Stereoskopia
_Fleming_D._Tinsley_house,_razed_1963,_circa_1870s_-_DPLA_-_3eea4545c6311e132e30b88adc4a8b2c.jpg)
Stereoskopia (zwana także stereoskopią lub obrazowaniem stereoskopowym ) to technika tworzenia lub wzmacniania iluzji głębi obrazu za pomocą stereopsji dla widzenia obuocznego . Słowo stereoskopia pochodzi od greckiego στερεός (stereos) „twardy, solidny” i σκοπέω (skopeō) „patrzeć, widzieć”. Każdy obraz stereoskopowy nazywany jest stereogramem . Pierwotnie stereogram odnosił się do pary obrazów stereo, które można było oglądać za pomocą stereoskopu .
widzowi parę dwuwymiarowych obrazów. Lewy obraz jest prezentowany lewemu oku, a prawy obraz jest prezentowany prawemu oku. Podczas oglądania ludzki mózg postrzega obrazy jako pojedynczy widok 3D, dając widzowi wrażenie 3D . Jednak efekt 3D nie ma odpowiedniej głębi ogniskowej, co powoduje konflikt wergencji z akomodacją .
Stereoskopia różni się od innych typów wyświetlaczy 3D , które wyświetlają obraz w trzech pełnych wymiarach , umożliwiając obserwatorowi zwiększenie informacji o trójwymiarowych obiektach wyświetlanych za pomocą ruchów głowy i oczu .
Tło
Stereoskopia tworzy iluzję trójwymiarowej głębi z pary dwuwymiarowych obrazów. Ludzkie widzenie, w tym postrzeganie głębi, jest złożonym procesem, który zaczyna się dopiero od uzyskania informacji wzrokowej odbieranej przez oczy; w mózgu zachodzi wiele procesów przetwarzania, ponieważ stara się on nadać sens surowym informacjom. Jedną z funkcji zachodzących w mózgu podczas interpretacji tego, co widzą oczy, jest ocena względnych odległości obiektów od widza oraz wymiar głębokości tych obiektów. Wskazówki których mózg używa do oceny względnych odległości i głębokości w postrzeganej scenie, obejmują:
- wergencja
- Zakwaterowanie
- Stereopsja
- Okluzja - nakładanie się jednego obiektu na drugi
- Zamierzony kąt widzenia obiektu o znanej wielkości
- Perspektywa liniowa (zbieżność równoległych krawędzi)
- Pozycja pionowa (obiekty bliżej horyzontu w scenie są postrzegane jako bardziej oddalone)
- Zamglenie lub kontrast, nasycenie i kolor, przy czym większa odległość generalnie wiąże się z większym zamgleniem, desaturacją i przesunięciem w kierunku koloru niebieskiego
- Zmiana rozmiaru detali teksturowanego wzoru
(Wszystkie z powyższych wskazówek oprócz pierwszych dwóch istnieją w tradycyjnych dwuwymiarowych obrazach, takich jak obrazy, fotografie i telewizja).
Stereoskopia to wytwarzanie iluzji głębi na fotografii , filmie lub innym dwuwymiarowym obrazie poprzez prezentację nieco innego obrazu dla każdego oka , co dodaje pierwszy z tych wskazówek ( stereopsja ). Te dwa obrazy są następnie łączone w mózgu, aby uzyskać percepcję głębi. Ponieważ wszystkie punkty obrazu wytworzonego przez stereoskopię skupiają się na tej samej płaszczyźnie, niezależnie od ich głębokości w oryginalnej scenie, druga wskazówka, ognisko, nie jest powielana, a zatem iluzja głębi jest niepełna. Istnieją również głównie dwa efekty stereoskopii, które są nienaturalne dla ludzkiego wzroku: (1) niedopasowanie między konwergencją a akomodacją, spowodowane różnicą między postrzeganą pozycją obiektu przed lub za wyświetlaczem lub ekranem a rzeczywistym źródłem tego światła ; oraz (2) możliwy przesłuch między oczami, spowodowany niedoskonałą separacją obrazów w niektórych metodach stereoskopii.
Chociaż termin „3D” jest powszechnie używany, prezentacja podwójnych obrazów 2D wyraźnie różni się od wyświetlania obrazu w trzech pełnych wymiarach . Najbardziej zauważalną różnicą jest to, że w przypadku wyświetlaczy „3D” ruchy głowy i oczu obserwatora nie zmieniają otrzymanych informacji o oglądanych trójwymiarowych obiektach. Wyświetlacze holograficzne i wyświetlacz wolumetryczny nie ma tego ograniczenia. Tak jak nie jest możliwe odtworzenie pełnego trójwymiarowego pola dźwiękowego za pomocą tylko dwóch głośników stereofonicznych, tak samo nazywanie podwójnych obrazów 2D „3D” jest przesadą. Dokładny termin „stereoskopowy” jest bardziej nieporęczny niż powszechne błędne określenie „3D”, które zostało zakorzenione przez wiele dziesięcioleci niekwestionowanego nadużycia. Chociaż większość wyświetlaczy stereoskopowych nie kwalifikuje się jako prawdziwy wyświetlacz 3D, wszystkie rzeczywiste wyświetlacze 3D są również wyświetlaczami stereoskopowymi, ponieważ spełniają również niższe kryteria.
Większość wyświetlaczy 3D wykorzystuje tę stereoskopową metodę do przekazywania obrazów. Został po raz pierwszy wynaleziony przez Sir Charlesa Wheatstone'a w 1838 roku i ulepszony przez Sir Davida Brewstera , który stworzył pierwsze przenośne urządzenie do oglądania 3D.
