Стереоскопия
Стереоскопия (также называемая стереоскопией или стереоизображением ) — это метод создания или усиления иллюзии глубины изображения с помощью стереопсиса для бинокулярного зрения . [2] Слово «стереоскопия» происходит от греческого στερεός (stereos) «твердый, твердый» и σκοπέω (skopeō) «смотреть, видеть». [3] [4] Любое стереоскопическое изображение называется стереограммой . Первоначально стереограмма обозначала пару стереоизображений, которые можно было просмотреть с помощью стереоскопа .
пару двумерных Большинство стереоскопических методов представляют зрителю изображений. Левое изображение представляется левому глазу, а правое изображение — правому глазу. При просмотре человеческий мозг воспринимает изображения как единое трехмерное изображение, давая зрителю ощущение трехмерной глубины. Однако 3D-эффекту не хватает должной глубины фокуса, что приводит к конфликту вергенции и аккомодации .
Стереоскопия отличается от других типов 3D-дисплеев , которые отображают изображение в трех полномерных измерениях , что позволяет наблюдателю увеличивать информацию об отображаемых трехмерных объектах с помощью движений головы и глаз .
Предыстория [ править ]
Стереоскопия создает иллюзию трехмерной глубины из пары двухмерных изображений. [5] Человеческое зрение, в том числе восприятие глубины, представляет собой сложный процесс, который только начинается с приобретения зрительной информации, воспринимаемой глазами; В мозгу происходит большая обработка информации, поскольку он пытается осмыслить необработанную информацию. Одна из функций мозга при интерпретации того, что видят глаза, — это оценка относительного расстояния объектов от зрителя и глубины этих объектов. Сигналы , которые мозг использует для измерения относительных расстояний и глубины воспринимаемой сцены, включают: [6]
- Вергентность
- Размещение
- Стереопсис
- Окклюзия – перекрытие одного объекта другим.
- Сдвинутый угол обзора объекта известного размера
- Линейная перспектива (схождение параллельных ребер)
- Вертикальное положение (объекты, расположенные ближе к горизонту в сцене, обычно воспринимаются как более удаленные)
- Дымка или контраст, насыщенность и цвет, большее расстояние обычно связано с большей дымкой, обесцвечиванием и сдвигом в сторону синего цвета.
- Изменение размера деталей текстурированного рисунка.
(Все, кроме первых двух из вышеперечисленных сигналов, существуют в традиционных двумерных изображениях, таких как картины, фотографии и телевидение.) [7]
Стереоскопия — это создание иллюзии глубины на фотографии , фильме или другом двухмерном изображении путем представления каждому глазу слегка отличающегося изображения , что добавляет первый из этих сигналов ( стереопсис ). Затем два изображения объединяются в мозгу, чтобы создать ощущение глубины. Поскольку все точки изображения, полученного с помощью стереоскопии, фокусируются в одной плоскости независимо от их глубины в исходной сцене, второй сигнал, фокус, не дублируется, и поэтому иллюзия глубины является неполной. Есть также в основном два эффекта стереоскопии, которые неестественны для человеческого зрения: (1) несоответствие между конвергенцией и аккомодацией, вызванное разницей между воспринимаемым положением объекта перед или за дисплеем или экраном и реальным источником этого света. ; и (2) возможные перекрестные помехи между глазами, вызванные несовершенным разделением изображений в некоторых методах стереоскопии.
Хотя термин «3D» используется повсеместно, представление двойных 2D-изображений заметно отличается от отображения изображения в трех полномерных измерениях . Наиболее заметное отличие состоит в том, что в случае «3D» дисплеев движения головы и глаз наблюдателя не меняют полученную информацию о просматриваемых трехмерных объектах. Голографические дисплеи и объемные дисплеи не имеют этого ограничения. Точно так же, как невозможно воссоздать полное трехмерное звуковое поле с помощью всего лишь двух стереофонических динамиков, было бы преувеличением называть двойное 2D-изображение «3D». Точный термин «стереоскопический» более громоздкий, чем распространенное неправильное название «3D», которое укоренилось в течение многих десятилетий бесспорного неправильного использования. Хотя большинство стереоскопических дисплеев не квалифицируются как настоящие 3D-дисплеи, все настоящие 3D-дисплеи также являются стереоскопическими дисплеями, поскольку они также соответствуют более низким критериям.
Большинство 3D-дисплеев используют этот стереоскопический метод для передачи изображений. Впервые его изобрел сэр Чарльз Уитстон в 1838 году. [8] [9] и улучшен сэром Дэвидом Брюстером , который создал первое портативное устройство для просмотра 3D. [10]
Первоначально Уитстон использовал свой стереоскоп (довольно громоздкое устройство). [11] с рисунками, поскольку фотография еще не была доступна, однако его оригинальная статья, похоже, предвидит развитие метода реалистичного изображения: [12]
В целях иллюстрации я использовал только контурные фигуры, поскольку, если бы была введена либо штриховка, либо окраска, можно было бы предположить, что эффект был полностью или частично обусловлен этими обстоятельствами, тогда как, оставляя их вне рассмотрения, не остается места для сомнений. что весь эффект облегчения обусловлен одновременным восприятием двух монокулярных проекций, по одной на каждой сетчатке. Но если требуется получить максимально точное сходство с реальными объектами, для усиления эффекта можно правильно использовать затенение и окраску. Пристальное внимание позволило бы художнику нарисовать и раскрасить две составные картины так, чтобы представить разуму наблюдателя в результирующем восприятии полную идентичность с изображаемым объектом. Цветы, кристаллы, бюсты, вазы, инструменты различного рода и т. д. могут быть изображены таким образом, чтобы их нельзя было отличить на глаз от самих реальных предметов. [8]
Стереоскопия используется в фотограмметрии , а также в развлекательных целях путем создания стереограмм. Стереоскопия полезна при просмотре изображений, полученных на основе больших многомерных наборов данных, например, полученных на основе экспериментальных данных. Современная промышленная трехмерная фотография может использовать 3D-сканеры для обнаружения и записи трехмерной информации. [13] Трехмерную информацию о глубине можно восстановить из двух изображений с помощью компьютера путем сопоставления пикселей в левом и правом изображениях. [14] Решение проблемы соответствия в области компьютерного зрения направлено на создание значимой информации о глубине из двух изображений.
