14 лет назад 15 июня 2004 в 16:36 71

Сегодня существует множество способов передачи объемного изображения – голография, анаглифия, стереограммы, оптические системы линз и зеркал… Большинство из них основано на способности нашего мозга “додумывать” объем из плоских изображений, получаемых левым и правым глазом раздельно. Самым же доступным способом создания качественных объемных изображений является стереофотография.

СТЕРЕОФОТОГРАФИЯ
Стереофотография (Stereoscopy, 3D photography) – это способ создания объемного изображения (стереопары) при помощи обычного фотоаппарата. Она позволяет передать высококачественное объемное изображение объекта, используя лишь две фотографии. Качество проработки фактуры и цветовых (яркостных) оттенков объекта будет зависеть напрямую от качества нашей аппаратуры и условий съемки.

При этом мы можем варьировать стереоэффект, получая суперобъемное изображение, которое в реальности нельзя увидеть невооруженным глазом. (Простой пример: крепость вдалеке вы не можете увидеть в объеме простым взглядом, но с помощью эффекта суперобъема можно создать такую стереофотографию этой крепости, на которой вы явно почувствуете объем сооружения).

Естественно, нам при этом доступны все возможности фотографии – от макросъемки очень мелких объектов до пейзажей и планов с вертолета! Цвет объекта передается в максимально возможном для фотографии качестве, что выгодно отличает реалистичность стереофотографии от анаглифии или голографии. На сегодняшний день стереофотография – наиболее реалистичный, простой и естественный для глаз человека метод передачи объема в изображениях реальных объектов.

Есть два способа представления объема стереофотосъемкой – это собственно стереофотография и стереослайды. Возможно, те, кто постарше, еще помнят стереоскопы для просмотра стереослайдов – похожий на бинокль очень простенький приборчик, основное предназначение которого – разделить взгляд, чтобы каждый глаз смотрел на свой слайд. Есть также и два способа просмотра стереофотографий – параллельный и перекрестный.

При параллельном способе просмотра мы ставим перед каждым глазом свою картинку: перед левым – левую, перед правым – правую. Если при этом мы направим взгляд “вдаль” (а вернее, сделаем взгляд параллельным) и сфокусируем каждый глаз на соответствующей ему картинке, то легко увидим объем изображения. Этот способ используется для просмотра стереослайдов в стереоскопе. Но у него есть ограничение – изображение не может быть шириной более 6 см (среднее расстояние между зрачками при устремленном параллельно взгляде).

Если же картинка окажется более 6 см, нам придется разводить глаза в стороны, что сумеет далеко не каждый. Для просмотра больших изображений больше подходит второй способ просмотра – перекрестный. В этом случае картинки меняются местами (перед левым глазом оказывается правая, а перед правым – левая), а глаза сводятся чуть-чуть к переносице, чтобы каждый глаз ухватил картинку, которая стоит перед другим глазом (см. рис.). Перекрестный способ дает нам возможность разглядывать стереопары любого размера – даже величиной с дом (конечно, при условии определенной удаленности от такой стереопары).

Эти методы просмотра объемных изображений применяются в различных областях – например, в картографии при аэрофотосъемке или съемке со спутников. Для этого есть специальные приборы, которые помогают восстанавливать рельеф земли (высоту гор, глубину впадин, высоту облаков) по изображению с самолета или спутника. Именно так американские спутники-шпионы передают информацию в Пентагон, где определяют дислокацию чужих войск по рельефу местности.

Сложно увидеть танки или пушки на пересеченной местности в простой плоской проекции с черно-белым мутноватым изображением (сделанным на пределе оптической возможности аппаратуры спутников-шпионов). А вот на стереосъемке они видны гораздо лучше, даже при очень плохой резкости – высота объектов видна сразу, а форма выдает военные сооружения и технику. Правда, при такой разведке противника легко обмануть резиновыми и деревянными муляжами танков, как это в свое время сделали югославы…

СОЗДАНИЕ СОБСТВЕННЫХ СТЕРЕОФОТОГРАФИЙ
Для создания своих стереопар подойдет даже самая простая мыльница. Создать стереопару очень просто – необходимо сделать снимок, затем немного сдвинуться вправо или влево параллельно земле и объекта, и сделать еще один снимок. После печати лучше подрезать снимки так, чтобы объекты на каждом кадре были параллельны друг другу по высоте снимка, – и стереопара готова! Впрочем, есть в этом деле и технические сложности, и маленькие хитрости.

