Стереоскопическое зрение

Трехмерное зрение или стереозрение — способность видеть объекты в трех измерениях, что делает восприятие более реалистичным и подробным. Главной особенностью трехмерного зрения является возможность оценки глубины и расстояния до объектов. Рассмотрим основные характеристики трехмерного зрения:

1. Бинокулярное зрение: трехмерное зрение достигается благодаря нашей способности использовать оба глаза одновременно и сливать их изображения в мозге. Каждый глаз видит объекты с немного различной перспективой, и мозг объединяет эти изображения, чтобы создать одно, более глубокое представление.
2. Двоение: при трехмерном зрении, объекты вдали от нас или ближе к нам могут представляться двоякими. Это происходит из-за незначительных различий в угле зрения между нашими глазами. Мозг соединяет два изображения и создает одно трехмерное представление.
3. Глубина: трехмерное зрение позволяет воспринимать глубину и расстояние объектов, что помогает нам ориентироваться в пространстве, определять размеры предметов и избегать препятствий. Например, благодаря трехмерному зрению мы можем точно измерить расстояние до пролетающей птицы и уверенно ловить ее в полете.
4. Плоскость фокусировки: при трехмерном зрении мы можем сфокусировать взгляд на конкретном объекте, а предметы, находящиеся в других плоскостях, будут немного смазаны. Это позволяет нашему мозгу выделить объекты, которые находятся на одном расстоянии от нас.
5. Гармония движений глаз: для достижения трехмерного зрения необходимо, чтобы оба глаза одновременно смотрели на одну и ту же точку. Зрительные мышцы регулируют положение и направление глаз, чтобы обеспечить согласованное движение, что является важным условием трехмерного зрения.

Таким образом, трехмерное зрение обеспечивает нам широкий спектр возможностей в восприятии мира, позволяя увидеть глубину, расстояние и форму объектов. Это помогает нам ориентироваться в пространстве, выполнять множество задач и наслаждаться более реалистичным восприятием окружающего мира.

Для чего нужны

Стереокартинки – это совокупность точек, различных узоров, геометрических фигур и заднего фона, с помощью которых зашифровано трёхмерное изображение. Чтобы его увидеть, нужно сфокусировать на такой картинке взгляд, а затем расслабить его. После этого перед взором человека предстаёт 3D-рисунок.

Иногда стереокартинки состоят не из геометрических фигур, а из других мелких изображений, которые человеческий мозг может скомпилировать в единое целое.

Родом стереокартинки из России. Первые эксперименты со стереоскопическим изображением начал проводить российский фотограф Иван Александровский в середине XIX века. Она накладывал несколько фотографий, сделанных с разных ракурсов, друг на друга, что давало возможность видеть объёмное изображение. Конечно, Александровский не создавал тех стереокартинок, о которых мы говорим, но принцип, положенный в их основу, был открыт именно им. А подобные изображения в современном виде появились в 1979 году. Их создателями стали Кристофер Тайлер и Маурин Кларк, зашифровавшие трёхмерный объект с помощью большого количества разноцветных точек, набранных ими на компьютере «Эпл-2».

Принцип работы стереокартинок заключается в том, что если один глаз получает одно изображение, а другой – другое, мозг способен их объединить в единое целое. На трёхмерных картинках содержится как раз два слоя изображений, которые при расслаблении глазных мышц и расфокусировке зрения поступают в каждый глаз по отдельности, а затем обрабатываются мозгом. Именно поэтому человек, рассматривающий стереокартинку, в конце процесса начинает видеть 3D-рисунок.

Подобные картинки – не только прекрасное развлечение, но и довольно полезное для зрения занятие. Чтобы понять, зачем нужны стереокартинки и каким образом они могут оказывать благотворное влияние на зрение, сначала нужно разобраться, а от чего, собственно, утомляются глаза, и как происходит возникновение нарушений, связанных с этим.

Механизмы стереоскопического зрения

Выпуклый участок стены выглядит в верхней своей части более светлым, когда источник света расположен выше, а вот углубление в ее поверхности выглядит в верхней части более темным.

Удаленность предмета можно определить по такому важному признаку, как параллакс движения. Это кажущееся относительное смещение более далеких и близких предметов при движении головой в разных направлениях (вверх и вниз или вправо и влево)

Все имели возможность наблюдать «железнодорожный эффект»: если смотреть из окна движущегося поезда, кажется, что скорость предметов, которые расположены более близко, большая, чем тех, которые находятся на большом расстоянии.

