XX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Иллюзия 3D

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Афанасьева П.А. 1

---

1МБОУ ЦО Гимназия №1, 3А

Гулимова Л.В. 1

---

1МБОУ ЦО Гимназия №1, 3А

Работа в формате PDF

1.8 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Вступление

Более 80 % информации об окружающей нас действительности мы получаем благодаря зрению. Каждый из нас с рождения уверен - мир таков, каким мы его видим, но иногда это привычное восприятие может сыграть с нами шутку.

Иллюзия наглядный пример.

Глаза и мозг человека легко ввести в заблуждение. Это говорит нам о том, что наш глаз не совершенен. Мы можем видеть вещи не такими, какими они являются на самом деле. Если не знать, что в чем-то есть подвох, можно принять истину за ложь. Не существует ни одной зрительной иллюзии, которая была бы объяснена полностью, и более того ряд иллюзий не объяснен до сих пор.

В переводе с латыни слово «иллюзия» означает «ошибка, заблуждение».

Это говорит о том, что иллюзии с давних времен объяснялись как некие сбои в работе зрительной системы.

А, что означает 3Д? Это Понятие плотно вошло в нашу жизнь и используется со множеством слов: 3Д-графика, 3Д-модели, 3Д-фильмы, 3Д-звук, 3Д-принтер и многие другие. Само это обозначение расшифровывается как 3 измерения или 3 размера. Оно используется, когда нужно сказать о чем-то реалистичном и объемном.

Тема моей исследовательской работы: «Иллюзия 3Д». То есть, как обмануть наши глаза и увидеть их то чего нет на самом деле? Объемное изображение вместо плоского.

Цель моей исследовательской работы: Выяснить, что лежит в основе 3Д иллюзии? Чудеса или наука?

Задачи:

- Изучить что такое 3Д иллюзия

- Найти причину возникновения 3Д иллюзий

- Научиться самой создавать иллюзию 3Д

История появления 3Д

Современные любители кинематографа уже не представляют себе просмотр нового фильма или анимационной ленты без чуда прогресса — 3D очков. Многие считают, что картины с трехмерным изображением вошли в нашу жизнь относительно недавно и только благодаря новым изобретениям 21 века. Однако это мнение в корне не верно, так как впервые зрители насладились 3D форматом еще в 1922 году. 

Лос-Анджелес 1922г. Просмотр фильма в формате 3Д.

Но, сама история 3Д, началась еще раньше в 1584 г. Именно тогда 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 1838 году англичанин Чарльз Уитстоун изобрёл демонстрационный прибор, стереоскоп. Его принцип работы основывался на разнице восприятия изображения правым и левым глазом. Теоретически новое приспособление позволяло видеть различные предметы не плоскими, а в объёме.  устройство появилось до изобретения фотографии, и служило аттракционом, демонстрирующим возможности зрения воспринимать в объёме нарисованные соответствующим образом картинки.

К началу XX века 3Д превращается в индустрию: выпускаются стереоскопы и стереофотоаппараты, типографии печатают стереокарточки с видами городов и зверей. Особой популярностью пользуются стереооткрытки с церемониями свадеб царственных особ.

Так мы подходим к 27 сентября 1922 года, когда состоялся показ фильмы «Сила Любви» в 3Д. И тогда и сейчас, для создания иллюзии объемного изображения, использовались очки с разноцветными стеклами, получившие название «Анаглифные».

Анаглифные очки

Суть технологии анаглифа состоит в раздельной передаче на левый и правый глаз 2х ракурсов одной сцены, совмещенных в одном анаглифическом изображении посредством использования различных цветовых каналов для каждого ракурса. Анаглифные очки, имеют для левого и правого глаза различные светофильтры, соответствующие используемым цветовым каналам в стереоизображении, выполняют роль сепарации (пропускания) соответствующих цветовых каналов. Таким образом происходит разделение показа разных ракурсов смешанного изображения для левого и правого глаза. Анаглифические очки еще называют 3D очками, в общей классификации стереоочков и стереотехнологий, являются подгруппой, характеризующейся универсальностью в выборе носителя изображения (от бумаги, ткани до монитора), простой и как следствие доступностью в применении.

