Введение в стереозрение

1. Введение встереозрение Дмитрий Ватолин Video GroupCS MSU Graphics & Media Lab

2. План лекции • Восприятие трехмерного пространства человеком. Источники информации о глубине сцены • Стереоизображения. Параллакс. Запас глубины. Комфортное восприятие стерео 2

3. Восприятие пространства • Монокулярный стереоэффект • Информация о глубине из вторичных факторов пространственного зрения • Последовательно-временной стереоэффект • Информация о глубине из перемещения объектов сцены • Бинокулярный стереоэффект • Информация о глубине из разности изображения с двух точек зрения 3

4. Монокулярный стереоэффект • Наложение объектов • Линейнаяперспектива:относительныеразмеры объектов 4 Источники: i86.servimg.com, www.cs.cmu.edu/~dccrow

5. Монокулярный стереоэффект • Расположение объектовотносительно горизонта • Воздушнаяперспектива:рассеяние светапомере удаленияотнаблюдателя 5 Источники: www.3dtv.fr, Wikipedia

6. Монокулярный стереоэффект • Текстурныеградиенты • Тени, бликии отражения 6 Источники: cs.ru.nl/~ths, Wikipedia

7. Последовательно-временной стереоэффект • Смещение точкизрения / камеры • Относительнаяскорость объектов 7 Источники: www.3dtv.fr, Wikipedia

8. Бинокулярный стереоэффект • Раскрытие наложенияобъектов с однойиз точек зрения • Стереоскопическийпараллакс • Расположение объектовна сетчатке глаза • Различие формы объектас разных точек зрения 8 Источник: www.3dtv.fr

9. Бинокулярное зрение • Человек видит разныекартинки каждым из глаз • Их объединение даетинформацию о глубине 9 Источник: i.cmpnet.com

10. Стереоизображения • Стереоизображениеделают из двухобычных картинок • Разные изображениядля каждого глаза 10

11. Конвергенция и дивергенция При слежении за сопряженными точками зрительные оси глаз могут сходиться или расходиться в зависимости от удаленности объекта 11

12. Параллакс Параллакс — величина взаимного смещения сопряженныхточек на сетчатках глаз или в изображениях стереопары 12 Источник: www.3dtv.fr

13. Параллакс в стерео Параллакс — расстояние между картинками для разных глаз на экране 13 Источник: www.3dtv.fr

14. Параллакс в стерео Параллакс — расстояние между картинками для разных глаз на экране положительный:объект далеко отрицательный:объект рядом 14 Источник: lightillusion.com

15. Положительный параллакс • Зрительные осипересекаютсяза плоскостьюизображениястереопары • Восприятие почтине зависит от расстояниязрителя до экрана 15

16. Положительный параллакс Максимальный параллакс: • Расстояние междукартинками равнорасстоянию между глазами • Зрительные осипараллельны • Объекты находятсяна стереоскопическойбесконечности (воспринимаютсяна расстоянии 10 метров) 16

17. Положительный параллакс Параллакс большемаксимального: • Расстояние до объектовеще больше • Глаза смотрят в разныестороны —дискомфорт 17

18. Отрицательный параллакс • Зрительные осипересекаются передплоскостью изображениястереопары • Глубина задаетсяотносительно расстояниядо экрана 18

19. Отрицательный параллакс Серединный отрицательныйпараллакс(MDP — Mid-Point Parallax): • Расстояние междукартинками равнорасстоянию между глазами • Расстояние до объектаравно половине расстояниядоэкрана 19

20. Отрицательный параллакс Максимальныйотрицательный параллакс: • зависит от времени • статичные объекты:1-2x MDP • движущиеся объекты:3-5x MDP 20

21. Запас глубины • Доступная глубина =(максимальный положительныйпараллакс) + (максимальныйотрицательный параллакс) • В пикселях: • ±30px для разрешения 2000px, 30” • –45—100 для сильного эффекта 3D 21 Источник: www.3dtv.fr

22. Зоны комфортного восприятия стерео • Серый: невидимая зона • Красный: опасная зона • Большая нагрузка на глаза • Оранжевый: быстрая зона • Объект виден только одномуглазу — нагрузка • Зеленый: зона отдыха глаз • Рядом с плоскостью экрана • Комфортная для восприятия 22 Источник: www.3dtv.fr

23. Современные стандарты 3D Video GroupCS MSU Graphics & Media Lab

24. Содержание • Форматы 3D кино • Полосно-пропускные • Затворные • Поляризационные

25. Форматы 3D киноПолосно-пропускные • Разделение изображенийдля разных ракурсовпо длинам волн • Основные форматы: • Анаглиф(греч. Anaglyph, выпуклая резьба «барельеф»,ἀνά«над», γλύϕ-ειν «вырезать») • Dolby 3D Рисунок - http://dtcinema.ru

26. Полосно-пропускныеDolby 3D • Разработка технологии компанией Infitec (Interference filter technologie) • ОбъединениеInfitecс Dolby LaboratoriesInc. • Созданиестандарта Dolby 3D