Wheatstone pierwotnie używał swojego stereoskopu (raczej nieporęcznego urządzenia) do rysunków, ponieważ fotografia nie była jeszcze dostępna, jednak jego oryginalny artykuł wydaje się przewidywać rozwój realistycznej metody obrazowania:
Dla celów ilustracji użyłem tylko zarysów, ponieważ gdyby wprowadzono cieniowanie lub kolorowanie, można by przypuszczać, że efekt był całkowicie lub częściowo spowodowany tymi okolicznościami, podczas gdy pominięcie ich nie pozostawia miejsca na wątpliwości że cały efekt ulgi wynika z jednoczesnego postrzegania dwóch jednoocznych projekcji, po jednej na każdej siatkówce. Ale jeśli wymagane jest uzyskanie jak najwierniejszego podobieństwa do rzeczywistych obiektów, można odpowiednio zastosować cieniowanie i kolorowanie, aby spotęgować efekty. Uważna uwaga umożliwiłaby artyście narysowanie i namalowanie dwóch składowych obrazów, tak aby przedstawić umysłowi obserwatora, w wynikowej percepcji, doskonałą tożsamość z przedstawionym przedmiotem. Kwiaty, kryształy, popiersia, wazy, różnego rodzaju instrumenty itp. można by w ten sposób przedstawiać tak, aby nie można ich było odróżnić wzrokiem od samych rzeczywistych przedmiotów.
Stereoskopia jest wykorzystywana w fotogrametrii , a także w celach rozrywkowych poprzez tworzenie stereogramów. Stereoskopia jest przydatna do przeglądania obrazów renderowanych z dużych wielowymiarowych zestawów danych, takich jak dane eksperymentalne. Nowoczesna trójwymiarowa fotografia przemysłowa może wykorzystywać skanery 3D do wykrywania i rejestrowania trójwymiarowych informacji. Trójwymiarowe informacje o głębi można zrekonstruować z dwóch obrazów za pomocą komputera, porównując piksele na lewym i prawym obrazie. Rozwiązywanie problemu korespondencyjnego w dziedzinie Computer Vision ma na celu stworzenie znaczących informacji o głębi z dwóch obrazów.
Wymagania wizualne
do oglądania obrazów stereo wymagane są 3 poziomy widzenia obuocznego :
- Percepcja jednoczesna
- Fusion (widzenie „pojedyncze” przez lornetkę)
- Stereopsja
Funkcje te rozwijają się we wczesnym dzieciństwie. Niektóre osoby ze zezem zakłócają rozwój stereopsji, jednak leczenie ortoptyczne może być stosowane w celu poprawy widzenia obuocznego . Ostrość stereo osoby określa minimalną rozbieżność obrazu, którą może postrzegać jako głębię. Uważa się, że około 12% ludzi nie jest w stanie prawidłowo widzieć obrazów 3D z powodu różnych schorzeń. Według innego eksperymentu aż 30% ludzi ma bardzo słabe widzenie stereoskopowe, co uniemożliwia im postrzeganie głębi w oparciu o dysproporcje stereoskopowe. To niweluje lub znacznie zmniejsza imersyjne efekty stereo.
Oglądanie stereoskopowe może być sztucznie tworzone przez mózg widza, jak wykazano w przypadku efektu Van Hare'a , w którym mózg postrzega obrazy stereo, nawet jeśli sparowane zdjęcia są identyczne. Ta „fałszywa wymiarowość” wynika z rozwiniętej ostrości stereo w mózgu, co pozwala widzowi na wypełnienie informacji o głębi, nawet jeśli w sparowanych obrazach dostępnych jest niewiele wskazówek 3D, jeśli w ogóle.
Obok siebie
Tradycyjna fotografia stereoskopowa polega na stworzeniu iluzji 3D, zaczynając od pary obrazów 2D, czyli stereogramu. Najłatwiejszym sposobem na zwiększenie percepcji głębi w mózgu jest dostarczenie oczom widza dwóch różnych obrazów, przedstawiających dwie perspektywy tego samego obiektu, z niewielkim odchyleniem równym lub prawie równym perspektywom, które oba oczy naturalnie otrzymują w widzeniu obuocznym .
Stereoskopowa para obrazów (na górze) i połączony anaglif , który barwi jedną perspektywę na czerwono, a drugą na cyjan . Do poprawnego oglądania tego obrazu zalecane są okulary 3D w kolorze czerwonym i cyjanowym .
_2019-06-27.jpg)
Aby uniknąć zmęczenia oczu i zniekształceń, każdy z dwóch obrazów 2D powinien być prezentowany widzowi w taki sposób, aby każdy obiekt w nieskończonej odległości był postrzegany przez oko jako znajdujący się na wprost, a oczy widza nie były zezowane ani rozbieżne. Gdy obraz nie zawiera żadnego obiektu w nieskończonej odległości, takiego jak horyzont lub chmura, obrazy powinny być rozmieszczone odpowiednio bliżej siebie.
Zaletą przeglądarek side-by-side jest brak pogorszenia jasności, co pozwala na prezentację obrazów w bardzo wysokiej rozdzielczości iw pełnym spektrum kolorów, prostota tworzenia oraz niewielka lub żadna dodatkowa obróbka obrazu. W pewnych okolicznościach, na przykład gdy para obrazów jest prezentowana do swobodnego przeglądania, nie jest potrzebne żadne urządzenie ani dodatkowy sprzęt optyczny.
Główną wadą przeglądarek side-by-side jest to, że duże wyświetlacze obrazu nie są praktyczne, a rozdzielczość jest ograniczona przez mniejsze medium wyświetlania lub ludzkie oko. Dzieje się tak dlatego, że wraz ze wzrostem wymiarów obrazu albo aparat oglądający, albo sam widz muszą odsunąć się od niego proporcjonalnie dalej, aby móc go wygodnie oglądać. Zbliżenie się do obrazu w celu zobaczenia większej ilości szczegółów byłoby możliwe tylko przy użyciu sprzętu do oglądania, który dostosowałby się do różnicy.
