallax barrier.
Problem pojawia się natychmiast po zadaniu niewygodnego pytania:
A co z dwustoma osobami siedzącymi w kinie?
Parallax barrier działa świetnie — dopóki widz siedzi tam, gdzie trzeba
Klasyczna bariera z równoległymi pionowymi szczelinami tworzy określone strefy obserwacji. W jednym miejscu obraz trafia prawidłowo do obu oczu. Kilkanaście centymetrów dalej może następować mieszanie obrazów, a w jeszcze innym — ich zamiana.
Dla pojedynczej fotografii albo jednoosobowego wyświetlacza można po prostu ustawić głowę we właściwym miejscu.
W kinie sytuacja jest zupełnie inna. Widzowie zajmują kilkanaście rzędów, siedzą po lewej i prawej stronie sali, znajdują się w różnych odległościach od ekranu.
Barry Blundell trafnie opisuje dwa zadania, które musi więc wykonać ekran autostereoskopowy: zwielokrotnić dostępne pary obrazów i skierować je do odpowiednich miejsc widowni. Zwykła równoległa bariera paralaksy radzi sobie z tym słabo.
Rozwiązaniem okazała się geometria radialnego rastra.
I właśnie tu zaczyna się właściwa historia Moskwy.
Wachlarz zamiast płotu
W zwykłej parallax barrier paski są równoległe:
||||||||||||
W radialnym rastrze nie biegną idealnie równolegle. Ich kierunki, przedłużone geometrycznie, zbiegają się w określonym punkcie — tworzą bardzo delikatny wachlarz.
Pozwala to rozmieścić strefy prawidłowego widzenia znacznie szerzej po sali.
Co interesujące, koncepcja radialnego rastra nie pojawiła się po raz pierwszy w ZSRR. W latach 20. pracował nad nią belgijski badacz Edmond Noaillon. Natomiast to zespół radziecki, przede wszystkim Siemion Pawłowicz Iwanow (Семён Павлович Иванов), doprowadził rozwiązanie do etapu praktycznego kina. Blundell podkreśla tę różnicę: Noaillon rozwijał coraz bardziej skomplikowane rozwiązania elektromechaniczne, podczas gdy Iwanow i jego współpracownicy poszli drogą konstrukcji możliwej do realnego zastosowania.
Iwanow opatentował własny system kina bezokularowego w połowie lat 30. W NIKFI — radzieckim instytucie badawczym techniki filmowej i fotograficznej — prace nad praktycznym systemem rastrowym rozpoczęły się w 1937 roku.
Cel był niezwykle ambitny:
nie zbudować stereoskop dla jednego człowieka, lecz stereoskop wielkości sali kinowej.
Ekran ze… stalową konstrukcją i kilometrami drutu
Pierwsza moskiewska instalacja była urządzeniem, którego raczej nie dałoby się zamówić dziś w sklepie z wyposażeniem kina.
Przed ekranem powstał niezwykle precyzyjny raster wykonany z ogromnej liczby cienkich drutów. Źródła różnią się w szczegółach konstrukcji — spotyka się wartości od około 50 km do ponad 150 km użytego drutu — dlatego nie traktowałbym konkretnej liczby jako całkowicie pewnej. Zgodne są natomiast co do samej zasady: ekran o wymiarach około 5 × 3 m współpracował z wielką, drucianą strukturą radialną, tworząc strefy stereoskopowego widzenia dla publiczności.
To nie był więc po prostu ekran z naklejoną folią lentikularną.
Była to część architektury kina.
Geometria ekranu, rastra i rozmieszczenia foteli stanowiła jeden układ optyczny. Można powiedzieć, że widownia znajdowała się we wnętrzu olbrzymiego stereoskopu.
I właśnie dlatego nie można było później wziąć takiej kopii filmu i wyświetlić jej w dowolnym kinie.
4 lutego 1941: „Концерт” — Koncert. Ziemia młodości
Pierwszym regularnie wyświetlanym filmem systemu Iwanowa był Концерт, znany również jako Земля молодости — Koncert (Ziemia młodości). Zrealizowano go w 1940 roku w studiu Sojuzdietfilm. Reżyserował Aleksandr Andrijewski, a za stereoskopowe zdjęcia odpowiadał Dmitrij Surenski.
I sam wybór filmu był niezwykle rozsądny.
