Автостереограмма - Autostereogram

Автостереограмма со случайными точками кодирует трехмерную сцену с акулой, которую можно «увидеть» при правильном техника просмотра (Стереограмма parallel.png). Нажмите на миниатюру, чтобы увидеть изображение в полный размер.
Согласовано вершина и размещение. Как обычно рассматривают предметы.[1]
Косоглазая вергенция (Стереограмма cross-eyed.png ).[1] Стрелка указывает на размещение.
Стеноглазая («параллельная») конвергенция (Стереограмма parallel.png ).[1]
На верхнем и нижнем изображениях образуются вмятины или выступы в зависимости от того, просматривается ли изображение в поперечном направлении. (Стереограмма cross-eyed.png ) или стена- (Стереограмма parallel.png ) глазастая вергенция.

An автостереограмма это одно изображение стереограмма (SIS), предназначенный для создания визуальная иллюзия трех-размерный (3D ) сцена из двумерный изображение. Чтобы понимать 3D-формы на этих автостереограммах, необходимо преодолеть обычно автоматическое согласование между проживание (фокус) и по горизонтали вершина (угол зрения). Иллюзия - одна из восприятие глубины и включает стереопсис: восприятие глубины, возникающее с разных точек зрения каждого глаза на трехмерную сцену, называемую бинокулярной параллакс.

Самый простой тип автостереограммы состоит из горизонтально повторяющихся паттернов (часто отдельных изображений) и известен как обои автостереограмма. При просмотре с правильной конвергенцией повторяющиеся узоры кажутся плавающими над или под фоном. Известный Волшебный глаз в книгах есть еще один тип автостереограммы, называемый автостереограмма со случайными точками. Одна из таких автостереограмм показана наверху справа. На автостереограмме этого типа каждый пиксель на изображении вычисляется из полосы рисунка и карта глубины. Скрытая трехмерная сцена появляется, когда изображение просматривается с правильной конвергенцией.

Автостереограммы похожи на обычные стереограммы, за исключением того, что они просматриваются без стереоскоп. Стереоскоп представляет двумерные изображения одного и того же объекта под немного разными углами для левого и правого глаза, что позволяет нам реконструировать исходный объект с помощью бинокулярное неравенство. При просмотре с правильной вергентностью автостереограмма делает то же самое, с бинокулярным несоответствием, существующим в соседних частях повторяющихся 2D-изображений.

Автостереограмму можно просмотреть двумя способами: пристальный и косоглазый.[а] Большинство автостереограмм (включая те, что представлены в этой статье) предназначены для просмотра только одним способом, который обычно смотрит в глаза. Взгляд со стороны стены требует, чтобы оба глаза приняли относительно параллельно угол, в то время как косоглазый просмотр требует относительно сходящийся угол. Изображение, предназначенное для просмотра в стену, при правильном просмотре будет казаться выскакивающим из фона, в то время как при просмотре косыми глазами оно вместо этого будет отображаться как вырез за фоном, и его может быть трудно полностью сфокусировать.[b]

История

В 1838 году британский ученый Чарльз Уитстон опубликовал объяснение стереопсис (бинокулярное восприятие глубины), возникающее из-за различий в горизонтальном положении изображений в двух глазах. Он поддержал свое объяснение, показав картинки с такими горизонтальными различиями, стереограммы, отдельно в левый и правый глаз через стереоскоп он изобрел на основе зеркала. Когда люди смотрели на эти плоские двухмерные изображения, они испытывали иллюзию трехмерной глубины.[2][3]

Между 1849 и 1850 гг. Дэвид Брюстер, шотландский ученый, усовершенствовал стереоскоп Уитстона, используя линзы вместо зеркал, тем самым уменьшая габариты устройства.[4]

Брюстер также обнаружил «эффект обоев». Он заметил, что наблюдение за повторяющимися узорами на обоях может обмануть мозг и заставить их сопоставить пары, исходящие от одного и того же виртуального объекта на виртуальной плоскости за стенами. Это основа «автостереограмм» в стиле обоев (также известных как стереограммы с одним изображением).[2]

В 1851 г. Дав описал «косоглазие как стереоскоп» со стандартной парой стереоскопических изображений.[5]

В 1939 году Борис Компанейский[6] опубликовала первую случайную точечную стереограмму, содержащую изображение лица Венеры,[7] предназначен для просмотра с помощью устройства.

В 1959 г. Бела Джулес,[8][9] ученый-видение, психолог и MacArthur Fellow, изобрел стереограмму со случайными точками, работая в Bell Laboratories над распознаванием замаскированных объектов по аэрофотоснимкам, сделанным самолетами-шпионами. В то время многие исследователи зрения все еще считали, что восприятие глубины произошло в самом глазу, тогда как теперь известно, что это сложный неврологический процесс. Джулес использовал компьютер для создания стереопары изображений с произвольными точками, которые при просмотре под стереоскопом заставляли мозг видеть трехмерные формы. Это доказало, что восприятие глубины - это неврологический процесс.[10][11]

