Svět kolem nás je barevný a trojrozměrný. Již od počátků fotografie panuje snaha uschovat tuto krásu v dokonalé úplnosti. Jako první se podařilo trvale uschovat jasový obraz reality. To je nám dobře známá černobílá fotografie, která pochází ze 30. let devatenáctého století. Těsně poté (kolem 1840) byla vynalezena stereofotografie. Princip je jednoduchý. Místo jedné fotografie se vytvoří obraz ze dvou míst, která jsou umístěna ve vzdálenosti očí. Když si je poté pozorovatel tyto fotografie prohlíží (každým okem jednu) jeho mozek rekonstruuje zdánlivý obraz trojrozměrné reality. Kvalitní barevná fotografia přišla až poté (začátkem 19. století) a dnes černobílou fotografii fakticky vytlačila. Kdo by si přál zachycovat pouze částečnou realitu? Paradoxně ovšem stereofotografie mezitím ustoupila ze své masové oblíbenosti a tak dnes zachycujeme zajímavé okamžiky opět pouze z části. Lze to změnit?
Berte můj příspěvek jako závěr drobného výzkumu a odrazový můstek pro další pátrání.

Princip prostorového vidění

Svět kolem sebe vidíme trojrozměrně, aniž bychom o tom nějak přemýšleli. Oči jsou pouze pomůcka, vlastní prostorový dojem vzniká až v mozku. A ten k dokonalému vjemu používá řadu triků.

Fyziologické vlivy

Akomodace

Fyziologická schopnost oka zaostřit pomocí stahování oční čočky. Oči těkají po prostoru a zaostřují různé objekty. Kombinací známé informace o velikosti akomodace a porovnáváním ostrosti objektů s dřívější zkušeností je mozek schopen odvodit prostorové vztahy v prostoru a vzdálenosti objektů. Je to totéž, jako když fotoaparátem zaostříme objekt a pak odečteme na stupnici vzdálenost.

Konvergence

Sbíhavost nebo rozbíhavost (divergence) očních os. Při ostření na blízké objekty oči konvergují (šilhají). Pro pozorování objektů “v nekonečnu” jsou osy očí rovnoběžné. K divergenci (rozbíhání) očí normálně nedochází.

Binokulární disparita

Hlavní vodítko mozku pro prostorový vjem. Středy očí průměrného člověka jsou vzdáleny 63 mm. Pokud se pohledem zaměříme na nějaký bod, ten se nám promítne na sítnice obou očí do nějakého místa. Každý další bod, který se v obou očích promítne do stejné vzdálenosti od průmětu prvního bodu, leží na horopteru a má nulovou disparitu. Pro nás se takový bod jeví stejně daleko jako je bod první. Laicky řečeno, z drobných rozdílů obrazů vnímaných v obou očích lze rekonstruovat hloubkové poměry ve scéně.

Pohybová paralaxa

Vzdálenější body se jeví jako pomalejší oproti bližším. Pohyb může být na obou stranách - buď se hýbe nějaký objekt ve scéně, anebo se pohybuje pozorovatel. Ze změn obrazu je možné rekonstruovat jeho prostorové uspořádání.

Psychologické vlivy

Lineární perspektiva

Rovnoběžné linie se sbíhají v úběžníku. Vzory na objektech se s dálkou ztrácejí.

Atmosférická perspektiva

Vzduch (a částečky v něm) mění barvy a ztěžuje vidění. Vzdálené objekty jsou zamlžené a tmavé.

Překrývání

Blízké objekty zakrývají vzdálené.

Relativní velikost

Vzdálené objekty se jeví jako malé, blízké jako velké. U objektů známé velikosti lze odhadnout jejich vzdálenosti. Zkušenost s předmětem hraje zásadní roli. Pokud pozorujeme UFO, může to být malý objekt sto metrů daleko, anebo obrovský objekt pět kilometrů daleko.

Světlo a stín

Nasvícení prozrazuje tvar objektu, stíny jeho umístění v prostoru.

Napodobení prostoru

Je jasné, že napodobit tuto řadu vlivů není možné. Proto se stereofotografie omezuje víceméně jen na binokulární disparitu. Pořizují se dva obrazy scény, které jsou při prohlížení předloženy každému oku zvlášť. Pokud je pozorovatelů víc, pak totéž musí platit pro každého pozorovatele. Někdy se stereofotografii říká i 3D fotografie (podle anglického označení 3D = 3 Dimensional = třírozměrný), případně anglicky stereophotography.

Je nutné zdůraznit, že jde pouze o nedokonalé zmatení mozku (iluzi) a proto se prostorový vjem může některým jedincům jevit jako nedokonalý nebo nepříjemný. V žádném případě nelze stereofotografii srovnávat s holografií.

