Если первая часть этой статьи была посвящена в основном механизму зрительного восприятия и его особенностям², то предметом рассмотрения второй части будут трехмерное изображение и компьютерный образ, а также способы их получения, представления и отображения

Юрий Поляков

Президент проектно-конструкторской фирмы “РА"

Трехмерное изображение - некая материальная субстанция (но не сам объект), обладающая такими признаками отображаемого объекта или образа, зрительное восприятие которых при определенных условиях позволяет составить некоторое представление о пространственной форме и оптических свойствах объекта. В идеале восприятие изображения должно быть трудноотличимым от восприятия самого объекта.

Традиционный процесс получения и отображения визуальной информации включает в себя следующие этапы:

• формирование изображения;

• запечатление изображения на носителе;

• воспроизведение запечатленного изображения.

Запечатление изображения фотографическим способом в стереоскопии и голографии позволяет получать соответственно стереофотографии и голограммы в материальной форме.

Сначала рассмотрим стереоизображение, в формате которого производится подавляющая часть видеопродукции сегодняшней ЗD-индустрии.

Стереоизображение - это два плоских, сопряженных особым образом³ изображения (стереопара) восприятие которых с помощью специального устройства создает иллюзию объемности (рис. 1).

Получается стереоизображение с помощью съемочного стереокомплекса, который состоит из двух идентичных цифровых камер, фиксирующих фото-или видеоизображения, а также специального устройства, формирующего из двух отдельных изображений стереопару. Сформированные стереопары, подобно обычным цифровым изображениям, могут преобразовываться существующими методами сжатия видеоданных и транслироваться по имеющимся цифровым каналам связи.

Для отображения стереоизображения требуется стереоскопический дисплей, который визуализирует стереопару таким образом, чтобы каждый глаз наблюдателя видел только соответствующий фрагмент стереопары.

Классическая голография - это регистрация фотографическим способом в некотором объеме пространственной стоячей волны, образованной падающей (опорной) на предмет и отраженной (предметной) предметом световыми волнами.

Голография позволяет наиболее полно отобразить пространственную структуру объекта, но голограмма в том виде, в котором она может быть реализована в настоящий момент, имеет ограниченное применение.

Наиболее перспективными в настоящее время являются технологии, использующие трехмерный компьютерный образ.

Трехмерный компьютерный образ (далее 3D-o6paз) - информация (массив данных), представленная в том или ином виде, об оптических и пространственных параметрах формы (поверхности) реального или виртуального объекта.

Если 3D-o6paз создается на основе математической модели, задаваемой оператором, - говорят о трехмерном моделировании, или SD-графике. Если 3D-o6paз создается программными средствами искусственного интеллекта на основе исходных данных о реальном объекте, получаемых от специализированных технических устройств, то можно говорить о технологии компьютерного (искусственного) воображения.

Исходными данными технологии компьютерного воображения могут быть:

1.  Стереопара (для получения информации о дальности используются алгоритмы пассивного выявления параллакса).

На рис. 2 показана исходная стереопара и созданные на ее основе программой компьютерного воображения пространственные компоненты рельефного образа, соотнесенные к левому и правому изображениям стереопары. Одно из изображений стереопары и соотнесенная ему пространственная компонента образуют рельефный образ, который может быть представлен в формате “2d+depth”. Такой образ может храниться в четырехслойном файле bmp и трансформироваться в стереопару для отображения на стереоскопическом дисплее.

2.  Данные, получаемые от 3D-сканеров, работающих по принципу эхолокации.

Данные от устройств, использующих методы активного выявления параллакса (текстурную подсветку и др.).

На рис. 3 показан пример создания программой компьютерного воображения, использующей методы активного выявления параллакса, пространственной компоненты трехмерного образа.

Технология компьютерного воображения позволяет:

• интерактивно отображать наблюдаемый объект в режиме реального времени;

• в видеотехнологиях, использующих стереопары, генерировать стереоизображение с ракурсом, отличным от ракурса стереоизображения оригинала.

Для получения 3D-o6paзa художественного качества можно использовать многоканальный (двух- и более) интерактивный съемочный комплекс, оснащенный инерциально-спутниковой системой навигации, позволяющей осуществлять интерактивный, обусловленный стереосопряжением выбор и смену позиций (ракурсов) съемки.

Исходные данные, получаемые таким комплексом, позволяют создавать рельефные образы на основе как параллельного, так и последовательного параллакса. Созданные образы являются соразмерными, сориентированными и сорасположенными между собой, что позволяет достаточно просто состыковывать их при синтезе обобщенного образа.

Если рельефный образ является отражением всей наблюдаемой сцены в целом, то на обобщенном образе могут выделяться (разграничиваться) некоторые под образы, являющиеся отражением отдельных предметов, составляющих сцену. Это обстоятельство позволяет достаточно просто манипулировать выделившимися субобразами (перемещать, удалять, вносить новые и т.д.).

Для непосредственного отображения 3D-o6paзa в явном виде требуются специальные дисплеи, способные создавать изображение в некотором объеме. Такие дисплеи существуют в настоящее время в основном в виде экспериментальных образцов. Для отображения трехмерных образов на плоских дисплеях, в том числе и стереоскопических, 3D-o6paз необходимо трансформировать в стереопару. В программах 3D-графики такая операция называется рендеринг (визуализация). Рендеринг позволяет отображать 3D-o6paз под разными ракурсами. Это делает возможным, задавая ракурс отображения, как бы рассматривать объект с разных сторон. Наличие следящего канала за положением головы наблюдателя реализует интерактивность отображения, когда ракурс отображения определяется точкой зрения (позицией) наблюдателя. Зрительное восприятие при интерактивном отображении близко к восприятию голограмм.

В статье использован наглядный материал, предоставленный проектно-конструкторской фирмой “РА", которая в настоящее время завершает апробацию комплекса технологий, позволяющего создавать, транслировать и интерактивно отображать трехмерные образы в реальном времени, а также производить на основе этих образов высококачественный стереоскопический контент.

¹Окончание первой части предыдущей статьи должен читаться так:

"Восприятие изображения при интерактивном отображении во многом аналогично восприятию голографии. Интерактивное отображение — визуализация виртуального пространственного образа, созданного компьютером на основе информации о пространственной структуре реального объекта под ракурсом, определяемым позицией (точкой зрения) наблюдателя".

Автор приносит извинения за досадную опечатку.

— двумерностъ исходных данных;

— рельефность бинокулярного восприятия;

— интерактивностъ (активное оглядывание предмета с нескольких сторон) процесса восприятия.

Информационный источник: http://broadcasting.ru/articles2/Oborandteh/osobennosti-zritelnogo-vospriyatiya-i-sovremennih-videotehnologii-2