Объёмные изображения

DjVu

      Полный текст книги

      ВВЕДЕНИЕ
      Люди издавна стремились запечатлеть окружающий мир в рисунках и картинах. Способы изображения мира с течением времени становились все совершеннее. Об этом свидетельствуют картины Леонардо да Винчи, Микеланджело, Рафаэля, Рембрандта, Репина, Сурикова и других художников.
      С появлением фотографии стало возможным получать изумительные снимки из жизни природы и общества. В кино мы нередко любуемся красивыми видами. Однако, любуясь хорошими картинами и фотоснимками, мы чувствуем, что даже самые лучшие картины и фотографии все же не полностью передают то, что мы видим в жизни. Дело в том, что картины и фотографии передают объемные, пространственные предметы плоскостными, предметы, имеющие три измерения, они дают только в двух измерениях. Поэтому объемные вещи на картинах и фотографиях становятся несколько условными и обедненными. Не спасают положение и даже такие приемы, применяемые художниками, как перспективное расположение предметов, игра света и тени, перекрытие одних предметов другими.
      Естественно, что люди все время искали такие способы получения изображений, чтобы картины, фотографии, чертежи и т. п. при их рассматривании казались объемными, то есть стереоскопическими. «Стерео» по-гречески — объем, а «скопос» — указывать, видеть. И вот в конце концов такие способы нашли: были изобретены сначала стереоскоп, а затем для просмотра кинокартин — очки и растры перед экраном. Эти изобретения основаны на особенностях зрения человека. А особенность человеческого зрения заключается в том, что оба глаза видят рассматриваемый предмет одновременно, но раздельно и с различных позиций. Из этих двух видов (левого и правого) в нашем сознании возникает объемность предмета. Поэтому если нарисовать или заснять такие два вида какого-либо предмета, какими их видит каждый глаз (левый и правый) в отдельности, и затем рассматривать их так, чтобы каждый вид наблюдался только тем глазом, для которого он предназначен, то в нашем сознании возникнет объемность изображения.
      Такие два изображения одного и того же предмета легко получить, снимая его или один раз двухобъективным фотоаппаратом, или два раза однообъективным фотоаппаратом с двух точек зрения. При таком фотографировании создается так называемая стереопара (два снимка одного и того же предмета). Если эту стереопару затем рассматривать в стереоскоп, или через специальные очки и растры, то мы увидим предметы такими, какими они являются в действительности, т. е. пространственными, объемными.
      Получение объемных изображений применяется в науке, технике, кино, учебных и исследовательских заведениях. Оно наиболее эффектно при демонстрации кинофильмов. В настоящее время стереокинотеатры действуют в Москве, Киеве, Ленинграде и Астрахани. Скоро они начнут действовать и в других городах нашей страны.
      В СССР объемное (стереоскопическое) видение кинокартин осуществляется по методу, разработанному советскими изобретателями и учеными. За границей объемности изображений кинофильмов достигают другими методами.
      Вот о том, почему мы видим все окружающее нас объемно и как сделать, чтобы картины и фотографии, выполненные на плоскости, при рассматривании воспринимались объемными, и рассказывается в этой книжке.
     
      1. ПОЧЕМУ И КАК МЫ ВИДИМ
      Каждый знает, что мы видим благодаря наличию глаз. Но это еще не значит, что все понимают механизм зрения.
      Почему и как мы видим? Этот вопрос возникает у каждого, кто хочет понять процесс зрения. На него пытались ответить еще древнегреческие мыслители. Более 2000 лет тому назад они сделали первые шаги в создании науки о «видении», названной ими оптикой. В наше время оптика достигла больших успехов. Однако и сейчас еще не все подробности процесса зрения выяснены. Нам теперь известно в общих чертах, что процессом зрения управляют физико-химические и физико-логические законы. Знаем мы также, что зрительные образы, возникающие в нашем сознании, — это результат работы головного мозга.
      Известно, конечно, что окружающий нас вещественный мир мы воспринимаем при помощи пяти органов чувств: зрения, слуха, вкуса, обоняния и осязания. Ощущения, воспринимаемые нашими органами чувств, передаются по нервам, как по проводам, в головной мозг. Здесь они трансформируются в сознание, то есть человек осознает видимое, слышимое, осязаемое и т. д. Полученные и осознанные ощущения внешнего мира человек затем характеризует членораздельной речью — словами. «Холодное», «теплое», — говорит он, прикоснувшись пальцами к предмету. «Хорошо пахнет», «плохой запах», — говорят, поводя носом. «Горькое», «сладкое», — определяем мы вкус вещества, прикоснувшись к нему языком. «Очень шумно», «как тихо», — говорят, реагируя на те или иные звуки.
      Но наиболее богатые ощущения дают нам глаза. «Темно», «светло», «красиво», «уродливо», «дальше», «ближе», — говорят люди, всматриваясь в окружающее.
      Благодаря глазам нам доступно все богатство форм и красок природы. Глаза дают нам представление о близких и удаленных предметах, об их расположении на плоскости и в пространстве. «На глаз» мы даже более или менее точно определяем расстояние до предмета.
      Глаза позволяют нам видеть предметы такими, какими они есть в действительности, то есть объемными, пространственными, иначе говоря, видеть предметы в трех измерениях — в длину, ширину и глубину.
      Слепой человек многое теряет в восприятии окружающего мира, так как остальные четыре органа чувств, можно сказать, лишь дополнительные к зрению. Лишившись зрения, человек не может воспринимать ни форм, ни красок, ни пространства (объема). Но человек и с одним глазом теряет не мало. Главное, что он теряет, — это подлинную объемность видения. Человек имеет два глаза. Для восприятия окружающего мира это имеет огромное значение. Видение одним и двумя глазами неодинаково. Именно двумя глазами мы видим наиболее совершенно, всесторонне окружающие предметы.
      Исследованиями установлено, что одним глазом человек видит расположение предметов в пространстве (объеме) хуже, чем двумя глазами. Объемное видение одним глазом несовершенно, не точно, зачастую ошибочно. Вот почему людям только с одним здоровым глазом не разрешают быть шоферами и летчиками, так как они не точно ориентируются в том, какой предмет дальше и какой ближе. А это, естественно, может повести к авариям.
      Разумеется, при достаточной натренированности и одним глазом можно определить взаимное расположение предметов в пространстве, хотя и хуже, чем двумя глазами. Тут уже главную роль играет не физика зрения, а мозг, привычка, жизненный опыт.
      Итак, мы видим потому, что имеем глаза. Но почему глаза видят? Выяснено, что глаза видят благодаря тому, что в них попадает свет от окружающих нас предметов. А что такое свет и почему именно благодаря свету глаза видят?
      После длительных и трудных исследований ученые наконец установили, что свет — это электромагнитные волны различной длины. Есть волны чрезвычайно короткие (миллионные доли миллиметра) и длиной в десятки метров. Эти волны излучаются атомами, из которых построены все вещества в природе. Световые волны, наблюдающиеся в природе, ученые нанесли на шкалу излучений, называемую спектром излучений (рис. 1). На этой шкале (логарифмической) световые излучения характеризуются длиной волны. Длина волны выражается или в ангстремах (ангстрем — это одна стомиллионная доля сантиметра; обозначается ангстрем так: А) или в метрах.