Визуальные требования [ править ]
Анатомически три уровня бинокулярного зрения для просмотра стереоизображений необходимы :
- Одновременное восприятие
- Fusion (бинокулярное «единое» зрение)
- Стереопсис
Эти функции развиваются в раннем детстве. У некоторых людей с косоглазием нарушается развитие стереопсиса, однако ортоптическое можно использовать для улучшения бинокулярного зрения лечение . человека Стереозоркость [15] определяет минимальное несоответствие изображения, которое они могут воспринимать как глубину. Считается, что около 12% людей не могут правильно видеть 3D-изображения из-за различных заболеваний. [16] [17] Согласно другому эксперименту, до 30% людей имеют очень слабое стереоскопическое зрение, что не позволяет им воспринимать глубину, основанную на стереонесоответствии. Это сводит на нет или значительно уменьшает для них эффекты стерео погружения. [18]
Стереоскопическое изображение может быть искусственно создано мозгом зрителя, как показано на примере эффекта Ван Хэйра , когда мозг воспринимает стереоизображения, даже если парные фотографии идентичны. Эта «ложная размерность» возникает из-за развитой стереоостроты мозга, позволяющей зрителю заполнять подробную информацию даже тогда, когда в парных изображениях на самом деле мало трехмерных сигналов, если они вообще имеются, в парных изображениях.
Рядом [ править ]
Традиционная стереоскопическая фотография заключается в создании трехмерной иллюзии, начиная с пары двухмерных изображений — стереограммы. Самый простой способ улучшить восприятие глубины в мозгу — предоставить глазам зрителя два разных изображения, представляющих две перспективы одного и того же объекта, с небольшим отклонением, равным или почти равным перспективам, которые оба глаза естественным образом получают при бинокулярном зрении. .
красно-голубые 3D- очки. Для правильного просмотра изображения рекомендуется использовать 
Чтобы избежать зрительного напряжения и искажений, каждое из двух 2D-изображений должно быть представлено зрителю так, чтобы любой объект на бесконечном расстоянии воспринимался глазом как находящийся прямо перед собой, а глаза зрителя не скрещивались и не расходились. Если на изображении нет объекта на бесконечном расстоянии, например горизонта или облака, изображения следует расположить соответственно ближе друг к другу.
Преимуществами параллельных средств просмотра являются отсутствие уменьшения яркости, что позволяет отображать изображения с очень высоким разрешением и в полном цветовом спектре, простота создания и практически не требуется дополнительная обработка изображений. В некоторых случаях, например, когда пара изображений представлена для бесплатного просмотра, никакое устройство или дополнительное оптическое оборудование не требуется.
Принципиальным недостатком параллельных средств просмотра является то, что отображение больших изображений непрактично, а разрешение ограничено меньшим из средств отображения или человеческого глаза. Это связано с тем, что по мере увеличения размеров изображения либо устройство просмотра, либо сам зритель должны отодвигаться пропорционально дальше от него, чтобы комфортно его рассматривать. Приблизиться к изображению, чтобы увидеть больше деталей, можно было бы только с помощью оборудования для просмотра, которое адаптировалось к разнице.
Бесплатный просмотр [ править ]
Freeviewing — это просмотр пары изображений рядом друг с другом без использования устройства просмотра. [2]
Для бесплатного просмотра доступны два метода: [15] [19]
- Метод параллельного просмотра использует пару изображений, в которой изображение для левого глаза находится слева, а изображение для правого глаза — справа. Объединенное трехмерное изображение кажется больше и дальше, чем два реальных изображения, что позволяет убедительно имитировать сцену в натуральную величину. Зритель пытается просмотреть изображения практически параллельными глазами, как если бы он смотрел на реальную сцену. При нормальном зрении это может быть затруднительно, поскольку фокус глаз и бинокулярная конвергенция обычно скоординированы. Один из подходов к разделению этих двух функций состоит в том, чтобы рассмотреть пару изображений очень близко с полностью расслабленными глазами, не пытаясь четко сфокусироваться, а просто добиваясь комфортного стереоскопического слияния двух размытых изображений с помощью подхода «сквозного просмотра», и только после этого прилагая усилия, чтобы сфокусировать их более четко, увеличивая при необходимости расстояние просмотра. Независимо от используемого подхода и носителя изображения, для комфортного просмотра и стереоскопической точности размер и расстояние между изображениями должны быть такими, чтобы соответствующие точки очень удаленных объектов сцены находились на таком же расстоянии, что и глаза зрителя, но не более; среднее межглазное расстояние около 63 мм. Просмотр гораздо более удаленных друг от друга изображений возможен, но поскольку при обычном использовании глаза никогда не расходятся, это обычно требует некоторой предварительной подготовки и может вызвать напряжение глаз.
- Метод просмотра с косоглазием меняет местами изображения для левого и правого глаза так, чтобы они были правильно видны косоглазию: левый глаз просматривает изображение справа, и наоборот. Объединенное трехмерное изображение кажется меньше и ближе, чем реальные изображения, поэтому крупные объекты и сцены кажутся миниатюрными. Этот метод обычно проще для новичков в бесплатном просмотре. Чтобы облегчить слияние, кончик пальца можно поместить чуть ниже границы между двумя изображениями, а затем медленно поднести прямо к глазам зрителя, удерживая взгляд направленным на кончик пальца; на определенном расстоянии слитное трехмерное изображение должно казаться парящим прямо над пальцем. В качестве альтернативы аналогичным образом можно использовать лист бумаги с вырезанным в нем небольшим отверстием; при правильном расположении между парой изображений и глазами зрителя будет казаться, что он создает небольшое трехмерное изображение.
