СПОСОБ ВОСПРИЯТИЯ ПЛОСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ Российский патент 2011 года по МПК G02B27/22 A61B3/08 

Изобретение относится к оптике и стереоскопии и может быть использовано в технологии образования по развитию интуитивно-креативного зрительного восприятия и мышления, в системах контроля качества обучения по развитию объемного восприятия плоских изображений, для тестирования навыков нестандартного мышления, в пиар-кампаниях популяризации изобразительного искусства.

Известно, что для естественно природного зрительного восприятия объемность и пространственная перспектива возможны только для объектов окружающего пространства, расположенных не далее 200-250 метров [1]. Критерием получения объемности являются два смещенных изображения, получаемых на сетчатках двух глаз от объектов окружающего пространства, расположенных на различных расстояниях. Если рассматривать любое плоское изображение, то т.к. все образы плоские и находятся на одном расстоянии от наблюдателя, то они не должны восприниматься с объемными эффектами [2].

Известны методы получения объемного восприятия плоских изображений, использующие стереоскопические проекции. Все они основаны на принципе построения двух изображений на одном плоском носителе (экране), но обеспечены такими техническими средствами распознавания (очки), чтобы каждый глаз видел только одно свое изображение. Современные технологии позволяют просматривать 3D-фильмы на экране монитора или телевизора. Например, ноутбук с жидкокристаллическим монитором [3], использующий принцип параллакса. Или 3D-технологии в области телевидения [4]. Планируется разработка и фоторамки со специальной системой контроля направления света двух независимых изображений и без использования очков [4]. В таких технических средствах пространственная перспектива и объемность программируются и являются однозначными и не зависят от зрителя, от его восприятия, воображения.

Известна методика получения объемного восприятия плоских изображений, использующая пластиковые цилиндрические линзы [5]. Техническое обеспечение такой технологии позволяет получить объемное или псевдообъемное изображение со стационарным восприятием глубины образов. В данной технологии изображения кодируются так, чтобы они при соединении с пластиной цилиндрических линз направляли в каждый глаз правое и левое изображение. Однако имеются ограничения, накладываемые периодом пластикового растра и величиной смещения образов при построении оптимальной стереоскопической проекции. Они не позволяют получать любую глубину изображения. Выход за диапазон оптимальных технических условий приводит к тому, что рассматриваемое растровое изображение не создает устойчивых и однозначных эффектов глубины, а приобретает двоение образов.

Известна технология развития зрительной системы по объемному восприятию плоских изображений [6, 7]. Она основана на применении принципов построения стереоскопических проекций и обучении на них зрительной системы. Для развития зрительной системы и получения объемного восприятия образов плоских изображений необходимо приобрести навык наблюдения глубины в стереоскопических проекциях и их последующее самостоятельное построение. После обучения зрительная система способна воспринимать любые плоские изображения с полноценными объемными эффектами, регулируемым пространственным построением образов. Объемное восприятие плоских изображений зависит от уровня обучения, определятся исключительно степенью развития зрительной системы. Первая часть обучения является доступной любому человеку и легко осваивается. Следующие уровни обучения требуют длительного времени и способности зрительного восприятия к построению новых принципов обработки информации в нейронных сетях коры головного мозга [8]. На одном любом плоском изображении обученная зрительная система способна формировать многообразные и динамические эффекты объемности и глубины образов.

Задачей изобретения является получение пространственной перспективы растровых изображений с динамически изменяющимся плоскообъемным восприятием образов.

Задача достигается использованием плоского изображения, изготовлением на его основе сборки с размером по горизонтали и вертикали А×В с выбором одного плоского изображения, масштабированием его, построением двух наборов стереоскопических проекций: первый размером проекции по горизонтали L_o состоит из K-штук и второй размером проекции по горизонтали l_о, меньшим L_o, состоит из k штук, расположением второго в q горизонтальных рядах, образованием из первого набора «низкочастотных» проекций, установлением их на расстоянии L, большем L_o, и «высокочастотных» рядов, с расположением проекций на расстоянии l больше l_о и меньше чем L, образованием из «высокочастотных» рядов общего фона сборки и заполнением ими размера В, далее использованием высокочастотного фона и формированием из него двух идентичных надписей с расположением их на расстоянии L+ΔL и тем самым образованием трех уровней глубины, далее обучением наблюдать на сборке три уровня глубины и стереоскопическую глубину на изображениях размером L_o и l_о, с концентрацией взгляда до плоскости расположения проекций, получением двоения проекций и их наложением, тренировкой зрительной системы наблюдением глубины трех слоев на различных расстояниях концентрации взгляда от сборки, затем кодированием стереоскопических проекций по технологии цилиндрических растров, монтированием растрового изображения, концентрацией взгляда до плоскости расположения растра и формированием пространственной перспективы с динамически изменяющимся плоскообъемным восприятием, где K, k, q - целые числа; разность (L-kl) больше нуля, но меньше 0,1L; ΔL - больше нуля, но меньше 0,1L; (L+ΔL) не равно kl.

