Максим Руссо: Секреты объемного кино

Максим Руссо Wikimedia Commons

28 мая в рамках проекта «Публичные лекции "Полит.ру"» состоялась лекция Галины Ивановны Рожковой – доктор биологических наук, профессор, главный научный сотрудник Института проблем передачи информации РАН. Тема лекции: «Механизмы бинокулярного зрения человека и восприятие фильмов 3D формата».

В одной из повестей Стивена Кинга демонический пёс, возникающий на фотографиях, которые сделаны таинственным фотоаппаратом, стремится вырваться в реальный трехмерный мир (конечно, с самыми злобными целями). Герою удается загнать чудовище обратно, в плоский мир фотографий, сняв другим аппаратом. В реальной жизни образы с плоских изображений не проявляют такого рвения, чтобы стать объемными, зато люди довольно давно захотели сделать двухмерную картинку трехмерной. И попытки сделать это начались задолго до появления кино.

Мы воспринимаем глубину пространства благодаря бинокулярности нашего зрения. Пусть небольшое, обычно 6-7 сантиметров, расстояние между глазами человека обеспечивает отличие между тем, что видит левый и правый глаз. В мозге из этих двух картинок складывается трехмерный образ. Это явление исследовал Леонардо да Винчи, а подробное его описание сделал Иоганн Кеплер в труде «Диоптрика». Следовательно, чтобы картинка стала в нашем восприятии объемной, нужно обеспечить разные изображения для левого и правого глаза. Художники стали пытаться сделать это уже в XVII веке. Экспериментировали с объемными картинами итальянцы Джованни Баттиста делла Порта и Джакопо Хименти да Эмполи. В XIX веке изобретены сначала стереоскоп – прибор, позволяющий получить «объемное» изображение из двух картинок, а за ним и стереоскопический фотоаппарат.

Следует упомянуть, что помимо стереоскопических методов, основанных на раздельном предъявлении одного кадра из стереопары каждому глазу, существуют голографические методы создания 3D изображений, в которых пространственные сцены имитируются на основе голографических принципов. В этом случае иллюзию объема можно наблюдать и двумя глазами, и монокулярно. Но если говорить о кино, то тут голографические методы находятся еще в стадии экспериментов, и те 3D фильмы, что мы видим в кинотеатрах, основаны на принципе стереоскопии.

Какие существуют методы разделения картинок, предъявляемых левому и правому глазам зрителя? Во-первых, это метод пространственного разделения. Он используется, например, в шлемах виртуальной реальности, где мини-телевизоры демонстрируют свое изображение для каждого из глаз. Другой метод основан на спектральном разделении. Возможно, вам приходилось видеть очки для просмотра стереокартинок, в которых глаза должны смотреть сквозь пленку разного цвета (например, красную и синюю). Это и обеспечивает разное изображение одного объекта для каждого из глаз, а значит – возникновение иллюзии объема.

Такие очки и картинки были изобретены еще в XIX веке, а сейчас существует более совершенный способ цветового разделения, известный под названием Infitec. В нем также используются очки, каждая половина которых пропускает определенные участки спектра. Сильно упрощая, можно сказать, что, например, правый глаз видит красную, желтую, голубую и фиолетовую области, а левый – оранжевую, зеленую и синюю. В результате картинка для каждого глаза получается разной.

Еще один способ разделения – поляризационный. Каждое из двух стекол очков в жанном случае пропускает лучи только с определенной поляризацией. В 3D очках может применяться как линейная, так и круговая поляризация. Последняя удобнее, так как стереоэффект сохраняется при наклоне головы зрителя. Поляризационные способ сепарации – один из самых популярных в современном 3D кино.

Временной способ сепарации заключается в том, чтобы в один момент времени демонстрировать изображение только для правого глаза, в другой – только для левого, и так далее попеременно. Соответственно, каждый глаз по очереди не должен видеть. Сперва для такого стереокино использовались механические устройства с большой частотой закрывающие поле зрения одного из глаз, теперь – жидкокристаллические очки с тем же свойством. Естественно, моменты, когда на экране показывается изображение для «левого» и «правого» глаза, должны быть строго синхронизированы с работой очков, чтобы возник эффект стереоизображения.