Darmowe oglądanie
Freeviewing to oglądanie pary obrazów obok siebie bez użycia urządzenia do przeglądania.
Freeview dostępne są na dwa sposoby:
- Metoda oglądania równoległego wykorzystuje parę obrazów z obrazem dla lewego oka po lewej stronie i obrazem dla prawego oka po prawej stronie. Połączony trójwymiarowy obraz wydaje się większy i bardziej odległy niż dwa rzeczywiste obrazy, co umożliwia przekonującą symulację sceny naturalnej wielkości. Widz próbuje przeglądać obrazy oczami zasadniczo ustawionymi równolegle, tak jakby patrzył na rzeczywistą scenę. Może to być trudne przy normalnym widzeniu, ponieważ ostrość oka i konwergencja obuoczna są zwykle skoordynowane. Jednym ze sposobów oddzielenia tych dwóch funkcji jest oglądanie pary obrazów z bardzo bliska, całkowicie zrelaksowanymi oczami, bez próby wyraźnego ustawienia ostrości, ale po prostu osiągnięcie wygodnego stereoskopowego połączenia dwóch rozmytych obrazów metodą „przejrzenia” i dopiero wtedy starając się skupić je wyraźniej, zwiększając w razie potrzeby odległość oglądania. Niezależnie od zastosowanego podejścia czy nośnika obrazu, dla komfortowego oglądania i dokładności stereoskopowej wielkość i odstępy między obrazami powinny być takie, aby odpowiadające im punkty bardzo odległych obiektów w scenie były oddalone o taką samą odległość jak oczy widza, ale nie więcej; średnia odległość międzygałkowa wynosi około 63 mm. Oglądanie znacznie bardziej oddalonych obrazów jest możliwe, ale ponieważ oczy nigdy nie rozchodzą się podczas normalnego użytkowania, zwykle wymaga wcześniejszego przeszkolenia i zwykle powoduje zmęczenie oczu.
- Metoda oglądania zezem zamienia obrazy lewego i prawego oka, tak że będą one prawidłowo widziane zezem, lewe oko ogląda obraz po prawej stronie i odwrotnie. Skondensowany trójwymiarowy obraz wydaje się być mniejszy i bliższy niż rzeczywiste obrazy, przez co duże obiekty i sceny wydają się zminiaturyzowane. Ta metoda jest zwykle łatwiejsza dla początkujących freeviewerów. Jako pomoc w fuzji, koniuszek palca można umieścić tuż pod podziałem między dwoma obrazami, a następnie powoli skierować prosto w oczy widza, utrzymując wzrok skierowany na czubek palca; z pewnej odległości stopiony trójwymiarowy obraz powinien unosić się tuż nad palcem. Alternatywnie, w podobny sposób można użyć kawałka papieru z wyciętym małym otworem; po prawidłowym umieszczeniu między parą obrazów a oczami widza wydaje się, że otacza mały trójwymiarowy obraz.
Pryzmatyczne, samomaskujące okulary są obecnie używane przez niektórych zwolenników zeza. Zmniejszają one wymagany stopień zbieżności i umożliwiają wyświetlanie dużych obrazów. Jednak wszelkie pomoce do oglądania, które wykorzystują pryzmaty, lustra lub soczewki do wspomagania fuzji lub ogniskowania, są po prostu rodzajem stereoskopu, wykluczonego przez zwyczajową definicję swobodnego oglądania.
Stereoskopowe łączenie dwóch oddzielnych obrazów bez pomocy zwierciadeł lub pryzmatów, przy jednoczesnym utrzymywaniu ich ostrości bez pomocy odpowiednich soczewek, nieuchronnie wymaga nienaturalnej kombinacji wergencji i akomodacji oka . Zwykłe oglądanie na wolnej przestrzeni nie może zatem dokładnie odtworzyć fizjologicznych wskazówek dotyczących głębi podczas oglądania w świecie rzeczywistym. Różne osoby mogą odczuwać różne stopnie łatwości i komfortu w osiąganiu fuzji i dobrego skupienia, a także różne tendencje do zmęczenia lub napięcia oczu.
Autostereogram
Autostereogram to stereogram pojedynczego obrazu (SIS), zaprojektowany do tworzenia wizualnej iluzji trójwymiarowej ( 3D ) sceny w ludzkim mózgu z zewnętrznego dwuwymiarowego obrazu. Aby dostrzec kształty 3D w tych autostereogramach, należy przezwyciężyć normalnie automatyczną koordynację między ogniskowaniem a wergencją .
Stereoskopy i karty stereograficzne
Stereoskop jest zasadniczo instrumentem, w którym jednocześnie prezentowane są dwie fotografie tego samego obiektu, zrobione pod nieco różnymi kątami, po jednej dla każdego oka. Prosty stereoskop ma ograniczony rozmiar obrazu, który może być użyty. Bardziej złożony stereoskop wykorzystuje parę poziomych peryskopu , co pozwala na użycie większych obrazów, które mogą przedstawiać bardziej szczegółowe informacje w szerszym polu widzenia. Historyczne stereoskopy, takie jak stereoskopy Holmesa, można kupić jako antyki.
Przeglądarki przejrzystości
Niektóre stereoskopy są przeznaczone do oglądania przezroczystych fotografii na kliszy lub szkle, zwanych przezroczami lub diapozytywami i powszechnie nazywanych slajdami . Niektóre z najwcześniejszych widoków stereoskopowych, wydanych w latach pięćdziesiątych XIX wieku, były na szkle. Na początku XX wieku szklane slajdy o wymiarach 45 x 107 mm i 6 x 13 cm były popularnymi formatami amatorskiej fotografii stereoskopowej, zwłaszcza w Europie. W późniejszych latach używano kilku formatów filmowych. Najbardziej znanymi formatami komercyjnie emitowanych widoków stereo na filmie są Tru-Vue , wprowadzony w 1931 roku, oraz View-Master , wprowadzony w 1939 roku i nadal w produkcji. W przypadku amatorskich slajdów stereo Stereo Realist , wprowadzony w 1947 r., Jest zdecydowanie najbardziej powszechny.
