Размытие в движении

Размытие в движении — это видимые полосы движущихся объектов на фотографии или в последовательности кадров, например в фильме или анимации . Это происходит, когда записываемое изображение изменяется во время записи одной экспозиции из-за быстрого движения или длительной выдержки .

Использование/эффекты размытия изображения [ править ]

Фотография [ править ]

Когда камера создает изображение, это изображение не представляет ни одного момента времени. Из-за технологических ограничений или художественных требований изображение может представлять сцену в течение определенного периода времени. Чаще всего это время экспозиции достаточно короткое, поэтому кажется, что изображение, снятое камерой, захватывает мгновенный момент, но это не всегда так, и быстро движущийся объект или более длительное время экспозиции могут привести к размытию артефактов, которые сделают это очевидным. Когда объекты в сцене движутся, изображение этой сцены должно представлять собой совокупность всех положений этих объектов, а также точки зрения камеры в течение периода экспозиции , определяемого выдержкой . На таком изображении любой объект, движущийся относительно камеры, будет выглядеть размытым или размытым по направлению относительного движения. Такое размытие может возникнуть на движущемся объекте или на статичном фоне, если камера движется. В кино или телевизионном изображении это выглядит естественно, поскольку человеческий глаз ведет себя примерно так же.

Поскольку эффект вызван относительным движением между камерой, объектами и сценой, размытием изображения можно управлять путем панорамирования камеры для отслеживания движущихся объектов. В этом случае даже при длительной выдержке движущиеся объекты будут выглядеть более четкими, а фон станет более размытым, в результате чего изображение будет передавать ощущение движения и скорости. ^[2]

Анимация [ править ]

Две анимации, вращающиеся вокруг фигуры, с размытием изображения (слева) и без него.

В компьютерной анимации этот эффект необходимо моделировать, поскольку виртуальная камера действительно фиксирует дискретный момент времени. Это имитация размытия изображения обычно применяется, когда камера или объекты в сцене быстро движутся.

Без этого симулированного эффекта каждый кадр показывает идеальный момент времени (аналог камеры с бесконечно быстрым затвором) с нулевым размытием изображения. Вот почему видеоигра с частотой кадров 25–30 кадров в секунду будет казаться шаткой, в то время как естественное движение, снятое с той же частотой кадров, кажется более непрерывным. Во многих современных видеоиграх присутствует размытие изображения, особенно в играх-симуляторах транспортных средств .

Некоторые из наиболее известных игр, использующих это, — это недавние игры Need for Speed , Unreal Tournament III , The Legend of Zelda: Majora's Mask и многие другие. В видеоиграх используются два основных метода для достижения размытия в движении: более дешевые полноэкранные эффекты, которые обычно учитывают только движение камеры (а иногда и то, насколько быстро камера движется в трехмерном пространстве для создания радиального размытия), и более «выборочное» или «пообъектное» размытие в движении, которое обычно использует шейдер для создания буфера скорости, чтобы отметить интенсивность движения для применения эффекта размытия в движении, или использует шейдер для выполнения геометрической экструзии. Классические эффекты «размытия в движении», предшествовавшие современным конвейерам попиксельного затенения, часто просто рисовали последовательные кадры друг на друге с небольшой прозрачностью, что, строго говоря, является формой обратной связи с видео .

В предварительно обработанной компьютерной анимации, такой как фильмы CGI , можно нарисовать реалистичное размытие в движении, поскольку у средства рендеринга есть больше времени для отрисовки каждого кадра. Временное сглаживание создает кадры как совокупность множества моментов. Кадры — это не моменты времени, это периоды времени. Если объект совершает путешествие с линейной скоростью по траектории от 0% до 100% за четыре периода времени, и если эти периоды времени считаются кадрами, то в каждом кадре объект будет демонстрировать полосы размытия при движении, которые составляют 25% от длина пути. Если выдержка сокращается до значения, меньшего, чем продолжительность кадра, и она может быть сокращена настолько, что приближается к нулю по длительности, тогда компьютерный аниматор должен выбрать, какую часть четверти пути (в нашем примере с 4 кадрами) он хочет для обозначения времени «открытого затвора». Они могут выбрать рендеринг начала каждого кадра, и в этом случае они никогда не увидят прибытия объекта в конец пути, или они могут выбрать рендеринг концов каждого кадра, и в этом случае они пропустят начало. точка поездки. Большинство систем компьютерной анимации допускают классическую «ошибку столба забора» в способе обработки времени, путая периоды времени анимации с мгновенными моментами, которые их ограничивают. Таким образом, большинство систем компьютерной анимации неправильно помещают объект в четырехкадровый проход по траектории со значениями 0%, 0,33%, 0,66% и 1,0%, и при вызове рендеринга размытия в движении придется обрезать один или несколько кадров или выйдите за рамки анимации, идите на компромиссы, которых нет в реальных камерах и в которых нет необходимости делать синтетические камеры.

Линии движения в cel-анимации рисуются в том же направлении, что и размытие изображения, и выполняют практически ту же функцию. Движение Go — это вариант покадровой анимации, при котором модели перемещаются во время экспозиции, чтобы создать менее шаткий эффект.