Nie próbowano od razu nakręcić wielkiego dramatu. Powstał około czterdziestominutowy film-koncert złożony z siedmiu części. Widz oglądał między innymi harfistkę Wierę Dułową, pianistę Jakowa Fliera, taniec, roślinność, ptaki, ryby, morze oraz — co było szczególnie efektowne — numer żonglerski Witalija Spiwaka. Niektóre fragmenty wykonano nawet eksperymentalną metodą dwubarwną.
To właściwie podręcznikowy katalog tematów dla stereoskopii.
Woda pozwalała pokazać kolejne plany. Roślinność i architektura dawały wyraźne punkty odniesienia dla głębi. Żongler mógł kierować przedmioty w stronę widowni. Harfa z dziesiątkami strun wyglądała przestrzennie znacznie ciekawiej niż na płaskim ekranie.
Współczesne filmy 3D często stosują dokładnie te same sztuczki.
Relacje z 1941 roku mówią o napisach odrywających się od powierzchni ekranu, rybach „płynących” w stronę widowni czy przedmiotach wysuwających się przed ekran. Iwanow opisywał również żonglera rzucającego piłkę w stronę publiczności, powodującego instynktowne reakcje widzów.
A jednak największa ciekawostka znajdowała się przed wejściem na salę.
Instrukcja obsługi… własnej głowy
Publiczności wręczano instrukcje.
Zalecano między innymi zachowywanie poziomego położenia oczu oraz znalezienie takiej pozycji, w której napisy wydają się znajdować przed ekranem. Według rekonstrukcji Nikołaja Majorowa dla poszczególnych miejsc istniało kilka punktów, w których stereoskopia była właściwa.
To ujawnia najważniejszą wadę całego systemu.
W okularach separator porusza się razem z głową. Gdy przechylimy się o 20 centymetrów, filtr nadal znajduje się przed oczami.
W systemie Iwanowa separatorem był ekran.
Jeżeli więc głowa przesunęła się z jednej strefy do drugiej, lewe oko mogło zacząć otrzymywać część obrazu prawego. Pojawiał się crosstalk, zanikała głębia albo następowało zjawisko pseudoskopii — obraz przestrzenny potrafił niejako „odwrócić się”.
Dzisiejszy użytkownik Nintendo 3DS albo współczesnego monitora autostereoskopowego rozpoznałby problem natychmiast: przesunięcie głowy poza sweet spot powoduje pogorszenie lub rozpad efektu.
Fizyka pozostała ta sama.
Czy rzeczywiście pół miliona widzów?
W wielu opracowaniach powtarza się niezwykła informacja: podczas czterech miesięcy Koncert miało obejrzeć ponad 500 tysięcy osób. Taką liczbę podają zarówno późniejsze rosyjskie rekonstrukcje historii filmu, jak i Blundell. Film trwał około 40 minut, więc organizowano wiele seansów każdego dnia.
Do tej liczby podchodziłbym jednak z pewną ostrożnością.
W źródłach występują rozbieżności dotyczące pojemności pierwszej sali — pojawiają się wartości około 180–200 miejsc — a nie wszystkie informacje o liczbie codziennych pokazów są ze sobą łatwe do pogodzenia. Dlatego „ponad pół miliona” warto podawać jako liczbę przytaczaną przez źródła historyczne, nie jako bezsporną statystykę kasową.
Nie zmienia to sedna: system nie był zamkniętym pokazem dla grupy inżynierów. Od lutego 1941 roku funkcjonował jako regularna atrakcja kinowa dla publiczności.
I wtedy wkroczyła historia.
22 czerwca 1941 roku III Rzesza rozpoczęła operację „Barbarossa” i zaatakowała ZSRR. Eksperyment kinowy został przerwany.
Mogłoby się wydawać, że to koniec.
Był to dopiero pierwszy rozdział.
1947: druga generacja — precz z drutamiJeszcze podczas wojny program stereoskopowy nie został całkowicie porzucony. W 1944 roku specjalną decyzją władz utworzono studio „Stereokino”, a zespół pracował nad kolejną generacją systemu.
Najważniejsza zmiana dotyczyła ekranu.
Bariera paralaksy ma fatalną właściwość: jej nieprzezroczyste elementy wykonują swoją pracę właśnie dlatego, że pochłaniają światło.