Wyświetlacze montowane na głowie
Użytkownik zwykle nosi kask lub okulary z dwoma małymi wyświetlaczami LCD lub OLED z soczewkami powiększającymi, po jednym dla każdego oka. Technologię można wykorzystać do wyświetlania stereofonicznych filmów, obrazów czy gier, ale można ją również wykorzystać do stworzenia wirtualnego wyświetlacza. Wyświetlacze montowane na głowie mogą być również połączone z urządzeniami śledzącymi głowę, umożliwiając użytkownikowi „rozglądanie się” po wirtualnym świecie poprzez poruszanie głową, eliminując potrzebę posiadania oddzielnego kontrolera. Wykonanie tej aktualizacji wystarczająco szybko, aby uniknąć wywołania nudności u użytkownika, wymaga dużej ilości komputerowego przetwarzania obrazu. Jeśli używane jest wykrywanie pozycji w sześciu osiach (kierunek i pozycja), użytkownik może poruszać się w ramach ograniczeń używanego sprzętu. Dzięki szybkiemu postępowi w grafice komputerowej i ciągłej miniaturyzacji sprzętu wideo i innego sprzętu urządzenia te zaczynają być dostępne po bardziej rozsądnych cenach.
Okulary mocowane na głowie lub okulary do noszenia mogą być używane do oglądania przezroczystego obrazu nałożonego na rzeczywisty widok świata, tworząc tak zwaną rzeczywistość rozszerzoną . Odbywa się to poprzez odbijanie obrazów wideo przez częściowo odbijające lustra. Prawdziwy widok świata jest widoczny przez odbijającą powierzchnię luster. Do gier używano systemów eksperymentalnych, w których wirtualni przeciwnicy mogą wyglądać z prawdziwych okien, gdy gracz się porusza. Oczekuje się, że ten typ systemu będzie miał szerokie zastosowanie w konserwacji złożonych systemów, ponieważ może zapewnić technikowi to, co jest faktycznie „widzeniem rentgenowskim”, łącząc komputerowe renderowanie ukrytych elementów z naturalnym widzeniem technika. Dodatkowo dane techniczne i schematy mogą być dostarczane do tego samego sprzętu, eliminując konieczność pozyskiwania i przenoszenia nieporęcznych dokumentów papierowych.
Oczekuje się, że rozszerzone widzenie stereoskopowe znajdzie również zastosowanie w chirurgii, ponieważ umożliwia łączenie danych radiograficznych ( tomografia komputerowa i obrazowanie MRI ) z widzeniem chirurga.
Wirtualne wyświetlacze siatkówki
Wirtualny wyświetlacz siatkówki (VRD), znany również jako wyświetlacz skanowania siatkówki (RSD) lub projektor siatkówki (RP), którego nie należy mylić z „wyświetlaczem siatkówki ” , to technologia wyświetlania, która rysuje obraz rastrowy (taki jak obraz telewizyjny ) bezpośrednio na siatkówkę oka. Użytkownik widzi coś, co wydaje się być konwencjonalnym wyświetlaczem unoszącym się w przestrzeni przed nim. Aby uzyskać prawdziwą stereoskopię, każde oko musi mieć własny, dyskretny wyświetlacz. Aby stworzyć wirtualny wyświetlacz, który zajmuje użyteczny duży kąt widzenia, ale nie wymaga użycia stosunkowo dużych soczewek lub luster, źródło światła musi znajdować się bardzo blisko oka. Najczęściej proponowaną formą jest soczewka kontaktowa zawierająca jedno lub więcej półprzewodnikowych źródeł światła. Począwszy od 2013 r., włączenie odpowiednich środków skanujących wiązką światła do soczewek kontaktowych jest nadal bardzo problematyczne, podobnie jak alternatywa osadzania w miarę przejrzystej tablicy setek tysięcy (lub milionów, dla rozdzielczości HD) dokładnie ustawionych źródeł skolimowane światło.
Widzowie 3D
Istnieją dwie kategorie technologii przeglądarek 3D, aktywna i pasywna. Aktywni widzowie mają elektronikę, która wchodzi w interakcję z wyświetlaczem. Bierni widzowie filtrują stałe strumienie danych wejściowych obuocznych do odpowiedniego oka.
Aktywny
Systemy żaluzji
System migawki działa na zasadzie otwartej prezentacji obrazu przeznaczonego dla lewego oka, blokując widok prawego oka, a następnie prezentując obraz prawego oka, blokując lewe oko i powtarzając to tak szybko, że przerwy nie zakłócają postrzeganej fuzji dwa obrazy w jeden obraz 3D. Zwykle używa ciekłokrystalicznych okularów migawkowych. Szkło każdego oka zawiera warstwę ciekłokrystaliczną, która ma właściwość ściemniania po przyłożeniu napięcia, w przeciwnym razie jest przezroczysta. Okulary są sterowane sygnałem czasowym, który pozwala okularom na przemian przyciemniać jedno oko, a następnie drugie, w synchronizacji z częstotliwością odświeżania ekranu. Główną wadą aktywnych migawek jest to, że większość filmów i filmów 3D była kręcona z jednoczesnym widokiem z lewej i prawej strony, co wprowadza „paralaksę czasową” dla wszystkiego, co porusza się na boki: na przykład ktoś idący z prędkością 3,4 mil na godzinę będzie widziany o 20% zbyt blisko lub o 25% za daleko w najbardziej aktualnym przypadku projekcji 2x60 Hz.
