Стереоскопія

Анатомічно є три рівні бінокулярного зору необхідні для сприйняття стерео зображень:

1. Одночасне сприйняття
2. Злиття (бінокулярний зір)
3. Стереопсис

Ці функції розвиваються у ранньому дитинстві. У деяких людей з косоокістю спостерігається порушення розвитку стереопсису, проте бінокулярний зір у таких випадках можна покращити ортоптичним лікуванням. Гострота стерео зору людини визначається як мінімальна невідповідність зображення, що робить його сприйняття об'ємним. Вважається, що близько 12% людей нездатні належно бачити 3D зображення через медичні причини. Згідно з іншим експериментом до 30%и людей мають дуже слабкий стереоскопічний зір, що не дозволяє їм сприймати об'ємність стерео зображень. Це позбавляє їх чи значно знижує їхню здатність сприймати стерео ефект занурення.

"Вільний перегляд" - це перегляд паралельних стереопар без використання спеціальних засобів перегляди.

Існує два методи "вільного перегляду":

• Метод паралельного перегляду полягає у тому, що зображення для лівого ока знаходиться з лівого боку, а для правого - з правого. Тривимірне зображення буде більшим і більш віддаленим, ніж дві фактичні картинки, таким чином переконливо імітуючи зображення реальних розмірів. Спостерігач намагається подивитись крізь картинку, при цьому його очі мають дивитись паралельно, так ніби спостерігаючи за реальним зображенням. Це може виявитись складним завдання, для людини з нормальним зором, адже тоді координується фокус ока і бінокулярна конвергенція. Один із підходів у такому випадку - це подивитись на пару зблизька, при цьому повністю розслабивши очі і не намагаючись сфокусуватись. Треба досягти стереоскопічного злиття двох розмитих картинок так званим "подивись крізь" способом, і тільки після цього можна спробувати сфокусуватись, щоб зображення стало чіткішим, при цьому за потреби збільшуючи відстань до зображення. Не зважаючи на спосіб, для зручного перегляду і стереоскопічної точності , розмір проміжку між картинками має бути такою, щоб відстань між відповідними точками найбільш віддалених об'єктів була рівна відстані між очима спостерігача. Середнє значення цієї відстані приблизно дорівнює 63 мм. Перегляд більш віддалених картинок теоретично можливий, проте він потребує попереднього тренування і може призвести до перенапруження очей.
• У випадку перехресного перегляду картинки для лівого і правого ока поміняються місцями, тобто, ліве око має дивитись на картинку, що знаходиться з правого боку, а праве на ту, що знаходиться з лівого боку. Тривимірне зображення видаватиметься меншим і ближчим за самі картинка пари, тому великі об'єкти зображені на стереопарі виявляться досить мініатюрними. Цей метод, зазвичай, є легшим для новачків. Для легшого досягнення утворення тривимірного зображення можна поставити палець під перетином картинок, тоді не відводячи від нього очей, наближати його до очей. На певній відстані тривимірне зображення має з'явитись якраз над пальцем. Як альтернативу можна використати листок паперу з маленькою диркою у ньому, скориставшись ним таким самим чином як описано вище, на певній відстані маленьке тривимірне зображення має поміститись у рамці з паперу.

Деякі прихильники перехресного перегляду користуються призматичними ізольованими окулярами, які потребують нижчого рівня конвергенції і надають можливість перегляду великих зображень. Однак, будь-який засіб перегляду, що використовує призми, дзеркала чи лінзи для кращого злиття чи фокусу, - це просто один із видів стереоскопа.

Стереоскопічне злиття двох окремих зображень без допомоги дзеркал чи призм і при цьому підтримуючи постійний різкий фокус без підходящих лінз потребує неприродної акомодації ока. Простий перегляд паралельних стереопар без спеціальних засобів перегляду не може точно відтворити об'єм як у реальних об'єктів. У різних людей відрізняється рівень відрізняється рівень комфорту досягнення злиття та хорошого фокусу, також різними є і тенденції до перенапруження очей.

Автостереограма - це стереограма з одним зображенням, спроектованим, щоб створити візуальну ілюзію тривимірної картинки з розширеного двовимірного зображення. Для того, щоб досягти 3D зображення, треба подолати зазвичай безумовну координацію фокусування.

