Исследовательская работа по физике "Анаглифные 3D-изображения"

Муниципальное казённое образовательное учреждение

Глуховская средняя общеобразовательная школа

Исследовательская работа

 по физике

«Анаглифные 3D-изображения»

Работу выполнили: учащиеся

8 класса МКОУ Глуховской СОШ

Соколов Александр и Сетдикова Татьяна

Руководитель: учитель физики Тиханова Л.В.

2014-2015 учебный год

Актуальность исследования.

Нас, живущих в 21 веке, трудно удивить новыми достижениями в мире науки и техники. Новые сотовые телефоны, ноутбуки, компьютеры, видеокамеры быстро осваиваются современным молодым поколением, легко используются в повседневной жизни, и то, что недавно казалось совершеннейшим чудом сейчас входит в нашу жизнь, как необходимость. И всё-таки, погружение в мир объёмного изображения с помощью достаточно простых приспособлений можно считать настоящим чудом, тем более, когда это удовольствие можно получить сидя на собственном диване.

3D-формат - это удивительная технология. Обыкновенные телевизоры, те, что мы смотрели до сих пор, являются 2D (два измерения). Это означает, что изображение на телевизоре получаются двумя измерениями, ширины и высоты. Последние технологии 3D телевидения представляют изображение с дополнительным измерением - глубиной, чтобы максимально прочувствовать образы, рождающиеся на экране.

Когда мы начали работать над темой «3D-изображения», то обнаружили огромное количество научной информации по этому вопросу в сети Интернет, которая не очень понятна ребятам нашего возраста. Мы провели анкетирование среди учащихся 8- 11 классов нашей школы, в котором главными были вопросы «Понимаете ли Вы технологию образования 3Д-изображения?» и «Нравится ли Вам такой вид просмотра фильмов?». На первый вопрос из 33 опрошенных положительно ответили только 5% учащихся. Остальные ответили, что имеют смутное представление о рассматриваемой технологии. На второй вопрос нами был получен 100% положительный ответ, что говорит о существующем интересе. Поэтому в своей работе мы попытались более доступным языком изложить технологию получения 3D-изображения и создания простейших 3D-очков.

Цель исследовательской работы: проследить за историей создания и этапами развития 3D-изображения. Изучить и проанализировать возможности анаглифического метода. Провести эксперимент по реализации анаглифических 3D-очков и подвести итоги экспериментальной проверки очков-анаглифов.

Задачи исследовательской работы:

1. Изучить и проанализировать специальную литературу  и подобрать иллюстративный материал  по истории создания и этапам развития 3D-изображения.
2. Исследовать и определить возможности анаглифического метода 3D-изображения.
3. Выяснить преимущества и недостатки 3D-очков-анаглифов и подтвердить это при помощи технологии изготовления и экспериментальной проверки восприятия 3D-изображения с помощью очков-анаглифов.
4. Дать рекомендации по применению и использованию этих средств для восприятия изображения в 3D-формате.  

Гипотеза исследования:

Если использовать эти анаглифические средства  восприятия изображения в 3D-формате, то появляется возможность без ущерба для здоровья более глубокого восприятия и получение новой пространственной информации объекта созерцания действительности. Что может заменить существующее обыкновенное двумерное изображение на плоской поверхности, на отображение  информации в объемном виде, с виртуальным, воображаемым трехмерным пространством с его дальнейшим применением в будущем.

Содержание исследовательской работы:

Введение.

I. История развития и разновидности 3D-изображения.

1.1. Этапы развития 3D-изображения.

1.2. Возможности использования анаглифического метода.

II. Исследование анаглифического метода и его реализация.

2.1. Характеристика анаглифического метода воспроизведения стереоизображения.

2.2. Технология изготовления 3D-очков-анаглифов.

 2.3. Итоги и результаты экспериментальной проверки очков-анаглифов.

Заключение.

Список использованной литературы.

Введение.

В настоящее время 3D-технологии уверенно завоевывают место в жизни современного человека. Уже  в общественных местах никто не удивляется экранам с объемным изображением.