Стереопсис

Критерием удаленности предметов является величина аккомодации глаза (напряжение цилиарного тела и цинновых связок, которые управляют хрусталиком). Об удаленности объекта наблюдения также можно судить по усилению дивергенции или конвергенции. Все вышеперечисленные показатели удаленности, за исключением предпоследнего, монокулярные. Наиболее важным механизмом восприятия глубины пространства является стереопсис. Он зависит от возможности совместного использования двух глаз. Дело в том, что, когда человек рассматривает любую трехмерную сцену, каждый его глаз формирует несколько неодинаковые изображения на сетчатках. В процессе стереопсиса в коре головного мозга происходит сравнение изображения одной и той же сцены на обеих сетчатках и оценка относительной глубины. Процесс слияния двух монокулярных изображений, которые видны раздельно левым и правым глазом при рассматривании объекта одновременно обоими глазами, в одно объемное изображение, называется фузией.

Диспарантность

Диспарантностью называют отклонение от положения корреспондирующих точек (точки на сетчатках правого и левого глаза, в которых позиционируется одно и то же изображение). Если это отклонение не превышает в горизонтальном направлении 2°, а по вертикали – не больше нескольких угловых минут, то человек будет визуально воспринимать одиночную точку в пространстве как расположенную ближе, чем сама точка фиксации. В том случае, когда расстояния между проекциями точки меньше, а не больше, чем между корреспондирующими точками, будет казаться, что она расположена дальше точки фиксации. Третий вариант: если горизонтальное отклонение будет больше 2°, вертикальное превышает несколько угловых минут, то мы сможем увидеть две отдельные точки. Они могут казаться расположенными ближе или дальше точки фиксации. Этот эксперимент лежит в основе созданий целой серии стереоскопических приборов – от стереоскопа Уитстона до стереотелевидения и стереодальномеров.

Как мы видим мир в трех измерениях?

Человеческое зрение позволяет нам видеть мир в трех измерениях. Это означает, что мы способны оценивать глубину и расстояние между объектами, а также воспринимать объемные формы.

Основной причиной нашей способности видеть в 3D является стереоскопическое зрение. Оно основано на том, что наши глаза расположены на некотором расстоянии друг от друга. В результате каждый глаз видит изображение объектов с немного разным углом. Эта разница позволяет нам оценивать глубину и создает эффект объемности.

Как работает стереоскопическое зрение? Когда мы смотрим на объект, каждый глаз видит его с немного разной перспективы. Затем наши глаза сливают два изображения в единое и наш мозг анализирует разницу между ними. Это позволяет нам определить глубину и расстояние до объекта.

Для лучшего восприятия объема и глубины мы можем использовать стереоскопические изображения или устройства. Такие изображения создают иллюзию трехмерности, показывая разные изображения для каждого глаза. При просмотре стереоскопических изображений глаза видят разные углы и мозг снова анализирует разницу между ними, создавая эффект объемности.

Важно отметить, что стереоскопическое зрение является одной из важнейших особенностей человеческого зрения. Благодаря нему мы можем точно оценивать глубину и расстояние до объектов, что позволяет нам навигироваться в пространстве, избегать препятствий и воспринимать окружающий мир в полной мере

Какие различия между двухмерным и трехмерным зрением?

Двухмерное и трехмерное зрение являются двумя разными способами восприятия окружающего мира, основанными на способности глаза интерпретировать пространственные данные.

Двухмерное зрение — это способность глаза воспринимать мир в двух измерениях, что означает, что мы видим объекты только в длине и ширине без учета глубины. Это позволяет нам определить форму и размер объектов, а также расстояния между ними, но не дает нам полного представления о пространственной структуре сцены.

Трехмерное зрение — это способность глаза воспринимать мир в трех измерениях, включающий длину, ширину и глубину. Это позволяет нам видеть объекты и пространственные отношения между ними более точно и полно. Трехмерное зрение основано на объединении двух изображений, полученных с двух глаз, что позволяет определить глубину и создать эффект объемности.

