камальдинова. Мультимедиа технологии
 Скачать 6.03 Mb.
|
|
Чересстрочные стереодисплеи Чересстрочные стереодисплеи во многом повторяют давно известный принцип чересстрочного видео, выводя его на новый уровень. В таких дисплеях благодаря ЖК-технологии стал возможным одновременный, а не последовательный вывод на экран двух полей стереопары. Одна половина стереопары выводится на четных строках, другая – на нечетных, имеющих разную поляризацию (ортогональную при линейной и противоположную – при круговой поляризации), благодаря чему происходит разделение изображений для левого и правого глаз при просмотре через поляризационные очки. 246 Стоимость чересстрочных стереодисплеев сравнима с ценой 120- герцовых ЖК-дисплеев, но очки существенно дешевле, что заметно снижает стоимость системы в целом, особенно при длительной эксплуатации и необходимости иметь несколько пар очков. Достоинства: компактность и приемлемая цена; сохранение качества изображения в 2D-режиме; отсутствие мерцания, свойственного эклипсному методу; пассивные поляризационные очки намного дешевле и легче, чем затворные – возможен вариант исполнения очков в виде насадки-клипсы для крепления на оправу обычных очков с диоптриями; используется круговая поляризация, позволяющая пользователю менять наклон головы без потери стереоизображения. Недостатки: использование только половины строк растра приводит к потере разрешения и микрополосчатости, что вызывает повышенную утомляемость пользователя при длительной работе и, как следствие, снижение производительности труда; при проведении измерений и прорисовке мелких объектов для компенсации эффекта потери вертикального разрешения необходимо работать в увеличенном масштабе, что не всегда комфортно; данный стереорежим приспособлен в основном для полноэкранного просмотра: в оконном режиме становится нечитаемым текст и элементы интерфейса окон; ограниченная поддержка на уровне видеодрайверов и графических стандартов (OpenGL). 247 Рис.11.3 Принципы создания эффекта 3D Поляризационно-фазовые стереодисплеи В поляризационно-фазовых дисплеях используется оригинальный способ получения стереоэффекта, не применявшийся ранее. Он основан на представлении стереопары как суммы двух ортогонально-ориентированных поляризованных изображений. Технически это реализуется установкой второй ЖК-панели без поляризационных фильтров, которая поворачивает плоскость поляризации в зависимости от отношения яркости пикселов на левой и правой половине стереопары. На первой панели в каждом пикселе задается суммарная интенсивность, а на второй – ориентация плоскости поляризации проходящего света. На поляризационных фильтрах очков происходит обратное преобразование и изображения для левого и правого глаза вновь разделяются. Угол поворота плоскости поляризации фазовращающей матрицей определяется как: аlfa=arcctg(Aleft/Aright), 248 где alfa – угол поворота плоскости поляризации для данного пиксела; Aleft, Aright – яркость пиксела на левой и правой половине стереопары соответственно. Яркость модулирующей (обычной) матрицы задается как векторная сумма яркостей точек на левой и правой половине стереопары: А2=Aleft2+Aright2. Затем при просмотре через очки с взаимно-ортогональными светофильтрами происходит обратное разделении ракурсов: Aleft=A×cos(alfa); Aright=A×sin(alfa) Достоинства поляризационно-фазовых дисплеев: небольшие габариты; применение легких пассивных поляризационных очков; сохранение исходного разрешения ЖК-матриц; отсутствие мерцания, свойственного эклипсному методу. Недостатки: невысокий стереоконтраст (то есть неполное разделение ракурсов стереопары – двоение контуров) и артефакты (искажения изображения) из-за погрешности поворота угла поляризации ЖК-матрицей и неточного совмещения пикселов модулирующей и фазирующей матриц, особенно по краям экрана; снижение качества изображения в 2D-режиме из-за наличия дополнительной фазирующей матрицы. Зеркальные стереодисплеи Современные зеркальные стереодисплеи в целом построены по схеме, основанной на совмещении двух ортогонально поляризованных изображений с двух дисплеев с помощью полупрозрачного зеркала и последующем разделении левого и правого ракурсов стереопары с помощью пассивных поляризационных очков. Существенным отличием современных стереодисплеев является использование ЖК-панелей, что позволяет создать конструкцию, приемлемую по размерам для стандартного рабочего места. 