Внедрение новых технологий всегда настораживало людей. Появление поездов, автомобилей, а в недавнем прошлом и сотовых телефонов вызывало бурю критических мнений. Тем не менее, эти устройства прижились, непрерывно совершенствуются и уже много лет приносят нам пользу.

Уже сейчас самые передовые достижения и идеи трёхмерной графики докладываются и обсуждаются ежегодно как в России, так и за рубежом. На наш взгляд, 3D-изображение имеет большое будущее.    

1. История развития и разновидности 3D-изображения.

1. Этапы развития 3D-изображения.

Передавать знания и эмоции с помощью 2D-технологий люди научились еще в глубокой древности — все началось с наскальной живописи. Делиться же физическими ощущениями оказалось значительно сложнее. Однако в XIX веке после изобретения стереографии начались подобные эксперименты в области фотографии, а затем и кинематографа.

3D-изображение пережило несколько этапов развития и условно делится на:

1. «Золотую эру» (1952 г.-1955г.), в основном, это поляризационный метод.

Считается, что «золотой век» стереокинематографа начался в 1952 году, когда свет увидела первая стереоскопическая цветная кинолента «BwanaDevil», снятая АрхомОболером. Фильм снимался по технологии NaturalVision, разработанной М. Гунцбергом и его соратниками. Изобретатель предлагал свою камеру сразу нескольким студиям, но заинтересовался ею только Оболер[17]. Главные роли исполнили Роберт Стэк, Барбара Бриттон и Найджел Брюс.

Как и практически все остальные полнометражные стереофильмы эпохи, «BwanaDevil» демонстрировался с помощью двойного проектора, и предполагал использование поляроидных фильтров. Каждый из проекторов вмещал плёнки не более, чем на один час фильма, в связи с чем возникала необходимость в антрактах (во время которых загружали вторую часть фильма). Эти антракты часто специально прописывались в сценарии и приходились на какой-либо значимый поворот сюжета.

В апреле 1953 года ColumbiaPictures выпускает стереофильм «Человек в темноте» (ManintheDark), а WarnerBros. — «Дом восковых фигур», второй из которых стал первым в истории фильмом, озвученным в стерео. Благодаря «Дому восковых фигур» актёр Винсент Прайс превратился в звезду фильмов ужасов, а заодно — и «королём 3D», поскольку он же снимался в главных ролях и в нескольких других стереоскопических лентах того же времени.

Успех этих двух фильмов помог киностудиям в нелёгкой борьбе с телевидением, отбиравшим у кинотеатров в ту пору всё большую часть аудитории. Практически все крупные студии так или иначе оказались причастны к 3D-буму, не исключая TheWaltDisneyCompany, выпустившей в 1953 году короткометражные стереомультфильмыAdventuresinMusic: Melody и WorkingforPeanuts.

В том же 1953 году, однако, появились первые признаки спада интереса к стереофильмам. Причин к тому было несколько:

Обе плёнки необходимо было проецировать одновременно.

После ремонта обе плёнки должны были сохранять исходные параметры, иначе происходила рассинхронизация.

Сохранение синхронизации требовало подчас усилий сразу двух человек.

Когда либо плёнки, либо затворы на визорахрассинхронизировались, смотреть фильм было практически невозможно. Жалобы на зрительное утомление и головную боль были нередки.

Посеребрённые экраны требовали, чтобы зрители находились прямо напротив них, с боковых мест ничего не было видно.

2. Пассивный период (1960 г.-1984г.), в основном,  это анаглифический метод.

Стереоскопические фильмы в первой половине 1960-х годов появлялись редко; практически все, снятые в эти годы ленты, демонстрировались в анаглифическом формате. В 1961 году, например, студии Beaver-Champion/WarnerBros. выпустили фильм «Маска», большая часть которого была снята в стандартном 2D-формате; стереоскопическими оказались только те сцены, где главный герой надевал проклятую ритуальную маску. Эти сцены были напечатаны на плёнке Technicolor в красно-зелёном анаглифическом формате.