Jeżeli połowę powierzchni stanowią przesłony, ogromna część energii projektora jest po prostu tracona.
Iwanow i jego współpracownicy postanowili więc zrobić coś niezwykle ważnego: zamiast blokować światło, zaczęli je kierować.
Radialny raster szczelinowy zastąpiono radialnym rastrem soczewkowym. Zamiast zestawu ciemnych przesłon wykorzystano elementy optyczne kierujące poszczególne obrazy do odpowiednich stref widowni. Obraz mógł być znacznie jaśniejszy.
To jest dokładnie ta sama ewolucja, którą widzimy w historii obrazów autostereoskopowych:
parallax barrier → lenticular.
W lutym 1947 roku w Moskwie otwarto nowy stały obiekt „Stereokino” w budynku dawnego kina Wostok-kino. Sala liczyła 176 miejsc w 17 rzędach, a pierwszy ekran soczewkowo-rastrowy miał około 3,1 × 3,2 m.
Na ekran wszedł Robinson Crusoe.
Lina, która wylatywała z ekranuРобинзон Крузо był już pełnometrażowym filmem fabularnym. Wyświetlano go w systemie Stereo 35/19. Para obrazów znajdowała się na jednej taśmie 35 mm, a dla zwiększenia dostępnej powierzchni wykorzystywano specjalnie perforowaną taśmę filmową.
Brytyjski krytyk Joseph Macleod, który oglądał powojenny system w Moskwie, zwracał uwagę nie tylko na widowiskowe „wyskakiwanie” przedmiotów z ekranu. Opisywał również, jak stereoskopia potęgowała samotność Crusoe i materialność przedstawianego świata — lin, drewna, żagli. Innymi słowy, zauważył to, o czym kilkadziesiąt lat później będzie mówił James Cameron:
dobre 3D nie musi polegać na rzucaniu przedmiotów w widza. Może budować przestrzeń, w której rozgrywa się opowieść.
To szczególnie ciekawe, bo hollywoodzki boom Bwana Devil i House of Wax rozpoczął się dopiero w latach 1952–1953.
Moskwa eksperymentowała z pełnometrażowym kinem autostereoskopowym kilka lat wcześniej.
To nie był jednorazowy wybryk
Powojenna historia podważa popularne wyobrażenie, że „Rosjanie pokazali coś raz i technologia zniknęła”.
System nadal rozwijano. Zmieniano format klatek, optykę i wielkość ekranów. Moskiewskie Stereokino działało przez lata. Technologie rastrowe trafiły również do innych miast ZSRR — źródła wymieniają m.in. Leningrad, Kijów i Astrachań, a w innych zestawieniach także kolejne ośrodki.
Powstawały następne filmy, m.in. Maszyna 22-12, Kryształy, Majowa noc, Aleko czy Cenny prezent.
Stereoskopia pozostała ważnym obszarem radzieckich badań filmowych jeszcze długo po zakończeniu programu kin bezokularowych. NIKFI opracował później system Stereo-70, za który instytut otrzymał w 1991 roku techniczne wyróżnienie amerykańskiej Academy of Motion Picture Arts and Sciences.
Jeszcze w 1947 roku Siergiej Eisenstein był tak przekonany do przyszłości stereoskopii, że pisał:
„To doubt that stereoscopic cinema has its tomorrows, is as naïve as doubting whether there will be tomorrows at all.”
Historia pokazała, że częściowo miał rację.
Przyszłość nadeszła — tylko nie w takiej postaci, jakiej się spodziewano.
Dlaczego więc dzisiaj nie chodzimy do kin bez okularów?To najciekawsze pytanie całej historii.
Radzieckie eksperymenty wykazały, że kino autostereoskopowe jest możliwe. Nie wykazały jednak, że jest praktyczne ekonomicznie.
Po pierwsze, problemem pozostawała strefa widzenia. Widz nie miał pełnej swobody ruchu. Im większy ekran i większa sala, tym trudniej było zapewnić wszystkim prawidłową separację kanałów.
Po drugie, raster szczelinowy tracił ogromną ilość światła. Raster soczewkowy znacznie poprawił sytuację, lecz wymagał bardzo dokładnego wykonania.
