5. Камера-обскура

Камера-обскура, схематически показанная на рис. 1.14, позволяет простейшим образом описать процесс формирования изображения с помощью геометрической модели. Она представляет собой светонепроницаемый ящик, в центре одной из стенок которого "проколото" малюсенькое отверстие (в идеале это должна быть геометрическая точка, имеющая бесконечно малый размер)⁴. На внутренней стороне противоположной стенки ящика закрепляется фоточувствительная пластина. Совместим с этим отверстием начало прямоугольной системы координат. Ось z этой системы координат направим нормально к плоскости светочувствительной пластины. Обозначим через d расстояние по нормали между отверстием и светочувствительной пластиной. Рассматривая вид камеры сбоку (рис. 1.15), несложно вычислить координаты (х, у, z) точки пересечения светового луча, прошедшего через отверстие, с плоскостью z = –dсветочувствительной пластины. Используя подобие двух треугольников на рис. 1.15, получим, что световой луч, исходящий из точки с координатой у на объекте, попадет на световую пластину в точке с координатой у_р:

Точка (х_р, у_р, –d) называется проекцией точки (х, у, z). В нашей идеализированной модели цвет точки на плоскости светочувствительной пластины будет таким же, как и цвет точки (х, у, z). Поле, или угол зрения, камеры— это угол, характеризующий наибольший объект, изображение которого умещается на светочувствительной пластине, полностью занимающей заднюю стенку камеры. Этот параметр можно вычислить на основании геометрической модели, изображенной на рис. 1.16⁵. Если обозначить через h высоту светочувствительной пластины, то угол зрения θ будет равен

Идеальная камера-обскура будет иметь бесконечную глубину резкости, т.е. все видимые точки изображения будут в фокусе. Изображением точки будет опять же точка. Камера-обскура имеет два недостатка. Во-первых, бесконечно малый размер отверстия (в идеале через это отверстие должен пройти только один луч, исходящий из некоторой точки на объекте) приводит к тому, что на светочувствительную пластину попадает очень мало света. Во-вторых, угол зрения камеры определенного размера никак не может быть изменен.

В принципе, современный фотоаппарат отличается от камеры-обскуры только тем, что вместо точечного отверстия в нем используется система линз (объектив). Но это позволяет устранить оба отмеченных недостатка. Во-первых, объектив позволяет "собрать" значительно больше света — чем больше апертура объектива, тем больше световой энергии проходит через него. Во-вторых, угол зрения фотокамеры определяется фокусным расстоянием используемого объектива, а его можно изменять, меняя объективы либо применяя объектив с регулируемым фокусным расстоянием. Современные объективы позволяют увеличить угол зрения почти до 180°. Но, к сожалению (а фотохудожники говорят "к счастью"), объективы не обеспечивают бесконечной глубины резкости.

В данной главе мы будем рассматривать только идеальную модель камеры-обскуры, для которой фокусным расстоянием является расстояние d от передней до задней стенки камеры. В компьютерной графике также в большинстве случаев не моделируется эффект ограниченной глубины резкости.

6. Основные библиотеки OpenGL.