Historie stereofotografie

Začátkem dvacátého století byla stereofotografie masová a zcela běžná záležitost. Minimálně jednoduchou prohlížečku (stereoskop, např. z kartonu) měl k dispozici každý kdo chtěl, existovaly dokonce i prohlížecí skříňky a skříně (součást nábytku). Fotoaparáty byly běžně k dostání, prodávaly se stereopohlednice a stereokotoučky.

Oblíbenost stereofotografie vrcholila v padesátých letech 20. století (dokonce byly vyráběny fotoaparáty Meopta Stereo). Důvod úpadku se mi zjistit nepodařilo, ale realita je taková, že stereofotografie upadla do zapomnění.

Stereo zařízení z různých dob

Záznam stereofotografie

Jeden fotoaparát, statická scéna

Nejjednodušším způsobem záznamu statické scény je vyfotit fotografii, přesunout se o kousek stranou a odtamtud vyfotit druhou fotografii. Osy objektivů přitom musí být rovnoběžné, posun fotoaparátu vodorovný a nesmí s ním být pootočeno v žádné ose. Vzdálenost os objektivů by měla být cca 5 - 6.5 cm, pokud nám jde o simulaci vidění člověka. Člověk totiž vidí trojrozměrně pouze blízké věci, daleké “v nekonečnu” se zdají být ploché. Pokud chceme zdůraznit plastičnost libovolného motivu (hory, domy), použijeme pravidlo jedné třicetiny. Velikost posuvu by měla být cca 1/30 vzdálenosti nejbližšího objektu. Pokud máme fotografovat plastické pohoří, může to být i několik metrů. Fotografiím, u kterých vzdálenost posuvu neodpovídá vzdálenosti očí člověka, se někdy říká hyper-stereofotografie. Vzdálenost obou fotoaparátů při pořizování fotografie musí odpovídat i velikosti výsledné fotografie, zobrazovací metodě a vzdálenosti pozorovatele. Doporučuje se experimentovat.

Protože výsledku “z ruky” nebývají dobré, tak se pro precizní posuv fotoaparátu používají speciální stativové sáňky. Díky tomu lze udržet rovnoběžné osy objektivů, vyhneme se pootočení a posuv může být správně vodorovný.

Bohužel jedním fotoaparátem nikdy nelze vyfotit pohybující se motiv, případně dynamickou scénu. Než fotoaparát přesuneme, všechno je jinak a prostorový dojem je zničen. Vadí dokonce i ve větru se pohybující tráva a větve stromů!

Jeden fotoaparát, dynamická scéna

Pro pohybující se motivy je třeba zajistit vyfocení obou fotografií v jeden okamžik. Pokud máme jen jeden fotoaparát, pomůže jedině speciální objektiv, který pomocí zrcadel umožní fotografovat posunuté snímky. Nástavce vyrábí například firma Loreo.

Stejně dobře je možné využít historické stereofotoaparáty se dvěma objektivy a synchronizací nastavení a závěrky. Vyrábělo se toho opravdu hodně a není problém nějaký sehnat. Přehled viz stránky http://www.stereoscopy.com/cameras/. V současné době se (co je mi známo) žádná digitální obdoba nevyrábí.

Dva fotoaparáty

Pokud má být stereofotografie kvalitní a digitální, je nezbytné pořizovat fotografie dvěma fotoaparáty. Je to velmi jednoduché, ale problémem se v takovém případě stává synchronizace nastavení (čas, clona, iso, zoom) a expozice (zaostření, spoušť). Většina levných digitálních fotoaparátů žádnou synchronizaci nenabízí a je potom nutné se spolehnout na své šikovné ruce. Inspiraci je možné získat po vyhledání “DIY stereo camera” (DIY znamená Do It Yourself neboli Udělej si sám). Zvláštní pozornost doporučuji věnovat projektu CHDK, který se zaměřuje na digitální fotoaparáty Canon a je využitelný nejen pro synchronizaci ve stereofotografii, ale levné Canon “digiťáky” dokáže donutit fotit do formátu RAW, zobrazovat živý histogram, reagovat na světlo apod.

Pasivní prohlížení stereofotografií

Pokud již máme vyfotografován “dvojitý” snímek, zbývá ho pouze nějakým způsobem hrdě předvést přátelům. Bohužel to není tak jednoduché. Metod je nespočetně a žádná není zcela dokonalá. Dopravit každému oku jiný vjem není snadné. Jako první si projdeme možnosti pro prohlížení papírových fotografií bez použití přístrojů.

Stereoskop

Jednoduchá pomůcka. Zjednodušeně jde o nástavec před oči do kterého se vloží malá stereofotografie tak, aby se ocitla před každým z očí (v malé vzdálenosti od něj) správná verze obrázku. Optické dráhy pro jednotlivé oči jsou odděleny přepážkou. Existují verze pro diapozitivy i pro běžné fotografie. V minulosti téměř výhradně používaný způsob prohlížení.

