Зеркально-линзовая стереография «парящие миражи»

Проблема получения, наблюдения и воспроизведения стереоскопических изображений, в том числе основанных на новых принципах, для создания разнообразных художественно-декоративных изделий, иллюстраций, выставочных стендов, витрин, панно, витражей, демонстрационных и рекламных табло, элементов декоративного интерьера, орнамента и т. д., включающих, при необходимости, отличительные характеристики фирмы-изготовителя, ее товарный знак и иные сведения рекламного характера, стоит достаточно остро.

Актуальность использования нового материала с особым оптическим эффектом, обеспечивающего создание визуально наблюдаемых красочных, как бы «парящих» в воздухе динамически изменяющихся объемных изображений над поверхностью изделий, связана с тем, что существующие методы не обеспечивают надежной защиты от подделок.

В последнее время получили широкое распространение случаи мошенничества с применением искусно выполненных подделок различных документов идентификационного и денежного характера, а также продукции этих фирм. В результате использования подделок таких документов и ценных бумаг возможны хищения собственности в крупных размерах и террористическая, а также иная подобная деятельность, борьба против которых является крайне актуальной в связи беспрецедентным разгулом терроризма в мире. светоотражающий материал оптический зеркало Кроме того, из-за подделок фирма-изготовитель престижной продукции или правительственная организация теряют не только значительную часть прибыли, но и часть своего престижа.

Применяемые в настоящее время средства маркировки и идентификации продукции либо не обеспечивают ее высокоэффективной защиты, либо предлагаемые средства маркировки являются достаточно дорогими из-за необходимости использования фирмой-изготовителем голограммного, лазерного и иного высокотехнологичного оборудования.

Кроме того, существующие средства маркировки и идентификации всевозможных карточек, денежных документов, продукции часто не обладают достаточной эстетической привлекательностью без объемных цветных, динамических, как бы «парящих» в воздухе изображений.

Художественно-декоративные изделия, предметы культурно-бытового назначения, выставочные стенды, витрины, панно, витражи, демонстрационные и рекламные табло, элементы интерьера и т. д., при их относительно высокой эстетической привлекательности, не обеспечивают создания оригинальных объемных изображений с особым оптическим и необычным световым эффектом. Они либо не отвечают требованиям по качеству воспроизведения таких стереоизображений, либо создаваемые в них объемные изображения являются эстетически малопривлекательными, а для проявления особого оптического эффекта требуются специальные устройства со сложными оптическими системами для достижения высокой яркости изображения, что ограничивает область их применения и повышает стоимость изделий.

В ряде работ [16−30] авторами был предолжен и исследован принципиально новый метод воспроизведения объемных изображений, названный зеркально-линзовой стереографией «парящие миражи».

Прообразом предложенного авторами метода может служить растровая фотография, в которой изображения, полученные линзами с большой и существенно меньшей апертурами, отличаются друг от друга не только разрешением. Действительно, фотография, сделанная любой из линзочек линзового растра, хранит информацию об изображении объекта под определенным ракурсом, т. е. в направлении фотографирования, а совокупность таких фотографий позволяет, при выполнении определенных условий, получить объемное изображение [14,15].

Однако известные растровые устройства не обеспечивают получения объемных цветных изменяющихся изображений, как бы «парящих» над лицевой поверхностью растрового экрана, и создаваемых как при наличии действительного изображения объекта, так и без него. Рассматривание изображения в них возможно только под определенным углом и при наличии источника освещения действительного объекта. Кроме того, известные растровые устройства являются конструкционно сложными за счет наличия приводного механизма вращения растрового экрана и многоэлементной дополнительной оптической системы, не предназначенной непосредственно для воспроизведения объемных изображений.

Качественно метод зеркально-линзовой стереографии, обеспечивающий воспроизведение объемных изображений в виде особого и необычного оптического эффекта «парящие миражи» можно объяснить следующим образом.

