Стереоскопическое зрение. 
Цветоведение и основы колориметрии

В последние годы повсеместно встречается термин 3D. Часто его присваивают без разбора к любым промышленным продуктам, явлениям, технологиям. Возникает путаница, сходная с цифровой печатью, о которой уже писалось в работе Н. В. Чафонова и В. П. Лютова.

Научно-технический прогресс в ряде отраслей науки и техники, наблюдаемый в последние десятилетия, вызвал к жизни новые, ранее не известные формы представления информации. Достижения в области проектирования, построения и применения мощных квантовых генераторов, работающих в инфракрасном диапазоне электромагнитных волн (иразеров) позволили создать новые высокоэффективные средства защиты от подделки документов, упаковочной продукции, технических средств — радужных тисненых голограмм и кинеграмм. Благодаря достижениям в области компьютерных технологий и программного обеспечения созданы программные продукты (AutoCAD, 3dStudioMax и т. п.), позволяющие демонстрировать объемные формы предметов, интерьерную и ландшафтную перспективу в целом. Не забыты либо получили новый толчок к развитию некоторые старые технологии создания стереоизображений на бумажном носителе.

Результаты реализации перечисленных технологий можно объединить термином «п-мерная графика». Что же такое n-мерная графика?

Известно, что положение точки на прямой можно задать одной координатой — 1D, где D — от англ, dimensions — измерение. Соответственно, на плоскости положение точки определяется двумя координатами, иначе — 2D. Наконец, в пространстве — тремя координатами — 3D.

Понятие 2D применимо только к статичному объекту, поскольку не отражает вариативность положения точки либо иного плоского объекта. Но точка или какая-либо фигура, представляющая собой совокупность элементарных точек, может менять свое местоположение в плоскости. В этом случае к ней не применимо понятие 3D, поскольку речь идет о плоскостном изображении. Для выражения изменчивости таких объектов введем понятия 1VD, 2VD, 3VD, где V — Variable. Поскольку число вариаций координат положения объекта не ограничено, будем называть такие объекты обобщенным термином «n-мерная графика».

Поскольку нас интересует положение в плоскости или в пространстве какого-либо графического изображения, а точка — малоинформативна, мы в дальнейшем не будем рассматривать lVD-графику.

Классический пример 20-графики — это изображение перспективы на плоскости: рельсы, шоссейные дороги, уходящие вдаль. В данном случае аппарат зрения, включая мозг, обманывает нас, перенося наш жизненный опыт на плоское графическое изображение.

В основе жизненного опыта по восприятию перспективы лежит бинокулярное, или стереоскопическое, зрение (позволяющее определять не только относительную удаленность любого объекта в окружающем пространстве, но и каждой точки на любом объекте), свойственное всем хищникам, поскольку им нужно правильно определить дистанцию до жертвы. У нехищников, естественно, круговое зрение.

В соответствии с принципом бинокулярного зрения глаза человека расположены на расстоянии примерно 64 мм. Таким образом, каждый глаз воспринимает изображение объекта со своей стороны (рис. 5.4).

Рис. 5.4. Принцип бинокулярного зрения:

• 1 — в случае близкорасположенного объекта; 2 — в случае удаленного объекта;
• 3 — соответственно левый и правый глаз; 4 — оптические оси; N — нормаль

Определение дистанции возможно благодаря явлениям аккомодации — непроизвольной, не зависящей от нашего желания автофокусировке и конвергенции — синхронному повороту зрачков друг к другу при приближении предмета (либо дивергенции — повороту зрачков к нормали при удалении наблюдаемого предмета). Следовательно, для того чтобы воспринять предмет или его изображение объемным, каждый глаз должен видеть свою сторону предмета. В этом состоит принцип стереоскопического зрения.

В 1838 г. Ч. Уитстон (Англия) изобрел стереоскоп, позволивший воспринимать пространственное взаиморасположение предметов, изображенных на двух стереоснимках (стереопаре). Для этой цели объект фотографируется с двух равноудаленных от него точек, причем расстояние между двумя точками съемки должно составлять среднее расстояние между центрами глаз (нормальный базис зрения). С полученных негативов печатаются два фотоснимка и из них монтируется стереопара, причем расстояние между центрами стереоснимков должно быть равно базисному.

Со стереопары, полученной фотографическим путем, каким-либо полиграфическим способом может быть отпечатано изображение, также обладающее эффектом объемности при рассматривании через стереоскоп (рис. 5.5). Этот метод носит название оптической стереоскопии. В данном случае имеет место ЗЭ-графика. Обозначим ее 3D_opt.

