Технологии объемного изображения

Министерство образования и науки Российской Федерации

Южно-Уральский государственный университет

Факультет «Механико-технологический»

Кафедра «Безопасности жизнедеятельности»

Технологии объемного изображения

РЕФЕРАТ

по дисциплине «Информатика»

Проверил, (доцент)

Волосников А. С./

Автор работы

студент группы МТ-164

Тропин С. А./

Реферат защищен

с оценкой (прописью, цифрой)

АННОТАЦИЯ

Тропин С. А. Технологии объемного изображения. — Челябинск: ЮУрГУ, МТ-164, 25 с., 4 ил., 0 табл., библиогр. список — 0 наим., 0 прил.

Цель реферата — дать объяснение понятию объемного изображения, выяснить способы получения таких изображений.

Задачи реферата — изучить, обобщить, проанализировать имеющиеся технологии получения объемного изображения, увидеть перспективы развития данных технологий.

Введение

.Обзор поисковых систем

.2Яндекс

.Предыстория создания технологии

.Описание технологии

.1Стереоочки

.2Эффект Пульфриха

.3Безочковые методы

.4Объемный дисплей

.Перспективы развития технологии

.Заключение

Введение

Зрительная информация воспринимается человеком лучше всего, и поэтому очень важную роль в современном компьютеризированном мире играет качество изображения. Ученые всего мира уже не первый десяток лет стараются сделать изображение, выводимое на мониторы компьютеров и экраны телевизоров более реалистичным. Большим прорывом в данной области стало создание технологий объемного или стереоизображения. Данные технологии позволяют зрителю сильнее погрузиться в мир просматриваемого фильма или мультимедийного приложения.

1. Обзор поисковых систем

Для создания реферата мною использовались такие поисковые системы, как: Google, Яндекс.

История создания

Поисковая система Google была создана в качестве учебного проекта студентов Стэнфордского университета Ларри Пейджа и Сергея Брина. Они в 1996 году работали над поисковой системой BackRub, а в 1998 году на её основе создали поисковую систему Google.

Хотя корпорация была основана 4 сентября 1998 года, а домен Google.com зарегистрирован 15 сентября 1997 года, поисковик (с 2000 года) иногда отмечает свой день рождения и в другой день: как 7, так и 27 сентября.

Название Google произошло от неправильного написания слова Гугол (Googol) Сергеем Брином, которое означает десять в сотой степени — 10100.крупнейшая поисковая система, принадлежащая корпорации Google Inc.

Поддерживает поиск в документах форматов PDF, RTF, PostScript, Microsoft Word, Microsoft Excel, Microsoft PowerPoint и других.

Синтаксис запросов

Интерфейс Google содержит довольно сложный язык запросов, позволяющий ограничить область поиска отдельными доменами, языками, типами файлов и т. д. Например, поиск «intitle:Google site:wikipedia.org» выведет все статьи Википедии на всех языках, в заголовке которых встречается слово Google. Мощный язык запросов в руках хакеров может быть использован для исследования веб-сайтов на уязвимости.

Для некоторых результатов поиска Google ранее предоставлял повторное поле для поиска, которое позволяет пользователю найти то, что он ищет внутри конкретного веб-сайта. Эта идея возникла из того, как пользователи использовали поиск. По словам инженера-программиста Бена Ли (Ben Lee) и менеджера продукта Джека Менцеля (Jack Menzel) «телепортирование» в сети — это как раз то, что помогает пользователям Google завершить свой поиск. Google развил эту концепцию на шаг вперёд, и вместо просто «телепортирования», что значит для поиска нужного сайта пользователю достаточно ввести часть имени веб-сайта в Google (необязательно помнить весь адрес), пользователи могут вводить ключевые слова для поиска внутри выбранного сайта. Оказалось, что пользователям часто нелегко найти то, что они ищут внутри корпоративного сайта. С 2011 года эта опция недоступна, что весьма отрицательно сказалось на удобстве, популярности, и востребованности Google.

