Стереокартинки и стереограммы¶
Стереокартинка (также стереограмма, автостереограмма) — изображение или узор, при рассматривании которого у человека возникает иллюзия объёмной, трёхмерной сцены. Эффект основан на бинокулярном зрении: каждой из двух сетчаток глаза предъявляется немного различающаяся картина, а мозг объединяет их в единый образ с ощущением глубины. В отличие от обычной фотографии, стереокартинка не содержит видимого объёмного объекта как такового — его «достраивает» зрительная система наблюдателя.
¶Принцип восприятия
Человек воспринимает глубину во многом благодаря тому, что глаза расположены на некотором расстоянии друг от друга (в среднем около 63 мм). Поэтому каждый глаз видит предметы под слегка разным углом — возникает так называемый бинокулярный параллакс. Мозг сопоставляет два изображения и по их различию определяет расстояние до объектов.
Стереокартинка строится так, чтобы заставить глаза получить именно такие различающиеся проекции. Существует два основных способа:
- Разделение каналов — каждый глаз видит отдельную картинку (анаглиф с цветными фильтрами, поляризационные очки, затворные очки).
- Свободное сведение — оба глаза смотрят на один и тот же плоский узор, но наблюдатель сводит или разводит взгляд так, что соседние фрагменты узора совмещаются в пары.
Именно второй тип лежит в основе массовых «магических глаз» — автостереограмм, которые не требуют никакого оборудования.
¶История
Первые стереоскопические приборы появились в 1830-х годах. В 1838 году английский физик Чарлз Уитстон описал зеркальный стереоскоп, а в 1849 году Дэвид Брюстер предложил более удобную линзовую конструкцию. Парные стереофотографии стали массовым развлечением викторианской эпохи.
Идею автостереограммы, не требующей очков, сформулировал в 1960-х годах венгерский учёный Бела Юлеш, работавший в США. Он показал, что случайный точечный узор с периодически повторяющимися фрагментами может кодировать скрытую объёмную фигуру. Широкую известность метод получил в начале 1990-х, когда вышли книги серии «Magic Eye» с цветными узорами-автостереограммами; в России такие картинки распространялись в печати и на компьютерных дисках под названием «стереокартинки».
¶Виды
| Тип | Что требуется | Особенности |
|---|---|---|
| Анаглиф | Красно-синие очки | Простой, но искажает цвета |
| Поляризационный | Специальные очки и экран | Применяется в кинотеатрах |
| Затворный | Активные очки | Высокое качество, дорогостояще |
| Автостереограмма | Ничего | Узор с повторяющимся шаблоном |
| Парные стереопары | Стереоскоп или тренировка | Классический метод XIX века |
Автостереограммы, в свою очередь, делятся на SIRDS (single image random dot stereogram — узор из случайных точек) и более поздние цветные варианты с текстурой, где скрытая фигура проявляется за счёт смещения повторяющихся элементов.
¶Как устроена автостереограмма
Изображение строится из вертикальных полос-шаблонов, повторяющихся через равные промежутки — так называемый период. Если скрытая фигура должна «выступать» над фоном, соответствующие фрагменты в соседних повторах сдвигают на несколько пикселей ближе друг к другу. Когда наблюдатель сводит глаза так, что соседние повторы накладываются, сдвиг превращается в разницу горизонтальных координат — тот самый параллакс, который мозг читает как глубину.
Ключевой параметр — величина периода, подбираемая под расстояние между зрачками и дистанцию просмотра. Слишком малый период затрудняет сведение, слишком большой делает картинку «рваной».
¶Как смотреть
Распространены два приёма:
- Параллельный взгляд — глаза фокусируются за плоскостью изображения; картинку держат близко и «смотрят сквозь» неё.
- Перекрёстный взгляд — глаза сводятся перед картинкой; изображение держат дальше.
При правильном сведении повторы совмещаются, и через несколько секунд проявляется объёмная фигура. Навык обычно требует тренировки; у части людей возникают усталость глаз или головная боль, поэтому длительный просмотр не рекомендуется.
¶Применение
Помимо развлечения, стереоизображения используются в науке и технике: стереофотограмметрия для построения карт и 3D-моделей местности, медицинская визуализация, системы виртуальной реальности, контроль качества в промышленности. Автостереограммы применяют в тестах на бинокулярное зрение и в исследованиях восприятия глубины.
¶Ограничения
Стереокартинки не работают у людей с выраженным нарушением бинокулярного зрения, косоглазием или значительной разницей остроты зрения глаз. Эффект зависит от расстояния до экрана, размера изображения и индивидуальных особенностей. Кроме того, скрытая фигура не является настоящей трёхмерной моделью — это лишь иллюзия глубины, не дающая информации о невидимых сторонах объекта.
Источники: Уитстон Ч. «Contributions to the Physiology of Vision»; Юлеш Б. «Foundations of Cyclopean Perception»; обзоры по стереоскопии и физиологии зрения; материалы по стереофотограмметрии.