Почему в Анаглифных очках используються синии и красные цвета?

Комбинация цветов в анаглифных очках строится на цветовой модели RGB.

Цветовая модель RGB - это цветовая модель, в которой красный, зеленый и синий основные цвета света складываются вместе различными способами для воспроизведения широкого спектра цветов. Н азвание модели происходит от инициалов трех аддитивных основных цветов- красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue).

Анаглифический способ получения объемного изображения основан на свойстве светофильтров поглощать и пропускать определенные спектры светового диапазона, т.е. разместив перед левым и правым глазами светофильтры поглощающие разные цвета, в частности цвета тех красок, которые используются для получения изображений на бумаге или мониторе (RGB). К примеру, для анаглифной стереофотографии (стереоизображения, в котором слиты в одно левый и правый ракурсы, но разделены по цветовым каналам R и GB) необходимо взять стереопару или два ракурса одного объекта из левого изображения взять красный цветовой канал, а из правого синий и зеленый цветовые каналы, совместить их в одном изображении, а затем напечатать или вывести на монитор или проектор.

Берем красный светофильтр (R) для левого глаза и соответственно циан (GB) для правого глаза, вставляем их оправу и получаем англифические очки. Надев соответствующие такие стереоочки и посмотрев на англифическую картинку, мы произведем обратную процедуру, разделив с помощью светофильтров два смешанных ракурса для левого и правого глаза, что и обеспечит получение эффекта объемного изображения.

Метод анаглифа и соответственно анаглифные очки, не исчерпывается красно синими очками вернее красно циановыми (красно сине зелеными), поскольку в цветовой модели RGB три цветовых канала красный, синий и зеленый, то комбинации каналов могут быть и другими, а значит другими могут быть и анаглифные картинки и светофильтры. 

Наиболее распространенная комбинация цветов

• Красный/Циан (сине-зеленый)

• Зеленый/Малиновый (красно-синий)

• Синий/Желтый (красно-зеленый).

Эти комбинации обеспечивают получение цветных анаглифных изображений.

Для монохромных фотографий исторически, первыми были цвета Красный/Синий и Красный/Зеленый, они и сейчас вполне применимы.

Выбор комбинации (пары) цветов светофильтров и их расположение (левый-правый глаз) осуществляется исключительно в зависимости от стерео 3D картинки или видео, которые вы готовите для просмотра.

Стандартных и универсальных анаглифных 3d очков не существует!

Итак, мы имеем очки с двумя светофильтрами (красным и голубым), через красное стекло мы видим только синие слова, и не видим красные, и на оборот. Таким образом они разделяют то что мы видим на два канала, это позволяет обмануть наше зрение.

Как «работают» наши глаза

Продолжая изучать тему: «создания объёмного изображения».

У меня возник вопрос: А, зачем его создавать? Ведь мы и так все видим в объёме.

Как с этим справляются наши глаза? Давайте разбираться.

Бинокулярное зрение: Способность одновременно чётко видеть изображение предмета обоими глазами; в этом случае человек видит одно изображение предмета, на который смотрит. Бинокулярное зрение также называют стереоскопическим.  Википедия.

Интересно заметить, что данная способность появляеться у людей не сразу, а формируеться постепенно.

Для проверки способностей нашего зрения, я провела простой опыт:

Сделала трубочку из картона, и поднесла ее к левому

глазу. Подняла правую руку и держала ее перед правым глазом,

ладонью к себе. Смотрела одним глазом в трубу,  не закрывая при этом другой глаз.
Результат:
Мне показалось, что у меня на ладони дырка. Это потому, что глаза видят два разных изображения: ладонь и то, что я вижу через трубу. Но мозг старается совместить оба изображения,  поэтому,  получается обманчивая картина.
Вывод: Глаза видят разные изображения, но мозг их объединяет и делает изображение единым.