Википоиск

Поисковая технология, позволяющая пользователю настраивать результаты выдачи по поисковым запросам. Пользователь может удалять результаты из списка и поднимать вверх списка. Технология была запущена компанией Google весной 2009 года и проработала до осени. В настоящий момент (4 мая 2010 года), в настройках поиска осталась настройка для включения «Википоиска», но в выдаче соответствующие элементы управления отсутствуют. Другие поисковые системы подобной функциональности пока не предоставляли.

Голосовой поиск

сентября 2010 года компания запустила голосовой поиск в России. Чтобы осуществить поиск, необходимо нажать в телефоне кнопку рядом со строкой поиска и произнести свой запрос, телефон отправит ваш голос на сервер, и браузер выдаст строку с распознанным вашим запросом и результатами поиска по нему.

1.2Яндекс

Поисковая система «Яндекс» является седьмой среди крупнейших поисковых сайтов мира по количеству обработанных поисковых запросов (2,413 млрд, статистика за ноябрь 2010 года).

Поисковая система Yandex.ru была официально анонсирована 23 сентября 1997 года, и первое время развивалась в рамках компании CompTek International. Как отдельная компания «Яндекс» образовался в 2000 году.

История

В 1988 году предприниматель и программист Аркадий Волож основал фирму CompTek, продававшую персональные компьютеры и занимавшуюся автоматизацией рабочих мест. Также Волож интересовался алгоритмами обработки данных, и его заинтересовала возможность написания приложения, которое могло бы осуществлять поиск информации в больших объёмах текста, учитывая морфологию языка. Совместно со специалистом по компьютерной лингвистике Аркадием Борковским он основал в 1989 году компанию «Аркадия». После 1990 года сотрудники «Аркадии» написали информационно-поисковые системы «Международная классификация изобретений» и «Классификатор товаров и услуг». В последующие три года они продавались НИИ и патентным организациям.

В 1993 году «Аркадию» присоединили к CompTek, в которую ранее пришёл школьный друг Воложа программист Илья Сегалович. В том же году была создана программа для поиска на жестком диске компьютера. Программу назвали «Yandex». Сотрудничая с Институтом проблем передачи информации, CompTek создала словарь с поиском, который учитывал морфологию русского языка. В 1994 году был создан «Библейский компьютерный справочник».

В 1995 году было принято решение об использовании поискового приложения для сети Интернет. Сначала оно работало с ограниченным числом ресурсов, а позже со всем русскоязычным сегментом Интернета.

2. Предыстория создания технологии

Сегодня можно наблюдать возрастающий интерес к стереоизображениям (3d- картинки, фотографии, фильмы). Особенно интерес возрос после выхода на экраны фильма «Аватар». Сегодня люди воспринимают стерео как диковинку, как технический прорыв в фото и киносъемках и воспроизведении. Однако стерео было известно еще за долго до создания обычного фотоаппарата.

Стереоизображение — это объемное изображение, сделанное из двух картинок. Эффект стерео сегодня проще всего увидеть в 3d-фильмах или в детских книжках.

Отцом стерео можно считать Евклида, который в 280 году до н. э. заметил, что восприятие глубины пространства и рельефность, достигается из-за того, что каждый глаз видит немного разные картинки одного и того же изображенного объекта. Затем подтвердил этот эффект в 1584 году Леонардо да Винчи, который посвятил особенностям зрительного восприятия несколько своих сочинений. Немецкий оптик Иоганн Кеплер в XVII веке — научно изложил основы стереоскопического восприятия человека в своих трудах.

Как только человечество изобрело фотоаппарат, практически сразу появилась и стереофотография, но популярной она тогда не стала. Популярность к стереофотографии пришла спустя почти сто лет после ее изобретения и стала довольно — таки популярным развлечением. Особенно пользовались популярностью аттракционы, которые использовали стереоэффект. Они представляли собой ящички, в которых показывали разнообразные картинки — от зарисовок путешественников, до эротических снимков.

