Vývoj stereoskopického (3D) zobrazení ve hrách

Stereoskopie ve hrách není doménou posledních třech dekád, ve skutečnosti se s 3D začalo experimentovat mnohem dříve. Projděme se nyní historií od počátků stereoskopie přes významné milníky až po současnost. Vývoj byl dlouhý, níže jsou nejzajímavější události týkající se stereoskopie pouze ve hrách.

Vůbec prvním přístrojem, který by se dal nazvat jako předchůdce dnešních VR headsetů, dostal označení Damoklův meč. Jednalo se o přilbici na hlavu, na níž byly umístěny dva displeje. To znamenalo, že pro každé oko byl vytvářet obraz z jiného úhlu pohledu, což zapříčinilo 3D efekt. Zobrazené objekty byly naprosto jednoduché, např. geometrické útvary jako krychle. Zajímavé bylo, že již na tu dobu byl "headset" vybaven pohybovým senzorem, který umožňoval nahlížet na promítaný objekt ze všech stran. Damoklův meč byl vyvíjen od roku 1966 v Massachusettském technologickém institutu v Lincolnově laboratoři Ivanem Sutherlandem. Jednalo se o rozměrné zařízení, které pro svou váhu muselo být zavěšeno na stropě. Bylo ale příliš primitivní, aby mohlo posloužit na hraní her, nicméně Damoklův meč byl prvním článkem dlouhého řetězce.

Po dlouhé pauze, kdy se nic příliš zajímavého nedělo, na scénu přišla společnost Sega, která se zapojila do výzkumu stereoskopických 3D technologií, a v roce 1982 přišla s vůbec první 3D hrou. Ta se jmenovala Subroc-3D, ale nejednalo se jen o software, byl to velký herní přístroj, na kterém hra běžela - herní automat. Stereoskopický obraz byl vytvářen rotujícími disky, jež byly synchronizovány s obrazovkou (a se samotným softwarem) a které střídavě zakrývaly obraz pro každé oko, v podstatě to byl technologický předchůdce zatmívacích brýlí. Nevýhody rotujících disků byly na první pohled patrné, nebyly skladné a byla to celkově těžkopádná technologie.

V roce 1983 se ale 3D dostalo do módy, vše odstartovala japonská společnost Tomy s hrou Tomytronic 3D. 3D stereoskopie fungovala na principu dvou oddělených monitorů a průhledných barevných filtrů, které posouvaly barvy pro každé oko. Tím bylo docíleno zajímavého 3D efektu. Zařízení, na kterém hry běženy, by se dalo označit jako první vážný kandidát na pozici prvního headsetu. Celý přístroj byl poměrně malý a jednoduše se přiložil před oči s tím, že mohl být zavěšen na krku, jelikož disponoval popruhem. Tomy ale neskončilo jen s jedním produktem, v 80. letech vydalo celou řadu podobných přístrojů. V témže roce se objevila i první periferie v podobě GCE Vectrex 3D Imageru. Jednalo se o headset s rotujícím diskem sesynchronizovaným ke hře. Každá hra proto měla svůj vlastní a spolu s obrazem na obrazovce byl vytvořen 3D efekt. Avšak tento přístroj se na trhu neuchytil.

V roce 1987 přišlo Nintendo s obměnou technologie starších rotujících disků, jež nahradilo LCD zatmívacími brýlemi, které sice fungovaly na stejném principu jako disky, ale byly tišší a spolehlivější. Jednalo se o zásadní pokrok, protože se zredukovala i hmotnost a celkový objem, takže se znatelně zlepšila i ergonomie a pohodlí hráče. Již o rok později se stejnou technologií přišla Sega, která nechtěla být pozadu, takže neváhala okopírovat svého konkurenta.

90. léta byla boomem stereoskopických her, ty se zatím stále držely herních strojů, které pomocí dvou kukátek vytvářely 3D efekt. Pro dnešní hráče je zajímavá cena okolo 5 USD za 2 minuty hraní. Na vlně se chtěla nést Sega, v zádech měla úspěch konzole Genesis v USA a před ní byla výzva v podobě vytvoření VR headsetu, který vyvíjela od roku 1991 do 1993. Ta se ale nesetkala s úspěchem, problém byl hlavně v tom, že zařízení mohlo ničit oči dětem, což byl malý skandál, takže se přístroj vůbec neprodával (který rodič by dítěti pořídit přístroj, jenž by mu kazil oči?), a proto se zanedlouho dostal do zapomnění.
Další pokus o headset se stereoskopickým zobrazením se udál v roce 1995, když se na trhu objevil Forte VFX1, ale ani ten neznamenal velký úspěch. A to hlavně proto, že podporoval jen malé množství her, například Doom. To ale neznamená, že šlo o nezajímavé zařízení, neboť obsahoval monitor pro každé oko a disponoval i sluchátky. V dnešní době vypadají parametry jako rozlišení pro jedno oko, 263x230 pixelů, nebo FOV, 48°, dost zastarale. Na rok 1995 se však jednalo o pecku, cena zařízení se pohybovala těsně pod 1 000 USD!

