IX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
3D-евятое царство
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Мир не стоит на месте, грядет прогресс. Изо дня в день наша жизнь пополняется современными и усовершенствованными технологиями. Пожалуй, сегодня нет человека, который не слышал про 3D. Кто хотя бы однажды посмотрел фильм в 3D-формате, согласится со мной, что это впечатляющее зрелище. 3D технологии применяются не только в кинопроизводстве, но и в других сферах жизни человека: в медицине, архитектуре, дизайне, в сети Интернет и компьютерных играх. Изобретаются и применяются 3D- телевизоры, 3D-принтеры, теперь 3D можно потрогать руками: 3D-обои, 3D- постельное белье, 3D-картины, 3D-игрушки. Эта тема заинтересовала меня давно, но после покупки и установки во дворе бассейна с 3D-дном и 3D- плавательными очками мое любопытство взяло верх, появилось много вопросов. В чем заключается секрет 3D эффекта, как давно возникла эта технология и влияет ли 3D восприятие на здоровьечеловека?
Объект исследования: технологии формирования стереоизображений, потенциальный вред эффекта 3D на здоровье подростка.
Предмет исследования: 3D-изображения.
Гипотеза: если подростки будут знать принципы действия 3D технологий, то это поможет избежать неприятных для здоровья последствий после просмотра стереопрограмм и 3D фильмов.
Цель: исследовать механизм формирования и создания 3D-изображений, выявить влияние фильмов 3D-формата на здоровье подростка.
Задачи исследования:
изучить литературу по даннойтеме;
изучить один из способов создания 3D-фотографии и создать стереофотографию;
моделирование простейшей 3D-камеры истереоскопа;
основываясь на результатах исследования российских и зарубежных учёных и медиков, выяснить влияние стереоскопии на организмчеловека;
провести анкетирование среди учащихся ГБОУ СОШ №2 г.Нефтегорска о пользе-вреде фильмов 3D-формата и выявить, с какими побочными эффектами сталкиваются подростки после просмотра стереопрограмм и 3Dфильмов;
смоделировать зоэтроп, продемонстрировать 3Dанимацию;
посмотреть фильм в 3D формате содноклассниками;
обобщить полученные данные и сделатьвывод.
Методы исследования: изучение и анализ информации, эксперимент, моделирование, анкетирование.
Работа состоит из введения, где определяются цели и задачи, методы исследования; основного содержания, где рассматривается теоретическая и практическая значимость, результаты работы; списка литературы; приложения.
Практическая значимость. Материалы данного исследования могут быть использованы на уроках информатики, физики, окружающего мира, на классных часах и родительских собраниях для проведения бесед, направленных на сохранение и укрепление здоровьяподростков.
Знакомство с 3Dтехнологией
На сегодняшний день технология 3D является перспективной и активно развивается. Чтобы разобраться в технологии получения 3D изображения необходимо понять несколько терминов. Во-первых "3D". D - от английского "dimension", то есть "измерение". 3D - три измерения (ширина, высота, глубина). Создание 3D-картинки базируются на том, что мозг получает от левого и правого глаза два различных сигнала. «В режиме реального времени» поступающая информация анализируется, и формируется изображение, которое мы воспринимаем как объёмное. Способность к бинокулярному (стереоскопическому) зрению возникла у животных и людей как часть природного механизма выживания, позволяющего определять расстояние до предметов, других животных илилюдей.
Такие знания позволяют быстро принять решение при встрече с опасностью или, наоборот, дичью — напасть, отступить, обойти или бежать. Бинокулярным зрением обладают помимо человека лишь животные с наиболее развитой высшей нервной деятельностью. Все, что нужно для определения расстояния, которое и формирует объемную картинку, — это три точки: непосредственный предмет и пара глаз. Главным «устройством» необходимым для просмотра трехмерной картинки является наш мозг. Именно в нем «в режиме реального времени» анализируется информация, поступающая от левого и правого глаза, и формируется изображение, которое мы воспринимаем как объёмное. Все методы создания 3D-картинки базируются на том, что мозг получает от глаз два различных сигнала, переводит их, сам себя обманывает, переходя в трехмерность.
История создания 3Dизображений
История 3D насчитывает большое количество взлетов и падений. Первые патенты на просмотр трехмерных объёмных фильмов появились в конце XIXвека.
1830-1946 годы. Этап экспериментирования. Продюсеры, поклонники и изобретатели всех пленок заложили основу для 3D кино.