Компьютерная графика [ править ]

В 2D-компьютерной графике размытие изображения — это художественный фильтр, преобразующий цифровое изображение. ^[3]/ растровое изображение ^[4]/ растровое изображение для имитации эффекта.Многие графические программные продукты (например, Adobe Photoshop или GIMP ) предлагают простые фильтры размытия изображения. Однако для расширенной фильтрации размытия изображения, включая кривые или регулировку неравномерной скорости, специализированные программные продукты (например, VirtualRig Studio ). необходимы ^[5]

Биология [ править ]

Когда глаз животного находится в движении, изображение будет размытым, что приведет к невозможности различения деталей. Чтобы справиться с этим, люди обычно чередуют саккады (быстрые движения глаз) и фиксацию (фокусировку на одной точке). Саккадическая маскировка делает размытие движения во время саккады невидимым. Точно так же плавное преследование позволяет глазу отслеживать цель в быстром движении, устраняя размытость изображения этой цели, а не сцены.

Негативные эффекты размытия изображения [ править ]

Телевидение [ править ]

В телевизионных спортивных состязаниях , где обычные камеры экспонируют изображения 25 или 30 раз в секунду, размытие изображения может быть неудобным, поскольку оно скрывает точное положение снаряда или спортсмена в замедленной съемке . По этой причине часто используются специальные камеры, которые устраняют размытость изображения путем съемки быстрых выдержек порядка 1 миллисекунды, а затем передают их в течение следующих 30–40 миллисекунд. Хотя это дает более четкое воспроизведение замедленного движения, на нормальной скорости это может выглядеть странно, поскольку глаз ожидает увидеть размытие изображения и не получает размытых изображений.

И наоборот, на дисплеях неизбежно может возникнуть дополнительное размытие изображения, когда оно нежелательно. Это происходит с некоторыми видеодисплеями (особенно ЖК-дисплеями ), на которых во время быстрого движения наблюдается размытие изображения. Это может привести к более ощутимому размытию изображения, превышающему уже существующее размытие изображения в видеоматериале. См. раздел «Размытие изображения при движении» .

Иногда размытость изображения можно убрать с помощью деконволюции .

Видеоигры [ править ]

Использование или отсутствие размытия в видеоиграх вызывает некоторые споры. Некоторые игроки утверждают, что размытие на самом деле ухудшает игру, поскольку оно размывает изображения, затрудняя распознавание объектов (особенно в динамичные моменты). Это становится более заметным (и более проблематичным) при уменьшении частоты кадров. ^[6] Улучшения визуального качества современных шейдеров размытия изображения после обработки, а также тенденция к более высокой частоте кадров уменьшили визуальный ущерб от эффектов размытия изображения с недостаточной дискретизацией. ^[6]

Ветровые турбины [ править ]

Птицы не могут правильно видеть вращающиеся лопасти ветряных турбин и могут получить от них смертельный удар. Недавно опубликованный отчет из Норвегии предполагает, что окраска одного из трех лезвий в черный цвет делает лезвия более заметными и, следовательно, их легче избежать. Это уменьшает размытость неокрашенных лезвий и снижает смертность птиц до 70 процентов. ^[7]

Аэрофотосъемка/съемка [ править ]

Во время аэрофотосъемки используется самолет или дрон, который фотографирует землю во время полета. Если скорость полета слишком высока или выдержка слишком длинная, это может привести к размытию изображения. Размытие в движении снижает качество изображений и отрицательно влияет на картографические продукты. Размытия изображения можно избежать, отрегулировав высоту полета, скорость полета или выдержку. ^[8]

Реставрация [ править ]

Пример восстановления размытого изображения с помощью деконволюции Винера :

Слева направо: исходное изображение, размытое изображение и изображение без размытия. Обратите внимание на некоторые артефакты на размытом изображении.

Галерея [ править ]

Размытие в движении часто используется в спортивной фотографии (особенно автоспорте), чтобы передать ощущение скорости. Для достижения такого эффекта необходимо использовать длинную выдержку и панорамировать объектив камеры в такт движению объекта.
Еще один пример фотографии, на которой камера панорамируется с той же скоростью, что и фотографируемый объект.
Снято на борту самолета, пролетающего над Сан-Хосе ночью. Огни города образуют концентрические полосы.
Движение на этой улице оставляет блестящие полосы из-за низкой выдержки камеры и относительно высокой скорости автомобилей.
Водопад Стрикленд в Тасмании, Австралия, снято с использованием фильтра нейтральной плотности . ND-фильтры одинаково уменьшают свет всего видимого спектра, позволяя увеличивать диафрагму и уменьшать выдержку, не переэкспонируя изображение. Чтобы создать размытость изображения, показанную здесь, затвор необходимо держать открытым в течение относительно длительного времени, что приводит к необходимости уменьшить количество света, проходящего через объектив.
Фотография мотыльков с длинной выдержкой, демонстрирующая преувеличенный эффект стержня .
Млекопитающие особенно склонны к размытию изображения при движении, поскольку некоторые из них могут достигать высоких скоростей движения.
На этой фотографии работника бывшего рыбного рынка Цукидзи в Токио заметна размытость изображения.