Призматические самомаскирующиеся очки теперь используются некоторыми сторонниками косоглазия. Это уменьшает требуемую степень сходимости и позволяет отображать большие изображения. Однако любое средство наблюдения, в котором используются призмы, зеркала или линзы для облегчения слияния или фокусировки, представляет собой просто разновидность стереоскопа, исключенную из обычного определения свободного просмотра.
Стереоскопическое слияние двух отдельных изображений без помощи зеркал или призм и одновременное удержание их в резком фокусе без помощи подходящих линз неизбежно требует неестественной комбинации конвергенции глаз и аккомодации . Поэтому простой свободный просмотр не может точно воспроизвести физиологические сигналы глубины реального просмотра. Разные люди могут испытывать разную степень легкости и комфорта в достижении концентрации внимания и хорошей концентрации, а также разную склонность к утомлению или напряжению глаз.
Автостереограмма [ править ]
Автостереограмма — это стереограмма одного изображения (СИС), предназначенная для создания иллюзии трехмерной 3D ( визуальной ) сцены внутри человеческого мозга из внешнего двухмерного изображения. Чтобы воспринимать трехмерные формы на этих автостереограммах, необходимо преодолеть обычно автоматическую координацию между фокусировкой и вергенцией .
Стереоскоп и стереографические карты [ править ]
Стереоскоп — это, по сути, инструмент, в котором одновременно предъявляются две фотографии одного и того же объекта, сделанные под несколько разными углами, по одной на каждый глаз. Простой стереоскоп ограничен размером изображения, которое можно использовать. В более сложном стереоскопе используется пара горизонтальных устройств, подобных перископу , что позволяет использовать изображения большего размера, которые могут предоставлять более подробную информацию в более широком поле зрения. Исторические стереоскопы, такие как стереоскопы Холмса, можно купить как антиквариат.
Прозрачные зрители [ править ]
Некоторые стереоскопы предназначены для просмотра прозрачных фотографий на пленке или стекле, известных как прозрачные пленки или диапозитивы и обычно называемые слайдами . Некоторые из первых изображений стереоскопа, выпущенных в 1850-х годах, были сделаны на стекле. В начале 20 века предметные стекла размером 45х107 мм и 6х13 см были обычным форматом для любительской стереофотографии, особенно в Европе. В последующие годы использовались несколько форматов фильмов. Наиболее известными форматами для коммерческих стереопросмотров на пленке являются Tru-Vue , представленный в 1931 году, и View-Master , представленный в 1939 году и до сих пор находящийся в производстве. Для любительских стереослайдов формат Stereo Realist , представленный в 1947 году, является наиболее распространенным.
Головные дисплеи [ править ]
Пользователь обычно носит шлем или очки с двумя небольшими ЖК- или OLED- дисплеями с увеличительными линзами, по одному на каждый глаз. Эту технологию можно использовать для показа стереофильмов, изображений или игр, а также для создания виртуального дисплея. Головные дисплеи также могут быть соединены с устройствами слежения за движением головы, что позволяет пользователю «осматривать» виртуальный мир, перемещая голову, устраняя необходимость в отдельном контроллере. Выполнение этого обновления достаточно быстро, чтобы не вызвать тошноту у пользователя, требует большого объема компьютерной обработки изображений. Если используется шестиосное определение положения (направление и положение), пользователь может передвигаться в пределах ограничений используемого оборудования. Благодаря быстрому развитию компьютерной графики и продолжающейся миниатюризации видео и другого оборудования эти устройства становятся доступными по более разумной цене.
Для просмотра прозрачного изображения, наложенного на реальный мир, можно использовать очки, крепящиеся на голову, или носимые очки, создавая так называемую дополненную реальность . Это достигается путем отражения видеоизображений через частично отражающие зеркала. Реальная картина мира видна через отражающую поверхность зеркал. В играх использовались экспериментальные системы, в которых виртуальные противники могут выглядывать из реальных окон, пока игрок перемещается. Ожидается, что этот тип системы будет иметь широкое применение при обслуживании сложных систем, поскольку он может дать технику то, что фактически является «рентгеновским зрением», сочетая компьютерную графику визуализации скрытых элементов с естественным зрением техника. Кроме того, на это же оборудование могут передаваться технические данные и принципиальные схемы, что устраняет необходимость получать и носить с собой объемные бумажные документы.
Ожидается, что расширенное стереоскопическое зрение также найдет применение в хирургии, поскольку оно позволяет сочетать рентгенографические данные ( КТ и МРТ ) со зрением хирурга.
Виртуальные дисплеи сетчатки [ править ]
Виртуальный дисплей сетчатки (VRD), также известный как дисплей сканирования сетчатки (RSD) или ретинальный проектор (RP), не путать с « дисплеем Retina », представляет собой технологию отображения, которая рисует растровое изображение (например, телевизионное изображение). ) непосредственно на сетчатку глаза. Пользователь видит перед собой нечто вроде обычного дисплея, плавающего в пространстве. Для настоящей стереоскопии каждый глаз должен быть снабжен собственным дискретным дисплеем. Чтобы создать виртуальный дисплей, который занимает достаточно большой угол обзора, но не требует использования относительно больших линз или зеркал, источник света должен располагаться очень близко к глазу. Чаще всего предлагается контактная линза, включающая один или несколько полупроводниковых источников света. По состоянию на 2013 год включение подходящих средств сканирования световых лучей в контактные линзы все еще остается очень проблематичным, как и альтернатива внедрению достаточно прозрачного массива из сотен тысяч (или миллионов, для разрешения HD) точно выровненных источников света. коллимированный свет.
