Способы объемно пространственного изображения

Технология создания 3d изображений

Технология трехмерного изображения давно получила широкое распространение и потому никого не удивляет. Какой принцип лежит в основе создания технологий 3d изображений, в чем их различия и какие наиболее перспективны?

Принцип создания 3D изображений

Все разработки, направленные на получение объемных изображений, основываются на особенностях человеческого зрения.

В основе создания 3D контента лежит принцип записи на 2 камеры. Это дает возможность снять на 2 различных, но при этом лишь совсем немного разделенных изображения. В результате полученные изображения ориентированы отдельно на левый и правый глаз. То есть в момент восприятия картинки глаза видят немного отличающиеся изображения. Полученная информация поступает в мозг, который путем объединения изображений формирует трехмерную картину мира.

Для получения «двойной» съемки во время записи фильмов и видеороликов кинокомпании задействуют оборудование, которое обеспечивает параллельную работу двух камер. Для этого устройства оснащены системой точного контроля, позволяющей настраивать слаженную работу камер.

Ключевое условие – чтобы оптическая составляющая камер была практически идентичной.

Некоторые кинокомпании для получения желаемого эффекта применяют в работе видеокамеры, которые оснащены двухлинзовой системой съемки. Но и в этом случае готовая работа будет включать 2 отдельных ряда кадров: первый – для правого, второй – для левого. А уже тот момент, каким образом зритель будет просматривать созданное изображение, напрямую зависит от типа установленной для этого системы воспроизведения.

Виды технологий просмотра

Все лидеры телевизионной техники давно стали осваивать выпуск оборудования, способного воспроизвести пространственные изображения. 3D мониторы активно применяются во многих областях, начиная с моделирования, компьютерного проектирования, медицинской визуализации и завершая азартными играми.

В чем разница между активным 3D и пассивным:

Основное развитие в формате 3D получили жидкокристаллические LED телевизоры и «плазмы». Все они воспроизводят изображения в качестве Full HD. Если их сравнивать, то в силу технологических особенностей, «плазмы» демонстрируют лучшее качество. Для сохранения плавности картинки видео выводятся поочередно для каждого глаза, выдерживая кадровую частоту в пределах 60 Гц. В результате общая кадровая частота для обоих глаз достигает отметки в 120 Гц. Этого невозможно добиться без строгого требования ко времени отклика матрицы. Параметр не должен превышать отметку в 3 мс.

При таком требовании к выводимым на экран видео получить желаемый 3D эффект можно несколькими способами. Мы упомянем лишь самые востребованные технологии создания и воспроизведения 3d изображений.

Анаглиф – рельефный

Метод получения стереоэффекта, внедренный еще в 80-х годах прошлого века, реализуется посредством цветового кодирования изображений, которые считываются левым и правым глазом по отдельности.

Для получения эффекта задействуют анаглифические очки, функцию линз в которых исполняют светофильтрующие пары цветов:

• красный – для левого;
• бирюзовый (синий) – для правого.

За счет бинокулярного смешения цветов формируется объемное и при этом однотонное изображение. Адаптация зрения и мозга к специфическим условиям восприятия происходит быстро. Единственный минус – даже после кратковременного сеанса длительностью не более 15 минут многие отмечают, что испытывают дискомфорт в виде снижения цветовой чувствительности при восприятии обычного мира.

Сегодня этот метод практически не применяется, поскольку был вытеснен более инновационными технологиями.

Поляризация – iMax 3D

Самый простой способ создать «объем» с хорошей детальностью и цветопередачей — поляризовать световые потоки. Для получения желаемого эффекта свет пропускают через кристаллы, которые преломляют его потоки. Это и создает иллюзию трехмерного изображения. Поляризационные стереопары бывают четырех вариантов исполнения: с горизонтальным и вертикальным вектором направления, а также четырехстрочные и подкадровые.

На принципе поляризации построена получившая широкое распространение в развлекательной сфере технология iMax 3D и RealD.