На фиг.1-5 показано применение способа к изображениям произведения живописи с непрерывной монокулярной пространственной перспективой образов. На фиг.1 представлена копия картины художника Н.Хамидуллиной. На переднем плане картины - пространство воды, на дальнем среднем плане - очертания береговой кромки, выше расположено непрерывное пространство воздушной среды. На фиг.2 показаны три стереоскопические проекции картины. На фиг.3 приведена сборка изображения размером А×В. Сборка смонтирована: двумя низкочастотными рядами наборов стереоскопических проекций размером по горизонтали L_o, расположенных на расстоянии L, в каждом из которых по три проекции (K равно 3); 53 горизонтальными высокочастотными рядами проекций с размером проекции l, число стереоскопических проекций k равно 10, общее число проекций в одном ряду - 26. Из высокочастотных рядов вертикально сформирована надпись «Россия». Для того чтобы увидеть стереоскопическую глубину картины, глубину трех слоев сборки, в том числе и надпись, необходимо сконцентрировать взгляд перед сборкой, получить двоение низкочастотных рядов и их последующее наложение так, чтобы их стало четыре. Высокочастотные ряды будут восприниматься на дальнем плане, низкочастотные составляющие - перед ними, и ближе всего располагается слово «Россия». На фиг.4 дана копия изображения после преобразования программными средствами десяти стереоскопических проекций для последующей сборки с пластиной пластиковых растров, на фиг.5 - фотография собранного растрового изображения.

Принцип работы способа следующий. Вся предварительная работа построения изображений выполняется на компьютере с применением программы типа Adobe Photoshop. Выбирается любое изображение, и на его основе строятся стереоскопические проекции. Стереоскопическая глубина задается расстоянием между образами изображения. Если стереоскопическую глубину воспринимать в условиях концентрации взгляда до стереоскопической подборки, то самые дальние образы (или планы) располагаются на наименьших расстояниях. Следовательно, расстояния между ними должны быть меньше, чем расстояние между проекциями изображений. И наоборот, самые ближние планы устанавливаются на расстояние, которое больше расстояния между проекциями. В предлагаемом способе используется два набора стереоскопических проекций. Первый набор имеет изображение с размером по горизонтали L_o, второй - l_о. Например, число проекций размера L_o будет три (как для фиг.2). Стереоскопические проекции устанавливаются на один горизонтальный уровень на расстоянии L, большем чем L_o. Такая периодика будет называться низкочастотной. Второй набор - высокочастотная периодика - образуется десятью стереоскопическими проекциями, размеры которых по горизонтали таковы, что в пределах расстояния L располагается 10 уменьшенных изображений. Они располагаются на расстоянии l больше чем l_о. Их общее число в горизонтальном ряду в приведенном примере фиг.3 - 26. Для устойчивости наблюдения глубины низкочастотные составляющие размещаются в верхней и нижней частях сборки. На рабочем холсте сборки образуется два слоя - высокочастотный и низкочастотный. Высокочастотные составляющие образуют общий фон, на который наносится слово или буква. Принцип изготовления надписи следующий. Размер буквы должен быть таков, чтобы в пределах ее ширины было не меньше одной высокочастотной составляющей. Третьим слоем на расстоянии L друг от друга наносятся две одинаковые буквы. Контуры буквы копируются на высокочастотном слое, а затем сдвигаются на величину ΔL, не превышающую расстояние больше чем 0,1L. То есть расстояние между скопированными буквами высокочастотной составляющей становится L+ΔL. Далее взгляд концентрируется в точку наблюдения между глазами и проекциями. Происходит двоение проекций и затем их наложение. При этом проекций размера L_o становится как минимум четыре (для приведенного примера фиг.3), две средние приобретают стереоскопическую глубину непрерывного пространства воды и облачного неба. Все высокочастотные составляющие имеют стереоскопическую глубину, а над общим высокочастотным фоном располагается выбранная буква или слово. Расстояние до точки концентрации взгляда зависит от линейного размера стереоскопических проекций размера L_o, расстояния до них. Концентрация взгляда на различных расстояниях до подборки фиг.3 позволяет получать стереоскопическую глубину изображений размером L_o и l_о ближе или дальше относительно друг друга. При этом происходит трансформация восприятия слова высокочастотных составляющих. Если наблюдение проекций проводится на экране монитора компьютера, то целесообразно после получения условия наблюдения глубины изменять размер проекций и расстояние наблюдения до монитора. Если они просматриваются на печатном листе, то необходимо распечатать в формате A3 и А4 и переводить взгляд по листам различного масштаба. Такой навык позволит концентрировать взгляд на любом расстоянии от стереоскопических подборок. Далее следует приступить к построению растрового изображения. Для этой цели сначала десять стереоскопических изображений, используемых для построения высокочастотных составляющих, кодируются программным обеспечением подготовки растровых изображений. Затем подготовленное изображение распечатывается на бумагу (или непосредственно наносится на плоскую сторону пластины пластикового растра) и склеивается с плоской стороной пластины растра. После приобретения навыка концентрации взгляда на различных расстояниях от стереоскопических подборок, построенных по типу фиг.2 и фиг.3, сборки пластикового растра можно приступить к наблюдению динамического состояния глубины и пространственной перспективы образов собранного растрового изображения, представленного на фиг.5. Если растр имеет размер 10-15 см, то располагая растр на расстоянии вытянутой руки, меняя концентрацию взгляда в пределах 3-5 см от растра, возникает пространственное восприятие, полностью аналогичное стереоскопической глубине фиг.2. При этом, переводя взгляд с одной области на другую, они преобразуются из плоского восприятия в пространственные построения. Если изменять расстояние наблюдения растра от (0,3-0,5) м до 1 м, то возможно получить зрительное восприятие пространства от локальных областей до площади всего изображения.