В пределах каждого формируемого в пространстве, например отраженного поля (изображения), если последнее является действительным (а не мнимым), электромагнитные волны, отвечающие за его создание, структурируются определенным образом, в отличие от окружающего такое сформированное поле пространства. При этом формирующееся поле (изображение) структурируется как в пространстве (т.е. имеет строго определенные границы и занимает определенный объем), так и энергетически (т.е. имеет в замкнутом пространстве сформированного поля определенную плотность энергии, превышающую плотность энергии окружающей среды на единицу пространства), как правило, в виде стоячей волны.

И, самое главное, такое структурирование сформированного поля является не просто некоей флуктуацией энергии в пространстве (неустойчивой и ограниченной небольшим промежутком времени), а является устойчивым долговременным процессом.

Отсюда следует с очевидностью, что любое падающее от источника света (например от Солнца) излучение не сможет беспрепятственно преодолеть такое сформированное поле, структурированное как пространственно, так и энергетически (причем имеющее избыточную плотность энергии на единицу пространства по сравнению с окружающей средой), не затратив часть своей энергии (в том числе и за счет рассеивания, отражения и поглощения части падающего волнового фронта), вызывая, в итоге, формирование поля в виде изображения и даже образование теневого пространства с другой стороны изображения (сформированного поля).

Иными словами, такое электромагнитное структурирование части пространства, занимаемого изображением, хотя и не позволяет его осязать как другие материальные объекты, но позволяет структурировать падающее от различных источников света (искусственного или естественного) излучение, которое, в свою очередь, является ни чем иным как электромагнитными волнами, нарушая их беспрепятственное прохождение через зеркальное изображение и обеспечивая, тем самым, отражение света в направлении источников.

Электромагнитное поле, хотя его и нельзя осязать руками, является материальным и может воздействовать электромагнитное излучение искусственных и естественных источников света и обеспечить отражение света в направлении источников от изображений светоотражающих элементов или создать тень там, где ее, опираясь на законы Ньютона, казалось, не должно было бы быть.

На основе метода зеркально-линзовой стереографии была разработана технология получения материала с особым оптическим эффектом «парящие миражи» и изготовлены экспериментальные образцы следующих изделий.

1. Сосуды, контейнеры для жидкости [21−22] с изображением-иллюзией, воспроизводимой во внутреннем объеме емкости или сосуда или вне его типа разнообразных этикеток, меток, бирок, ярлыков. Сосуды могут быть из прозрачного и непрозрачного материала с прозрачным или непрозрачным содержимым (рис. 6).

Рис. 6. Идентификационное и декоративно-художественное изображение-иллюзия на сосудах

Использование нового материала позволяет изготавливать разнообразные сосуды с оптическими элементами в едином технологическом процессе получения этих сосудов. Это повышает эстетическую привлекательность, эффективность маркировки и идентификацию как самих сосудов, так и их содержимого.

2. Книжные издания [26] с объемными иллюстациями-иллюзиями занимательно-игрового и рекламного характера, способствующие развитию у наблюдателя художественного вкуса, цветового восприятия, пространственного воображения и образовательного уровня (рис. 7).

Использование нового материала позволяет создавать полиграфическую продукцию, например, книжки-игрушки, журналы, сувенирные или поздравительные открытки, тексты и иллюстрации на календарях, фото, конвертах и т. д. с возникающими при открытии ее страниц как бы «парящими» над ними объемными красочными многоуровневыми динамически изменяющимися изображениями литературных героев и т. п.

Рис. 7. Книжные издания с объемными иллюстациями-иллюзиями

3. Оптические игрушки, логические игры и игровая мозаика [24], способствующие развитию у играющего художественного вкуса и цветового восприятия, уровня логического объемного мышления, пространственного воображения, элементов предвидения, наблюдательности, комбинаторных способностей и тренировке его зрительной памяти благодаря возможности построения множества объемных иллюзий над поверхностью игровых оптических элементов (рис.8).

