3D fotografie

Pro člověka je přirozené prostorové vnímání. Film či fotografie jsou pouze plošným záznamem skutečnosti, pomocí optických klamů je však možné vjem trojrozměrnosti navodit. Studenti na Letním soustředění mladých matematiků a fyziků, které pořádá MFF UK, se rozhodli zjistit správný postup k navození iluze prostorovosti a pokusit se o vlastní 3D či stereofotografii.

Princip
Základním kamenem prostorového vnímání je pohled dvojice očí ze dvou směrů na jeden předmět. Z úhlu, který oči svírají, mozek odhaduje vzdálenost pozorovaného předmětu. Doplňujícím vjemem je velikost daného předmětu, z níž na základě zkušenosti můžeme odhadnout, jak daleko daný předmět je. Pokud nevíme, jak velký předmět je, pokouší se mozek nalézt v dohledu předmět známý (například strom nebo postavu), vůči němuž ho poměří. Složením všech těchto vjemů dosahujeme prostorového vidění. Lidský mozek se pokouší vnímat prostor i v obyčejné fotografii nebo obrázku, přičemž využívá předchozí zkušenost i zobrazovací konvence, jako je například umísťování světla a stínu ve scéně.

Pozorování a experimenty
Nejprve jsme zkoušeli provádět různé činnosti s jedním okem zavřeným a pozorovali jsme, jaké komplikace nám to způsobuje. Pro zúčastněné to byl trochu zvláštní pocit – „jako by tomu něco chybělo“. U většiny úkonů (například hraní volejbalu, házení a chytání míčku) nebyla ztráta prostorového vidění zásadní překážkou úspěchu. Jeden úkol se ale bez prostorového vidění téměř nedal splnit – osoba s jedním zavřeným okem měla za úkol navigovat druhou osobu, která podle pokynů pohybovala špejlí nad stolem tak, aby špejli umístila kolmo nad ležící kousek modelíny. Při dostatečně bočním pohledu na stůl pouze jedním okem a bez dalších pohybů hlavou bylo skoro nemožné se trefit. Bez problémů jsme dokázali nastavit špejli na pravolevé ose, ale určit bez druhého oka správné umístění na ose předozadní se opakovaně nedařilo. S oběma očima jsme úkol bez potíží splnili.

Jak na stereofotografii
V další fázi projektu jsme měli vytvořit dostatečně kvalitní stereofotografii, na které by 3D efekt mohli pozorovat ostatní lidé. K tomu se musí každému oku předložit jiný obraz tak, aby odpovídal úhlu a vzdálenosti daného objektu od tohoto oka. Jde tedy o projekci dvou lehce posunutých a pootočených obrazů přes sebe s tím, že každému oku je umožněno vidět jen jeden z nich.

Existují dvě základní metody, jak to provést. Dokonalejší a technicky náročnější metoda umožňuje zachování barev. Pracuje s lineárně polarizovaným světlem, přičemž každý z obrazů je vytvořen světlem s odlišnou polarizací a před každým okem je polarizační filtr, zajišťující, že oko uvidí pouze ten „svůj“ obraz. Tento způsob je používán v kinech IMAX 3D.

Druhou metodou je filtrace barev. Obrazy pro jednotlivé oči jsou v odstínech dvou různých barev z opačných stran viditelného spektra. Jde tedy o dvě jednobarevné fotografie, které vyrobíme vhodným namícháním barevných kanálů původně černobílého obrázku. V tomto případě se pozorovatel dívá na obraz přes barevné filtrační brýle příslušných barev. Čím užší část spektra filtr propustí, tím vhodnější je pro tuto metodu. Důležité je, aby se spektra propouštěného světla co nejméně překrývala.

Existují i jiné metody, jak řídit zobrazování pro každé oko zvlášť. Například lze před každé oko umístit samostatnou malou obrazovku (nebo dokonce jenom papírový obrázek). Také by bylo možné na monitoru nebo plátně rychle střídat obrazy pro levé a pro pravé oko a v brýlích se stejnou frekvencí střídavě zakrývat levou a pravou část.

Fotografování
Protože jsme neměli dva stejné foťáky, obešli jsme nutnost focení ze dvou různých míst změnou polohy fotoaparátu. Jako nejlepší se ukázala kombinace posunutí fotoaparátu zhruba o 5 až 10 cm do stran (což odpovídá rozestupu očí) a jeho zaměření na některý objekt v obou snímcích. Ten se stal středem trojrozměrné scény a divák ho vnímá ve stejné vzdálenosti jako obrazovka monitoru. Foťákem na stativu jsme zvolený předmět zaměřili a zafixovali přístroj tak, aby se mohl otáčet pouze kolem svislé osy procházející předmětem. Po vyfotografování scény jsme foťák posunuli a pořídili druhý snímek do dvojice.

Konečné zpracování
Získané fotografie je třeba převést na odstíny šedi a následně obarvit barvami podle použitých filtrů. Takto upravené dva záběry jsme skládali přes sebe do jednoho obrázku tak, aby dříve zvolený předmět na obou fotkách splýval. Pak už jen stačí brýle s různobarevnými filtry (nejčastěji se používá červená a zelená průhledná plastová folie) a kochat se výsledkem.

---

Experimentální studentské 3D filmy

Pomocí popsané technologie jde vytvářet a sledovat nejen 3D fotografie, ale také filmy. Podívejte se na krátké animované klipy, které vznikly v rámci studentského projektu popsaného v článku.

Klip 1 (MOV, 1.5 MB)
Klip 2 (MOV, 5.5 MB)
Klip 3 (MOV, 23 MB)