Японский дизайнер Масаюки Ито вслед за Джулесом создал стереограмму единого изображения в 1970 году, а швейцарский художник Альфонс Шиллинг в 1974 г. создал стереограмму с одним изображением вручную,[7] после создания более одного зрителя и встречи с Джулесом.[12] Имея опыт стереоизображения в голография, линзовидная фотография, и вектография, он разработал метод случайных точек, основанный на параллаксе близко расположенных вертикальных линий.[13]

В 1979 г. Кристофер Тайлер из Институт Смита-Кеттлвелла, ученица Юлеша и наглядный психофизик, объединил теории, лежащие в основе стереограмм обоев с одним изображением и стереограмм со случайными точками (работа Джулеса и Шиллинга), чтобы создать первую черно-белую «автостереограмму со случайными точками» (также известную как стереограмма с одним изображением и случайными точками) с помощью программиста Морин Кларк, используя Яблоко II и БАЗОВЫЙ.[14] Сторк и Рокка опубликовали первую научную статью и предоставили программное обеспечение для создания стереограмм с автослучайными точками.[15] Этот тип автостереограммы позволяет человеку видеть трехмерные формы из одного двухмерного изображения без помощи оптического оборудования.[16][17] В 1991 году компьютерный программист Том Баччеи и художник Чери Смит создали первые цветные автостереограммы со случайными точками, которые позже были проданы как Волшебный глаз.[18]

Компьютерная процедура, которая извлекает скрытую геометрию из изображения автостереограммы, была описана Рон Киммел.[19]В дополнение к классическому стереозвуку он добавляет плавности, что является важным условием реконструкции поверхности.

Как они работают

Простые обои

Это пример обоев с повторяющимся горизонтальным рисунком. Каждый шаблон повторяется ровно каждые 140 пикселей. Иллюзию картинки, лежащей на плоской поверхности (плоскости) дальше назад, создает мозг. С другой стороны, неповторяющиеся узоры, такие как стрелки и слова, появляются на плоскости, где находится этот текст.

Стереопсис, или стереозрение, представляет собой визуальное смешение двух похожих, но не идентичных изображений в один, в результате визуальное восприятие из солидность и глубина.[20][21] В человеческом мозге стереопсис является результатом сложных механизмов, которые формируют трехмерное впечатление, сопоставляя каждую точку (или набор точек) в поле зрения одного глаза с эквивалентной точкой (или набором точек) в поле зрения другого глаза. С помощью бинокулярное неравенство, мозг получает положение точек в непостижимой иначе z-ось (глубина).

Когда в мозгу появляется повторяющийся узор, например обои на стену, ему трудно точно сопоставить взгляды двух глаз. Глядя на по горизонтали повторяющийся узор, но сводя два глаза в точку позади узора, можно обманом заставить мозг сопоставить один элемент узора, видимый левым глазом, с другим (похожим на вид) элементом, кроме первого, как видно правым глазом. С типичным пристальный взгляд, это создает иллюзию плоскости с таким же узором, но расположенной за настоящей стеной. Расстояние, на котором эта плоскость находится за стеной, зависит только от расстояния между идентичными элементами.[22]

Автостереограммы используют эту зависимость глубины от расстояния для создания трехмерных изображений. Если на некоторой области изображения узор повторяется на меньших расстояниях, эта область будет казаться ближе, чем плоскость фона. Если расстояние повторов больше в какой-то области, тогда эта область будет казаться более удаленной (как дыра в плоскости).

Эта автостереограмма отображает образцы на трех разных плоскостях, повторяя образцы с разным интервалом. (Стереограмма parallel.png)

Людям, которые никогда не могли воспринимать трехмерные формы, скрытые в автостереограмме, трудно понять такие замечания, как «трехмерное изображение просто выскочит из фона, если вы достаточно долго смотрите на него» или «трехмерные объекты просто вылезет из фона ". Это помогает проиллюстрировать, как трехмерные изображения «выходят» из фона с точки зрения второго зрителя. Если бы виртуальные трехмерные объекты, реконструированные мозгом зрителя автостереограммы, были реальными объектами, второй наблюдатель, наблюдающий за сценой сбоку, увидел бы эти объекты, плавающие в воздухе над фоновым изображением.

Трехмерные эффекты на автостереограмме в качестве примера создаются путем повторения значков всадника на тигре каждые 140. пиксели на фоновой плоскости значки всадника-акулы каждые 130 пикселей на второй плоскости и значки тигра каждые 120 пикселей на самой высокой плоскости. Чем ближе набор иконок упакован по горизонтали, тем выше они приподняты над плоскостью фона. Это расстояние повторения называется глубиной или z- значение оси определенного паттерна на автостереограмме. Значение глубины также известно как Z-буфер ценить.

На этом рисунке показано, как трехмерные формы автостереограммы «выходят» из плоскости фона, когда автостереограмма просматривается с правильным расхождением глаз.
Глубина или zЗначения -axis пропорциональны смещению пикселей на автостереограмме.

