Ιστορική εξέλιξη της Τρισδιάστατης Απεικόνισης (3D)

Η ρεαλιστική αναπαράσταση εικόνων και σκηνών αποτελεί το απόλυτο της τεχνολογικής απεικόνισης, που ωφελεί ένα μεγάλο εύρος εφαρμογών πληροφορικής, εκπαίδευσης, ιατρικής και ψυχολογίας. Η αναπαράσταση σε δύο διαστάσεις έχει αναπτυχθεί οριακά,γεγονός που οδηγεί στην χρήση και στην εξερεύνηση των τριών διαστάσεων, προσφέροντας φυσική αίσθηση του βάθους που είναι αναπόσπαστο συστατικό της ανθρώπινης όρασης.Πώς όμως φτάσαμε στην απεικόνιση τριών διαστάσεων; Τί έχει προηγηθεί στην τεχνολογική εξέλιξη της  τρισδιάστατης εικόνας;
Παρόμοια ερωτήματα θα απαντηθούν παρακάτω, μέσω μιας συνοπτικής ιστορικής αναφοράς από το σημείο φυγής ως σήμερα.

Αρχαίοι Πρόδρομοι

Από την παλαιαολιθική εποχή οι άνθρωποι προσπαθούν να ζωγραφίσουν και να εκφράσουν το χώρο και το χρόνο που βρίσκονται. Αποδεικτικά στοιχεία έχουμε στις ζωγραφιές των τοιχωμάτων των σπηλαίων και των αγγείων, όταν τα ζώ απεικονίζονται με πολλαπλές σειρές ποδιών παράλληλες θέσεις.

Γραμμική Προοπτική στη ζωγραφική

Ο πίνακας ζωγραφικής είναι ένα αντικείμενο με δύο διαστάσεις  (ύψος και πλάτος). Οι ζωγράφοι της περιόδου της Αναγέννησης για πρώτη φορά συστηματικά προσπαθούν να δημιουργήσουν την ψευδαίσθηση της τρίτης διάστασης (του βάθους) στους πίνακές τους, ώστε να αποδίδεται πιο ρεαλιστικά η φύση. Έτσι χρησιμοποιούν την προοπτική και έχουν ως εργαλεία την γραμμή του ορίζοντα και το σημείο φυγής.

Ο Λεονάρντο Ντα Βίντσι χρησιμοποιεί το σημείο φυγής στα σχέδια του για να δώσει την αίσθηση του βάθους μέσα σε πίνακες δύο διαστάσεων. Το σημείο φυγής είναι το πιο μακρινό σημείο του πίνακα και βρίσκεται κατά κανόναν στο μέσο της γραμής του ορίζοντα.

Ο καλλιτέχνης χρησιμοποιεί τα παράθυρα στο δωμάτιο ακριβώς για να δείξει η γραμμή του ορίζοντα, η οποία θα τον βοήθησει να δημιουργήσει την ψευδαίσθηση του βάθους στον πίνακα.

Εφευρέσεις βάθους-κίνησης

Αργότερα οι άνθρωποι άρχισαν να αναζητούν μεθόδους ψυχαγωγίας, οπότε και παρουσιάστηκαν  κατά το 18-19 αι. οι πρώτες εφευρέσεις που κάνουν τις εικόνες να φαίνονται σε τρεις διαστάσεις.
Παραδείγματα:

Zoetrope

Είναι μια συσκευή που παράγει την αίσθηση της δράσης από μια γρήγορη διαδοχή στατικών εικόνων. Αποτελείται από έναν κύλινδρο με σχισμές κομμένες κάθετα στις πλευρές. Κάτω από τις σχισμές στην εσωτερική επιφάνεια του κυλίνδρου είναι ένα συγκρότημα το οποίο έχει μεμονωμένα καρέ-εικόνες από μια σειρά στατικών σχεδίων.Καθώς ο κύλινδρος περιστρέφεται ο χρήστης κοιτάζει μέσα από τις σχισμές τις φωτογραφίες που βρίσκονται στην απέναντι πλευρά του εσωτερικού του κυλίνδρου. Έτσι ο χρήστης βλέπει μια γρήγορη διαδοχή των εικόνων που παράγουν την ψευδαίσθηση του βάθους και της κίνησης.

Στερεοσκοπική

Στερεοσκοπική είναι κάθε τεχνική δυνατότητα εγγραφής μιας τρισδιάστατης οπτικής πληροφορίας ή η δημιουργία της ψευδαίσθησης του βάθους σε μια εικόνα. Η ανθρώπινη όραση δημιουργεί τις ακόλουθες νύξεις σε σχέση με την τεχνική τρισδιάτατη όραση:

• Στέγαση του βολβού του ματιού
• Κάθε αντικείμενο επηρεάζεται από ένα αλλό και το αντίστροφο
• Κάθε αντικέιμενο από ξεχωριστές οπτικές γωνίες φαίνεται διαφορετικό
• Γραμμική προοπτική-σύγκλιση των παράλληλων ακρών.
• Κάθετη θέση. Τα αντικείμενα που είναι ψηλότερα στην σκηνή τείνουν να είναι μικρότερα.
• Ελαφριά θόλωση
• Αλλαγή στο πραγματικό μέγεθος(ελάχιστη) ενός αντικειμένου.