Стереоскоп - це інструмент, у якому одночасно демонструються дві фотографії того самого об'єкта, по одній на кожне око. Фото повинні зніматись під трохи різними кутом. Простий стереоскоп має обмеження на розмір зображення. Складніший стереоскоп використовує два горизонтальні перископи як засоби, що дають змогу переглядати більші зображення, які можуть містити більш детальну інформацію.

Деякі стереоскопи сконструйовані для перегляду діапозитивних фотографій, які часто називають слайдами, на склі чи як фільм. Основною деталлю одного з перших стереоскопів, випущеного у 1850-х роках, було скло. На початку ХХ століття у Європі, для аматорської зйомки найпоширенішим форматом скельця були 45х107 мм чи 6х13 см . Пізніше використовувались деякі формати для фільмів. Найбільш відомі серед них є Tru-Vue, уведений у 1931 році, і View-Master, уведений у 1939 році і досі використовується. Для аматорських стерео слайдів значно поширенішим є формат Stereo Realist, уведений у 1947 році.

Користувач одягає шолом чи окуляри з двома маленькими LCD чи OLED дисплеями із збільшувальними лінзами окремо для кожного ока. Така технологія застосовується для відтворення стерео фільмів, картинок чи ігор, також її можна використати для створення віртуального дисплея. HMD можуть бути укомплектовані пристроями, що відслідковують рухи голови, що дозволяє користувачеві, повертаючи голову, "оглядати " віртуальний світ, таким чином зникає потреба в окремому контролері. Така технологія повинна обробляти велику кількість комп'ютерних зображень, тому вона має достатньо швидко оновлюватись, при цьому уникаючи поганих наслідків для здоров'я користувача (наприклад, нудота). Якщо використовується шість осей для зчитування позиції користувача, то він може рухатись лише у межах, які дозволяє його спорядження. Зважаючи на швидкий розвиток комп'ютерної графіки і на безперервне зменшення розмірів відео засобів і іншого спорядження, такі девайси стать все більш доступними.

HMD можна використовувати для накладання "прозорих" зображень на реальну картину довколишнього світу, таким чином створюючи так звану розширену реальність. Такий ефект досягається відбиттям відео зображення у частково відбиваючих дзеркалах. Реальне зображення видно у відбиваючій поверхні дзеркал. Така експериментальна система була використана у віртуальних іграх, де віртуальний противник може несподівано з'явитися насправді під час руху гравця. Така система може бути широко застосована у складних системах, що дасть змогу фахівцеві поєднувати його природний зір та комп'ютерну графіку, яка зможе демонструвати приховані елементи (щось на зразок "рентгенівського бачення"). До того ж, це позбавить потреби возіння з купою паперової документації, адже усі технічні дані і схематичні діаграми можна надіслати безпосередньо на цей пристрій.

Також розширене стереоскопічне бачення може застосовуватись у хірургії, оскільки, воно дозволяє поєднувати радіографічні дані (знімки МРТ, томографії) із тим, що бачить хірург.

VRD або RSD чи RP - це технологія відтворення растрового зображення (наприклад, телевізійна картинка) безпосередньо на сітківці ока. Коритсувач бачить те, що видається простим дисплеєм, що ширяє у просторі перед ним. Для правдивої стереоскопії, необхідно, щоб обидва ока були забезпечені, кожне своїм дискретним дисплеєм. Щоб створити віртуальне зображення, яке охоплює доволі великий кут обзору, без використання відносно великих лінз чи дзеркал, джерело світла має знаходитись дуже близько до ока. Найпоширенішим рішенням є використання контактих лінз доповнене одним або більше напівпровідниковим джерелом світла. Станом на 2013 рік, все ще пробемтичними є включення у контактну лінзу підходящих засобів сканування пучком світла, і альтернатива вкладенню достатньо прозорого масиву сотень тисяч (чи мільйонів, для роздільної здатності високої щільності) точно впорядкованих джерел видимого світла.

Система такого типу працює таким чином: демонструється зображення призначене для лівого ока при цьому блокується праве око і навпаки, показується картинка для правого ока і блокується ліве око, це повторюється так часто, що перерви не заважають сприймати злиття двох картинок в одне 3D зображення. Переважно для таких систем використовуються рідкокристалічні лінзи. Кожна така лінза має рідкокристалічний шар, який стає темним при подачі току, у іншому випадку він буде прозорим. Це відбувається синхронізованоз частотою оновлень зображення на екрані. Основним недоліком цієї системи є те, що більшість 3D відео і фільмів були зняті для одночасного сприйняття обома очима, тому при перегляді такого фільму з допомогою цієї системи може виникнути так званий "часовий паралакс" сприйняття рухомих об'єктів: наприклад, ми спостерігаємо на екрані як хтось іде зі швидкістю 3,4 милі/год, у такому разі, якщо користуватись системою із затвором, ми бачитимемо цю людину одного разу на 20% ближче, а іншого на 25% дальше.

