Восприятие стереоизображений в пропорциональных пространственных соотношениях : Часть III. Стереотехнологии

СТЕРЕОТЕХНОЛОГИИ
Часть III. СТЕРЕОТЕХНОЛОГИИ
101

Часть III
102

СТЕРЕОТЕХНОЛОГИИ
УДК 778.534.1
ББК 37.95
Раев О.Н.
ВОСПРИЯТИЕ СТЕРЕОИЗОБРАЖЕНИЙ
В ПРОПОРЦИОНАЛЬНЫХ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ
СООТНОШЕНИЯХ
Раев Олег Николаевич, кандидат технических наук, доцент.
E-mail: ncenter@list.ru
Всероссийский государственный институт кинематографии
им. С.А. Герасимова
Подтверждено, что восприятие стереофильма в пропорциональных пространственных соотношениях возможно только при одном расчётном значении дистанции рампы. Но даже в этом случае видеть стереоизображение в
пропорциональных пространственных соотношениях может только один зритель, сидящий на центральном месте на определённом расстоянии от киноэкрана, а если в процессе стереосъёмки оператор изменит параметры стереосъёмки (например, фокусное расстояние объективов), то и положение оптимального места зрителя в кинозале изменится. В восприятии всех остальных зрителей глубина пространства деформируется и искажается.
Ключевые слова: стереокино, стереосъёмка, стереопоказ, параллакс,
пропорциональные пространственные соотношения, дистанция рампы, оптимальное место зрителя.
Под пропорциональными пространственными соотношениями
принято понимать «совокупность параметров стереосъёмки,
обеспечивающих постоянство соотношений продольных и поперечных размеров стереомодели на всём её протяжении и экранный параллакс бесконечности, равный базису зрения» [3, с. 75].
Считается, что стереосъёмка ведётся в пропорциональных
пространственных соотношениях, если дистанция рампы 
р,
L
103

Часть III
т. е. «расстояние от узловых точек оптических блоков стереообъектива… до плоскости рампы» [3, с. 37], определена по формуле
[3, с. 38]:
(1)
′
=
нег 
р
,
Bf
p
L
∞
где B  — базис стереосъёмки, f ′  — фокусное расстояние киносъёмочного стереообъектива, 
нег 
p
∞ — параллакс бесконечности, т. е. разница горизонтальных координат изображений
объектов в стереопаре при стереосъёмке, при предъявлении
которой зрителю в кинозале, т. е. при проекции позитивного стереоизображения на киноэкран, зритель будет воспринимать эти
объекты, находящимися от него бесконечно далеко за киноэкраном*.
Под плоскостью рампы понимают определённую плоскость
в пространстве объектов стереосъёмки, удалённую на дистанцию рампы и характеризующуюся тем, что все объекты, расположенные в плоскости рампы, будут записаны в стереопаре
с нулевым параллаксом, соответственно зритель в кинозале будет
воспринимать эти объекты, расположенными в плоскости киноэкрана.
Проанализируем приведённый тезис о пропорциональных
пространственных соотношениях.
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ АНАЛИЗА
Анализ выполним для варианта стереосъёмки двумя киносъёмочными аппаратами или одним киносъёмочным аппаратом с
двумя объективами, у которых оптические оси объективов параллельны, или одним киносъёмочным аппаратом с двух ракурсов
при условии обеспечения параллельности положения оптической оси объектива при смещении киноаппарата. Вариант стереосъёмки при конвергированных оптических осях объективов
* В практике стереосъёмки дистанцию рампы, как и расстояние съёмки до объекта, по которому выполняется фокусировка, измеряют от плоскости светочувствительного слоя матрицы или киноплёнки в кадровом окне
фильмового канала, положение которых относительно объективодержателя определено конструкцией аппарата и не изменно. В этом случае формула (1) применима при 
р
,
f
L
′
?
 что обычно и реализуется в киносъёмочной оптике.
104

СТЕРЕОТЕХНОЛОГИИ
в данной статье не рассматривается, поскольку ответ на рассматриваемый в статье вопрос он даст аналогичный, а математические
рассуждения усложнит.
Поскольку при стереосъёмке объекты съёмки находятся на
разных расстояниях от киноаппарата, то изображения объектов
съёмки, построенные киносъёмочным объективом, будут находиться на разных расстояниях от задней главной плоскости
объектива [2]:
(2)
2
,
с
c
c
2
2
f
L
L
a
L