В 1833 году Чарльз Уитстон представил миру зеркальный стереоскоп. Он позволял увидеть картинку в объеме при использовании картинок с небольшим смещением. Через 5 лет, 1838 году Чарльз показывает свое изобретение Королевскому научному обществу, используя в качестве картинок свои рисунки. В 1851 году Уинстон показывает миру через стереоскоп фотографии — это происходит на Всемирной выставке, проходившей в Лондоне.

Создание фотоаппарата и стереоскопа, а так же популярность стереоскопических аттракционов дали толчок развитию инженерной мысли: в 1849 году шотландским ученым Давидом Брюстером был создан первый фотоаппарат с двумя объективами, а уже в 1855 году Бернард во Франции создает для обычных однообъективных фотокамер зеркальную насадку для съемок стереопар. Примерно в это же время и фотографы и фоторепортеры начали интересоваться возможн

Технологии объемного изображения

У американского писателя-фантаста Рэя Брэдбери в доме будущего — телевизионные стены. Человек, попадая к себе домой, сразу становится персонажем какой-нибудь истории, иллюзия окружает его со всех сторон. Такие стены — дело недалекого будущего, технологии объемного изображения стремительно развиваются. Пока первенство принадлежит созданию объемных изображений на стене акриловыми красками, 3D обоям и наливным полам.

Технологии объемного изображения в живописи и графике

Секреты объемного изображения предметов на плоскости известны давно. Главное для художника — овладеть секретом светотени. Если правильно расположить предметы по отношению к источнику света и реалистично передать все нюансы соотношения тени и света, изображение получится объемным. Технологии объемного изображения в графике основаны на разных видах штриховки, в живописи — объем создается с помощью цветовых пятен. Правильным распределением тоновых переходов художнику удается получить реалистичные изображения, почти такие же четкие, как фотографии. Создавать более светлый и более темный тон в рамках одного цвета помогает техника лессировки: наложение полупрозрачного слоя (или нескольких) на основной цвет.

Советы по технологии создания объемных изображений в живописи и графике:

1. Изучите закономерности расположения светотени на предметах разной формы. Основных форм четыре: куб, конус, цилиндр и шар — у каждой формы свои особенности. Освоив расположение светотени на каждой из четырех фигур, можно в дальнейшем разбивать сложный рисунок на составляющие части, каждая из которых будет соотноситься по своим свойствам с одной из основных форм.
2. Свет и тень на картине зависят от расположения источника света. Экспериментируйте с разными углами освещения, изучайте расположение теней на реальных предметах.
3. Часть предмета, на который падает свет, рисуйте более светлой, остальную — темной.
4. Учитывайте, что светлые предметы кажутся зрителю ближе, чем темные.
5. Рисуйте натюрморты — лучшее практическое занятие по созданию объемного изображения на плоскости.

Современные художники в Королеве и других городах России не довольствуются традиционной технологией создания объемного изображения. Им мало того, что изображенный предмет выглядит объемным, нужно, чтобы он выглядел гиперреалистичным, и зритель не мог отличить реальный предмет от изображения. Такая иллюзия им полностью удается. Для ее создания порой используют технические приемы, которые не имеют ничего общего с рисунком: обрезают в нужном месте бумагу, покрывают рисунок специальными составами, используют оптические свойства различных структур, чтобы обмануть зрителя. Но основной прием: сочетание тени и света — все равно актуален.

Технологии объемного изображения в интерьере

Есть несколько способов получить трехмерное изображение на своей стене:

1. Заказать художественную роспись с эффектом 3D объема.
2. Заказать и наклеить 3D обои.
3. Заказать 3D панели.

