Міністерство освіти науки молоді та спорту України
Національний університет «Львівська політехніка»
РЕФЕРАТ НА ТЕМУ:
«Методи побудови 3D зображень»
Виконав:
Студент гр.
Сотурчак Я.В.
Львів – 2013
Вступ
Здатність до бінокулярного (стереоскопічного) зору виникла у тварин і людей не з їхньої любові до красивих спецефектів. А як частина природного механізму виживання, що дозволяє визначати відстань до предметів та інших тварин або людей.
Такі знання дозволяють швидко прийняти рішення при зустрічі з небезпекою або, навпаки, дичиною - напасти, відступити, обійти або бігти світ за очі. Бінокулярний зір володіють крім людини лише тварини з найбільш розвиненою вищою нервовою діяльністю. Все, що потрібно для визначення відстані, яке і формує об'ємну картинку - це три крапки: безпосередній предмет і пара очей.
Головним «пристроєм» необхідним для перегляду тривимірної картинки є наш мозок. Саме в ньому «в режимі реального часу» аналізується інформація, що надходить від лівого і правого ока, і формується зображення, яке ми сприймаємо як об'ємне. Всі методи створення 3D-картинки так чи інакше базуються на тому, щоб «обдурити» мозок і підсунути йому різне зображення окремо для лівого і правого ока.Було б помилкою вважати, що інтерес до тривимірних зображень виник лише в останній десяток років. Перші експерименти та патенти з'явилися майже відразу після народження фотографії та кінематографу, тобто ще в кінці XIX століття. Здебільшого ні одна з технологій так і не отримала масового поширення, але, наприклад, такий пристрій, як стереоскоп (на ілюстрації нижче) було добре відомо навіть у Радянському Союзі. Правда, дивитися можна було лише діафільми (слайди з титрами), що складаються всього з десятка кадрів, та й вибір їх був вкрай обмежений, але для знайомства з технологією цього було цілком достатньо. В якості слайдів використовувалися кадри з ляльками, знятими під двома різними ракурсами. При цьому кожне око бачив свою власну картинку. Новий сплеск інтересу до тривимірного зображення з'явився після виходу фільму «Газонокосильник» (The Lawnmower Man) у 1992 році. У ньому використовувався термін «віртуальна реальність», який став дуже популярний і поклав початок таким спеціальним шоломам віртуальної реальності.
Вони були оснащені двома РК-дисплеями і були дорогі у виробництві. Крім високої ціни істотним недоліком була низька дозвіл екранів (наприклад, 263 × 230 пікселів), що фізично не дозволяло демонструвати картинку з високим ступенем деталізації. Якщо вірити «Вікіпедії», то перший комерційний показ художнього фільму зі стереоскопічним ефектом відбувся ще в 1922 році. З тих пір кінотеатри використовували різні технології для створення тривимірної картинки, але всі вони вимагали наявність очок і свого власного формату. Та й під кожну систему потрібно було мати своє власне обладнання, оскільки єдиних стандартів не було (і немає до цих пір). Існували кінотеатри, що демонструють такі об'ємні фільми і в СРСР, але, як і в усьому світі, фільмів, адаптованих для такого перегляду, було небагато.
3D фотографії викликають сьогодні великий інтерес не тільки серед звичайних людей, а й серед творців фототехніки. Десятки фірм ось уже не один рік ведуть розробки нових технологій зйомки і друку об'ємних фотографій, намагаючись додати зображеннях третій вимір. Під терміном 3d фото сьогодні розуміють безліч, абсолютно різних за суті речей. Це і кругові флеш-анімовані панорами, і стереофоторгафіі, розглядати які необхідно в спеціальних окулярах, і фотографії з подвійним зображенням, на перший погляд не відрізняються один від одного
Технології 3D зображень
В даний час існує безліч різних технологій для створення тривимірного зображення. Найбільшого поширення набуло три. Всі вони вимагають спеціальних окулярів (у кожному разі, зрозуміло, своїх). І кожна має свої переваги і недоліки. Це анагліф (прості окуляри з червоною і синьою плівкою), поляризація (використання ефекту поляризації для розділення зображень лівого і правого ока). І окуляри з активними затворами (поділ картинки для кожного ока виконується за рахунок заслінки, що з'являється 50-60 разів на секунду окремо для кожного ока).