1838 год – стереоскоп английского физика сэра Чарльза Уитстоуна сделал возможным объемное отображение нарисованных полукадров. В качестве слайдов использовались кадры с куклами, снятыми под двумя разными ракурсами. При этом каждый глаз видел свою собственнуюкартинку.
В 1877 году Эмиль Рейно запатентовал праксиноскоп – аппарат, оснащенный лентой с картинками, которые, быстро вращаясь, создавали иллюзию движения рисунка.
1922 год был продемонстрирован первый фильм «Сила любви» со стереоскопическим эффектом, в котором разделение изображения осуществлялось с помощью цветных очков.
1950-1969 годы. Первый бум. История создания 3D-анимации неразрывно связана с созданием компьютера. Известно, что первые 3D- мультфильмы создавались еще в те времена, когда компьютер занимал целую комнату.
1973-1985 годы. Возрождение 3D кино. Однако, несмотря на вновь появившийся успех, маленькие картонные очки не взяли верх, и 3D исчезло снова.
1986-2000 годы. 3D-революция. Начинается освоение 3D компьютерной графики и переход кино на цифру. Активно ведутся разработки и осуществляются первые внедрения систем виртуальной реальности в военной и промышленной сферах
2004 год - … Технологический прорыв. Технологии стереосъёмок развиваются и становятся всё менее проблемными. Наступил век технологий компьютерной анимации, цифровых камер и домашних кинотеатров. 2010 год – множество кинотеатров уже оснащено оборудованием для просмотра трехмерных фильмов. Вышло более 20 блокбастеров в формате 3D, а в 2011-м их число возрастет до 50. В 2013 году в прокат вышли 70 3D-фильмов, практически столько же, как в 2012-м (69).
Вывод: можно с уверенностью утверждать, что открытый в XIX веке эффект получения трехмерного изображения в настоящее время стал перспективным направлением развития современных технологий. Трехмерное изображение нас ждет вскоре повсюду — в кинотеатрах, компьютерных играх, на экранах домашних телевизоров и мониторах. А в ближайшем будущем и в мобильных телефонах.
Для создания трехмерного изображения используется 3D проектор, а для просмотра требуются специальные очки.
Технологии создания 3Dизображений
Для создания трехмерного изображения существует множество технологий. Наибольшее распространение получили анаглифическая, поляризационная и затворная технологии.
Анаглифическаятехнология.
Анаглиф (Anaglyph) (ана́глиф по-гречески «рельефный») – изображение, созданное с целью получения стереоэффекта с помощью совмещенной стереопары, созданной двумя цветными изображениями (Приложение 1).
Формирование разных картинок для двух глаз осуществляется за счет разницы волнового диапазона цветов. Иллюзия объемного изображения формируется в мозгу. Более того, из-за смешения двух разных цветных изображений в сознании возникает как бы цветное восприятие объекта, хотя цветопередача при этом будет иметь довольно низкое качество.
Для просмотра стереоизображений используют очки, одно из «стекол» (пленок) которых представляет собой бирюзовый, а второе – красный светофильтр.
Использование анаглифов требует времени для подготовки зрительного анализатора для просмотра изображений. Благодаря адаптации изображение начинает восприниматься объемным. Без очков картинка будет казаться раздвоенной.
Преимущества технологии: поддерживается любыми современными видеокартами.
Недостатком метода, помимо невозможности просмотра полноцветных изображений, является зрительное утомление и последующее невосприятие реальных объектов. Хотя адаптация к восприятию стереоанаглифов происходит быстро, но через 10-20 минут пребывания в анаглифических очках у человека снижается цветовая чувствительность и возникает ощущение дискомфорта от восприятия обычного мира (время восстановления правильного восприятия – около 30 минут).
Затворнаятехнология.
Затворная (shutterglasses) - в настоящий момент наиболее распространенная 3D технология для дома и для бизнеса ( почти треть российских 3D-кинотеатров) заключается в том, что проектор с высокой частотой выдает кадры для обоих глаз, а очки, оснащенные затворами на основе жидких кристаллов, выделяют нужные кадры (Приложение1).
Преимущества затворной технологии: высокое качество изображения 3D, простота установки и настройки, поддержка многих производителей, доступность, лучшее решение длядома.
Недостатки 3D-технологии затворного разделения: специальные требования к 3D-оборудованию, дорогие 3D-очки, неудобна для массовых мероприятий.
Поляризационнаятехнология.
В 3D-технологии поляризационного разделения два изображения разделяются поляризационным фильтром. Устройства, поддерживающие данную технологию, разбивают оба изображения по строкам. При этом изображение, сформированное из четных строк, имеет одно направление поляризации, а изображение из нечетных строк – другое. Поляризационные очки снабжены двумя разными поляризационными фильтрами. Каждый из них пропускает свет только одного направления поляризации и таким образом формирует нужную картинку для каждого глаза (Приложение 1).
