СТЕРЕОКИНЕМАТОГРАФ С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ ФИЗИКИ

II Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Личный портфель

СТЕРЕОКИНЕМАТОГРАФ С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ ФИЗИКИ

Потыльцева П.П. 1
1
Мазаева Л.Н. 1
1
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Диплом школьникаСвидетельство руководителя
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

 Содержание

 

Стр.

Введение

3

Глава 1. История создания 3 D изображения.

4

Глава 2. Технология создания 3 D изображения.

6

Глава 3.Практическая часть.

9

Глава 4. Влияние просмотра 3 D изображения на здоровье человека.

11

Заключение

15

Приложения

приложение.doc

Литература

16

Введение

В настоящее время очень популярны компьютерные 3 D фильмы, 3D фотографии, 3D игры. Не секрет, что фильм в формате 3 D — намного впечатляющее зрелище. Однако многие зрители жалуются на ухудшение самочувствия: устают глаза, появляется головная боль и слабость в теле.

Мы задались вопросом, каков механизм восприятия объемного изображения, в чем заключается секрет 3 D эффекта при просмотре фильмов и влияет ли просмотр фильмов 3 D на здоровье человека.

Актуальность исследования:

Кинематограф продолжает эволюционировать. Зарождался он как немое, черно-белое кино, а сегодня каждый зритель может быть непосредственным участником действа фильма. Теперь все больше кинолент снимаются в формате 3D. А за последний год почти все мультипликационные новинки выходят в 3D версии. Реклама уверяет, что 3D – это увлекательно, весело и безопасно. Во всех современных телевизорах есть функция 3д просмотра.

А вот в средствах массовой информации все чаще появляются материалы об ухудшении самочувствия некоторых «поклонников» 3D фильмов. Поэтому сегодня важно каждому зрителю знать основные принципы 3 D технологий для того, чтобы избежать возможных неприятных последствий для здоровья после просмотра 3 D фильмов.

Объект исследования: Стереокинематограф.

Предмет исследования: технология создания3 D изображения

Цели исследования:

1. Изучить механизм формирования 3 D изображения в головном мозге.

2. Выяснить, возможен ли просмотр 3 D фильмы без ущерба для здоровья.

Задачи исследовательской работы:

  1. Изучить литературу по вопросу современных технологий создания объемного изображения.

  2. Изучить механизм формирования 3 D изображения в головном мозге

  3. Узнать о физических основах 3D технологий

  4. Выяснить преимущества и недостатки 3D-очков-анаглифов и подтвердить это при помощи технологии изготовления и экспериментальной проверки восприятия 3D-изображения с помощью очков-анаглифов.

  5. Выяснить, какое влияние на организм человека оказывает просмотр фильмов в 3 D.

  6. Сформировать правила просмотра 3 D фильмов без ущерба для здоровья.

Гипотеза:

  • 3D технологии воспрозводимы в «домашних» условиях,

  • Правильный просмотр 3D продуктов позволяет предотвратить негативное влияние их на здоровье человек

Методы исследования:

  1. работа с научной литературой,

  2. анализ исторических источников, учебной литературы,

  3. проведение опыта,

  4. социологический опрос, интервьюирование.

Глава 1. История создания 3D изображения

В 1584 г. Леонардо да Винчи описал способность мозга человека воспринимать объем за счет особенности зрения, когда эффект восприятия глубины пространства достигается благодаря различиям изображений одного и того же предмета, видимых правым и левым глазом.

В 1611 г. немецкий оптик Иоганн Кеплер в своем сочинении «Диоптрика» впервые изложил теорию стереоскопического восприятия. Сам же термин «стереоскопия» появился уже в 1613 г.

Первой в истории фотографией считается снимок «вид из окна», полученный Ньепсом в 1826 г. с помощью камеры-обскуры на оловянной пластинке, покрытой тонким слоем асфальта. В 1838 году англичанин Чарльз Уитстоун изобрёл демонстрационный прибор, принцип работы которого основывался на разнице восприятия изображения правым и левым глазом. Теоретически новое приспособление позволяло видеть различные предметы не плоскими, а в объёме. [1].

В 1849 году шотландский физик Дэвид Брюстер представил устройство для просмотра парных картинок, соединяющихся в одно объёмное изображение, — призменный стереоскоп.