Основные различия между двухмерным и трехмерным зрением ​​включают:

1. Пространственная информация: трехмерное зрение ​​предоставляет нам более полное представление о мире и позволяет нам более точно определить расстояние, глубину и пространственные отношения между объектами.
2. Ощущение объема: трехмерное зрение позволяет нам видеть объекты в трех измерениях и воспринимать их объем и форму более реалистично, в то время как двухмерное зрение ограничено только длиной и шириной.
3. Глубинное восприятие: трехмерное зрение позволяет определить, какие объекты находятся ближе или дальше от нас, что облегчает навигацию и ориентацию в пространстве.
4. Эффект объемности: трехмерное зрение создает эффект объемности и глубины, что делает изображение более реалистичным и привлекательным.

Хотя большинство людей обладает возможностью трехмерного зрения, некоторые люди могут иметь ограниченные возможности трехмерного восприятия из-за различных физиологических или патологических причин, таких как близорукость или аномалии в функционировании глаза.

В целом, трехмерное зрение играет ключевую роль в нашем повседневной жизни, обеспечивая нам более полное и точное восприятие окружающего мира и помогая нам ориентироваться в пространстве.

Условия, которые могут повлиять на стереоскопическое зрение

Стереоскопическое зрение требует совместной работы обоих глаз, требуя, чтобы оба были выровнены и чтобы зрение каждого было хорошим. По этой причине у пациентов с определенными патологиями, которые влияют на выравнивание или зрительную способность одного из глаз, может быть нарушен стереопсис, это часто наблюдается у пациентов с:

• косоглазие: возникает при отклонении положения глаз, из-за чего взгляд при фокусировке направляется в разные точки.
• Ленивый глаз или амблиопия: это проявляется, когда, как правило, один из глаз представляет задержку в развитии зрительной функции. Это состояние тесно связано с косоглазием, хотя может возникать и по другим причинам.

Кроме того, любая другая проблема, которая влияет на способность одного из глаз правильно видеть, будь то из-за травмы, повреждения и т. д., может повлиять на стереоскопическое зрение, влияя на способность измерять глубину или расстояние до объектов.

Как работает трехмерное зрение у людей?

Трехмерное зрение (стереозрение) у людей осуществляется благодаря специальному механизму, который позволяет воспринимать глубину и расстояние между объектами.

Основным инструментом трехмерного зрения являются два глаза человека. Каждый глаз воспринимает изображение объекта с некоторым углом обзора. Разница в углах обзора между глазами создает эффект стереозрения.

При видении человека изображение каждого объекта попадает на сетчатку каждого глаза. Далее, нервные импульсы передаются в мозг, где происходит их сравнение и анализ. Мозг на основе полученной информации создает трехмерное представление мира.

Особенностью трехмерного зрения является способность человека оценивать глубину и расстояние между объектами. Это возможно благодаря разнице в углах обзора глаз и расстоянии между ними. Когда объект находится близко, оба глаза смотрят на него под некоторым углом. Когда объект находится далеко, углы обзора глаз становятся меньше.

Также важную роль в трехмерном зрении играют другие факторы, такие как перспектива и восприятие глубины на основе градиента яркости. Мозг использует эти сигналы для определения расстояния между объектами.

Трехмерное зрение у человека является очень важной способностью, которая позволяет нам ориентироваться в пространстве, воспринимать глубину и расстояние. Оно позволяет нам точно оценивать расстояние до предметов, управлять движением, избегать препятствий и выполнять другие повседневные задачи

Схема

В традиционном стереозрении две камеры, смещенные по горизонтали друг от друга, используются для получения двух различные взгляды на сцену, аналогичные человеческому бинокулярному зрению. Путем сравнения этих двух изображений информация об относительной глубине может быть получена в форме карты диспаратности, которая кодирует разницу в горизонтальных координатах соответствующих точек изображения. Значения на этой карте диспаратности обратно пропорциональны глубине сцены в соответствующем местоположении пикселя.

Чтобы человек мог сравнить два изображения, они должны быть наложены на стереоскопическом устройстве, причем изображение с правой камеры отображается в правый глаз наблюдателя, а с левой – в левый глаз.

В системе компьютерного зрения требуется несколько этапов предварительной обработки.