3D-зрители [ править ]
Существует две категории технологий 3D-просмотра: активные и пассивные. У активных зрителей есть электроника, которая взаимодействует с дисплеем. Пассивные зрители фильтруют постоянные потоки бинокулярной информации к соответствующему глазу.
Активный [ править ]
Системы жалюзи [ править ]
Система затвора работает путем открытого представления изображения, предназначенного для левого глаза, при этом блокируя обзор правого глаза, затем представления изображения для правого глаза, блокируя при этом левый глаз, и повторяя это так быстро, что прерывания не мешают воспринимаемому слиянию изображений. два изображения в одно 3D-изображение. Обычно используются жидкокристаллические очки с затвором. Стекло каждого глаза содержит слой жидких кристаллов, который имеет свойство темнеть при подаче напряжения, а в остальном является прозрачным. Очки управляются сигналом синхронизации, который позволяет очкам попеременно затемняться то над одним глазом, то над другим, синхронно с частотой обновления экрана. Основным недостатком активных затворов является то, что большинство 3D-видео и фильмов были сняты с одновременным просмотром слева и справа, поэтому возникает «временной параллакс» для всего, что движется вбок: например, человека, идущего со скоростью 3,4 мили в час, будет видно 20% слишком близко или на 25 % слишком далеко в последнем случае проекции 2x60 Гц.
Пассивный [ править ]
Поляризационные системы [ править ]
Для представления стереоскопических изображений два изображения проецируются на один и тот же экран через поляризационные фильтры или отображаются на дисплее с поляризационными фильтрами. Для проецирования используется серебряный экран, чтобы сохранить поляризацию. На большинстве пассивных дисплеев каждый второй ряд пикселей поляризован для того или иного глаза. [20] Этот метод также известен как чересстрочный. Зритель носит недорогие очки, которые также содержат пару фильтров с противоположной поляризацией. Поскольку каждый фильтр пропускает только свет с одинаковой поляризацией и блокирует свет с противоположной поляризацией, каждый глаз видит только одно из изображений, и эффект достигается.
Системы фильтрации помех [ править ]
В этом методе используются определенные длины волн красного, зеленого и синего цветов для правого глаза и разные длины волн красного, зеленого и синего цветов для левого глаза. Очки, которые отфильтровывают очень специфические длины волн, позволяют пользователю видеть полноцветное трехмерное изображение. Он также известен как спектральная гребенчатая фильтрация , мультиплексная визуализация по длине волны или суперанаглиф . Dolby 3D использует этот принцип. В системе Omega 3D/ Panavision 3D также используется улучшенная версия этой технологии. [21] В июне 2012 года система Omega 3D/Panavision 3D была прекращена компанией DPVO Theatrical, которая продавала ее от имени Panavision, сославшись на «сложные условия глобальной экономики и рынка 3D».
Цветные анаглифные системы [ править ]
Анаглиф 3D — это название стереоскопического 3D-эффекта, достигаемого посредством кодирования изображения каждого глаза с использованием фильтров разных (обычно хроматически противоположных) цветов, обычно красного и голубого . Можно использовать красно-голубые фильтры, поскольку наши системы обработки зрения используют сравнение красного и голубого, а также синего и желтого для определения цвета и контуров объектов. Анаглифные 3D-изображения содержат два цветных изображения с разной фильтрацией, по одному для каждого глаза. При просмотре через «анаглифические очки» с «цветной кодировкой» каждое из двух изображений достигает одного глаза, открывая интегрированное стереоскопическое изображение. Зрительная кора головного мозга объединяет это в восприятие трехмерной сцены или композиции. [22]
Система глубины цветности [ править ]
Процедура ChromaDepth компании American Paper Optics основана на том факте, что с помощью призмы цвета разделяются в разной степени. Очки ChromaDepth содержат специальную смотровую пленку, состоящую из микроскопически маленьких призм. Это приводит к тому, что изображение будет переведено на определенную величину, которая зависит от его цвета. Если теперь использовать призматическую фольгу для одного глаза, но не для другого глаза, то два видимых изображения - в зависимости от цвета - будут более или менее широко разделены. Из этой разницы мозг производит пространственное впечатление. Преимущество этой технологии заключается, прежде всего, в том, что изображения ChromaDepth можно без проблем рассматривать даже без очков (таким образом, в двухмерном виде) (в отличие от двухцветного анаглифа). Однако цвета доступны лишь ограниченно, поскольку они содержат информацию о глубине изображения. Если изменить цвет объекта, то наблюдаемое расстояние до него также изменится. [23]
Метод Пульфриха [ править ]
Эффект Пульфриха основан на том факте, что человеческий глаз медленнее обрабатывает изображения при меньшем освещении, например, при просмотре через темную линзу. [24] Поскольку эффект Пульфриха зависит от движения в определенном направлении, создающего иллюзию глубины, он бесполезен в качестве общего стереоскопического метода. Например, его нельзя использовать для отображения неподвижного объекта, явно выходящего на экран или за его пределы; аналогично объекты, движущиеся вертикально, не будут восприниматься как движущиеся в глубину. Случайное движение объектов создаст ложные артефакты, и эти случайные эффекты будут рассматриваться как искусственная глубина, не связанная с фактической глубиной сцены.
