Исследовательский проект " 3D технологии"
презентация к уроку на тему

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ САРАТОВСКОЙ ОБЛАСТИ

государственное бюджетное профессиональное

образовательное учреждение саратовской области

«КРАСНОКУТСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ЛИЦЕЙ»

Исследовательская работа

Современные 3D технологии

Секция: информационные технологии

Авторы работы:

Мукашов Дамир 2 курс 21 группа

Тарасенков Алексей 2 курс 21 группа

Машаев Мирлан 3 курс 36 группа

Руководители:

Ашурова Елена Михайловна, преподаватель информатики   ГБПОУ СО «КПЛ»

Красный Кут 2017

Оглавление

1. Введение

2. Теоретическая часть

3. Практическая часть

4. Применение 3D-технологий в современной жизни

Вывод

Список  литературы

Приложения

1. Введение

Мир стоит на пути прогресса. Изо дня в день наша жизнь пополняется современными и усовершенствованными технологиями. Одни дают больше возможностей для работы, обучения и новых разработок, другие делают отдых приятнее и интереснее.

Сегодня 3D технологии применяется не только в кинопроизводстве, но и в различных сферах жизни человека: в науке и медицине, архитектуре и дизайне, машиностроении и образовании, в сети Интернет и компьютерных играх. Человеком изобретаются и применяются 3D-телевизоры, 3D-принтеры, 3D-проекторы – теперь 3D можно потрогать руками.

Актуальность исследования

Открытый в XIX веке эффект получения трехмерного изображения переживал свои взлеты и падения на протяжении всего времени. Неизбежность прогресса заставила крупнейшие корпорации серьезно вкладываться именно в 3D технологии. С использованием возможностей новых технологий, стереоэффект получил необычайную популярность. 3D технологии все больше вторгаются в нашу жизнь: компьютерные 3D  фильмы, 3D фотографии, 3D игры. На сегодняшний день можно приобрести телевизор, поддерживающий 3D формат, и беспрепятственно наслаждаться просмотром в любое время. Таким образом, 3D становится неотъемлемой частью нашей повседневности.

Цель исследования: исследовать механизм формирования и создания 3D-изображений,  выявить применение 3D-технологий в современной жизни.

Методы исследования: методы преобразования и анализа информации, моделирование,  опрос, практическая работа.

Практическая направленность

Материалы данного исследования могут  быть использованы:

- на уроках информатики, физики, биологии и других предметов;

- на классных часах, внеклассных мероприятиях.

Объект исследования: современные 3D технологии

Задачи исследования:

1. Изучить информационные источники по данной теме.

2. Изучить современные технологии объемной визуализации .  

3. Изучить общественное мнение о фильмах 3D-формата, выявить, с какими побочными «эффектами» сталкиваются подростки во время просмотра стереопрограмм и 3D фильмов. 

4. Основываясь на результатах исследования показать применение 3D-технологий в современной жизни  

        5. Провести общественную презентацию результатов исследовательской работы.

Гипотеза: Если 3D технологии (в кино, компьютерных играх)  используют лишь оттенки глубины, основанные на паралаксе^[1],  то нашему мозгу во время сеанса приходится игнорировать несколько других оттенков восприятия. Поэтому, когда просмотр заканчивается, мозг по инерции еще некоторое время борется сам с собой и продолжает игнорировать часть оттенков восприятия

Предположение о том,    что если студенты будут знать основные принципы и применение современных 3D технологий , то это поможет им развить их кругозор и возможно применить их в своей будущей профессии.

Этапы исследования

I. Подготовительный этап (январь 2017г.)

• Определить цели, задачи, основополагающие вопросы исследовательской работы.

• Изучить информационные источники по данной теме.

II. Деятельностный этап (февраль 2017г.)

• Изучить теоретические основы современных технологий создания объемного изображения.  
• Изучить программное обеспечение для создания стереофотографий и конвертации фильма формата 2D в 3D.
• Освоить один из способов создания 3D фотографий и создать стереофотографию
• Провести эксперимент.
• Выяснить, чем отличается социологическая анкета от других анкет. Проконсультироваться с психологом колледжа.
• Составить вопросы анкеты и привлечь к исследованию не менее 100 студентов.                
• Провести обработку данных и проанализировать полученные результаты.