249 Достоинства: высокое качество изображения; легкие поляризационные очки; хорошая совместимость с имеющимся ПО. Для работы в оконных стереорежимах требуются профессиональные видеокарты с аппаратной поддержкой стереорасширений OpenGL, либо специализированные прикладные программы, поддерживающие непосредственный вывод на два экрана; возможность прямого, без компьютера, подключения стереовидеокамер (изображение с каждой камеры выводится на отдельный дисплей). Недостатки: высокая цена; ограниченное зеркалом поле зрения, что затрудняет обучение и совместную работу нескольких пользователей; большие габариты, сравнимые с габаритами ЭЛТ-дисплея с тем же размером экрана. 11.4 Стереокинематограф Стереокинематограф – разновидность кинематографических систем, вызывающих у зрителя иллюзию глубины пространства. Стереокинематограф предполагает одновременную съемку с помощью двух кинокамер, объективы которых расположены на расстоянии, равного или большего, чем расстояние между глазами взрослого человека. Некоторые технологии (например, IMAX 3D) предусматривают использование для съемки одной специальной камеры с двумя объективами, производящими съемку на одну или две кинопленки. Цель съемки – создание стереопар. Стереопара. Два изображения одного и того же объекта съемки, зафиксированные двумя идентичными объективами с двух точек, по своему 250 положению имитирующих положение глаз человека. При раздельном их рассматривании левым и правым глазами воссоздается пространственное изображение. При стереокиносъемке кадры стереопары могут размещаться как на одной, так и на двух пленках. При размещении на одной пленке взаимное расположение кадров стереопары может быть горизонтальным или вертикальным. 11.5 Технологии стереосъемки Технологии. Анаглифический метод. Анаглифический метод заключается в цветовом кодировании изображений, Зритель надевает очки, в которые вставлены специальные светофильтры (как правило, для левого глаза – красный, для правого – голубой или синий), благодаря которым каждый глаз видит только нужную часть изображения. Недостатком метода анаглифов является неполная цветопередача. В связи с этим применение анаглифического метода оправдано только для черно-белых фильмов. Затворный метод. Технология заключается в попеременной демонстрации на экране изображений, предназначенных для левого и правого глаза, и также поочередном затемнении стекол очков, так что каждый глаз поочередно видит предназначенное только ему изображение. Смена «левого» и «правого» изображения на экране и затемнение соответствующих стекол жестко синхронизированы и осуществляются с очень высокой частотой, так что у человека создается иллюзия, что он видит цельное трехмерное изображение. Поляризационный метод. При использовании линейной поляризации два изображения накладываются друг на друга на один и тот же экран через поляризационные фильтры в проекторах. При этом необходимо использование специального посеребренного экрана, который позволяет компенсировать потерю яркости. Зритель надевает очки, в которые также встроены ортогональные поляризационные фильтры; таким образом каждый 251 фильтр пропускает только ту часть световых волн, чья поляризация соответствует поляризации фильтра. Технология интерференционных фильтров Технология Dolby 3D формирует для каждого глаза изображения с разными длинами волн базовой триады – красного, зеленого и синего цветов. Специальные очки отфильтровывают определенные длины волн, так что зритель видит стереоизображение. В сравнении с поляризационным данный метод позволяет сэкономить на стоимости экрана, но стоимость самих фильтр- очков оказывается намного выше. Многоракурсная стереосъемка Тот факт, что мы видим окружающий нас мир объемным, обеспечивается нам бинокулярным зрением. Правый и левый глаза смотрят на окружающее пространство из своих точек, которые у каждого человека разделены расстоянием, составляющим около 6-7 сантиметров. Суть стереорастра состоит в том, что он обманывает наши глаза, показывая каждому из них разные, заранее подготовленные изображения одного и того же предмета либо сцены, снятые из различных положений (стереоракурсы). 11.6 Виды стереосъемки Для стереосъемки используются либо одна фото- или видеокамера, либо многообъективная камера, либо же несколько фотоаппаратов. Стереосъемка может осуществляться тремя способами: 1. Панорамный способ. Количество необходимых для данной стереосъемки ракурсов определяется глубиной стереоизображения: чем большая глубина, тем больше параллакс, и, соответственно, для комфортного просмотра требуется больше ракурсов. Однако, с другой стороны, число ракурсов ограничивается разрешением самой печати. 