Формат больше/меньше [ править ]
Стереоскопический просмотр достигается путем размещения пары изображений одно над другим. Для формата «больше/меньше» созданы специальные средства просмотра, которые слегка наклоняют правое зрение вверх, а левое — вниз. Самый распространенный вариант с зеркалами — View Magic. Еще один с призматическими очками — просмотрщик KMQ . [25] Недавним примером использования этой техники является проект openKMQ. [26]
Другие способы отображения без просмотра [ править ]
Аутостереоскопия [ править ]
В технологиях автостереоскопического отображения используются оптические компоненты дисплея, а не носимые пользователем, чтобы каждый глаз мог видеть разные изображения. Поскольку головной убор не требуется, его еще называют «3D без очков». Оптика разделяет изображения по направлению к глазам зрителя, поэтому геометрия просмотра дисплея требует ограниченных положений головы, которые обеспечивают стереоскопический эффект. Автомультископические дисплеи обеспечивают несколько изображений одной и той же сцены, а не только два. Каждый вид виден с разных позиций перед дисплеем. Это позволяет зрителю перемещаться влево-вправо перед дисплеем и видеть правильное изображение из любого положения. Технология включает в себя два широких класса дисплеев: те, которые используют отслеживание головы, чтобы гарантировать, что каждый из двух глаз зрителя видит другое изображение на экране, и те, которые отображают несколько изображений, поэтому дисплею не нужно знать, где находятся зрители. ' глаза направлены. Примеры технологии автостереоскопических дисплеев включают в себя: двояковыпуклая линза , параллаксный барьер , объемный дисплей , голография и светового поля дисплеи .
Голография [ править ]
Лазерная голография в своей первоначальной «чистой» форме фотографической передающей голограммы — единственная из созданных на данный момент технологий, которая может воспроизводить объект или сцену с такой полной реалистичностью, что воспроизведение визуально неотличимо от оригинала при исходных условиях освещения. [ нужна ссылка ] Он создает световое поле , идентичное тому, которое исходило от исходной сцены, с параллаксом по всем осям и очень широким углом обзора. Глаз по-разному фокусирует объекты на разных расстояниях, при этом детали объекта сохраняются вплоть до микроскопического уровня. Эффект точно такой же, как если бы вы смотрели в окно. К сожалению, эта «чистая» форма требует, чтобы объект был освещен лазером и был полностью неподвижен — с точностью до незначительной доли длины волны света — во время фотографической экспозиции, и для правильного просмотра результатов необходимо использовать лазерный свет. Большинство людей никогда не видели передающую голограмму с лазерной подсветкой. Часто встречающиеся типы голограмм серьезно ухудшают качество изображения, поэтому для просмотра можно использовать обычный белый свет, а при исследовании живых объектов почти всегда прибегают к неголографическим промежуточным процессам визуализации в качестве альтернативы использованию мощных и опасных импульсных лазеров. сфотографирован.
Хотя первоначальные фотографические процессы оказались непрактичными для общего использования, комбинация компьютерных голограмм (CGH) и оптоэлектронных голографических дисплеев, разрабатываемых в течение многих лет, может трансформировать несбыточную мечту полувековой давности о голографическом 3D. телевидение в реальность; до сих пор, однако, большой объем вычислений, необходимый для создания только одной подробной голограммы, и огромная полоса пропускания, необходимая для передачи их потока, ограничивали эту технологию исследовательской лабораторией.
В 2013 году компания LEIA Inc из Кремниевой долины начала производство голографических дисплеев, хорошо подходящих для мобильных устройств (часов, смартфонов или планшетов), использующих многонаправленную подсветку и обеспечивающих широкий с полным параллаксом угол обзора для просмотра 3D- контента без необходимости использования очки. [27]
Объемные дисплеи [ править ]
Объемные дисплеи используют некоторый физический механизм для отображения точек света внутри объема. Такие дисплеи используют вокселы вместо пикселей . К объемным дисплеям относятся многоплоскостные дисплеи, которые имеют несколько совмещенных плоскостей отображения, и дисплеи с вращающейся панелью, где вращающаяся панель перемещает объем.
Были разработаны и другие технологии для проецирования световых точек в воздухе над устройством. Инфракрасный лазер фокусируется на пункте назначения в космосе, создавая небольшой пузырь плазмы, излучающий видимый свет.
Интегральная визуализация [ править ]
Интегральная визуализация — это метод создания 3D-дисплеев, которые являются как автостереоскопическими , так и мультископическими . Это означает, что 3D-изображение просматривается без использования специальных очков, и при просмотре с позиций, различающихся по горизонтали или вертикали, видны различные аспекты. Это достигается за счет использования массива микролинз (похожего на двояковыпуклую линзу , но массива X–Y или «глаза мухи», в котором каждая линза обычно формирует собственное изображение сцены без помощи объектива большего размера ) или точечных отверстий для захватывайте и отображайте сцену в виде четырехмерного светового поля , создавая стереоскопические изображения, демонстрирующие реалистичные изменения параллакса и перспективы, когда зритель перемещается влево, вправо, вверх, вниз, ближе или дальше.
Интегральная визуализация технически не может быть разновидностью автостереоскопии, поскольку автостереоскопия по-прежнему подразумевает создание двух изображений.
Покачивающаяся стереоскопия [ править ]
Стереоскопия покачивания — это метод отображения изображений, достигаемый путем быстрого попеременного отображения левой и правой сторон стереограммы. в формате анимированного GIF-файла Их можно найти в Интернете , онлайн-примеры можно увидеть в коллекции стереограмм Нью-Йоркской публичной библиотеки . Архивировано 25 мая 2022 года в Wayback Machine . Техника также известна как «Пику-Пику». [28]
стереофотографии Техники
Для стереофотографии общего назначения, целью которой является дублирование естественного человеческого зрения и создание визуального впечатления, максимально приближенного к реальному, правильная базовая линия (расстояние между местом съемки правого и левого изображений) будет такой же, как и расстояние между глазами. [29] Когда изображения, сделанные с такой базовой линией, просматриваются с использованием метода просмотра, который дублирует условия, при которых было сделано изображение, результатом будет изображение, почти такое же, как то, которое можно было бы увидеть на месте, где была сделана фотография. Это можно было бы назвать «ортостерео».