Преимущества поляризационной технологии: высокое качество 3D эффекта, возможность использовать проекционные системы для большого числа зрителей, наиболее комфортное решение для длительного просмотра 3D- стерео.
Недостатки поляризационной технологии : 3D-оборудование требует много места для размещения, сложность установки и настройки оборудования, специальный 3D-экран.
На сегодняшний день существует уже несколько технологий, позволяющих наслаждаться 3D-изображением без использования очков.
Влияние 3D-технологий на здоровьечеловека
Современные технологии никогда не останавливаются в своем развитии. Ученые и технологи изобретают новые устройства и технику, которые удивляют нас, как потребителей. Очень большой упор сегодня делается на организацию досуга, а 3D-технологии - очень популярный вид развлечения, многие посещают кинотеатры, а многие устанавливают систему дома. Несмотря на то, что все современные технологии очень интересные, стоит серьезно задуматься о степени влияния 3D-эффекта на здоровье, особенно детей иподростков.
На данный момент эта тема широко обсуждаться врачами неврологами и офтальмологами. По исследованиям российских медиков, посетители 3D- кинозалов после просмотра фильма в специальных поляризационных очках жаловались на дискомфорт, головную боль и трудности с адаптацией глаз к окружающей обстановке. Специалисты екатеринбургского филиала МНТК "Микрохирургия глаза" пояснили, что при этом поляризационные очки действуют на глаза положительно, но только первые 15-20 минут. Кратковременное такое напряжение не вредит мышцам, а даже наоборот, является своего рода зарядкой для них. За это время успевают расслабиться мышцы, которые настраивают хрусталик, и глаза разгружаются. Однако затем начинает снижаться цветочувствительность, и через полчаса после начала просмотра фильма человек испытывает дискомфорт и головокружение. При просмотре трехмерного видео мозг сталкивается с совершенно новым сенсорным опытом. Это приводит к большому умственному напряжению, которое, в свою очередь, может стать причиной головной боли.
Так же важно учитывать расстояние, на котором находится экран. Он должен быть не ближе, чем на 20 м от зрителя, что ставит под сомнение идею покупки 3D телевизора домой.
Японские и корейские производители 3D-телевизоров официально признают возможность побочных эффектов, как головная боль, тошнота, головокружение, повышение давления, непроизвольные движения глаз, нарушение сознания, чувство дезориентации.
Медицинские работники обращают внимание на то, что 3D может привести расстройству психики. Поэтому осуществлять показы 3D-фильмов необходимо только с ограничениями по возрасту, сюжету, времени просмотра.
Моиисследования
Бинокулярноезрение
Цель: выяснить, почему человек видит окружающие предметы объемными.
Все мы знаем, что предметы вокруг себя человек видит объемными. На самом деле человек видит двумя глазами две плоских картинки. Убедимся в этом .
На уровне глаз положим перед собой два шара так, чтобы один находился за другим, и были равноудалены от каждого глаза. Закройте левый глаз и посмотрите на шары только правым глазом. Теперь попробуйте закрыть правый глаз и посмотреть на шары левым глазом. Продолжайте смотреть на шары поочередно то правым, то левым глазом. Вы обратили внимание, что углы обзора немного отличаются? Этот эффект называется параллакс. Эта информация и позволяет мозгу делать выводы о пространственном расположении окружающих нас предметов и воспринимается нами какобъём.
Вывод: человек видит окружающие предметы объемными, потому что он воспринимает увиденное двумяглазами.
Можно возразить, что даже когда человек смотрит одним глазом, ощущение объема, как правило, остается. Ответ прост — человеческий мозг в течение всей жизни сохраняет информацию о форме и взаимном расположении объектов, и «додумывает» объем, когда визуальной информации не хватает. (Приложение 2)
Моделирование 3D -камеры истереоскопа, демонстрацияпроекта
Изготовление модели простейшей 3D-камеры и стереоскопа. Процесс получения фото: фотобумага изменяет цвет под воздействием света. Сторона фотобумаги светло-желтого цвета покрыта химическими веществами, которые реагируют на ультрафиолетовые лучи и тепло.3D-камера использует это свойство фотобумаги для того, чтобы запечатлеть изображения. Тем не менее, за пределами 3D-камеры фотобумага, находясь под воздействием света, реагирует на свет, отображенный под разными углами. В результате фотобумага становится белой. Химические вещества на участках фотобумаги, которые не находятся под воздействием солнечного света, остаются светло-желтого света. Они вступают в реакцию с теплом от утюга и становятся синими. Линза 3D- камеры концентрирует свет, отраженный от предмета, на фотобумагу. Таким образом, получается изображение. Это позволяет делать красивые фотографии.
