Стереоскопическая передача глубины
Стереоскопическое представление глубины определяет, как глубина трехмерного объекта кодируется при стереоскопической реконструкции. Это требует внимания, чтобы обеспечить реалистичное изображение трехмерности просматриваемых сцен, и является частным примером более общей задачи трехмерной визуализации объектов на двухмерных дисплеях.
Глубина стереограмм
[ редактировать ]Стереограмма . состоит из пары двухмерных кадров, по одному для каждого глаза Общим для обоих являются ширина и высота объектов; их глубина закодирована в различиях между взглядами правого и левого глаза. Геометрическая связь между третьим измерением объекта и этими различиями положений представлена ниже и зависит от расположения линз стереокамеры и глаз наблюдателя. Однако другие факторы влияют на глубину, видимую на стереоскопическом изображении, и на то, соответствует ли она глубине реального объекта; просмотр стереоскопического изображения часто меняет трехмерное восприятие наблюдателя. [1]
Стереоскопическая реконструкция
[ редактировать ]Панели правого и левого глаза при стереоскопической реконструкции создаются путем проекции основных точек двойной записывающей камеры. Геометрическую ситуацию наиболее наглядно можно понять, анализируя, как образуются экраны, когда небольшой кубический элемент со стороной dx = dy = dz фотографируется с расстояния z двойной камерой, линзы которой расположены на расстоянии a друг от друга.
На левой глазной панели стереограммы расстояние AB представляет собой изображение передней грани куба, на правой глазной панели дополнительно имеется BC , представление глубины куба, т. е. точка пересечения на экране куба. лучи от главных точек камер к задней части куба. Этот интервал рассчитывается в первом порядке . (Для упрощения описания правый и левый экраны считаются наложенными друг на друга, как это было бы на 3D-дисплее с использованием ЖК-очков .) Отсюда соотношение глубины и ширины изображения куба, воплощенное в его представлении на экране просмотра. , равно r = a×dz/z×dx = a/z , поскольку dx=dz , зависит исключительно от расстояния до цели от сдвоенных линз и их разделения и остается постоянным при изменении масштаба или увеличения. Отношение глубины к ширине реального объекта , конечно, равно 1,00 .
Эта стереограмма с кубом, отношение глубины/ширины которого было зафиксировано с помощью параметров записи a c и z c и воплощено в соотношении BC/AB = r c = ac /z c , теперь просматривается наблюдателем с межглазным расстоянием a о на расстоянии z о . Общее изменение масштаба BC/AB не имеет значения, за исключением случаев , когда r o = r c , т. е. a o /z o = a c /z c . это больше не представляет собой куб, а скорее становится для этого наблюдателя на этом расстоянии конфигурацией, для которой
R = rc/ro ...... (1)
т. е. чья глубина в R раз больше глубины куба.
Определена передача глубины
[ редактировать ]
Стереоскопическое воспроизведение глубины r является мерой сплющивания или расширения по глубине для ситуации отображения и равно отношению углов глубины и ширины, находящихся на глазу при реконструкции стереограммы небольшого кубического элемента. Значение r > 1 говорит о том, что видимое имеет увеличенную глубину по сравнению с фактической конфигурацией.
Поясним численный пример: конструкция фотографируется стереокамерой с межлинзовым расстоянием a c = 25 см с расстояния 1 м, z c = 100. Отсюда r c = a c /z c = 0,25 и на экранах справа и левое представление дальнего края куба будет отделено 1/4 ширины . расстояние Эту стереограмму теперь рассматривает с расстояния 39 см (увеличение не имеет значения, должно быть сохранено только соотношение ВС/АВ ) наблюдателем с межглазного расстояния 6,5 см, т. е. r o = 6,5/39 = 0,167 . Согласно уравнению (1) для этого вида структура имеет стереоскопическое представление глубины, определяемое соотношением R = r c /r o = 0,25/0,167 = 1,5 , что означает, что наблюдателю представлена геометрическая ситуация не куба, а структуры. Глубина в 1,5 раза больше ширины. Чтобы это стало кубом, r o должно быть равно 0,25 , что соответствует расстоянию наблюдения z o = 6,5/0,25 = 26 см.