Продолжая изучать наше зрение, я выделила две особенности:

Во-первых: У нас два глаза и каждый способен видеть самостоятельно. Проверить это можно закрыв один глаз.

Во-вторых: Наши глаза расположены на расстоянии друг от друга. Приблизительно 6 см.

Поэтому они видят одно и тоже. Но, с разных сторон! Один чуть с права, Второй чуть с лева. Проверить это можно посмотрев на один и тот же предмет сначала левым, а потом правым глазом. Он немного сместиться.

Получается, что, когда мы смотрим двумя глазами, мы сразу видим две разные картинки, а наш мозг совмещает их в одну.

Причем чем ближе к нам находиться предмет, тем сильнее различие в его положении. Именно так мы получаем информацию о расстоянии до этого предмета.

Зная все это становиться понятным как получается объемное изображение.

Создание объемного изображения

Примеры таких изображений можно легко найти в интернете по ключевому слову «анаглиф», а очки для просмотра купить в магазинах или даже сделать самой.

Но мне бы хотелось научиться создавать такие изображения самостоятельно. Для получения настоящего анаглифа необходимо выполнение нескольких условий.

Первое, это два фото одного и того же объекта, но снятых со слегка отличающихся ракурсов — точно также, как видят одно и тоже левый и правый глаза человека.

Второе, — наличие компьютера с установленной программой, добавляющей анаглифный эффект.

Третье — сведение двух фото в одно изображение в программе, для получения конечного фото.

Для данного опыта я сделала 2 фотографии своего кота по имени Принц. Далее воспользовавшись интернетом мы с мамой без проблем нашли несколько программ которые добавляют анаглиф-эффект к фото: 1. Мара 3D Анаглиф 2. ConvertImage.

В первой программе мы загружали две разные фотографии принца. После обработки, мы получили Изображение 1. С сильной потерей четкости.

Во второй программе нужно было загрузить только 1 фотографию. После обработки мы получили Изображение 2. На ней анаглифный эффект очень слабо выражен.

Вывод: для создания качественного анаглифа необходимо использовать профессиональный фотоаппарат. Наложением двух изображений лучше заниматься вручную (в фотошопе), так можно регулировать силу эффекта.

Изображение 1

Изображение 2

Недостатки Анаглифа

Во-первых, это искажение цветов. Чтобы светофильтры работали правильно,

на рассматриваемую плоскую поверхность подаётся картинка с заведомо

искажёнными цветами, которые «исправляются» фильтрами. К сожалению,

исправляются не до конца.

Во-вторых, это затемнение. Очки-анаглифы, имеют помимо фильтрующего лёгкий затемняющий эффект, и даже яркое изображение картинки выглядело тусклым. Особенно заметно это было при просмотре многоцветных рисунков.

В-третьих, это невысокий уровень объёмности. Картинка, видимая через

анаглифы, почти не отличается от обычной плоской.

Кроме того, многие люди жалуются на дискомфорт при длительном просмотре анаглифных изображений или посещении сеанса 3Д фильма. Это происходит из-за того, что наш мозг испытывает большое напряжение, и может привести к возникновению головной боли.

Как видите недостатков очень много. Поэтому современные ученые давно ищут замену этому методу. Одним из которых является Поляризация.

Поляризационные очки

Поляризационные очки, также как и анаглиф используют принцип бинокулярного зрения человека.

Только вместо световых фильтров, в них используют поляризационную пленку.

Что такое поляризационная пленка? Для начала необходимо понять, что такое свет? Благодаря ему мы можем видеть все что нас окружает, на как выглядит сам свет? Ученые называют свет электромагнитным излучением. То есть это лучи, которые мы не видим, но благодаря которым можем видеть.