Рис. 5.5. Схема оптического стереоэффекта:

• 1 — глаза наблюдателя; 2 — корпус стереоскопа; 3 — линзы;
• 4 — направление зрения; 5 — стереоснимки (стереопара);
• 6 — воспринимаемое аппаратом зрения стереоизображение

В начале 1930;х гг. НИИ полиграфической и издательской промышленности ОГИЗа занимался разработкой анаглифического^[1] метода стереоскопии^[2]. Новый этап развития эта технология получила в наше время при демонстрации стереоскопических фильмов. В настоящее время как печатная продукция не распространена. В целях рекламы стереоскопических фильмов «Комсомольская правда» опубликовала в 2010 г. ряд анаглифических снимков^[3]. Технология предполагает фиксацию натурного многопланового объекта по правилам стереофотографии с нормальным базисом съемки (62—65 мм). С полученных двух негативов изготавливают две печатные формы и с них печатают, накладывая одно на другое, изображение, причем, с печатной формы, соответствующей левому глазу, — прозрачной красной краской, а с формы, соответствующей правому, — со сдвигом прозрачной голубой краской. При рассматривании полученного совмещенного оттиска через очки с красным светофильтром для левого глаза и голубым светофильтром для правого глаза возникает эффект объемности изображения (рис. 5.6). Этот эффект не может возникнуть у людей, страдающих цветоаномалиями, — у дихроматов (кроме дейтеранопов) и монохроматов и, естественно, у лиц, не обладающих бинокулярным зрением.

Технология анаглифического метода стереоскопии относится к ЗО-изображениям. Чтобы отличать от прочих технологий, обозначим ее 3D_an.

Рис. 5.6. Схема анаглифического метода стереоскопии:

• 1 — запечатанная бумага; 2 — оттиск, выполненный голубой краской;
• 3 — оттиск, выполненный красной краской; 4 — направление зрения;
• 5 — голубой светофильтр; 6 — красный светофильтр; 7 — правый глаз наблюдателя; 8 — левый глаз наблюдателя

Сходная с описанной технология получения стереоскопических изображений на плоскости в настоящее время также реализована в стереокинотеатрах. Она состоит в следующем: натурный многоплановый объект фотографируют по правилам стереосъемки (с нормальным базисом), с негативов изготавливают диапозитивы, изображения с которых проецируют на экран, причем на объективы проекторов надеты поляризационные фильтры, векторы поляризации у которых взаимноперпендикулярны. Если изображение на экране рассматривать через очки с поляризационными фильтрами, векторы поляризации которых совпадают с векторами поляризации фильтров на проекторах, то возникает эффект объемности изображения. Данную технологию для отличия от предыдущей обозначим 3D_pol.

Примерно в середине 1960;х гг. в Японии приступили к серийному выпуску стереооткрыток: изображения на них отпечатаны с печатных форм, фотоформы для которых изготовлены по правилам стереоскопической фотографии. Печатные изображения покрыты прозрачным пластмассовым полуцилиндрическим линзовым растром. При рассматривании таких открыток невооруженным взглядом возникал стереоэффект (рис. 5.7). В нашей стране эта технология получила развитие в конце 1970;х — начале 1980;х гг. Данную технологию обозначим 3D|_r

Рис. 5.7. Схема линзорастрового метода стереоскопии:

1 — запечатанная бумага; 2 — изображения, выполненные с автотипным растром и напечатанные с эксцентриситетом; 3 — полуцилиндрический линзовый растр; 4 — направление зрения; 5 — глаза наблюдателя

В 1960 г. с помощью оптического квантового генератора (ОКГ, лазер), спроектированного Н. Г. Басовым и А. М. Прохоровым (СССР) и независимо от них — Ч. Таунсом (США), была получена голограмма. Принцип ее изготовления описан в главе 2 (см. рис. 2.32). При разности хода лучей, равной целому числу длин волн, возникает интерференционная картина, воспринимаемая в обычном свете как бессмысленные разводы. При освещении лучом ОКГ или лазерного светодиода возникает объемное изображение натурного объекта. Обозначим это изображение 3D_hol.

Используя ОКГ большой мощности либо работающие в ИК-диапазоне электромагнитных волн (IR-лазеры, инфра-ред лазеры, иразеры), можно на металлической пластине записать дифракционную решетку. Полученная матрица отвечает двум критериям. Во-первых, изображение на ней обладает дифракцией (переливается цветами радуги). Во-вторых, изображение бинарно: при повороте матрицы появляется и исчезает либо одно изображение меняется на другое. При тиснении с матрицы изображения на металлизированную пленку все эти эффекты сохраняются. Такое изображение носит название радужной тисненой голограммы. За ним также закреплены названия флип-флопэффект, switch-эффект. Обозначим его 2D_dif.

С помощью ОКГ, управляемого ЭВМ, можно записать кинеграмму, изображение на которой многомерно, но не воспринимается объемным. Оно как бы перемещается в плоскости металлизированной пленки. Такое изображение обозначим 2VD_dif. При этом существует ряд разновидностей кинеграмм, подпадающих под обозначение 2VD_dif.

Данные обозначения могут быть использованы в экспертизе печатной продукции, защищенной от подделки, либо в предположении о ее контрафактности.

• [1] Анаглиф — (греч.) выпуклая резьба, барельефное изображение.
• [2] Гуревич С. С. Стереоскопическая печать: Руководство по получению трехмерногопластического изображения. М.: Госиздат легкой промышленности, 1933.
• [3] Комсомольская правда. 2010. 27 сентября. № 143-п (25 564-п).