′
−
−
=
′
где 
c
L  — расстояние съёмки, т. е. расстояние от плоскости светочувствительного слоя матрицы или киноплёнки до объекта
съёмки.
Как правило, объектив фокусируют на основной, сюжетно важный, объект съёмки, совмещая оптическое изображение
именно этого объекта со светочувствительным слоем матрицы
или киноплёнки. Тогда оптические изображения остальных объектов оказываются смещёнными относительно светочувствительного слоя и в результате записываются с той или иной степенью нерезкости, что в стереоизображении может ухудшать условия восприятия зрителем глубины пространства.
Специфика стереосъёмки заключается в том, что при стереосъёмке записываются два изображения с двух ракурсов. При
этом оптические оси объективов разнесены в пространстве в
горизонтальной плоскости на расстояние 
об
B
 (рис. 1). В результате
2
3
1
Bоб
3
a′
2
Lс
Рис. 1. Схема (вид сверху) записи стереоизображения при стереосъёмке
при параллельных оптических осях объективов:
1 — объект съёмки, 2 — объективы, 3 — кадровые окна
105

Часть III
изображение одного и того же объекта запишется в левом и
правом кадрах стереопары в разных местах с горизонтальной
разницей положений изображений, называемой параллаксом в
негативе 
нег ,
p
 которое, согласно рис. 1, может быть рассчитано следующим образом:
(3)
′
=
′
−
об
нег
с
,
B a
p
L
a
где 
об
B
 — расстояние между оптическими осями объективов.
Из формулы (3) видно, что при таких условиях стереосъёмки
параллакс в негативе равен нулю для объектов съёмки, расположенных в бесконечности. Для всех остальных объектов съёмки, чем ближе они к стереоаппарату или системе из двух киноаппаратов (чем меньше расстояние съёмки 
c
L ), тем больше
величина записываемого параллакса.
При изготовлении позитива знак параллакса изменится на
противоположный:
(4)
поз
нег.
p
p
= −
Поскольку при проецировании стереоизображения в кинозале на киноэкран происходит увеличение изображения, а следовательно, и увеличение параллаксов, то на киноэкране для
всех объектов параллакс будет отрицательный и увеличенный:
(5)
экр
экр
поз
нег
,
B
p
p
B
=
где 
экр
p
 — экранный параллакс, 
экр
B
 — ширина киноизображения на киноэкране, 
нег
B
 — ширина кадрового окна съёмочного стереоаппарата.
Согласно рис. 2, в зритель при просмотре такого стереофильма в кинозале изображения всех объектов будет воспринимать
находящимися в предэкранном (зальном) пространстве. В этом
случае никакой пропорциональности передачи глубины пространства не будет.
Для того чтобы зритель мог видеть объекты стереоизображения находящимися как в предэкранном, так и в заэкранном
106

СТЕРЕОТЕХНОЛОГИИ
Э
Правый глаз
экр
p
П1
1
зр
B
Л1
Левый глаз
зр
L
вид
L
а)
Э
Правый глаз
2
П2
зр
B
Л2
Левый глаз
б)
вид
зр
L
L
=
Э
Правый глаз
3
Л3
зр
B
П3
Левый глаз
вид
L
зр
L
в)
Рис. 2. Схема (вид сверху) формирования в восприятии зрителя положения объекта по его экранным изображениям в кадрах стереопары, где 1, 2, 3 — положение наблюдаемых зрителем объектов; Л1
и П1, Л2 и П2, Л3 и П3 — соответственно положения изображений
объектов 1, 2, 3 в левом и в правом кадрах стереопары; Э — киноэкран; Зр — зритель:
а) положительный экранный параллакс,
б) нулевой экранный параллакс,
в) отрицательный экранный параллакс
107

Часть III
пространстве кинозала, необходимо, чтобы знак экранного
параллакса для далёких объектов был положительным, а для
близких — отрицательным. Поэтому при стереосъёмке создаются
условия, при которых расстояние 
ко
B
 между центрами кадровых окон левого и правого кадров стереопары больше расстояния 
об
B
 между оптическими осями объективов. Тогда формула (3) преобразуется к виду:
(6)
(
)
ко
ко
об
нег
с
′ −
−
=
′
−
с
.
B a
L
B
B
p
L
a
Отметим, что разницу расстояний 
об
ко
B
B
−
 можно задать
не только при стереосъёмке, но и при компьютерной обработке отснятых стереоизображений в послесъёмочном периоде и даже
при показе стереофильма.
Учитывая, что величина экранного параллакса зависит от
ширины 
экр
B
 изображения на киноэкране (см. формулу (5)), то
смещение 
об
ко
B
B
−
 должно выполняться под конкретные размеры киноэкрана, на котором будет демонстрироваться стереофильм.
При введении разницы расстояний 
об
ко
B
B
−
 необходимо ограничивать максимальный экранный параллакс, чтобы он не превышал базиса зрения человека:
(7)
экр max
зр.
p
B
=
Ограничение (7) связано с физиологией зрения. Объекты
с экранным параллаксом 
экр max
p
 зритель будет воспринимать
находящимися бесконечно далеко. При уменьшении величины
экранного параллакса объекты в стереоизображении в восприятии зрителя приближаются к нему. Объекты с нулевым экранным
параллаксом (
)
экр
0
p
=
 будут восприниматься (как показано на
рис. 2, б) находящимися в плоскости киноэкрана.
В пространстве объектов съёмки плоскости нулевых экранных параллаксов соответствует виртуальная плоскость (называ108