Самой серьезной проблемой, пожалуй, является параллельный сдвиг. Кроме того, что вы можете держать фотоаппарат в первый или второй момент съемки не параллельно земле, во время сдвига вы также можете случайно повернуться немного вокруг своей оси в какую-либо сторону или же наклонить фотоаппарат чуть-чуть вверх или вниз. Если объекты достаточно крупные, то небольшие погрешности съемки не будут заметны.

Но если объект близко, у него много мелких деталей, а аппаратура (и соответственно резкость) хорошая, то такие огрехи будут сильно мешать при просмотре. Есть два стандартных решения, но они связаны с дополнительными затратами – либо применять два жестко закрепленных фотоаппарата на специальном штативе с планкой для установки расстояния между ними и фотографировать одновременно, либо использовать все тот же жесткий штатив, но с одним аппаратом, который сдвигается по планке на нужное расстояние.

Вторая проблема – движение объектов и фона. Если объекты или их часть (рука, голова, глаза) сдвинутся между съемками двух кадров, то при стереопросмотре мы увидим в месте их сдвига “артефакт”, который будет выглядеть как пятно или размытость. Фон тоже играет роль – быстро летящие облака, движущиеся люди и машины на фоне будут мешать просмотру. Даже изменение уровня освещенности или набежавшая тень от облаков могут подпортить снимок. Все эти проблемы легко решаются технически, но требуют дополнительных затрат – при помощи использования двух аппаратов с одновременным открытием затворов.

Третья проблема относится к расстоянию сдвига камеры между съемками двух кадров пары – для передачи наибольшего объема необходимо знать, на сколько сдвинуть аппарат между кадрами. Можно, конечно, воспользоваться примерными расчетами, исходя из законов оптики и зная расстояние до объекта. Но обычно вне студии такие расчеты затруднительны, поэтому сдвиг делается “на глаз”, а вернее “на шаг”: при расстоянии до объекта 1-2 м это около 10 см, а при больших расстояниях (5-50 м) – небольшой шаг. При съемке гор вдалеке приходится делать уже большой шаг.

Недостаток расстояния сдвига будет выглядеть как недостаточно выраженный стереоэффект, но мешать при просмотре не будет. При избытке расстояния сдвига вы просто не сможете свести кадры в стереокартинку. Со временем вы сами будете чувствовать, насколько нужно сдвинуться для достижения наилучшего стереоэффекта в конкретных условиях.

Художественная часть стереофотосъемки подразумевает наличие нескольких интересных планов, причем желательно, чтобы планы имели каждый свою глубину: скажем, впереди человек, по краю кадра кусты или дерево, а в глубине кадра – красивое здание (но не стена). Для создания эффектной стереопары необходимо наличие в кадре именно объемных и рельефных объектов, иначе в стереосъемке не будет смысла и проще будет сделать обычную фотографию.

Стереофотографию или стереовидео можно получить, используя эффект временной задержки: к примеру, снимать из равномерно движущейся машины, а затем брать для стереопары последовательные по сдвигу и времени кадры.

Съемка во время движения поезда. Для стереопары взяты последовательные кадры с видеокамеры. Изображение смазано из-за длинной выдержки, но стереоэффект проявлен в полной мере – на кадрах явно видны несколько планов березового леса в тумане. Туман придает естественность эффекту смазанности.

Если у вас есть возможность использовать два одинаковых фотоаппарата для стереосъемки и вы можете позволить себе изготовление специального штатива, то ваши шансы на получение качественных стереоснимков повышаются. В основном это относится к возможности делать мгновенную съемку, точному позиционированию и неподвижности аппаратов в момент съемки.
Основой для специального штатива является любой серийный телескопический штатив.

