Stereoskopie - Stereoscopy

Kapesní stereoskop s originálním testovacím obrázkem. Používá se armádou ke zkoumání stereoskopických párů leteckých fotografií .
Pohled na Boston , c. 1860 ; raná stereoskopická karta pro prohlížení scény z přírody
Stereoskopický obraz 772 College Street (dříve Johnson Street) v Maconu, Ga, kolem roku 1870.
Kaiserpanorama se skládá z vícestanového zobrazovacího zařízení a sad stereofonních snímků. Patentováno A. Fuhrmannem kolem roku 1890.
Společnost dam dívajících se na stereoskopické pohledy, malba Jacoba Spoela , před rokem 1868. Rané zobrazení lidí pomocí stereoskopu.

Stereoskopie (také nazývaná stereoskopie nebo stereo zobrazování ) je technika pro vytváření nebo zlepšování iluze hloubky v obrazu pomocí stereopse pro binokulární vidění . Slovo stereoskopie pochází z řeckého στερεός ( stereos )  „pevné, pevné“ a σκοπέω (skopeō)  „dívat se, vidět“. Jakýkoli stereoskopický obrázek se nazývá stereogram . Původně se stereogram týkal dvojice stereofonních obrazů, které bylo možné prohlížet pomocí stereoskopu .

Většina stereoskopických metod představuje dva offsetové obrázky odděleně pro levé a pravé oko diváka. Tyto dvourozměrné obrazy jsou pak kombinovány v mozku, aby poskytly vnímání 3D hloubky. Tato technika se odlišuje od 3D displejů, které zobrazují obraz ve třech plných rozměrech , což umožňuje pozorovateli zvýšit informace o trojrozměrných objektech zobrazovaných pohyby hlavy a očí .

Pozadí

Stereoskopie vytváří iluzi trojrozměrné hloubky z daných dvourozměrných obrazů. Lidské vidění, včetně vnímání hloubky, je složitý proces, který začíná pouze získáváním vizuálních informací přijímaných očima; mnoho zpracování probíhá v mozku, protože se snaží porozumět prvotním informacím. Jednou z funkcí, které se vyskytují v mozku při interpretaci toho, co oči vidí, je posouzení relativních vzdáleností objektů od diváka a hloubkové dimenze těchto objektů. Mezi podněty, které mozek používá k měření relativních vzdáleností a hloubky ve vnímané scéně, patří

  • Stereopsis
  • Ubytování oka
  • Překrývání jednoho objektu druhým
  • Subtended visual angle of an object of known size
  • Lineární perspektiva (konvergence rovnoběžných hran)
  • Svislá poloha (objekty blíže horizontu ve scéně bývají vnímány jako vzdálenější)
  • Zákal nebo kontrast, sytost a barvy, přičemž větší vzdálenost je obecně spojena s větším oparem, desaturací a posunem k modré
  • Změna velikosti detailu texturovaného vzoru

(Všechny kromě prvních dvou výše uvedených podnětů existují v tradičních dvojrozměrných obrazech, jako jsou obrazy, fotografie a televize.)

Stereoskopie je produkce iluze hloubky na fotografii , filmu nebo jiném dvourozměrném obrazu předložením mírně odlišného obrazu každému oku , které přidává první z těchto podnětů ( stereopsis ). Tyto dva obrazy jsou pak spojeny v mozku, aby poskytly vnímání hloubky. Protože všechny body v obrazu vytvořeném stereoskopií zaostřují ve stejné rovině bez ohledu na jejich hloubku v původní scéně, druhé narážka, zaostření, není duplikováno, a proto je iluze hloubky neúplná. Existují také hlavně dva efekty stereoskopie, které jsou pro lidské vidění nepřirozené: (1) nesoulad mezi konvergencí a akomodací, způsobený rozdílem mezi vnímanou polohou objektu před nebo za displejem nebo obrazovkou a skutečným původem tohoto světla ; a (2) možný přeslech mezi očima způsobený nedokonalou separací obrazu u některých metod stereoskopie.

Přestože je termín „3D“ používán všudypřítomně, prezentace duálních 2D obrázků se výrazně liší od zobrazení obrazu ve třech plných rozměrech . Nejpozoruhodnější rozdíl je v tom, že v případě „3D“ displejů nemění pohyb hlavy a očí pozorovatele přijaté informace o prohlížených trojrozměrných objektech. Holografické displeje a volumetrické displeje toto omezení nemají. Stejně jako není možné znovu vytvořit úplné 3-dimenzionální zvukové pole pomocí pouhých dvou stereofonních reproduktorů, je přehnané nazývat duální 2D obrazy „3D“. Přesný termín „stereoskopický“ je těžkopádnější než běžné nesprávné pojmenování „3D“, které je zakořeněno po mnoho desetiletí nezpochybňovaného nesprávného použití. Ačkoli většina stereoskopických displejů nesplňuje podmínky pro skutečné 3D zobrazení, všechny skutečné 3D displeje jsou také stereoskopickými displeji, protože splňují také nižší kritéria.

Většina 3D displejů používá tuto stereoskopickou metodu k přenosu obrázků. Poprvé byl vynalezen Sirem Charlesem Wheatstoneem v roce 1838 a vylepšen sirem Davidem Brewsterem, který vyrobil první přenosné 3D zobrazovací zařízení.