Bierny
Układy polaryzacyjne
Aby zaprezentować obrazy stereoskopowe, dwa obrazy są wyświetlane na tym samym ekranie przez filtry polaryzacyjne lub prezentowane na wyświetlaczu z filtrami polaryzacyjnymi. Do projekcji używany jest srebrny ekran, dzięki czemu zachowana jest polaryzacja. Na większości pasywnych wyświetlaczy co drugi rząd pikseli jest spolaryzowany dla jednego lub drugiego oka. Ta metoda jest również znana jako przeplatanie. Widz nosi tanie okulary, które zawierają również parę przeciwnych filtrów polaryzacyjnych. Ponieważ każdy filtr przepuszcza tylko światło o podobnej polaryzacji i blokuje światło o przeciwnej polaryzacji, każde oko widzi tylko jeden z obrazów i efekt jest osiągnięty.
Systemy filtrów przeciwzakłóceniowych
Ta technika wykorzystuje określone długości fal czerwonego, zielonego i niebieskiego dla prawego oka oraz różne długości fal czerwonego, zielonego i niebieskiego dla lewego oka. Okulary, które odfiltrowują bardzo określone długości fal, pozwalają użytkownikowi zobaczyć pełnokolorowy obraz 3D. Jest również znany jako widmowe filtrowanie grzebieniowe lub wizualizacja multipleksowa długości fali lub superanaglif . Dolby 3D wykorzystuje tę zasadę. System Omega 3D/ Panavision 3D również wykorzystywał ulepszoną wersję tej technologii. W czerwcu 2012 r. system Omega 3D/Panavision 3D został wycofany przez firmę DPVO Theatrical, która sprzedawała go w imieniu firmy Panavision, powołując się na „trudne globalne warunki gospodarcze i rynkowe 3D” .
Kolorowe systemy anaglifów
Anaglyph 3D to nazwa nadana stereoskopowemu efektowi 3D uzyskiwanemu za pomocą kodowania obrazu każdego oka przy użyciu filtrów o różnych (zwykle chromatycznie przeciwnych) kolorach, zwykle czerwonym i cyjanowym . Filtry czerwono-cyjanowe mogą być używane, ponieważ nasze systemy przetwarzania obrazu wykorzystują porównania czerwieni i turkusu, a także niebieskiego i żółtego, w celu określenia koloru i konturów obiektów. Anaglifowe obrazy 3D zawierają dwa różnie przefiltrowane kolorowe obrazy, po jednym dla każdego oka. Oglądany przez „okulary anaglifowe oznaczone kolorami”, każdy z dwóch obrazów dociera do jednego oka, odsłaniając zintegrowany obraz stereoskopowy. The kora wzrokowa mózgu łączy to z percepcją trójwymiarowej sceny lub kompozycji.
System chromagłębokości
Procedura ChromaDepth firmy American Paper Optics opiera się na fakcie, że w przypadku pryzmatu kolory są rozdzielane w różnym stopniu. Okulary ChromaDepth zawierają specjalne folie widokowe, które składają się z mikroskopijnie małych pryzmatów. Powoduje to, że obraz jest tłumaczony w pewnym stopniu, który zależy od jego koloru. Jeśli użyje się folii pryzmatycznej teraz na jednym oku, a na drugim już nie, to dwa widziane obrazy – w zależności od koloru – są mniej lub bardziej oddalone od siebie. Mózg wytwarza wrażenie przestrzenne z tej różnicy. Zaletą tej technologii jest przede wszystkim to, że zdjęcia ChromaDepth można oglądać bez okularów (a więc dwuwymiarowo) bezproblemowo (w przeciwieństwie do dwukolorowego anaglifu). Jednak kolory są dostępne tylko w ograniczonym zakresie, ponieważ zawierają informacje o głębi obrazu. Jeśli zmieni się kolor obiektu, zmieni się również jego obserwowana odległość. [ potrzebne źródło ]
Metoda Pulfricha
Efekt Pulfricha opiera się na zjawisku, w którym ludzkie oko przetwarza obrazy wolniej, gdy jest mniej światła, na przykład podczas patrzenia przez ciemną soczewkę. Ponieważ efekt Pulfricha zależy od ruchu w określonym kierunku w celu wywołania iluzji głębi, nie jest użyteczny jako ogólna technika stereoskopowa. Na przykład nie można go użyć do pokazania nieruchomego obiektu, który najwyraźniej rozciąga się na ekran lub z niego wychodzi; podobnie obiekty poruszające się w pionie nie będą postrzegane jako poruszające się w głąb. Przypadkowy ruch obiektów spowoduje powstanie fałszywych artefaktów, a te przypadkowe efekty będą postrzegane jako sztuczna głębia niezwiązana z rzeczywistą głębią sceny.
Format powyżej/poniżej
Oglądanie stereoskopowe uzyskuje się poprzez umieszczenie pary obrazów jeden nad drugim. Specjalne przeglądarki są przeznaczone do formatu over/under, które przechylają prawy wzrok lekko w górę, a lewy w dół. Najpopularniejszym z lustrami jest View Magic. Kolejnym z okularami pryzmatycznymi jest przeglądarka KMQ . Niedawnym zastosowaniem tej techniki jest projekt openKMQ.
