Что такое 3D-видение?

3D — это сокращение от слова «трёхмерный» (three-dimensional). Объекты в реальном мире действительно имеют три измерения; например, мы можем измерить длину, ширину и высоту объекта. Если мы посмотрим на объекты в реальном мире, то легко сможем оценить их ширину и высоту (двухмерный вид объекта), но мы также можем воспринимать глубину объекта и расстояние до него.

Мы смотрим на мир двумя глазами. Поскольку глаза находятся не в одном месте, а немного разнесены друг от друга, каждый из них получает немного отличающуюся перспективу на объект.

Обычно две картинки совмещаются мозгом в одну, но если вы закроете один глаз, то получите как раз ту картинку, которую воспринимает другой глаз. Обратите внимание, насколько различаются перспективы близко расположенных объектов для каждого глаза.

Хотя каждый глаз получает немного различающуюся картинку, мы не получаем два отдельных изображения.

В процессе стереоскопического зрения наш мозг комбинирует картинку каждого глаза в цельную перспективу, и эта объединённая картинка уже содержит трёхмерные объекты и ощущение глубины.

Стереоскопическое зрение было впервые описано в 1838 году Чарльзом Ветстоном (Charles Whetstone), но художники и учёные занимались трёхмерным восприятием за много веков до этого. У людей (и большей части хищников) глаза расположены спереди на голове.

Подобное расположение улучшает восприятие глубины, позволяя охотнику лучше оценивать расстояние до своей жертвы. Кроме стереоскопического зрения, ощущение глубины складывается ещё и из-за монокулярных «сигналов» глубины (эти «сигналы» глубины могут обеспечиваться только одним глазом или, если быть более точным, 2D-версией картинки, которую вы получаете).

Подобные «сигналы» глубины очень важны для хорошего 3D-видения, поскольку ваш мозг ожидает стереоскопического восприятия в тесном соответствии с 2D-восприятием просматриваемой сцены. Монокулярные «сигналы» включают следующие.

Форма и размер различных объектов в вашей памяти: они соотносятся с относительным размером видимой картинки, что позволяет ощутить расстояние до объекта. Перспектива: объекты на большем расстоянии кажутся меньше, чем близко расположенные объекты.

Параллельные прямые кажутся пересекающимися по мере увеличения расстояния.

Перекрытие (взаимное расположение): если мы видим два объекта, когда первый объект закрывает часть второго объекта, то мы понимаем, что первый объект расположен ближе.

Тёмные и яркие участки: они позволяют нам воспринимать объекты, поднятые над поверхностью или утопленные в неё. Параллакс: при движении головы можно заметить, что относительное положение близко расположенных объектов меняется сильнее, чем удалённых объектов. Градиент текстур: на поверхностях с однообразной структурой мы можем оценить расстояние в зависимости от изменения структуры.

Чем ближе к зрителю, тем размеры структуры кажутся больше, а составные элементы крупнее.

Воздушная среда: удалённые объекты часто скрыты туманом или дымкой, а близко расположенные объекты — нет. Аккомодация (фокусировка) и сведение: когда мы смотрим на объекты, располагающиеся близко от нас в реальном мире, то наши глаза выполняют две функции, чтобы объекты были резкими.

Во-первых, наши зрачки сводятся внутрь (друг к другу), чтобы каждый глаз был нацелен на объект, который мы хотим увидеть.

Во-вторых, чтобы изменить фокусировку хрусталика, мускулы глаза меняют его форму — этот процесс называется аккомодацией.

Все эти «сигналы» обеспечивают информацию о глубине даже тогда, когда мы смотрим на сцену одним глазом.

Кроме того, они помогают ощущать глубину при просмотре стандартных двумерных картинок. Художники и режиссёры прекрасно осведомлены о перечисленных визуальных «сигналах», и они уже многие годы используют их для улучшения реализма и глубины в картинах, фотографиях и фильмах.

Конечно, 2D-фильм представляет собой плоское двумерное отображение трёхмерной сцены. Когда вы смотрите 2D-фильм, то глаза фокусируются на экране, и при этом фокусировка не меняется весь фильм (расстояние до экрана остаётся прежним).

Вам не требуются два глаза для восприятия глубины, но вам необходимы оба глаза для восприятия 3D-видения.

3D-фильмы воссоздают картинки, которые получили бы ваши глаза, если бы вы стояли там, где располагается 3D-камера во время съёмки.

Объекты и персонажи воспринимаются на разных расстояниях, и если всё будет сделано как надо, то зритель будет видеть всё «на своих местах».

Кроме всех монокулярных «сигналов» глубины, описанных выше, большинство здоровых людей, видящих на оба глаза, способны ощущать глубину из-за различий в картинках, которые получает каждый глаз. Две картинки обрабатываются зрительной зоной коры головного мозга, комбинируются в одну картинку, причём их дополняют все монокулярные «сигналы» глубины, что даёт человеку хорошее ощущение глубины и расстояния до каждого объекта и поверхности.