III. Заключительный этап (март 2017г.)

• Подведение итогов исследования.
• Оформление результатов работы с помощью офисного пакета  программ: Microsoft Word, Microsoft Power Point, Microsoft Excel.

2. Теоретическая часть

Способность к бинокулярному (стереоскопическому) зрению возникла у животных и людей как часть природного механизма выживания, позволяющего определять расстояние до предметов, других животных или людей.

Такие знания позволяют быстро принять решение при встрече с опасностью или, наоборот, дичью — напасть, отступить, обойти или бежать. Бинокулярным зрением обладают помимо человека лишь животные с наиболее развитой высшей нервной деятельностью. Все, что нужно для определения расстояния, которое и формирует объемную картинку, — это три точки: непосредственный предмет и пара глаз.

2.1.  Из истории создания 3D-изображений

Современные технологии анимации и киноиндустрии корнями уходят далеко в прошлое.  История 3D насчитывает большое количество взлетов и падений. Первые патенты на просмотр трехмерных фильмов появились в конце XIX  века.

1830-1946 годы. Этап экспериментирования. Продюсеры, поклонники и изобретатели всех пленок заложили основу для 3D кино.

1838 год – стереоскоп английского физика сэра Чарльза Уитстоуна сделал возможным объемное отображение нарисованных полукадров. В качестве слайдов использовались кадры с куклами, снятыми под двумя разными ракурсами. При этом каждый глаз видел свою собственную картинку.

В 1877 году Эмиль Рейно запатентовал праксиноскоп – аппарат, оснащенный лентой с картинками, которые, быстро вращаясь, создавали иллюзию движения рисунка.

1922 год был продемонстрирован первый фильм^[2] со стереоскопическим эффектом, в котором разделение изображения осуществлялось с помощью цветных очков.

1950-1969 годы. Первый бум. История создания 3D-анимации неразрывно связана с созданием компьютера. Известно, что первые 3D-мультфильмы создавались еще в те времена, когда компьютер занимал целую комнату.

1973-1985 годы. Возрождение 3D кино. Однако, несмотря на вновь появившийся успех, маленькие картонные очки не взяли верх, и 3D исчезло снова.

1986-2000 годы. 3D-революция. Начинается освоение 3D компьютерной графики и переход кино на цифру. Активно ведутся разработки и осуществляются первые внедрения систем виртуальной реальности в военной и промышленной сферах.

2004 год - Технологический прорыв. Технологии стереосъёмок и конвертации обычного изображения в стереоскопическое развиваются и становятся всё менее проблемными. Наступление технологий компьютерной анимации, цифровых камер и домашних кинотеатров внесло свой вклад в демократизацию стереоскопического производства и просмотра. 2010 год – множество кинотеатров уже оснащено оборудованием для просмотра трехмерных фильмов. Вышло более 20 блокбастеров в формате 3D, а в 2011-м их число возрастет до 50. В 2013 году в прокат вышли 70 3D-фильмов, практически столько же, как в 2012-м (69).

Вывод:  можно с уверенностью утверждать, что открытый в XIX веке эффект получения трехмерного изображения в настоящее время стал перспективным направлением развития современных технологий.  Трехмерное изображение нас ждет вскоре повсюду — в кинотеатрах, компьютерных играх, на экранах домашних телевизоров и мониторах. А в ближайшем будущем и в мобильных телефонах.

В настоящее время имеются следующие 3D технологии: 3D проекция, Имитация 3D проекции, Голограмма, 3D телевизоры.

Чтобы разобраться в технологии получения 3D изображения необходимо понять несколько терминов. Во-первых "3D". D - от английского "dimension", то есть "измерение". 3D - три измерения (ширина, высота, глубина).

На сегодняшний день на рынке присутствует три основных технологии отображения 3D в кинотеатрах, две из которых основаны на поляризации, третья является эволюцией технологии анаглифов: технология IMAX 3D (Аймакс 3Д), технология RealD (Риал Д) и технология Dolby 3D (Долби 3Д). Каждая имеет свои достоинства и недостатки.

Для создания трехмерного изображения используется 3D проектор, а для просмотра требуются специальные очки.

2.2. Технологии формирования стереоизображений

2.2.1. Анаглифическая технология.