«Вторая волна» стереокинематографа началась, как и в 1950-е годы, с АрхаОболера, снявшего фильм «Пузырь», применив новую технологию Space-Vision 3D. В случае с этой технологией стереоскопические фильмы печатались на одной плёнке стандартного размера (изображения для левого и правого глаза располагались друг над другом), и для их демонстрации нужны были только специализированные объективы для проекторов. У этой системы было множество достоинств по сравнению с прежними решениями, но был и недостаток: изображение оказывалось более тёмным и тусклым.

Фильм Оболера критика разругала в пух и прах, однако у зрителей он пользовался изрядной популярностью, а сама технология стала выглядеть довольно привлекательно для кинопроизводителей, особенно для независимых студий, у которых не было средств на дорогостоящие двухплёночные стереосистемы.

3. Возрождение 3D-изображения (1986 г.- 2003 г., строительство киномаксов).

В восьмидесятые годы своё триумфальное шествие по миру начинает IMAX (крупноформатный 70-мм стереоформат с изображениями, размещёнными рядом друг с другом); преимущественно в формате IMAX выпускаются документальные фильмы, первым из которых был «Переходы», подготовленный для выставки Expo’86 в Ванкувере (Канада). Первой художественной лентой, выпущенной в IMAX 3D, оказались «Крылья Отваги», 45-минутный фильм о писателе и пилоте Антуане де Сент-Экзюпери.

За этим последовала целая череда фильмов, рассчитанных на широкую аудиторию, в их числе «Челюсти 3», «Пятница, 13-е. Часть 3 в 3D» и множество других.

4. «Новую эру».  Новая эра 3D-изображения началась в 2003 году.

В сентябре 2003 года компания SabucatProductions организовала первый фестиваль «Всемирная Стереоэкспозиция» (World 3D Exposition) в честь полувекового юбилея первой «стереолихорадки». Фестиваль проходил в театре Grauman'sEgyptianTheatre, и за две недели зрителям были продемонстрированы более 30 стереоскопических фильмов «Золотого Века», большая часть из которых поступила из коллекции историка кинематографа Роберта Фурманека, которую тот собирал в течение 15 лет. На показах присутствовали многие из актёров, снимавшихся в этих фильмах, и зрелище забитого до отказа зала многих из них растрогало до слёз.

На фоне падения продаж билетов в традиционные кинотеатры, прибыли от 3D-стереопроката продолжают расти, в то время, как технологии стереосъёмок и конвертации обычного изображения в стереоскопическое развиваются и становятся всё менее проблемными.

1.2. Возможности использования анаглифического метода.

Помимо основных упомянутых методов существует ещё несколько способов получить трёхмерное изображение на экране: стереоскопический,   автостереоскопический, метод голографического экрана, объемного монитора и затворный метод.

Стереоскопический метод - формирует отдельные картины для каждого глаза, это самый древний принцип 3D-изображения.

Автостереоскопический метод — не требует никаких дополнительных аксессуаров, как стереоочки и шлемы виртуальной реальности.

Голографический экран имитирует размещение световых волн в пространстве, как если бы они отражались от реального трехмерного объекта.

Объемный монитор использует вместо пикселов так называемые вокселы, физические свойства, которых позволяют увидеть стереоизображение.

Но должного распространения они не получили по различным причинам.

На сегодняшний день известны разные методы, как придать объем неподвижному изображению на плоскости, или движущемуся изображению на экране.

И одним из основных, по-прежнему, остается анаглифический метод, когда правые и левые изображения проецируются на одном экране  при помощи двух проекторов. Один проектор при этом снабжается, красным светофильтром, другой - синим. Зрители смотрят изображение в специальных очках - анаглифах, с такими же красно-синими фильтрами, но поставленными в обратной последовательности. В результате происходит вычитание одного цвета другим, и достигается разделение изображений.

2. Исследование анаглифического метода и его реализация.