При просматривании созданных таким способом изображений применяют очки, в которые вставлены линзы с разной степенью поляризации. Чтобы при наклоне головы и смене положения тела не возникали перекрестные искажения, а изображения не утрачивали яркость и контрастность, разработчики оснащают очки линзами с круговой поляризацией: для одного глаза с левой, для другого – с правой.

Как работает поляризационная система подробно описано в видео-ролике:

Разделение строк – XpanD 3D

В последние годы нашла воплощение идея формировать изображения посредством построчного ввода их на экран. Для получения эффекта применяют оборудование, которое воспринимает, а затем формирует объемное изображение.

Современная XpanD технология создания 3d изображений широко применяется в кинотеатрах и при оборудовании домашних 3D-телевизоров и мониторов.

Для просмотра созданного с ее помощью контента задействуют очки, синхронизированные с оборудованием для воспроизведения. Линзы аксессуара состоят из таких же жидких кристаллов, как сама матрица телевизора.

В очки встроен ИК-датчик, который проецирует на стекла очков разделенные изображения. В результате каждый глаз видит только ту часть картинки, которая предназначена для него. Остальная часть изображения автоматически прикрывается поворотом стекла. В момент отключения ИК-датчика стекла перестают менять свою позицию и эффект объемного изображения пропадает.

Аксессуар управляется от телевизора посредством Bluetooth или инфракрасного канала связи.

Эффект параллакса

Сегодня на пике популярности автостереоскопические 3D дисплеи, которые выстраивают объемные зрительные образы путем создания эффекта параллакс-барьера.

Принцип создания объемных изображений посредством параллакса построен на том, что видимое положение объекта в зависимости от угла обзора наблюдателя немного изменяется относительно удаленного фона. Интегрированные в экран жидкокристаллические барьеры под действием сигнала проворачиваются под определенным углом, направляя световой поток в заданном направлении.

Наличие параллаксного барьера дает возможность зрителю видеть картинки как бы удаленными в глубину по отношению друг от друга. Воспринимая и обрабатывая «разорванную» картинку, мозг просто формирует из нее цельное изображение.

Эта усовершенствованная технология удобна тем, что не требует дополнительной гарнитуры. Единственный ее минус в том, что при малейшей корректировке угла просмотра относительно заданной оптимальной точки глаза перестают воспринимать изображение как единое целое. Они просто определяют его как две отдельных расположенных в удалении друг от друга картинки.

Экраны с параллаксными барьерами нашли широкое применение в портативных устройствах – ноутбуках, фотоаппаратах и телефонах. При необходимости кристаллический барьер всегда можно отключить и просматривать видео в формате 2D.

Существуют и более новые решения в области автостереоскопии, которые дают возможность отображать объемные картинки одновременно для большого числа зрителей. Для этого изображения разделяются между зрителями не посредством линз, а делятся во времени. Такой эффект достигается за счет работы встроенной системы микролинз, которые динамически перестраивают копии изображений, задавая им определенную позицию перед дисплеем.

В результате зритель имеет возможность видеть полную копию изображения, а в случае смены положения просто «переноситься в зону трансляции» параллельно воспроизводимой копии. Но для применения такой системы требуется оборудование, способное поддерживать частоту трансляции порядка 2000 Гц, что в домашних условиях пока не представляется возможным.

Источник

Рисование.ру

Урок 3. Перспектива: передача трехмерных форм и пространства

Для того, чтобы создать ощущение трехмерности в вашем рисунке, вам нужно будет кое-что узнать о перспективе, которая и является техникой передачи трехмерных форм и пространства на плоскости. В жизни перспектива дает нам возможность оценить расположение предметов и людей по отношению друг к другу, и вам нужно будет отразить это в своих рисунках, чтобы они получались достаточно реалистичными.

Принципы простой перспективы

Сначала проведите на всей странице три параллельные друг другу горизонтальные линии. Центральная линия должна быть расположена немного ближе к верхней линии, чем к нижней. Эта центральная линия (1) представляет собой уровень глаз, который всегда будет линией горизонта. Остальные — верхняя горизонталь (2) и нижняя горизонталь (3).

