Все способы получения объемного изображения

Способы создания объемных изображений

Голография

Голограмма — объемное изображение предмета, созданное с помощью когерентного (лазерного) излучения. В фотоэмульсионном слое записывается картина интерференции двух лазерных пучков: первый пучок, опорный, — как правило, коллимированный (параллельный), второй пучок, предметный, — отраженный от объекта. Книги с описанием технологии изготовления голограмм вы можете найти в любой публичной научно-технической библиотеке. Но для того, чтобы освоить эту технологию, необходимо иметь соответствующее оборудование и специальное образование.

Рекомендую посмотреть страницы, посвященные голографии: www.holography.ru и www.media-security.ru.

Голограмма наиболее полно передает объемность предмета в сравнении с описанными ниже методами (за исключением интегральной фотографии).

• В начало страницы

Стереофильмы с использованием поляризационных очков

Сейчас никого не удивляют кинотеатры, в которых можно смотреть стереофильмы. Посетителям кинозала выдаются очки с двумя поляризаторами, ориентированными друг к другу под углом 90 градусов. На экран проецируется два перпендикулярно поляризованных изображения для левого и правого глаза. Правый поляризатор пропускает изображение для правого глаза, левый — для левого. Таким образом создается стереоэффект.

Все кажется простым и понятным, за исключением следующего момента. Кинопроектор проецирует изображение на белый рассеивающий экран. Но если бы это был обычный экран из материи, он бы деполяризовал отраженный свет и стереоочки не смогли бы разделить изображения для левого и правого глаз. В стереокинотеатрах в качестве экрана используются недеполяризующие материалы — серебряная ткань или матированная алюминиевая поверхность.

• В начало страницы

Стереоскопы

Стереоскопы — несложные устройства для наблюдения объемных изображений, создаваемых двумя слайдами — для левого и для правого глаз. Стереоскоп по своей конструкции и применению сходен с биноклем, состоит из двух окуляров, двух фиксаторов слайдов и двух матированных стекол, которые создают равномерное рассеянное освещение. Расстояние между слайдами и окулярами меняется для каждого человека индивидуально. Каким образом можно получить слайды для этого устройства — смотри здесь.

• В начало страницы

Стереизображения с использованием дополнительных светофильтров

Дополнительными цветами называются цвета, которые при умножении дают черный цвет, при сложении — белый. Дополнительными цветами являются красный и синий, малиновый и зеленый и много других цветов, которые вы можете получить на экране компьютера, используя функции «выбор цвета» и «негатив» в программах обработки изображения. Сделав негатив какого-либо цвета, вы получите его дополнение. Умножив эти цвета, вы получите черный, сложив — белый.

Для дополнительных светофильтров это означает, что сложенные вместе светофильтры не пропускают видимый диапазон света, сквозь них вы ничего не увидите. А если спроецировать два пучка белого света сквозь дополнительные светофильтры и совместить цвета на одном и том же участке белого экрана, то они, смешавшись, снова дадут белый цвет.

Для того, чтобы получить стереоизображение на мониторе, нужно подобрать на нем два цвета, соответствующие вашим дополнительным светофильтрам. Нужно выбрать цвета таким образом, чтобы сквозь один светофильтр цвет сливался с «белым» фоном, сквозь другой — казался «черным» (смотри рисунок). Слова «белый» и «черный» стоят в кавычках поскольку эти цвета на различных мониторах имеют разные оттенки. И, если у вас возникают трудности с подбором цветов, можно подкорректировать и «белый», и «черный» цвет.

Подобрав цвета и светофильтры, можно создавать объемные изображения, используя программы 3D Studio Max, Corel Dream 3D, CorelDRAW, Adobe Photoshop и т. п.

Приведенный выше рисунок создан с помощью программ Corel Dream 3D и Adobe Photoshop и является симметричным относительно левого и правого глаза, т. е. его можно рассматритвать, меняя местами светофильтры для левого и правого глаз.