Первое устройство для стереокиносъёмки было создано в 1900 году. Первые пробные стереофильмы появились в прокате в 1915 году. Первым коммерческим трёхмерным кино стала лента «Сила любви», в 1922 году демонстрировавшаяся в Лос-Анджелесе.

К середине 30-х годов XX века стереоэффект стал доступен и движущимся изображениям. Но пик «киношного стереобума» пришелся на 50-е годы, когда кинематограф изыскивал любые средства, чтобы выиграть жестокую конкурентную борьбу с телевидением. На экраны выходили десятки трехмерных хитов. Например, ставшие классикой — «Дьявол Бвана» (1952) Арча Оболера, в котором герои сражались со стереоскопическими львами-людоедами, «Музей восковых фигур» (1953) Андре де Тота, классический ужастик «Чудовище из Черной Лагуны» (1954) и триллер Альфреда Хичкока «В случае убийства набирайте «М» (1954). [1].

Вместе с этим в другой части света, в СССР также проводились опыты по созданию трёхмерных фильмов. Первая демонстрация стереофильма в СССР состоялась в 1937 году. В 1941 году в кинотеатре «Москва» был показан стереоскопический фильм «Концерт». По другим данным первым советским фильмом с объёмным изображением стал «Робинзон Крузо», показанный в 1947 году. В период с 1967 по 1990 годы в СССР работало порядка 40 кинотеатров, использующих стереооборудование.

В 1970-е годы канадские учёные разработали новый трёхмерный формат IMAX. Формат IMAX впервые был показан на выставке «Экспо’70″ в Осаке. А первый кинотеатр «Киносфера» был построен уже через год в Торонто. Однако вплоть до конца XX века этот формат не мог похвастаться широким распространением из-за своей дороговизны, но сегодня насчитывается уже около 300 постоянных кинотеатров, работающих именно в формате IMAX. [4].

В начале 21 века потребности в 3D продолжают расти, и технология вступает в свой второй золотой век. На стереокино обратили внимание в Голливуде, основные студии стали выпускать версии своих фильмов и мультфильмов в 3D. Появление возможности использовать цифровое оборудование значительно упростило эксплуатацию 3D кинотеатров и снизило их стоимость.

Таким образом, можно смело утверждать, что 3D кино снималось с самых первых лет существования кинематографа, однако лишь в 21 веке появились технологии массового показа таких фильмов. Многие убеждены, что современный человек должен шагать в ногу со временем, и постигать новое, неизведанное.

Итак, в первой главе, изучив историю появления, развития 3 D технологий, мы увидели, что начиная с 17 века данная технология активно продвигается в массы. Это классический пример практической значимости физики, когда открытия, сделанные учеными, постепенно становятся продуктами широкого потребления.

Глава 2. Технология создания 3D изображения.

Из литературы мы узнали, что способов создания 3 D изображения несколько: затворная технология, растовая, поляризационная, анаглифная.

Все перечисленные технологии работают с одним физическим правилом: Дело в том, что у человека два глаза, каждый из которых смотрит на мир под своим углом. Увиденное левым глазом и увиденное правым глазом образуют две немного отличающиеся друг от друга картинки – стереопару. Информация, получаемая обоими глазами, обрабатывается мозгом и «сливается» в одну объемную картинку.

Если посмотреть на предмет двумя глазами и изобразить его он получается объемным. Способность одновременно четко видеть изображение предмета обоими глазами называется бинокулярным зрением

Из литературы мы узнали, что способов создания 3 D изображения несколько: затворная технология, растовая, поляризационная, анаглифная.

Все перечисленные технологии работают с одним физическим правилом: Дело в том, что у человека два глаза, каждый из которых смотрит на мир под своим углом. Увиденное левым глазом и увиденное правым глазом образуют две немного отличающиеся друг от друга картинки – стереопару. Информация, получаемая обоими глазами, обрабатывается мозгом и «сливается» в одну объемную картинку.

В чем заключаются отличительные черты каждой технологии создания 3D изображения

Затворная технология.

В этой технологии для разделения картинок для левого и правого глаза используются специальные затворные очки. В этих очках вместо стекол установлены жидкокристаллические затворы. Каждый из затворов по команде то затемняется, то просветляется.

В очки встроен беспроводной приёмник, который получает сигнал от передающего устройства и тем самым синхронизирует работу затворов со сменой кадров на экране.