К нему необходимо изготовить насадку, позволяющую закрепить два аппарата на одном штативе, а также изменять расстояние между аппаратами. Насадка представляет собой металлическую (можно, конечно, взять и деревянную, но она должна выдерживать вес двух аппаратов, не прогибаясь) планку, в которой должно быть отверстие с резьбой в центре для крепления на штативе и движущаяся часть с винтом для крепления одного из аппаратов (второй аппарат может быть закреплен жестко).

Движущаяся часть должна иметь крепление для фиксации или, по крайней мере, ходить достаточно туго в пазу насадки, чтобы ее нельзя было случайно сдвинуть и опрокинуть закрепленный на ней аппарат.

Желательно нанести на саму насадку деления для определения сдвига второго (сдвигаемого) фотоаппарата – при достаточном количестве практической съемки вам будет проще устанавливать расстояние между аппаратами, ориентируясь на опыт прошлых съемок и степень желаемого стереоэффекта. Минимальный сдвиг определяется шириной самого аппарата (для крупных аппаратов – это 12-15 см, для мыльниц – поменьше).

Максимальный сдвиг определяется вашими потребностями в съемке крупных и дальних объектов, а также вашими возможностями по перетаскиванию штатива с громоздкой насадкой. При изготовлении длинных насадок (для сдвига второго аппарата, например, до метра) не забывайте об эффекте рычага – чем дальше вы сдвинете второй аппарат, тем неустойчивее будет штатив.

Поэтому при изготовлении такой насадки для съемок очень дальних объектов и пейзажей (со сдвигом второго аппарата на метр и более), стоит подумать либо о равности плеч насадки, либо о противовесе со стороны неподвижного аппарата, либо о сдвиге первого аппарата тоже (две движущиеся части для равновесия всей конструкции).

Для одновременного срабатывания аппаратов лучше использовать тросики или таймер – это позволит оградить себя от случайного движения штатива при нажатии кнопки спуска. Использовать два разных фотоаппарата (разные модели одного производителя или модели разных производителей) для одновременной съемки нежелательно, так как параметры объектива сильно влияют на угловые искажения в кадре. При использовании разных типов аппаратов и объективов стереопара может не сойтись по углам.

При ручной настройке аппаратуры необходимо помнить об идентичности настроек аппаратов для одновременной съемки. При настройке одинаковых моделей проблем возникнуть не должно – вам достаточно выставить на обоих аппаратах одинаковую выдержку и диафрагму и настроить их на резкость.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ РАЗЛИЧНОЙ АППАРАТУРЫ
Стереокадры можно делать как с помощью мыльницы, так и с помощью дорогих цифровых аппаратов. У ЦФК есть серьезные достоинства: они позволяют делать пробные кадры, а также ставить превью рядом, давая вам возможность сразу оценить стереоэффект.

Для создания стереопар можно использовать и видеокамеру. Конечно, качественных стереофотографий с помощью видеокамеры не получить, но у нее есть неоспоримое преимущество для начинающих – возможность непрерывной съемки. Для интернета кадры с камеры вполне подходят – кадр 384х288 как раз имеет на среднем мониторе ширину около 6 см и даже более. С помощью же непрерывной съемки мы имеем возможность выбрать необходимые кадры из целой серии с наиболее подходящим сдвигом и наиболее интересным стереоэффектом.

Нет необходимости проверять каждую пару, проще сдвинуться параллельно. И даже если не удалось сдвинуться “параллельно земле и объекту” от первого до последнего кадра – позже можно выбрать наиболее параллельный сдвиг из серии, скажем, в сотню кадров (это всего лишь 4 секунды съемки). Сдвиг при этом можно подобрать с наибольшей точностью – до нескольких миллиметров.

