Афанасьев А.Н.
Не оспаривается факт, что со временем все технические средства отображения станут трехмерными. Это и телевидение, и кино, и компьютерные мониторы. Способы реализации могут быть самыми разными, даже непред-сказуемыми, но принцип - это 3D. В связи с этим возникает проблема пере-вода существующих плоских фильмов в трехмерные. Это актуально уже сейчас для стереокинотеатров, т.к. выпускаемых объемных фильмов явно недостаточно для удовлетворения зрительского спроса. Недостаток фильмов сдер-живает распространение перспективных стереовидеотеатров. И актуальность проблемы будет возрастать.
В настоящий момент получила распространение технология синтеза трехмерных фотографий по плоскому оригиналу с последующим отображе-нием растровым способом. Получаемые таким способом растровые фотографии даже лучше двухракурсных, полученных с помощью стереосъемки. Производители растров отказываются от второго ракурса и синтезируют фото по одному, но получают несколько ракурсов. Это понятно, т.к. качество восприятия растров повышается с количеством ракурсов. Как правило, при синтезе таких фотографий пользуются стандартными программами типа Photoshop. Трудоемкость процесса чрезвычайна высока, и качество оставляет желать лучшего. Правда, недостатки скрадываются способом отображения, который явно не идеален. Но пока с этим приходится мириться. На рис.1 представлены исходное изображение и синтезированный таким способом второй ракурс. В левом ракурсе справа от астронавта заметны следы дорисовки графическим редактором.
Рис.1. Синтезированное стереофото.
Существует еще два способа имитации объема. Это метод наклонного параллакса и метод временной задержки. Первый основан на геометрической модели пространства, когда дальние объекты на изображении располагаются выше. В некоторых случаях это работает: на крупных планах местности, при трансляции спортивных соревнований и некоторых других. Но кино в целом так не получить. На рис.2 иллюстрируется удачный в смысле объема план. Однако в правом ракурсе заметна неестественная деформация автомобиля.
Рис.2 Наклонный параллакс.
Метод временной задержки основан на том, что при движении объектов в сцене создается стереоэффект, если одним глазом наблюдать текущее изображение, а другим задержанное. Наилучший эффект достигается вращением сцены. Снятые таким образом фильмы уже давно существуют в продаже. Имеются и недостатки: когда нет движения, или когда движение объектов в сцене происходит в разных направлениях, или когда быстро меняется неподвижный фон - стереоэффект не наблюдается. Например, для видеоклипов объем воспринимается примерно в 10% кадров. На рис. 3 показаны сцены с воспринимаемым объемом..
Рис.3. Принцип движения.
В статье "Преобразование двухмерного изображения в стереоскопическое эффектное зрелище" (American cinematografer, N5, 1998) обсуждается проблема синтеза трехмерных фильмов по плоскому оригиналу. Заявляется об автоматизации процесса с помощью мощных компьютеров. Сцены разбиваются на 256 слоев по глубине, и объемность не уступает прямым стерео-съемкам. Принципы автоматизации не обсуждаются, но можно предполо-жить, что она не полная.
Наилучшим объемным эффектом обладает 3D анимация. В этой технологии возможно все. И получение многих ракурсов, и регулировка параллаксов, и эффект оглядывания. Индустрия 3D игр стремительно развивается и распространяется в область зрелищ. Фирма IMAX приступила к переводу анимационных стереокинофильмов на DVD. На рис.4 показаны кадры одного из таких фильмов. Аттракционы виртуальной реальности пользуются все большей популярностью. Сдерживающим фактором является высокая трудоемкость создания анимации и, соответственно, стоимость продукции. И все же анимация - это не кино.
Рис.4. Кадры из фильма "Alien adventure".
Автор предлагает технологию синтеза трехмерных фильмов по плоскому оригиналу, основанную на следующих принципах. Фильм разбивается на фрагменты, для каждого из которых задается опорный кадр и вектора смеще-ния объектов, примерно как в технологии MPEG. Объекты опорного кадра кодируются контурами вручную с помощью специализированного компью-терного редактора.