Проектор поочередно подает на экран изображения для правого и левого глаза. В то время, когда показывается «правая» картинка, затвор на левом глазу закрывается, а когда «левая» - закрыт правый глаз.

Изображения чередуются с большой частотой, и у человека создается впечатление, что он смотрит обоими глазами одновременно. Картинка разделена. Изображение воспринимается объемным. Разделение картинок для левого и правого глаза происходит при помощи жидкокристаллических затворов в 3D очках.

Поляризационная технология.

Принцип действия поляризационных очков основан на физической характеристике света – поляризации. Вместо линз в очках стоят поляризационные фильтры. Фильтр пропускает только световые волны аналогичной поляризации. В обычных солнечных очках оба стекла поляризованы одинаково, а в очках кинотеатра нет.

В кинотеатре изображение показывают с помощью двух мощных проекторов.

Один проектор показывает изображение, предназначенное только для правого глаза, второй — только для левого. Достигается это при помощи специальных поляризационных фильтров, которые установлены перед объективами. У каждого проектора свой фильтр. Один фильтр пропускает только волны света с горизонтальной поляризацией, другой — с вертикальной.

Изображение для левого глаза проецируют на экран через фильтр с вертикальной осью пропускания, а для правого — с горизонтальной осью и точно совмещают их на экране. Зритель смотрит на экран через поляризационные очки, в которых ось левого фильтра вертикальна, а правого горизонтальна

Каждый глаз видит свою, предназначенную только для него картинку. А дальше наш мозг просто выполняет привычную для него работу – сливает два изображение в одно. В результате изображение воспринимается объемным.

Картинки для левого и правого глаза разделяются с помощью поляризационных фильтров, которые находятся перед проекторами и в очках зрителя.

Растровая технология.

В растровой технологии также используется принцип «каждому глазу — свое изображение».

Изображение стереопары нарезается на мелкие полоски и сводится воедино из ракурсов для левого и правого глаза. Над полученным изображением располагается прозрачная пластинка – растр. Она состоит из множества цилиндрических линз. Благодаря этим линзам под определенным углом правый глаз видит набор полосочек для правого глаза, а левый – для левого. Картинки разделены. Изображение становится объемным. Ощутить эффект 3 Д изображения возможно, если поставить перед собой на уровне глаз растровую открытку.

Все перечисленные выше технологии демонстрации 3D изображений активно применяются сегодня на практике. В кинопрокат ежемесячно выходит по несколько кинокартин в 3D версиях

Воспроизведение данных технологий в домашних условиях невозможно. Как выяснилось, только одна технология дает возможность создания 3 D изображения.

Анаглифная технология.

Анаглифный метод (от греч. anagliphos - рельефный) состоит в окрашивании изображений стереопары в дополнительные цвета. Оба кадра стереопары формируют одно изображение. Разделение левого и правого кадра происходит с помощью цветных очков, окрашенных в соответствующие цвета. Традиционно в стереоскопических технологиях левое изображение преимущественно красного цвета, а правое – синего. Стерео очки для наблюдения тоже имеют соответствующие светофильтры (красный и синий). Анаглифный метод используется и в кинопоказе, и в телевизионных трансляциях. Этот метод работает практически на любых цветных телевизорах и мониторах.

Глава 3. Практическая часть.

Эксперимент 1.

Цель: выяснить, почему человек видит окружающие предметы объемным.

Я поставила перед собой на уровне глаз параллепипед так, чтобы он был равноудален от каждого глаза.

1. Сначала я посмотрела на параллепипед правым глазом, закрыв левый. Увиденное зарисовала.

2. Затем посмотрела на предмет левым глазом, закрыв правый. Увиденное также зарисовала.

3. Я заметила, что рисунки одного и того же предмета отличаются друг от друга.

4. Потом посмотрела на параллепипед двумя глазами и изобразила предмет таким, каким я его увидел двумя глазами, т.е. объемным.

Расстояние между глазами человека в среднем составляет 6,5 см. Поэтому один глаз видит объект чуть с левой стороны, а другой глаз охватывает его же чуть справа. Т.е. каждый глаз видит предмет под своим углом. Таким образом, формируются два немного отличающиеся друг от друга изображения – стереопара. Мозг сливает оба изображения в одно объемное.

Вывод: Человек видит окружающие предметы объемными, потому что он воспринимает увиденное двумя глазами.

