Основные правила имитации стереоскопического зрения

Краткое рассмотрение природы стереоскопического зрения подсказывает и путь имитации этих процессов, т. е. метод воспроизведения объемных изображений. Чтобы создать у человека ощущение пространственности видимых объектов, достаточно создать на сетчатках его глаз изображения, обладающие необходимой диспаратностью и элементами вторичных факторов стереовидения. Если эти сетчаточные. изображения будут в достаточной степени содержать все элементы бинокулярного и монокулярного стереоэффекта, у человека возникнет ощущение объемности изображения. В случае достижения идентичности искусственно созданных сетчаточных изображений с теми изображениями, которые образуются на сетчатках глаз при наблюдении реальных предметов, в сознании человека возникнет ощущение объемности изображения, такое же, как и при рассматривании оригинала.

Таким образом, принципиальная возможность синтеза не отличимых от оригинала объемных изображений существует, причем задача для исследователей и изобретателей несколько облегчается тем, что вместо объемной модели оригинала вполне достаточно создать плоские сетчаточные изображения, что значительно проще.

Рассмотрим подробнее возможности создания нужных сетчаточных изображений, разделив их на группы, относящиеся к бинокулярному и монокулярному факторам стереовидения.

Бинокулярный стереоэффект. Для создания условии бинокулярного стереовидения необходимо иметь не менее двух изображений одного и того же объекта, полученных как бы с помощью левого и правого глаз наблюдателя и, следовательно, отличающихся друг от друга. Для получения диспаратных изображений на сетчатках глаз необходимо каждому глазу предъявлять только ему предназначенное изображение, которое другой глаз не должен видеть. Это первое и основное правило синтеза бинокулярного стереоэффекта называют избирательным видением, а процесс реализации избирательного видения называют сепарацией (сепарация означает разделение) изображений.

Диспаратность изображений, предназначенных для правого и левого глаз, выявляется на сетчатках глаз в виде бинокулярного параллакса. Так как наши глаза в обычных условиях видения расположены на одной горизонтальной линии, то все бинокулярные параллаксы горизонтальны. Отсюда следует, что любой технический способ регистрации стереоскопических изображений должен фиксировать горизонтальные бинокулярные параллаксы. Эти параллаксы можно обнаружить только при сравнении диспаратных плоских изображений, которых, следовательно, должно быть, как минимум, два. Такие два изображения называют стереопарой.

На рис. 1 показана стереопара, при взгляде на которую весьма трудно заметить горизонтальный параллакс, зафиксированный в виде линейных величин.

Рис. 1. Два изображения - стереопара, сфотографированные с двух позиций, раздвинутых по горизонтали на 125 мм. На этих снимках можно обнаружить характер различий, аналогичный диспаратности сетчаточных изображений в глазах человека

Чтобы выявить бинокулярный параллакс, наложим одно изображение стереопары на другое. Результат такого наложения, выполненного оптически, представлен на рис. 2. Параллакс выявлен в виде более черных полос, причем наглядно показана основная закономерность: чем дальше от наблюдателя находится предмет, тем меньше величина параллакса. Для самых удаленных предметов параллакс равен нулю. Если каждый глаз будет видеть только одно ему предназначенное изображение стереопары, то у зрителя возникнет ощущение объемности данной картины.

Рис. 2. Результат вычитания одного изображения стереопары из другого. Черные полосы - выявленные горизонтальные параллаксы в стереопаре, показанной на рис. 1

Бинокулярный параллакс является основным, наиболее важным фактором в процессе создания иллюзии объемности изображения.

Монокулярный стереоэффект. Почти все факторы монокулярного стереоэффекта имеются в обычной фотографии, и они полностью переходят в стереоскопическую фотографию. К ним в первую очередь следует отнести линейную и воздушную перспективы. Объектив фотоаппарата воспроизводит на снимке линейную перспективу. Чем дальше удален предмет при съемке, тем меньше его изображение, т. е. любое фотографическое изображение, автоматически построенное по законам линейной перспективы, передает пространственное расположение предметов. Картина, где хорошо переданы цвет и светотеневой рисунок, воспроизводит объем предметов и глубину пространства как результат воздушной перспективы.

Динамический стереоэффект является очень важным фактором в создании ощущения глубины. Если динамический стереоэффект требуется только для усиления ощущения объемности, достаточно реализовать небольшие смещения предметов на стереоизображении. В этом случае одной стереопары уже недостаточно. Необходимо иметь много стереопар, сфотографированных с различных точек зрения, и в зависимости от положения головы наблюдателя давать ему возможность видеть одну пару из этого набора. Если, например, человек рассматривает реальный пейзаж и при этом отклоняет голову вправо, то в каждой новой позиции его глаза будут воспринимать все новые и новые стереопары. Эти стереопары сменяют друг друга, а человек видит, как предметы изменяют взаимное расположение при постоянной объемности рассматриваемой картины. Характер этих изменений, движение близких и далеких предметов, частичное перекрывание их и другие меняющиеся элементы вызывают по ассоциации с прошлым опытом человека представления о пространственном расположении предметов, создавая стереоскопический зрительный образ. Поскольку человек повседневно ощущает воздействие динамического стереоэффекта, его имитация с помощью, допустим, 20 - 30 стереопар существенно усиливает ощущение объемности, создаваемое теми или иными техническими средствами.

К проявлениям динамического стереоэффекта следует отнести и вертикальный параллакс. Если, например, человек, рассматривая какой-либо предмет, присядет или приподнимется, то на сетчатках его глаз возникнет вертикальная последовательная серия образов, что создаст также ощущение объемности, хотя эти образы в обоих глазах будут изменяться одинаково. Такой вертикальный параллакс относительно редко встречается в повседневной жизни, поэтому воспроизведение диспаратности изображения по вертикали не оказывает большого влияния на суммарное ощущение объемности.

Итак, для имитации процессов стереоскопического зрения необходимо с помощью технических средств обеспечить следующее:

1. Изображения стереопар должны быть изготовлены но правилам перспективы, иметь правильную цветопередачу и точную передачу светотеневого рисунка. Нужна регистрация не менее двух диспаратных изображений т. е. стереопары.

2. Показ каждому глазу только одного, этому глазу предназначенного изображения стереопары.

3. Изображение для стереоскопии должно содержать достаточный запас стереопар, снятых с различных точек зрения, а устройство для их демонстрирования должно обеспечивать зрителю возможность видения любой одной стереопары и смену их при изменении точки зрения наблюдателя относительно прибора.

Перечисленные пункты в разной степени реализуются известными способами воспроизведения объемных изображений. Результат их изобразительных возможностей определяется совершенством технического выполнения этих требований.