Теперь проведите вертикальную линию от верхней горизонтали к точке схода и затем к нижней горизонтали (6). Зафиксируйте точку на линии уровня глаз и соедините два конца проведенной вертикальной линии с этой точкой, которая называется точкой схода (4). Эти две линии являются верхней линией перспективы (5) и нижней линией перспективы (7). Теперь у вас получился треугольник, соединяющий три горизонтальные линии и одну вертикальную.

Затем нарисуйте две вертикальные линии, параллельные первой вертикали (одну справа (9) и одну слева (8)), которые будут пересекать две линии, идущие к точке схода.

Теперь вы можете стереть линии построения и оставить лишь видимый твердый блок, например, коробку или здание, причем линия горизонта проходит позади этого объекта. В итоге вы получили трехмерное изображение объекта, которое выглядит достаточно убедительно.

Принципы сложной перспективы

До сих пор мы изучали перспективу очень кратко, поэтому в этом продолжении урока мы рассмотрим ее более подробно, поскольку она является важным условием рисования реалистичных картин. Принципы перспективы не так уж трудно понять и освоить, но вам придется попрактиковаться, прежде чем использование перспективы станет вашей второй натурой, и вы сможете использовать их, почти не задумываясь. Эту часть урока можно пропустить сейчас и вернуться к ней после прохождения всех уроков до 19 урока включительно.

Первый этап изучения перспективы — теория, и пока вы не начнете применять ее на практике, она, вполне возможно, покажется вам довольно запутанной, к тому же эта теория без прямого наблюдения не выглядит особенно убедительной. именно поэтому явно трехмерные изображения, созданные компьютером, всегда выглядят немного нереальными. На первый взгляд там все правильно, но, если у вас есть время, чтобы изучить их, вы заметите, что они не настолько реальны, как то, что мы видим в реальности.

Немного попрактиковавшись в использовании перспективы в рисунках, вы скоро начнете видеть, как это работает в реальной жизни, и сможете вносить все более и более тонкие корректировки, благодаря которым ваши рисунки станут более убедительными. Может показаться, что это довольно сухой материал, но удостоверьтесь, что вы способны справиться с подобной формой визуализации окружающей действительности, прежде чем у вас выработается привычка рисовать предметы, выглядящие для зрителя абсолютно реальными.

Искусство перспективы состоит в том, чтобы убедить глаз (и мозг соответственно), что он видит трехмерное пространство, имеющее глубину и протяженность. В этом уроке я привел серию упражнений, которые, если их точно скопировать, дадут вам хорошее представление о том, как рисовать предметы и пейзажи с использованием перспективы.

Одноточечная перспектива

В первом упражнении мы изучим то, что называется одноточечной перспективой. Это означает, что на линии горизонта есть только одна точка схода, к которой ведут все основные линии композиции. Все остальные линии будут либо горизонтальными, либо вертикальными.

Начните с рисования линии горизонта, располагая ее на листе слева направо. В реальной жизни горизонт всегда будет располагаться на уровне ваших глаз. Убедитесь, что он параллелен верхнему и нижнему краям листа бумаги. Теперь поставьте точку в центре этой линии горизонта — единственную точку схода. Затем нарисуйте исходящие из этой точки пять линий под углом к линии горизонта, две слева и три справа от точки схода.

Затем аккуратно проведите шесть вертикальных линий, параллельных боковым сторонам листа и перпендикулярных линии горизонта, две слева от точки схода и четыре справа. Они будут представлять собой фасады трех больших блоков, которые располагаются в пространстве между горизонтом и передним планом.

В конце вам нужно будет провести шесть горизонтальных линий, которые начинаются от верхнего и нижнего концов этих вертикалей, левые тянутся влево от вертикали, а правые — вправо. Теперь, когда вы сотрете вспомогательные направляющие, вы получите то, что будет выглядеть как три больших блока, устойчиво стоящих в созданном пространстве.