Эксперимент 2.

Цель: создание стереопары для 3D фотографии.

В качестве объекта фотосъемки я выбрала корзинку

1. Съемка производилась с помощью 1 фотокамеры, поэтому она заменяла поочередно левый и правый глаз.

2. Съемка производилась с помощью 1 фотокамеры, поэтому она заменяла поочередно левый и правый глаз.

3. Чтобы добиться максимального совпадения расположения фотокамеры с расположением глаз, я начертила схему.

  1. Съемка производилась с двух точек. Точка № 1 соответствовала левому глазу, а точка № 2 – правому. Расстояние между 1 и 2 точкой съемки равно 6, 5 см – это среднее расстояние между глаз человека.

  2. Искусственно был задан угол поворота камеры, имитируя направление взгляда каждого глаза.

  3. Я расстелила схему на столе. Расположил объект съемки точно в вершине треугольника.

  4. Установила фотокамеру на положение точки № 1 и сделала снимок.

6. Установила фотокамеру на положение точки № 2. Сделал снимок.

7. Готовые два снимка перенесла в компьютер

Вывод: Цель достигнута. Стереопара готова.

При взгляде на стереопару наши глаза видят два плоских изображения. Сейчас в поле зрения каждого глаза попадает две картинки, а нам необходимо добиться того, чтобы каждый глаз видел предназначенное для него изображение, и не видел изображение для другого глаза. Только при выполнении этого условия мы увидим изображение в объеме.

Эксперимент 3.

Цель: Создать 3D фотографию, используя анаглифную технологию.

Одна картинка стереопары пропускается через «бирюзовый» фильтр (то есть удаляется красный цвет), а вторая картинка - через «красный» фильтр (удаляется бирюзовый цвет).

  1. Чтобы увидеть изображение корзинки в объеме, необходимо надеть специальные анаглифные очки.

В этих очках вместо стекол стоят особые светофильтры (красный и бирюзовый). Один пропускает только красную часть светового спектра, а другой — бирюзовую. Тем самым одно изображение делится на две части, каждая из которых видна только одним глазом.

В головном мозге они сливаются, образуя объемное изображение. С результатом данного эксперимента можно ознакомиться, если рассмотреть фото в анаглифных очках. Очки я изготовила сама (СМ.Приложение 2)

Глава 4. Влияние просмотра 3D изображения на здоровье человека.

Современные веяния технического прогресса не всегда плодотворно оказывают влияние на человека. Радуясь, восторгаясь, восхищаясь, получая большое количество положительных эмоций, мы порой забываем о том, что лежит в основе той или иной идеи. Так, на наш взгляд, происходит и с новым веянием на 3 D изображения. Две задачи нашего исследования связаны с определением влияния 3 D изображения на здоровье человека:

  • Выяснить, какое влияние на организм человека оказывает просмотр фильмов в 3 D.

  • Сформировать правила просмотра 3 D фильмов без ущерба для здоровья.

Изучение научно-популярной литературы, посвященной вопросу воздействия 3 D изображения на здоровье человека, позволило нам выяснить, что у ученых на первый план выступает «физическая», техническая привлекательность 3 D изображений, медики единодушны в своих выводах о негативном влиянии 3 D технологий на здоровье человека при неправильном просмотре и не соблюдении правил гигиены.

  1. Использование очков при просмотре 3D фильмов понижает яркость изображения – это приводит к быстрому утомлению глаз;

  2. Для создания эффекта объемного изображения в 2 раза повышается частота смены кадров – это может вызывать чувство дискомфорта, недомогание и головную боль;

  3. 3D очки в кинотеатре являются вещью общего пользования, поэтому они могут стать источником глазных инфекций;

  4. Детям до 6 лет смотреть 3D фильмы не рекомендуется , т.к. в несколько раз увеличивается нагрузка на еще не сформировавшийся зрительный аппарат;

  5. При просмотре фильма в 3D формате у людей с проблемами близорукости или дальнозоркости значительно увеличивается нагрузка на и без того перенапряженные глазные мышцы. От этого зрение может ухудшаться.

  6. У зрителей с проблемами вестибулярного аппарата при просмотре может возникать головокружение.

  7. Таким образом, можно определить следующую задачу, которую будут решать физики — как оставив или улучшив техническую привлекательность 3 D продукта сделать его еще и безопасным для ежедневного применения.