Использование нового материала здесь позволяет повысить занимательность, наглядную эффективность и эстетическую привлекательность детской игровой мозаики «парящие миражи» и игр-головоломок мозаично-конструкционного и рекламного типов за счет использования оптических элементов, позволяющих получать различные символы (новые слова, рисунки, образы), т. е. решать новые задачи перегруппировкой оригинальных игровых элементов и тем самым разнообразить игру и получать большое число вариантов игровых ситуаций в виде объемных иллюзий над поверхностью игровых оптических элементов.

Рис. 8. Оптические игрушки и логические игры

4. Отделочный материал декоративно-художественного типа [25] с изображением-иллюзией для декоративной отделки, составления элементов декоративного интерьера и орнамента наружных и внутренних поверхностей зданий и сооружений, монументов, скульптур, ванн, бассейнов, и т. д., изготавливаемый из стеклянных, полимерных и других подобных материалов коврово-мозаичных и декоративных листовых и рулонных покрытий, пленок, синтетических обоев и т. п., а также объемных изделий типа стеклоблоков, стеклопакетов, плит, облицовочных плиток и т. д. (рис. 9).

Рис. 9. Отделочный материал декоративно-художественного типа с изображением-иллюзией

5. Посуда декоративно-художественного типа [23] как из прозрачного, так и непрозрачного материала (стекла, хрусталя, керамики, фарфора, полимерных материалов и т. п.) с изображениями-иллюзиями, воспроизводимыми во внутреннем объеме изделия или вне его (рис. 10).

Рис. 10. Посуда декоративно-художественного типа с изображением-иллюзией

Использование нового материала позволяет изготавливать декоративную посуду с оптическими элементами в едином технологическом процессе в виде декоративных ваз (вазочек), кубков, розеток, сахарниц, конфетниц, салатниц, пепельниц, подносов и т. п., обеспечивая повышение эстетической привлекательности как самой посуды, так и содержимого в ней.

С помощью такого материала можно создавать парящие в воздухе скорбящие или иные соответствующие изображения над надгробными вазами при оформлении надгробных памятников, что особенно важно для создания мистической обстановки и соответствующего расположения духа в местах захоронения усопших.

6. Термостабилизирующее устройство с поддержанием температурного режима [30] посредством зеркального экрана-иллюзии, используемое при создании холодильных камер, распределительных холодильников и иной тары для хранения, расфасовки и распределения замороженных, полузамороженных, охлажденных продуктов, например мороженного, кондитерских, колбасных изделий, овощей и фруктов, рыбы и т. д., а также при создании специальной мебели? чайных столиков для сервировки, тележек на колесах для подачи легкой закуски, закусочных и обеденных столов и стоек и т. д. с приспособлениями для создания микроклимата и используемых, преимущественно, вне помещений, например в летний период на открытых площадках кафе, ресторанов, на дачах и т. п. (рис. 11).

Рис. 11. Термостабилизирующее устройство с оптическим эффектом

Использование материала с эффектом «парящие миражи» позволяет создавать микроклимат с температурой ниже температуры окружающей среды, поддерживать температурный режим хранения и обеспечивать комфортные условия для обслуживающего персонала и клиентов за счет компенсации тепла, поступающего от Солнца, благодаря наличию тени от зеркального экрана и отраженного его зеркальной поверхностью; создавать оригинальные и привлекательные с эстетической точки зрения изображения и зеркальные экраны над лицевой поверхности устройства; создавать малогабаритные легко развертываемые и свертываемые термостабилизированные устройства за счет отказа от использования громоздких тентов, зонтов, навесов и т. п.

7. Личные визитные, бизнесили идентификационные карточки или денежные документы [27−29] в виде объемных изображений-иллюзий для повышения их надежности, престижности и уникальности, эффективности маркировки изделия и идентификации владельца и эстетической привлекательности (рис.12).