Однако существуют ситуации, в которых может быть желательно использовать более длинную или короткую базовую линию. Факторы, которые следует учитывать, включают используемый метод просмотра и цель съемки. Концепция базовой линии также применима к другим областям стереоографии, таким как стереорисунки и стереоизображения, созданные компьютером , но она предполагает выбранную точку зрения, а не фактическое физическое разделение камер или объективов.
Стерео окно [ править ]
Понятие стереоокна всегда важно, поскольку окно представляет собой стереоскопическое изображение внешних границ левого и правого ракурсов, составляющих стереоскопическое изображение. Если перед ним поместить какой-либо предмет, отрезанный боковыми сторонами окна, возникает эффект неестественный и нежелательный, это называется «нарушением окна». Лучше всего это можно понять, вернувшись к аналогии с реальным физическим окном. Таким образом, существует противоречие между двумя разными признаками глубины: некоторые элементы изображения скрыты окном, так что окно кажется ближе, чем эти элементы, и те же элементы изображения кажутся ближе, чем окно. Таким образом, стереоокно всегда должно быть отрегулировано, чтобы избежать нарушений окна и предотвратить дискомфорт зрителя из-за противоречивых сигналов глубины.
Некоторые предметы можно увидеть перед окном, поскольку они не доходят до боковых сторон окна. Но эти объекты нельзя рассматривать слишком близко, так как всегда существует предел диапазона параллакса для комфортного просмотра.
Если сцена просматривается через окно, вся сцена обычно находится за окном (при условии параллельного просмотра, при этом левые изображения видны левым глазом и наоборот). Если сцена находится далеко, она будет находиться на некотором расстоянии за окном; если оно рядом, то кажется, что оно находится прямо за окном. Объект меньшего размера, чем само окно, может даже пройти через окно и частично или полностью появиться перед ним. То же самое относится и к части более крупного объекта, меньшей, чем окно. Цель настройки стереоокна — дублировать этот эффект.
Поэтому расположение окна по отношению ко всему изображению необходимо отрегулировать так, чтобы большая часть изображения была видна за окном. В случае просмотра на 3D-телевизоре окно проще разместить перед изображением, а окно расположить в плоскости экрана.
Напротив, в случае проецирования на гораздо больший экран гораздо лучше установить окно перед экраном (это называется «плавающее окно»), например, так, чтобы его просматривали на расстоянии около двух метров зрители сидят в первом ряду. Поэтому эти люди обычно видят фон изображения в бесконечности. Конечно, зрители, сидящие за ним, будут видеть окно более дальним, но если изображение сделано в нормальных условиях, так что зрители первого ряда видят этот фон в бесконечности, то остальные зрители, сидящие сзади, тоже будут видеть этот фон в дальнем углу. бесконечен, поскольку параллакс этого фона равен среднему межглазному расстоянию человека.
Всю сцену, включая окно, можно перемещать вперед или назад по глубине путем горизонтального сдвига изображений для левого и правого глаза относительно друг друга. Перемещение одного или обоих изображений от центра приведет к удалению всей сцены от зрителя, тогда как перемещение одного или обоих изображений к центру переместит всю сцену к зрителю. Это возможно, например, если для этой проекции использовать два проектора.
В стереофотосъемке настройка окна осуществляется путем смещения / обрезки изображений, в других формах стереоскопии, таких как рисунки и изображения, созданные компьютером, окно встроено в дизайн изображений по мере их создания.
Изображения можно творчески обрезать, чтобы создать стереоокно, которое не обязательно имеет прямоугольную форму или лежит на плоской плоскости, перпендикулярной лучу зрения зрителя. Края стереорамки могут быть прямыми или изогнутыми и при просмотре в 3D могут течь к зрителю или от него и через сцену. Эти разработанные стереорамки могут помочь подчеркнуть определенные элементы стереоизображения или стать художественным компонентом стереоизображения.
В параллельном методе свободного просмотра или 3D-просмотре с помощью очков/стереоскопа «нарушения окна» могут относиться к объектам, которые обрезаны за пределами фокальной плоскости или экрана (как если бы вы смотрели на часть большого объекта, заполняющего узкое окно). Однако большинство нарушений окон относятся к объектам, просматриваемым в перекрестном виде («всплывающие окна», когда объект появляется перед фокальной плоскостью или экраном; правое изображение для левого глаза и наоборот), когда части объекта кажутся физически обрезанными; представьте себе большой объект, высунутый через маленькое окно так, что его края буквально отрезаны. Это критическое традиционное нарушение окна перед окном (между зрителем и экраном), и оно наиболее дезориентирует, поскольку части всплывающего объекта кажутся отсутствующими, а не просто скрытыми, как это было бы с объектами с параллельным просмотром за пределами окна. окно (глубина).
Использует [ править ]
Хотя стереоскопические изображения обычно использовались для развлечения, в том числе стереографические карты , 3D-фильмы , 3D-телевидение , стереоскопические видеоигры , [30] печать с использованием анаглифов и картинок, плакатов и книг автостереограмм , существуют и другие применения этой технологии.
Искусство [ править ]
Сальвадор Дали создал несколько впечатляющих стереограмм в своих исследованиях различных оптических иллюзий. Среди других стереохудожников — Зои Белофф, Кристофер Шнебергер, Ребекка Хакеманн, Уильям Кентридж и Джим Нотен. [31] Красно-голубые анаглифные стереоскопические изображения также были нарисованы вручную. [32]
Образование [ править ]
В 19 веке стало понятно, что стереоскопические изображения дают людям возможность увидеть места и вещи вдалеке, и было подготовлено множество туристических наборов, а также опубликованы книги, позволяющие людям узнавать о географии, науке, истории и других предметах. [33] Такое использование продолжалось до середины 20-го века, когда компания Keystone View производила карты до 1960-х годов.
