Принципы создания объемного изображения. Стереокино

Министерство культуры РФ

Санкт-Петербургский государственный университет кино и телевидения

Кафедра физики и оптики

РЕФЕРАТ

на тему: Принципы создания объемного изображения. Стереокино

Выполнил:

студент 2 курса ФАВТ 913гр.

Иваницкая Стефания

Проверил:

профессор Скворцов

Николай Николаевич

Санкт-Петербург, 2010

Введение

1. Принципы создания объемных изображений

.1 Голография

.2 Стереофильмы с использованием поляризационных очков

.3 Стереизображения с использованием дополнительных светофильтров

.4 Стереотелевидение с использованием стереоочков на жидких кристаллах

.5 Стереограммы

.6 Растровая стереофотография

.8 Интегральная фотография

.9 Метод "параллакса"

.10 Стереоскопы

Заключение

Использованная литература

Введение

Впервые стереофотография была представлена публике еще в 1851 году. Это событие произошло в Лондоне на Всемирной выставке достижений в области светописи и послужило началом массового увлечения объёмными фото. Так продолжалось вплоть до следующей революционной вехи - изобретения кинематографа. Однако стереофотография не превратилась в анахронизм и продолжала развиваться отдельной ветвью. Сегодня объемные фотографии вновь переживают повышенный интерес публики, в первую очередь, благодаря появлению цифровой фототехники и совершенных компьютерных технологий обработки стереоизображений. Теперь, при определенных знаниях читатель может изготовить 3d стереофотографию, не вставая со своего места перед компьютером.

Однако, уже стереокино становится новым локомотивом киноиндустрии, которая сейчас рискует оказаться в тяжелых условиях. Объемным звуком, который в свое время заставил зрителей вернуться в кинозалы, сегодня, когда рынок домашних кинотеатров переполнен предложениями самого разного ценового уровня, уже никого не удивишь. Другое дело - стерео. Домашние дисплеи и проекторы с возможностью отображения стереоскопической картинки - все еще редкость на рынке потребительской электроники, причем редкость довольно дорогая. В то же самое время для киноиндустрии - это реальный способ удержать зрителей в кинотеатрах. Впрочем, пока массовое внедрение стереоскопии происходит только в индустрии компьютерной анимации. Для того чтобы снимать в трех измерениях обычное кино, все еще нужны дорогостоящие и непростые в обращении стереокамеры. Однако, если аудитория и дальше согласится платить <javascript://> немалые деньги (сегодня билет на стереосеанс стоит примерно вдвое дороже, чем на обычный) за возможность увидеть любимых киногероев выходящими в зрительный зал прямо из экрана, то в светлом будущем объемного кинематографа сомневаться не придется.

1.      Принципы создания объемных изображений

.1      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 можно найти в любой публичной научно-технической библиотеке. Но для того, чтобы освоить эту технологию, необходимо иметь соответствующее оборудование и специальное образование. Голограмма наиболее полно передает объемность предмета в сравнении с описанными ниже методами (за исключением интегральной фотографии).

1.2    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.

1.3    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" (рис.1). 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.

Рис. 1

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.

1.4    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.

Многие способы просмотра стереофотографий требуют наличие образа, для создания которого необходима стереопара.

Стереосъемка может быть осуществлена двумя основными методами: направленным и параллельным. В первом случае(рис.3) оптическая ось камеры при стереосъемке в левом и правом положении проходит через центр композиции. При параллельном методе(рис.2) оптические оси фотокамер не пересекаются и находятся на расстоянии стереобазиса.

Каждая методика имеет свои преимущества и недостатки. Параллельная 3d фотосъемка наиболее проста, однако отснятые при этом кадры требуют определенной постобработки, для создания компенсационного сдвига. Обеспечить такой сдвиг при помощи программного обеспечения не составляет особого труда. Направленная стереосъемка намного сложнее параллельной, поскольку перед снимком каждой сцены требует тщательная настойка угла оптической оси. Зато такие кадры практически не нужно дорабатывать в фоторедакторе.

На практике стереосъемка может вестись как одной фотокамерой, так и двумя сразу. Кроме того, на сегодняшний день производители фототехники выпускают специальные стереокамеры, и специальные стереообъективы для обычных фотокамер. Стереопары движущихся объектов могут быть сняты только двумя камерами одновременно, иначе, пока фотограф переместит камеру во второе положение, сцена изменится и правильного объемного эффекта не будет. Для вычисления параметров стереосъемки принято использовать формулу: B=0.03 x D, где В - является расстоянием между точками съемки (базисом стереосъемки), а D - дистанцией до ближайшего объекта. Постоянный коэффициент 0,03 выражает оптимальный угол (1-2 град.) зрительных осей при схождении.

1.6    Растровая стереофотография

Основа растровой стереофотографии - линзовый растр, или стереорастр, представляющий собой набор тонких цилиндрических линз (рис.5). Одна поверхность растра - плоская, к ней приклеивается бумага с изображением. Другая поверхность в разрезе, показанном на рисунке (рис.4), 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.

1.7    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 (рис.6). 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 (рис.7). 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.

голограмма стереофильм растровый интегральный

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 (рис.8). На изображение накладывается линзовый растр, при этом следует точно совмещать периоды растра и стереоизображения. Таким образом автор получал неплохие стереокартинки.

1.8    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 (рис. 9).

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.

1.9    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.

1.10  Стереоскопы

Стереоскопы - несложные устройства для наблюдения объемных изображений, создаваемых двумя слайдами - для левого и для правого глаз (рис.10). 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 из-за разного расстояния между глаз.

Заключение

Как пишет 3DNews со ссылкой на профессора-офтальмолога из Калифорнийского университета Беркли Мартина Бэнкса (Martin Banks), просмотр стерео 3D фильмов может вызывать семь различных перцептивных проблем. Технологии не стоят на месте и должны развиваться - это неизбежно. Человечество всегда будет искать новые пути и новые решения, а значит двигаться вперед. Только насколько безопасно это движение, или точнее плоды прогресса - всевозможные технологические новинки. Прорывом в киноиндустрии стало изобретения устройств с поддержкой 3D формата. Практически все представители кинобизнеса утверждают, что будущее индустрии за 3D кино, в этом сомневаются только врачи-офтальмологи, обеспокоенные негативным влиянием 3D на глаза. Согласно результатам, полученным в процессе исследования, просмотр 3D-фильмов может вызывать различные неприятные симптомы у зрителей, в частности, усталость и головную боль. Из 1914 опрошенных взрослых зрителей 12% пожаловались на неприятные симптомы после просмотра 3D-фильмов. Особенно уязвимой категорией зрителей становятся дети.

И действительно, я сама не раз замечала неприятные ощущение после просмотра 3D фильмов, от просто болевых ощущений в глазах, до лёгкой головной боли. Полностью здоровым людям, у которых нет проблем со зрением и сосудами, просмотр фильмов в формате 3D не принесет абсолютно никакого вреда. Но, к сожалению, таких людей очень и очень мало. Компьютерный век и телевизор наложили немалый отпечаток на состояние глаз и зрения еще относительно молодых людей, а вегето-сосудистая дистония все молодеет и молодеет, да и встречается все чаще и чаще.

Будем надеяться, что придумают способы просмотра стереофильмов не только приносящие ошеломительное впечатление на зрителя, но и безвредное действие на его глаза.

Использованная литература

1.       <http://tehnoman.livejournal.com>

.        <http://www.creativestudio.ru>

.        <http://shura.luberetsky.ru>

.        http://www.stereoart.ru/paper/p0003.html