Анаглиф (Anaglyph) (ана́глиф по-гречески «рельефный») – изображение, созданное с целью получения стереоэффекта с помощью совмещенной стереопары, созданной двумя монохромными цветными изображениями.

Формирование разных картинок для двух глаз осуществляется за счет разницы волнового диапазона цветов. Для просмотра стереоизображений используют очки, одно из «стекол» (пленок) которых представляет собой бирюзовый, а второе – красный светофильтр.

Использование анаглифов требует времени для адаптации зрительного анализатора для просмотра изображений. Благодаря адаптации исходное, стереоизображение начинает восприниматься объемным. Без очков картинка будет казаться раздвоенной.

Преимущества технологии: поддерживается любыми современными видеокартами. 

Недостатком метода, помимо невозможности просмотра полноцветных изображений, является зрительное утомление и последующее извращение восприятия реальных объектов.

Dolby 3D (Dolby 3D Digital Cinema) – система проекционного воспроизведения 3D,  основано на разделение RGB спектра для левого и правого глаза.

Достоинство -  высокое качество 3D изображения, возможность использования стандартного матового экрана и воспроизведения 2D кино, недорогие очки. Недостаток – возможность работы только с плеером Dolby.

2.2.2. Затворная технология

Затворная (shutterglasses) - в настоящий момент наиболее распространенная 3D технология для дома и для бизнеса  (в кино представлена под брендом XpanD, почти треть российских 3D-кинотеатров) заключается в том, что проектор с высокой частотой выдает кадры для обоих глаз, а синхронизированные с ним очки, оснащенные затворами на основе жидких кристаллов, выделяют нужные кадры.

Преимущества стереоскопической технологии затворного разделения: высокое качество изображения 3D, простота установки и настройки, поддержка многих производителей, доступность, лучшее решение для дома, возможность интеграции сложных 3D-систем.

Недостатки 3D-технологии затворного разделения: специальные требования к 3D-оборудованию (высокая частота 3D-монитора/3D-проектора – 120 Гц), дорогие 3D-очки, неудобна для массовых мероприятий.

2.2.3. Поляризационная технология

Поляризационные очки снабжены двумя разными поляризационными фильтрами. Каждый из них пропускает свет только одного направления поляризации и таким образом формирует нужную картинку для каждого глаза.

Преимущества поляризационной технологии: высокое качество 3D эффекта, возможность использовать проекционные системы для большого числа зрителей, наиболее комфортное решение для длительного просмотра 3D-стерео.

Недостатки стереоскопической технологии поляризационного разделения: незначительные несовершенства при разделении изображений из-за рассеивающих свойств экрана, 3D-оборудование для стереоскопической технологии требует места для размещения, сложность установки и настройки оборудования, специальный 3D-экран.

3. Практическая часть

На сегодняшний день существует уже несколько технологий, носящих название автостереоскопических и позволяющих наслаждаться 3D-изображением без использования очков. Наиболее перспективная - лентикулярная. Визуально она напоминает «стереоскопические» открытки с рифленым пластиковым покрытием. Принцип тот же: изображение делится на узкие вертикальные полоски, на которые накладывается линзовый растр из цилиндрических выпуклых линз, благодаря которым левый глаз видит свое изображение, а правый — свое. Основными недостатками является потеря качества картинки во время просмотра под разными углами и снижение разрешения картинки по горизонтали в два раза.

3.1. Практическая работа

Цель: выявить,  с какими побочными «эффектами» сталкиваются подростки после просмотра 3D фильмов.

          Для получения дополнительных данных мы  предложили однокурсникам сходить на просмотр фильма в 3D-формате. Всего откликнулось 35 человек.

Сразу после сеанса мы раздали анкеты с вопросами (Приложение 1). Выяснилось что, головной боли не было ни у кого, резь в глазах была у 10 человек, помутнение, изменение цветовосприятия – 3 человека, удвоения не было ни у кого, неприятные ощущения не возникли у 22 человек.