27. Dolby 3DПринцип работы • Развитие идеи анаглифного стерео, более сложное разделение изображений по длине волны света • Применение интерференционных полосно-пропускающих фильтров • Получение изображения смешиванием цветов из полос пропускания • Left eye: Red 629nm, Green 532nm, Blue 446nm • Right eye: Red 615nm, Green 518nm, Blue 432nm http://hdsofa.ru/Stati/Tehnologii-3D-kino-IMAX-RealD-SuperD-Dolby-3D-XpanD-MasterImage.html

28. Dolby 3DПринцип работы http://litvinovs.net/reflection/3d/

29. Dolby 3DОборудование • Обычный матовый экран • Один проектор + вращающийся диск-светофильтр • 4320 оборотов в минуту • Частота обновления – 72Гцдля каждого глаза • Очки со спектральными светофильтрами http://hdsofa.ru/Stati/Tehnologii-3D-kino-IMAX-RealD-SuperD-Dolby-3D-XpanD-MasterImage.html

30. Содержание • Форматы 3D кино • Полосно-пропускные • Затворные • Поляризационные

31. Форматы 3D киноЗатворные • Поочередное перекрывание каждого глаза • В каждый момент времени вывод на экран только одного ракурса • Основные форматы: • NVIDIA 3D Vision • XpanD 3D

32. NVIDIA 3D VisionОборудование • Мощная видеокарта • Качественный дисплей • Специализированный набор IR-синхронизатор + активные очки http://www.nvidia.com

33. http://www.nvidia.com

34. XpanD 3DОборудование Затворные очки • Полноцветное изображение • Частота развертки не ниже 100Гц (50Гц для каждого глаза) • Необходимость синхронизации и элементов питания • Техническая сложность и высокая стоимость (60 - 100 €) http://www.xpand.me/technology/xpand-3d/

35. XpanD 3DОборудование IR-эмиттеры синхронизации • 280 инфракрасных диодов • Большой радиус действия • Устанавливается рядомс проектором • Направляется на экран • Сигнал отражается от экрана в кинозал http://www.xpand.me/technology/xpand-3d/

36. http://www.xpand.me/technology/xpand-3d/

37. Содержание • Форматы 3D кино • Полосно-пропускные • Затворные • Поляризационные

38. Поляризация Нарушение симметрии в распределении волн Частично поляризованный свет Неполяризованный свет Поляризованный свет http://en.wikipedia.org

39. ПоляризацияВиды поляризации • Линейная поляризация,применение: • Ранние модели IMAX 3D • Круговая поляризация,применение: • Современный IMAX 3D • RealD 3D • MasterImage http://en.wikipedia.org

40. Линейная поляризацияТеория • Колебания э/м возмущений в одной плоскости • Принцип работы фильтров – анизотропные свойства кристалла http://en.wikipedia.org

41. Круговая поляризацияТеория Циркуляция вектора амплитуды э/м возмущений Правая (по часовой стрелке) поляризация волны http://en.wikipedia.org

42. Круговая поляризацияУстройство фильтра • Линейная поляризатор под углом 45° • Четвертьволновая пластина http://en.wikipedia.org

43. Круговая поляризацияЧетвертьволновая пластина • Вертикально-ориентированная часть волны проходитбез изменений • Горизонтально-ориентированная часть задерживаетсяна четверть волны Δ = λ / 4 http://en.wikipedia.org

44. ПоляризационныеОбщие характеристики • Экран с особым покрытием, неизменяющим поляризацию падающего света • Фильтры для проекторов и очков • Зависимость качества 3D эффекта от наклона головы зрителя(в меньшей степени для круговой поляризации) • Существенное уменьшение яркости изображения из-за поляризации http://hdsofa.ru/Stati/Tehnologii-3D-kino-IMAX-RealD-SuperD-Dolby-3D-XpanD-MasterImage.html

45. RealD 3DВерсии формата • RealD – стандартная с максимальной шириной экрана – 13.7 м • RealD XL (в России – SuperD) – для больших экранов до 24 м • RealD XLS – решение проблемы уменьшения яркости изображения,экран – до 15 м • RealD LP – переносная версиядля конференций и выставок,экран до 5 м

46. RealD 3DRealD, RealD XL • Один проектор с частотой 140Гц • Попеременное отображение кадров • Система переключаемых фильтров RealD Z screen, синхронизируемая с проектором • Экран с серебряным покрытием • Пассивные поляризующие очки СистемаRealD Z Screen http://www.brunogilbert.com/reald.htm

47. RealD 3DRealD, RealD XL http://www.edcf.net/edcf_docs/real-d.pdf

48. RealD 3DRealD XLS • Использование в два раза большего проектора • Одновременный показ двух ракурсов на одном кадре • RealD Z Screen разделяет кадр на ракурсы и поляризует 858 2048 2160 4096

49. RealD 3DRealD LP • Переносной вариант • Ориентирован для конфренций • 2D-120Гц / 3D - 60Гцрежимы работы • Совместим с уже существующими моделямипроекторов RealD Z Screenдля RealD LP http://www.brunogilbert.com/reald.htm

50. MasterImage Более дешевая система с вращающимися фильтрами