Можно создавать объемные изображения реальных объектов, используя снимки, сделанные с разных точек зрения. Можно также преобразовывать плоские фотографии простых объектов в трехмерные.
В начало страницы

Стереотелевидение с использованием стереоочков на жидких кристаллах

Для того, чтобы получить объемное изображение на мониторе компьютера, используются специальные жидкокристаллические стереоочки. На мониторе компьютера с большой частотой меняется изображение для левого и правого глаз. Особый затвор в очках делает прозрачным, попеременно, то левое, то правое стекло. Мы не замечаем этого из-за быстрой смены кадров, и правый и левый глаз видят соответствующие им изображения.

Чтобы увидеть объемные изображения на экране ваших мониторов, вам нужны стереоочки, трехмерная видеокарта, особое программное обеспечение и хороший монитор.

• В начало страницы

Стереограммы

Стереограммы известны давно. Первые стереограммы представляли собой две маленькие картинки для левого и правого глаза, расположенные на расстоянии 6,5 см друг от друга (это среднее расстояние между глазами человека, оно колеблется от 5 до 7 см). Для того, чтобы увидеть объемное изображение, необходимо расфокусировать глаза и попытаться свести два изображения в одно. (Я. И. Перельман «Занимательная физика».)

Существуют различные методики обучения этому способу рассматривания стереограмм. Но автору этой страницы они не помогли. Если вы овладеете методикой просмотра стереограмм, вы можете увидеть объемные изображения на приведенных ниже ссылках. Современные стереограммы отличаются от самых первых стереограмм и создаются с помощью программного обеспечения на компьютерах.

Ниже приведены ссылки, на которых вы можете увидеть стереограммы:

• stereo-pictures.virtualave.net и ozma.h1.ru — здесь вы можете получит более подробную информацию о стереограммах.
• www.chat.ru/

stereo_pictures — стереограммы Дмитрия Багаева.

illusions.newdamage.com — здесь вы можете не только увидеть стереограммы, но и узнать много интересного.

www.sirds.com — огромная коллекция стереограмм (англоязычный сайт).

www.bluemountain.com — англоязычный сервер с открытками, в том числе и стереограммными, которые вы можете послать своим друзьям.

• В начало страницы

Растровая стереофотография

Основа растровой стереофотографии — линзовый растр, или стереорастр, представляющий собой набор тонких цилиндрических линз (см. рисунок ниже). Одна поверхность растра — плоская, к ней приклеивается бумага с изображением. Другая поверхность в разрезе, показанном на рисунке, представляет собой периодическую структуру, состоящую из дуг окружностей. Радиус этих окружностей (R) и толщина линзового растра (t) тесно взаимосвязаны и не являются независимыми параметрами. Радиусы и толщина должны быть такими, чтобы изображение объекта фокусировалось линзами на нижнюю плоскую поверхность растра. Естественно, здесь входит в расчеты и показатель преломления (n) прозрачной полимерной пленки, из которой изготовлен линзовый растр. Показатель преломления лежит в пределах от 1,5 до 1,65.

В основе стереоэффекта лежит способность растра преломляя световые пучки отклонять их под разными углами — часть стереоизображения, расположенная в правом полупериоде растра отклоняется влево и попадает в левый глаз человека, левый полупериод изображения отклоняется и попадает в правый глаз. Такова упрощенная модель работы стереорастра.

Способы получения растровых стереофотографий

В довоенной Франции проводилась выставка поражавших зрителей растровых стереофотографий. На снимках были панорамы Парижа. Когда человек проходил мимо них, здания на этих фотографиях как будто поворачивались.

