研究室や大学から消費者向け製品へと進出している新しい 3D テクノロジー、ライト フィールドがあります。
この夏、RED Hydrogen Oneという形で、消費者向けライトフィールドデバイスが初めて登場します。ディスプレイはライトフィールドモードから標準の2Dモードに切り替えられ、頭を傾けても十分な視野を確保します。
しかし、3D がこの段階に到達する前に、3D はさまざまな流行や問題に直面し、最終的には解決策も見つかりました。
ジェームズ・キャメロン監督は、約10年前、超大作映画『アバター』を公開しました。2009年当時、この作品は3Dという点で革命的な作品でした。2年前に公開された『ベオウルフ』のような、それまでの目障りな作品と比べても、画質はまずまずだったからです。 『アバター』は 興行収入が30億ドル近くに達したことで、人々は3D時代の到来を確信しました。あらゆる映画に3D映像が必須となり、3Dテレビが次のブームになると思われ、任天堂は3DSを発売するなど、様々なことが起こりました。
その後、3D ブームはほぼ瞬く間に崩壊しました。
ライト フィールドを理解するために、まず、現在の 3D の一般的な動作、過去に何が問題だったのか、そしてその後の解決策のいくつかについて説明します。
3Dの何が間違っていて、何が良かったのか
最初の問題は3Dメガネに関するものです。昔は、3D映画やほとんどの3Dテレビで、左右の目にわずかにずれた2つの異なる映像を映し出すためには、専用の3Dメガネが必要でした。最も一般的だったのは偏光メガネです。光には偏光と呼ばれる量子特性があり、これは「スピン」として説明されます。ほとんどの3Dメガネは、特定の方向のスピンを持つ光を遮断します。つまり、右目に映る映像が「スピンアップ」の場合、右目のレンズは「スピンダウン」の光を遮断し、左目のレンズは「スピンダウン」の光を透過させながら、右目に映る「スピンアップ」の光を遮断します。これは、重なり合う2つの映像をそれぞれ片方の目にだけ映し出す、比較的安価なトリックです。こうして3D映像が生み出されるのです。
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しかし、映像全体の光の半分しか両目に入らないため、映像の明るさは本来の半分になってしまいます。3D映画が「暗すぎる」という苦情は、3D初期の頃にはよく聞かれました。しかし、今日ではプロジェクターなどのスクリーンの明るさが大幅に向上したため、この問題は軽減されています。
この問題のもう一つの解決策は、メガネを全く使わないことです。ニンテンドー3DSには「視差バリアソリューション」が搭載されており、これはライトフィールドの仕組みと技術的に似ています。この技術は、見るピクセルの幅を2倍にし、左右の目にそれぞれ別々の画像を投影するため、メガネは必要ありません。
今日のピクセル密度はますます向上しており、少なくともこの解決策は実現可能です。キャメロン監督は、『アバター2』（そしてそれ以降）を可能であればメガネ不要の3Dで上映したいと考えていますが、公開までにこの種の技術が映画館で利用可能になるかどうかは不明です。
さらに、視差バリア技術自体にも問題があります。3D体験を実際に行うには、ユーザーは正しい「マジックゾーン」、つまり2つの視界が両目に交差するエリアに座る必要があります。そこから外れると、効果は失われます。
この問題の解決策は、2015年に任天堂のNew 3DSで一般消費者に導入されました。このゲーム機は、カメラによる顔追跡機能により、ユーザーの頭の動きに合わせて「マジックゾーン」を少しずつ移動させます。
しかし、3Dが直面したもう一つの問題は、「輻輳点」、つまり2つの映像が交わって1つに収束する点にあるもの、あるいはその手前のものだけが、実際に焦点が合っているという点です。『アバター』を観ている時に、輻輳点を超えて何かを見ようとすると、頭痛がするほどの寄り目のような状態になります。
3Dの輻輳（ふくそう）問題に対する解決策を最終的に映画製作に導入したのはディズニーでした。『ベイマックス』やその他のディズニー・アニメーションの3D映画が目に優しく見えることに気づいたことがあるなら、それは錯覚ではありません。ここで使われているアイデアは、左右の目に届く光線をそれぞれ異なる方法で「曲げる」というものです。光線は直線状で、最初は近くの一点に収束しますが、そこから無限遠に向かって曲がり始めます。そのため、光線が交差することはなく、寄り目になるような視界になりません。これにより、前景に迫力のある3D効果を与えながら、背景には焦点が合った状態を保ち、見やすい状態を保つことができます。