Inne metody wyświetlania bez przeglądarek
Autostereoskopia
Technologie wyświetlania autostereoskopowego wykorzystują komponenty optyczne na wyświetlaczu, a nie noszone przez użytkownika, aby umożliwić każdemu oku zobaczenie innego obrazu. Ponieważ nakrycie głowy nie jest wymagane, nazywa się to również „3D bez okularów”. Optyka rozdziela obrazy kierunkowo w kierunku oczu widza, więc geometria oglądania wyświetlacza wymaga ograniczonych pozycji głowy, które pozwolą osiągnąć efekt stereoskopowy. automultiskopowe zapewniają wiele widoków tej samej sceny, a nie tylko dwa. Każdy widok jest widoczny z innego zakresu pozycji przed wyświetlaczem. Pozwala to widzowi poruszać się w lewo-prawo przed wyświetlaczem i widzieć właściwy widok z dowolnej pozycji. Technologia obejmuje dwie szerokie klasy wyświetlaczy: te, które wykorzystują śledzenie głowy, aby zapewnić, że każde z dwojga oczu widza widzi inny obraz na ekranie, oraz te, które wyświetlają wiele widoków, dzięki czemu wyświetlacz nie musi wiedzieć, gdzie widzowie oczy są skierowane. Przykłady technologii wyświetlaczy autostereoskopowych obejmują soczewka soczewkowa , bariera paralaksy , wyświetlacz wolumetryczny , holografia i wyświetlacze pola świetlnego .
Holografia
laserowa , w swojej oryginalnej „czystej” formie hologramu transmisji fotograficznej, jest jedyną technologią, która może odtworzyć obiekt lub scenę z tak całkowitym realizmem, że reprodukcja jest wizualnie nie do odróżnienia od oryginału, biorąc pod uwagę oryginalne warunki oświetleniowe. [ potrzebne źródło ] Tworzy pole świetlne identyczne z tym, które emanowało z oryginalnej sceny, z paralaksą we wszystkich osiach i bardzo szerokim kącie widzenia. Oko w różny sposób skupia obiekty w różnych odległościach, a szczegóły obiektów są zachowywane aż do poziomu mikroskopowego. Efekt jest dokładnie taki, jak patrzenie przez okno. Niestety, ta „czysta” forma wymaga, aby obiekt był oświetlony laserem i całkowicie nieruchomy - z dokładnością do niewielkiego ułamka długości fali światła - podczas ekspozycji fotograficznej, a światło lasera musi być użyte do prawidłowego wyświetlenia wyników. Większość ludzi nigdy nie widziała oświetlonego laserem hologramu transmisyjnego. Powszechnie spotykane typy hologramów poważnie pogarszają jakość obrazu, tak że zwykłe białe światło może być używane do oglądania, a nieholograficzne pośrednie procesy obrazowania są prawie zawsze stosowane jako alternatywa dla używania potężnych i niebezpiecznych laserów impulsowych, gdy żywe obiekty są sfotografowany.
Chociaż oryginalne procesy fotograficzne okazały się niepraktyczne w powszechnym użyciu, połączenie hologramów generowanych komputerowo (CGH) i optoelektronicznych wyświetlaczy holograficznych, które są opracowywane od wielu lat, ma potencjał, aby zmienić półwieczne marzenie o holograficznym 3D telewizję w rzeczywistość; jak dotąd jednak duża ilość obliczeń wymaganych do wygenerowania tylko jednego szczegółowego hologramu oraz ogromna przepustowość wymagana do przesłania ich strumienia ograniczały tę technologię do laboratoriów badawczych.
W 2013 roku firma z Doliny Krzemowej, LEIA Inc , rozpoczęła produkcję wyświetlaczy holograficznych dobrze dostosowanych do urządzeń mobilnych (zegarków, smartfonów czy tabletów) wykorzystujących wielokierunkowe podświetlenie i pozwalających na szeroki kąt widzenia w pełnym kącie paralaksy , aby oglądać treści 3D bez konieczności okulary.
Wyświetlacze wolumetryczne
Wyświetlacze wolumetryczne wykorzystują pewien fizyczny mechanizm do wyświetlania punktów świetlnych w objętości. Takie wyświetlacze wykorzystują woksele zamiast pikseli . Wyświetlacze wolumetryczne obejmują wyświetlacze wielopłaszczyznowe, które mają wiele płaszczyzn wyświetlania ułożonych w stos, oraz wyświetlacze z obrotowymi panelami, w których obracający się panel wymiata objętość.
Opracowano inne technologie do wyświetlania kropek świetlnych w powietrzu nad urządzeniem. Laser na podczerwień skupia się na miejscu docelowym w przestrzeni, generując małą bańkę plazmy, która emituje światło widzialne.
Integralne obrazowanie
Obrazowanie integralne to technika tworzenia trójwymiarowych wyświetlaczy, które są zarówno autostereoskopowe , jak i multiskopowe , co oznacza, że obraz 3D jest oglądany bez użycia specjalnych okularów, a różne aspekty są widoczne, gdy patrzy się na niego z różnych pozycji w poziomie lub w pionie. Osiąga się to za pomocą szeregu mikrosoczewek (podobnych do soczewki soczewkowej , ale układu X – Y lub „mucha oko”, w którym każda soczewka zazwyczaj tworzy własny obraz sceny bez pomocy większego obiektywu ) lub otwory do przechwytywania i wyświetlania sceny jako pola świetlnego 4D , tworząc obrazy stereoskopowe, które wykazują realistyczne zmiany paralaksy i perspektywy , gdy widz porusza się w lewo, w prawo, w górę, w dół, bliżej lub dalej.
Obrazowanie integralne może technicznie nie być rodzajem autostereoskopii, ponieważ autostereoskopia nadal odnosi się do generowania dwóch obrazów.
Wiggle stereoskopia
Wiggle stereoskopia to technika wyświetlania obrazu uzyskiwana poprzez szybkie naprzemienne wyświetlanie lewej i prawej strony stereogramu. Znalezione w animowanym formacie GIF w Internecie, przykłady online są widoczne w kolekcji stereogramów Biblioteki Publicznej w Nowym Jorku . Technika ta jest również znana jako „Piku-Piku”.