Рис. 12. Личные визитные, бизнеси идентификационные карточки, сувенирные или поздравительные открытки с оптическим эффектом

Использование нового материала позволяет повысить надежность, уникальность и эстетическую привлекательность таких изделий за счет создания двух изображений? реального изображения на подложке и, как бы «парящих» в воздухе над первым, изображений-иллюзий в виде маркировочных, идентификационных, декоративно-художественных, рекламных отличительных знаков, меток, которые дополняют или дублируют друг друга.

Практически устройства [16−30], основанные на применении метода зеркально-линзовой стереографии, обеспечивающего воспроизведение объемных изображений в виде особого и необычного оптического эффекта «парящие миражи», функционируют следующим образом.

При освещении светоотражающих элементов излучение преломляется на лицевой поверхности линзы, претерпевает полное внутреннее отражение от отражающего слоя линзы, переотражается и, вновь проходя через лицевую поверхность линзы, преобразуется соответствующим образом в зависимости от типа используемой линзы и создает объемное зеркальное изображение линзы над ее лицевой поверхностью со стороны падения пучка лучей в виде экрана заданной формы в соответствие с геометрическим профилем линзы и на расстоянии, обеспечиваемым фокусом F линзы.

В случае использования зонной пластинки или линзы Френеля вид экрана заданной формы и расстояние объемного зеркального изображения перед их лицевыми поверхностями со стороны падения пучка лучей обеспечивается фокусами f^k в соответствие с их геометрическим профилем и наклонами кромок рабочих зон. В итоге происходит преобразование падающего на зонную пластинку или линзу Френеля волнового фронта в другой фронт, обеспечивающий требуемый процесс фокусировки в соответствие с задаваемой формой объемного изображения, получаемого над их лицевыми поверхностями. При этом наблюдатель видит объемное изображение светоотражающих элементов в виде зеркального экрана заданной формы, как бы «парящего» в воздухе над лицевой поверхностью соответствующего светоотражающего элемента и создающего, например, при солнечном облучении тень под таким зеркальным экраном, причем в цвете, соответствующем цвету отражающей поверхности, светопропускающего материала светоотражающих элементов или нанесенных на их лицевую или профилированную поверхности прозрачных покрытий.

После этого отраженное излучение выходит из светоотражающих элементов опять через соответствующую лицевую поверхность в направлении, определяемом наклоном их лицевой поверхности.

Кроме этого, использование нового материала с особым оптическим эффектом «парящие миражи"[14−30] позволяет:

• ? создавать композиции действительных объемных изображений наблюдаемых объектов и объемных зеркальных изображений линз и их совместных композиций в видехудожественных и сувенирных изделий, выставочных стендов, витрин, панно, витражей, демонстрационных и рекламных табло при получении элементов виртуальной реальности;
• ? повысить степень развития художественного вкуса, цветового восприятия и пространственного воображения у наблюдателя за счет использования оптических линз, обеспечивающих создание над их поверхностью оригинальных оптических эффектов, наблюдаемых при направленном и рассеянном свете в диапазоне углов до 2р радиан в виде объемного зеркального, как бы «парящего» в воздухе, многоуровневого красочного динамичного изображения;
• ? варьировать цветовую гамму создаваемых композиций действительных изображений наблюдаемых объектов и зеркальных изображений линз.
• 3. Метод комплексного использования зеркал и отражательных линз для создания объемных изображений объектов

В ряде работ [31,32] был предложен и исследован новый метод воспроизведения объемных изображений, названный методом «комплексного использования зеркал и отражательных линз».

Этот метод является сочетанием рассмотренного в предыдущем разделе метода зеркально-линзовой стереографии «парящие миражи» и известного ранее и довольно широко применяемого до настоящего времени метода построения мнимых и действительных объемных изображений посредством системы зеркал.

Обеспечение возможности записи и воспроизведения эстетически привлекательных и оригинальных объемных изображений и было реализовано авторами в работах [33,34].

1. Декоративные или сувенирные устройства для показа стереоскопических динамически изменяющихся красочных узоров или изображений (рис. 13).

