За счет чего мы видим в 3D?

Человек способен по двухмерной картинке составить весьма полное представление о расстояниях до изображенных объектов, их форме и размерах, и таким образом полностью воспринять трехмерный мир во всей его глубине. Как мы этого добиваемся?

Как известно человек с помощью глаз непосредственно видит именно двухмерную картинку. То, что мы видим можно запечатлеть, например, с помощью фотоаппарата, распечатать на листе бумаги (т.е. в двухмерной плоскости) и повесить на стену, таким образом изображение, поступающее к нам в мозг от глаз двухмерное.

Однако и глядя на реальные объекты, и на фотографии, и при просмотре видео, мы умудряемся вытянуть из данных двухмерных картинок столько информации, что они начинают нам казаться объемными, как-бы трехмерными. Мы очень хорошо воспринимаем относительное расположение объектов в пространстве только лишь за счет зрения. Вид зрения, который позволяет воспринять форму, размеры и расстояние до объектов называется – стереоскопическим зрением. Человек обладает таким зрением и добивается этого за счет следующих эффектов:

Бинокулярное зрение. Человек имеет два глаза. На сетчатке каждого из глаз формируется слегка различное двухмерное изображение одной и той же трехмерной сцены. На основе жизненного опыта и огромных вычислительных способностей, мозг сопоставляя эти два слегка различающиеся изображения, формирует представление о трехмерности картинки. Лучше всего этот эффект срабатывает при рассматривании близких объектов, таких расстояние до которых хоть как-то сравнимо с расстоянием между глазами. При рассматривании объектов, удаленных на расстояние более пяти метров, этот эффект уже почти не сказывается. Сразу также оговоримся, что в виду того, что бинокулярное зрение – это не единственный фактор, позволяющий видеть в 3D, и так как сфера его применения ограничена несколькими метрами, то отсутствие двух глаз не стало бы катастрофой для человека. Мы тем не менее смогли бы видеть в 3D, просто нам бы понадобилось больше жизненного опыта и времени, чтобы научиться применять остальные эффекты. Это утверждение подтверждается очень легко. Просто закройте один глаз. Ну что, перестали видеть в 3D? Нет!

Смещение объектов при движении наблюдателя. При движении наблюдателя картинка, которую он видит постоянно меняется, при этом близкие объекты меняют свое положение на этой картинке значительно быстрее, чем далекие, которые медленно изменяют свое положение в поле зрения наблюдателя. И опять-таки, большой жизненный опыт и вычислительные способности мозга, позволяют по скорости перемещения объектов в поле зрения хорошо воспринять расстояние до них. Кстати, фактически перемещением одного глаза на расстояние равное расстоянию между глазами, можно заменить бинокулярное зрение, ведь действительно, мозг в итоге сможет сопоставить те же две картинки, что и сразу от двух глаз. Однако этот метод требует больших усилий и постоянного движения, а также картинки ведь будут запечатлены не в один и тот же момент времени, т.е. могут быть уже разными. Поэтому бинокулярное зрение всё же очень полезная опция, которая очень помогает при работе с близкими объектами, чем человек обычно и занимается.

Жизненный опыт. Большинство людей хорошо представляют размеры многих привычных объектов, таких как деревья, другие люди, автомобили, окна, двери и так далее. Обладая этими знаниями, можно неплохо оценить расстояние до одного из таких объектов (а значит и до тех объектов, которые расположены рядом), в зависимости от того, какую часть от общего поля зрения они занимают. Например, Вы сразу догадаетесь, что девочка на фото ниже, расположена значительно ближе к наблюдателю чем башня до верхушки которой она якобы дотягивается...
Задымленность далеких объектов. Атмосфера всё же имеет определенную степень непрозрачности. Поэтому очень далекие объекты выглядят задымленными. Так по степени задымленности можно определять какой из далеких объектов расположен дальше, а какой ближе к наблюдателю. Это очень полезный эффект, ведь для далеких объектов плохо работают остальные способы построения трехмерного изображения.

Перспектива, тени и освещение. По конфигурации теней и степени освещенности той или иной части предмета, на основе большого жизненного опыта мозг хорошо воспринимает форму объектов. Перспектива – эффект в соответствии с которым, например, две параллельные линии в пространстве сходятся в точку на изображении при большом удалении от наблюдателя. Мозг умеет очень хорошо воспринимать информацию, поступающую к нему за счет этого эффекта.
Способность глаза сфокусироваться только на одной дальности. Глаз, как и любой оптический прибор не может видеть одинаково хорошо картинку во всей её глубине, он может сфокусироваться только на некоторой конкретной дальности. Таким образом, наиболее четкими нам видятся объекты, на которых мы в данный момент сфокусированы, а более близкие и дальние объекты кажутся слегка размытыми. Мозг владеет информацией о том, на какой дальности в данный момент сфокусированы глаза. Так фокусируя взгляд на разных дальностях мы способны как бы просканировать всё пространство во всей его глубине.
Близкие объекты закрывают дальние. Этот очевидный эффект хотя и кажется очень простым, тем не менее вносит большой вклад в построение трехмерной картинки. Ведь нет ничего проще, чем понять, что один объект находится дальше другого, если он им частично закрыт.

Изображение поясняющее пункт №3.

Изображение поясняющее пункт №4.

Изображение поясняющее пункт №5.

Изображение поясняющее пункт №6.

После того, как мы проговорили все эффекты на основе которых наше зрение позволяет нам воспринимать трехмерную картинку можно также сделать одно небольшое замечание насчет 3D-кино.

Дело в том, что в любом кино используются все перечисленные выше эффекты, кроме самого первого – «бинокулярного зрения». Ну а в 3D-кино, за счет специальных технологий добавляется и бинокулярность. При просмотре фильмов в 3D для каждого глаза за счет очков формируется слегка различное изображение.

Однако нужно отметить, что это не вносит существенного улучшения в картинку. Ведь как уже говорилось, и с помощью одного глаза, имея большой жизненный опыт, можно фактически без потери качества видеть всю глубину картинки (за счет остальных шести эффектов, используемых в любом кино).

Кроме того, бинокулярное зрение полезно на небольших расстояниях, а в фильмах зачастую мы наблюдаем широкие сцены, а не рассматриваем маленькие объекты с близкого расстояния, поэтому данный эффект частенько вообще не заметен.