Techniki fotografii stereoskopowej
W przypadku fotografii stereoskopowej ogólnego przeznaczenia, gdzie celem jest powielenie naturalnego ludzkiego wzroku i zapewnienie wizualnego wrażenia jak najbliższego rzeczywistości, prawidłowa linia bazowa (odległość między miejscem wykonania prawego i lewego zdjęcia) byłaby taka sama jak odległość między oczami. Kiedy zdjęcia zrobione z taką linią bazową są oglądane przy użyciu metody oglądania, która powiela warunki, w których zdjęcie zostało zrobione, wynikiem byłby obraz bardzo podobny do tego, który byłby widoczny w miejscu, w którym zrobiono zdjęcie. Można to opisać jako „ortostereo”.
Istnieją jednak sytuacje, w których pożądane może być użycie dłuższej lub krótszej linii bazowej. Czynniki, które należy wziąć pod uwagę, obejmują metodę oglądania oraz cel wykonania zdjęcia. Koncepcja linii bazowej odnosi się również do innych gałęzi stereografii, takich jak rysunki stereoskopowe i obrazy stereo generowane komputerowo , ale dotyczy raczej wybranego punktu widzenia niż rzeczywistej fizycznej separacji kamer lub obiektywów.
Okno stereo
Pojęcie okna stereo jest zawsze ważne, ponieważ okno to stereoskopowy obraz zewnętrznych granic lewego i prawego widoku składających się na obraz stereoskopowy. Jeśli jakiś przedmiot, który jest odcięty bocznymi bokami okna, zostanie umieszczony przed nim, powstaje efekt nienaturalny i niepożądany, nazywa się to „naruszenie okna”. Najlepiej można to zrozumieć, wracając do analogii rzeczywistego fizycznego okna. Dlatego istnieje sprzeczność między dwoma różnymi wskaźnikami głębi: niektóre elementy obrazu są zasłonięte przez okno, tak że okno wydaje się być bliżej niż te elementy, a te same elementy obrazu wydają się być bliżej niż okno. Tak więc okno stereo musi być zawsze wyregulowane, aby uniknąć naruszenia okna.
Niektóre obiekty są widoczne przed oknem, o ile nie sięgają bocznych krawędzi okna. Ale te obiekty nie mogą być postrzegane jako zbyt blisko, ponieważ zawsze istnieje granica zakresu paralaksy dla wygodnego oglądania.
Jeśli scena jest oglądana przez okno, cała scena zwykle znajduje się za oknem, jeśli scena jest odległa, byłaby w pewnej odległości za oknem, jeśli jest w pobliżu, wydaje się, że znajduje się tuż za oknem. Obiekt mniejszy niż samo okno mógłby nawet przejść przez okno i pojawić się częściowo lub całkowicie przed nim. To samo dotyczy części większego obiektu, która jest mniejsza niż okno. Celem ustawienia okna stereo jest powielenie tego efektu.
Dlatego położenie okna w stosunku do całości obrazu musi być dostosowane tak, aby większość obrazu była widoczna za oknem. W przypadku oglądania na telewizorze 3D łatwiej jest ustawić okno przed obrazem i pozwolić, aby okno znajdowało się w płaszczyźnie ekranu.
Wręcz przeciwnie, w przypadku projekcji na znacznie większym ekranie znacznie lepiej jest ustawić okno przed ekranem (nazywa się to „pływającym oknem”), np. widzowie siedzą w pierwszym rzędzie. Dlatego ci ludzie będą normalnie widzieć tło obrazu w nieskończoności. Oczywiście widzowie siedzący dalej będą widzieć okno bardziej oddalone, ale jeśli obraz jest wykonany w normalnych warunkach, tak że widzowie pierwszego rzędu widzą to tło w nieskończoności, pozostali widzowie siedzący z tyłu również zobaczą to tło w nieskończona, ponieważ paralaksa tego tła jest równa średniej międzygałkowej człowieka.
Całą scenę, w tym okno, można przesuwać w głąb do tyłu lub do przodu, przesuwając poziomo widoki lewego i prawego oka względem siebie. Odsunięcie jednego lub obu obrazów od środka odsunie całą scenę od widza, podczas gdy przesunięcie jednego lub obu obrazów w kierunku środka przesunie całą scenę w kierunku widza. Jest to możliwe np. w przypadku użycia do tej projekcji dwóch projektorów.
W fotografii stereofonicznej regulacja okna odbywa się poprzez przesuwanie / przycinanie obrazów, w innych formach stereoskopii, takich jak rysunki i obrazy generowane komputerowo, okno jest wbudowane w projekt obrazów podczas ich generowania.
Obrazy można kreatywnie przycinać, aby utworzyć okno stereo, które niekoniecznie jest prostokątne lub leży na płaskiej płaszczyźnie prostopadłej do linii wzroku widza. Krawędzie ramki stereo mogą być proste lub zakrzywione, a podczas oglądania w 3D mogą płynąć w kierunku do lub od widza i przez scenę. Te zaprojektowane ramki stereo mogą pomóc uwypuklić pewne elementy obrazu stereo lub mogą być artystycznym elementem obrazu stereo.
Używa
_for_cross-eyed_viewing.png)
Podczas gdy obrazy stereoskopowe były zwykle używane do rozrywki, w tym karty stereograficzne , filmy 3D , telewizja 3D , stereoskopowe gry wideo , wydruki z użyciem anaglifów i obrazów, plakaty i książki autostereogramów , istnieją również inne zastosowania tej technologii.
Sztuka
Salvador Dalí stworzył kilka imponujących stereogramów podczas swoich poszukiwań w różnych iluzjach optycznych. Inni artyści stereo to Zoe Beloff, Christopher Schneberger, Rebecca Hackemann, William Kentridge i Jim Naughten. Stereoskopowe obrazy anaglifów w kolorze czerwono-cyjanowym również zostały namalowane ręcznie.