Zrcadlový stereoskop Wheatstone
Stereoskop Brewsterova typu, 1870

Wheatstone původně používal svůj stereoskop (poměrně objemné zařízení) s kresbami, protože fotografie ještě nebyla k dispozici, ale zdá se, že jeho původní papír předpokládá vývoj realistické zobrazovací metody:

Pro účely ilustrace jsem použil pouze obrysové obrázky, protože pokud by bylo zavedeno buď stínování nebo barvení, dalo by se předpokládat, že účinek byl zcela nebo zčásti způsoben těmito okolnostmi, zatímco tím, že je ponecháme mimo úvahu, není ponechán žádný prostor k pochybnostem že celý účinek úlevy je důsledkem současného vnímání dvou monokulárních projekcí, jedné na každé sítnici. Pokud je však požadováno získání nejvěrnějších podobností skutečných předmětů, lze ke zvýšení efektů řádně použít stínování a barvení. Pečlivá pozornost by umělci umožnila kreslit a malovat dva složkové obrázky tak, aby představovaly mysli pozorovatele ve výsledném vnímání dokonalou identitu s představovaným objektem. Květiny, krystaly, poprsí, vázy, nástroje různého druhu atd. By tedy mohly být zastoupeny tak, aby nebyly rozlišovány pohledem od samotných skutečných předmětů.

Stereoskopie se používá ve fotogrammetrii a také pro zábavu při výrobě stereogramů. Stereoskopie je užitečná při prohlížení obrázků vykreslených z velkých vícerozměrných datových souborů, které jsou vytvářeny experimentálními daty. Moderní průmyslová trojrozměrná fotografie může používat 3D skenery k detekci a zaznamenávání trojrozměrných informací. Informace o trojrozměrné hloubce lze rekonstruovat ze dvou snímků pomocí počítače pomocí korelace pixelů v levém a pravém obraze. Řešení problému s korespondencí v oblasti Computer Vision má za cíl vytvořit smysluplnou hloubkovou informaci ze dvou obrazů.

Vizuální požadavky

Anatomicky jsou k zobrazení stereofonních obrazů zapotřebí 3 úrovně binokulárního vidění :

  1. Simultánní vnímání
  2. Fusion (binokulární ‚jedno 'vidění)
  3. Stereopsis

Tyto funkce se vyvíjejí v raném dětství. Někteří lidé, kteří mají strabismus, narušují rozvoj stereopse, nicméně ke zlepšení binokulárního vidění lze použít ortoptickou léčbu . Stereoacuita člověka určuje minimální disparitu obrazu, kterou může vnímat jako hloubku. Předpokládá se, že přibližně 12% lidí není schopno správně vidět 3D obrázky v důsledku různých zdravotních stavů. Podle jiného experimentu má až 30% lidí velmi slabé stereoskopické vidění, které jim brání v hloubkovém vnímání založeném na stereo disparitě. To ruší nebo výrazně snižuje efekty ponoření stereofonního zvuku.

Stereoskopické prohlížení může být uměle vytvořeno mozkem diváka, jak je ukázáno na Van Hare Effect , kde mozek vnímá stereo obrazy, i když jsou spárované fotografie identické. Tato „falešná dimenzionalita“ vyplývá z vyvinuté stereocitu v mozku, která umožňuje divákovi vyplnit informace o hloubce, i když je ve spárovaných obrázcích skutečně k dispozici několik 3D podnětů.

Kartonový stereoskopický disk s fotografiemi synagogy v Ženevě , kolem. 1860, ve sbírce Židovského muzea ve Švýcarsku .

Vedle sebe

Ranní pták chytí červa Stereograf publikovaný v roce 1900 společností North-Western View Co. z Baraboo ve Wisconsinu , digitálně restaurovaný.

Tradiční stereoskopická fotografie spočívá ve vytvoření 3D iluze vycházející z dvojice 2D obrázků, stereogramu. Nejjednodušší způsob, jak zlepšit vnímání hloubky v mozku, je poskytnout očím diváka dva různé obrazy, představující dva pohledy na stejný objekt, s menší odchylkou, která se rovná nebo téměř rovná perspektivám, které obě oči přirozeně dostávají v binokulárním vidění .

Stereoskopický pár obrázků (nahoře) a kombinovaný anaglyf, který barví jednu perspektivní červenou a druhou azurovou . Ke správnému zobrazení tohoto obrázku jsou doporučeny 3D červené azurové brýle.
3D brýle červené azurové. Svg
Dva květy Passiflora caerulea uspořádané jako stereo obrazový pár pro prohlížení metodou křížového pohledu (viz Freeviewing)

Aby se předešlo únavě očí a zkreslení, měl by být každý ze dvou 2D obrazů divákovi předložen tak, aby jakýkoli objekt v nekonečné vzdálenosti byl okem vnímán jako přímý, přičemž oči diváka nejsou ani zkřížené, ani rozbíhavé. Pokud obrázek neobsahuje žádný objekt v nekonečné vzdálenosti, například horizont nebo mrak, měly by být obrázky od sebe vzdáleny odpovídajícím způsobem blíže k sobě.