Этот пример иллюстрирует, что данное стереоскопическое представление для данного наблюдателя увеличивает соотношение глубины/ширины (расширяется в глубину) с увеличением расстояния наблюдения. Наблюдатели, которые могут совместить двойные изображения колец, произвольно меняя их сближение, могут убедиться в этом, отойдя в сторону и к экрану просмотра.
Гомеоморфное и гетероморфное исполнение
[ редактировать ]Только когда ситуации записи и просмотра имеют одно и то же значение r , т.е. только когда a c /z c = a o /z o, отношения глубины/ширины фактической структуры и ее вида будут идентичными. Это особое состояние было названо гомеоморфным Морицем фон Рором и противопоставлено им гетероморфному состоянию, при котором значения r стереоскопического и фактического взглядов различаются. [2]
Недостоверная глубина: другие факторы
[ редактировать ]Но гомеоморфное воспроизведение с геометрическими параметрами, идентичными оригиналу, не гарантирует, что восприятие наблюдателем глубины стереоскопического изображения такое же, как и в реальной трехмерной структуре. Суждение наблюдателя о кажущемся расположении объектов в пространстве зависит от многих факторов, помимо геометрических, которые относятся к углам, образуемым компонентами в двух глазах. Это было хорошо описано в классическом исследовании Уоллаха и Цукермана, которые отметили, что глубина обзора в бинокль кажется укороченной. [3] Сцены кажутся сплюснутыми в бинокль, даже непризматический, без искусственного расширения основания, который обеспечивает лишь общее увеличение и оставляет значение r неизменным.
В отличие от изложенных выше правил расчета геометрически определенной стереоскопической глубины изображения, воспринимаемая глубина включает в себя факторы — контекст, предыдущий опыт — которые индивидуальны и не поддаются определению с той же степенью общности. Главным из них является расстояние, на котором конфигурация предстает перед зрителем. Это ни в коем случае не является фиксированным: субъективное z лишь отдаленно связано с фактическим расстоянием до объекта, что очевидно при просмотре 3D-фильма . Поскольку видимое расстояние является основным источником оценки размера объекта (размера или субъективного постоянства ), отчеты наблюдателей о воспринимаемом соотношении глубины и ширины могут существенно отличаться от расчетных значений. [4] [5] [6] С другой стороны, недавние исследования подтверждают, что относительные глубины, наблюдаемые в трехмерных конфигурациях, масштабируются более или менее пропорционально стереоскопическому изображению глубины, полученному в чисто геометрических рамках. [7]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Вестхаймер, Джеральд (2011). «Трехмерные дисплеи и стереозрение». Учеб. Рой. Соц. Б , 278, 2241-2248. дои : 10.1098/rspb.2010.2777 .
- ^ в. Рор, Мориц (1907). Бинокулярные приборы . Берлин: Юлиус Шпрингер.
- ^ Уоллах, Х. и Цукерман, К. (1963). « Постоянство стереоскопической глубины ». Являюсь. Дж. Психол. , 76, 404–412.
- ^ Гогель, WC (1960). « Воспринимаемый фронтальный размер как определяющий фактор воспринимаемой бинокулярной глубины ». Дж. Психол. , 50, 119–131.
- ^ Фоли, Дж. М. (1968). « Глубина, размер и расстояние в стереоскопическом зрении ». Перцепт Психофизика, 3, 265–274.
- ^ Джонстон, Э.Б. (1991). « Систематические искажения формы из стереопсиса ». Vision Research , 31, 1351–1360.
- ^ Вестхаймер, Джеральд (2011). « Глубина воспроизведения трехмерных дисплеев », J. Opt. Соц. Являюсь. А 28, 1185–1190.