Výhody: jednoduché zařízení, může být skládací
Nevýhody: nutná pomůcka pro prohlížení, pouze pro jednoho pozorovatele

Šilhání (”cross-eyed viewing”)

Oba dva obrázky zobrazí těsně vedle sebe a pravé oko se dívá na levý a levé oko na pravý (oči šilhají). Osy pohledů obou očí se kříží ještě před zobrazovací plochou. Příklad viz http://members.shaw.ca/secondcello/Viewing.html.

Nejjednodušší způsob jak tyto obázky vidět je dát si jeden prst asi 10 cm od očí před nos a před dvojici obrázků. Soustředit šilhavý pohled na něj, ale za ním vnímat obrázek. Dvojice obrázků by se měla začít zdánlivě překrývat. Prstem pohybujeme dopředu a dozadu a čekáme, se uprostřed vytvoří jeden obrázek. Pak je potřeba na tento obrázek zaostřit, ale mít pohledy očí pořád překřízené. Někomu se to povede hned, někomu vůbec.

Oči si při těchto pokusech nelze poškodit, jet to pouze cvičení očních svalů. Kdo to nacvičí, tomu to příště půjde hned.

Výhody: zcela bez pomůcek
Nevýhody: zobrazení chvíli trvá, nutnost speciální dovednosti, 10 procent populace není schopno vidět

Dívání se skrz (”convergent stereo”)

Oba dva obrázky se zobrazí těsně vedle sebe. Tentokrát se ale levé oko dívá na levý a pravé oko na pravý. Nezaostřuje se na zobrazovací plochu, ale až za ni. Příklady viz http://www.usm.maine.edu/~rhodes/0Help/StereoView.html. Sledování je totožné s tzv. stereogramy. Kdo je vidí, nemá s “convergent stereo” problém.

Jak na to. Přitiskněte nos na obrázek a dívejte se rovně do dálky skrz obrázek. Pomalu zvětšujte vzdálenost hlavy od obrázku a stále se dívejte rovně. Měli byste začít vidět trojici rozmazaných obrázků. Zaostřete na prostřední obrázek. Měl by být trojrozměrný. Po stranách by měly být vidět ploché obrázky. Všechny tři jsou zcela ostré.

Oči si při těchto pokusech nelze poškodit, jet to pouze cvičení očních svalů. Kdo to nacvičí, tomu to příště půjde hned.

Výhody: zcela bez pomůcek
Nevýhody: zobrazení chvíli trvá, nutnost speciální dovednosti, 10 procent populace není schopno vidět

Zrcadlové stereo

Fotografie jsou vedle sebe, s mezerou mezi nimi. Verze pro pravé oko je před pravým okem, verze pro levé oko je před levým okem, ale horizontálně zrcadlově převrácená. Potřebujeme zrcadlo, které držíme mezi levým a pravým okem směrem k fotografiím, odraznou plochou vlevo. Hlavu nastavíme tak, abychom pravým okem viděli pravou fotografii a levým okem hleděli do zrcadla, které náš pohled odráží na levou fotografii. Uvidíme tak trojrozměrný vjem skvělé kvality. Zrcadlo by mělo být speciální optické, jinak je odraz lehce zdvojený.

Výstava takových fotografií viz http://www.cs.technion.ac.il/~cs234326/projects/mirror3D/mirror_3d_index.htm
Neskladné zařízení pro pořizování fotografií: http://www.hineslab.com/MirrorStereo.html
3D na monitoru: http://www.crystalcanyons.net/abouts/3dc9_DualMonitorComplete.shtm

Výhody: skvělý vjem, použitelné i pro video
Nevýhody: nutné zrcadlo větší než fotografie, jen pro jednoho pozorovatele

Anaglyph (někdy česky jako anaglyf)

Nejběžnější a nejdostupnější metoda zobrazení stereoskopického obrazu. K pozorování jsou potřeba brýle se různě zabarvenými skly. Nejběžnější je kombinace červeno - azurová. Levé sklo je červené, pravé azurové (modrozelené).

Vytvoření anaglyphu je jednoduché. Z obrazu pro levé oko odstraníme modrý a zelený kanál, z obrazu pro pravé oko odstraníme červený kanál. Oba výsledné obrazy aditivně smícháme přes sebe.

Pozorovatel vidí levým okem pouze červenou složku obrazu (červený filtr propustí jen červený kanál - tedy jen obraz pro levé oko) a pravým okem zelenou a modrou složku obrazu (modrozelený filtr propustí modrý a zelený kanál - tedy jen obraz pro pravé oko). V mozku se oba obrazy spojí a vytvoří plně barevný obraz. Bohužel díky rozdílům v barvách brýlí a zobrazovací plachy dochází k barevným posunům a každé oko dostává jen část barevné informace. Proto barvy nejsou dokonalé. U černobílé fotografie a jejího anaglyphu to nevadí.