Двухточечная перспектива

Следующая схема разъясняет, как работает двухточечная перспектива. И снова сначала нарисуйте поперек листа бумаги линию горизонта, убедившись, что она параллельна верхнему и нижнему краям бумаги. Затем отметьте две точки схода, одну слева и одну справа. В центре нарисуйте более короткую вертикальную линию, перпендикулярную линии горизонта и разделяющую ее пополам, как показано на рисунке. Теперь нарисуйте линии от точек схода до верхнего и нижнего концов вертикального отрезка в центре и продлите их до краев листа, как показано на рисунке.

Чтобы блок казался трехмерным, нужно нарисовать еще две вертикальные линии, параллельные первой, одну слева и дальше от центральной линии, а другую — справа. Завершите их сверху и снизу на линиях перспективы, которые вы уже провели. Затем из двух точек схода проведите еще по две линии перспективы.

Линии, исходящие из левой точки схода, должны касаться верхнего и нижнего краев вертикального отрезка справа, а линии, исходящие из правой точки схода, должны касаться верхнего и нижнего краев вертикального отрезка слева. Благодаря этим построениям, вы создадите структуру блока, четко и просто зафиксированного в пространстве.

Чтобы завершить создание иллюзии прозрачного объемного блока, вам нужно будет нарисовать последнюю вертикаль, которую вы бы не увидели, если бы блок был непрозрачным. Она соединяет точки, где пересекаются последние группы линий перспективы. Итак, вы снова нарисовали зрительно объемный блок, но на этот раз прозрачный.

Трехточечная перспектива

Трехточечная перспектива используется нечасто, но я показываю ее здесь потому, что она позволяет завершить объяснение того, как работает перспектива.

Она применяется при рисовании очень высоких зданий, и ее не так легко увидеть в реальной жизни, если вы не стоите у подножия одного из них.

Сначала, как и раньше, нарисуйте линию горизонта поперек листа бумаги, а затем, после фиксации двух точек схода слева и справа, соедините их с точкой на длинной вертикали, проведенной в центре, как и раньше, сверху и снизу, только верхняя точка должна быть настолько высоко, насколько это возможно из-за размеров листа, в то время как нижняя точка должна находиться близко к линии уровня глаз. В результате, как вы можете видеть, получается очень высокий четырехугольник.

Теперь нарисуйте две линии по обе стороны от центральной вертикали так, чтобы они в верхней части одинаково наклонялись внутрь, как если бы у вас была третья точка схода на вертикали намного выше края листа бумаги, так высоко над горизонтом, что вам понадобился бы огромный лист бумаги, чтобы вместить ее.

Нарисуйте еще несколько линий от правой и левой точек схода, которые, как вы можете видеть, соединяются на разной высоте на поверхности этого высокого блока, так что он теперь напоминает небоскреб.

Этот рисунок больше похож на то, что вы могли увидеть в реальности, но для того, чтобы нарисовать этот предмет в полный рост, потребуется большой лист бумаги.

Несколько вертикальных линий на одной стороне блока усилят драматизм перспективы и создадут впечатление высокого здания, видимого снизу. Конечно, угловатость блока сильно преувеличена, но этот рисунок хорошо передает саму идею. Помните, что перспектива — это только способ обмануть глаз, чтобы тот поверил в устойчивость зданий и глубину пространства. Если воспринимать ее слишком буквально, иллюзия рушится.

Схема перспективы

Это чисто схематическое упражнение предназначено для того, чтобы вы могли попрактиковаться в использовании перспективы так, чтобы вы научились рисовать трехмерные предметы без вспомогательных линий, потому что вы уже освоили базовые принципы. Координация глаз и сознания достигается постоянной практикой.

Упражнение 1

ШАГ 1

Как и раньше, нарисуйте линию горизонта и точки схода для двухточечной перспективы. На этот раз нарисуйте вертикаль в левой стороне листа, а затем еще одну, меньшую, — внизу, как показано на рисунке. Затем соедините с точками схода верхнюю и нижнюю точки большей вертикали, а также нижний конец меньшей вертикали.