красно-голубые 3D- очки. Для правильного просмотра изображения рекомендуется использовать Исследование космоса [ править ]
Марсоходы Mars Exploration Rovers , запущенные НАСА в 2003 году для исследования поверхности Марса , оснащены уникальными камерами, которые позволяют исследователям просматривать стереоскопические изображения поверхности Марса.
Две камеры, составляющие Pancam каждого марсохода , расположены на высоте 1,5 м над поверхностью земли, на расстоянии 30 см друг от друга с углом схождения 1 градус. Это позволяет превращать пары изображений в полезные с научной точки зрения стереоскопические изображения, которые можно просматривать как стереограммы, анаглифы или обрабатывать в компьютерные 3D-изображения. [34]
Возможность создавать реалистичные 3D-изображения с помощью пары камер на высоте примерно человеческого роста дает исследователям более глубокое понимание природы просматриваемых ландшафтов. В условиях отсутствия туманной атмосферы и знакомых ориентиров люди полагаются на стереоскопические данные для определения расстояния. Поэтому точки обзора одной камеры труднее интерпретировать. Стереоскопические системы с несколькими камерами, такие как Pancam, решают эту проблему при беспилотном исследовании космоса.
Клиническое использование
Стереокарты и вектограммы используются оптометристами , офтальмологами , ортоптистами и зрительными терапевтами при диагностике и лечении бинокулярного зрения и нарушений аккомодации . [35]
Математическое, научное использование и инженерное
Стереопарные фотографии предоставили возможность трехмерной (3D) визуализации аэрофотоснимков ; примерно с 2000 года трехмерные виды с воздуха в основном основаны на технологиях цифрового стереоизображения. Одной из проблем, связанных со стереоизображениями, является объем дискового пространства, необходимого для сохранения таких файлов. Действительно, стереоизображение обычно требует вдвое больше места, чем обычное изображение. Недавно ученые, занимающиеся компьютерным зрением, попытались найти методы борьбы с визуальной избыточностью стереопар с целью определения сжатой версии файлов стереопар. [37] [38] Сегодня картографы создают стереопары с помощью компьютерных программ для визуализации топографии в трех измерениях. [39] Компьютеризированная стереовизуализация использует программы стереосопоставления. [40] В биологии и химии сложные молекулярные структуры часто изображаются в виде стереопар. Тот же метод можно применить к любому математическому (или научному, или инженерному) параметру, который является функцией двух переменных, хотя в этих случаях чаще всего трехмерный эффект создается с использованием «искаженной» сетки или затенение (как будто от удаленного источника света).
См. также [ править ]
Ссылки [ править ]
- ^ «Панорама Кайзера (Императора)» . 9 июня 2012 г.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Логический подход к просмотру 3D-изображений . www.vision3d.com от сети оптометристов . Проверено 21 августа 2009 г.
- ^ στερεός Tufts.edu ,Генри Джордж Лидделл, Роберт Скотт, Греко-английский лексикон , в цифровой библиотеке Персея
- ^ σκοπέω , Генри Джордж Лидделл, Роберт Скотт, Греко-английский лексикон , в цифровой библиотеке Персея
- ^ Упражнения в трех измерениях: о 3D , Том Линкольн, 2011 г.
- ^ Моделирование полета , Дж. М. Рольф и К. Дж. Стейплс, Cambridge University Press , 1986, стр. 134.
- ^ Упражнения в трех измерениях , Том Линкольн, 2011 г.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Вклад в физиологию зрения. Часть первая. О некоторых замечательных и до сих пор не наблюдавшихся явлениях бинокулярного зрения. ЧАРЛЬЗ УИТСТОУН, FRS, профессор экспериментальной философии Королевского колледжа в Лондоне. Стереоскопия.com
- ^ Веллинг, Уильям. Фотография в Америке, стр. 23
- ^ Международный стереоскопический союз, 2006, «Стереоскопия», номера 65–72, стр.18.
- ^ Руководство стереореалиста , с. 375.
- ^ Руководство стереореалиста , стр. 377–379.
- ^ Фэй Хуанг, Райнхард Клетте и Карстен Шайбе: Панорамная визуализация (сенсорные камеры и лазерные дальномеры). Wiley & Sons, Чичестер, 2008 г.
- ^ Дорнайка, Ф.; Хаммуди, К. (2009). Извлечение 3D-моделей многогранных зданий из аэрофотоснимков с использованием безликого и прямого подхода (PDF) . Приложения машинного зрения . Том. Учеб. ИАПР/МВА . Проверено 26 сентября 2010 г.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Как просматривать стерео (3D) изображения в бесплатном режиме . Грег Эркер. Проверено 21 августа 2009 г.
- ^ «Офтальмологический трест» . Офтальмологический трест . Проверено 29 марта 2012 г.
- ^ «Газета Дейли Телеграф» . «Дейли телеграф» . 13 июля 2010 г. Архивировано из оригинала 12 января 2022 г. . Проверено 29 марта 2012 г.
- ^ «Понимание требований к высококачественному 3D-видео: тест на восприятие стерео» . 3droundabout.com. 19 декабря 2011 года . Проверено 29 марта 2012 г.
- ^ Как просмотреть фотографии на этом сайте . Стереофотография – мир в 3D. Проверено 21 августа 2009 г.
- ^ Ценг, Белль; Анастасиу, Дмитрий. «Совместимое видеокодирование стереоскопических последовательностей с использованием масштабируемости и чересстрочной структуры MPEG-2» (PDF) . Колумбийский университет . Проверено 8 июля 2014 г.
- ^ «Увидеть - значит поверить»»; Cinema Technology, Том 24, № 1, март 2011 г.
- ^ «Упражнения в трех измерениях: о 3D» .
- ^ Бэйли, Майк. «Галерея научной визуализации ОГУ ChromaDepth» . Проверено 6 марта 2024 г.