Мозг способен почти мгновенно сопоставлять сотни шаблонов, повторяющихся с разными интервалами, чтобы воссоздать правильную информацию о глубине для каждого шаблона. Автостереограмма может содержать около 50 тигров разного размера, повторяющихся с разными интервалами на сложном повторяющемся фоне. Тем не менее, несмотря на кажущееся хаотичное расположение узоров, мозг может разместить каждую иконку тигра на должной глубине.[нейтралитет является оспаривается]

Мозг может разместить каждую иконку тигра на соответствующей плоскости глубины. (Стереограмма parallel.png)
Это изображение показывает, как автостереограмма воспринимается зрителем.

Карты глубины

Пример автостереограммы карты глубины: узоры на этой автостереограмме появляются на разной глубине в каждой строке.
Пример автостереограммы в оттенках серого на карте глубины: черный, серый и белый цвета на заднем плане представляют карту глубины, показывающую изменения глубины по строке.
Образец изображения

Автостереограммы, на которых узоры в определенном ряду повторяются по горизонтали с одинаковым интервалом, можно читать как косыми, так и косоглазыми. В таких автостереограммах оба типа чтения будут давать одинаковую интерпретацию глубины, за исключением того, что чтение с косыми глазами меняет глубину на противоположную (изображения, которые когда-то выскакивали, теперь вставляются).

Однако значки в ряд не обязательно располагать с одинаковыми интервалами. Автостереограмма с различными интервалами между значками в строке представляет эти значки для зрителя на разных уровнях глубины. Глубина для каждого значка рассчитывается по расстоянию между ним и его соседом слева. Эти типы автостереограмм предназначены для считывания только одним способом: косоглазием или косоглазием. Все автостереограммы в этой статье закодированы для просмотра со стороны, если специально не указано иное. Автостереограмма, закодированная для просмотра «глазами в стену», будет давать обратные модели при просмотре «косыми глазами», и наоборот.[b] Большинство изображений Magic Eye также рассчитаны на просмотр глазами в стену.

Пример автостереограммы справа на карте глубины с ограниченными глазами кодирует 3 плоскости поперек Икс-ось. Фоновая плоскость находится в левой части изображения. Самая высокая плоскость показана в правой части рисунка. Посередине узкой средней плоскости находится Икс-ось. Начиная с фоновой плоскости, где значки расположены на расстоянии 140 пикселей, можно поднять конкретный значок, сдвинув его на определенное количество пикселей влево. Например, средняя плоскость создается путем смещения значка на 10 пикселей влево, фактически создавая интервал, состоящий из 130 пикселей. Мозг не полагается на понятные значки, которые представляют объекты или концепции. На этой автостереограмме узоры становятся все меньше и меньше по y-оси, пока они не станут похожими на случайные точки. Мозг все еще может сопоставить эти случайные точечные узоры.

Отношение расстояния между любым пикселем и его копией в эквивалентном шаблоне слева может быть выражено в виде карта глубины. Карта глубины - это просто оттенки серого изображение, которое представляет расстояние между пикселем и его левым аналогом с использованием значения оттенков серого между черным и белым.[17] По традиции, чем ближе расстояние, тем ярче становится цвет.

Используя это соглашение, оттенки серого карта глубины для примера автостереограмма может быть создана с черным, серым и белым, представляющими сдвиги на 0 пикселей, 10 пикселей и 20 пикселей, соответственно, как показано на примере автостереограммы в оттенках серого. Карта глубины является ключом к созданию автостереограмм со случайными точками.

Случайная точка

Смотрите также: Случайная точечная стереограмма
Карта глубины
Шаблон

Компьютерная программа может использовать карту глубины и сопутствующее изображение образца для создания автостереограммы. Программа разбивает изображение узора по горизонтали, чтобы покрыть область, размер которой совпадает с картой глубины. По сути, в каждом пикселе выходного изображения программа ищет значение оттенков серого эквивалентного пикселя в изображении карты глубины и использует это значение для определения величины горизонтального сдвига, необходимого для пикселя.

Один из способов добиться этого - заставить программу сканировать каждую строку выходного изображения попиксельно слева направо. Он заполняет первую серию пикселей в ряду из изображения шаблона. Затем он обращается к карте глубины, чтобы получить соответствующие значения сдвига для последующих пикселей. Для каждого пикселя он вычитает сдвиг из ширины изображения шаблона, чтобы получить интервал повторения. Он использует этот интервал повторения для поиска цвета соответствующего пикселя слева и использует его цвет в качестве собственного цвета нового пикселя.[22]

На этой автостереограмме на разных плоскостях глубины появляются три выпуклых прямоугольника. (Стереограмма parallel.png)
Каждый пиксель автостереограммы подчиняется интервалу расстояний, указанному картой глубины.

В отличие от простых плоскостей глубины, созданных простыми автостереограммами обоев, тонкие изменения интервала, заданные картой глубины, могут создать иллюзию плавности. градиенты на расстоянии. Это возможно, потому что карта глубины в градациях серого позволяет размещать отдельные пиксели на одном из двухп плоскости глубины, где п - количество битов, используемых каждым пикселем на карте глубины. На практике общее количество плоскостей глубины определяется количеством пикселей, используемых для ширины изображения шаблона. Каждое значение градаций серого необходимо преобразовать в пиксельное пространство, чтобы сместить пиксели в окончательной автостереограмме. В результате количество плоскостей глубины должно быть меньше ширины рисунка.

