Эффективность современных средств получения и отображения визуальной информации определяется степенью соответствия создаваемых этими средствами изображений оригиналу и особенностям нашего зрительного восприятия

Юрий Поляков

Эксперт

Особенно это актуально для 3D-Texнологий, где даже небольшой дискомфорт при просмотре изображения резко снижает впечатление от увиденного. Надо отметить, что механизм зрительного восприятия очень сложен и его изучение является темой многих научных дискуссий и исследований.

В приведенной ниже модели зрительного восприятия автор использовал некоторые материалы из книги Б.М. Величковского “Когнитивная наука. Основы психологии познания. Восприятие движения и времени".

Далее под зрительным восприятием мы будем понимать: совокупность подсознательных активно-познавательных процессов, направленных на преобразование зрительных ощущений, возникающих в наших глазах, в пригодную для осознания информацию (зрительный образ) о пространственном положении, движении, форме и цвете наблюдаемого объекта.

Процессы восприятия протекают в двух тесно связанных фазах:

1. фаза анализа, выявляющая по определенным критериям характерные признаки: движение, формы, пространственное положение, цвета;
2. синтезирующая фаза (воображение), создающая на основе выявленных признаков зрительный образ. Исходными данными для зрительного восприятия являются ретинальные изображения, то есть изображения, проецируемые оптической системой глаза на глазное дно.

С геометрической точки зрения ретинальные изображения - это перспективные проекции на сферическую поверхность. Здесь следует отметить следующее: угловые координаты пространственной точки, представленной в сферических координатах, и линейные координаты ее перспективной проекции на сферическую поверхность в геометрическом смысле есть длины дуг, и если центр проекций совпадает с началом сферических координат и центром сферы единичного радиуса, а поверхность проекций есть поверхность заданной выше сферы, то дуги, выражающие и угловые точки, и линейные координаты ее проекции, совпадают.

С точки зрения матричной алгебры ретинальное изображение можно уподобить двухмерной матрице, каждый элемент которой отображает оптические свойства некоторой минимально различимой части наблюдаемого объекта.

Иными словами, ретинальное изображение можно представить как массив данных об оптических свойствах наблюдаемого объекта в сферической системе координат с неизвестной координатой дальности.

Добавление координаты дальности преобразует ретинальное изображение в рельефное, все элементы которого, хотя и занимают соответствующие пространственные положения, но являются частью одной поверхности.

Из курса аналитической геометрии известно, что для определения пространственного положения точки (дальности) необходимы две перспективные (центральные) проекции, полученные из двух разнесенных в пространстве центров проецирования. В этом случае (рис. 1) с некоторым допущением дальность будет прямо пропорциональна расстоянию между центрами проецирования и обратно пропорциональна углу схождения (параллаксу - разности угловых координат).

Первым по времени воспринимается образ движения. Его компоненты становятся доступными сознанию в следующей последовательности:

1. факт наличия (возникновения) изменения в состоянии объекта;
2. локализация местоположения на ретинальном изображении (оценка угловых координат) и размеров изменений; выявление и определение разницы в местоположении областей, подверженных изменениям, в обоих глазах; оценка на основе выявленной разницы пространственной удаленности;
3. на основе перемещения области изменений во времени в каждом глазу оценивается направление и скорость движения.

Образ движения не имеет формы и поэтому пластичен.

Параллельно и независимо от процесса восприятия образа движения протекает процесс выявления признаков, содержащих информацию о форме и цвете объекта. Этот процесс занимает гораздо больше времени, чем первый, и протекает двумя потоками. В одном потоке в ретинальных изображениях каждого глаза выявляются признаки формы: край, линия, пятно, цвет и т.д. Они носят двухмерный характер, и на их основании формируются двухмерные образы (левый, правый). Двухмерный образ при наличии косвенных признаков об удаленности может дать некоторое пространственное представление.

В другом потоке выявляются параллактические различия (смещения) в ретинальных изображениях, существующих как в обоих глазах одновременно (бинокулярный параллакс), так и в последовательных во времени изображениях, фиксируемых каждым глазом (последовательный монокулярный параллакс). Последовательный монокулярный параллакс обеспечивает объемность зрительного восприятия людям, которые в силу разных обстоятельств смотрят на мир одним глазом.

Параллактические различия могут быть выявлены только для некоторых (видимых одновременно на двух изображениях) элементов наблюдаемого объекта, поэтому получаемый на основании анализа одной пары ретинальных изображений объемный образ носит рельефный характер, в котором в явном виде, хотя и фрагментарно, отражена пространственная форма объекта (рис. 2).

На конечном этапе на основе нескольких фрагментарных рельефных образов формируется обобщенный объемный образ, дающий целостное представление о пространственной форме объекта со степенью подробности и точности, определяемой текущей потребностью наблюдателя.

Формирование рельефных образов для конечного этапа по возможности и необходимости происходит в интерактивном режиме: объект осматривается со всех возможных ракурсов.

Можно провести аналогию между образами, возникающими в процессе восприятия, и отдельными видами изобразительных искусств:

1. двухмерный образ - живопись, графика;
2. рельефный образ - рельефная скульптура;
3. обобщенный образ - круглая скульптура.

Учет вышеперечисленных особенностей обеспечивает получение трехмерных изображений, зрительное восприятие которых близко к восприятию самого объекта. При определенных условиях наблюдатель не может отличить восприятие реального объекта от восприятия стереоизображения объекта.

И в заключение рассмотрим, исходя из предлагаемой выше модели, процесс восприятия изображений, получаемых современными видеотехнологиями:

1. При восприятии двухмерного изображения, каким бы реалистичным оно ни было, мы все же осознаем, что видим плоское изображение трехмерного объекта.
2. При восприятии стереоизображения возникающий на основе бинокулярного параллакса рельефный образ трактуется нашим сознанием как трехмерный объект, но видимый только под одним ракурсом, то есть ощущается некоторая неестественность восприятия.
3. При восприятии голографического изображения рельефные образы, возникшие, как от бинокулярного, так и от монокулярного параллакса, сливаются в нашем сознании в целостное трехмерное представление о наблюдаемом объекте, то есть восприятие близко к восприятию реального объекта, но ограничено определенной зоной наблюдения.
4. Восприятие изображения при интерактивном отображении во многом аналогично восприятию голографии. Визуализация виртуального пространственного образа, созданного компьютером на основе информации о пространственной структуре реального объекта, под ракурсом, определяемым позицией (точкой зрения) наблюдателя.

Информационный источник: Журнал "Broadcasting. Телевидение и радиовещание" #6, 2010