Вам когда-нибудь было интересно узнать, как мы видим окружающий мир трехмерным? На самом деле человек видит каждым глазом плоскую картинку. Возьмите палец и положите его на верхнюю часть монитора, а затем закройте один из глаз. Вы будете поражены, обнаружив, что восприятие глубины, которое вы испытываете, изменилось. Более того, если смотреть в угол экрана и попеременно закрывать левый и правый глаза, то можно увидеть немного разные изображения, которые видит каждый глаз.
Установлено, что эта диспропорция действительно является нашей способностью наблюдать трехмерное изображение. Наш мозг выполняет работу по объединению зрительных образов, поступающих от обоих глаз, и оценке углов, под которыми линии зрения идут от каждого глаза к объекту. Эти данные позволяют мозгу принимать решения о пространственном положении окружающих нас предметов, и мы воспринимаем их как глубину.
Можно предположить, что даже если человек смотрит одним глазом, ощущение объема в норме все равно существует. Разгадка проста — мозг человека всю жизнь хранит данные о форме и взаимном расположении объектов и «создает» величину, когда визуальной информации недостаточно. Можно ли заставить наш мозг воспринимать двухмерную картинку как трехмерную? Ответ — да! Для этого нужно сделать так, чтобы при взгляде на плоскую иллюстрацию каждый глаз мог наблюдать свое собственное изображение. Эти два изображения, каждое из которых предназначено для отдельного глаза, называются стереопарой. Таково общее объяснение большинства известных сегодня технологий стереозрения — видение стереоизображений. Однако существуют и другие подходы, позволяющие каждому глазу видеть только то, что ему предназначено.
Видеть стереоизображение без дополнительного оборудования
Увидеть стереоскопическое изображение можно и без специальных приборов, но для этого необходимо пройти определенную подготовку. Это один из основных недостатков данной техники. Существуют две основные стратегии просмотра: параллельная и перекрестная. Для использования параллельного метода необходимо расфокусировать зрение, чтобы глаза смотрели на разные картинки стереопары. Если проследить направления взгляда глаз, то моно заменить, что они не встречаются в какой-то одной точке, а остаются почти параллельными.
Для того чтобы левый глаз видел правое изображение стереопары, а правый — левое (перекрёстный способ), можно использовать руки. Для этого нужно закрыть правый глаз и положить перед ним левую руку так, чтобы было видно только правое изображение. После этого те же действия необходимо проделать с другим глазом. Таким образом, каждый глаз будет видеть только свое изображение, что и является желаемым результатом!
Стереоскопы
Стереоскоп — инструмент для просмотра стереопар — был изобретен в начале 1800-х годов. С тех пор его конструкция совершенствовалась и улучшалась. Многие люди еще помнят стереоскоп советских времен, представлявший собой небольшой пластиковый контейнер, в котором хранились тонкие слайды стереопар. Внутри стереоскопа размещены специальные линзы и зеркала, позволяющие рассматривать стереопару, не напрягая глаза.
Однако такое устройство подходит только для индивидуального использования, так как имеет только два окуляра, что ограничивает возможность одновременного наблюдения одним человеком. Для просмотра изображения большим количеством людей необходим другой подход.
Анаглифы
В анаглифе используются очки, в которых одна линза красная, а другая — сине-зеленая. Когда вы смотрите через них, каждый глаз видит отдельное изображение, поскольку красный светофильтр блокирует сине-зеленый, и наоборот. Мозг комбинирует эти два изображения, создавая 3D-изображение.
Преимуществами такого подхода являются простота и удобство использования. С другой стороны, при этом теряется часть цветовой информации, и глаза могут быстро уставать.
Чередование кадров
Эта техника предполагает быстрое и поочередное предъявление изображений для левого и правого глаза. При этом используются специальные очки, которые, в свою очередь, затемняют то один, то другой глаз в такт с изображением. Смена кадров происходит настолько быстро, что в силу инерции зрения она практически не ощущается человеческим глазом. Очки подключаются к экрану через ИК-порт или кабель и должны быть синхронизированы с дисплеем. Такой подход возможен только в том случае, если устройство может работать с достаточно высокой частотой кадров; для того чтобы обеспечить комфортную для наблюдателя частоту 60 Гц, устройство должно работать с частотой не менее 120 Гц.