Výhodou diváků vedle sebe je nedostatek snížení jasu, což umožňuje prezentaci obrázků ve velmi vysokém rozlišení a v plném spektru barev, jednoduchost vytváření a je vyžadováno malé nebo žádné další zpracování obrazu. Za určitých okolností, například když je dvojice snímků prezentována pro volné prohlížení, není potřeba žádné zařízení ani další optické zařízení.

Hlavní nevýhodou side-by-side prohlížečů je, že zobrazení velkých obrázků nejsou praktické a rozlišení je omezeno menším zobrazovacím médiem nebo lidským okem. Důvodem je, že jak se zvětšují rozměry obrazu, musí se pozorovací zařízení nebo samotný divák od něj pohybovat úměrně dále, aby jej mohl pohodlně sledovat. Přesunout se blíže k obrazu, aby bylo vidět více detailů, by bylo možné pouze se zobrazovacím zařízením, které se přizpůsobí rozdílu.

Tisknutelný prohlížeč křížových očí.

Volné prohlížení

Freeviewing je prohlížení dvojice snímků vedle sebe bez použití zobrazovacího zařízení.

Pro volné prohlížení jsou k dispozici dvě metody:

  • Metoda paralelního prohlížení používá dvojici snímků s obrazem levého oka vlevo a obrazem pravého oka vpravo. Fúzovaný trojrozměrný obraz se zdá větší a vzdálenější než dva skutečné obrazy, což umožňuje přesvědčivě simulovat scénu v životní velikosti. Pokusy diváka k pohledu přes obrazy s očima v podstatě paralelně, jako byste se dívali na aktuální scény. Při normálním vidění to může být obtížné, protože zaostření očí a binokulární konvergence jsou obvykle koordinovány. Jedním z přístupů k oddělení těchto dvou funkcí je zobrazení dvojice snímků extrémně zblízka se zcela uvolněnýma očima, přičemž se nepokoušíme jasně zaostřit, ale jednoduše dosáhnout pohodlného stereoskopického splynutí těchto dvou rozmazaných obrazů pomocí „průhledného“ přístupu a teprve poté vynaložením úsilí je zaostřit jasněji a podle potřeby zvětšit pozorovací vzdálenost. Bez ohledu na použitý přístup nebo obrazové médium by pro pohodlné sledování a stereoskopickou přesnost měla být velikost a rozteč obrázků taková, aby odpovídající body velmi vzdálených objektů ve scéně byly odděleny stejnou vzdáleností jako oči diváka, ale nikoli více; průměrná vzdálenost mezi očima je asi 63 mm. Zobrazení mnohem široce oddělených snímků je možné, ale protože se oči při běžném používání nikdy neliší, obvykle to vyžaduje předchozí školení a má tendenci způsobovat namáhání očí.
  • Metoda křížového prohlížení prohodí obrazy levého a pravého oka tak, aby byly správně viděny s křížovýma očima, levé oko prohlíží obrázek vpravo a naopak. Fúzovaný trojrozměrný obraz se zdá být menší a bližší než skutečné obrázky, takže velké objekty a scény vypadají miniaturizovaně. Tato metoda je pro freeviewing nováčků obvykle snazší. Jako pomůcku pro fúzi lze prst umístit těsně pod dělení mezi dvěma obrazy, poté jej pomalu přivést přímo k očím diváka, přičemž oči musí směřovat na koneček prstu; v určité vzdálenosti by měl vypadat, že by se těsně nad prstem vznášel roztavený trojrozměrný obraz. Alternativně lze podobným způsobem použít kus papíru s malým otvorem do něj; když je správně umístěn mezi dvojicí snímků a očima diváka, bude se zdát, že rámuje malý trojrozměrný obraz.

Hranolové, samo-maskovací brýle nyní používají někteří obhájci s křížovým pohledem. Ty snižují požadovaný stupeň konvergence a umožňují zobrazení velkých obrázků. Jakákoli pomůcka pro prohlížení, která využívá hranoly, zrcadla nebo čočky k podpoře fúze nebo zaostření, je však pouze typ stereoskopu, vyloučený obvyklou definicí volného prohlížení.

Stereoskopická fúze dvou samostatných obrazů bez pomoci zrcadel nebo hranolů a současně jejich ostré zaostření bez pomoci vhodných pozorovacích čoček nevyhnutelně vyžaduje nepřirozenou kombinaci oční vergence a akomodace . Jednoduché volné prohlížení proto nemůže přesně reprodukovat narážky fyziologické hloubky zážitku ze sledování v reálném světě. Různí jedinci mohou při dosahování fúze a dobrého soustředění pociťovat různé míry snadnosti a pohodlí, stejně jako různé sklony k únavě nebo namáhání očí.

Autostereogram

Autostereogram je jedno-image stereogram (SIS), s cílem vytvořit vizuální dojem z každé tři trojrozměrné ( 3D ) scény v lidském mozku z externího dvourozměrného obrazu. Abychom mohli vnímat 3D tvary v těchto autostereogramech, musíme překonat normálně automatickou koordinaci mezi zaostřováním a vergencí .

