Современные технологии получения стереоскопического изображения

МИНИСТЕРСТВО ВНУТРЕННИХ ДЕЛ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ОМСКАЯ АКАДЕМИЯ

 

Кафедра управления и информационных технологий

в деятельности органов внутренних дел

 

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Тема 15

Современные технологии получения стереоскопического изображения

 

 

Выполнил:	курсант группы НБС-111 рядовой милиции Кулебакин А.А
Проверил:	ст. преподаватель кафедры УиИТ подполковник милиции  Гаврилов А.В

 

 

 

Омск 2011

Оглавление:

1. Общее значение стереоскопического изображения. С.2.
2. Метод цветных анаглифов. С. 3-5.
3. Метод на основе поляризации света. С.5- 7.
4. Метод CAVE. С.7- 8.

 

 

Современные технологии получения стереоскопического изображения.

Стереоскопическое изображение, изображение, создающее иллюзию объёмности, пространственности наблюдаемой картины. Два изображения стереопары, рассматриваемые раздельно правым и левым глазом, в сознании наблюдателя сливаются в единый зрительный образ. Чтобы такое слияние осуществилось, необходимо обеспечить проекцию на сетчатку каждого глаза предназначенного ему изображения. Примером устройства, используемого с этой целью, является стереоскоп.¹

Существует несколько  методов получения стереоскопического изображения:

1. Метод цветных анаглифов.²

 

Это очень распространенный простой и доступный способ создания стереоизображения. Чтобы получить эффект объема, здесь используются очки- анаглифы с разными стеклами — красного и синего цвета (иногда вместо синих стекол применяются зеленые).

 

 Что же обеспечивает ощущение трехмерности? Изначально имеются два исходных черно-белых изображения одного и того же объекта, окрашиваемые в различные цвета или проецируемые на экран через соответствующие светофильтры. Это изображение получено путем фотографирования объекта с разных ракурсов и с равномерным смещением относительно осей объективов. Затем обе картинки, для левого и для правого глаза, накладываются друг на друга. Все объекты «раскрашиваются» красным и синим цветом, причем красный используется для одного глаза, синий — для другого. Если надеть анаглифические очки с красной линзой для правого глаза и синей — для левого, то правый глаз увидит только синий цвет, а левый — только красный. В результате каждый глаз будет видеть лишь свое изображение, кажущееся серым. Эти две раздельные серые картинки воспринимаются как одна объёмная черно-белая. Таким образом можно обмануть мозг, и человек будет видеть трехмерной каждую картинку, обведенную по контуру.

 

 Это самый доступный  метод, который позволяет просто  напечатать стереоизображение, например, на странице журнала и приложить  к нему анаглифические очки, которые  уже давно производятся в промышленном  масштабе и нередко используются  в рекламных целях. 

 

 Изображение в динамике  можно проецировать, и как статичное.  Для этого нужны лишь проектор  и проекционный экран. Многие  программные пакеты ВР уже  имеют встроенную функцию, называемую  «анаглиф». Она позволяет вывести  изображение и разделить его  по глубине — параллаксу. Параллакс  (от греч. parállaxis — отклонение) —  видимое изменение относительных  положений предметов вследствие  перемещения глаза наблюдателя.  Чем ближе объект, тем дальше  расходятся изображения для левого  и правого глаза. ³

 

 Метод с применением  анаглифов дает пассивное стереоскопическое  изображение. При этом две картинки, для правого и для левого  глаза, проецируются одновременно, а совмещаются в одну стереоскопическую  с помощью специальных очков.  Однако для экранных систем  ВР он применяется редко, так  как имеет два серьезных недостатка. Во-первых, глаз человека помимо  градаций серого различает в  разделенном изображении только  несколько дополнительных цветов, например желтый или градации  оранжевого. Конечно, можно придать  картинке некоторую живость, но ⁴основным цветом все же останется серый. Во-вторых, глаза быстро устают во время просмотра стереоизображения в очках- анаглифах.

 

 Впрочем, данный метод  обладает и существенными достоинствами.  Он позволяет, в частности,  быстрее всего получить объемное  изображение. Этот метод особенно  хорош для воспроизведения объемных  объектов, изначально имеющих градации  серого, — например скульптур,  а также графики в учебниках  по стереометрии, начертательной  геометрии и проч.

2. Метод на основе поляризации света.

Поляризация света — одно из фундаментальных свойств оптического  излучения. Она возникает при  выделении различных направлений  векторов напряженностей электрического и магнитного полей. Эти векторы, как известно, перпендикулярны направлению  распространения светового луча. В общем излучении множества  источников света направление волны  непрерывно и беспорядочно изменяется. Подобное излучение называется неполяризованным, или естественным, светом. Способ, позволяющий  из множества световых волн выделить двигающуюся в заданной плоскости, получил название технологии поляризации  света. Основными видами поляризации  являются линейная — колебания происходят в какой-то одной плоскости («плос-кополяризованная волна») — и круговая — конец  вектора напряженности электрического или магнитного поля описывает окружность в плоскости колебаний, причем в  зависимости от направления вращения вектора она может быть правой или левой.