Для ЖК-мониторов может быть использована немного другая технология. Она основана на чересстрочной развертке, при которой один кадр отображается в четных строках, а другой — в нечетных. При этом четные и нечетные полукадры поочередно выводятся на экран, как в телевизоре, а очки синхронизируются с ними. Однако эта технология имеет ряд недостатков, таких как световые потери и снижение частоты или вертикального разрешения.
Лентикулярный пластик
Эта техника построена на концепции объединения механизма для просмотра двумерных изображений с носителем стереоизображения. Это позволяет человеку видеть 3D-эффект без каких-либо дополнительных устройств. Это достигается за счет использования специальной пластины с линзами. Линзы преломляют свет таким образом, что каждый глаз в отдельности получает одн колонку пикселей. Например, левый глаз будет наблюдать все четные клонки, а правый — все нечетные. Изображение для такого просмотра формируется таким образом, чтобы под каждой линзой было по две полосы: одна — от левого, другая — от правого изображения.
К сожалению, эта технология имеет ряд недостатков. Во-первых, горизонтальное разрешение уменьшается вдвое. Затем, эта технология не сможет показать обычное изображение, так как линзы всегда будут отображать его как 3D. Последняя проблема связана с размером 3D-зоны. 3D-изображение будет видно только тогда, когда голова человека находится в этой зоне.
Недостаток этого метода может быть компенсирован системами слежения за зрачком, которые в режиме реального времени корректируют положение линзы, что позволяет значительно увеличить стереозону. Однако такие системы имеют высокую стоимость.
Поляризация
В этом подходе используются характеристики поляризованного света. Левое и правое изображения выводятся на экран с поляризаторами, повернутыми друг к другу на 90 градусов. Зритель надевает очки, каждый из которых пропускает изображение с определенным углом поляризации и блокирует другое. Таким образом, каждый глаз воспринимает свое изображение, и в итоге получается трехмерное изображение.
Поляризация — сложный метод для использования на ЖК-панелях, так как требует применения небольших поляризационных фильтров к каждому пикселю, что является непростым процессом. Поэтому этот метод не используется на ЖК-мониторах, а только в проекционных системах.
Проекторы с функцией 3D
При работе со стереопроекторами существует несколько способов получения динамического стереоизображения. Подходы могут быть разными, поэтому не существует какого-то одного, наиболее эффективного. Однако очень важно учитывать недостатки каждого метода, прежде чем сделать выбор.
Анаглифная технология — самый простой и экономичный способ просмотра 3D-изображений. Он не требует специального проектора. Наиболее удобным видом 3D является поляризационная технология. Раньше для этого использовались два проектора (для левого и правого изображения), но было достаточно сложно точно наложить изображения с двух проекторов. Теперь эта проблема решена. Современные 3D проекторы могут справиться с этой задачей самостоятельно благодаря повышенной проекционной мощности и способности выводить как 3D, так и обычное видео. Кроме того, существуют также стереопроекторы с затворной технологией, которые иногда оказываются лучшим выбором.
Вполне вероятно, что в ближайшем будущем все мы станем обладателями аудиовизуальных систем 3D в качестве альтернативы обычным телевизорам. Уже сейчас у вас есть возможность воспользоваться преимуществами существующих стереотехнологий.
Области применения
К сожалению, в настоящее время не представляется возможным заменить каждое плоское изображение на трехмерное, однако существует множество отраслей, в которых стереоскопические изображения могут принести значительную пользу.
- Медицина. Использование стереотехнологии позволяет более точно визуализировать внутренние органы, отслеживать процессы в организме, оценивать результаты операций и лапароскопических вмешательств, а также оказывает неоценимую помощь в пластической хирургии.
- Строительство. Благодаря стереотехнологиям появилась возможность представить себе дом еще до его строительства, увидеть, как он будет вписываться в ландшафт, заглянуть в интерьеры и даже виртуально проследить за работой вентиляционной системы.
- Геология и нефтяная промышленность. Стереовидение позволяет лучше понять, что находится под поверхностью Земли, оценить расположение ценных минералов, обследовать шахты и подземные резервуары.
- Презентации и продвижение. Трехмерные изображения придадут обычным предметам особое впечатление, позволяя совершить подробный экскурс в происхождение продукта и особенности его использования.
- Досуг. 3D-игры, парки развлечений и аттракционы, театры и музеи — вот неполный перечень мест, где можно эффективно использовать стереоизображения.
Конечно, этот список нельзя считать исчерпывающим. Однако он позволяет получить общее представление о том, насколько стереотехнологии могут помочь в решении задач, связанных с пространственным изображением.