На этой автостереограмме со случайными точками изображена приподнятая акула с мелким градиентом на плоском фоне. (Стереограмма parallel.png)
Откровение акулы.

Точно настроенный градиент требует более сложного изображения узора, чем стандартные обои с повторяющимся узором, поэтому обычно используется узор, состоящий из повторяющихся случайных точек. Когда автостереограмма просматривается при правильной технике просмотра, появляется скрытая трехмерная сцена. Автостереограммы этой формы известны как автостереограммы со случайными точками.

Плавные градиенты также могут быть достигнуты с помощью понятного рисунка, предполагая, что рисунок достаточно сложен и не имеет больших, горизонтальных, монотонных пятен. Большой участок окрашен в монотонный цвет без изменения оттенок и яркость не поддается смещению пикселей, так как результат смещения по горизонтали идентичен исходному патчу. Следующее карта глубины изображение акулы с плавным градиентом создает идеально читаемую автостереограмму, даже если 2D-изображение содержит небольшие монотонные области; мозг способен распознавать эти небольшие пробелы и заполнять пробелы (иллюзорные контуры ). Хотя вместо случайных точек используются понятные повторяющиеся узоры, этот тип автостереограммы все еще известен многими как автостереограмма со случайными точками, поскольку она создается с использованием того же процесса.

Фигура акулы на этой карте глубины нарисована плавным градиентом.
Трехмерная акула на этой автостереограмме со случайными точками имеет гладкую круглую форму благодаря использованию карты глубины с плавным градиентом. (Стереограмма parallel.png)

Анимированные

Анимированная автостереограмма. (Стереограмма parallel.png) Щелкните здесь, чтобы увидеть версию 800 × 400

Когда серии автостереограмм отображаются одна за другой, таким же образом движущиеся картинки показаны, мозг воспринимает анимированный автостереограмма. Если все автостереограммы в анимации созданы с использованием одного и того же фонового рисунка, часто можно увидеть слабые очертания частей движущегося трехмерного объекта на изображении двухмерной автостереограммы, не глядя в глаза; постоянно смещающиеся пиксели движущегося объекта можно четко отличить от плоскости статического фона. Чтобы устранить этот побочный эффект, в анимированных автостереограммах часто используется смещающийся фон, чтобы замаскировать движущиеся части.

Когда обычный повторяющийся узор просматривается на ЭЛТ-монитор как если бы это была автостереограмма обоев, обычно можно увидеть рябь по глубине. Это также можно увидеть на фоне статической автостереограммы со случайными точками. Это вызвано боковыми сдвигами изображения из-за небольших изменений в чувствительности к отклонению (линейности) строчной развертки, которые затем интерпретируются как глубина. Этот эффект особенно заметен на левом краю экрана, где скорость сканирования все еще стабилизируется после фазы обратного хода. На ЖК-экран TFT, который функционирует иначе, этого не происходит и эффекта нет. ЭЛТ-дисплеи более высокого качества также имеют лучшую линейность и демонстрируют меньший или нулевой эффект.

Механизмы просмотра

Смотрите также: Стереоскопия § Визуальные требования

Существует множество советов о том, как увидеть предполагаемое трехмерное изображение на автостереограмме. В то время как некоторые люди могут быстро увидеть трехмерное изображение на автостереограмме с небольшими усилиями, другие должны научиться тренировать свои глаза, чтобы отделить конвергенцию глаза от фокусировки линзы.

Не каждый человек может увидеть 3D иллюзия в автостереограммах. Поскольку автостереограммы строятся на основе стереозрение, люди с различными нарушениями зрения, даже с поражением только одного глаза, не могут видеть трехмерные изображения.[нужна цитата ]

Люди с амблиопия (также известный как ленивый глаз) не могут видеть трехмерные изображения. Дети с плохим или дисфункциональным зрением в критический период детства могут вырасти. стереозвук, поскольку в критический период их мозг не стимулируется стереоизображениями. Если такую ​​проблему со зрением не исправить в раннем детстве, повреждение становится необратимым, и взрослый никогда не сможет увидеть автостереограммы.[2][c] По оценкам, от 1 до 5 процентов населения страдает амблиопией.[24]

3D восприятие

Восприятие глубины результат многих монокулярных и бинокулярных визуальных подсказок. Для объектов, расположенных относительно близко к глазам, бинокулярное зрение играет важную роль в глубинном восприятии. Бинокулярное зрение позволяет мозгу создавать единую Циклопическое изображение и прикрепить уровень глубины к каждой его точке.[10]

Два глаза сходятся на объекте внимания.
Мозг создает циклопическое изображение из двух изображений, полученных двумя глазами.
Мозг дает каждой точке циклопического изображения значение глубины, представленное здесь картой глубины в градациях серого.

Мозг использует сдвиг координат (также известный как параллакс) совпадающих объектов для определения глубины этих объектов.[22] Уровень глубины каждой точки в комбинированном изображении может быть представлен пикселем в градациях серого на 2D-изображении для удобства читателя. Чем ближе точка к мозгу, тем ярче она окрашена. Таким образом, мозг воспринимает глубину с помощью бинокулярное зрение может быть захвачен картой глубины (циклопическим изображением), нарисованной на основе сдвига координат.