В реальном мире каждый глаз получает различную картинку из-за разного положения каждого глаза по отношению к близлежащим объектам. Системы 3D-видения должны дублировать это ощущение, обеспечивая каждый глаз своей версией кадра.

Наблюдатель смотрит на игральную кость. Каждый глаз получает немного отличающуюся перспективу кости.

Чтобы захватить 3D-картину, 3D-камера снимает кадр с костью с перспективы, соответствующей каждому глазу. Чтобы воспроизвести кость в 3D, для каждого глаза выводится своя картинка.

Картинка для каждого глаза соответствует немного отличающейся перспективе кости.

Причём без 3D-очков зритель будет видеть обе картинки на экране.

3D-очки необходимы, чтобы каждый глаз получал картинку, предназначающуюся для него. Если каждый глаз видит картинку, снятую с правильной перспективы, то кость кажется 3D-объектом, располагающимся перед плоскостью дисплея. 3D-картинка создаётся путём вывода отдельной картинки для каждого глаза. Объекты в 3D-видении могут казаться как перед плоскостью монитора, так и за ней. Если горизонтальное смещение картинки для правого и левого глаза сведено к нулю (когда две картинки совпадают на экране), то объект кажется располагающимся на плоскости экрана (хотя воспринимаемая дистанция до объекта может быть иной, чем расстояние до экрана, что связано с фокусным расстоянием объектива камеры и размером экрана). Чтобы создать иллюзию присутствия, и чтобы наш мозг получил такое же восприятие сцены, какое он получил бы при наблюдении сцены нашими собственными глазами, камера должна записывать сцену по отдельности с перспективы каждого глаза. 3D-камеры оснащаются двумя объективами, разнесёнными на несколько сантиметров, но расположенными параллельно друг другу. Некоторые 3D-камеры представляют собой цельную камеру, а другие используют две камеры, каждая с собственным объективом в 3D-конфигурации. Записывая и затем отображая отдельную перспективу сцены для каждого глаза, системы 3D-съёмки и воспроизведения могут воссоздавать сцену в близком соответствии тому, что мы бы увидели, если бы смотрели на неё собственными глазами из того места, где располагалась камера при записи сцены. 3D-анимация создаётся с помощью программ моделирования 3D-объектов. Первой подобный продукт выпустила студия Pixar — анимационный фильм «История игрушек/Toy Story». Персонажи и объекты в фильме были представлены в виде трёхмерных моделей. Конечно, этот фильм затем был отрендерен со стандартными двумерными кадрами. Современные компьютерные игры создаются в схожей манере, но рендеринг выполняется в реальном времени, когда вы играете. Большим преимуществом 3D-анимации является то, что её можно рендерить и просматривать в 3D. Чтобы создать 3D-версию фильма, выполняются два отдельных прохода рендеринга (каждый для своего глаза). Стереоскопическое 3D-видео содержит синхронизированные по времени два канала видео (по одному для каждого глаза). Чтобы смотреть 3D-видео, требуется технология отображения и 3D-очки, которые будут гарантировать, что левый глаз будет получать видео для левого глаза, а правый — для правого. Есть несколько различных технологий, которые позволяют это реализовать, и у каждой технологии есть свои преимущества, недостатки, и своя цена. Стоит только упомянуть 3D-видео, как многие начинают представлять 3D-очки, одна линза у которых синяя, а вторая — красная. Эти очки обеспечивают анаглифический способ просмотра 3D-картинки. Анаглифические изображения создаются с помощью цветовых фильтров, которые удаляют часть видимого спектра из картинки, предназначенной для каждого глаза. При просмотре такой картинки через цветовые фильтры в 3D-очках, каждый глаз получает только ту часть цветового спектра, которая не отфильтровывается линзой. Преимущество анаглифического способа заключается в том, что никакого специального дисплея вам не требуется; любой стандартный 2D-дисплей или телевизор способен выводить анаглифическую трёхмерную картинку. Недостаток у анаглифического 3D очевиден. Страдает визуальное качество, поскольку значительная часть цветового спектра фильтруется из картинки для каждого глаза. 3D-дисплей должен поддерживать вывод двух разных картинок на одном экране. Для этого есть несколько способов. Каждый способ отображения должен сочетаться со своей технологией 3D-очков, чтобы каждый глаз получал только ту картинку, которая для него предназначается. Современные телевизоры и мониторы испускают свет в каждом пикселе, причём в комбинации красных, зелёных и синих волн. Свет, который испускает телевизор или дисплей, можно отфильтровать, чтобы каждый ряд пикселей выдавал свет с одним и тем же направлением светового вектора (вектора поляризации) электромагнитной волны. Кроме линейной поляризации света можно использовать и круговую поляризацию, когда фильтрация выполняется в зависимости от направления вращения вектора поляризации в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны. Таким образом, половина пикселей дисплея благодаря фильтрам могут выдавать видео с поляризацией для одного глаза, а другая половина — с противоположной поляризацией для другого глаза. 3D-дисплеи могут изготавливаться с поляризационными фильтрами, к

Комментарии запрещены.

Поиск