Για να δημιουργηθεί μια στερεοσκοπική φωτογραφία πρέπει να δημιουργηθούν 2 διαφορετικές δυσδιάστατες εικόνες. Ο ευκολότερος τρόπος να ενισχυθεί ή αντίληψη του βάθους στον εγκέφαλο είναι να παραχθούν στο μάτι του θεατή δυο διαφορετικές εικόνες οι οποίες αντιπροσωπεύουν δυο διαφορετικές προοπτικές του ίδιου αντικειμένου, με μια απόκλιση τόση όση ακριβώς και τα δυο μάτια εισπράττουν στην ανθρώπινη όραση. Αυτό συμβαίνει για να μπορέσει ο θεατής να αντιληφθεί το αντικείμενο ακριβώς μπροστά του όσο μακρινή και αν είναι η απόσταση που βρίσκεται.

Χαρακτηριστικά

Το κύριο πλεονέκτημα είναι ότι ο θεατής μπορεί να δει τις εικόνες χωρίς να μειωθεί η φωτεινότητα τους και σε αρκετά υψηλή ανάλυση. Επίσης ο εγκέφαλος εισπράττει την εικόνα ως μια ολοκληρωμένη εικόνα και δεν μπερδεύεται από τις δύσδιάστατες που αποτελείται.

Freeviewing

Όταν κάποιος βλέπει παράλληλες εικόνες χωρίς να χρησιμοποιεί μια βοηθητική συσκευή. Στην παράλληλη μέθοδο προβολής χρησιμοποιούνται δύο εικόνες που παρεμβάλλονται η μία δίπλα και δεν ξεπερνιούνται τα 65mm μεταξύ των αντίστοιχων σημείων της εικόνας(όπως ακριβώς συμβαίνει και στην όραση μεταξύ των δυο ματιών).

Όραση

Στην παραγματικότητα τα μάτια δουλεύουν με αυτόν τον τρόπο όταν διαβάζουμε ή βλέπουμε κάτι μπροστά μας. Δεν μπορούμε όμως να το δούμε τρισδιάστατα.

Παράλληλη όραση

Στην παράλληλη άραση (χρειάζεται πολύ εξάσκηση) οι γραμμές θέασης των ματιών κινούνται εξωτερικά και τέμνονται σε έν ασημείο πίσω από το αντικέιμενο. Το άντικείμενο είναι ορατό σε τρεις διαστάσεις ενώ οι μύες του ματιού χαλαρώνουν και μακραίνουν.
Παράδειγμα:

Πρέπει να αναγνωρίσετε έναν δεινόσαυρο!

Διαγώνιος- αλλήθωρη όραση

Σε αυτήν την περίπτωση στοχεύουμε στην εικόνα έτσι ώστε οι γραμμές θέασης των ματιών να διασχίζουν την εικόνα από μπροστά. Το αντικείμενο είναι ορατό σε τρεις διαστάσεις και οι μύες των ματιών κονταίνουν.

Παράδειγμα:

Παραδείγματα από τα πρώτα που δημιουργήθηκαν:

Ανάγλυφες εικόνες

Η πρώτη απόπειρα παραγωγής ανάγλυφων εικόνων έγινε από τον Wilhelm Rollmann το 1853. Όταν χρησιμοποιούσαν τα φίλτρα καμερών, υπήρχαν στην ταινία δύο εικόνες ή καθέ μια για την προοπτική των αριστερών και δεξιών ματιών αντίστοιχα. Αυτές οι εικόνες τυπώνονταν μέσω ενός κόκκινου φίλτρου ή μια και η άλλη μέσω ενός φίλτρου αντίθετου χρώματος, όπως μπλε ή πράσινο ή κυανό. Έτσι υπήρχε το παρακάτω αποτέλεσμα:

Αυτές τις εικόνες είναι δυνατόν να τις δει το ανθρώπινο μάτι μόνο με ειδικά γυαλιά που ο κάθε τους φακός είναι ξεχωριστού χρώματος (κόκκινο-μπλε).Οι εικόνες φαίνονται θολωμένες. Αλλά όταν βάζετε τα τρισδιάστατα γυαλιά οράματος, τα φίλτρα στα γυαλιά αποκωδικοποιούν την εικόνα έτσι το αριστερό μάτι σας βλέπει μόνο ότι ο αριστερός φακός καμερών είδε (μπλέ φίλτρο) και το δεξί μάτι βλέπει μόνο ότι ο δεξιός φακός (κόκκινο φίλτρο). Ο εγκέφαλός σας συνδυάζει τις εικόνες για να δει το αληθινό βάθος και να το κάνει να φανεί πραγματικό. Η εικόνα καλείται ανάγλυφο.