3Dにはライトフィールドでは解決できないもう一つの問題があります。それは、フレームレートのちらつき（ジャダーとも呼ばれます）が悪化してしまうことです。ジャダーは、ほとんどすべての画面で素早い動きを伴う現象で、視線を素早く動かすと二重像が映し出されます。そして、この問題は3Dではさらに悪化するため、動きが速くアクションが多いシーンほど、3D効果を抑える必要性が高まります。少なくとも、正しく設定していればなおさらです。
3D を減らすだけでなくジャダーを修正するには、2 つの解決策があります。
一つはフレームレートを上げることです。フレームを速く切り替えるほど、前の画像が入れ替わりすぎて動きが小さくなり、二重像が見えにくくなります。ピーター・ジャクソン監督はまさにこれを試み、『ホビット』を48fpsで撮影・上映しました。しかしジャクソン監督にとって残念なことに、高フレームレートの「非伝統的な」映像は多くの人に受け入れられませんでした。
興味深いことに、キャメロンは高フレーム レートをもう一度試すことに固執しており、VR では高フレーム レートは必須です。
ジャダーのもう一つの解決策は、モーションブラーが大きければ大きいほど、二重像がぼやける可能性が高くなり、ジャダーの問題が軽減されるということを理解することです。『ホビット』は1/72秒というかなりシャープなフレームレートで撮影されましたが、続編2作ではCGモーションブラーが加わり、結果として目に優しいと認識されています。
しかし、3Dにはもう一つ大きな問題がありました。どんなに工夫しても、3Dの輻輳点（視線が交差して交わる点）は、画面を見るために視線が焦点を合わせている点、つまり「調節」している点とはほぼ確実に異なっていました。
これをうまく処理できる人もいるようですが、多くの人はこれが 3D の効果を大きく妨げ、視聴に疲労感を与え、VR での吐き気などを悪化させると感じています。
ライト フィールドは、すでに述べた 3D の他の問題のいくつかも解決できますが、この特定の問題に取り組むときに、ライト フィールドが真価を発揮します。
光フィールドはホログラムのように見える（ほぼ）
あなたが世界を見るとき、目に映るのは光のフィールドです。光線は、目からの距離に応じて、様々な角度で目に入ります。脳は手がかりから、視界にあるそれぞれの物体がどれくらい近いか遠いかを推測し、その部分に焦点を合わせるために目のレンズの形状を最大限に変化させます。
通常の世界を観ている間は、この方法はうまく機能します。しかし、典型的な3Dスクリーンを観る場合、左右の目はそれぞれ異なる角度で映りますが、それ以外は映像は平面です。スクリーンがある平面にしか焦点を合わせることができません。
しかし、人工照明フィールドによってこの問題を解決できます。
では、人工光場はどのように機能するのでしょうか?
まずは、マイクロレンズアレイと呼ばれる、光の再現におけるゴールドスタンダードから始めましょう。これは文字通り、スクリーンの前に置かれた小さなレンズのアレイ、つまりシートで、それぞれのレンズがわずかに異なる角度で光を集光します。スクリーンが各レンズを通して正しい画像を表示していると仮定すると、最終的には様々な角度の光線が目に入り、私たちが実際に見ているものを（ある程度）再現することになります。
ここで問題となるのは、各レンズが正しく機能するためには、それぞれに固有の画像、つまりピクセル配列を表示する必要があり、各レンズは通常の非ライトフィールド画像の1ピクセルに相当するということです。つまり、画面の解像度は、1ピクセルあたりに提示する必要がある光線の数で割られるため、レンズ付き1ピクセルがカバーする通常のピクセル（および光線）の数が決まります。いずれにせよ、マイクロレンズアレイの解像度は通常のディスプレイよりもはるかに低くなります。
では、一体どれだけの光線を照射すれば目を騙せるのかという疑問が生じます。答えは研究によって異なるようですが、3×3の光線配列であれば、目を騙して「調節」の範囲（つまり、目が焦点を合わせられる最短距離と最遠距離の差）を最大限まで広げるのに十分なようです。目は自由に焦点を合わせることができるため、輻輳と調節の矛盾や斜視は発生しません。少なくとも狭い視野においては。
つまり、視差バリアと同様に、ライトフィールドにも効果を発揮する魔法の「ゾーン」が存在するということです。光線の数が多いほど視野は広くなりますが、光線数を増やす代わりに画像解像度が犠牲になります。あらゆる種類のライトフィールド効果を生み出すには、最低でも2x2の有効光線のマトリックスが必要です。