      Наши глаза видят только световые волны длиной от 3800 до 7500 ангстремов (от 380 до 780 миллионных долей миллиметра). На шкале спектра излучений (рис. 1) они расположены примерно посредине. Налево и направо на этой шкале находятся световые волны, невидимые нашим глазом.
      Таким образом, можно сказать, что мы смотрим на мир только через узкую щель, а не через широкое окно.
      Налево лежат длинные волны: инфракрасные лучи и радиоизлучения, а направо — короткие волны: ультрафиолетовые лучи, рентгеновские лучи и гамма-лучи.
      Ученые установили, что обыкновенный белый свет, который мы видим, на самом деле состоит из смеси цветных лучей. На цветные лучи его можно разложить пропусканием через трехгранную стеклянную призму (рис. й). Она сообщает каждой из световых волн с различной длиной свое направление. В результате по другую сторону призмы получается цветная радужная полоска. Световые лучи, разные по длине волны, воспринимаются нашими глазами как различно окрашенные: лучи с наиболее длинными волнами нам представляются красными, а с наиболее короткими — фиолетовыми. Например, вот как зависит цвет от длины световой волны.
      Рис. 1. Шкала излучений. Заштрихованная сеткой область показывает часть спектра, видимую человеческим глазом.
      Мы видим лишь тогда, когда лучи света от предмета попадают в наши глаза, причем лучи света только с определенными длинами волн, от 3800 до 7500 ангстремов. Свет с меньшей и большей длиной волны мы не видим. Какие предметы мы можем видеть? Увидеть какой-либо предмет можно лишь в тех случаях, когда он освещен, или же светится сам. Тела, которые сами не испускают света, мы можем видеть вследствие того, что они отражают свет, например, солнца, электролампы и т. д.
      Но бывает и так, что предметы и сами не светятся, и не отражают постороннего света, а только поглощают
      Рис. 2. Разложение стеклянной призмой белого луча на ряд цветных полос.
      или пропускают его. Можем ли мы их увидеть? Обнаружить их мы можем лишь на фоне других предметов, которые отражают или рассеивают свет в заметной мере. Обычно рассматриваемые предметы и фон частично отражают и частично поглощают падающий на них свет, причем разные части предмета и фона поглощают свет неодинаково; это зависит от материалов, из которых они состоят, окраски, состояния поверхности и угла наклона их к потоку падающего света. Замечено, что свет, отраженный фоном, отличается от света, отраженного предметом, как по яркости*, так и по цветовому тону. Вследствие этого появляется так называемый оптический контраст между фоном и предметом. Что это значит? Общеизвестно, что лучше видны черные предметы на белом
      фоне, а белые предметы на черном фоне. Наличие опти ческого контраста является очень существенным условием видения. Наши глаза очень чувствительны: они обнаруживают даже небольшие изменения в яркости предметов. Чем больше контраст между предметом и фоном по яркости и цветности, тем лучше мы видим данный предмет. Однако яркость предмета и фона не должна превышать определенной величины: при избытке света мы будем ослеплены и ничего не увидим.
      Явление оптического контраста по яркости и цвету часто используется в театре и кино. Примером хорошего оптического контраста являются строки этой книжки: густая, типографская краска отражает немного света, а белая бумага — в десятки раз больше. Это и дает нам возможность хорошо видеть и читать написанное.
      Для понимания физических основ нашего зрения представляет интерес выяснить пути хода световых лучей от источника света к нашим глазам.
      Как распространяются световые лучи?
      Световые лучи распространяются по прямой линии. В этом можно убедиться, если днем взглянуть на облака, закрывающие солнце. Во все стороны от облаков идут прямые солнечные лучи. О прямолинейном распространении света свидетельствует и прожекторный луч, прорезающий ночную тьму. Это же свойство света подтверждают и резкие тени, отбрасываемые непрозрачными предметами, освещаемыми солнцем или каким-либо другим источником света. Если бы световые лучи распространялись не прямолинейно, а, изгибаясь, обтекали предметы, то не было бы теней.
      Наконец на прямолинейное распространение света указывает и то, что можно получить изображение предметов посредством малого отверстия. Это наглядно подтверждается в таком устройстве, как камера-обскура (рис. 3). Она известна очень давно и описана еще в XVI веке. Камера-обскура представляет собой ящик, в одной из стенок которого сделано небольшое отверстие. Проследим за ходом лучей от предмета АБ через отверстие в камере и их падением на заднюю стенку камеры.
      Луч света, исходящий из точки А% дает светлое пятно на задней стенке ящика в точке Ль а луч света из точки Б дает такое же пятно в точке Би Понятно, что лучи идут от всех точек предмета АБ. Совокупность таких
      точек, образуемых лучами, исходящими от различных мест предмета АБУ воспроизводит (рисует) его обратное изображение А1БХ на задней стенке камеры-обскуры. Таким
      Рис. 3. Доказательство прямолинейного распространения света в камере-обскуре.
      образом, мы видим, что большой предмет АБ через маленькое отверстие изображен лучами света на задней стенке камеры в обратном и уменьшенном виде А1Б1. Это возможно только благодаря прямолинейному ходу световых лучей. Далее мы увидим, что камера-обскура является простейшей моделью человеческого глаза и фотографического аппарата. В фотоаппарате (рис. 4) в малое отверстие в передней стенке камеры вставлен стеклянный объектив (система, состоящая из нескольких собирающих и рассеивающих линз). Роль объектива в человеческом глазе выполняет хрусталик.
      Следует иметь в виду, что закон прямолинейного распространения световых лучей строго выполняется только тогда, когда лучи идут в однородной среде, например в воздухе, воде и т. п. При переходе же света из одной однородной среды в другую, например из воздуха в воду, луч света в воде пройдет уже по другой прямой линии, он отклонится от своего первоначального направления на некоторый угол (рис. 5).
      Убедиться в наличии явления преломления света легко. Посмотрите, например, на ложку (рис. 6), опущенную в воду. При рассматривании ее с определенного положения ложка в стакане с водой покажется надломленной благодаря преломлению света.
      В XVIII веке были известны факты иного рода, которые указывали, что при определенных условиях имеются отступ-
      Рис. 5. Преломление луча света при переходе из одной среды в другую (из воздуха в воду).
      Рис. 6. Вид ложки, погруженной в стакан с водой.
      ления от прямолинейного распространения света. Например, заметили, что в камере-обскуре, если отверстие в ней, через которое проходит свет, сделать слишком малым, изображения получаются нечеткими, с размытыми краями. Затем обнаружили также, что при прохождении света через узкие отверстия (щели, сделанные в непрозрачном экране) за экраном появляется не одна светлая полоска, а возникают чередующиеся светлые и темные полоски. При этом любопытно, что светлые полоски появляются там, где должна быть тень, а темные полоски, наоборот, появляются и на месте светлых полосок.