Отже, під третім виміром ми завжди маємо на увазі глибину, яка насправді є лише ілюзією глибини. Зверніть увагу, що якщо закрити одне око, то реальні об'ємні предмети не стають від цього двомірними, але щось все ж змінюється в їх сприйнятті. Людина - одне з небагатьох істот на землі, що володіють стереоскопічним зором. Риби, наприклад, бачать дві окремих картинки, передані лівим і правим оком. Через те, що між нашими очима є деяка відстань, наша картина світу зливається воєдино з двох, трохи відрізняються між собою, зображень. На цьому принципі засновані всі «чарівні» технології 3d фотографії.
1.1 Анагліф
Анагліф - метод отримання стереозображення для стереопари звичайних зображень за допомогою колірного кодування зображень, призначених для лівого і правого ока. Для отримання ефекту необхідно використовувати спеціальні (анагліфічні) окуляри, в яких замість діоптрійних стекол вставлені спеціальні світлофільтри, як правило, для лівого ока - червоний, для правого - блакитний або синій. Стереозображення являє собою комбінацію зображень стереопари, в якій в червоному каналі зображена картина для лівого ока (правий її не бачить через світлофільтру), a в синьому (або синьому і зеленому - для блакитного світлофільтру) - для правого. Тобто кожне око сприймає зображення, забарвлене в протилежний колір.
Сам анагліф - це найпопулярніший, простий і доступний спосіб перегляду 3D зображень і фільмів. Для перегляду не потрібно нічого, окрім самих 3D окулярів.
Основним недоліком методу анагліфів є неповна передача кольору. Сформоване об'ємне зображення завдяки ефекту бінокулярного змішування кольорів сприймається однотонним або (при певному співвідношенні яскравостей) ахроматичним. Адаптація спостерігача до специфічних умов сприйняття відбувається досить швидко. Однак після не настільки довгого (близько 15 хв) перебування в анагліфічних окулярах у спостерігача на тривалий (порядку півгодини) час знижується колірна чутливість і виникає відчуття дискомфорту від сприйняття звичайного (не червоно-блакитного) світу.
У старих методах з використанням знімальних світлофільтрів і плівки зображення для правого і лівого ока друкувалися або відтворювалися в якості проекції як єдине зображення, або ж два зображення через спеціальні світлофільтри потрапляли на одну плівку. Одне пропускалося через червоний фільтр, а інше через фільтр контрастує кольору - синього, зеленого або бірюзового. Як підкреслюється нижче, зараз можливо, переважно з використанням комп'ютерних програм, імітувати використання колірних фільтрів. При цьому за основу можна брати як пару монохромних, так і кольорових зображень. З 70-х років Стівен Гібсон запропонував свою патентовану систему «Діп віжн» (Deep Vision), використовує замість зелених бірюзові фільтри. Це дозволяє досягти більш натуральних кольорів, оскільки кольори покривають майже весь видимий спектр. Найсильніше спотворюється червоний колір: виглядає майже чорним, найменше зелений. Окуляри «Діп віжн» мають червоний світлофільтр праворуч і бірюзовий ліворуч або red / cyan (щоб обійти патент Гібсона, деякі компанії випускають червоно-бірюзові окуляри зі світлофільтрами розташованими у зворотному порядку)
Створення анагліфів
У старих методах з використанням знімальних світлофільтрів і плівки зображення для правого і лівого ока друкувалися або відтворювалися в якості проекції як єдине зображення. Одне пропускалося через червоний фільтр, а інше через фільтр контрастує кольору - синього, зеленого або бірюзового. Як підкреслюється нижче, зараз можливо, переважно з використанням комп'ютерних програм, імітувати використання колірних фільтрів. При цьому за основу можна брати як пару монохромних так і кольорових зображень.