- ^ О'Доэрти, М; Флиткрофт, DI (1 августа 2007 г.). «Необычная картина неврита зрительного нерва и феномена Пульфриха» . Журнал неврологии, нейрохирургии и психиатрии . 78 (8): 906–907. дои : 10.1136/jnnp.2006.094771 . ISSN 0022-3050 . ПМК 2117749 . ПМИД 17635984 .
- ^ «Глоссарий» . 8 июня 2012 г.
- ^ «опенКМК» . 8 июня 2012 г. Архивировано из оригинала 5 марта 2009 г.
- ^ Босолей, Раймонд Г.; Бруг, Джим; Фиорентино, Марко; Во, Сонни; Тран, Тхо; Пэн, Чжэнь; Фаттал, Дэвид (март 2013 г.). «Разнонаправленная подсветка для широкоугольного трехмерного дисплея без очков». Природа . 495 (7441): 348–351. Бибкод : 2013Natur.495..348F . дои : 10.1038/nature11972 . ISSN 1476-4687 . ПМИД 23518562 . S2CID 4424212 .
- ^ Кертин, Деннис П. «Краткие курсы — Стереофотография — Моделирование 3D — Wiggle 3D» . www.shortcourses.com .
- ^ ДокторТ (25 февраля 2008 г.). «Доктор Т» . Drt3d.blogspot.com . Проверено 4 марта 2012 г.
- ^ Бэнкс, Мартин С.; Прочтите, Дженни Р.; Эллисон, Роберт С.; Ватт, Саймон Дж. (июнь 2011 г.). «Стереоскопия и зрительная система человека». 2-я ежегодная международная конференция SMPTE по стереоскопическому 3D для средств массовой информации и развлечений . Журнал SMPTE Motion Imaging. Том. 121. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США: IEEE. стр. 2–31. дои : 10.5594/M001418 . ISBN 9781614829515 . ПМЦ 3490636 . ПМИД 23144596 .
- ^ Хорибучи, С. (1994). Сальвадор Дали: художник стереопары. В Хорибучи, С. (ред.), Стереограмма (стр. 9, стр. 42). Сан-Франциско: Cadence Books. ISBN 0-929279-85-9
- ^ «Том Линкольн — Упражнения в трёх измерениях» .
- ↑ Университет Вирджинии , «Стереоскоп в Америке» , по состоянию на 21 марта 2009 г.
- ^ «Техническое описание Pancam» (PDF) . Корнеллский университет . Проверено 30 июня 2006 г.
- ^ Бартисс, доктор медицинских наук, Майкл (25 января 2005 г.). «Недостаток сходимости» . ВебМД . Проверено 30 июня 2006 г.
- ^ Шамбо, Скотт (17 января 2024 г.), scottshambaugh/mpl_stereo , получено 17 января 2024 г.
- ^ «Алгоритм сжатия стереоскопического изображения» .
- ^ Ортис, Алессандро; Рундо, Франческо; Ди Джоре, Джузеппе; Баттиато, Себастьяно (2013). «Адаптивное сжатие стереоскопических изображений» (PDF) . Анализ и обработка изображений – ICIAP 2013 . Конспекты лекций по информатике. Том. 8156. стр. 391–399. дои : 10.1007/978-3-642-41181-6_40 . ISBN 978-3-642-41180-9 . S2CID 13274055 .
- ^ Дэвид Ф. Уотсон (1992). Контурирование. Руководство по анализу и отображению пространственных данных (с программами на дискете). В: Дэниел Ф. Мерриам (ред.); Компьютерные методы в науках о Земле; Пергамон / Elsevier Science, Амстердам; 321 стр. ISBN 0-08-040286-0
- ^ Райнхард Клетте (2014). «Краткое компьютерное зрение» (см. главу 8 о стереосопоставлении). Спрингер, Лондон; 429 стр. ISBN 978-1-4471-6319-0
Библиография [ править ]
- Симмонс, Гордон (март – апрель 1996 г.). «Кларенс Г. Хеннинг: Человек, стоящий за макросом». Стерео мир . 23 (1): 37–43.
- Вилке, Марк А.; Заковски, Рон (март – апрель 1996 г.). «Пристальный взгляд на реалистическую макростереосистему». Стерео мир . 23 (1): 14–35.
- Морган, Уиллард Д.; Лестер, Генри М. (октябрь 1954 г.). Руководство по стереореалисту . и 14 участников. Нью-Йорк: Морган и Лестер. Бибкод : 1954срм..книга.....М . OCLC 789470 .
Дальнейшее чтение [ править ]
- Скотт Б. Стейнман, Барбара А. Стейнман и Ральф Филип Гарсия. (2000). Основы бинокулярного зрения: Клиническая перспектива . МакГроу-Хилл Медикал. ISBN 0-8385-2670-5
Внешние ссылки [ править ]
Архивные коллекции [ править ]
- Путеводитель по коллекции стереографов Эдварда Р. Фрэнка. Специальные коллекции и архивы, Библиотеки Калифорнийского университета в Ирвине, Ирвин, Калифорния.
- Стереокарты Ниагарского водопада RG 541 Цифровое хранилище библиотеки Университета Брока
- Стереографические виды Луисвилля и за его пределами, 1850-1930 годы из архивов и специальных коллекций Университета Луисвилля.
Другое [ править ]
- Стереоскопия в Керли
- Методы и программные средства стереоскопической визуализации Даремской лаборатории визуализации
- Цифровые коллекции библиотек Вашингтонского университета Коллекция стереокарт
- Стереоскопия на Flickr
- Американский университет в Каире Цифровая библиотека редких книг и специальных коллекций Коллекция стереоизображений Андервуда и Андервуда в Египте
- Виды Калифорнии и Запада, ок. 1867–1903 , Библиотека Бэнкрофта .
- Музейная выставка, посвященная истории стереографов и стереоскопов (1850–1930).
- Два стереоскопических селфи 1890 года.
- СТЕРЕОСКОПИЮТЫ