Το μάτι που καλύπτεταιι από το κόκκινο φίλτρο βλέπει το κόκκινο τμήματα της εικόνας ως «λευκό», και το μπλε τμήμα ως «μαύρο». Το μάτι που καλύπτεται από το μπλε φίλτρο αντιλαμβάνεται το αντίθετο αποτέλεσμα. Σε ένα κόκκινο-μπλε ανάγλυφο, για παράδειγμα, το μάτι που καλύπτεται από το κόκκινο φίλτρο βλέπει τα κόκκινα μέρη της εικόνας ως «λευκά», και τα μπλε μέρη ως «μαύρα». Ο εγκέφαλος συνδυάζει την εικόνα που λαμβάνει από κάθε μάτι, και ερμηνεύει τις διαφορές ως το αποτέλεσμα των διαφορετικών αποστάσεων.  Αυτό δημιουργεί μια κανονική τρισδιάστατη εικόνα χωρίς να απαιτείται από τον θεατή να «αληθωρήσει» τα μάτια του.
Εντούτοις, μερικοί άνθρωποι κυρίως οι μυωπικοί με τα γυαλιά ενοχλούνται από τη διαφορά στις διόπτρες φακών, δεδομένου ότι μια εικόνα είναι ελαφρώς μεγαλύτερη από άλλη την άλλη.

Βοηθητικά μέσα τρισδιάστατης όρασης

Viewmaster

Από τις παλιότερες συσκευές στις οπόιες τα ζευγάρια των εικόνων εκτυπώνονται σε διαφανές φιλμ το οποίο στη συνέχεια τοποθετείται γύρω από την άκρη του χάρτινου δίσκου. Οι εικόνες του κάθε ζεύγους είναι εκ διαμμέτρου αντίθετες.

3D Γυαλιά

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω τα γυαλιά ήταν ο μόνος τρόπος να προβληθούν αυτές οι εικόνες. Τα γυαλιά όμως με φακούς διαφορετικών χρωμάτων.

ColorCode 3D

Αργότερα εισήχθησαν τα ColorCode 3D τα οποία είναι μια νεότερη έκδοση με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας και επιτρέπει στο ένα μάτι να βλέπουν μια εικόνα χρωματιστή και μια μονόχρωμη και έτσι ο ανθρώπινος εγκέφαλος συνδέει τις δύο εικόνες σε μια.

Chromadepth

Τα γυαλιά Chromadepth, η τεχνολογία τους είναι βασισμένη στο γεγονός ότι με ένα πρίσμα τα χρώματα χωρίζονται σε ποικιλίες άλλων χρωματικών βαθμών. Τα γυαλιά αυτά περιέχουν ειδικά φύλλα αλουμινίου που αποτελούνται από μικροσκοπικά πρίσματα γεγονός που αναγκάζει το είδωλο να μεταφραστεί ανάλογα με το χρώμα που βλέπει στην εικόνα. Αυτό χρησιμοποιήθηκε πολύ για τα τρισδιάστατα κόμικς. Επίσης το μεγάλο πλεονέκτημα είναι ότι κάποιος μπορεί να δει τις εικόνες και χωρίς γυαλιά, χωρίς να έχει προβλήματα, απλά θα είναι δύο διαστάσεων.

Μέθοδος Anachrome

Αποτελέι μια πρόσφατη παραλλαγή για τις ανάγλυφες εικόνες. Η μέθοδος αυτή παράγει εικόνες που φαίνονατι αρκετά συνηθισμένες χωρίς γυαλιά. Με τα ανάλογα γυαλιά η αίσθηση του βάθούς υπάρχει σχετικά σε πιο μικρό βαθμό και αυτό γιατί οι εικόνες δημιουργούνται με μια στενότερη βάση μεταξύ των φακών.

Άλλες μέθοδοι

Στερεοσκοπική κίνηση

Αυτή είναι η πιο απλή μέθοδος παραγωγής μιας τύπου τρισδιάστατης εικόνας και βασίζεται στην εναλλαγή της θέσης της εικόνας αριστερά-δεξιά.

Αναφορές:

1. Αγγλική Wikipedia (2010) Anaglyph images. Πηγή από το Διαδίκτυο:http://en.wikipedia.org/wiki/Anaglyph_image, Ανακτήθηκε στις 30 Απριλίου 2010
   
2. Αγγλική Wikipedia (2010) Stereoscopy. Πηγή από το Διαδίκτυο: http://en.wikipedia.org/wiki/Stereoscopy, Ανακτήθηκε στις 28 Απριλίου 2010
3. Vision 3D  (2010) Views. Πηγή από το διαδίκτυο: http://www.vision3d.com/3views.html, Ανακτήθηκε στις 29 Απριλίου 2010
4. Αγγλική Wikipedia (2010) 3D Modeling. Πηγή από το Διαδίκτυο:http://en.wikipedia.org/wiki/3D_modeling , Ανακτήθηκε στις 30 Απριλίου 2010
5. 3D Glasses (2010) Whats3d. Πηγή από το Διαδίκτυο: http://www.3dglasses.com/whats3d.htm Ανακτήθηκε στις 30 Απριλίου 2010
6. Sensio (2010) 3D History.Πηγή από το διαδίκτυο: http://www.sensio.tv/en/3d/3d_history/default.3d, Ανακτήθηκε στις 30 Απριλίου (2010)