Глаз регулирует свою внутреннюю линзу, чтобы получить четкое сфокусированное изображение.
Два глаза сходятся, чтобы указать на один и тот же объект

Глаз работает как фотоаппарат. Имеет регулируемый Ирис который может открываться (или закрываться), чтобы пропускать больше (или меньше) света в глаз. Как и с любой камерой кроме камеры-обскуры, это необходимо фокус световые лучи проходят через радужную оболочку (апертуру камеры), так что они фокусируются на одной точке сетчатки, чтобы получить резкое изображение. Глаз достигает этой цели, регулируя линзу за роговицей, чтобы должным образом преломлять свет.

Когда человек смотрит на объект, два глазных яблока вращаются в сторону, указывая на объект, так что объект появляется в центре изображения, сформированного на сетчатке каждого глаза. Чтобы посмотреть на ближайший объект, два глазных яблока вращаются навстречу друг другу, чтобы их зрение могло сходиться на объекте. Это называется косоглазый просмотр. Чтобы увидеть далекий объект, два глаза расходиться стать почти параллельными друг другу. Это известно как пристальный взгляд, где угол конвергенции намного меньше, чем при просмотре косыми глазами.[а]

Стереозрение на основе параллакса позволяет мозгу вычислять глубину объектов относительно точки конвергенции. Это угол конвергенции, что дает мозгу абсолютное эталонное значение глубины для точки сходимости, из которых могут быть основаны на абсолютной глубины всех других объектов.

Моделирование трехмерного восприятия

Разделение фокуса и конвергенции заставляет мозг видеть трехмерные изображения на двухмерной автостереограмме

Глаза обычно фокусируются и сходятся на одинаковом расстоянии в процессе, известном как аккомодационная конвергенция. То есть, когда вы смотрите на далекий объект, мозг автоматически выравнивает линзы и поворачивает два глазных яблока для просмотра глазами в стену. Можно тренировать мозг, чтобы разделить эти две операции. Такое разделение не имеет никакой полезной цели в повседневной жизни, потому что оно мешает мозгу интерпретировать объекты согласованным образом. Однако для того, чтобы увидеть искусственное изображение, такое как автостереограмма, где образцы повторяются по горизонтали, необходимо разделение фокусировки и конвергенции.[2]

Сфокусировав линзы на ближайшей автостереограмме, на которой повторяются шаблоны, и сведя глазные яблоки в отдаленной точке за изображением автостереограммы, можно обманом заставить мозг видеть трехмерные изображения. Если образы, воспринимаемые двумя глазами, достаточно похожи, мозг будет считать эти два образца совпадающими и рассматривать их как исходящие от одного и того же воображаемого объекта. Этот тип визуализации известен как пристальный взгляд, потому что глазные яблоки сходятся по направлению к стене на удаленной плоскости, даже если изображение на автостереограмме на самом деле находится ближе к глазам.[22] Поскольку два глазных яблока сходятся в более удаленной плоскости, предполагаемое местоположение воображаемого объекта находится за автостереограммой. Воображаемый объект также кажется больше, чем узор на автостереограмме из-за ракурс.

Следующая автостереограмма показывает три ряда повторяющихся паттернов. Каждый шаблон повторяется с разным интервалом, чтобы разместить его на другой плоскости глубины. Две неповторяющиеся линии можно использовать для проверки правильности просмотра глазами на стене. Когда автостереограмма правильно интерпретируется мозгом с использованием взгляда в глаза, и вы смотрите на дельфина в середине поля зрения, мозг должен видеть два набора мерцающих линий в результате бинокулярное соперничество.[10]

Две черные линии на автостереограмме помогают зрителям установить правильное зрение, см. Справа.
Когда мозгу удается установить правильный взгляд в глаза, он увидит два набора линий.
Кубики верхнего ряда кажутся дальше и больше. (Стереограмма parallel.png )

В то время как на автостереограмме шесть паттернов дельфинов, мозг должен видеть семь «очевидных» дельфинов на плоскости автостереограммы. Это побочный эффект объединения в мозг сходных паттернов. На этом изображении пять пар узоров дельфинов. Это позволяет мозгу создавать пять очевидных дельфинов. Сам по себе крайний левый паттерн и крайний правый паттерн не имеют партнера, но мозг пытается ассимилировать эти два паттерна в установленной глубинной плоскости соседних дельфинов, несмотря на бинокулярное соперничество. В результате получается семь видимых дельфинов, причем крайний левый и крайний правый появляются с легким мерцанием, что не отличается от двух наборов мерцающих линий, наблюдаемых, когда каждый смотрит на четвертого видимого дельфина.

Из-за ракурса разница в конвергенции, необходимая для того, чтобы видеть повторяющиеся паттерны на разных плоскостях, заставляет мозг приписывать разные размеры паттернам с одинаковыми 2D-размерами. На автостереограмме трех рядов кубов, в то время как все кубы имеют одинаковые физические 2D-размеры, кубы в верхнем ряду кажутся больше, потому что они воспринимаются дальше, чем кубы во втором и третьем рядах.