      Эти факты говорят о том, что понятие о прямолинейном ходе лучей света относительно. Тем не менее для обычной фотографической и кинематографической практики это не имеет существенного значения. Принимается, что свет в однородной среде (например, в воздухе, воде, стекле) распространяется прямолинейно, что направление
      световых лучей изменяется при отражении (например, от зеркала) и при переходе из одной среды в другую (например, из воздуха в стекло и обратно).
      В фототехнике широко используются три основных закона оптики: прямолинейное распространение света, отражение света и преломление света.
      Закон отражения света открыт более 2000 лет назад. Его формулировка проста: угол падения равен углу отражения, т. е. луч света отражается от гладкой поверхности под таким же углом, под каким он падает на эту поверхность (рис. 7). Этим законом пользуются при расчете и изготовлении оптических приборов, в которых используется отражение света (зеркальный стереоскоп, зеркальный телескоп, мощные прожекторы).
      Хорошо отражают свет зеркала (гладкополированные стеклянные пластины, нижняя поверхность которых покрывается обычно тонким слоем алюминия или ртутной амальгамой). Установлено, что стеклянная пластинка без блестящего металлического слоя отражает света примерно в 12 раз меньше, чем обыкновенное зеркало. Лучше всего отражает свет (до 96%) серебряное полированное зеркало; остальные 4% света им поглощаются. А вот черная матовая поверхность отражает приблизительно 2% падающего на нее света, а 98% света она поглощает.
      Закон преломления света сформулирован примерно 320 лет назад, то есть почти двумя тысячелетиями позже открытия закона отражения света. Согласно этому закону луч света при переходе из одной среды в другую
      (например, воздух — вода) преломляется всегда одинаково для данных двух сред. Степень преломления луча света в этом случае характеризуется коэффициентом преломления.
      При помощи этого закона рассчитывают и делают все современные оптические приборы, использующие призмы и линзы (кино и фотоаппараты, очки, бинокли, стереотрубы). Прохождение световых лучей в глазе также можно описать на основе этого закона.
      Законы отражения и преломления света очень важны. На их основе можно объяснить получение воспринимаемых нашими глазами изображений окружающего нас мира.
      Обратим внимание еще на одно свойство световых лучей. Мы уже говорили о зеркальном отражении света, то есть отражении от совершенно гладких поверхностей. Однако картина меняется, если поверхность не гладкая, а шероховатая. В этом случае лучи света отражаются не в одном направлении, не в одну сторону, а во все стороны. Это явление называется диффузным отражением (рис. 8). Но шероховатость поверхностей не всегда одинакова. Одна шероховатая поверхность равномерно во все стороны рассеивает свет, а другая — неравномерно. Условно принято считать абсолютно рассеивающей такую поверхность, которая рассеивает падающий на нее свет во все стороны совершенно равномерно.
      Разумеется, что абсолютно рассеивающих, так же как и абсолютно зеркальных, поверхностей в природе не существует. Но все же есть в природе такие поверхности, которые по своим рассеивающим свойствам приближаются
      к абсолютно рассеивающим поверхностям, например поверхность снега, чертежной бумаги, кинопроекционных экранов, изготовленных из отбеленной хлопчатобумажной или льняной материи. Именно благодаря тому, что падающий на экран свет из кинопроекционного аппарата равномерно отражается (рассеивается) во все стороны, зрители могут видеть демонстрируемый фильм с любого кресла в зале. А если бы экран был зеркальным, то отраженный луч света видели бы всего лишь несколько зрителей. Вот почему киноэкраны не делаются зеркальными.
      Итак, световые лучи дают нам возможность видеть окружающие предметы. Органом чувств, очень тонко реагирующим на действие световых лучей, является наш глаз.
     
      2. КАК УСТРОЕН И РАБОТАЕТ ГЛАЗ ЧЕЛОВЕКА
      Глаз человека устроен довольно сложно. У человека глаза расположены в углублениях черепа — глазницах. Глаз имеет почти шарообразную форму (рис. 9). В среднем диаметр глаза около 2,5 см.
      Стенки глазного яблока состоят из трех оболочек: белковой (склера), роговой и радужной. Внутри оболочек имеется жидкая стеклообразная масса, преломляющая свет приблизительно так же, как и вода.
      Внешняя оболочка глаза называется белковой оболочкой, или склерой. Эта оболочка сохраняет форму глаза и защищает его от внешних воздействий. Она вся непрозрачна, за исключением передней части. Здесь склера выдается вперед и переходит в прозрачную роговую оболочку, или роговицу.
      Изнутри к склере прилегает оболочка, содержащая сеть мелких кровеносных сосудов. В передней части глаза, около роговицы, эта оболочка переходит в радужную, окрашенную у разных людей в различные цвета. В середине радужной оболочки имеется отверстие — зрачок. Диаметр зрачка может меняться в зависимости от количества света, попадающего в глаз. Поэтому роль зрачка подобна роли диафрагмы в фотографическом аппарате: чем светлее, тем уже зрачок, и, наоборот, чем темнее, тем зрачок становится шире. В обычных условиях диаметр зрачка равен 3 — 4 мм, а при слабых освещенностях приблизительно — 8 мм.
      Непосредственно за зрачком расположено прозрачное упругое тело, имеющее форму двояковыпуклой линзы с поверхностями неодинаковой кривизны. Это тело называется хрусталиком. Хрусталик находится в прозрачной сумке, охватываемой со всех сторон так называемой цилиарной мышцей.
      Назначение хрусталика аналогично назначению объектива в фотоаппарате. Форма хрусталика легко меняется: он становится то более, то менее выпуклым. Это дает нам возможность видеть и близкие, и дальние предметы. Способность хрусталика изменять кривизну своей поверхности для получения более отчетливого изображения на сетчатке при рассматривании предметов на различном расстоянии называется аккомодацией. Если хрусталик хорошо аккомодирует, то на сетчатке получается резкое изображение наблюдаемых предметов и мы видим хорошо.
      Сетчатка — светоощущающая часть глаза. Она выстилает глазное дно и прилегает непосредственно ко второй оболочке. Свет, попадающий в глаз от окружающих нас предметов, воспринимается сетчаткой, а нервные волокна от сетчатки передают зрительные импульсы в мозг. Сетчатка в глазе играет почти такую же роль, как фото-электрически активный слой (фотокатод) в современном фотоэлементе или роль фотопленки в фотоаппарате.
      Сетчатка имеет весьма сложное строение. Она состоит из очень большого числа окончаний нервных волокон, являющихся разветвлениями зрительного нерва. Количество отдельных нервных волокон в сетчатке достигает одного миллиона. Концы нервных волокон различны по форме (рис. 10). Окончания нервных волокон, имеющие вид стебелька, называются палочками, а более короткие и толстые — в виде луковицы, называются колбочками. Палочки и колбочки настолько малы, что их можно увидеть только в микроскоп. Всего палочек и колбочек в сетчатке около 110 миллионов, из них 103 миллиона палочек и 7 миллионов колбочек. Следовательно, палочек в 15 раз больше, чем колбочек. Колбочки рассеяны по сетчатой оболочке неравномерно: в так называемом желтом пятне их значительно больше, чем в других местах. Но на сетчатке есть и такое место (где в глаз входит зрительный нерв), которое не воспринимает света; это место называется слепым пятном.