КОМПЬЮТЕР В СТЕРЕОФОТОГРАФИИ
Применительно к стереофотографии самыми важными особенностями графических редакторов являются поворот изображения в случае неправильного сдвига с поворотом в плоскости, параллельной объекту; кадрирование изображения, чтобы объекты были в обоих кадрах параллельны друг другу по высоте; ретушь случайных сдвигов фона или объектов (можно взять кусок фона из другого снимка пары, если фон плоский); и, конечно, яркость, контрастность, цветность.
Мы также можем объединить пару в одну фотографию для упрощения просмотра после печати – чтобы кадры не сдвигались относительно друг друга.

Иногда пары объединяют в универсальную тройку – кадры ставят в ряд “левый-правый-левый”. Это позволяет пользователю на ходу выбрать способ просмотра – либо параллельный (пара слева), либо перекрестный (пара справа). Объединение же пар на лету с помощью специальных программ тоже имеет некоторые преимущества. Например, мы можем выбирать в программе на свое усмотрение способ просмотра, размер пары, тематику и т. д.

Для тех, кто делает стереопары с видеокамеры, наиболее правильным будет создание виртуальной стереофотогалереи – в интернете или на своем компьютере, так как печать на фотобумаге или принтере кадров с видеокамеры будет очень некачественной из-за низкой разрешающей способности и узкого яркостного и цветового диапазона видеокамеры.
Ясно, что фотографии пока не сочетаются в пару – их необходимо немного отредактировать. Правый кадр у нас немного повернут (на фотографии есть явная вертикаль – стена высотного дома) – повернем его с помощью инструментов редактора.

Теперь нам необходимо откадрировать полученную фотографию так, чтобы убрать белые поля и сохранить при этом основной объект съемки.

Теперь нам необходимо вырезать из первого кадра только ту часть, которая пересекается со вторым, уже обрезанным, кадром. Для этого мы смотрим на размеры второго кадра, задаем их в размерах выделения и ставим галочку в опции фиксированного размера выделения.

Далее выбираем первый кадр и ставим в нем выделение, ткнув левой кнопкой мыши в левом верхнем углу кадра. После того, как мы увидим пунктирную рамочку, необходимо ее сдвинуть мышью либо стрелками на клавиатуре таким образом, чтобы в выделение попали все объекты, присутствующие во втором кадре. При этом объекты должны быть расположены по высоте кадра так же, как и во втором кадре.

После этого мы делаем crop и проверяем совмещение стереопары на глаз. Есть и более точный способ проверки на совмещение объектов. Выбираем второй кадр, копируем его содержимое в буфер (Ctrl+C). Переходим на первый кадр и вставляем туда содерджимое буфера. Выбираем вставленный объект и нажимаем правую кнопку мыши, вызвав свойства объекта. В свойствах (properties) устанавливаем прозрачность (transparency) на 50% и жмем ОК. Получаем полупрозрачный объект из второго кадра поверх первого кадра.

После этого сдвигаем его мышью так, чтобы главный объект съемки точно совместился на первом и втором кадрах. Для более точного совмещения увеличиваем все изображение (клавиша “+” на цифровой клавиатуре) и пользуемся стрелками клавиатуры для попиксельного сдвига объекта. Когда мы добились того, чтобы объект стал резким (вставленное изображение объекта встало точно над его фоновым изображением), вызываем линейку через меню View/Ruler и выставляем направляющие линии (guidelines) точно по границам вставленного объекта (направляющие вытягиваются из линейки).

После этого удаляем полупрозрачный объект (клавишей Del) и делаем выделение по направляющим, не забыв перед этим задать опцию “клеиться к направляющим” при помощи сочетания клавиш Ctrl+Shift+L. Осталось только кадрировать изображение кнопкой crop или сочетанием клавиш Ctrl+R и сохранить полученные изображения первого и второго полукадров.

Если мы хотим сразу совместить полукадры в пару, то создаем новый лист (Ctrl-N) с вертикальным размером, равным нашим кадрам, и горизонтальным размером, в два раза превышающим ширину каждого кадра. Так, для кадров с размерами 384х288 новый лист должен быть 768х288. После этого выделяем и копируем в буфер левый кадр, а затем вставляем его в новый лист.