Stereoskop a stereografické karty

Stereoskop je v podstatě nástroj, ve kterém jsou současně prezentovány dvě fotografie stejného předmětu, pořízené z mírně odlišných úhlů, po jednom pro každé oko. Jednoduchý stereoskop je omezen velikostí obrazu, který lze použít. Složitější stereoskop využívá dvojici horizontálních zařízení podobných periskopu , což umožňuje použití větších obrázků, které mohou v širším zorném poli představovat podrobnější informace. Jako starožitnosti lze koupit historické stereoskopy, jako jsou Holmesovy stereoskopy. Mnoho stereofonních umělců jako Jim Naughten a Rebecca Hackemann si také vyrábí vlastní stereoskopy.

Transparentní diváci

View-Master Model E z 50. let minulého století

Některé stereoskopy jsou určeny pro prohlížení průhledných fotografií na film nebo sklo, známé jako fólie nebo diapozitivy a běžně se nazývají diapozitivy . Některé z prvních stereoskopických pohledů, vydaných v padesátých letech 19. století, byly na skle. Na počátku 20. století byly skleněné diapozitivy 45x107 mm a 6x13 cm běžnými formáty amatérské stereofotografie, zejména v Evropě. V pozdějších letech se používalo několik formátů založených na filmu. Nejznámějšími formáty komerčně vydávaných stereofonních pohledů na film jsou Tru-Vue , představený v roce 1931, a View-Master , představený v roce 1939 a stále ve výrobě. U amatérských stereo diapozitivů je zdaleka nejběžnější formát Stereo Realist , představený v roce 1947.

Displeje namontované na hlavě

HMD s odděleným video zdroje zobrazí před každým okem, aby se dosáhlo stereoskopický efekt

Uživatel obvykle nosí helmu nebo brýle se dvěma malými LCD nebo OLED displeji se zvětšovacími čočkami, po jednom pro každé oko. Tuto technologii lze použít k promítání stereofonních filmů, obrázků nebo her, ale lze ji také použít k vytvoření virtuálního displeje. Displeje namontované na hlavě mohou být také spojeny se zařízeními pro sledování hlavy, což uživateli umožňuje „rozhlížet se“ po virtuálním světě pohybem hlavy, což eliminuje potřebu samostatného ovladače. Provedení této aktualizace dostatečně rychle, aby nedošlo k vyvolání nevolnosti u uživatele, vyžaduje velké množství počítačového zpracování obrazu. Pokud je použito šestiosé snímání polohy (směr a poloha), může se uživatel pohybovat v mezích použitého vybavení. Díky rychlému pokroku v počítačové grafice a pokračující miniaturizaci videa a dalšího vybavení se tato zařízení začínají dostávat za rozumnější cenu.

K zobrazení průhledného obrazu vnuceného pohledu na skutečný svět lze použít brýle nasazené na hlavě nebo nositelné brýle, které vytvářejí to, čemu se říká rozšířená realita . To se provádí odrazem obrazů videa pomocí částečně reflexních zrcadel. Pohled na skutečný svět je viděn přes reflexní povrch zrcadel. Experimentální systémy byly použity pro hraní her, kde virtuální protivníci mohou nahlédnout z reálných oken, jak se hráč pohybuje. Očekává se, že tento typ systému bude mít široké uplatnění při údržbě složitých systémů, protože může technikovi poskytnout efektivně „rentgenové vidění“ kombinací vykreslování skrytých prvků počítačové grafiky s přirozeným zrakem technika. Kromě toho mohou být do stejného zařízení dodávána technická data a schematická schémata, což eliminuje potřebu získávat a přenášet objemné papírové dokumenty.

Očekává se, že rozšířené stereoskopické vidění bude mít také aplikace v chirurgii, protože umožňuje kombinaci radiografických dat ( CAT skeny a MRI zobrazování) s chirurgovým zrakem.

Virtuální sítnicové displeje

Virtuální sítnicový displej (VRD), známý také jako sítnicový skenovací displej (RSD) nebo sítnicový projektor (RP), který nelze zaměňovat s „ Retina Display “, je zobrazovací technologie, která kreslí rastrový obrázek (jako televizní obrázek) ) přímo na sítnici oka. Uživatel vidí před sebou konvenční displej, který se vznáší v prostoru. Pro skutečnou stereoskopii musí být každému oku poskytnut vlastní diskrétní displej. Aby se vytvořil virtuální displej, který zabírá užitečně velký zorný úhel, ale nezahrnuje použití relativně velkých čoček nebo zrcadel, musí být světelný zdroj velmi blízko oka. Kontaktní čočky zahrnující jeden nebo více polovodičových světelných zdrojů jsou nejčastěji navrhovanou formou. Od roku 2013 je začlenění vhodných prostředků pro skenování světelných paprsků do kontaktních čoček stále velmi problematické, stejně jako alternativa vložení přiměřeně průhledného pole stovek tisíc (nebo milionů, pro rozlišení HD) přesně zarovnaných zdrojů kolimované světlo.

Dvojice brýlí LC používaných k prohlížení 3D filmů XpanD. Silné rámy skrývají elektroniku a baterie.
Kruhové polarizační brýle RealD

3D diváci

Existují dvě kategorie technologie 3D prohlížeče, aktivní a pasivní. Aktivní diváci mají elektroniku, která interaguje s displejem. Pasivní diváci filtrují konstantní proudy binokulárního vstupu do příslušného oka.