Пример реализации способа с применением произведений живописи следующий. Выбрано произведение живописи с непрерывной пространственной перспективой образов - фиг.1, с размером по горизонтали - L_o. Это пространство воды в нижней части картины и облачный покров воздушной среды в верхней ее части. В средней части находятся очертания береговой кромки. На его основе построены три стереоскопические проекции, собранные на одном горизонтальном уровне на расстоянии L, большем чем L_o, - фиг.2, фиг.3. Для того чтобы увидеть пространство на стереоскопических подборках (или низкочастотных рядах) фиг.2, следует сконцентрировать взгляд до подборки, получить сначала двоение, затем наложение так, чтобы проекций стало четыре. Две средние приобретают глубину и объемность. Далее строятся «высокочастотные» ряды, и они образуют общий фон - фиг.3. Если вновь концентрировать взгляд так, чтобы проекций размером L_o стало четыре, то общий фон высокочастотных подборок будет восприниматься на дальнем плане, а низкочастотные - на переднем. Причем образы как на высокочастотных, так и низкочастотных подборках имеют глубину и объемность. По принципу, представленному выше, на высокочастотные ряды нанесено слово «Россия». Для того чтобы увидеть глубину высокочастотных и низкочастотных рядов и прочитать слово, необходимо концентрировать взгляд так, чтобы на фоне высокочастотных рядов возникло слово «Россия» в вертикальном расположении. Изменяя расстояние концентрации взгляда до фиг.3, слово «Россия» будет трансформироваться. Зрительная система должна приобрести навык наблюдения любых условий трансформации слова «Россия». Однако низкочастотных проекций всегда должно оставаться только четыре. Данная процедура наблюдения стереоскопических изображений в любых условиях концентрации взгляда до них является обязательной. После этого десять стереоскопических подборок программными средствами кодируются, и на их основе распечатывается растрированное изображение. Фрагмент растрированного изображения приведен на фиг.4. Оно склеивается с пластиковым растром цилиндрических линз, фотография которого дана на фиг.5. Для того чтобы получить восприятие глубины и пространственной перспективы всей плоскости, необходимо применить ранее полученный навык концентрации взгляда перед растровым изображением. Изменение расстояния концентрации взгляда до изображения приводит к динамическому преобразованию плоскостного восприятия отдельных областей изображения в объемное, с пространственной перспективой. Аналогом различных крайних вариантов восприятия являются фиг.1 и стереоскопическое наблюдение двух средних проекций фиг.2. Однако зрительное восприятие построенного растра не ограничивается заданными вариантами плоской и стереоскопической глубины. Можно получить пространственное расположение и с большей глубиной, чем подготовлено программными средствами и условиями глубины стереоскопических проекций. Все зависит от способности концентрации взгляда перед растром и способности расширять площадь анализируемого поля зрения.

Растровое изображение стереоскопических проекций, построенное только с применением программных средств, при фиксированном положении наблюдателя относительно местоположения растра создает постоянное и устойчивое наблюдение глубины всех образов. Устойчивость восприятия глубины формируется рассчитанными условиями периодики расположения линз растра и программным построением растрирования изображения стереоскопических проекций. Предлагаемый способ создает новые условия пространственного восприятия плоских растровых изображений. Глубина, пространственная перспектива образов и их динамика определяются способностью зрительной системы воспринимать плоские изображения с ранее наблюдаемыми свойствами в зависимости от способности концентрации взгляда перед плоскостью растрового изображения. Очевидно, что реализация предлагаемого способа позволит распространить способность объемного восприятия и на другие плоские изображения.