Техника просмотра

Бабочки, косоглазая автостереограмма (Стереограмма cross-eyed.svg)

Если у человека два глаза, довольно здоровое зрение и нет неврологических состояний, препятствующих восприятию глубины, то он способен научиться видеть изображения на автостереограммах.[нужна цитата ] «Это как научиться ездить на велосипеде или плавать, некоторые берут это сразу, а другим - труднее».[25]

Как и в случае с фотоаппарат, легче сфокусировать взгляд на объекте при ярком окружающем освещении. При ярком освещении глаз может сузить ученица, но позволяйте достаточно свету достигать сетчатки. Чем больше глаз похож на камеры-обскуры, тем меньше это зависит от фокусировка сквозь линза.[d] Другими словами, степень разделения между фокусировкой и конвергенцией, необходимая для визуализации автостереограммы, уменьшается. Это снижает нагрузку на мозг. Следовательно, тем, кто впервые просматривает автостереограммы, может быть проще «увидеть» свои первые 3D-изображения, если они попытаются сделать это при ярком освещении.

Вергенция контроль важен для возможности видеть 3D-изображения. Таким образом, вместо попытки увидеть четкое сфокусированное изображение может помочь сосредоточиться на схождении / расхождении двух глаз для сдвига изображений, которые достигают обоих глаз. Хотя линза регулируется рефлекторно для получения четких, сфокусированных изображений возможен добровольный контроль над этим процессом.[26] Вместо этого зритель чередует сходящиеся и расходящиеся два глаза, в процессе видя «двойные изображения», которые обычно видны, когда один пьяный или иным образом в состоянии алкогольного опьянения.В конце концов мозг успешно сопоставит пару паттернов, о которых говорят два глаза, и зафиксирует эту конкретную степень конвергенции. Мозг также настроит линзы глаза, чтобы получить четкое изображение соответствующей пары. Как только это будет сделано, изображения вокруг совпадающих паттернов быстро станут четкими, поскольку мозг подбирает дополнительные паттерны, используя примерно такую ​​же степень конвергенции.

Тип автостереограммы обоев с изображением трехмерных объектов вместо плоских узоров (Стереограмма parallel.png)
Нижняя часть автостереограммы не содержит трехмерных изображений. Легче обмануть мозг, чтобы он соответствовал парам шаблонов в этой области. (Стереограмма parallel.png)

Когда кто-то перемещает свое внимание с одной плоскости глубины на другую (например, с верхнего ряда шахматной доски в нижний ряд), два глаза должны отрегулировать свое схождение, чтобы соответствовать новому повторяющемуся интервалу паттернов. Если уровень изменения конвергенции слишком высок во время этого сдвига, иногда мозг может потерять с трудом заработанную развязку между фокусировкой и конвергенцией. Поэтому для впервые просматривающего автостереограмму может быть легче увидеть автостереограмму, если два глаза репетируют упражнение на конвергенцию на автостереограмме, где глубина узоров в конкретном ряду остается постоянной.

На автостереограмме со случайными точками трехмерное изображение обычно отображается в середине автостереограммы на фоне глубины (см. Автостереограмму акулы). Это может помочь сначала установить правильную конвергенцию, глядя либо на верхнюю, либо на низ автостереограммы, где закономерности обычно повторяются с постоянным интервалом. Как только мозг фиксируется на плоскости глубины фона, у него появляется эталонная степень конвергенции, с которой он может затем сопоставлять шаблоны на разных уровнях глубины в середине изображения.

Большинство автостереограмм, в том числе и представленные в этой статье, рассчитаны на расходящийся (косоглазый) просмотр. Один из способов помочь мозгу сосредоточиться на расхождении, а не на фокусировке, - это держать картинку перед лицом, касаясь ее носом. Когда изображение находится так близко к их глазам, большинство людей не могут сосредоточиться на нем. Мозг может отказаться от попыток пошевелить глазными мышцами, чтобы получить четкую картину. Если медленно отодвинуть картинку от лица, воздерживаясь от фокусировки или вращения глаз, в какой-то момент мозг зафиксирует пару паттернов, когда расстояние между ними будет соответствовать текущей степени конвергенции двух глазных яблок.[16]

Другой способ - пристально смотреть на объект за изображением, пытаясь установить правильное расхождение, сохраняя при этом часть зрения, зафиксированную на изображении, чтобы убедить мозг сосредоточиться на изображении. Модифицированный метод фокусирует внимание зрителя на своем отражении на отражающей поверхности изображения, которое мозг воспринимает как находящееся вдвое дальше, чем само изображение. Это может помочь убедить мозг принять необходимое расхождение, сосредоточившись на близлежащем изображении.[27]

Для косоглазых автостереограмм необходимо использовать другой подход. Зритель может держать один палец между глазами и медленно перемещать его к изображению, постоянно удерживая фокус на пальце, пока он не будет правильно сфокусирован на месте, которое позволит ему увидеть иллюзию.

Стереослепота однако неизвестно, разрешает ли использование какой-либо из этих техник, особенно для людей, у которых это может быть или остается постоянным.

