O widzeniu przestrzennym

Długo będę pamiętał mój pierwszy seans w kinie 3D. Najpierw na ekranie pojawił się ludzik, nic wielkiego. Był wprawdzie nieco wypukły, ale jakoś mnie to nie szokowało. Dlatego gdy po chwili ów ludzik wyszedł z ekranu, podniósł leżącą na podłodze piłkę bejsbolową i rzucił mi ją prosto w twarz, byłem raczej zaskoczony. Przez następnych kilka minut obserwowałem latające wkoło mnie pszczoły i co jakiś czas schylałem się, by uniknąć kolizji z nadlatującą rakietą. Po wyjściu z kina, kiedy już trochę ochłonąłem, zacząłem zastanawiać się, jak to w ogóle jest możliwe. Przecież w kinie nie było nic ponad zwykły biały ekran. Jedyna różnica ze zwykłymi seansami, jakie dotychczas widziałem, polegała na śmiesznych okularach na moim nosie.

Na początku odpowiedzmy na pytanie, czy zdjęcie obok jest trójwymiarowe. Na pierwszy rzut oka wydaje się, że tak. Przecież wyraźnie widać, że taboret znajduje się przed instrumentem, dywan pod taboretem itd. Jednak ten obraz jest całkowicie płaski, a wrażenie trójwymiarowości powstaje jedynie w naszym mózgu, przyzwyczajonym do obserwowania świata w perspektywie i interpretowania jego trójwymiarowej głębi. Na tym przyzwyczajeniu bazuje znaczna część obrazkowych złudzeń optycznych, bo czasem mózg ma problemy z jednoznaczną przestrzenną interpretacją płaskiego rysunku. Na przykład: czy żółta ścianka na poniższym schemacie sześcianu znajduje się z przodu czy z tyłu?

Obrazy na kinowym ekranie 3D są jednak niezwykle realnie trójwymiarowe. Jak taki efekt osiągnąć? Aby odpowiedzieć na to pytanie, musimy zastanowić się nad mechanizmami widzenia przestrzennego. Wiadomo, że obraz uzyskany za pomocą przyrządu optycznego, jakim jest oko, jest rzutem obiektu trójwymiarowego na powierzchnię siatkówki. Zatem jest on dwuwymiarowy.

Ponieważ jednak posiadamy dwoje oczu, a każde z nich ogląda świat z trochę innego punktu i patrzy na to samo pod innym kątem, pojedynczy rzeczywisty obiekt tworzy w naszych oczach dwa nieco różne obrazy, które w efekcie skomplikowanych operacji wykonywanych przez mózg, łączą się w jeden - trójwymiarowy. Zatem aby w mózgu otrzymać realistyczny obraz trójwymiarowy, wystarczy sprawić, by nasze oczy otrzymały dwa różne obrazy tego samego obiektu. Tylko jak tego dokonać?

Jest to technika tworzenia przestrzeni trójwymiarowej (a przynajmniej jej złudzenia) na płaszczyźnie. Jej prakursorem był brytyjski wynalazca Charles Wheatstone (1802-1875), tworzący swoje pierwsze eksperymentalne obrazy w latach 20. XIX wieku (notabene był on również wynalazcą mikrofonu i sposobu utajniania tekstu, zwanego szyfrem Playfair'a).

Pomysł Wheatstone'a był prosty: narysować dwa obiekty koło siebie, a następnie spojrzeć na nie w taki sposób, by ich obrazy nałożyły się na siebie nawzajem (można tego dokonać np. lekko zezując). Takie rysunki nazwał stereoparami. Początkowo były one nieskomplikowane i nie były przeznaczone dla masowego odbiorcy. Chcąc podzielić się swoimi odkryciami z szerszą publicznością, w 1838 roku Wheatstone stworzył pierwszy stereoskop - aparat optyczny umożliwiający oglądanie stereopar bez dodatkowej gimnastyki oczu.

Kolejnym etapem rozwoju stereoskopii były anaglify. Metoda ta polega na umieszczeniu różniących się nieco obrazów jeden na drugim, ale obrazy te wykonane są w różnych kolorach (najczęściej niebieskim i czerwonym). Po założeniu specjalnych okularów o kolorach soczewek odpowiadających kolorom rysunku, uzyskuje się efekt "wyskakiwania" obrazu ponad płaszczyznę, czyli realistyczne złudzenie trójwymiarowości. Dzieje się tak dlatego, że oko, na które założy się czerwone szkło, widzi jedynie linie niebieskie i na odwrót.

Jedne z pierwszych stereoskopów i wiele przykładów anaglifów można oglądać np. w Muzeum Trzeciego Wymiaru w Dinkelsbühl w Niemczech - jednym z niewielu tego typu muzeów na świecie.

Obecnie w kinach stosuje się wiele systemów wyświetlania tzw. trójwymiarowych filmów. Do najbardziej popularnych należą:

• RealD Cinema - wykorzystuje srebrny ekran i zjawisko polaryzacji,
• XPan - widzowie noszą specjalne okulary z zamykanymi klapkami, które otwierają się na zmianę z dużą częstotliwością, co rozdziela obrazy wyświetlane na ekranie,
• Dolby 3D Digital Cinema - stosuje metodę podobną do anaglifów, specjalne okulary rozdzielają odpowiednie zakresy częstotliwości światła.

Poniżej prezentujemy zdjęcia modeli wielościanów wykonane w technice anaglifowej. Aby uzyskać efekt trójwymiarowości, należy patrzeć na nie przez okulary z czerwoną i zieloną lub niebieską szybką. Można je łatwo wykonać z kolorowej folii do cukierków.

Osoby zainteresowane stereoskopią zachęcam do zajrzenia na stronę: http://www.stereos.com.pl, gdzie można znaleźć więcej informacji, technik oraz przykładów stereopar do oglądania.