Литература

1. Грегори Р.Л. Глаз и мозг. - М.: Прогресс, 1970. - 280 с.

2. Раушенбах Б. Геометрия картины и зрительное восприятие. - СПб.: Азбука-классика, 2001. - 320 с.

3. Ховард Б., Модель Sharp с 3D-экраном. PC Magazine/Russian Edition/, No.3(153), 2004, P.18.

4. Дженнифер Л.Делео. Прошлое и будущее 3D-технологий/ PC Magazine/Russian Edition/, No.10(220), 2009, P.80-83.

5. http://www.master-3d.com

6. Антипов В.Н. Пат. RU 2318477. Способ развития зрительной системы человека. - Опубл. 10.03.2008. - Бюл. №7.

7. Антипов В.Н., Балтина Т.В., Якушев Р.С., Антипов А.В. Когнитивный контроль зрительного восприятия современного человека как объект изучения биоэкологии// Ученые записки КазГУ. Серия естест. науки. - 2008. - Т.150, кн.3. - С.145-151.

8. Антипов В.Н. Пат. RU №2367344. Способ визуализации развития новых связей нейронных сетей коры головного мозга. Приоритет 09.01.2008. - Опубл. 20.09.2009. - Бюл.№26

Способ включает изготовление сборки изображений размером по горизонтали и вертикали А×В. Выбирают одно плоское изображение и масштабируют его. Строят два набора стереоскопических проекций. Первый размером проекции по горизонтали L_o состоит из K-штук. Второй размером проекции по горизонтали l_o, меньшим L_o, состоит из k штук, и располагают его в q горизонтальных рядах. Первый образует ряд «низкочастотного» набора проекций, которые устанавливают на расстоянии L, большем L_o. «Высокочастотные» ряды, на которых проекции устанавливают на расстоянии l, большем чем l_o и меньшем чем L, образуют общий фон сборки, и ими заполняют размер В. Используют высокочастотный фон и формируют из него две идентичные надписи, которые располагают на расстоянии L+ΔL, и тем самым образуют три уровня глубины. Обучают наблюдать на сборке три уровня глубины и стереоскопическую глубину на изображениях размером L_o и l_o. Кодируют стереоскопические проекции по технологии цилиндрических растров. Монтируют растровое изображение. Концентрируют взгляд до плоскости расположения растра и формируют пространственную перспективу с динамически изменяющимся плоскообъемным восприятием; где K, k, q - целые числа; разность (L-kl) больше нуля, но меньше 0,1L; ΔL - больше нуля, но меньше 0,1L; (L+ΔL) не равно kl. Технический результат - получение пространственной перспективы растровых изображений с динамически изменяющимся плоскообъемным восприятием образов. 5 ил.

Способ восприятия плоских изображений, использующий построение стереоскопических проекций плоского изображения, тренировку зрительной системы наблюдать на них глубину, изготовление объемного растрового изображения стереоскопических проекций, отличающийся тем, что сначала изготавливают сборку изображений размером по горизонтали и вертикали А×В, для чего выбирают одно плоское изображение, масштабируют его, строят два набора стереоскопических проекций: первый размером проекции по горизонтали L_o состоит из K штук и второй размером проекции по горизонтали l_o, меньшим L_o, состоит из k штук, который располагают в q горизонтальных рядах, первый образует ряд «низкочастотного» набора проекций, которые устанавливают на расстоянии L, большем L_o, и «высокочастотные» ряды, на которых проекции устанавливают на расстоянии l, большем, чем l_o, и меньшем, чем L, образуют из «высокочастотных» рядов общий фон сборки и заполняют ими размер В, далее используют высокочастотный фон и формируют из него две идентичные надписи, которые располагают на расстоянии L+ΔL и тем самым образуют три уровня глубины, далее обучают наблюдать на сборке три уровня глубины и стереоскопическую глубину на изображениях размером L_o и l_o, для чего концентрируют взгляд до плоскости расположения проекций, получают двоение проекций и их наложения, тренируют зрительную систему наблюдать глубину трех слоев на различных расстояниях концентрации взгляда от сборки, затем кодируют стереоскопические проекции по технологии цилиндрических растров, монтируют растровое изображение, концентрируют взгляд до плоскости расположения растра и формируют пространственную перспективу с динамически изменяющимся плоскообъемным восприятием, где К, k, q - целые числа; разность (L-kl) больше нуля, но меньше 0,1 L; ΔL - больше нуля, но меньше 0,1 L; (L+ΔL) не равно kl.