2. Направленный способ. Камера вращается относительно снимаемой сцены на специальной штативной насадке, либо же наоборот, 252 непосредственно предмет или сцена, закрепленные на специальной подставке, вращаются относительно камеры. 3. Параллельный способ. Камера смещается относительно сцены, к примеру, для этого может использоваться специальный штатив, оснащенный рельсом. 11.7 Методы стереосъемки Существует всего два метода, которые используются для стереосъемки – направленный и параллельный. Каждый из этих методов имеет свои преимущества, и может использоваться в определенных условиях стереосъемки. Во время съемки параллельным методом камеры закрепляются без поворота, а оси объективов являются параллельными. При использовании направленного метода фотоаппараты поворачивают один к другому под таким углом, чтобы оси их объективов пересекались в точке нулевого параллакса, то есть в той точке, в которой располагается центральный объект съемки. Направленный метод чем-то напоминает человеческие глаза, направление которых аналогично пересекается на объекте, который рассматривается. Рис.11.4 Методы стереосъемки К преимуществам параллельного метода можно отнести простоту его использования, ведь отпадает необходимость в настройках углов и поворотах камеры, необходимо только выставить требуемую стереобазу. Стереопара, снятая с использованием этого метода, нуждается в дополнительной обработке – сдвиге ракурсов относительно друг друга. Это 253 делается с целью получения точки нулевого параллакса и называется компенсационным сдвигом. При этом объекты, которые располагаются в точке нулевого параллакса, не будут двоиться. Таким образом, на заднем плане появятся предметы заднего плана, имеющие положительный параллакс, которые будут казаться углубленными внутрь экрана, а также предметы переднего плана с отрицательным параллаксом, будто выступающие из экрана. Компенсационный сдвиг имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что теряется часть изображения. Картинка уменьшается по горизонтали, и части, которые не попали в зону пересечения, отпадут. В направленном методе все с точностью до наоборот – процесс съемки является более сложным, однако обработка фотографий, наоборот – легче. Камеры необходимо поворачивать под определенным углом, зато отпадает необходимость в компенсационном сдвиге, удается сразу получить готовую стереопару, а размер фотографии не изменяется. Использование направленного метода дает возможность обеспечить наиболее верное восприятие объема стереоизображения, однако предметы, что слишком удалены, будут обладать слишком большим значением для параллакса, вследствие чего во время просмотра стереоизображения возникнет дискомфорт. Именно по этой причине использование направленного метода является максимально эффективным при съемке в уже подготовленных условиях, к примеру, в той же фотостудии. Благодаря тому, что параллельный метод стереосъемки более прост, он получил большую популярность. 11.8 Виды оборудования для стереосъемки Перед каждым фотографом, принявшим решение заняться стереофотографией, поднимается вопрос насчет того, какой же фотоаппарат выбрать для этой цели. Существует четыре вида оборудования, или способов, которыми можно воспользоваться для стереосъемки. Ниже мы рассмотрим 254 особенности, которые присущи каждому варианту, а также методы стереосъемки, которые могут к нему применяться. Один фотоаппарат.Для того чтобы пользоваться этим способом, не нужно иметь две камеры, необходима только сноровка. Суть способа заключается в том, что фотографируется один ракурс, после чего камера немного смещается, и фотографируется второй ракурс. Смещение камеры должно быть строго горизонтальным, а небольшую рассинхронизацию кадров можно без проблем устранить во время монтажа стереофото. Метод стереосъемки одним фотоаппаратом может использоваться только для того, чтобы снимать статические объекты, так как при перемещении камеры объекты, которые двигаются, изменяют свое положение относительно первого кадра, и как результат – не будут объемными. Сделать стереофото с использованием одного фотоаппарата можно таким образом: поднести видоискатель фотоаппарата к одному глазу – сделать снимок. После этого фотоаппарат нужно аккуратно переместить к другому глазу, и сделать второй снимок. Или же можно осуществить перемещение фотоаппарата, расположенного на рельсах либо штативе, при этом качество стереофото улучшится, ведь перемещение будет