Po trzecie, kino przestawało być zwykłą salą z ekranem. Geometria widowni stawała się częścią układu projekcyjnego. Nie można było łatwo zwiększać liczby miejsc ani przenosić instalacji między obiektami.
Po czwarte, radzieckie systemy wymagały specjalistycznych kopii, optyki, a w niektórych wariantach także nietypowej perforacji taśmy. Moskiewskie Stereokino było laboratorium, kinem i urządzeniem optycznym jednocześnie.
Tymczasem polaryzacyjne kino 3D wymaga od widza wykonania jednej banalnej czynności:
założenia okularów.
Za tę drobną niedogodność właściciel kina otrzymuje ogromną korzyść: publiczność może siedzieć niemal w całej sali, poruszać głową, ekran może być wielokrotnie większy, a system jest znacznie łatwiejszy do standaryzacji. Blundell właśnie skalowanie ekranu, gęstość widowni i koszty wskazuje jako fundamentalne przewagi systemów okularowych.
Nie przegrała zatem sama fizyka autostereoskopii.
Przegrała ekonomika sali kinowej.
Iwanow kontra AvatarW tym miejscu historia zatacza fascynujące koło.
Po premierze Avatara w 2009 roku cały przemysł elektroniczny ponownie uwierzył, że widz chce obrazu przestrzennego. Telewizory 3D poniosły jednak klęskę między innymi dlatego, że ludzie nie chcieli zakładać okularów podczas codziennego oglądania.
A przecież problem ten rozwiązano w Moskwie… w 1941 roku.
Tyle że rozwiązanie generowało następny problem: widz musiał znajdować się we właściwym miejscu.
Współczesne wyświetlacze autostereoskopowe nadal walczą z dokładnie tym samym kompromisem. Parallax barrier oraz tablice lentikularne dzielą dostępne piksele pomiędzy różne widoki, co powoduje spadek efektywnej rozdzielczości i często jasności. Im więcej niezależnych kierunków obserwacji chcemy obsłużyć, tym więcej informacji obrazowych musimy wygenerować i rozdzielić.
Technologia cyfrowa dodaje jednak coś, czego Iwanow nie miał:
śledzenie pozycji głowy i oczu.
Jeżeli kamera wie, gdzie znajdują się oczy obserwatora, system może dynamicznie przesuwać strefy widzenia. Wtedy nie trzeba już wymagać od człowieka, aby dostosował głowę do ekranu — ekran może dostosować się do człowieka.
I właśnie dlatego eksperyment sprzed ponad osiemdziesięciu lat wygląda dzisiaj tak zaskakująco współcześnie.
Najbardziej niezwykła rzecz w moskiewskim Stereokino
Nie jest nią druciany ekran.
Nie jest nią nawet fakt, że odbywało się to przed II wojną światową.
Najbardziej niezwykłe jest to, że Iwanow i jego zespół prawidłowo zidentyfikowali problem, z którym przemysł 3D zmaga się do dziś: okulary są technicznie prostym rozwiązaniem, ale z punktu widzenia użytkownika są obcym elementem pomiędzy człowiekiem a obrazem.
Próbowali je więc usunąć.
Zrobili to metodą brutalnie mechaniczną: kilometrami cienkiego drutu, specjalną geometrią sali, nietypową projekcją i precyzyjnie obliczonymi strefami obserwacji.
Potem druty zastąpili soczewkami.
Dzisiaj zastępujemy je mikrosoczewkami, LCD, OLED-em, eye trackingiem, algorytmami renderowania wielowidokowego i light-field displays.
Ale idea pozostaje zdumiewająco podobna.
Dlatego moskiewskie Stereokino nie powinno być traktowane jedynie jako osobliwość historii sowieckiej techniki filmowej. To jeden z najważniejszych eksperymentów w całej historii obrazu 3D. W przeciwieństwie do dziesiątek patentów i prototypów wcześniejszych wynalazców udowodnił, że można posadzić publiczność przed dużym ekranem i pokazać jej stereoskopowy film bez urządzenia zakładanego na twarz.
Co więcej — ludzie rzeczywiście kupowali bilety.
I chyba właśnie tym najlepiej zakończyć tę historię:
w 1941 roku problemem radzieckiego kina bez okularów nie było to, że nie działało. Problemem było to, że działało w sposób zbyt skomplikowany, aby można było zamienić je w światowy standard.