      Каково же назначение палочек и колбочек?
      В процессе зрительного восприятия их роль различна. Палочки обеспечивают зрение в темноте, а колбочки — при свете. Это зависит от того, что в них содержатся различные химические вещества. В палочках содержится вещество, разлагающееся под действием света; называется оно зрительным пурпуром или родопсином. Благодаря этому веществу палочки обладают большой чувствительностью, они действуют при слабом освещении, осуществляя так называемый сумеречный зрительный процесс. Цвета предметов палочками не воспринимаются. В колбочках содержится вещество — иодопсин, не разлагающееся под действием света. Поэтому колбочки действуют при относительно сильном освещении, когда зрительный пурпур (родопсин) в палочках почти полностью распался. Колбочки образуют аппарат дневного зрения, позволяющий видеть цвета и форму предметов.
      Вещества — родопсин и иодопсин, обеспечивающие нам зрение при различной освещенности, все время возобновляются. Например, когда глаз находится в темноте, зрительный пурпур (родопсин) в палочках постепенно восстанавливается. Но и при длительном падении света на сетчатку в палочках весь родопсин не исчезает. Это объясняется тем, что по мере разложения некоторого количества молекул родопсина в палочках одновременно восстанавливается почти такое же их количество. Этот процесс идет благодаря снабжению глаза питательными веществами из крови, причем большую роль здесь играет витамин А. В результате количество родопсина в светочувствительных клетках остается почти постоянным, и зрительный процесс осуществляется на протяжении длительного времени.
      Теперь должно быть понятно, почему при переходе в яркий солнечный день с улицы в затемненное или плохо освещенное помещение в первое мгновение мы ничего не видим. Лишь постепенно, по мере того как глаза «привыкают», мы различаем окружающие предметы. Для того чтобы глаз полностью «привык» и мог уже хорошо различать предметы в неосвещенном помещении, иногда требуется около 30 минут. Вот это приспособление глаза и называется адаптацией.
      Свет, попавший в глаз, собирается (фокусируется) хрусталиком и падает на сетчатку. Свет, упавший на палочки, разлагает зрительный пурпур. Это разложение под действием света представляет собой, сложную фотохимическую реакцию, в результате которой в нервных волокнах появляется некоторая электродвижущая сила, которую можно регистрировать точными электроизмерительными приборами. Отдельными электрическими импульсами световое раздражение передается от сетчатки в мозг, где и происходит сложный процесс преобразования электрических импульсов в зрительные ощущения.
      Изображения рассматриваемых предметов получаются в глазе на сетчатке, подобно тому как в фотографическом аппарате получается изображение на фотографической пленке. Это изображение плоскостное и перевернутое (рис, 11).
      Чтобы убедиться в том, что на сетчатке получается не объемное, а плоскостное изображение, провели такие интересные операции. Глаза животных помещали в темной комнате. Затем на некоторое время поднимали штору, закрывавшую освещенное окно. После этого осторожно удаляли с задней стороны глазного яблока все части глаза, кроме сетчатки. На сетчатке увидели изображение окна светлым на пурпурном фоне. В таких же условиях проводили другие опыты, когда в глазе животного сетчатку заменяли кусочком кинопленки. На кинопленке получалось примерно такое же изображение окна, как и на сетчатке.
      Этими опытами доказано, что сетчатка в глазе несет такую же службу, как пленка в фотоаппарате, и что изображения видимых предметов на сетчатке получаются плоскостными, а не объемными. Несмотря на это мы предметы видим объемно, то есть так, как они расположены в пространстве, и такими, какие они есть в действительности. Мир мы видим объемно благодаря согласованным действиям глаз и мозга.
      Все же как относительно ни совершенен глаз, ему присущи и некоторые недостатки. Например, очень мелкие предметы или мелкие детали предметов глаз не различает, потому что у него недостаточная разрешающая способность (острота зрения) и недостаточная чувствительность при малых освещенностях. Разрешающая способность глаза ограничивается тем наименьшим углом зрения, под которым мы еще различаем отдельные детали предмета.
      Восприимчивость глаза при малых освещенностях ограничивается порогом чувствительности, то есть таким световым раздражением, вызываемым светящейся точкой, которое позволяет едва-едва обнаружить светящуюся точку на совершенно черном фоне при условии очень долгого приспособления глаза к полной темноте.
      Подсчитано, что лучистая энергия, поступающая от этой точки в глаза, настолько незначительна, что если бы ее непрерывно накапливать, то малую калорию (то есть количество тепла, необходимое для повышения температуры 1 см3 воды на 1° С) можно было бы накопить только за 60 миллионов лет!
      Но глаз не может видеть и при очень сильной освещенности. Такое световое раздражение глаза, превышение которого вызывает чувство ослепления, называется порогом ослепления.
      Если лучистую энергию, поступающую при этом в глаза, непрерывно накапливать, то всего лишь за 30 минут можно получить одну малую калорию тепла.
      Из этих примеров следует, что при определенных условиях глаз может воспринимать потоки световых лучей, отличающиеся один от другого по силе в 500 миллиардов раз! Понятно, что ни один, даже самый совершенный, технический прибор не обладает такой особенностью.
      Для того чтобы расширить зрительные возможности глаза, изобретено много оптических приборов (бинокли, зрительные трубы, дальномеры, телескопы), которые позволяют видеть объекты, удаленные от нас и на десятки метров, и на миллиарды километров. В последнем случае необходимо, конечно, чтобы объект наблюдения, например звезда, был достаточно ярким.
     
      3. ПОЧЕМУ МЫ ВИДИМ ОБЪЕМНО
      Когда убедились, что на сетчатке глаза получается плоскостное изображение предметов, естественно возник вопрос: почему же мы видим пространственное (объемное) распределение предметов, если в глазе на сетчатке получается плоскостное изображение?
      Пространственность, объемность предметов в действительности мы можем не только видеть, но и ощущать руками. Реальный мир объемен. Суждение о пространственном соотношении предметов выносится нами на основании опыта, общения с окружающим нас миром. Этот опыт мы накапливаем, начиная с того возраста, когда лишь едва-едва осознаем окружающую нас действительность. О пространственном соотношении предметов мы .судим также по таким признакам, как видимая величина, линейная перспектива, загораживание одного предмета другим, наложение света и тени, по знанию размеров отдельных предметов. А что это именно так, можно убедиться, последовательно рассматривая отдельные виды рисунка 12.
      Вид А представляет собой несколько сходящихся линий, пересеченных в определенных местах. Об объемности мы пока еще судить не можем. На виде Б, дополненном деталями, мы уже различаем взаимное расположение дома, деревьев и человека, линию тротуара в перспективе и судим тогда об объемности. На виде Б по человеку на переднем плане мы имеем возможность судить об удаленности от нас как человека, так и дома. В этом случае мы можем сказать, что человек находится ближе к нам, так как его размеры
      Рис. 12. Условное изображение пространственного расположения предметов.