1. Характеристика анаглифического метода воспроизведения стереоизображения.

Появление всяческих технических новинок происходит постоянно и разнообразит нашу жизнь. Многие технологии упрощают нашу жизнь, привносят новые ощущения.

        Анаглифический метод воспроизведения 3D-изображения, прежде всего, характеризуется простотой и доступностью и технологией изготовления устройств для просмотра изображения в формате 3D.
        В последние годы возникло новое создание иллюзии хотя бы частичного погружения в объёмное изображение. Хотя бы на уровне стереоскопии — «картинок, вылезающих из плоскости наружу».
        Принцип стереоскопии эксплуатирует бинокулярное зрение человека — правый глаз человека видит картинку, несколько отличную от того, что видит левый, и наоборот, за счёт чего мы видим мир «в объёме». Для создания отчётливого стереоизображения необходимо заставить разные глаза видеть немного отличающиеся изображения.

Непривычный для глаза вариант — анаглифические изображения, где в два слоя наложены друг на друга, два отличающихся обычных изображения, каждое из которых «предназначается» для левого и правого глаза. Для получения эффекта необходимо использовать специальные (анаглифи́ческие) очки, в которых вместо диоптрийных стекол вставлены специальные светофильтры, как правило, для левого глаза — красный светофильтр, а для правого — голубой или синий светофильтр.

2. Технология изготовления 3D-очков-анаглифов.

Изображение в 3D-формате можно посмотреть с помощью  специальных очков-анаглифов. Технология изготовления, которых показалась нам достаточно доступной для ее воплощения в домашних условиях. Метод изготовления простейших очков-анаглифов для домашнего просмотра анимационных фильмов и  изображений на плоскости оказался действительно достаточно простым. Если внимательно изучить технологию их производства, то устроены эти специальные очки-анаглифы довольно просто.   Для их изготовления обычно  используются вместо простых стёкол с диоптриями синий и красный светофильтры - для правого и левого глаза соответственно. А в качестве оправы для своих  очков-анаглифов, мы использовали двойную простейшую картонную оправу, в которую и поместили красный и синий светофильтры, закрепив их внутри с помощью клеящего карандаша для склеивания картона, фотографий и ткани, не содержащего растворителя.

Такие очки должны действовать следующим образом: каждый светофильтр отсекает «свою» часть спектра, и в глаза поступают разные изображения, формирующие стереокартинку в 3D-формате.

3. Итоги и результаты экспериментальной проверки очков-анаглифов.

После просмотраизображения с помощью 3D-очков и анализа которых, рекомендуем выполнять следующие правила по использованию анаглифических средств восприятия 3D-изображений:

- если в вашей семье кто-либо страдает приступами эпилепсии, то перед использованием 3D-технологий лучше проконсультироваться с врачом, т.к. мерцающее изображение 3D-игр и видео может спровоцировать такой приступ;

- а так же следует немедленно прекратить просмотр стереоизображений и проконсультироваться у врача, если у вас отмечается хотя бы один из следующих симптомов: нарушение зрительного восприятия, головная боль, головокружение, непроизвольное подергивание глазных или других мышц, неспособность сосредоточиться, тошнота, потеря сознания, судороги, спазмы, дезориентация в пространстве;

- кроме того,  просмотр 3D способен также вызвать мышечную слабость, напряжение глаз, нарушить контроль равновесия тела. Чтобы снизить вероятность нежелательных эффектов, следует делать частые перерывы при просмотре 3D. Если вы почувствовали хотя бы один симптом из перечисленных, немедленно прекратите просмотр и не возобновляйте его, пока неприятное ощущение не пройдет;

- не рекомендуется смотреть 3D, если вы плохо себя чувствуете, хотите спать или выпили алкогольный напиток;

- просмотр фильмов близко к экрану может повредить зрению. Оптимальная дистанция  при просмотре в 3Д кинотеатре – рост зрителя, умноженный на 3. Глаза должны располагаться на уровне экрана;

- просмотр 3D-видео в поляризационных очках может привести к усталости и головной боли. В таких случаях следует прекратить просмотр и отдохнуть;

- нельзя использовать поляризационные очки для иных целей, кроме просмотра 3D. Их применение как защитных, солнечных и т.д. может нанести существенный вред здоровью;

- просмотр 3D у некоторых людей может вызвать дезориентацию в пространстве. Не располагайте телевизор вблизи лестниц, проводов, балконов и в других потенциально опасных местах.