Princip anaglyphu lze vyzkoušet i bez brýlí, výše zmíněnou “convergent stereo” metodou:

 

Pokud má člověk dominantní levé oko a vidí obraz příliš do červena, pomůže otočení brýlí. Potom je ale třeba vytvářet i obrácené anaglyphy. Některé počítačové prohlížečky umožňují uživatelskou volbu typu anaglyphu online.

Prodej brýlí Praha: http://www.nc.cz/
Software pro tvorbu a úpravy: http://stereo.jpn.org/eng/stphmkr/

Výhody: jednoduché a levné pomůcky, použitelnost pro video
Nevýhody: nedokonalý obraz, posun barev

Lentikulární folie

Obrazy pro levé i pravé oko jsou rozloženy na vertikální úzké proužky a jsou proloženy do jednoho výsledného obrazu. Na něj je přiložena tzv. lentikulární folie, což je umělohmotná folie, jejíž horní stranu tvoří vertikální poloválcové malé čočky. Pozorovatel ve vhodné pozici před folií vnímá levým okem levý obraz a pravým okem pravý obraz, čímž získá prostorový vjem.

V domácích podmínkách je tato technologie realizovatelná obtížně, protože sesazení obrazu a folie musí být velmi přesné. Záleží i na různé tepelné roztažnosti obou materiálů, na motivu a dalších okolnostech. Při profesionální tvorbě se tiskne obraz z druhé strany přímo na folii, čímž je dosaženo vysoké přenosti.

Informace o lentikulární technologii: http://www.grafika.cz/art/3d/C4D-lentucular-picts-tut.html
Prodej folií Praha: http://www.newsystems.com.hk/lenticular/en/
Profesionální lentikulární obrazy: http://chameleon-czech.cz/

Výhody: pozorování bez pomůcek, pěkný obraz
Nevýhody: pozorovatelné jen z jednoho místa, složitá výroba

Aktivní prohlížení stereofotografií

Do této kategorie patří prohlížení fotografií s použitím nějakého přístroje. Většinou počítače a monitoru nebo projektoru.

Wiggle (rychlé přepínání)

Určitý prostorový vjem lze dosáhnout i rychlým přepínáním levého a pravého obrazu. Tato metoda nelze převést na papír, vyžaduje rychlý animovaný pohyb motivu

Prohlížeč a příklady: http://wiggle.sourceforge.net/

Výhody: pozorování bez pomůcek
Nevýhody: velmi nedokonalé

Zatmívací brýle (shutter glasses)

Pouze pro zobrazení na monitoru nebo pro promítání. Uživatel má brýle (princip LCD), které jsou synchronizovány se zobrazovacím zařízením. Vždy když je zobrazen obraz pro levé oko, brýle zakrývají pravé oko a naopak. Frekvence zobrazovače musí být minimálně 120 Hz, protože každé oko vidí poloviční frekvencí. Přesto je pozorování při 60 Hz snímkovací frekvenci velmi nepohodlné, doporučeno je 85 Hz.

Více informací: http://www.stereo3d.com/shutter.htm

Výhody: skvělý obraz, pro více účastníků
Nevýhody: složité zařízení

VR brýle

Brýle s malou LCD obrazovkou zvlášť pro každé oko. V současné době (2008) lze pořídit i kolem 10 000,- Kč

Příklad: http://www.i-glassesstore.com

Výhody: nejsou
Nevýhody: drahé zařízení s malým rozlišením obrazu

Speciální autostereoskopické 3D monitory

Jde o obdobu lentikulární folie, místo čoček je ale použita paralaxní bariéra. Popis principu viz http://www.theregister.co.uk/2004/08/12/3d_illusion/. Nejznámější je LCD displej od firmy Sharp.

Výhody: pěkné 3D
Nevýhody: drahé zařízení pro jednoho pozorovatele v určité pozici

Polarizovaná projekce a zobrazení

Vychází z faktu, že světlo, které je polarizováno kolmo k polarizační rovině polarizačního filtru tímto filtrem neprochází. Pozorovatel je vybaven pasivními polarizačními brýlemi, které mají každé sklo jinak lineárně polarizované. Obraz je pro levé a pravé oko promítán dvěma promítačkami přes stejně polarizované filtry. Projekční plátno musí zachovat polarizaci světla a pokud má být kvalitní, je velmi drahé.

Tento princip používá známé kino IMAX, případně bylo dostupné ve formě projektoru Belplascus.

Profesionální 3D monitory na podobném principu: http://www.planar3d.com/3d-products/

Výhody: kvalitní 3D, pro více pozorovatelů
Nevýhody: složité a drahé zařízení

-Petr-