ШАГ 2

Теперь нарисуйте еще две вертикали, чтобы получить большой куб, а затем соедините верхний конец меньшей вертикали с точками схода. Затем нарисуйте два эллипса позади верхнего края меньшего блока.

ШАГ 3

Теперь завершите рисование нижнего блока, как показано на рисунке, и проведите вертикали от узких концов двух эллипсов. Одна пара вертикалей должна завершиться ниже линии горизонта, а вторая пара — над ней. Нарисуйте еще два эллипса, чтобы у вас получились два цилиндра — один длинный, а другой короткий.

ШАГ 4

Затем, чтобы немного усложнить композицию, нарисуйте еще две линии перспективы, чтобы вы могли построить ряд столбов, выстроившихся в ряд между двумя блоками с одинаковыми промежутками. Проведите вертикальную линию от нижнего конца нижней линии, а затем — еще одну на небольшом расстоянии от первой, чтобы получился четырехугольник. Начертите диагонали этого четырехугольника и проведите еще одну вертикаль и линию перспективы через точку пересечения диагоналей.

ШАГ 5

Используя прием, описанный выше, чтобы нарисовать ряд столбов в перспективе, продолжайте вычерчивать диагонали, которые используют следующую точку пересечения диагоналей для построения новой вертикали, пока не получите ряд столбов.

Когда вы сотрете все вспомогательные конструктивные линии, рисунок должен выглядеть так, как показано здесь. Это упражнение может занять некоторое время, но его стоит выполнить, чтобы отработать свои навыки рисования с учетом перспективы. Результат должен быть достаточно убедительным.

Упражнение 2

Последнее упражнение на перспективу легче выполнить, чем предыдущие, потому что вам нужно только оглядеться вокруг, чтобы увидеть следующий сюжет для картины. Это не означает, что задача становится легче, когда речь заходит о рисовании, но по крайней мере теперь вы уже достаточно попрактиковались в рисовании с использованием перспективы, так что вы сможете гораздо более уверенно приступить к выполнению упражнения.

ШАГ 1

Прежде всего, посмотрите на этот первоначальный эскиз интерьера. На основании ранее выполненных упражнений вам сразу станет ясно, что для создания рисунка используются линии перспективы.

ШАГ 2

На следующей схеме показаны линии перспективы, наложенные на эскиз, которые помогут вам проверить правильность изображения комнаты. Вы обнаружите, что самые трудные для рисования участки вашей собственной комнаты располагаются на периферии — в этих областях часто возникает небольшое искажение видимой картинки, которое выглядит на рисунке странно. Возможно, вам придется исправить или проигнорировать предметы, видимые периферическим зрением.

ШАГ 3

После того, как вы построили эскиз, который, по вашему мнению, точно соответствует тому, что вы видите, начните помещать на рисунок основные контуры комнаты и мебели, которые находятся в поле вашего зрения. Однако, если имеются какие-либо сложные предметы мебели или вещи, сильно усложняющие картину, удалите их из поля зрения или просто оставьте вне вашего рисунка. Все художники учатся корректировать сцену, которую рисуют с натуры, чтобы упростить ее или сделать более интересной и композиционно эффектной. Подобные исправления вы можете наблюдать в картинах, написанных с натуры Тёрнером, Каналетто или Гварди. Линии перспективы должны позволить вам добиться точной передачи пропорций всех элементов композиции.

ШАГ 4

Затем вы можете начать работать над тональными величинами, чтобы придать изображению атмосферу и глубину. Если вам придется оставить рисунок и вернуться к работе позднее, проследите за тем, чтобы мебель не перемещалась и угол, под которым падает свет, был тем же самым. Если погода была солнечной, а вы решите возобновить работу в другое время дня, то расположение освещенных участков и теней окажется совершенно иным, поскольку вечернее освещение частично обеспечивается естественным светом, а частично — источником света вверху комнаты. Обратите внимание на то, как я выстроил тона, вплоть до глубокого черного цвета на сиденьях стульев у стола.

Источник