Aktivní

Roletové systémy

Funkční princip 3D systémů s aktivní závěrkou

Systém závěrky funguje tak, že otevřeně prezentuje obraz určený pro levé oko, přičemž blokuje pohled pravého oka, poté prezentuje obraz pravého oka při blokování levého oka a opakuje to tak rychle, že přerušení neruší vnímanou fúzi dva obrázky do jednoho 3D obrazu. Obecně používá brýle s tekutými krystaly. Sklo každého oka obsahuje vrstvu tekutých krystalů, která má vlastnost, že při použití napětí ztmavne, jinak je průhledná. Brýle jsou ovládány časovacím signálem, který umožňuje, aby brýle střídavě ztmavovaly nad jedním okem a poté druhým v synchronizaci s obnovovací frekvencí obrazovky. Hlavní nevýhodou aktivních rolet je, že většina 3D videí a filmů byla natočena se současným levým a pravým pohledem, takže zavádí „časovou paralaxu“ pro cokoli pohybujícího se do strany: například někdo, kdo jde rychlostí 3,4 mph, bude viděn o 20% příliš blízko nebo o 25% příliš vzdáleno v nejaktuálnějším případě projekce 2x60 Hz.

Pasivní

Polarizační systémy

Funkční princip polarizovaných 3D systémů

Pro prezentaci stereoskopických obrázků jsou dva obrazy promítány na stejnou obrazovku přes polarizační filtry nebo prezentovány na displeji s polarizovanými filtry. Pro projekci se používá stříbrné plátno, aby byla zachována polarizace. Na většině pasivních displejů je každá další řada pixelů polarizována pro jedno nebo druhé oko. Tato metoda je také známá jako prokládaná. Divák nosí levné brýle, které také obsahují dvojici protilehlých polarizačních filtrů. Protože každý filtr prochází pouze světlem, které je podobně polarizované a blokuje opačné polarizované světlo, každé oko vidí pouze jeden z obrazů a efektu je dosaženo.

Interferenční filtrační systémy

Tato technika využívá specifické vlnové délky červené, zelené a modré pro pravé oko a různé vlnové délky červené, zelené a modré pro levé oko. Brýle, které filtrují velmi specifické vlnové délky, umožňují nositeli vidět plnobarevný 3D obraz. Je také známý jako spektrální hřebenové filtrování nebo multiplexní vizualizace vlnových délek nebo superanaglyf . Dolby 3D používá tento princip. Systém Omega 3D/ Panavision 3D také použil vylepšenou verzi této technologie. V červnu 2012 byl systém Omega 3D/ Panavision 3D ukončen společností DPVO Theatrical, která jej uváděla na trh jménem společnosti Panavision s odvoláním na „náročné globální ekonomické a 3D tržní podmínky“ .

3D brýle Anaglyph

Barevné anaglyfové systémy

Anaglyph 3D je název pro stereoskopický 3D efekt dosažený kódováním obrazu každého oka pomocí filtrů různých (obvykle chromaticky opačných) barev, obvykle červené a azurové . Lze použít červeno-azurové filtry, protože naše systémy zpracování zraku používají ke stanovení barvy a obrysů objektů srovnání s červenými a azurovými barvami, stejně jako modrou a žlutou. 3D obrázky Anaglyph obsahují dva různě filtrované barevné obrázky, jeden pro každé oko. Při pohledu přes „barevně kódované“ „anaglyfové brýle“ každý ze dvou snímků dosáhne jednoho oka a odhalí integrovaný stereoskopický obraz. Vizuální kůra mozku pojistky toto do vnímání trojrozměrné scény nebo složení.

Chromadepth systém

Brýle ChromaDepth s hranolovitou fólií

Postup ChromaDepth americké papírové optiky je založen na skutečnosti, že u hranolu jsou barvy odděleny v různých stupních. Brýle ChromaDepth obsahují speciální pohledové fólie, které se skládají z mikroskopicky malých hranolů. To způsobí, že obrázek bude přeložen o určité množství, které závisí na jeho barvě. Pokud nyní použijete hranolovou fólii s jedním okem, ale ne na druhé oko, pak jsou dva viděné obrázky - v závislosti na barvě - víceméně široce odděleny. Mozek vytváří z tohoto rozdílu prostorový dojem. Výhoda této technologie spočívá především v tom, že na obrázky ChromaDepth lze pohlížet i bez brýlí (tedy dvojrozměrných) bezproblémově (na rozdíl od dvoubarevného anaglyfu). Barvy jsou však volitelné jen omezeně, protože obsahují informace o hloubce obrazu. Pokud člověk změní barvu předmětu, změní se také jeho pozorovaná vzdálenost.

Stereo prizmatický prohlížeč KMQ s plastovými rozšířeními openKMQ

Pulfrichova metoda

Pulfrichův efekt je založen na jevu zpomalení zpracování obrazu lidského oka, když je méně světla, jako při pohledu přes tmavou čočku. Protože Pulfrichův efekt k vyvolání iluze hloubky závisí na pohybu v určitém směru, není jako obecná stereoskopická technika užitečný. Nelze jej například použít k zobrazení nehybného objektu, který se zjevně rozprostírá do nebo z obrazovky; podobně nebudou objekty pohybující se svisle vnímány jako pohybující se do hloubky. Náhodný pohyb předmětů vytvoří falešné artefakty a tyto nahodilé efekty budou považovány za umělou hloubku, která nesouvisí se skutečnou hloubkou ve scéně.