Художественная роспись на стенах — стильный и красивый вид украшения интерьера. Как правило, он выполняется акриловыми красками с помощью аэрографа по составленному заранее эскизу. Современные краски экологичны и быстро сохнут. Кроме того, художники используют специальные добавки, которые позволяют добиться от красок различных художественных эффектов (в том числе эффекта объема).

Другой вариант получения трехмерного изображения — покупка 3D обоев. Здесь возможны самые разные варианты и сюжеты. Большая часть работы дизайнера и художника уже сделана — остается наклеить обои на стену. Существуют такие разновидности 3D обоев как флуоресцентные (требуют установки специальной лампы) и светодиодные (монтируются вместе со светодиодной системой). К недостаткам 3D обоев можно отнести высокую пока стоимость и невозможность сделать подобные стены в маленькой комнате, так как с небольшого расстояния эффект 3D исчезает.

Еще один вариант получить объемный рисунок в комнате — 3D панели. Преимущества 3D панелей в комнате:

• можно самому выбрать любой рисунок — пожелания клиента ничем не ограничены;
• можно с помощью разных панелей создать в большой комнате функциональные зоны;
• стены не требуют тщательной подготовки;
• панели монтируются быстро, снимаются (при желании) тоже быстро и не требуют особого ухода.

Особенности создания трехмерного изображения на полу

Наливные полы — это та же фотопечать 3D, только выполненная на полу. Этапы создания наливных полов:

1. Подготовка пола. Подготовительный этап довольно сложный. Пол тщательно очищают и выравнивают несколькими слоями грунтовки.
2. Нанесение базового слоя. Полимерная масса самопроизвольно растекается по высохшей грунтовке, выравнивается и застывает. Отсюда и название — наливной пол.
3. Нанесение изображения на подготовленную основу.
4. Покрытие полиуретановым лаком.

В заливке полов очень важно соблюдение технологии создания трехмерного изображения. Чем «глубже» изображение, тем больше слоев требуется нанести на пол. Для создания эффектного объема приходится наносить несколько слоев полимерного состава на основе эпоксидных смол.

3D изображения на зеркалах и мебели

3D изображение на стенах и на полу пока остается дорогостоящим вариантом, но современные технологии объемного изображения позволяют получить рисунок с таким эффектом и на мебели, и на межкомнатной двери, и на зеркале — на любом, по сути, предмете интерьера, имеющем плоскую поверхность. Современная технология фотопечати позволяет нанести на мебельный фасад любое изображение любого размера с любым эффектом. Усовершенствование компьютерной графики привело к неограниченным возможностям декорирования своего дома и создания для него самых разных иллюзий. И все же одним из лучших способов украшения дома остается украшение стены самобытным и красочным живописным полотном.

Объемные изображения

Обзор доступных техник и технологий

Если от этой чехарды палочек и звездочек у вас просто рябит в глазах — расслабьтесь. С некоторой вероятностью вы увидите, что вертикальные палочки и звездочки парят над экраном или хотя бы одни из них (палочки или звездочки) парят над другими. Опыт рассматривания «чудесных картинок» очень поможет в этом деле. А если опыта нет — тренируйтесь. Нужно заставить глаза смотреть за плоскость (или перед ней) так, чтобы левый и правый глаза «скосились» и на одном и том же воспринимаемом ими месте видели на самом деле разные (по действительному расположению в пространстве) элементы. То есть если первый столбец для левого глаза будет восприниматься на том же месте, что и второй (третий и т. д. или наоборот) для правого, вы, скорее всего, увидите то, чего нет. Склонные к созерцанию могут заметить подобный эффект необычного объема на длинных панельных многоэтажках или сидениях стадионов.

Тем, кто хочет узнать об объемном видении, можно читать дальше. Никакой магии, видение в смысле видения глазами (обычными и даже в очках).

Восприятие объемных предметов основано на том, что у нас два глаза и наш мозг «привык» сводить данные с двух «видеокамер» в одну картинку, учитывающую то, что предметы видятся несколько под разными углами и потому сами картинки чуть отличаются.