Терминология

Стереограмма изначально использовался для описания пары 2D-изображений, используемых в стереоскоп представить зрителям трехмерное изображение. «Авто» в автостереограмма описывает изображение, для которого не нужен стереоскоп. Период, термин стереограмма теперь часто используется как синоним автостереограмма.[28] Доктор Кристофер Тайлер, изобретатель автостереограммы, последовательно называет стереограммы одиночного изображения автостереограммами, чтобы отличать их от других форм стереограмм.[17][нужна цитата для проверки ]
Стереограмма со случайными точками описывает пару двумерных изображений, содержащих случайные точки, которые при просмотре в стереоскопе дают трехмерное изображение. Этот термин теперь часто используется как синоним автостереограммы со случайными точками.[16][22]
  • Стереограмма одиночного изображения (SIS)
Стереограмма одиночного изображения (SIS). SIS отличается от более ранних стереограмм тем, что использует одно 2D-изображение вместо стереопары и просматривается без устройства. Таким образом, термин часто используется как синоним автостереограмма. Когда одно двухмерное изображение просматривается с правильной конвергенцией глаз, это заставляет мозг объединять различные модели, воспринимаемые двумя глазами, в виртуальное трехмерное изображение без помощи какого-либо оптического оборудования, скрытого внутри двухмерного изображения. Образы SIS создаются с использованием повторяющегося шаблона.[17][29] Программы для их создания включают Mathematica.[30][31]
  • Автостереограмма со случайными точками / стереограмма со скрытым изображением
Также известен как стереограмма с одним изображением и случайными точками (SIRDS). Этот термин также относится к автостереограммам, где скрытое трехмерное изображение создается с использованием случайного набора точек внутри одного изображения,[29] сформированный карта глубины в специальной программе визуализации стереограмм.[32]
  • Автостереограмма обоев / стереограмма массива объектов / стереограмма смещения текстуры
Автостереограмма обоев - это одно двумерное изображение, в котором узнаваемые узоры повторяются с различными интервалами, чтобы повысить или понизить воспринимаемое трехмерное местоположение каждого узора по отношению к поверхности отображения. Несмотря на повторы, это разновидность автостереограммы одного изображения.
Стереограмма ASCII с произвольным текстом одного изображения является альтернативой SIRDS с использованием случайного ASCII текст вместо точек для создания трехмерной формы ASCII искусство.
  • Карта текстурированная стереограмма
В стереограмме с текстурой карты «подобранная текстура отображается на изображении глубины и повторяется несколько раз», в результате получается шаблон, в котором результирующее трехмерное изображение часто частично или полностью видно перед просмотром.[32]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ а б Термины «косоглазый» и «косоглазый» заимствованы из синонимов различных форм косоглазие, состояние, при котором глаза смотрят на объект по-разному. Наблюдение за глазами неофициально известно как параллельное наблюдение.
  2. ^ а б Если два изображения стереограмма, обои или автостереограмма с произвольными точками, предназначенная для просмотра со стороны стены, просматривается косоглазым, или наоборот, все детали на экране z-axis будет перевернут - объекты, которые должны были подниматься над фоном, будут казаться погруженными в него. Однако может быть некоторая несогласованность из-за перекрытия (объект, изначально предназначенный для проецирования перед другим объектом, теперь будет проецироваться за ним). Например, черные линии в Файл: Stereogram Tut Simple.png.
  3. ^ Обычно считается, что амблиопия - это постоянное состояние, но NPR сообщает о случае, когда у пациента с амблиопией восстанавливается стереозрение (Сьюзан Р. Бэрри ).[23]
  4. ^ Видеть отверстие на сходство диафрагмы и зрачка. Видеть глубина резкости для отношения между диафрагмой и объективом.