Nad/pod formátem

Stereoskopického prohlížení je dosaženo umístěním dvojice snímků nad sebou. Speciální diváci jsou navrženi pro formát nad/pod, který naklání pravý zrak mírně nahoru a levý mírně dolů. Nejběžnější se zrcadly je View Magic. Další s hranolovými brýlemi je prohlížeč KMQ . Nedávným využitím této techniky je projekt openKMQ.

Jiné způsoby zobrazení bez diváků

Autostereoskopie

Nintendo 3DS pomocí paralaxy bariéra autostereoscopy zobrazit 3D obraz.

Technologie autostereoskopického zobrazování používají optické komponenty na displeji, a ne je nosí uživatel, aby umožnily každému oku vidět jiný obraz. Protože pokrývka hlavy není vyžadována, říká se jí také „3D bez brýlí“. Optika rozděluje obrazy směrově do očí diváka, takže geometrie zobrazení displeje vyžaduje omezené polohy hlavy, aby bylo dosaženo stereoskopického efektu. Automultiscopic displeje poskytují více pohledů na stejnou scénu než jen dvě. Každý pohled je viditelný z jiného rozsahu pozic před displejem. To umožňuje divákovi pohybovat se před displejem zleva doprava a vidět správný pohled z jakékoli polohy. Tato technologie zahrnuje dvě široké třídy displejů: ty, které pomocí sledování hlavy zajišťují, že každé ze dvou očí diváka vidí jiný obraz na obrazovce, a ty, které zobrazují více pohledů, takže displej nemusí vědět, kde diváci 'oči jsou nasměrovány. Příklady technologie autostereoskopických displejů zahrnují lentikulární čočku , paralaxní bariéru , volumetrický displej , holografii a displeje se světelným polem .

Holografie

Laserová holografie, ve své původní „čisté“ formě hologramu fotografického přenosu , je jedinou dosud vytvořenou technologií, která dokáže reprodukovat objekt nebo scénu s tak úplným realismem, že je reprodukce vzhledem k původním světelným podmínkám vizuálně nerozeznatelná od originálu. Vytváří světelné pole identické s tím, které vyzařovalo z původní scény, s paralaxou kolem všech os a velmi širokým pozorovacím úhlem. Oko různě zaostřuje předměty na různé vzdálenosti a detaily objektu jsou zachovány až do mikroskopické úrovně. Efekt je přesně takový, jako když se díváte oknem. Bohužel tato „čistá“ forma vyžaduje, aby byl subjekt během fotografické expozice osvětlen laserem a zcela nehybný-v rámci malého zlomku vlnové délky světla-a pro správné zobrazení výsledků musí být použito laserové světlo. Většina lidí nikdy neviděla laserem osvětlený přenosový hologram. Typy hologramů, s nimiž se běžně setkáváme, vážně narušily kvalitu obrazu, takže pro prohlížení lze použít běžné bílé světlo, a téměř vždy se používá neholografických intermediálních zobrazovacích procesů, jako alternativy k používání výkonných a nebezpečných pulzních laserů, když jsou živé objekty vyfoceno.

Ačkoli se původní fotografické postupy ukázaly jako nepraktické pro obecné použití, kombinace počítačem generovaných hologramů (CGH) a optoelektronických holografických displejů, které se vyvíjejí po mnoho let, má potenciál proměnit půl století starý sen o holografickém 3D televize do reality; doposud však velké množství výpočtů potřebných ke generování pouze jednoho podrobného hologramu a obrovská šířka pásma potřebná k přenosu jejich proudu omezily tuto technologii na výzkumnou laboratoř.

V roce 2013 společnost Silicon Valley, LEIA Inc , začala vyrábět holografické displeje vhodné pro mobilní zařízení (hodinky, smartphony nebo tablety) pomocí vícesměrného podsvícení a umožňující široký úhel pohledu s úplným paralaxou, aby bylo možné sledovat 3D obsah bez potřeby brýle.

Volumetrické displeje

Volumetrické displeje používají nějaký fyzický mechanismus k zobrazení světelných bodů v rámci svazku. Takové displeje používají místo pixelů voxely . Mezi volumetrické displeje patří multiplanární displeje, které mají na sobě naskládaných více rovin zobrazení, a otočné panelové displeje, kde otočný panel smete objem.

Byly vyvinuty další technologie pro promítání světelných bodů ve vzduchu nad zařízením. Infračervený laser je zaměřen na místo určení ve vesmíru a vytváří malou bublinu plazmy, která vyzařuje viditelné světlo.

Integrované zobrazování

Integrální zobrazování je technika pro vytváření 3D displejů, které jsou jak autostereoskopické, tak multiskopické , což znamená, že 3D obraz je zobrazen bez použití speciálních brýlí a při pohledu z poloh, které se liší horizontálně nebo vertikálně, jsou vidět různé aspekty. Toho je dosaženo použitím řady mikročoček (podobných lentikulárním čočkám , ale soustav X – Y nebo „létajících očí“, ve kterých si každá čočka obvykle vytváří vlastní obraz scény bez pomoci většího objektivu ) nebo dírkových otvorů k zachyťte a zobrazte scénu jako 4D světelné pole a vytvářejte stereoskopické obrázky, které vykazují realistické změny paralaxy a perspektivy, když se divák pohybuje doleva, doprava, nahoru, dolů, blíže nebo dále.