Наконец, есть метод сепарации, который не требует применения очков. При «растровом методе» демонстрируемое на экране изображение состоит из узких вертикальных полосок, которые принадлежат к двум картинкам – предназначенным для левого и правого глаза. Перед экраном находится растр – устройство, позволяющее каждому глазу видеть только те полоски, которые для него предназначены. Растр представляет собой или ряд вертикальных полос, загораживающих для соответствующего глаза то изображение, которое он видеть не должен, или же вертикально расположенные линзы, выполняющие ту же функцию. Естественно, растровые экран требует довольно точного расположения зрителя в определенной зоне, чтобы его глаза получали ровно то, что для них предназначено. Иначе стереоэффекта не возникнет. Именно строгое ограничение на размещение зрителей служит важным недостатком растрового метода.

Сегодня стереоизображения, полученные растровым методом сепарации, знакомы нам в основном по забавным стереоткрыткам. Но раньше существовало и 3D кино основанное на этом методе. В феврале 1941 года первый показ «объемного» фильма прошел в кинотеатре «Москва». Систему съемки и показа придумал изобретатель Семен Иванов. Для демонстрации фильма использовался щелевой растровый экран размером три на пять метров. В конце 40-х в Москве появился кинотеатр в Москве открылся кинотеатр «Стереокино», где был установлен линзо-растровый стереоэкраном размером 3,1 на 3 метра. В 60-е появилась система съемки стереоскопических кинофильмов «Стерео-70». Фильмы в этой системе снимались вплоть до 90-х годов.

Да и другие системы стереокино разрабатывались у нас довольно рано. Уже в 1911 году в Санкт-Петербурге в кинотеатре «Танагра» демонстрировался первый стереофильм. В 1926 году был создан фильм с цветовым методом сепарации изображений. В 1936 появился первый советский цветной документальный стереофильм «Праздник труда». Об истории отечественного стереокино можно узнать подробнее из публикаций Н. А. Майорова в журнале «Мир техники кино».

Естественно, снимать фильмы для стереоскопического кино нужно двумя камерами. Так, чтобы каждая из камер снимала то, что будет видеть один глаз зрителя. Иногда съемка ведется на две кинопленки, есть и однопленочные методы, в которых изображение с обеих камер фиксируется на одну пленку, где каждый кадр представляет собой пару изображений. В наши дни, с появлением цифровых технологий, появились и способы «доведения» кадров, снятых обычной камерой, до 3D формата. В этом случае изображение, предназначенное для второго глаза, достраивается искусственно. Хотя используемые при этом алгоритмы довольно сложны, сейчас такой метод уже стал дешевле, чем съемка фильма двумя камерами.

Почему же у зрителя во время просмотра 3D фильмов могут возникнуть неприятные ощущения? Галина Ивановна Рожкова выделила несколько причин зрительного дискомфорта. Он может быть связан с недостатками, возникшими при создании фильма (неправильно выбранными параметрами съемки). Также причиной может стать неудовлетворительное качество показа: низкий уровень яркости экранного изображения, нарушения сегрегации (разделения картинок для левого и правого глаза), неправильно определенная зона зрительских мест в кинозале. Порой причина дискомфорта кроется в неявных нарушениях бинокулярного зрения у конкретного зрителя. В обычной жизни он их может не замечать, а при просмотре фильма в 3D формате, они проявляются.

Наконец, дискомфорт может вызывать и просто отсутствие необходимых навыков восприятия продукции в 3D формате. Даже восприятие плоской картинки на экране телевизора или обычного кинотеатра требует от наших глаз и мозга определенных навыков. Но мы обычно вырабатываем эти навыки так рано, что не осознаем этого и считаем их нашим природным свойством. При просмотре 3D фильма зрительной системе человека приходится еще сложнее. Например, потому, что в этом случае не совпадают точки аккомодации (наведения глаза на резкость) и конвергенции (соединение направлений взгляда двух глаз на объекте). Аккомодация происходит на уровне экрана, на объект в силу иллюзии объема «выступает» из плоскости экрана. Поэтому начинающим зрителям рекомендуется привыкать к просмотру 3D фильмов постепенно. Лучше всего, если для начала демонстрации стереокино будут для них длиться 10-20 минут. Такое постепенное привыкание позволит органам зрения выработать необходимые навыки, чтобы зритель избежал возможного дискомфорта.

Смотрите также: Механизмы бинокулярного зрения человека и восприятие фильмов 3D формата Видеоклип канадской рок-группы основан на оптической иллюзии Музыка может вызывать зрительные иллюзии «Сборка образа» как основная проблема нейробиологии