      значительно больше размеров дома. Если человека изобразим на тротуаре (вид В) и соответственно уменьшим его масштаб, мы тем самым как бы изменим расстояние от нас до человека, в то время как в действительности расстояние от нас до рисунка не изменилось.
      Таким образом, мы на плоскостном чертеже, пользуясь данными повседневного опыта, выработанными незаметно для нас самих навыками (так называемыми условными рефлексами), по перечисленным выше признакам судим о пространственном расположении предметов.
      Но не только в этом дело.
      Объемно мы видим предметы главным образом потому, что имеем два глаза, а не один. В подавляющем большинстве случаев нормальное зрение осуществляется двумя глазами. Они позволяют полнее видеть окружающий мир по широте и по глубине. Угол зрения двумя глазами — около 180°, а одним глазом — около 110°.
      Кроме того, двумя глазами воспринимается пространство, глубина, рельефность предметов, то есть окружающий мир ощущается в трех измерениях (ширина, высота, глубина), таким, каким он есть на самом деле. Если бы все окружающие нас предметы были плоскостными в действительности, то представить их объемными нам не помогли бы и два глаза, так как мозг не помог бы нам в этом случае. Именно мозг устраняет недостатки сетчатки, представляющей предметы плоскостными. Именно согласованное действие двух глаз и мозга создало возможность ощущать глубину (объемность) видимого пространства. Одним глазом глубина видимого пространства воспринимается значительно хуже и даже несколько по-иному, чем двумя глазами.
      Глаза дают нам возможность судить о внешнем виде предметов, их отдаленности, пространственном расположении. Правда, если предметы находятся в пределах досягаемости наших рук, то мы и без глаз можем составить некоторое представление о них, ощупывая их пальцами. Но для удаленных предметов глаза являются единственным средством для определения их пространственного расположения, а также величины, формы, цвета. В этом случае глаза являются дальномерами.
      То, что природа наделила человека и многих животных двумя глазами, несомненно, расширило возможности видения. У человека и некоторых представителей животного мира (обезьяны, многие хищники, ночные птицы) глаза расположены таким образом, что линии зрения (или зрительные оси их) параллельны между собой. Параллельное расположение осей зрения позволяет один и тот же предмет рассматривать одновременно двумя глазами. По-иному расположены глаза, например, у курицы. Она рассматривает предметы каждым глазом самостоятельно; оси зрения "у нее расположены не параллельно.
      Зрение двумя глазами названо бинокулярным зрением, а зрение одним глазом — монокулярным. Бинокулярное зрение более полно, чем монокулярное.
      Однако преимущество бинокулярного зрения перед монокулярным сказывается лишь при рассматривании близких предметов. Отдаленные предметы воспринимаются одним и двумя глазами почти одинаково, необъемно. Например, посмотрим на какую-либо звезду сначала двумя глазами, а потом, не поворачивая головы, посмотрим поочередно то одним левым, то одним правым глазом. Изменения положения звезды в пространстве мы не заметим. Это объясняется тем, что лучи света от звезды из-за очень большой ее отдаленности входят в оба глаза параллельно. Иначе говоря, будут параллельны зрительные оси (или зрительные линии), то есть линии, идущие от центральной ямки сетчатки через центр зрачка перпендикулярно поверхности хрусталика. А раз лучи от предмета входят в глаза параллельно, то они падают в одинаковые точки на сетчатках обоих глаз. Это чрезвычайно важное обстоятельство. Оказывается, что некоторым местам сетчатки левого глаза соответствуют определенные места сетчатки правого глаза. Такие места сетчаток левого и правого глаза называются корреспондирующими (или соответствующими) точками. И вот если лучи от предмета падают на корреспондирующие точки сетчаток правого и левого глаза, то их световое возбуждение дает нам ощущение одного объекта в поле зрения. Опытами установлено, что предмет, от которого лучи падают только на центральную ямку, расположенную примерно в середине желтого пятна сетчатки, представляется нам в одиночном виде (не двоится).
      Отсюда следует, что центральные ямки сетчаток являются корреспондирующими (соответствующими) точками. Выяснено также, что корреспондирующими (соответствующими) точками на сетчатках правого и левого глаза являются все те места сетчаток, которые расположены в одном и том же направлении и на одном и том же расстоянии от центральной ямки сетчатки.
      Итак, раздражение лучами света корреспондирующих (соответствующих) точек сетчаток вызывает, создает впечатление одиночного предмета.
      Иное впечатление создается, когда лучи от предмета попадают в оба глаза не на корреспондирующие точки, а на точки, различно удаленные от центральной ямки сетчатки. Такие точки называются диспаратными (несоответствующими) точками. В этом случае у нас возникает двойственное изображение предмета: одно изображение для левого глаза и другое, немного отличное от первого, для правого глаза. Но это бывает не всегда. Двойственность изображения предметов получается тогда, когда они находятся недалеко от наших глаз и лучи от предмета попадают в глаза не параллельно, а под некоторым углом. Этот угол называется углом конвергенции. Ясно, что если угол конвергенции равен нулю (т. е. лучи попадают в глаз параллельно), то двойственность изображения предмета исчезает. В том, что двойственность изображения существует, легко убедиться при чтении этих строк. Всмотритесь в какое-либо слово в данной строчке, ослабьте несколько мышцы глаз, и через некоторое время вы увидите раздвоенное изображение этого слова.
      Итак, корреспондирующие точки дают нам одиночное изображение, а диспаратные точки — двойственное.
      Но всегда ли при световом раздражении диспаратных точек получается двойственное изображение?
      Нет, не всегда.
      Если в обоих глазах раздражение, вызываемое лучами света, идущими от предмета, получается только на левых или только на правых половинках сетчаток (считая от центральной ямки) и когда диспаратность невелика, то вместо двоения у нас возникает уже новое, очень важное восприятие. Оно заключается в том, что мы различаем большую или меньшую удаленность данного предмета от того предмета, изображение которого падает на
      корреспондирующие точки сетчаток. Таким образом, наличие диспаратных (несоответствующих) точек на сетчатках обоих глаз при рассматривании пространственных предметов создает ощущение глубины пространства, объемности.
      Как это получается, схематически показано на рисунке 13. Рассмотрите его внимательно. Если левый глаз (1) и правый глаз (2) фиксируют некоторый предмет А, то его изображение в левом глазе будет в точке аь а в правом глазе — в точке а2. В это же время изображение другого предмета, Б попадает в левом глазе в точку бь а в правом глазе — в точку б2. Точки б1 и б2 — диспаратные точки, они обе лежат в левых половинках обеих сетчаток.
      В этом случае мы увидим предмет Б лежащим не в плоскости предмета А, а в другой плоскости, несколько ближе к нам, чем предмет А.
      Видим .ли мы предмет Б ближе или дальше предмета А, это зависит от разности тех углов 1 и II, которые образуют лучи, исходящие от предметов Л и Б и попадающие в оба глаза.