Kroutit stereoskopií

Wiggle stereoscopy je zobrazovací technika, kterou lze dosáhnout rychlým střídáním zobrazení levé a pravé strany stereogramu. Nalezené v animovaném formátu GIF na webu, online příklady jsou viditelné ve sbírce stereogramů veřejné knihovny v New Yorku . Tato technika je také známá jako „Piku-Piku“.

Techniky stereofotografie

Moderní stereo televizní kamera

Pro stereofotografii pro obecné účely, kde je cílem duplikovat přirozené lidské vidění a poskytnout vizuální dojem co nejblíže tomu, co tam skutečně je, by správná základní linie (vzdálenost mezi pořízením pravého a levého obrazu) byla stejná jako u vzdálenost mezi očima. Když jsou snímky pořízené s takovou základní linií prohlíženy pomocí metody prohlížení, která duplikuje podmínky, za kterých je snímek pořízen, pak by výsledkem byl obraz téměř stejný jako ten, který by byl viděn na místě, kde byla fotografie pořízena. Dalo by se to popsat jako „orto stereo“.

Existují však situace, kdy může být žádoucí použít delší nebo kratší základní linii. Mezi faktory, které je třeba zvážit, patří způsob zobrazení, který se má použít, a cíl při pořizování snímku. Koncept základní linie platí také pro další odvětví stereografie, jako jsou stereofonní kresby a počítačem generované stereofonní obrazy, ale zahrnuje spíše zvolený úhel pohledu než skutečné fyzické oddělení kamer nebo objektivů.

Stereo okno

Koncept stereofonního okna je vždy důležitý, protože okno je stereoskopický obraz vnějších hranic levého a pravého pohledu tvořícího stereoskopický obraz. Pokud je před něj umístěn jakýkoli předmět, který je odříznut bočními okny, výsledkem je nepřirozený a nežádoucí účinek, nazývá se to „narušení okna“. To lze nejlépe pochopit návratem k analogii skutečného fyzického okna. Proto existuje rozpor mezi dvěma různými hloubkovými narážkami: některé prvky obrazu jsou skryty oknem, takže se okno jeví jako bližší než tyto prvky a stejné prvky obrazu vypadají blíže než okno. Stereo okno musí být vždy upraveno tak, aby nedošlo k narušení okna.

Některé předměty lze vidět před oknem, pokud nedosahují bočních stran okna. Tyto objekty však nelze považovat za příliš blízko, protože pro pohodlné sledování je vždy omezen rozsah paralaxy.

Pokud je scéna viděna oknem, celá scéna by normálně byla za oknem, pokud je scéna vzdálená, byla by v určité vzdálenosti za oknem, pokud je poblíž, zdálo by se, že je těsně za oknem. Objekt menší než samotné okno mohl dokonce projít oknem a objevit se částečně nebo úplně před ním. Totéž platí pro část většího objektu, která je menší než okno. Cílem nastavení stereo okna je duplikovat tento efekt.

Umístění okna oproti celému obrazu proto musí být upraveno tak, aby většina obrazu byla vidět za okno. V případě sledování na 3D televizoru je snazší umístit okno před obraz a nechat okno v rovině obrazovky.

Naopak v případě projekce na mnohem větší plátno je mnohem lepší nastavit okno před plátno (říká se mu „plovoucí okno“), například tak, aby bylo viděno asi dva metry daleko diváci sedí v první řadě. Tito lidé proto normálně uvidí pozadí obrázku v nekonečnu. Samozřejmě, že diváci sedící za ním uvidí okno vzdálenější, ale pokud je obraz vytvořen za normálních podmínek, takže diváci v první řadě vidí toto pozadí na nekonečno, ostatní diváci sedící vzadu uvidí toto pozadí také na nekonečný, protože paralaxa tohoto pozadí se rovná průměrnému lidskému interokulárnímu.

Celou scénu, včetně okna, lze posouvat dozadu nebo dopředu do hloubky horizontálním posunutím pohledu levého a pravého oka vůči sobě navzájem. Přesunutím jednoho nebo obou obrazů od středu se celá scéna vzdálí od diváka, zatímco přesunutí jednoho nebo obou obrázků směrem ke středu přesune celou scénu směrem k divákovi. To je například možné, pokud jsou pro tuto projekci použity dva projektory.

U stereofotografie se úpravy oken provádějí posunutím/oříznutím obrázků, u jiných forem stereoskopie, jako jsou kresby a obrázky generované počítačem, je okno integrováno do designu obrazů při jejich generování.

Obrázky lze kreativně oříznout a vytvořit stereofonní okno, které nemusí být nutně obdélníkové nebo ležící na rovině kolmé k zornému poli diváka. Hrany stereofonního rámečku mohou být rovné nebo zakřivené a při sledování ve 3D mohou proudit směrem k divákovi nebo od něj a skrz scénu. Tyto navržené stereofonní snímky mohou pomoci zdůraznit určité prvky ve stereofonním obrazu nebo mohou být uměleckou součástí stereofonního obrazu.