точнее. Если не использовать рельсы либо штатив, съемка одним фотоаппаратом осуществима только с использованием параллельного метода, так как правильно переместить фотоаппарат проблематично и без соблюдения угла направленности. К плюсам данного вида съемки можно отнести то, что для нее достаточно одного фотоаппарата. Из минусов стоит отметить возможность съемки только неподвижных объектов, а также сложности во время перемещения фотоаппарата. Фотоспарка, или синхронизированные фотоаппараты. В профессиональной среде фотоспарка получила наибольшее распространение. Этот метод хорош тем, что фотограф может самостоятельно выбрать, какое 255 оборудование для съемки ему использовать, ориентируясь на стоимость аппаратуры и качество. Рис.11.5 Фотоспарка Фотоспарка выглядит следующим образом: два фотоаппарата, или же большее их количество для лентикулярного видео, размещаются на горизонтальной площадке, и в синхронном режиме производят съемку. Фотоспарки бывают вертикальные и горизонтальные. Съемка при помощи фотоспарки может осуществляться как с применением направленного, так и параллельного метода, в зависимости от того, под каким углом камеры закреплены на площадке. Из плюсов этого способа можно отметить то, что можно использовать практически любые фотоаппараты. Из минусов – стоимость и необходимость в самостоятельном изготовлении. Готовый стереоаппарат. Мы так назвали это устройство, потому что съемка осуществляется посредством специального фотоаппарата, к которому нет нужды прилагать какие-либо дополнительные усилия – купил, и можешь сразу же начинать снимать. Метод съемки данным фотоаппаратом только параллельный, так как объективы камеры являются неподвижными. Рис. 11.6 Стереоаппарат 256 К плюсам данного способа можно отнести его простоту, ведь обо всем уже подумали за вас. Из минусов можно отметить неизменный (фиксированный) стереобазис между объективами, который в основной массе случаев бывает достаточно мал, вследствие чего возможности съемки данного устройства уменьшаются. Имеется в виду дальность объемного восприятия. Стереообъективы. Данный способ похож на предыдущий, однако здесь применяется направленный метод фотосъемки. К зеркальной камере присоединяется специальный объектив, посредством которого она и превращается в стереокамеру. Объективы этого типа оснащены системой зеркал, которая направляет на матрицу устройства два ракурса объекта, который фотографируется. Как результат – уже готовая параллельная стереопара. Регулируя угол зеркал можно менять направленность каждого ракурса. Рис. 11.7 Стереообъективы К плюсам данного метода можно отнести его простоту. Из минусов можно отметить немаленькую стоимость объектива, составляющую около 150 долларов, а также возможность съемки только вертикального кадра вследствие того, что на горизонтальную матрицу попадает два ракурса одновременно, которые по ширине равны ее половине. 257 11.9 История развития стереокинематографа Сейчас выход фильма не в 3D-формате является скорее исключением, чем правилом, и зрителей заманивают в кресла IMAX-кинотеатров обещаниями незабываемых «объемных» впечатлений от просмотра. Однако действительно ли 3D-кинематограф существует, или за этим обозначением и симпатичными 3D-очками прячется ловкий маркетологический ход? Что такое стереокинематограф (и при чем он тут вообще)? IMAX круче, чем 3D, или то же самое, но в другой обертке? Предвкушая IMAX-приключение в фильме «Изгой-один: Звездные войны. Истории», мы изучили историю 3D- кинематографа и обнаружили, что все новое – хорошо забытое старое. Начнем с того, что 3D в кинематографе не существует. В классическом понимании технология 3D вообще никак не может относиться к фильму с эффектом объемного изображения. То, что применяется сейчас при съемках фильмов, есть не что иное, как моделирование трехмерных объектов с помощью компьютерной графики, которые, впрочем, в конечном итоге все равно будут плоскими. То, что мы привыкли называть «3D-кино» (вернее, нас приучили к этому маркетологи), на самом деле является стереокинематографом, и появилось это еще на заре индустрии кино. Легче всего понять суть стереокинематографа, вспомнив стереонаушники. У нас есть два уха, мы вкладыванием в них два наушника – левый и правый, которые настроены таким образом, что наш мозг, соединяя полученную слева и справа информацию, будет «думать», что перед нами – звуковая сцена, обладающая объемом и глубиной. Причем если мы уберем один наушник, то сразу весь эффект стерео пропадет. То же самое со стерео – или 3D – кинематографом: на экран проецируются сразу две картинки, одна предназначена для правого глаза, другая – для левого. Специальные очки, которые нам любезно выдаются при входе в кинозал, разделяют изображение, и каждый глаз видит то, что должен увидеть, и передает картинку в мозг. Мозг же, не понимая, что его обманывают самым прогрессивным способом, соединяет полученную информацию и сам достраивает в нашем сознании объемное изображение. 