Технику изготовления таких стереофотографий автор держал в секрете. Но мы можем предположить, каким образом он их получал. На стеклянную пластинку с одной стороны прикреплялся линзовый растр, на другую сторону была нанесена фоточувствительная эмульсия. С помощью объектива на поверхность эмульсии сквозь стереорастр проецировалось изображение зданий (здесь правильно рассматривать оптическую систему объектив — линзовый растр). После обработки химикатами в фотоэмульсии проявлялось стереоизображение. Изображение было черно-белым, тогда еще не было цветной фотографии. Объектив отличался от фотообъективов, которые сейчас используются в фотоаппаратах — фокусное расстояние было больше, ведь изображение проецировалось не на 35 мм фотопленку, а на пластину больших размеров. Во время экспозиции фотопластинка с линзовым растром поворачивалась на определенный угол, описывая таким образом дугу окружности. Время экспозиции для пластинок с фотоэмульсией больше, чем для фотопленок (не сотые доли секунды, а от нескольких секунд до нескольких минут). Таким образом получалось стереоизображение объекта, которое изначально было согласовано с линзовым растром. Полученные стереофотографии были уникальными и не тиражировались.

Следующая методика получения стереофотографий появилась позже, с развитием фототехники.

Два цветных негатива (для левого и правого глаза) проецируются двумя источниками света на цветную фотобумагу, на которой лежит линзовый растр. Главное — правильно выбрать базу (расстояние между негативами) и не перепутать левый и правый негативы. Стереофотографии, полученные таким способом, легко тиражировались и в недалеком прошлом выпускались в больших количествах. Но их качество оставляло желать лучшего.

При такой методике изготовления стереофотографий ничто не ограничивает нас только двумя ракурсами фотосъемки — для левого и для правого глаза. Такое ограничение дает использование стереоочков. В растровой стереофотографии количество ракурсов может быть увеличено и таким образом более приближено к первой методике.

Естественно, третья методика — моделирование стереофотографий на компьютере. Появление персональных компьютеров с большим быстродействием позволяет успешно решать эту задачу.

Самый простой способ моделирования стереоизображений состоит в том, чтобы разрезать изображение для левого и правого глаза на полосы толщиной полупериода растра и совместить изображения, чередуя полосу левого изображения с полосой правого, как показано на рисунке. На изображение накладывается линзовый растр, при этом следует точно совмещать периоды растра и стереоизображения. Таким образом автор получал неплохие стереокартинки.

Компьютерное моделирование дает нам большие возможности для манипулирования нашими фотографиями. Но это еще не все — с помощью компьютера можно делать стереоснимки не только реальных объектов, но и объемных фигур, созданных с помощью программ 3D Studio Max или Corel Dream 3D, заменяя таким образом фотографию.

Интегральная фотография

В своей основе интегральная фотография подобна растровой. Интегральный фоторастр представляет собой набор микролинз или микрообъективов, собранных подобно фасеточным глазам насекомых.

Каждая микролинза формирует на светочувствительной пластинке изображение объекта под своим углом зрения (см. рисунок ниже).

На рисунке показаны изображения куба, которые могут получиться с помощью интегрального растра на светочувствительной пластине. Проявив светочувствительную пластинку? мы получим объемное изображение объекта, которое можно рассматривать, поворачивая пластинку под разными углами в различных направлениях.

Но пока интегральная фотография, по всей видимости, существует только в теории. Однолинзовый объектив не дает качественного изображения объекта. Хорошие объективы состоят из нескольких линз. Например, дорогой фотообъектив «Canon» состоит из 24 линз. Сложно представить себе интегральный фоторастр, состоящий из огромного количества микрообъективов, являющихся набором нескольких микролинз. Поэтому интегральные фотографии мы увидим еще очень нескоро.

• В начало страницы

Метод «параллакса»

Метод «параллакса» заключается в следующем. Мы смотрим на изображение левым глазом без светофильтра, а правым — сквозь плотный светофильтр, в результате чего глаз воспринимает изображение с некоторой временной задержкой относительного левого. Можно увидеть объемными только движущиеся картинки, при этом два соседних кадра должны представлять собой стереопару.

Быстроменяющиеся картинки

Существует еще один способ получить объемное изображение, описанный Я. И. Перельманом в книге «Занимательная физика». Картинки для левого и правого глаз быстро сменяют друг друга и возникает иллюзия объема.

Источник

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