Модель 3D камеры состоит из внешней и внутренней трубок. Порядок сборки:
В отсек для крепления фотобумаги прикрепим фотобумагу видимой желтой стороной.
Держим фотобумагу в недосягаемости от света и заправляем крепление.
Вставляем внутренние трубки вовнешнюю.
Выберем предмет, который хотим сфотографировать, в моем случае это мягкая игрушка. Положим 3D камеру на стол примерно на расстоянии 30 см.
Посмотрим через внутреннюю трубку. Сфокусируем изображение, передвигая внутренние трубки вперед и назад до тех пор, пока на кальке не появится точное изображение. (Изображение отображается вверхногами).
Зафиксируем 3D камеру. Оставим на определенный промежуток времени: летом это 30-40 минут, зимой-45-75 минут. Промежуток времени зависит от времени года, климата, интенсивности солнечного света.
Попробуем проявить фотографии. Приготовимутюг.
Вынем фотобумагу, используем тепло утюга, приложив его на верхнюю сторону фотобумаги. Держим утюг до тех пор, пока не появится изображение.
Теперь можем вложить полученные фотографии в стереоскоп и насладиться объемнымизображением.
Вывод: сделать и наслаждаться объёмными, красивыми и качественными фотоизображениями можно и дома, применив простейшую 3D камеру и самодельный стереоскоп. (Приложение 3)
Моделирование и демонстрация 3Dанимации
Хочу познакомить с простейшей 3D анимацией-зоэтропом. Зоэтроп был изобретен Вильямом Хорнером в 1834 году. В своей основе данный научный проект демонстрирует принцип сопротивления зрения. Отверстия проделаны на одинаковом расстоянии вокруг внешней поверхности цилиндра и, когда он начинает вращаться, создается иллюзия движения - анимация. Анимация-это быстрое движение ряда изображений, создающих иллюзию движения. Когда вы смотрите через движущиеся прорези, ваши глаза и мозг соединяют эти двигающиеся фигуры, чтобы создать единое полное изображение. (Приложение 4)
Анкетирование
Целью моего анкетирования стало изучить общественное мнение о популярности и заинтересованности в 3D, о пользе-вреде фильмов 3D-формата, выявить, с какими побочными «эффектами» сталкиваются опрошенные после просмотра 3D фильмов.
В анкетировании приняли участие обучающиеся 5, 6 и 9 классов, а также учителя ГБОУ СОШ № 2 г.Нефтегорска. По результатам анкетирования получены следующие результаты. (Приложение 5)
Общее количество респондентов - 45 подростков от 11 до 16 лет, из них 20 юношей и 25 девушек, а также 7 учителей. Заинтересованность фильмами формата 3D оказалась практически 100%, лишь один человек из опрошенных не посещал фильмы 3Dформата.
Я выяснила, с какой целью опрошенные посещают фильмы в 3D- формате. Большинство посещают 3D сеансы для отдыха (30 человек). Нескольких человек интересуют новые технологии (4 человека). Менее половины (15 человек) опрошенных под влиянием телерекламы, и несколько человек (3 человека) посещают 3D фильмы для снятия стресса. Жанр посещаемых фильмов тоже разный в основном это: фэнтези, приключения и мультфильмы, а также ужастики и мелодрамы. Причем меня заинтриговал тот факт, что ужастики посещают подростки в возрасте до 16 лет (33 человека!).
Из тех, кто посещал киносеансы в 3D-формате, 9 человек уже через 20-30 минут просмотра снимали очки, а 16 опрошенных зрителей – ближе к концу фильма.
Трое респондентов во время сеанса обратили внимание на появление головной боли, у пятерых она появилась после просмотра фильма. 12 человек не обратили внимания, 25 опрошенных ответили, что головная боль не возникала.
Во время просмотра 3D-фильма трое подростков наблюдали покраснение глаз, 7 – удвоение изображения, 29 человек ответили, что изменений не почувствовали, а 6 - не обратили внимания.
Только 2 подростка из 45 знали об отрицательном влиянии фильмов 3D- формата на органы зрения и работу головного мозга и 5 взрослых из 7 опрошенных ответили, что знали о вредном воздействии объёмного кино.