1. Изображение сначала должно быть неискаженным, так чтобы было бочкообразное искажение и тангенциальное искажение. удалено. Это гарантирует, что наблюдаемое изображение соответствует проекции идеальной камеры-обскуры .
2. Изображение должно быть спроецировано обратно на общую плоскость, чтобы можно было сравнить пары изображений, что известно как исправление изображения.
3. Информация мера, сравнивающая два изображения, сведена к минимуму. Это дает наилучшую оценку положения объектов на двух изображениях и создает карту несоответствия.
4. При желании полученная карта несоответствия проецируется в трехмерное облако точек. Используя проективные параметры камер, облако точек может быть вычислено таким образом, чтобы обеспечивать измерения в известном масштабе.

Технические приёмы для создания искусственных стереоизображений

Бесконечно разнообразные сферы использования оптических изображений в науке, технике и в быту требуют таких методов создания и воспроизведения образов, которые позволяют получить максимальное приближение к реальности.

Стереоизображение может быть получено с помощью технических систем и устройств, использующих принцип бинокулярного зрения — оптических систем, обеспечивающих раздельное поле зрения для каждого глаза. При этом рассматриваеиые отдельные изображения (стереопары) попадают на сетчатки глаз раздельно, и сливаются в одно объёмное изображение в коре головного мозга человека.

Одним из первых устройств был стереоскоп, создание которого было естественным следствием развития фотографии. Позже появились очки-анаглифы, обеспечивающие получение объёмного изображения по упрощённой схеме; правда качество таких иллюстраций довольно невысокое, их нельзя делать многоцветными и, кроме того, просмотр анаглифов утомляет глаза.

Линзово-растровая стереоскопия нашла применение в производстве открыток и значков.

В конце ХХ века большие надежды возлагались на голограммы, как на способ воспроизведения объёмных изображений, однако их применение на практике в настоящее время невелико.

Влияние факторов окружающей среды на ощущение трехмерности

Ощущение трехмерности, или объемного пространства, возникает благодаря сложному взаимодействию различных факторов, включая визуальные, тактильные и кинестетические ощущения. Окружающая среда играет важную роль в создании и поддержании этого ощущения.

Один из основных факторов, влияющих на ощущение трехмерности, — это стереозрение. Оно позволяет нам воспринимать глубину и удаленность предметов в пространстве. Стереозрение достигается благодаря нашей способности видеть один и тот же объект с двух разных точек зрения, что позволяет мозгу воспринимать различия в отдельных изображениях и создавать объемное восприятие.

Однако стереозрение зависит от множества факторов, включая расстояние и угол между глазами, освещение и текстуру предметов, а также цветовые контрасты. Особенно важным является расстояние между глазами — чем оно больше, тем глубже будет ощущение пространства.

Окружающая среда также может влиять на ощущение трехмерности через использование перспективы, светотени и теней. Перспектива используется для создания иллюзии глубины, причем чем сильнее эффект перспективы, тем более трехмерным будет восприятие.

Светотень и тени также играют важную роль в ощущении трехмерности. Они создают объемные формы и помогают определить глубину и пространственное положение предметов. Светотень может дать нам представление о форме и поверхности объектов, в то время как тени могут помочь определить их удаленность и расположение.

И наконец, тактильные и кинестетические ощущения окружающей среды также могут влиять на ощущение трехмерности. Прикосновение к объектам, их фактура и текстура могут дополнить визуальные впечатления и помочь определить их объемные характеристики.

Таким образом, помимо стереозрения, мы можем ощущать трехмерность благодаря эффектам перспективы, светотени и теней, а также прикосновению и другим тактильным и кинестетическим ощущениям. Все эти факторы взаимодействуют вместе, создавая наше визуальное представление и ощущение трехмерного мира.

Почему важно иметь хорошее стереоскопическое зрение?

Стереоскопическое зрение необходимо во многих повседневных делах, таких как игра в мяч, занятия определенными видами спорта, действия, которые требуют острота зрения, использование видеоигр и даже наше умение правильно хлопать в ладоши.

Однако одна из задач, в которой способность воспринимать глубину и расстояние наиболее актуальна, — это управление автомобилем.

бинокулярное зрение в рельефе имеет важное значение для расчета расстояния при обгоне или при движении по кривой.

Плохой стереопсис также может повлиять на повседневную работу, особенно на тех профессиях, которые требуют хорошего зрения крупным планом, таких как хирурги или те, кто работает с точными машинами, уделяя особое внимание тем, которые могут привести к травмам рук.