 

 В системах ВР используют  линейные и круговые поляризационные  фильтры. В системе с линейной  поляризацией необходимы два  идентичных проектора и специальные  очки с линейно-поляризованными  фильтрами. Поляризационные очки  со слегка затемненными линзами  не затрудняют восприятие цвета.  Они стоят недорого, но создают  гораздо больший эффект, чем анаглифические. Если поставить перед глазом один фильтр, повернутый на 45° относительно вертикали, то можно увидеть только ту часть светового потока, которая проходит через этот фильтр. Волна ориентируется четко под 45°. Если развернуть такой же фильтр на 90° в обратном направлении, т.е. под углом –45° к вертикали, то становится видимой другая часть светового потока, проходящего через второй фильтр. Если так же ориентированные фильтры поставить на два проектора, которые дают разные картинки для правого и левого глаза, то это изображение сделается стереоскопическим.

 

 Система ВР с круговой  поляризацией мало чем отличается  от системы с линейной. Два  круговых фильтра ставят на  два проектора, еще два —  на очки. Здесь применяется такой  же способ разделения изображения  на два зрительных канала, как  и в случае с линейной поляризацией, причем наклон головы и изменение  положения очков относительно  экрана не будут влиять на  качество картинки. А вот при  линейной поляризации качественное  стереоизображение получится только  тогда, когда ориентация фильтров  на проекторах и на очках  совпадает.⁵

 

 Системы ВР с поляризацией  света основаны на пассивном  стереоэффекте. Они являются одними  из наиболее доступных как  с точки зрения технологии, так  и по стоимости. Поляризационные  системы часто используют для  профессиональных дисплейных систем  ВР и на выставочных стендах.  Чтобы такие системы работали, нужен экран, который не будет  деполяризовать свет. Специальный  экран прямой проекции, перед  которым располагаются проекторы,  называется silver screen, или экран с  серебристой поверхностью. Фактически  любая поверхность, окрашенная  специальной серебристой краской,  способна стать проекционным  экраном, и на ней можно увидеть  стереоскопическое изображение. 

 

 Кроме того, для работы  с такой системой ВР пригодны  и так называемые экраны «на  просвет», или акриловые, поскольку  они также не деполяризуют  свет. Как правило, компании, занимающиеся  разработкой 3D-экранов, используют  свои «ноу-хау», позволяющие получить  более качественную картинку. Зачастую  в поляризационных очках можно  увидеть наряду с объемным  изображением и не до конца  приглушенные изображения-тени слева  и справа от объектов, так называемые  «ду’хи». Избавиться от них  помогают различные программные  методы и технологии, устраняющие  дополнительные изображения для  разных видеоканалов.

3. CAVE

 

Первой системой ВР полного  погружения стала так называемая «пещера», или CAVE (Cave Automatic Virtual Environment), созданная в университете штата  Иллинойс, США. Эта система состоит  из четырех экранов, полностью окружающих зрителя. Проекторы, находящиеся за экранами и освещающие стены «пещеры», дают картинку на обратную сторону  дисплеев, образуя систему обратной проекции. Пол «пещеры» работает по принципу прямой проекции, т.е. проектор расположен сверху и пересылает изображение  прямо на экран-пол.

 

 Система CAVE представляет  собой помещение, в котором  все экраны стыкуются под прямыми  углами. При создании системы  «пещера» основная сложность  при настройке изображения заключалась  в том, что требовалось «сглаживать»  эффект перехода изображения  с одной стены-экрана на другую  в месте стыковки этих стен  и в прямых углах. ⁶

 

 Чтобы обеспечить правильный  переход, на очки нужно поставить  систему трекинга. При этом как  только зритель переместится, система  пересчитывает все изображения.  В результате на стыках, например  в углу, шарик будет выглядеть как шарик, а не как эллипсоид. Такая возможность уже реализована на уровне библиотек, называемых Virtual Environment Framework (рабочая среда виртуального окружения). Чтобы использовать эту программную оболочку, достаточно указать тип экранной системы ВР, поскольку для большинства из них уже есть готовые скрипты и описания того, каким образом проекторы должны работать, если требуется передать картинку на экран конкретного типа.

 

 Например, для отдельных  систем ВР достаточно указать,  на какого типа дисплейную  систему будет проецироваться  приложение ВР. Так, если выбрать  опцию CAVE, можно сразу же запускать  систему ВР. А после перехода  на монитор нужно лишь указать  в приложении опцию monitor, и система  будет готова к работе.

 

 Следовательно, если  однажды создать виртуальный  мир, можно использовать все  типы дисплейных систем и, не  прилагая дополнительных усилий, отображать на них информацию.

В качестве заключения хочется  сказать, что используя стереоизображение высокого качества, можно добиться хорошего эффекта погружения даже в простых системах типа «интерактивной стены», где дисплеем является плоский экран большого размера, часто во всю стену. Однако хороший способ визуализации синтезированного мира — это лишь часть системы виртуальной реальности.

 

 

 

Список используемой литературы:

1. Валерия Холодкова «Мир ПК» , № 06, 2008
2. Иван Малк «Cooler» » , № 04, 2010

¹ Большая Советская Энциклопедия С.89.

² От греч. anaglyphos – рельефный.

³ Валерия Холодкова «Мир ПК» , № 06, 2008 С.8.

⁴ Валерия Холодкова «Мир ПК» , № 06, 2008 С.10.

⁵ Иван Малк «Cooler» » , № 04, 2010 С.19.

⁶ Валерия Холодкова «Мир ПК» , № 06, 2008 С.11.