Простейшую объемную фотографию сделать просто. Снимите одно и то же два раза, глядя на объект через видоискатель сначала правым глазом, а затем левым. Соблюдайте следующие правила:
предмет съемки должен находится там, где мы обычно видим предметы объемными (грубо говоря маленькие предметы на маленьком расстоянии, большие на большем, но даже горы с 1 км объемными не увидишь, к примеру, человека лучше снимать с 3-5 метров),
смещение камеры должно быть близким к расстоянию между глазами (а вот для съемки гор базу можно и увеличить, вот только на стереопаре горы будут «уменьшены»),
ваше смещение относительно предмета должно строго соответствовать линии между зрачками ваших глаз при разглядывании предмета и его готового стереоснимка (грубо говоря, вдоль горизонтали, если вы ровно стоите или сидите, а не лежите на боку).

После сделайте пару фотографий и расположите их рядом. (Как приведенные выше снимки фотокамеры.) Левый глаз и камера, снимавшая левый вид, почти не видит фонарь подсветки фокусировки, а правый глаз и его камера видят. Так же правый вид воспринимается более коротким. В таких искажениях и деталях и кроется стереоэффект. Натренированные глаза без особого труда метров с 2 совместят два снимка в один и, не обращая внимания на боковые виды, в центре увидят объемную камеру Canon 300D. (Фотографию вверху лучше уменьшить, чтобы не отходить от монитора и разглядывать, поместив между видами перегородку из непрозрачного материала, можно взять и стереоочки из комплекта цифровых камер Pentax).

Подобная техника широко используется в различных приложениях. К примеру, по двум снимкам одного и того же горного склона, сделанным с интервалом в год, и «сведенным» глазами в одно изображение можно заметить те участки склона, которые за это время сместились, они выпадут из «плоской» картинки в глубину или будут «мешать» сведению видов в один.

Хороший обзор эффектов объемного видения можно найти на сайте http://leonids.ru/. В приведенных там отрывках из книги Я.И. Перельмана есть и упоминание о таком интересном способе создания иллюзии объема, как быстрое чередование картинки для левого и правого глаза. Смотрите, что получилось:

Наиболее простой способ (для восприятия зрителей) создания искусственного стереоэффекта — подача изображений каждому глазу отдельно. Можно это делать с помощью маленьких очков-телекамер, применения пар поляризационных фильтров (как в кинотеатрах). Но технологически проще техника Анаглифии. О том, что это такое . Из обычной стереопары нужно сделать такую пару, чтобы через цветные очки (разные цвета фильтров для разных глаз) каждый глаз видел только предназначенное ему изображение. Предположим, что левый снимок должен видеть только левый глаз и светофильтр на левом глазу красный (а на правом сине-зеленый). Красный светофильтр пропускает красные лучи, а дополнительные к красному цвета видятся «черными». Поэтому синее или зеленое изображение будет восприниматься как обычная фотография. А вот изображение «нарисованное красным цветом» через красный фильтр будет неконтрастным-невидимым, ведь красное и белое видятся через красный фильтр «белым» и «темных» деталей там нет. Аналогично и для правого глаза с синим или зеленым фильтром видимое изображение будет красным, а невидимое, «нарисованным» синим или зеленым цветом. В photoshop сделать такие изображения просто. В левой картинке (ее рассматриваем через красный фильтр) удалим зеленый и синий каналы так, чтобы они стали «белыми», то есть зальем их белой краской или сотрем белым ластиком. А в правой (ее рассматриваем через сине-зеленый фильтр) удалим (заменим на белый) красный канал (и через красный фильтр левого глаза картинка станет невидимой — в красном канале все бело, а два других цвета через красный фильтр не проходят). Получим цветную пару:

Сведем каналы в одно изображение. Для этого можно перетянуть недостающие каналы из одного изображения в другое, либо наложить картинку на картинку новым слоем с половинной прозрачностью для верхнего слоя. Затем сведем слои и настроим уровни (контраст и яркость). Если исходные снимки были цветными, то цветным останется и конечное изображение. Это настоящая анаглифная фотография.

