Jak powstaje trójwymiarowy obraz? Przewodnik 3D-maniaka (cz.I)

Po wielkich ekranach LCD i plazmowych, które trafiły do domów telewidzów na całym świecie, przyszedł czas na kolejny krok w ewolucji telewizji. Jest nim obraz 3D, który przeniesie widza w kolejny wymiar dodając obrazowi głębi obcej obrazom dwuwymiarowym.

Obraz trójwymiarowy to nie nowość, mogliśmy go oglądać w wybranych kinach już dziesiątki lat temu, lecz dzięki cyfrowym nośnikom danych i rozwoju technologii wrażenia z sali kinowej będziemy mogli przenieść do własnych domów. Zagadnienia 3D dotyczą zarówno sprzętu komputerowego (monitory, notebooki, karty graficzne, gry) jak i elektroniki użytkowej (telewizory, Blu-ray, telewizja 3D). Postanowiliśmy po kolei przyjrzeć się tym segmentom, dzięki czemu mamy nadzieję stworzyć kompletny przewodnik po świecie rozwiązań 3D. W pierwszej części przybliżamy zasady tworzenia obrazów trójwymiarowych.

Efekt trójwymiarowy uzyskiwany jest dzięki stereoskopii, jednej z najstarszych technik obrazowania pozwalającej oddać wrażenie normalnego widzenia przestrzennego. Odwzorowane są tutaj zarówno odległości od obserwatora, głębia sceny oraz przestrzenne ułożenie poszczególnych elementów obrazowanego obiektu lub obiektów.

Zanim przejdziemy do omówienia obecnych na rynku produktów 3D w prostych słowach postaramy się wytłumaczyć metody uzyskiwania trójwymiarowego obrazu. To ważne, bo producenci nie zdecydowali się na jedno rozwiązanie. Warto więc poznać wady i zalety poszczególnych technologii.

Jak uzyskać obraz 3D

Jak powstaje obraz 3D - od rejestracji do pojawienia się na domowym ekranieStereoskopia tak naprawdę nie tworzy rzeczywistego trójwymiarowego obiektu tak jak holografia, ale po porostu oszukuje ludzki mózg, bazując na sposobie widzenia świata przez człowieka.

Nasze oczy rejestrują bowiem na siatkówce dwa płaskie obrazy - tak jak robi to każdy aparat fotograficzny na kliszy lub matrycy CCD/CMOS. Oba obrazy są jednak względem siebie lekko przesunięte. Związane jest to z nieco innym kątem patrzenia na dany obiekt przez lewe i prawe oko. To właśnie te drobne różnice niosą informację o trzecim wymiarze, które interpretuje nasz mózg, przetwarzając dwa płaskie obrazy w obraz przestrzenny. Wystarczy teraz dostarczyć dwa obrazy widziane z perspektywy lewego i prawego oka, aby ludzki mózg zinterpretował ten widok jako przestrzenny.

Takich dwuobiektywowych kamer Panasonica używał Cameron podczas kręcenia megahitu kinowego Avatar.Najstarszym i najprostszym sposobem przedstawiania obrazów stereoskopowych było łączenie dwóch rysunków lub zdjęć zrobionych w tzw. stereopary (oba są bardzo podobne, ale różnią się nieco kątem widzenia obiektów) i oglądanie ich przez stereoskop.

Pierwszy stereoskop tzw. model Wheatstone'a powstał w latach czterdziestych XIX w., a najbardziej rozpowszechniony model Holmesa skonstruowany został w roku 1861. Do robienia zdjęć stereoskopowych powstało też wiele konstrukcji aparatów fotograficznych. Trzeba w tym miejscu dodać, że istnieje też możliwość oglądania stereopar bez użycia stereoskopu - należy tylko odpowiednio ustawić wówczas oczy w zezie zbieżnym tak, aby każde oko było skierowane na odpowiedni obraz stereopary (są one zamienione wówczas miejscami). Wymaga to jednak treningu i nie każda osoba jest w stanie tego dokonać, nie mówiąc o tym, że takie częste zezowanie nie jest też obojętne dla wzroku.

Dobrze znane okulary

Prototypowy telewizor laserowy 3D opracowany przez amerykańską firmę HDI. Jakość obrazu ma przewyższać tę znaną z trójwymiarowych telewizorów LCD i PDP.Najbardziej popularną metodą stereoskopową wykorzystywaną również w komputerowym, przetwarzaniu obrazu jest metoda anaglifowa. Anaglif to po prostu rysunek fotografia lub film dający złudzenie trójwymiarowości podczas ich oglądania przy użyciu specjalnych okularów, w których jedno szkło jest czerwone, drugie niebieskie lub turkusowe.

Sporządzenie anaglifów polega na nałożeniu na siebie dwóch zdjęć, wykonanych z lekkim poziomym przesunięciem odpowiadającym obrazom dla lewego i prawego oka oraz ich jednoczesnym zabarwieniu na kolor czerwony i niebieski. Przy oglądaniu przez okulary o tak samo zabarwionych szkłach następuje separacja obrazów i pojawia się efekt przestrzenny przy nieco zubożonej kolorystyce.

Nowoczesne komputery potrafią takie stereoskopowe, anaglifowe obrazy generować w czasie rzeczywistym. Wystarczy odpowiednie algorytmy przesuwające obraz i dodające dominantę czerwona lub niebieską zaimplementować w komputerowej grze. W ten sposób można też przerobić dowolne cyfrowe zdjęcie.

Metodę anaglifową wykorzystuje się też w poligrafii. Przygotowane odpowiednio zdjęcie czy obrazek można bez problemu wydrukować, a do książki dodać niebiesko-czerwone foliowe okulary, aby móc oglądać zamieszone w niej obrazki w trójwymiarze.