Рекомендации

  1. ^ а б c Стивен М. Косслин, Дэниел Н. Ошерсон (1995). Приглашение в когнитивную науку, 2-е издание - Vol. 2: Зрительное познание, п. 65 рис. 1.49. ISBN  978-0-262-15042-2.
  2. ^ а б c d Пинкер, С. (1997). "Глаз разума", Как работает разум С. 211–233. ISBN  0-393-31848-6.
  3. ^ Уитстон, Чарльз (1838). "Вклад в физиологию зрения, 1. О некоторых замечательных и ранее не наблюдавшихся явлениях бинокулярного зрения. ", Философские труды. Лондон: Лондонское королевское общество. (Stereoscopy.com).
  4. ^ Брюстер, Дэвид (1856). Стереоскоп: его история, теория и конструкция в применении к изящным и полезным искусствам и образованию,[страница нужна ]. Дж. Мюррей.
  5. ^ "Annalen der Physik". J.A. Барт. 6 апреля 2018 г.. Получено 6 апреля 2018 - через Google Книги.
  6. ^ Компанейский, Борис Н. (1939). «Ощущения глубины: Анализ теории моделирования по неточно соответствующим точкам», Вестник офтальмологии (СССР) 14. С. 90–105. (на русском)
  7. ^ а б Вейбель, Питер (2005). За пределами искусства: третья культура: сравнительное исследование культур, искусства и науки в Австрии и Венгрии 20-го века, п. 29. ISBN  978-3-211-24562-0.
  8. ^ Джулес, Бела (1960). «Бинокулярное восприятие глубины компьютерных образов», Bell Technical Journal, п. 39.
  9. ^ Джулес, Бела (1964). «Бинокулярное восприятие глубины без подсказок», Наука, п. 145.
  10. ^ а б c Джулес, Б. (1971). Основы циклопического восприятия,[страница нужна ]. Чикаго: Издательство Чикагского университета. ISBN  0-226-41527-9.
  11. ^ Шимой, С. (1994). Интервью с Белой Джулес. В Хорибучи, С. (Ред.), Супер стереограммаС. 85–93. Сан-Франциско: Книги Cadence. ISBN  1-56931-025-4.
  12. ^ Вейбель (2005), стр. 125.
  13. ^ Сакана, Ицуо (1994). СтереограммаС. 75–76. Эд. Сэйдзи Хорибучи и Юки Инонуэ. Сан-Франциско: Книги Cadence. ISBN  978-0-929279-85-5
  14. ^ Тайлер, Кристофер В. (1983). «Сенсорная обработка бинокулярного несоответствия», Вергентные движения глаз, основные и клинические аспекты,[страница нужна ]. изд. Л.М. Шор, К.Дж. Ciuffreda. Лондон. 0409950327.
  15. ^ Аист, Дэвид Г. и Рокка, Крис (1989). «Программное обеспечение для создания стереограмм с автослучайными точками», Методы исследования поведения, приборы и компьютеры, 21 (5): 525-534.
  16. ^ а б c Magic Eye Inc. (2004). Magic Eye: Beyond 3D,[страница нужна ]. Канзас-Сити: Эндрюс МакМил Паблишинг. ISBN  0-7407-4527-1.
  17. ^ а б c d Тайлер, К. (1994). "Рождение компьютерных стереограмм для самостоятельного стереозрения". В Хорибучи, С. (Ред.), Стереограмма (стр. 83–89). Сан-Франциско: Книги Cadence. ISBN  0-929279-85-9.
  18. ^ Айоне, Эми (2005). Инновации и визуализация: траектории, стратегии и мифы. п. 211. ISBN  9042016752. Получено 2013-07-02.
  19. ^ Р. Киммел. (2002) Реконструкция 3D-формы из автостереограмм и стерео. Журнал визуальной коммуникации и представления изображений, 13: 324–333.
  20. ^ Кассин Б. и Соломон С. (1990). Словарь терминологии глаз,[страница нужна ]. Гейнсвилл, Флорида: издательство Triad Publishing Company. ISBN  978-0-937404-33-1
  21. ^ Тайлер, Кристофер В., Лорен Баргоут и Леонид Л. Концевич. «Вычислительная реконструкция механизмов стереоскопического зрения человека». Вычислительное зрение на основе нейробиологии. Международное общество оптики и фотоники, 1994.
  22. ^ а б c d е Эндрю А. Кинсман (1992). Случайные точечные стереограммы,[страница нужна ]. Рочестер: Kinsman Physics. ISBN  0-9630142-1-8.
  23. ^ Крулвич, Роберт (2006). "Бинокль: первый снегопад Сьюзан ", NPR.org.
  24. ^ Уэббер, Энн; Джоан Вуд (ноябрь 2005 г.). «Амблиопия - распространенность, естественное течение, функциональные эффекты и лечение». Клиническая и экспериментальная оптометрия. 88 (6): 365–375. Дои:10.1111 / j.1444-0938.2005.tb05102.x. PMID  16329744. S2CID  39141527. Архивировано из оригинал на 21.08.2006. Получено 2006-07-17.
  25. ^ Кослин и Ошерсон (1995), стр. 64.
  26. ^ Маклин Л.Н.-младший, Шор С.М. (ноябрь 1988 г.). «Добровольное усилие как стимул к приспособлению и гармонии»., Инвестируйте Ophthalmol Vis Sci., Vol. 29, No. 11, pp. 1739–46. PMID  3182206.
  27. ^ Magic Eye Inc. (2004). Magic Eye: 3D скрытые сокровища,[страница нужна ]. Канзас-Сити: Эндрюс МакМил Паблишинг. ISBN  0-7407-4791-6.
  28. ^ Хорибучи, С. (1994). Стереограмма, стр. 8–10, 22, 32, 36. Сан-Франциско: Cadence Books. ISBN  0-929279-85-9. Период, термин стереограмма используется как синоним стереопары, автостереограммы и автостереограммы со случайными точками на протяжении всей книги.
  29. ^ а б Команда курса открытого университета (2008 г.) Наука чувств, п. 183. Открытый университет. ISBN  0-7492-1450-3.
  30. ^ Дональд Роу, Талмэйдж Джеймс Рид (2011). Геометрия, рисунок в перспективе и механизмы, п. 142. ISBN  978-981-4343-82-4.
  31. ^ Хейкки Рускипяя (2009). Mathematica Navigator: математика, статистика и графика, п. 146. ISBN  978-0-12-374164-6. [1].
  32. ^ а б Джин Левин, Гэри У. Пристер (2008). Скрытые сокровища: трехмерные стереограммы,[страница нужна ]. ISBN  978-1-4027-5145-5.

Библиография

внешняя ссылка