      Рассматривая еще раз внимательно рисунок 13, мы заметим, что изображение предметов Л и Б в одном глазе немного отличается от изображения этих же предметов в другом глазе. Именно это незначительное несоответствие изображений предметов Л и Б на сетчатках обоих глаз и дает нам возможность судить об относительной удаленности этих предметов или частей их друг от друга, а следовательно, и видеть их объемно, рельефно, пространственно.
      Не следует, однако, думать, что слияние двух плоскостных, слегка разнящихся изображений на сетчатках в одно объемное, глубинное изображение является простым физиологически-механическим процессом в наших глазах. В действительности объемное восприятие предметов является результатом сложного процесса, обусловленного строением глаз, нервной системы и мозга и их взаимодействием. Еще не все детали этого процесса выяснены. Исследования этого процесса продолжаются учеными во всех странах.
      Но уже из того, что выяснено в механизме нашего зрения, сделаны очень важные практические выводы. Эти выводы заключаются в том, что нашли способы плоскостные фотоснимки и другие изображения показывать зрителям как объемные картины. Как это делается, мы расскажем в следующих разделах книжки.
     
      4. СТЕРЕОСКОП И СНИМКИ ДЛЯ НЕГО
      В предыдущих разделах мы выяснили, почему мы видим окружающий нас мир и почему мы его видим объемно.
      Видеть объемно, а не на плоскости, природу и предметы не удивительно, потому что все нас окружающее расположено не на плоскости, а в пространстве, в объеме.
      А вот как плоскостный фотоснимок сделать объемным? И можно ли это сделать?
      Да, можно. Для этого надо фотографировать один и тот же предмет (или вид) два раза, то есть делать не один, а два снимка (создавать стереопару).
      Стереопару снимают или за один раз специальным фотоаппаратом, имеющим два объектива, или обыкновенным фотоаппаратом, делая второй снимок, передвинувшись вправо или влево, например, на расстояние, равное среднему расстоянию между глазами взрослого человека, то есть на 54 — 72 мм. Полученные таким образом два снимка одного и того же предмета (стерео-пару) рассматривать надо не отдельно каждый, а сразу оба, вместе, одновременно, но каждым глазом в отдельности. В этом случае в нашем сознании создается объемное, пространственное, стереоскопическое изображение предмета. Такое свойство наших органов зрительного восприятия (включая и мозговой аппарат) широко используется в современной технике объемного (стереоскопического) видения. Например, стереокино дает нам возможность воспроизводить необъемные картины на плоскостном экране не в двух, а в трех измерениях, зритель их видит объемными, то есть пространственными,
      рельефными. Но рассматривать стереопару надо при помощи специального прибора или экрана.
      Крупным и интересным событием в области воспроизведения из плоскостных рисунков объемных изображений, давшим начало практической стереоскопии, явилось изобретение стереоскопа в середине XIX века. Стереоскоп — простое оптико-механическое устройство, позволяющее нам видеть объем при рассматривании плоскостных изображений.
      Первая модель стереоскопа (рис. 14) представляла собой два зеркала (2), расположенных под углом а друг
      Рис. 15. Схема призменного стереоскопа: 1 и 2 — призмы, 3 и 4 — изображения стереопары, 5 — видимое в стереоскопе объемное изображение, 6 — державка стереопары, 7 — направляющая планка для державки.
      к другу. Перед одним из этих зеркал устанавливалось изображение предмета (3) в том виде, в каком оно воспринималось только левым глазом; перед другим зеркалом устанавливалось такое же изображение (4) для правого глаза. Оба эти изображения освещались. Первое изображение (3), отражаясь от зеркала, попадало в левый глаз наблюдателя, а второе (4) одновременно — в правый глаз. В результате такого рассматривания двух изображений одного и того же предмета у зрителя возникало только одно изображение (5), имеющее уже объем, пространственность.
      В дальнейшем конструкция стереоскопа была усовершенствована. Зеркала были заменены или линзами, или преломляющими призмами (рис. 15). В таком стереоскопе посредством или линз, или преломляющих призм направление световых лучей изменяется так, что от левого и правого изображения лучи попадают соответственно в левый и правый глаз зрителя. В результате одновременного наблюдения двух плоскостных изображений отдельно левым и правым глазом зритель видит одно объемное, рельефное изображение.
      Применение линз и призм вместо зеркал упростило конструкцию стереоскопа и привело к его широкому прак-
      Рис. 16. Общий вид современного призменного стереоскопа.
      тическому применению. В таком виде стереоскоп дошел до наших дней (рис. 16).
      Несмотря на то, что стереоскоп известен более 100 лет, имеются некоторые основания полагать, что принцип превращения плоскостных изображений в объемные был известен значительно раньше. Вот несколько примеров. Недавно обнаружили пару небольших, почти одинаковых картин, написанных неизвестным художником несколько сот лет назад. Было установлено, что если эти две картины рассматривать так, как это делается в стереоскопе, то они дают стереоскопический эффект, то есть наблюдается объемность изображения. Пока не удалось достоверно установить, были ли эти картины созданы специально для наблюдения стереоскопичности изображения или же для иной цели.
      Еще в 1589 г. римский архитектор Джакомо делла Порта, ученик Микеланджело, утверждал, что в нашем сознании комбинируются изображения, полученные каждым глазом в отдельности, и даже описал изображения стереопар.
      Вопросами усиления рельефности и объемности, физиологической оптики, движения зрачка и проч. занимался также величайший художник и ученый эпохи Воз-
      Рис. 17. Способ объемного видения без стереоскопа.
      рождения Леонардо да Винчи. Самым главным в живописи он считал, что изображения кажутся рельефными, а фон — уходящим в глубь стены.
      Из описания стереоскопа и принципа его действия понятно, что для создания объемных изображений из плоскостных рисунков или фотографий необходимо сначала получить два фотоснимка (или рисунка), каждый из которых в отдельности дает изображение предметов в том виде, как его воспринимает правый и левый глаз. Когда такие снимки получены, нужно, чтобы каждый глаз видел только одно, именно для него предназначенное изображение. Их и рассматривают в стереоскоп. Но и без стереоскопа этого можно добиться, поставив, например, между глазами небольшой лист бумаги, картона или просто руку (рис. 17). При рассматривании стерео-
      пары надо стремиться каждым глазом увидеть только одно изображение. Тогда на сетчатке каждого глаза, как и при рассматривании самого предмета, возникнут свои изображения, которые передадутся мозгу, и в сознании возникнет отвечающее действительности восприятие глубины и объемности предмета.
      Рис. 18. Способ тренировки зрения для объемного видения без стереоскопа.
      Частое повторение этого опыта постепенно устраняет необходимость в какой-либо перегородке для раздельного рассматривания изображений.
      Тренировку зрения можно производить и более простым способом. На рис. 18 показаны два черных кружка (расстояние между ними примерно 60 — 65 мм). Всматриваясь в этот рисунок, отодвинув его от себя на некоторое расстояние и несколько скосив глаза, стараясь при этом
      каждым глазом видеть свой рисунок, можно заметить, что изображения черных кружков начинают как бы плыть навстречу друг другу, пока не соединятся в один общий кружок. Правда, справа и слева от него будет видно еще по одному кружку, но средний будет являться слитным изображением правого и левого.
