視差原理 計算機如何構造人眼3D視覺

2021-07-25 08:42:57 字數 1709 閱讀 6988

平時我們能夠看到的二維影象,能夠讓自己具備三維立體效果的有:立體、3d電影、vr虛擬實境。也許你會說當你看到一種普通的**時,仍然能夠分辨物體之間的前後立體關係,但其實這只是利用光影效果、明暗對比來體現的,這跟我們身體所處或眼睛所看到的立體世界(上下、左右、前後)有著本質差別,因為普通始終是二維空間。

那如何利用二維空間來生成三維的立體效果呢,比如我們看3d電影時,只是在螢幕這個二維平面進行顯示,為什麼我們在觀影時可以看到一些物體從身邊擦肩而過的立體畫面。接下來就提到我們需要引入的核心概念——視差。

基本原理:人類之所以能立體,主要原因是左右眼雙眼看到的不同畫面所構成的視差。

通俗的解釋就是,你的左眼和右眼看到的圖景是不一樣的,這兩幅圖景的差別就構成視差,隨後大腦將左右眼不同的影象進行合成,從而形成立體視覺。

計算機想要模擬人類視覺,只需要利用兩台攝像機拍攝出左右眼兩個視角的影象就可以了。為了加深大家的理解,在此以3d電影和2d電影區別為例: 3d電影眼睛的兩個鏡片會分別給左右眼呈現不同的視覺效果,假如不帶眼睛會看起來一片模糊,但帶上眼睛之後,由於做了不同眼睛影象的分離,便可以看的很清楚,並且更加具備立體感。以前理解2d電影本身也是乙個3d的世界,但其實從拍攝**的角度來看,記錄在照相機或者攝像機裡面的只有二維資料,不同畫素點的亮度值直接決定景深,仍然是一種2d的處理和呈現。但是對於3d電影,拍攝手法要比2d電影要複雜很多,並且帶上3d眼鏡之後,能夠感受到一些畫面在自己身邊,也就是以投影螢幕作為乙個二維維度,並且有了三維的延伸,這就是2d電影和3d電影最大的差別了。

視差理論的應用

1.立體影象

比如一張立體影象,裡面有乙隻貓,你換乙個角度看,他還是變化表情,非常生動有趣。哈哈其實很簡單,這只是利用光學折射原理,不同地方有不同的材質,折射出來的圖形會有差別,因此兩隻眼睛接收到的影象是有視差的,從而生成非常立體的三維立體圖。

2.3d電影

最核心的是利用光的偏振原理,光的偏振通俗的理解,光的振動方向為四周圓狀,經過偏振片之後過濾出只有乙個偏正方向的光線。3d電影拍攝時利用放置兩台不同偏振片的攝像機進行拍攝。使用者觀影所需佩戴的3d眼鏡的兩個鏡片其實也是對應於攝像機的偏振片角度,兩個偏振片角度相差九十度。

在放映電影時,實際上每一影象幀都有左右眼兩種,左右眼影象幀連續在螢屏上顯示,從而不佩戴3d眼睛看到的畫面是模糊的。但是佩戴3d眼睛之後,由於不同鏡片的偏振片能夠過濾出左眼和右眼影象,並且螢幕的影象重新整理率高於人眼的識別度,終端使用者的左右眼分辨看到兩種視差的影象,最終在大腦中對左右眼視差影象進行融合,形成3d立體效果。

4.vr虛擬實境

當你帶上虛擬實境頭盔之後,會發現自己置身於虛擬世界,比如是vr電影裡面的乙個觀察者。vr與3d電影有一定相似之處:通過vr眼鏡,為左右眼提供不同視差影象,從而形成立體感。只是vr頭盔利用的不是光的偏振,而是利用計算機影象模擬出來的資料。

vr相比普通的3d電影或3d遊戲最大的差別:

vr相比當前任何的3d技術,給人提供更加強烈的沉浸感。另外由於虛擬世界,全都有人為構造,從而能夠提供更多現實世界中無法感受到的體驗。

vr的思考延展——虛擬實境逐漸具備更強的連線真實世界的能力

人們對於虛擬世界或新生事物的畏懼,許多擔憂都太過多餘。擔心人們沉醉在虛頭巴腦的世界當中無法自拔。其實我們學習孔孟之道,也是虛頭巴腦的,只是他能夠指導我們的日常生活和工作。

但是當你看到photoshop和3dmax等設計輔助軟體,能夠列印出一張張美麗的彩圖,甚至構建出一座高樓大廈。在未來,設計師能夠在虛擬空間設計出一輛轎車並3d列印出來,軍隊通過虛擬空間模擬訓練提高實戰技能,太空探索者能夠在虛擬世界看到浩瀚的宇宙。

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