Затем делаем то же самое с правым кадром. Расположение кадров зависит от выбранного вами заранее способа просмотра. Если вы хотите просматривать свою пару параллельным способом, то левый кадр должен быть слева (как на рисунке), если же перекрестным – левый кадр ставится справа.

Можно объединить оба способа просмотра, что увеличит размер картинки и ее вес, но сделает вашу пару (а вернее тройку из двух пар) универсальной для просмотра обоими способами. Тогда вам необходимо создать новый лист с горизонтальным размером, втрое превышающим каждый из кадров (для ширины кадра 384 пикселя понадобится ширина нового листа 384 * 3 = 1152 пикселя). Далее копируем туда сначала левый кадр и ставим его слева и справа листа, а затем копируем правый кадр и ставим его в середине между уже поставленными кадрами.

Если вы хотите упростить просмотр неопытным зрителям, вы можете поставить точки над каждым из кадров, чтобы зритель сначала совместил контрастные точки, а затем перевел взгляд на стереопару. Если мы создаем новую тройку, то нужно сразу задать ее вертикальные размеры чуть больше (на 10-20 пикселей), а затем поставить точки точно над центрами каждого из полукадров. Если же мы хотим добавить точки на готовую тройку, то выбираем в редакторе пункт меню Edit/Expand Canvas и задаем параметр “верхнее поле” (Top) – например 20 пикселей. После этого выставляем “кистью” точки необходимого нам размера (например, 10 пикселей диаметром).

Иногда тройки подписывают, чтобы было понятно где какая пара – ставят обозначение “L” и “R” (левый и правый) под соответствующими полукадрами, а также могут ставить значки, означающие параллельный и перекрестный методы просмотра посередине соответствующей пары.

ВОЗМОЖНОСТИ ОНЛАЙН-ГАЛЕРЕИ
Для публикации своих стереофотографий можно создать свою собственную фотогалерею либо воспользоваться услугами общественных фотогалерей, располагая там свои стереопары жесткими “парами” или “тройками”.

Пример галереи, которую мы легко создать при помощи Java script, – сайт автора статьи “Стереогалерея” (stereo.lihoman.ru).

Прежде всего разобьем галерею на тематические альбомы. В приведенном примере это альбомы “Комнатные растения”, “Садовые цветы”, “Архитектура города” и “Зоопарк”. Затем необходимо решить проблему выбора отдельных кадров – посетитель должен видеть небольшое превью каждой стереопары, которую мы ему предлагаем посмотреть. Не надо забывать, что подавляющее большинство российских пользователей пока еще ходит в интернет через модем – страницу необходимо оптимизировать для удобства всех ваших посетителей. В нашем примере каждый альбом разделен на страницы по 10 стереофотографий, а каждая страница имеет свою тематику.

Еще одна проблема просмотра стереопар в интернете – это различие в мониторах и разрешениях экрана. Мы не можем заранее знать разрешение экрана пользователя и степень его подготовленности к просмотру больших стереофотографий, поэтому необходимо предоставить пользователю возможность подобрать удобный размер кадра.

На рассматриваемой странице это можно сделать двумя способами – выбором стандартных размеров монитора и разрешений экрана, либо уменьшением и увеличением кадров стереопары с шагом 10 пикселей. Необходимо помнить, что большой кадр содержит больше деталей и рассматривать его конечно интереснее, но не все могут соединить большую пару в стереокартинку – это зависит от индивидуальных возможностей и натренированности пользователя.

Наконец, пользователю необходимо предоставить выбор способа просмотра – параллельный или перекрестный.

Методика просмотра стереофотографий

Параллельный способ просмотра (дивергенция)
Начинать всегда лучше с небольших изображений. Максимальная ширина кадра для просмотра параллельным способом – 6-6,5 см, но для начала лучше взять кадры шириной 2-4 см. Для пробного просмотра лучше всего ограничить поле зрения только стереопарой – аналогично стереоскопу для стереослайдов, который не только жестко разделяет кадры, но и ограничивает поле зрения только кадрами. Скажем, можно свернуть трубочки из бумаги и приставить их к глазам так, чтобы каждый глаз видел только свой кадр. При этом изображение в кадрах должно быть строго параллельным (например, в случае с парой из двух раздельных фотографий).