したがって、マイクロレンズアレイの場合、同等の鮮明度で見栄えの良いライトフィールドを得るには、通常のディスプレイの少なくとも4倍の解像度が必要であり、3x3マトリックスと良好なライトフィールドを得るには9倍の解像度が必要になります。そして、視野角を広くすればするほど、より高い解像度が必要になります。
広い視野角のメリットは、魔法の領域が広がるだけではありません。確かに、ライトフィールドは仮想ディスプレイ内の異なる点に焦点を合わせ、メガネを使わずに左右の目に異なる視界を与えることができます。さらに、頭を傾けてシーンを別の視点から見ることも可能になり、完全な「ホログラフィック」効果を生み出すことができます。スマートフォンを「覗き込む」と、まるで別の世界を覗き込むかのような体験です。しかし、この広い視野角を美しく見せるには、さらに多くの光線が必要です。
幸いなことに、スマートフォンの画面解像度は既に最大4Kに達しており、高解像度の2x2マイクロレンズ・ライトフィールド・ディスプレイは今日の技術で十分実現可能です。さらに高解像度の小型画面は2D技術には不要だと考えられてきましたが、8K、あるいはそれ以上の解像度を持つ画面の試作はすでに行われています。
しかし、真に広い視野角と高解像度のライトフィールドを実現するには、8Kでも十分ではありません。しかし、ライトフィールドの効果を高めるには、必ずしも広い視野角は必要ないのかもしれません。
従来の3Dディスプレイを強化するライトフィールド
従来の3Dディスプレイでは、依然として視点は1つしかありません。画面を左右、上下に動かしても、映像が回転することはありません。そして、これは多くの場合良いことです！映画やテレビ番組では、監督が選んだ単一の視点しか見せないことが多いのです。シーンを別の角度から見ることができると、そのシーンで繰り広げられている重要なアクションを見逃してしまう可能性があります（VR映画でも同じ問題があります）。
同様に、ビデオゲームでは（通常）カメラを自由に回転させることができます。これらのゲームでは、ディスプレイ上で頭を動かしても様々なものが見える必要はありません。そのため、今日の単一視点ビューをライトフィールドで再現することは非常に有益です。
ライトフィールドはホログラムのような効果を再現するだけではありません。ライトフィールド効果によって、単一の視点、つまり狭い視野を得ることもできます。そして、巧妙なエンジニアリングを駆使すれば、超高解像度のスクリーンを必要とせずに、このような効果を生み出すことができます。
スタンフォード大学の学生たちは、2枚のLCDを重ね合わせ（そして、片方を透かしてもう片方が見えるように配置）ることで、狭い視野のライトフィールドを再現するという、数学と工学を巧みに融合した巧妙なトリックを考案しました。この技術により、そう遠くない将来、一般向けVRヘッドセットで正確な3Dライトフィールドを実現できるようになるかもしれません。
残念ながら、この「そう遠くない」未来はまだ不確定です。この技術には、この種のディスプレイの解像度を制限する回折角など、技術的な問題があり、すぐに主流になる可能性は低いでしょう。
しかし、絶望する必要はありません。もしこれがライトフィールドディスプレイのより即効性のある解決策でないとしても、他に検討すべきものがあり、中には近々登場するものも含まれています。
前述の通り、近日発売予定のRED Hydrogen Oneには、ライトフィールドモードから2Dモードに切り替え可能なディスプレイが搭載されます。このディスプレイは、Leia（そう、あのLeiaにちなんで名付けられたのです）というスタートアップ企業によって開発されました。このディスプレイ技術の仕組みについてはほとんど明らかにされていませんが、ホログラフィックディスプレイの一種で、頭を傾けても画面を捉えられるほどの広い視野角を持つとのことです。
プロトタイプを見た人は非常に少なく、わずか2560 x 1440（2D）のディスプレイでは、ライトフィールド効果は必然的にかなり低解像度に見えるでしょう。しかし、このスマートフォンはまもなく発売される予定で、（間違いなく超高価な）8Kライトフィールドカメラを搭載し、ライトフィールド形式でプロ並みのコンテンツを撮影できます。
3D は映画「アバター」の時代からさまざまな変遷を経てきたが、近いうちにもっと主流の活動となり、より多くのライト フィールド デバイスが市場に登場してくることが期待される。