Применять красный, зеленый или голубой фильтры не обязательно. Необходимо только понимать, что для корректного восприятия анаглифной фотографии изображения для левого и правого глаза должны быть близкими по контрасту. Если же мы возьмем в качестве фильтров желтый и пурпурный, то стерео эффект будет слабым, а сам снимок, не содержащий части сине-зеленого спектра будет окрашен.

Поэтому лучше выбирать фильтры «противоположенные» по цветовому кругу красный-голубой, пурпурный-зеленый. Но можно взять и пурпурный-голубой. А вот комбинации с желтым лучше не пробовать.

Для получения объемного эффекта не обязательно иметь стереопару. К примеру, на приведенной ниже анаглифной фотографии просто немного сдвинут красный канал вправо. Если смотреть на нее через цветные очки, то фотоаппарат будет «висеть» над дисплеем или за ним, в зависимости от того, как вы оденете очки (красный на левом, синий на правом или наоборот).

Еще большего правдоподобия можно добиться, если сдвинуть один из каналов тем сильнее, чем дальше предмет на снимке.Это настоящая стереопара.
А это искусственная анаглифная фотография. Москва 5 без сдвига, у чайника сдвиг больше, а у бутылки максимальный.

Еще одним способом разделить изображение на два отдельных для левого и правого глаза является растровая стереофотография. Сейчас при некоторых затратах на ПО и растр можно сделать неплохие стереофотографии на растровой подложке обычным струйным принтером. Подробнее .

А теперь вернемся к тому, с чего начали. Обману. Если на изображении есть устойчивая структура с некоторым горизонтальным шагом, то левый и правый глаз могут видеть ее несколькими способами. Как есть или со сдвигом и совмещением «узловых» точек на шаг (два). При этом если структура не одна и есть несколько наборов «решеток» с отличающимся шагом, то при их совмещении со сдвигом (когда на месте одного узла для одного глаза другой глаз видит соседний узел) будет казаться, что структуры-решетки разведены в глубину. Подробное обсуждение темы можно посмотреть , оттуда же и картинка, приведенная далее с плавающими в пространстве крестиками, звездами и точками.

Чуть усложнив схему, введя «непрерывный» узор с некоторым горизонтальным шагом и промодулировав шаг для одинаковых точек соседних полос глубиной картинки, можно создать и настоящие 3D стереограммы. Они конечно не цветные.

Одна из первых статей на русском по этой теме . Взять бесплатно программу для создания 3D картинок можно . Чтобы сделать объемное «невидимое» изображение нужен узор (программа его предоставляет) и карта глубины. Ниже приведена карта глубины биплана. В старых версиях (Surface 3D 1.16) программы был модуль 3DModel-OpenGL, позволяющий конвертировать скелетные модели 3D-Max (и других подобных программ) в карту глубины. Так что можно поискать старые версии программы в интернете. А вот для новой версии Surface 3D 2 карты глубины придется делать в ручную (в программе есть редактор и набор примитивов геометрических фигур и шрифтов).Это карта глубины. Яркость пропорциональна удалению от наблюдателя.
А это промодулированный картой глубины регулярный «шум». В новой версии программы для помощи новичкам в «поиске» скрытого изображения в картинку можно внедрить метки (к примеру, два кружочка). «Правильное» положение глаз то, при котором метки совмещены. Как видно узор повторяется. В этом и секрет. Но в соседних полосах «одинаковые» точки смещены горизонтально относительно друг друга пропорционально яркости модулирующей их точки реального изображения из карты глубины.
А это стереограмма яблока, выполненная в старой версии программы.

Еще про стереофотографию можно почитать и .

По материалам семинара в салоне Компьютер для любителей фото