По результатам проведенного анкетирования и дополнительного исследования можно сделать следующие выводы:
наблюдается высокий процент посещаемости фильмов в 3D-формате;
после просмотра 3D-фильмов появляются «побочные эффекты» (ухудшение самочувствия в виде головной боли, кратковременного снижениязрения);
опрошенные не догадываются о том, что изменения в работе зрительного анализатора и головного мозга могут быть связаны с просмотром3D-фильмов;
только 2 подростка информированы об отрицательном влиянии фильмов 3D- формата на органы зрения и работу головногомозга;
даже те, кто понимает, что просмотр 3D-фильмов может негативно сказаться на их здоровье, продолжают посещать сеансы объемного кино, не задумываясь опоследствиях;
цели, с которыми подростки посещают сеансы объемного кино, различны: для отдыха, в поисках новых ощущений, ощутить себя в виртуальной реальности, для снятия стресса, в поисках новых технологий, под натиском рекламы.
Заключение
В настоящее время все производители техники единодушно взяли курс на 3D, и от этого уже никуда не деться. Трехмерное изображение нас ждет вскоре повсюду — в кинотеатрах, компьютерных играх, на экранах домашних телевизоров и мониторах. А в ближайшем будущем и в мобильных телефонах.
Поскольку все 3D технологии (в компьютерных играх, кино, телевидении) используют лишь оттенки глубины, основанные на паралаксе, мозг сталкивается с совершенно новым сенсорным опытом. Чтобы заставить мышцы глаз работать скоординировано, мозг посылает больше импульсов, чем обычно, что может привести к головной боли.
Кратковременное напряжение глазных мышц первые 15-20 минут просмотра трехмерного видео не вредит мышцам, а даже наоборот, является своего рода зарядкой для них. За это время успевают расслабиться мышцы, которые настраивают хрусталик, и глаза разгружаются. Однако затем начинает снижаться цветочувствительность, и через полчаса после начала просмотра фильма человек испытывает дискомфорт и головокружение.
Мощная реклама телевидения предлагает нам массу товаров и услуг. Мы с удовольствием пробуем на себе все технические новинки, а если это нам понравилось, то не задумываемся, есть ли в этом какая-то польза или насколько это может быть вредным.
Следует отметить, что высокий процент посещаемости фильмов в 3D- формате наблюдается именно в подростковом возрасте. Только часть подростков информированы об отрицательном влиянии фильмов 3D-формата на органы зрения и работу головного мозга. Большинство подростков не догадываются о том, что изменения в работе зрительного анализатора и головного мозга могут быть связаны с просмотром3D-фильмов.
Не стоит забывать, что технологии 3D не до конца изучены, а значит, злоупотребление подобным развлечением может привести к еще неизученным последствиям.
Список литературы
Дж. Ли, Б. Уэр.Трёхмерная графика и анимация. — 2-е изд. — М.: Вильямс,2002.
Иванов В. П., Батраков А. С.. Трёхмерная компьютерная графика / Под ред. Г. М. Полищука. — М.: Радио и связь,1995.
Рожков С.Н., Овсянникова Н.А.. Стереоскопия в кино, фото, видеотехнике. Терминологический словарь. М.: Парадиз, 2003.
Херн Д., Бейкер М. П.. Компьютерная графика и стандарт OpenGL. — 3-е изд. — М.: Вильямс,2005.
http://www.nkj.ru/archive/articles/13930/ Голубев А. «В мире поляризованного света» (ж. «Наука и жизнь», № 5,2008)
http://computerra.ru/terralab/multimedia/516865/Ловушка номер 3D: о чем молчитреклама.
Приложение 1
Технологии создания 3D изображений
Анаглифическаятехнология. Затворнаятехнология
Поляризационная технология
Приложение 2
Бинокулярное зрение
Приложение 3
Приложение 4 Моделирование и демонстрация 3D анимации
Приложение 5
Анкета
Пол:жен/муж Возрастлет
Как часто вы посещаете фильмы в 3D формате?
раз в неделю/месяц/год 3.Цель посещения 3Dкинотеатров
а. для отдыха
б. под влиянием рекламы
в. интерес к новым технологиям г. в поисках новых ощущений д. снятьстресс
е. другое
Жанр посещаемыхфильмов
Снимали ли вы очки во времяпросмотра? а.нет
б. через 20-30 минут в. к концу фильма
Возникала ли головнаяболь? а.нет
б. да,во время сеанса в. да,после сеанса
г. не обратил внимание.
Появлялись ли проблемы со зрением во времясеанса? а.нет
б. покраснение глаз
в. удвоенность в глазах г. не обратил внимание.
Знаете ли вы об отрицательном влиянии3D?
а. да
б. нет
2