Další přístroj přišel od Nintenda, které o další rok později představilo Virtual Boye. Jednalo se o headset, ke kterému byl připojen herní ovladač. Nejzajímavější na této novince bylo, že displeje zobrazovaly jen jedinou barvu - červenou. Pravděpodobně se výrobce snažil ušetřit na displeji, už tak se jednalo o poměrně drahé zařízení. I když použití pouze červené barvy znamenalo dobrý 3D efekt, uživatelům se hraní nelíbilo nemluvě o nepříjemných pocitech, které máte, když dlouhou dobu nevidíte jinou než červenou barvu. Ve stejném roce se na trh mělo dostat zařízení od Atari - headset s dvěma displeji, ale nikdy se nedostal na trh.
V roce 1998 vzniklo zařízení H3D od firmy Metabyte. Jednalo se o podobnou platformu, jakou nabízí třeba nynější NVIDIA. Společnost disponovala obdobnou aktivní technologií. Kromě samotných 3D brýlí a synchronizátoru dodala i sync-doubler, který dokázal z obrazu s frekvencí 60 Hz udělat 120 Hz a měl se připojit na výstup z grafické karty. To je důležité hlavně kvůli výkonu, grafická karta se zbytečně nezatěžovala a oči dostaly požadovaný počet snímků. To vše bylo k dostání za 200 USD. Na trhu se objevila i odlehčená verze, která měla anaglyfické brýle a stála jen desetinu ceny aktivních brýlí. Podporováno bylo necelých 200 her v čele s Quakem.

Na přelomu tisíciletí se stereoskopie velmi rozmohla, např. společnosti ELSA a ASUS měly kartu, která po spojení s monitorem produkovala stereoskopický obraz. To ale neznamenalo, že jste si tehdy nemohli vychutnat 3D obraz s klasickou grafickou kartou. Stačily 3D brýle jako X3D nebo Eye3D a ovladače od NVIDIE.

V dnešní době spojení VR a Sony evokuje Project Morpheus, nemyslete si ale, že to je první pokus Sony přinést 3D na PlayStation 2, už v roce 2002 přišlo s PUD-J5A. Jednalo se o headset, i když by se spíše dal nazvat jako spojení brýlí a sluchátek. Produkt byl prodáván hlavně v Japonsku a možná i díky svému jménu se nedostal ani do USA, vlastně se celkově netěšil dobrým prodejům. Ve skutečnosti za to mohlo několik věcí, headset sice podporoval snímání pohybů hlavy, ale přišel na trh jen s 6 hrami, které tuto vychytávku umožnily využít. Cena také nebyla nejzajímavější, zařízení v Japonsku stálo asi 800 USD, což byla zhruba cena nového PlayStationu 3.

Tobidacid Solid Eye od Konami se v roce 2006 snažil stát doplňkem pro konzole pro hraní 3D stereoskopických her. Jednalo se o kartónovou skládačku, která rozdělila obraz na monitoru, a o systém, který navedl pohled každého oka na jednu část obrazovky, což vytvářelo 3D efekt. Je to takový předchůdce Cardboard.

Velký vývoj pokračoval, v roce 2007 se na trh dostal první skutečný headset Vuzix iWear VR920, který se váže k iZ3D, ale více o tomto tématu se dozvíte v další kapitole. Přídomek "skutečný" si vysloužil z toho důvodu, že hry nebyly vytvářeny speciálně pro něj, ale fungovaly na něm tituly, které fungovaly i s jakoukoliv jinou technologií od iZ3D. To samé platí o NVIDII, která v roce 2008 přišla se svým vlastním řešením.
V roce 2010, kdy se na trh začaly dostávat televize se stereoskopickým 3D, se naskytla šance pro konzole. První se jí chytlo Sony, které změnou firmwaru přidalo podporu PlayStationu 4 k hraní her v 3D. Skutečně se jednalo jen o softwarovou podporu, pořízení hardwaru zůstalo na uživateli.

Ve stejném roce se objevila i periferie pro iPhone, která mu rozdělila obrazovku na dvě části a potom nasměrovala pohled každého oka na správné místo. Zařízení se jmenovalo My3D for iPhone. Toto zařízení už se ani nedá označit jako předchůdce Cardboard od Googlu, ale spíše by se mohlo uvažovat o tom, že se Google inspiroval.