      В течение 10 — 15 минут можно научиться рассматривать такие рисунки, являющиеся стереопарой, без стереоскопа.
      После некоторой тренировки можно таким же образом рассматривать более сложные рисунки-стереопары, например кубик (рис. 19), получая при этом стереоскопический эффект.
      Рис. 19. Как можно видеть объемно кубик без стереоскопа.
      Получение стереоскопического эффекта без стереоскопа может быть осуществлено и другими способами.
      Говоря о получении фотоснимков-стереопар, мы не отметили одно очень важное обстоятельство: не указали, на каком расстоянии надо снимать предметы, чтобы получить наилучший стереоскопический эффект.
      Будут ли объемные изображения одинаковы по качеству от стереопар, заснятых на различных расстояниях от предметов (вблизи и вдали)?
      Нет, не будут. Стереоскопический эффект от стереопар будет различный. Почему? Выше мы объяснили, что если зрительные оси почти параллельны, то объемного изображения не будет, так как левый и правый глаз видят одинаковые изображения предметов. Так как расстояние между глазами, называемое базисом, колеблется у человека от 54 до 72 мм, то при рассматривании удаленных предметов угол конвергенции становится чрезвычайно малым и практически одинаковым для всех очень удаленных предметов. Поэтому при больших расстояниях предметы кажутся нам нерельефными и лежащими в одной плоскости.
      Такое ощущение появляется уже при рассматривании предметов, удаленных от нас приблизительно на 500 — 600 метров.
      Отсюда следует, что стереоскопический эффект будет тем лучше, чем меньше расстояние до фотографируемых предметов, и тем хуже, чем дальше находятся фотографируемые предметы.
      Для того чтобы улучшить стереоскопический эффект от отдаленных предметов, необходимо расстояние между объективами при съемке увеличить. Вообще надо заметить, что в зависимости от характера снимаемого объекта и расстояния до него съемочный базис должен изменяться: чем дальше снимаемый объект, тем больше должен быть съемочный базис (расстояние между объективами фотоаппарата).
      По целому ряду литературных источников и на основе практических данных съемочный базис связывают с расстоянием до снимаемого объекта (Р) и принимают, что в большинстве случаев съемочный базис (Бс) может быть равен:
      Кроме того, известно, что восприятие объемных изображений, ощущение пространственности зависят не только от условий съемки, но и от физиологических особенностей нашего зрения. Поэтому, если даже условия съемки и приводят к некоторому искажению объемности, мы этого не ощущаем.
      Увеличивая съемочный базис, восприятие глубины можно повышать в больших пределах. Так, например, при съемке города с высокой башни при увеличенном базисе съемки можно получить эффектный снимок. Этот же снимок, полученный при базисе съемки в 63 — 65 мм, получается плоскостным и неэффектным.
      При съемках с увеличенным базисом необходимо следить за тем, чтобы в поле изображения не попадали близко расположенные предметы. При съемке малых объектов приходится не увеличивать, а, наоборот, уменьшать съемочный базис.
      Стереосъемка с очень малого расстояния представляет весьма интересный метод, который можно применять как для научных, так и для любительских целей. Так, например, при рассматривании стереоскопических снимков кристаллов, насекомых, растений, мелких деталей они получаются четкими и рельефными. При съемке малых объектов на близком расстоянии съемочный базис значительно сокращается и может во многих случаях, в зависимости от размеров снимаемого объекта, доходить до нескольких миллиметров и меньше. При стереосъемке на близких расстояниях для обеспечения необходимой глубины резкости приходится очень сильно диафрагмировать объективы при экспонировании.
      При съемках предметов для получения их затем в натуральную величину базис съемки можно принять равным половине нормального расстояния между глазами человека, то есть примерно 30 — 32 мм.
      Весьма существенным элементом стереоскопической фотографии, от которого зависит качество и полнота пространственного восприятия наблюдаемых объектов при рассматривании стереоскопических изображений, является размер стереокадра. Чем выше разрешающая способность пленки, тем, очевидно, с большими подробностями, более детально можно воспроизвести объемные изображения объектов. При определенной разрешающей способности пленки (ее эмульсионного слоя) стерео-кадр меньшего размера воспроизводит снимаемый объект с меньшим числом деталей по глубине. Кроме того, размер стереокадра зависит от фокусного расстояния съемочного объектива. С увеличением фокусного расстояния объектива увеличивается и формат стереокадра.
      При съемке на обычную кинопленку объективом с фокусным расстоянием 50 мм формат стереокадра с поперечником в 36 мм можно считать приемлемым. Стереоскопические цветные фотографии при таком размере стереокадра с большими подробностями воспроизводят снимаемые объекты и хорошо воспринимаются зрителем.
     
      5. СТЕРЕОСКОПИЧЕСКАЯ КИНОСЪЕМКА
      В конце XIX века был изобретен кинематограф. Первые киносеансы зрители встретили восторженно. Однако, восхищаясь новым изобретением, зрители уже тогда отметили его существенные недостатки, а именно: беззвучность, бесцветность и плоскостное, не объемное изображение. Очень удачно народ назвал кинематограф «великим немым».
      Шли годы. Развивалась техника, и «великий немой» заговорил — кино стало звуковым, а затем и цветным. Звук и цвет! Казалось, желать больше нечего. Но все же желание было: хотелось видеть предметы объемными, пространственными, то есть такими, какие они в натуре. Зрителя не удовлетворяло то, что он видит в кино предметы плоскостными (в двух измерениях), без глубины, без объемности.
      Перед учеными и инженерами возникла задача: сделать кинокартины стереоскопическими, то есть объемными. Решить эту задачу оказалось нелегко. Правда, знание устройства и работы человеческого глаза и изобретение стереоскопа облегчали положение. Помогли также другие изобретения. Так, например, еще в 1854 г. мастер живописного цеха Александровский изобрел фотоаппарат, одновременно производящий съемку двойных изображений для стереоскопа. В начале 90-х годов XIX века Д. П. Езучевский изобрел стереоскопическую фотокамеру. А в декабре 1908 г. в журнале «Вестник фотографии» № 12 было опубликовано изобретение П. П. Соколова — безочковая стереоскопия при помощи гофрированной светочувствительной поверхности.
      С течением времени выяснили, что для получения на экране объемных изображений совершенно обязательно:
      1) провести стереокиносъемку, то есть с каждого объекта надо иметь на кинопленке два снимка, которые отражали бы этот объект с двух точек зрения — с точки зрения левого и правого глаза;
      2) при показе кинофильма осуществить разделение стереоизображений, то есть добиться того, чтобы на экране каждый глаз зрителя отдельно видел из стереопары только одно, предназначенное для него изображение.
      Если эти условия будут выполнены, то на сетчатке каждого глаза у зрителя, как и при рассматривании предмета в натуре, возникнут свои изображения, которые, будучи переданы мозгу, создадут впечатление глубины, объемности предмета.