Edukacja
W XIX wieku zdano sobie sprawę, że obrazy stereoskopowe dają ludziom możliwość doświadczania miejsc i rzeczy odległych, wyprodukowano wiele zestawów wycieczek i opublikowano książki umożliwiające ludziom poznawanie geografii, nauk ścisłych, historii i innych przedmiotów. Takie zastosowania trwały do połowy XX wieku, kiedy firma Keystone View Company produkowała karty do lat 60.
To zdjęcie, zrobione 8 czerwca 2004 r., jest przykładem złożonego obrazu anaglifowego wygenerowanego ze stereofonicznej kamery Pancam na Spirit , jednym z łazików do eksploracji Marsa . Można go oglądać stereoskopowo z odpowiednimi okularami z filtrem czerwonym/cyjanowym. Dostępna jest również pojedyncza wersja 2D . Dzięki uprzejmości NASA/JPL-Caltech. Do poprawnego oglądania tego obrazu zalecane są okulary 3D w kolorze czerwonym i cyjanowym .
Eksploracja kosmosu
Mars Exploration Rovers , wystrzelone przez NASA w 2003 roku w celu zbadania powierzchni Marsa , są wyposażone w unikalne kamery, które pozwalają naukowcom oglądać stereoskopowe obrazy powierzchni Marsa.
Dwie kamery tworzące Pancam każdego łazika znajdują się 1,5 m nad powierzchnią gruntu i są oddalone od siebie o 30 cm, z 1 stopniem zbieżności. Pozwala to na przekształcenie par obrazów w przydatne naukowo obrazy stereoskopowe, które można oglądać jako stereogramy, anaglify lub przetwarzać na komputerowe obrazy 3D.
Możliwość tworzenia realistycznych obrazów 3D z pary kamer na wysokości mniej więcej człowieka daje naukowcom lepszy wgląd w naturę oglądanych krajobrazów. W środowiskach bez mglistej atmosfery lub znanych punktów orientacyjnych ludzie polegają na stereoskopowych wskazówkach, aby ocenić odległość. Punkty widzenia pojedynczej kamery są zatem trudniejsze do interpretacji. Systemy stereoskopowe z wieloma kamerami, takie jak Pancam, rozwiązują ten problem dzięki bezzałogowej eksploracji kosmosu.
Zastosowania kliniczne
Karty stereogramów i wektografy są wykorzystywane przez optometrystów , okulistów , ortoptystów i terapeutów wzroku w diagnostyce i leczeniu widzenia obuocznego oraz zaburzeń akomodacji .
Zastosowania matematyczne, naukowe i inżynieryjne
Zdjęcia stereoparowe umożliwiły trójwymiarowe (3D) wizualizacje zdjęć lotniczych ; od około 2000 roku widoki 3D z lotu ptaka są oparte głównie na technologiach cyfrowego obrazowania stereo. Jednym z problemów związanych z obrazami stereo jest ilość miejsca na dysku potrzebna do zapisania takich plików. Rzeczywiście, obraz stereo zwykle wymaga dwa razy więcej miejsca niż normalny obraz. Niedawno naukowcy zajmujący się wizją komputerową próbowali znaleźć techniki ataku na wizualną redundancję stereopar w celu zdefiniowania skompresowanej wersji plików stereopar. Kartografowie tworzą dziś stereopary za pomocą programów komputerowych w celu wizualizacji topografii w trzech wymiarach. Skomputeryzowana wizualizacja stereo stosuje programy dopasowujące stereo. W biologii i chemii złożone struktury molekularne są często przedstawiane w stereoparach. Tę samą technikę można również zastosować do dowolnego parametru matematycznego (lub naukowego lub inżynierskiego), który jest funkcją dwóch zmiennych, chociaż w takich przypadkach bardziej powszechne jest tworzenie efektu trójwymiarowego przy użyciu „zniekształconej” siatki lub cieniowanie (jak z odległego źródła światła).
Zobacz też
Bibliografia
- Simmons, Gordon (marzec – kwiecień 1996). „Clarence G. Henning: Człowiek za makro”. świat stereo . 23 (1): 37–43.
- Willke, Mark A.; Żakowski, Ron (marzec – kwiecień 1996). „Przyjrzenie się z bliska realistycznemu makrosystemowi stereo”. świat stereo . 23 (1): 14–35.
- Morgan, Willard D.; Lester, Henry M. (październik 1954). Podręcznik realisty stereo . i 14 współtwórców. Nowy Jork: Morgan & Lester. Bibcode : 1954srm..book.....M . OCLC 789470 .
Dalsza lektura
- Scott B. Steinman, Barbara A. Steinman i Ralph Philip Garzia. (2000). Podstawy widzenia obuocznego: perspektywa kliniczna . McGraw-Hill Medical. ISBN 0-8385-2670-5
Linki zewnętrzne
Zbiory archiwalne
- Przewodnik po kolekcji stereografów Edwarda R. Franka. Zbiory specjalne i archiwa, Biblioteki UC Irvine, Irvine, Kalifornia.
- Niagara Falls Stereo Cards RG 541 Brock University Library Repozytorium cyfrowe
Inny
- Stereoskopia w Curlie
- Durham Visualization Laboratory metody obrazowania stereoskopowego i narzędzia programowe
- Biblioteki Uniwersytetu Waszyngtońskiego Zbiory cyfrowe Kolekcja Stereocard
- Stereograficzne widoki Louisville i nie tylko, 1850–1930 z bibliotek Uniwersytetu w Louisville
- Stereoskopia na Flickr
- Uniwersytet Amerykański w Kairze Rzadkie książki i kolekcje specjalne Biblioteka cyfrowa Underwood & Underwood Egypt Stereoviews Collection
- Widoki Kalifornii i Zachodu, ok. 1867–1903 , Biblioteka Bancroftów
- Wystawa muzealna poświęcona historii stereografów i stereoskopów (1850–1930)
- Dwa stereoskopowe selfie z 1890 roku