Можно просто поставить листок к переносице так, чтобы каждый глаз видел только предназначенный ему кадр. После ограничения поля зрения нам необходимо сделать взгляд параллельным – посмотреть “вдаль”, “на горы”, “на горизонт”. Если взгляд у вас становится параллельным, два кадра сойдутся посередине в один. При ограниченном поле зрения вы увидите один кадр вместо двух, а при просмотре без ограничения поля зрения – три кадра, средний из которых будет объемным. Иногда для упрощения совмещения над каждым из кадров ставится ощутимая точка – если мы сможем совместить эти точки, то кадры у нас уже окажутся совмещенными – достаточно будет перевести взгляд с точек на кадры и сфокусироваться на изображении.

После того как два кадра сошлись в один, необходимо постараться сфокусироваться на изображении, не сводя при этом взгляда с центрального кадра. Если вы сможете сфокусироваться на изображении, не потеряв параллельности взгляда, то увидите объемную фотографию. При этом фокус уже не теряется, поэтому можно разглядывать разные участки стереопары как обычную картину.

Перекрестный способ просмотра (конвергенция)
В этом случае размер изображения роли не играет, но лучше для начала сесть подальше от изображения (скажем 50-80 см). Дело в том, что для просмотра придется немного свести глаза к переносице (и чем ближе к картинке, тем сильнее придется сводить глаза), а сделать это без тренировки способен далеко не каждый.

Для обучения этому способу просмотра нам необходимо взять два непрозрачных квадрата (например, дискеты или слим-коробки из-под CD из черной матовой пластмассы) и поставить их на определенном расстоянии от каждого глаза. Расстояние вычисляется так: необходимо, чтобы каждый глаз легко видел “перекрестную” картинку, но при этом не видел “свою”.

После этого нам необходимо чуть-чуть сдвинуть глаза к переносице – при этом кадры “поедут” друг к другу. Когда кадры пересекутся и полностью накроют друг друга, образуя один общий кадр, необходимо будет сфокусироваться на изображении. При перекрестном способе просмотра результирующий объемный кадр всегда становится чуть меньше, чем изначальные правый и левый кадры – это закон оптики.

Заметим, что помимо стереоскопов можно использовать специальные очки для просмотра перекрестным способом, которые можно изготовить самостоятельно из подручных средств – например, сделав для оправы от обычных очков две призмы (из стекла или оргстекла).

Полезные ссылки

– stereo.lihoman.ru – стереофотогалерея Сибирского Лихомана. Альбомы – макростереосъемка комнатных растений, уличные и клумбовые цветы, архитектура и виды Новосибирска, новосибирский зоопарк.
– really.ru – интернет-проект Virtual & Really.Ru.
– ozma.h1.ru – клуб любителей стереофотографии “ОЗМА”.
– nauka.relis.ru/STEREO/Stereoscopic.htm – статьи по стереоскопии в журнале “Наука и Жизнь” 1998-2003 гг.
– www.fotobase.ru – общественная фотогалерея (РФ), где можно расположить свои фотографии, пары и тройки.
– www.fotki.com – общественная фотогалерея (США), где можно расположить свои фотографии, пары и тройки.
– www.undersea3d.com – стереофотографии Марка Блюма (США), анималиста и автора нескольких книг – сборников стереофотографий. Подводная стереосъемка, амфибии, рептилии, макросъемка насекомых.
– starosta.com/3dshowcase/iface.html – стереогалерея профессионального фотографа Бориса Старосты (США).
– www.ringsurf.com/netring?ring=2eyes;action=list – самый крупный 3D webring в интернете. Cписок 140 сайтов всего мира, посвященных стереофотографии, голографии, анаглифии и стереоскопии.