Poměrně velkou revolucí bylo v roce 2011 představení Nintenda 3DS, které nabídlo speciální stereoskopický displej, ke kterému nebyly potřeba žádné brýle. Obdobnou technologii nabídlo např. i HTC v mobilu EVO 3D. Tato technologie měla ale menší zádrhel, a to že se uživatel musel dívat na displej zcela zpříma, aby se dostavil požadovaný efekt. Možnost hrát hru ve dvou tak neexistovala. Zařízení také nabídlo dvě kamery na zadní straně a bylo schopné zaznamenávat 3D video a fotografie.
V roce 2011 na scénu vstoupilo i AMD, protože NVIDIA již byla zaběhnutým leaderem ve hraní her v 3D, takže muselo ukázat, že i v této oblasti má co nabídnout. AMD však zvolilo úplně jinou cestu, než jakou se vydala NVIDIA, nevydalo ani brýle, ani se nepokusilo o svůj vlastní 3D monitor. V podstatě ani nepřišlo s vlastní technologií, jak převést hry, jež se původně nevyskytovaly ve 3D, do stereoskopického zobrazení. AMD ale přesto podniklo poměrně zajímavý krok. Využilo své pozice na trhu s grafickými kartami a od řady Radeon HD5000 podporuje technologii AMD HD3D. Ta sice musí využívat middleware jako např. TriDef nebo iZ3D, aby z hry, která původně nepodporuje 3D, dostali stereoskopický obraz, ale v kombinaci s Radeony by se měl zlepšit dojem z 3D obrazu. Základním lákadlem pro uživatele, aby používali tuto technologii, bylo, že když na internetu koupili TriDef nebo iZ3D a když bylo detekováno, že používají HD3D, dostali na daný middleware 50% slevu.

Je důležité si uvědomit, že všechny hry nedisponují podporou stereoskopického zobrazení, nicméně např. výše zmíněný TriDef a iZ3D i přesto dokážou z her dostat 3D obraz. To je možné díky DirectX 9 (a výše), který lze trochu obejít, a tento software tak může vytvořit dva obrazy stejné scény ze dvou různých úhlů. Takto se tedy AMD dostalo k velkému množství podporovaných her, což ale neznamená, že by neexistovaly hry, které by měly podporu přímo pro HD3D (mezi ně se řadí např. Deus Ex: Human Revolution).
Jak se technologicky tvoří obraz, když použijete AMD HD3D? To vysvětluje obrázek níže. Nejlépe si to lze představit při porovnání s obrázkem výše. V prvním případě tvoří obraz např. TriDef, ten je v obrázku zastoupen položkou "Interceptor &L/R View generator", který obchází klasický DirectX a tvoří dva pohledy na jednu scénu - pohled "L" pro levé oko a pohled "R" pro pravé oko. Tyto obrázky pošle do monitoru přes "Output Formatter", kde se obraz naformátuje do podoby, v jaké je monitor dokáže přečíst - tzn. např. dva obrazy vedle sebe (side-by-side), nad sebou atd. Může se ale stát, že obrázek musí skládat několikrát, než jej monitor dokáže správně přečíst (např. když do monitoru middleware pošle obrázky nad sebou, ale monitor je přečte jen sekvenčně – v pořadí za sebou).
Pokud se ale podíváte na obrázek níže, "Output Formatter" nahradilo AMD "Quad Buffer API" a svým vlastním řešením, které v podstatě "nic nedělá". Hned si to vysvětlíme. Quad Buffer je dvojnásobný oproti klasickému bufferu, což znamená možnost krátkodobého uložení dvojnásobného množství snímků. AMD totiž využilo předního i zadního bufferu u DirectX. To, že řešení AMD téměř "nic nedělá", je v tomto případě dobře. Protože HD3D pracuje jen s aktivními monitory, tak nepotřebuje, aby middleware zformátoval 3D obraz např. vedle sebe (side-by-side), což by vedlo k hledání správného formátu pro monitor. Naopak to, že jej nechá za sebou v pořadí, v jakém ve skutečnosti obraz přišel, znamená, že jsou obrázky v pořadí, v jakém je vyžaduje aktivní monitor (z middlewaru vychází za sebou a tím způsobem je přijímá i monitor pro aktivní stereoskopii). V praxi to znamená lepší skládání 3D obrazů pro aktivní stereoskopické zobrazení a díky většímu bufferu si software může zkontrolovat, že jsou obrázky skutečně ve správném pořadí.

To je ale spíše minulost. Dnes vypadá situace na trhu jinak, hlavním vládcem 3D stereoskopie, pokud se díváme přes aktivní brýle, je NVIDIA, která s 3D Vision představuje pro uživatele vše potřebné. Na druhou stranu není jedinou společností, která v dnešní době nabízí řešení na hraní her ve 3D - pojďme se ponořit do historie velkých společností, které se podílely na vytváření stereoskopického světa do podoby, jakou známe dnes.