258 Тут справедлив тот же фокус, что и с одним наушником: если мы закроем один глаз, даже будучи в очках, весь эффект 3D пропадет, потому что эта технология рассчитана на бинокулярное зрение. Еще одно важное отличие стереоизображения от реального 3D – принудительная фокусировка. То есть, например, если ваш домашний 3D- принтер «напечатал» вам замок Винтерфелл, то вы можете сами решить, будете ли вы фокусировать свой взгляд на башенках, которые дальше от вас, или же на крепостной стене, которая ближе. В стереокинематографе зрители всецело зависят от оператора (как и в обычном кино): следуя задумке режиссера, оператор сам решает, что будет сейчас в фокусе, первый ли план, или второй, и мы не можем сами выбрать предмет для фокусировки. Отчасти поэтому у некоторых людей после просмотра 3D-фильмов (особенно с некачественной картинкой) возникает головная боль: глаза, пытаясь уследить за навязанным фокусом, устают от излишнего напряжения, а мозг, понимая, что его обманывают, совершает в два раза больше работы, выстраивая в сознании более-менее приемлемое объемное изображение. Считается, что первым в истории игровым стереофильмом была «Сила любви» – именно так называется немая короткометражка, которую в 1922 году снял американец Гарри Фейролл. Для того времени это было новшество: фильм был снят на двойную пленку, изображение на которой было окрашено в красный и зеленый цвета. Чтобы увидеть объем, зрители надевали специальные анаглифические очки. В результате пред ними было однотонное черно-белое, но объемное изображение. Однако из-за общего экономического спада в мире (в США, в частности, из-за Великой депрессии) к началу 30-х годов производство анаглифических фильмов для широкого проката прекратилось, режиссеры переключились на обычное кино, так оно было дешевле и не требовало для демонстрации специальных технологий. Любопытно, что «отцы» кинематографа братья Люмьер тоже не остались в стороне от «объемного» кино и в 1934 году создали анаглифический ремейк своей короткометражки «Прибытие поезда». 259 Однако анаглифический метод получения стереоизображения был не единственным. В начале 20-х годов прошлого века инженеры-изобретатели Лоуренс Хаммонд и Уильям Кэссиди добились объемного изображения с помощью более сложного «затворного» метода, еще сильнее опирающегося на инерционность человеческого зрения. Его суть была в том, что кинозал был оборудован двумя проекторами, которые поочередно показывали кадры, предназначенные для левого и правого глаза. В это же время специальные затворы, встроенные в подлокотники зрительских кресел, поочередно открывались и закрывались. Однако из-за сложности этого метода широкого распространения он не получил – в подобном формате был снят только один фильм, и он был показан в единственном кинотеатре, оборудованном этой системой. В 1932 году были изобретены и выпущены в широкую продажу первые поляризационные фильтры фирмы Polaroid. Первоначальное их предназначение было в защите автомобилистов от блеска автомобильных фар (и сейчас на их основе выпускают солнцезащитные очки для водителей), однако киноинженеры обнаружили, что эти фильтры пригодятся и для стереокинематографа. Однако использование поляризационных фильтров обозначило необходимость модернизировать проекторы и вообще все оборудование кинозалов. Теперь изображения сразу с двух кинопленок, содержащих визуальную информацию для левого и правого глаза, должны были быть строго синхронизированы – иначе из-за фильтров зритель бы вместо объема видел неясную «шевеленку». Также потребовалось заменить киноэкраны – прежние матовые не отражали поляризованный свет, и потому их стали изготавливать из отражающих материалов, например, с посеребренной поверхностью. Вторая мировая война и послевоенные годы обозначили застой в развитии стереокинематографа, тогда же были утеряны многие уже снятые стереоленты – их попросту выкидывали за ненадобностью. В передвижных кинотеатрах, колесивших по военным лагерям, не было необходимого для показа стереофильмов оборудования. В городах содержание |