Вывод: В практической части исследования внимание нами было привлечено к характеристике анаглифического метода изображения и средств его реализации.

С технологической точки зрения этот метод прост при создании средств его восприятия.

В работе показана технология изготовления очков-анаглифов.

Подводя итоги исследования можно сказать, что изготовление очков-анаглифов в домашних условиях для просмотра 3D изображений позволяет увидеть объекты в другом пространственном поле и таким образом, ощутить необычность этого просмотра.

Заключение.

Впечатляющие технологические достижения современного 3D изображения,  далеко превосходящие все мечты XX века перевернули представления о реальности у миллионов людей - во многом, благодаря новаторству в 3D эффектах.

                Сегодня интерес к изображению в 3D формате огромен. 3D формат нашел свою нишу - им стала полнометражная анимация и хорошая фантастика. Это говорит о том, что одним из наиболее популярных методов в 3D изображении является анаглифический метод. Возможности его применения огромны и разнообразны, особенно в молодежной среде, поскольку он прост и доступен технологиями средств восприятия. С технологической точки зрения этот метод прост при создании средств его восприятия и в работе показана  эта технология изготовления очков-анаглифов, изготовление которых в домашних условиях для просмотра 3D изображений позволяет увидеть объекты в другом пространственном поле и таким образом, ощутить необычность этого просмотра.

Каковы перспективы 3D изображения? Они огромны. Когда сети кинотеатров IMAX станет достаточной для покрытия нужд всех киноманов мира; когда анаглифы окончательно отойдут в прошлое; когда картинка перестанет быть набором плоских элементов, расположенных на разной «глубине» кадра; когда технологии позволят удешевить производство и демонстрацию объёмных изображений объектов – очень много «когда». Пока что мы находимся в самом начале пути 3D изображения. Лет через десять посмотрим, куда заведёт нас очередной  этап  развития 3D  изображения.  Может, он просто сойдёт на «нет», спасовав перед техническими трудностями.

В дальнейшей перспективе исследование данной проблемы может быть направлено на возможность использования 3D изображения в исследовании возможностей трехмерного изображения в различных областях науки и жизнедеятельности человека.

Результаты исследовательской работы:

• Изучены история создания и этапы развития  разновидностей 3D изображения.
• Изучены и проанализированы возможности анаглифического метода.
• Произведен эксперимент по реализации анаглифических 3D очков.
• Подведены итоги результатов экспериментальной проверки очков-анаглифов
• по преимуществам и недостаткам, существующим в настоящее время.

Итог исследовательской работы:

Данная исследовательская работа имеет важную практическую направленность и может быть использована при применении инновационного просмотра изображений объектов реальной действительности в 3D формате на практике

С использованием исследуемого анаглифического метода просмотра стереоизображения, а также может использоваться при подготовке докладов, рефератов и других документов.

Список использованной литературы.

1. С.Н. Рожков, Н.А. Овсянникова. Стереоскопия в кино, фото, видеотехнике.    Терминологический словарь. М.: Парадиз, 2003.
2. Жевандров Н. Д. Поляризация света. — М.: Наука, 1969.
3. А. Голубев  «В мире поляризованного света» (ж. «Наука и жизнь», № 5, 2008г.)
4. Жевандров Н. Д. Применение поляризованного света. — М.: Наука, 1978.
5. Физика для любознательных или о чем не узнаешь на уроке. Академия развития,1999.
6. Шерклифф У. Поляризованный свет / Пер. с англ. — М.: Мир, 1965.