Основні засоби для створення анагліфів є в популярному професійному програмному забезпеченні, наприклад в Adobe Photoshop. Інструкції щодо створення анагліфів можна знайти на різних сайтах, що пропонують безкоштовні інструкції з 3D-графіки для Photoshop. Також існують прості дешеві програми для створення анагліфів.
Основні засоби для створення анагліфів є в популярному професійному програмному забезпеченні, наприклад в Adobe Photoshop, StereoPhoto Maker, Blender. Інструкцій по створенню анагліфів в офіційних інструкціях користувача не наводиться, але їх можна знайти на різних сайтах, що пропонують безкоштовні інструкції для графічних редакторів. Однак у більшості таких інструкцій замовчується, що в результаті спроби зробити анагліф з одного кадру буде отриманий "псевдоанагліф" без стереоефекту, так як у одержуваної стереопари відсутня паралакс. Суть полягає в тому, що колір для кожного ока ставиться в RGB і якщо окуляри red / cyan, то рожева картинка роздвоїться на два ока, так як в RGB рожевий - це red + blue, а cyan = blue + green. Також існують прості дешеві програми для створення анагліфів. Наприклад, безкоштовний StereoPhoto Maker може створювати якісний анагліф (і не тільки анагліф) для будь-яких типів очок автоматично. В даний час при використанні простих підходів із зображення для лівого ока фільтруються синій і зелений кольори.
Недоліки анагліфного методу перегляду - погана передача кольору, "вбивання" кольору, швидка стомлюваність очей від різного кольоросприйняття кожним оком, пропускання світлофільтрами очок зображення іншого світлофільтру (двоїння картинки), відеокодек при стисненні фільмів додає двоящиеся контури, особливо їх багато виходить в червоному ракурсі (більше ніж в 2 рази, в порівнянні з синьо-зеленим каналом), анагліф не переносить стиснення відео (для фото це не важливо, стиснення фотографій менш сильне і тому контури не «друкують" в колірних каналах). Варіант квітів green / magenta і жовто / синій - залишає в 2 рази меншу двоїння в червоному каналі у відеофайлах (саме у відео) і виглядає більш збалансовано, проте ці види очок сильно "рясніють" і мають свої недоліки, зате частково вирішують проблему сильної "пропечатки "двоящихся контурів червоного каналу, так як на ракурс доводиться не один червоний канал, а вже в парі або з синім, або з зеленим.
Рис 1. Приклад анагліфічного зображення (червоний - лівий, блакитний - правий фільтр)
Існують різні алгоритми змішування ракурсів в колірні канали:
Кольоровий (повноколірний) анагліф - не рекомендується, очі сприймають різні по яскравості і деталям зображення, в червоному - Пересвет і мало деталей, червоний колір і синій "рясніють" у різних галузях (у лівому він світлий а в правому - як чорний), звідси дискомфорт при перегляді і швидке стомлення очей. У цьому виді зазвичай випускають ліцензійні DVD диски, тому виглядають DVD диски з готовим Анагліф дуже жахливо з двох причин:
1) Не оптимізований анагліф;
2) Анагліф не можна стискати звичайними відеокодеками навіть з максимальною якістю.
"Half Color" анагліф - цей метод підходить для перегляду більше: приглушені конфліктні кольору, ракурси однакової яскравості, контрасту і деталей (канали RGB змішуються в певних пропорціях) виглядає якісно і з упевненим об'ємом 3D картинки. Але загальна кольоровість стає більш бляклої, червоний ближче до тьмяно-цегельному відтінку. Настійно рекомендуємо у ваших 3D плеєрах включати "Half Color Anaglyph", якщо є така функція в плеєрі.
Є і ще безліч алгоритмів змішування ракурсів в анагліф, наприклад "Оптимізований анагліф", "ч / б анагліф" і багато саморобних алгоритмів.
Плюси анагліфних методу 3D - простота, дешевизна, немає необхідності в додаткових коштах відтворення 3D відео, достатньо придбати окуляри.
Також дивитися ліцензійні DVD / Blu-Ray 3D диски фільмів, з яким як правило йдуть в комплекті картонні 3D окуляри (зазвичай 2-4 шт. Щоб дивитися фільм всією сім'єю.