Для решения задач мы провели анкетирование среди учащихся школы. Было опрошено 43 человека из 4-го, 8-го, 10 класса.

Цель анкетирования : выяснить степень популярности 3 Д фильмов среди сверстников и осведомленности о влиянии 3 D на здоровье человека.

Каждому респонденту был предложен один перечень вопросов:

  1. Бывали ли Вы на просмотре фильма в 3 Д формате?

  1. Как часто Вы смотрите 3 Д фильмы

  2. При просмотре 3Д фильмов вы пользуетесь личными очками или очками кинотеатра?

  3. Перед тем, как пользоваться очками кинотеатра, Вы протираете линзы дезинфицирующей салфеткой?

  4. При просмотре 3 Д фильма возникали ли у Вас жалобы на плохое самочувствие?

Результаты анкетирования (см. в Приложении 3)

После анализа полученных результатов нами были разработаны рекомендации для тех, кто пользуется 3 D продуктами

Рекомендации:

  1. Детям в возрасте до 6 лет смотреть 3D фильмы не рекомендуется.

  2. Просмотр 3D фильмов оказывает влияние на самочувствие человека, т.к. это большая нагрузка на глаза и головной мозг.

  3. Офтальмологи не рекомендуют смотреть 3D фильмы людям, страдающим выраженной близорукостью и дальнозоркостью, с нарушениями вестибулярного аппарата.

  4. Последствия от просмотра зависят от уже имеющихся заболеваний и от продолжительности просмотра фильма.

Заключение.

Наша работа состоит из 4 глав. В ходе нашего исследования мы рассмотрели историю создания 3D изображений, изучили технологии получения объемного изображения, выяснили влияние просмотра фильмов в 3D формате на здоровье человека.

Выводы:

  • Человек видит окружающие предметы объемными, потому что он воспринимает увиденное двумя глазами.

  • Бинокулярное свойство зрения используют создатели 3D фотографий и 3D фильмов.

  • Выделяют четыре основных технологии демонстрации 3D фильмов: анаглифный, затворный, поляризационный, растровый.

  • Дети являются активными зрителями 3D фильмов.

  • Просмотр 3D фильмов оказывает влияние на самочувствие человека, т.к. это большая нагрузка на глаза и головной мозг.

  • Офтальмологи не рекомендуют смотреть 3D фильмы людям, страдающим выраженной близорукостью и дальнозоркостью, с нарушениями вестибулярного аппарата.

  • Последствия от просмотра зависят от уже имеющихся заболеваний и от продолжительности просмотра фильма.

Список литературы

[1]. С.Н. Рожков, Н.А. Овсянникова. Стереоскопия в кино, фото, видеотехнике. Терминологический словарь. М.: Парадиз, 2003.[2]. Жевандров Н. Д. Поляризация света. — М.: Наука, 1969. [3]. А. Голубев «В мире поляризованного света» (ж. «Наука и жизнь», № 5, 2008г.)[4]. Жевандров Н. Д. Применение поляризованного света. — М.: Наука, 1978.

[5]. Физика для любознательных или о чем не узнаешь на уроке. Академия развития,1999.[6]. Шерклифф У. Поляризованный свет, 2005

[7]. Тропин С. А. Технологии объемного изображения. - Челябинск: ЮУрГУ, МТ-164, 25 с

[8]. Валюс Н.А. Стереоскопия. М.Издательство академии наук СССР, 1962.

Приложение 1

Объектив кинопроектора системы "Стерео-70"

Цифровая система стереопоказа (НИКФИ) Москва

Российская цифровая 3D-stereo камера (НИКФИ

Получение стереопары Приложение 2

Изготовление анаглифных очков

Рекомендации:

  1. Детям в возрасте до 6 лет смотреть 3D фильмы не рекомендуется.

  2. Просмотр 3D фильмов оказывает влияние на самочувствие человека, т.к. это большая нагрузка на глаза и головной мозг.

  3. Офтальмологи не рекомендуют смотреть 3D фильмы людям, страдающим выраженной близорукостью и дальнозоркостью, с нарушениями вестибулярного аппарата.

  4. Последствия от просмотра зависят от уже имеющихся заболеваний и от продолжительности просмотра фильма.

Приложение 3

Просмотров работы: 2629