Для відображення стереоскопічної картинки два зображення накладаються одне на одне і проектуються на екран через поляризовані фільтри чи демонструються на дисплеї з поляризованими фільтрами. Для проектування використовується срібний екран, щоб забезпечити поляризацію. На більшості пасивних дисплеях кожен окремий ряд пікселів поляризується для одного ока. Цей метод ще називають почерговим. Глядач одягає дешеві окуляри з поляризованими фільтрами, так як фільтр пропускає лише так само поляризоване світло і блокує протилежно поляризоване світло, то кожне око бачить лише одне зображення і таким чином досягається бажаний ефект.

Ця техніка використовує хвилі червоного, блакитного і зеленого спектрів з певною довжиною для правого ока і з іншою довжиною для лівого. Глядач, що користується окулярами, які відфільтровують хвилі певної довжини, бачитиме повне кольорове 3D зображення. такий самий принцип використовується і у Dolby 3D. Omega 3D/Panavision 3D система також послуговується схожою, але дещо покращеною технологією. Omega Optical’s 3D система складається з фільтрів для проектування та 3D окулярів. Окрім пасивних стереоскопічних 3D систем Omega Optical виготовляє високоякісні анагліфні 3D окуляри, для виготовлення яких використовуються плівкові покриття і високоякісна оптика.

Анагліфне 3D - це стереоскопічний 3D ефект, що досягається за рахунок розшифрування зображення, використовуючи фільтри (переважно хроматично протилежних) кольорів, зазвичай червоного і бакитного. Використовуються червоно-блакитні фільтри, бо наша система обробки візуальної інформації використовує порівняння червоного і блакитного (синього і жовтого) для визначення кольору і контурів об'єктів. Анагліфні 3D зображення створюються з двох порізному відфільтрованих кольорових картинок, одна для одного ока, інша - для іншого, якщо на них дивитись через анагліфні окуляри, то кожна з цих картинок досягає одного ока, утворюючи стереоскопічне зображення. Кора головного мозку зливає ці дві картинки, створюючи відчуття тривимірності чи композиції.

В основі ChromaDepth процедури лежить здатність призми розділяти кольори на різні ступені. Окуляри для відтворення об'ємного зображення з допомогою ChromaDepth складаються з особливої фольги, яка у свою чергу складається з мікроскопічних призм. Тому зображення передається передається певну кількість разів, що залежить від кольору. Якщо використовувати фольгу, що складається з призм лише для одного ока, то дві картинки, залежно від кольору, будуть знаходитись більш або менш віддалено одна від одної. Через цю різницю мозок сприймає зображення об'ємним. Перевагою цієї технології перш за все є те, що картинки ChromaDepth можна переглядати без окулярів, і при цьому ефект не зникне. Хоча кольори можна лише обмежено обрати, оскільки вони несуть інформацію про глибину (об'єм) картинки. Якщо змінити колір об'єкта, то для спостерігача також зміниться і відстань.

Ефект Пульфріха ґрунтується тому, що при меншому світлі людське око повільніше опрацьовує зображення, ніби дивлячись крізь темну лінзу. Ефект Пульфріха залежить від руху у певному напрямі для отримання ілюзії об'єму, отже він буде не ефективним як загально стереоскопічна техніка. Наприклад, його не можна використати, щоб показати як статичний об'єкт виходить за межі екрану чи навпаки заглиблюється в нього, також об'єкти, що рухаються вертикально, не створюватимуть ілюзії руху в глибину. Випадковий рух об'єкта створюватиме помилкові артефакти, і ці випадкові ефекти будуть відображатись як штучна глибина, яка не має жодного відношення до фактичної глибини зображуваного.

Стереоскопічне зображення досягається розміщенням пари картинок, так щоб вони знаходились одна над одною. Є створені спеціальні відтворювачі для over/under формату, які зміщують правий зір трохи уверх, а лівий - униз. Більшість звичних пристрої із дзеркалами називають магією огляду (View Magic). з призматичними скельцями називається KMQ viewer. Останнє застосування цієї техніки - це проект openKMQ.