Трудоемкость процесса остается высокой, до 10 мин на первый кадр. В следующем фрагменте объекты опорного кадра кодируются путем редакти-рования объектов предыдущего. Это снижает трудоемкость в несколько раз. Кроме того, определяются вектора смещения объектов. Остальные кадры по-лучаются из опорных на основании информации о векторах путем аппроксимации. При редактировании осуществляется покадровый просмотр фильма, и если ошибка аппроксимации неприемлема, вставляется новый опорный кадр. Выделяется особый объект - фон, который характеризуется отсутствием движения. Фон подвергается трансформации как фотография и может оста-ваться неизменным на длительном интервале. На рис. 5 показана панель ре-дактора с контурами объектов в движении и векторами смещения.
Рис.5. Панель редактора с контурами объектов.
Следующая стадия - разбиение объектов на планы. Эти характеристики задаются для каждого опорного кадра и сохраняются для всего фрагмента. Если перемещение объектов по глубине слишком быстрое, вновь вставляется опорный кадр. Далее для каждого объекта задается тип трансформации, на-пример смещение влево или вправо. Всего используется 8 типов трансфор-мации, что позволяет в достаточной степени передавать глубину и объем-ность сцены. Удалось избавится от "фанерности" фигур, что характерно для растровых синтезированных фото.
Важнейшим фактором является восстановление планов, не имеющихся на исходном изображении и которые появляются при трансформации объек-тов. На самом деле, что должно быть за объектом, который сдвигается? В простейшем случае удается восстановить недостающую информацию по не-скольким кадрам, если объекты перемещаются. Однако это получается не всегда и приходится анализировать контекст. Это конечно можно сделать средствами Photoshop - кистями и т.д. Дорисовать можно все, правда, трудо-емкость неимоверна. Поэтому разработаны автоматические методы восста-новления информации на основе контекста, которые полностью исключили необходимость ручного редактирования.
Заключительная стадия - рендеринг на основе информации об объектах и их движении. Этот процесс полностью автоматизирован, ведется в трех-мерном виде, наблюдается либо в анаглифических, либо ЖК очках, и достав-ляет истинное удовольствие оператору. Своими глазами впервые увидеть как пусть и красивое, но плоское зрелище приобретает объем, глубину, просто оживает… Затем полученный фильм сжимается каким либо кодеком и запи-сывается на CD или DVD. Фильмы могут быть в трех стереоформатах - сте-реопары друг над другом, рядом или с чередованием строк.
Достоинства технологии понятны. Появляется возможность вместе с вы-ходом новых фильмов выпускать стереоверсию, что кардинально решает проблему контента кинотеатров. Появляется возможность перевода киноше-девров, как это получается с ракраской. Появляется возможность качествен-ного видеопоказа, ведь до сих пор видеостерео распространяется в аномор-фированном виде и при увеличении на большой экран качество невелико. Количество получаемых ракурсов неограниченно, что делает возможным просмотр через растр. Да и для других мыслимых средств отображения объ-ема технология подходит. Процесс, конечно, самый дешевый из всех извест-ных и относительно нетрудоемок, ведь 95% автоматизировано. Правда, ос-тальные 5% - это ручная работа.
Есть и другие недостатки, которые необходимо устранять. Детальность проработки не может быть абсолютной. Такие объекты как брызги воды или листья дерева невозможно закодировать вручную. Видимо, необходимо при-менять средства обработки изображений, такие как оконтуривание. Очень важно качество ручного кодирования и небрежность оператора может при-вести к негативной реакции зрителя. Необходима борьба за дальнейшее сни-жение трудоемкости, за большую автоматизацию.
Несмотря на это автор считает, что направление следует развивать. Уже сейчас возможно коммерческое использование и созданы первые минуты синтезированных фильмов. Объемные "Унесенные ветром" - это реальность.
Ижевск. НТЦ "Вычислительная техника".
Информационный источник: http://www.stereokino.ru/sintes3d.htm