СТЕРЕОТЕХНОЛОГИИ
емая плоскостью рампы), важная для кинооператора, поскольку
она является границей, разделяющей объекты стереосъёмки: те
объекты, которые дальше плоскости рампы, в стереофильме
будут видны зрителям находящимися в заэкранном пространстве, а все объекты съёмки, расположенные при стереосъёмке
ближе плоскости рампы, окажутся в кинозале в предэкранном
пространстве. Это вносит некоторую сложность в работу кинооператора, поскольку плоскость рампы является расчётной, её
необходимо рассчитывать заранее.
Для определения расстояния 
вид,
L
 на котором изображение объекта увидит зритель в кинозале, обратимся к рис. 2, из
которого следует, что
(8)
вид
экр
зр
,
1
L
=
−
L
p
B
зр
где 
зр
L
 — расстояние от зрителя до экрана, 
зр
B
 — базис зрения человека, т. е. расстояние между узловыми точками глаз человека.
Базис зрения 
зр
B
 у разных людей разный и составляет
от 55 до 73 мм [3, с. 15]. В расчётах базис зрения человека отечественными авторами обычно принимается равным 65 мм, а зарубежными — 2,5 дюйма (63,5 мм).
ОЦЕНКА ПРОПОРЦИОНАЛЬНОСТИ ПЕРЕДАЧИ
ПРОДОЛЬНЫХ КООРДИНАТ
Введём в рассмотрение коэффициент передачи продольных
координат:
(9)
вид
прод
с
.
L
L
k
=
Последовательно подставив в уравнение (9) уравнения (8),
(5), (4) и (6) и выполнив несложные преобразования, получаем:
L
(10)
.
=
(
)
−
′
−
+
1
B
B
B
a B
B
B B
B B
зр
прод
ко
экр
ко экр
об
с
зр нег
зр нег
L
k










109

Часть III
Из уравнения (10) следует, что коэффициент 
прод
k
 не зависит от расстояния 
c
L  только в том случае, когда
(
)
ко
экр
об
−
=
B B
зр нег
1
B
B
B
или
(11)
(
)
зр нег
ко
об
экр
.
B B
B
B
B
−
=
Полученное в (11) смещение оптических осей объективов
относительно центров кадровых окон левого и правого кадров
стереопары задаёт дистанцию рампы, при которой будет обеспечена пропорциональная передача продольных размеров:
(12)
′
′
=
≈
−
ко
экр
ко
р пропорц
ко
зр
нег
об,
.
f
B
B
B
a
L
B
B
B B
Учитывая, что расстояние a′  в большинстве случаев стереосъёмки незначительно превышает величину фокусного расстояния объективов, можно считать, что полученное выражение (12) совпадает с известным уравнением (1).
Однако поскольку числитель уравнения (9) содержит расстояние 
зр
L
 зрителя до киноэкрана, то даже в случае применения дистанции рампы, рассчитанной согласно уравнению (12),
в восприятии зрителей, находящихся на разном расстоянии от
киноэкрана, глубина пространства будет пропорционально сжиматься или растягиваться, в зависимости от расстояния зрителя до киноэкрана. Действительно, подставляя уравнение (11)
в (10) и приравнивая коэффициент 
прод
1,
k
=
 получаем, что воспринимать глубину пространства в стереофильме аналогично тому,
как воспринимает глубину пространства кинооператор, находящийся на съёмочной площадке в точке размещения стереоаппарата, будет только тот зритель, который сидит на расстоянии
зр опт
L
 от киноэкрана:
(13)
a B B
f B B
B B
B B
L
′
′
≈
=
 
ко экр
ко экр
зр опт
р нег
р нег
.
ç
ç
110