Именно такой свет поступает от большинства источников (солнце, лампочки и т.д.). Такие пучки свет называется неполяризованными. Так в чём же состоит явление поляризации?

Поляризация света – явление, при котором из светового пучка «убираются» все лишние волны. Остаются лишь те, которые лежат в определённой плоскости – плоскости поляризации (примечание для тех, кто ничего не понял: треугольный кубик можно засунуть в треугольное отверстие только повернув его на правильный угол. Пленка выполняет функцию такого сита.

Она пропускает только правильно повернутые волны и не пропускает повернутые неправильно). Именно такую пленку мы используем. Ещё ее применяют в дисплеях мониторов, телефонов, фотоопаратах и солнцезащитных очках (свет, проходящий через облака или отражённый от снега, становится частично поляризованным, и такие очки с фильтрами позволяют убрать блики и повысить контрастность изображения).

Но мы идём дальше. А что будет, если взять вторую такую же плёнку?

Как видно из картинки выше, мы можем ослаблять световую волну, поворачивая пластинки относительно друг друга. Т.е. через первую пластинку идёт уже поляризованный свет, который может ослабляться, проходя через вторую. Кстати, степень ослабления зависит от угла поворота одной пластинки относительно другой - если плоскости поляризации пластинок совпадают, то свет спокойно идёт дальше, если же эти плоскости лежат под углом 90 градусов друг к другу, световой поток ослабляется практически полностью (зависит от качества самой поляризационной плёнки).

Принцип работы поляризационных очков.

Заключение

Начиная своё исследование, иллюзия 3д мне казалась чем-то волшебным, необъяснимым. Несмотря на то, что в современном мире мы часто слышим это понятие, смотрим 3Д фильмы, многие из взрослых не могут объяснить, как происходит эта магия. Настоящее волшебство. Именно поэтому я и выбрала данную тему. Мне действительно было интересно понять, как происходит создание этой иллюзии.

В начале своей работы я провела небольшой опрос в классе, который показал, что эта тема интересна не только мне.

Создавая эту исследовательскую работу, я старалась наиболее подробно изучить свою тему. И в то же время сделать её легкой в понимание, чтобы не только я, но и все мои одноклассники смогли разобраться в ней. Результаты опроса показали, что мне это удалось.

Сейчас 3д технологии применяются в различных областях нашей жизни. В будущем я хочу продолжить изучение этой темы, чтобы стать настоящей волшебницей.

Источники информации

1. Ru.wikipedia.org – Википедия.

2. Dic.academic.ru – Что такое 3D

3. Биология в таблицах и схемах. Сост. Онищенко, А.В. - Издание 2-е. СПб, ООО «Полиграфуслуги», 2005.

4. Биология. Человек: Учебник для 9 класса общеобразовательных учреждений/ А.С.Батуев, И.Д.Кузьмина, А.Д.Ноздрачев и др.; Под ред. А.С.Батуева. - 5-е изд. - М.: Дрофа, 1999.

5. Блудов, М.И. Беседы по физике: Книга для учащихся старших классов средней школы/ Под ред. Л.В.Тарасова. - 4-е изд. Дораб. - М.: Просвещение, 1992.

6. Громов, С.В. Физика: Оптика. Тепловые явления. Строение и свойства вещества: Учебник для 11 класса общеобразовательных учреждений/ С.В.Громов; Под ред. Н.В.Шароновой. - 4-е изд. - М.: Просвещение, 2003.

7. С.Н. Рожков, Н.А. Овсянникова. Стереоскопия в кино, фото, видеотехнике.    Терминологический словарь. М.: Парадиз, 2003.

8. Жевандров Н. Д. Поляризация света. — М.: Наука, 1969.

9. А. Голубев «В мире поляризованного света» (ж. «Наука и жизнь», № 5, 2008г.)

10. Howitworks.iknowit.ru – Как работает голограмма