Využití

Zatímco stereoskopické obrázky se obvykle používají pro zábavu, včetně stereografických karet , 3D filmů , 3D televize , stereoskopických videoher , tisků pomocí anaglyfu a obrázků, plakátů a knih autostereogramů , existuje i další využití této technologie.

Umění

Salvador Dalí vytvořil při svém zkoumání v různých optických klamech působivé stereogramy. Mezi další stereo umělce patří Zoe Beloff, Christopher Schneberger, Rebecca Hackemann, William Kentridge a Jim Naughten. Ručně byly také namalovány červeno-azurové anaglyfové stereoskopické obrázky.

Vzdělávání

V 19. století bylo zjištěno, že stereoskopické obrázky poskytují lidem příležitost zažít místa a věci daleko, a bylo vyrobeno mnoho prohlídkových sad a byly vydány knihy, které lidem umožňovaly učit se o geografii, vědě, historii a dalších předmětech. Taková použití pokračovala až do poloviny 20. století, přičemž společnost Keystone View Company vyráběla karty do 60. let minulého století.

Tento snímek, zachycený 8. června 2004, je příkladem kompozitního anaglyfického obrazu generovaného ze stereofonní Pancamy na Spirit , jedné z rover průzkumu Marsu . Lze jej stereoskopicky zobrazit pomocí správných červených/azurových filtračních skel. K dispozici je také jediná 2D verze . S laskavým svolením NASA/JPL-Caltech. Ke správnému zobrazení tohoto obrázku jsou doporučeny 3D červené azurové brýle.3D brýle červené azurové. Svg

Průzkum vesmíru

Na Mars Exploration Rover , zahájila NASA v roce 2003 prozkoumat povrch Marsu , jsou vybaveny unikátními kamer, které umožňují vědcům prohlížení stereoskopických snímků povrchu Marsu.

Dvě kamery, které tvoří Pancam každého roveru, se nacházejí 1,5 m nad povrchem země a jsou od sebe odděleny 30 cm s 1 stupněm špičky. To umožňuje, aby se z obrazových párů vytvořily vědecky užitečné stereoskopické obrázky, které lze zobrazit jako stereogramy, anaglyfy nebo je zpracovat na 3D počítačové obrázky.

Schopnost vytvářet realistické 3D obrazy z dvojice kamer zhruba v lidské výšce dává vědcům lepší přehled o povaze krajiny, kterou si prohlíží. V prostředí bez mlhavé atmosféry nebo známých orientačních bodů se lidé při posuzování vzdálenosti spoléhají na stereoskopické stopy. Pohledy jednotlivých kamer jsou proto obtížněji interpretovatelné. Stereoskopické systémy s více kamerami, jako je Pancam, řeší tento problém s průzkumem vesmíru bez posádky.

Klinické použití

Stereogram karty a vectographs používají optometristy , očními lékaři , ortoptistů a vidění terapeuty v diagnostice a léčbě binokulárního vidění a akomodační poruchy.

Matematické, vědecké a technické využití

Stereopair fotografie poskytovaly způsob pro trojrozměrné (3D) vizualizace leteckých fotografií ; zhruba od roku 2000 jsou 3D letecké pohledy založeny hlavně na technologiích digitálního stereofonního zobrazování. Jeden problém související se stereofonními obrazy je množství místa na disku potřebného k uložení takových souborů. Stereo obraz obvykle vyžaduje dvakrát tolik místa než normální obraz. V poslední době se vědci počítačového vidění pokusili najít techniky k útoku na vizuální nadbytečnost stereopárů s cílem definovat komprimovanou verzi souborů stereopárů. Kartografové dnes generují stereopárů pomocí počítačových programů za účelem vizualizace topografie ve třech rozměrech. Počítačová stereo vizualizace používá programy stereo shody. V biologii a chemii se složité molekulární struktury často vykreslují ve stereopárech. Stejnou techniku ​​lze také použít na jakýkoli matematický (nebo vědecký nebo inženýrský) parametr, který je funkcí dvou proměnných, ačkoli v těchto případech je běžnější, že se trojrozměrný efekt vytvoří pomocí ‚zkreslené‘ sítě nebo stínování (jako ze vzdáleného zdroje světla).

Viz také

Reference

Bibliografie

  • Simmons, Gordon (březen – duben 1996). „Clarence G. Henning: Muž za makrem“. Stereo svět . 23 (1): 37–43.
  • Willke, Mark A .; Zakowski, Ron (březen – duben 1996). „Podrobný pohled na realistický makro stereo systém“. Stereo svět . 23 (1): 14–35.
  • Morgan, Willard D .; Lester, Henry M. (říjen 1954). Stereo Realistický manuál . a 14 přispěvatelů. New York: Morgan & Lester. Bibcode : 1954srm..book ..... M . OCLC  789470 .

Další čtení

  • Scott B. Steinman, Barbara A. Steinman a Ralph Philip Garzia. (2000). Základy binokulárního vidění: klinická perspektiva . McGraw-Hill Medical. ISBN  0-8385-2670-5

externí odkazy

Archivní sbírky

jiný