Здесь обычные линзы или линзы Френеля с отражающим слоем на их тыльных поверхностях, обеспечивающие создание объемного зеркального изображения 5 соответствующей линзы над ее лицевой поверхностью, и наблюдаемый объемный объект, установленный по одну из сторон оси 8 соответствующей линзы в объеме прозрачной пластины, размещенной перед зеркальными изображениями линз, оптически сопряженный с зеркальным изображением соответствующей линзы, в сочетании друг с другом обеспечивают возможность воспроизведения действительного изображения 9,28 наблюдаемых объемных изображений объектов 27 с противоположной стороны оси соответствующей линзы перед ее зеркальным изображением в пространстве за пластиной.

Объемные наблюдаемые объекты могут выполняться посредством компьютерной лазерной графики, при этом их размещают в пластине на различном уровне относительно друг друга и на расстоянии 1−1,5 фокуса от оптически сопряженной с соответствующим наблюдаемым объектом линзы.

Использование новых материалов с особым оптическим эффектом в сочетании с предложенным методом «комплексного использования зеркал и отражательных линз для создания объемных изображений объектов» позволяет повысить эстетическую привлекательность и оригинальность декоративного или сувенирного устройства для показа изображения.

При этом обеспечивается возможность создания как композиции действительных объемных изображений наблюдаемых объектов и объемных зеркальных изображений линз, так и их совместной композиции.

Рис. 13. Декоративные или сувенирные устройства для показа стереоскопических изображений

2. Аквариумы, террариумы и другие емкости для рыб, амфибий, пресмыкающихся, насекомых, иных организмов и растений [36] с оптическим эффектом-иллюзией представлены на рис. 15.

Устройство аквариумного типа содержит емкость с обитателями или внутренним интерьером, выполненную с загрузочным отверстием 5, выпуклой тыльной сферической стенкой с нанесенным на нее светоотражающим непрозрачным слоем, и смотровым окном, расположенным оппозитно тыльной сферической стенке на расстоянии больше фокусного, но меньше радиуса кривизны сферы, образующей тыльную стенку. Часть емкости, ограниченная тыльной сферической стенкой и плоскостью, проходящей через фокус сферы параллельно смотровому окну, может быть выполнена в виде обычной линзы 4 или линзы Френеля 21 со светоотражающим слоем 7,17, нанесенным на ее тыльную поверхность с возможностью создания изображения 11 обитателей или внутреннего интерьера 3 вне емкости за смотровым окном 8, при этом лицевая поверхность линзы представляет собой тыльную поверхность емкости.

Рис. 15. Аквариумы и террариумы с оптическим эффектом

Линза и емкость могут быть выполнены с возможностью их раздельного размещения в пространстве относительно друг друга, при этом емкость снабжена дополнительной плоской прозрачной тыльной стенкой, расположенной параллельно смотровому окну на расстоянии, не меньшем фокусного расстояния линзы, а смотровое окно расположено на расстоянии, не большем радиуса кривизны линзы.

Необходимая цветовая гамма воспроизводимого объемного изображения объекта в работе [33] или обитателей или внутреннего интерьера емкости в работе [34] обеспечивается выполнением линз из цветонесущего материала, цветонесущей отражающей поверхностью 13, наличием цветного светофильтра перед источником света, цветом освещающего излучения или наличием прозрачной цветонесущей защитной пленки 9. Источник света, при необходимости, обеспечивает подсветку наблюдаемых объектов.

Кроме того, использование новых материалов с особым оптическим эффектом на основе предложенного метода «комплексного использования зеркал и отражательных линз для создания объемных изображений объектов» позволяет повысить степень развития художественного вкуса, цветового восприятия и пространственного воображения у наблюдателя и эстетическую привлекательность, занимательность, эффект очарования и оригинальность самого устройства аквариумного типа и наблюдаемых с его помощью изображений его обитателей и окружающего их интерьера за счет возможности их наблюдения или научного изучения внутреннего мира посредством создания объемной иллюзии флоры, фауны и внутреннего интерьера, отдельных проявлений этой жизни в этих емкостях вне их границ (в естественной среде обитания человека).