4. Применение 3D-технологий в современной жизни

Цифровые технологии настолько развиты сегодня, что практически в любой отрасли или виде коммерческой деятельности используются 3d технологии, которые помогают визуализировать в деталях тот или иной объект. Это может быть строение, автомобиль, человек, мебель, ландшафт и т.д. Эта технология занимает значительную сферу деятельности современных дизайнеров. Подобные услуги в наше время становятся все более востребованы. Возможность фотореалистичной детализации объектов сделала 3d технологию самым популярным видом проектирования, который практически полностью вытеснил все предыдущие

 К примеру, нам понадобилось купить шкаф для квартиры, который бы идеально подходил под интерьер. Но во всех мебельных салонах нашего города нет нужного варианта. В таком случае, можно обратиться к 3d дизайнеру, и он выполнит полноценную визуализацию желаемого шкафа. Этот проект, впоследствии, можно попросить реализовать у крупных или небольших производителей мебели – если есть готовое проектирование, для них это не составит труда.

В медицине также широко используют 3D технологии. Технологии 3D печати позволяют врачам оперативно получать недорогие 3Д модели, для планирования операций. Данные Компьютерной или Магнитно-резонансной томографии в формате DICOM 3.0 могут быть преобразованы в точную модель органа пациента

4.1. Опрос

Цель: изучить общественное мнение о применении 3D- технологий в современной жизни

           В анкетировании приняли участие студенты 1и 2 курса ГАПОУ СО «МПК»

 По результатам анкетирования получены следующие результаты:  (приложение 2).

Общее количество респондентов - 115 студента от 16 до 18 лет. Из них 85 юношей и 30 девушек.          

По результатам проведенного исследования можно сделать следующие выводы:

с 3D технологиями знакомы все анкетируемые студенты, с 3D очками  и  3D кино также все  115 студентов, с 3D играми- 85 студентов, с  3D телевизорами- 80 студентов, с  3D принтерами- 60 студентов,  3D технологии в медицине – 42 студента,  3D технологии в дизайне -27 студентов.

Вывод

Все цели, поставленные нами в  этой исследовательской работе,  достигнуты, а задачи выполнены.

Мы убедились, что действительно,  поскольку все 3D технологии в кино используют лишь оттенки глубины, основанные на параллаксе,  нашему мозгу во время сеанса приходится игнорировать несколько других оттенков восприятия. Поэтому, когда просмотр заканчивается, мозг по инерции еще некоторое время борется сам с собой и продолжает игнорировать часть оттенков восприятия.

В результате проведенной работы знания студентов нашего колледжа пополнились новыми сведениями о современных  3D технологиях, о новейших достижениях науки и техники в современном мире, о пользе и применении, развитии, распространении этих новшеств в наше время.

И мы согласны с нашим великим русским писателем Максимом Горьким: «Мы живем в эпоху, когда расстояние от самых безумных фантазий до совершенно реальной действительности сокращается с невероятной быстротой»

Список литературы

1. В. П. Иванов, А. С. Батраков. Трёхмерная компьютерная графика / Под ред. Г. М. Полищука. — М.: Радио и связь, 1995. — 224 с. — ISBN 5-256-01204-5
2. Дж. Ли, Б. Уэр. Трёхмерная графика и анимация. — 2-е изд. — М.: Вильямс, 2002. —     640 с.
3. В. П. Иванов, А. С. Батраков. Трёхмерная компьютерная графика / Под ред. Г. М. Полищука. — М.: Радио и связь, 1995. — 224 с. — ISBN 5-256-01204-5
4. С.Н. Рожков, Н.А. Овсянникова. Стереоскопия в кино, фото, видеотехнике.     Тер минологический словарь. М.: Парадиз, 2003.
5. Д. Херн, М. П. Бейкер. Компьютерная графика и стандарт OpenGL. — 3-е изд. — М.: Вильямс, 2005. — 1168 с.

Электронные источники:

1. Битва 3D-очков: активные vs пассивные. http://3dmir.info/3d_tehnologii/bitva-3d-ochkov-aktivnye-vs-passivnye/
2. Экскурсия Прогулки на "Машине времени". История развития 3D http://www.freetiniya.ru/gorod-masterov/item/2-history-of-3d/2-history-of-3d?start=3
3. Ловушка номер 3D: о чем молчит реклама. http://computerra.ru/terralab/multimedia/516865/
4. А.Голубев «В мире поляризованного света» http://www.nkj.ru/archive/articles/13930/ (Наука и жизнь, в мире поляризованного света) (ж. «Наука и жизнь», № 5, 2008 г.)

Приложения

Приложение 1

Результаты опроса студентов ГАПОУ СО «МПК»

Приложение 2