      Следовательно, снять кинофильм на пленку нужно так, чтобы каждый его кадр имел стереопару, то есть два изображения, снятые с двух разных точек зрения. Иначе говоря, сделать двойную кинокартину, с двойными кадрами. Такую стереокиносъемку провести значительно труднее, чем обычную.
      Трудность и сложность стереокиносъемки заключается в том, что для нее требуется, во-первых, специальный съемочный аппарат и, во-вторых, заранее надо знать размер экрана, на котором будет показываться кинокартина, и расстояние экрана от зрителя.
      Съемку стереокинофильмов можно производить: 1) двумя аппаратами, установленными друг от друга на определенном расстоянии; 2) одним аппаратом, имеющим два объектива; 3) обычным киносъемочным аппаратом, снабженным специальным приспособлением — стереонасадкой; подобные насадки должны быть сделаны также и для кинопроекционных аппаратов.
      Найдено, что более полноценный стереоскопический эффект получается в том случае, если при съемке кинофильма расстояние между объективами съемочного аппарата изменяют (делают его или меньше, или больше 63 — 65 мм — среднего расстояния между глазами у человека) в зависимости от величины экрана, на котором будет демонстрироваться данный кинофильм.
      Чем объясняется необходимость такого изменения? Дело вот в чем. Когда мы рассматриваем какой-либо предмет, находящийся в бесконечности, зрительные оси глаз, направленные на этот предмет, практически параллельны друг другу. Для воспроизведения на экране этого предмета необходимо, чтобы на экране расстояние между одноименными (соответствующими) точками предмета равнялось базису зрения человека — 63 — 65 мм, то есть расстоянию между глазами человека. Тогда при правильном рассматривании этих точек на экране зрительные оси глаз также пересекутся в бесконечности.
      Но если на экране расстояние между одноименными точками предмета, находящегося в бесконечности, равно 63 — 65 мм, то, очевидно, расстояние между теми же точками на кинопленке должно быть уменьшено в определенное число раз. Следовательно, сдвиги одноименных
      Рис. 20. Влияние сдвига одноименных точек на расположение точки в пространстве при проекции стереопары: а — визирные оси глаз пересекаются в плоскости экрана; б — визирные оси глаз пересекаются перед экраном; в — визирные оси глаз пересекаются
      за экраном.
      (соответствующих) точек изображения, возникающие на экране, должны существовать в определенном уменьшении и на пленке. До сих пор никакими расчетами и опытными исследованиями величина расстояния между одноименными точками изображения, находящегося в бесконечности, еще не определена. Поэтому в качестве первого приближения принимают, что на экране эта величина должна быть равна 63 — 65 мм, то есть расстоянию между глаза*ми человека. Но так как сдвиг одноименных точек изображения меняется в зависимости от размеров экрана, то и положение точки в пространстве будет соответ ственно меняться (рис. 20).
      Мы уже говорили о том, что изображения стереопары при проекции на экран накладываются одно на другое. Но ведь одно изображение несколько отличается от другого (они сняты с разных точек зрения).
      Сольются ли при этом на экране все одноименные точки? Нет, не все одноименные точки правого и левого изображения стереопары сольются; часть из них сдвинется в одну сторону, а часть — в другую. Что же в этом случае увидит зритель? Он будет видеть точки в различных положениях: на экране, перед экраном и позади экрана, то есть на всем протяжении от глаз зрителя до бесконечности. Точки, которые при проекции правого и левого изображения на экран полностью совпадают одна с другой, зритель будет воспринимать как находящиеся в плоскости экрана (рис. 20, а). Если же при проекции правого и левого изображения одноименные точки стереопары не накладываются на экране одна на другую, то такие точки зритель воспринимает как находящиеся или перед экраном (рис. 20, б), или за экраном (рис. 20, в).
      Рассмотрим пример, когда точка воспринимается зрителем как висящйя в воздухе перед экраном. Допустим, что левый глаз видит на экране проекцию левого изображения стереопары справа от проекции одноименной точки правого изображения, а правый глаз, наоборот, видит проекцию одноименной точки правого изображения слева от проекции той же точки левого изображения. Впечатление же о пространственном положении этой точки будет создаваться не в точках а1 и а2, а на пересечении зрительных осей глаз, то есть в точке Л2 (рис. 20, б). Зритель будет ее видеть как бы висящей перед экраном. Если же левый глаз видит проекцию какой-либо точки левого изображения слева от проекции той же точки правого изображения, то зритель будет воспринимать эту точку как находящуюся не на экране и не в точках й1 или а2, а на пересечении зрительных осей глаз, то есть за экраном в точке Л3 (рис. 20, в).
      Таким образом, положение точек в пространстве будет определяться сдвигом, то есть величиной несовпадения между проекциями одной и той же точки правого и левого изображения при их проецировании на экран.
      Мы уже знаем, что большинство одноименных точек правого и левого изображения стереопары при их совмещении на экране не совпадает на сетчатке правого и левого глаза. Именно это и дает возможность ощущать глубину изображенных предметов и их местоположение.
      Как правило, сдвиги точек должны быть меньше среднего базиса человеческих глаз. Исключением являются
      точки, уходящие в бесконечность; для них сдвиг может быть равен базису человеческого зрения. Вот почему при съемке стереоскопического кинофильма надо заранее знать размеры экрана, на котором в дальнейшем будет демонстрироваться фильм. В зависимости от размеров экрана выбирается и соответствующий съемочный базис, то есть расстояние между съемочными объективами, чтобы сдвиг точек, расположенных в бесконечности, не превышал базиса человеческого зрения.
      Правильность этого принципа стереокиносъемки, то есть принципа переменного базиса съемки, подтверждена
      теоретически и экспериментально. Так, например, при проекции на большой стереоэкран (размером 3X5 м) опытного фильма, заснятого для лабораторного экрана размером 70 X Ю0 см, наблюдалось искажение пространства.
      Необходимость стереокиносъемки с переменным базисом объясняется также и тем, что, кроме постоянного расстояния между глазами, зритель, рассматривая предмет, может менять направление зрительных осей глаз (менять угол конвергенции осей глаз), что помогает ему ощущать пространственное расположение предмета.
      Для съемки первых стереокинофильмов изобретатель С. П. Иванов использовал известную ранее зеркальную насадку к объективу (рис. 21), изменив ее так, чтобы можно было применить обычную киносъемочную аппаратуру с одним объективом. Изменение расстояний между стыком зеркал насадки и объективом камеры позволяло производить съемку стереокинофильмов с переменным базисом.
      Находящиеся перед объективом киносъемочной камеры два зеркала, расположенные под небольшим углом друг к другу, делят пучок света на две части, в результате чего на пленке вместо одного кадра получается два кадра, то есть получается стереопара. Зеркала связаны между собой шарниром.
      Однако такая двухзеркальная насадка для однообъективной камеры обладает весьма существенными недостатками: большие краевые искажения; снижение разрешающей силы объектива к краям кадров; ухудшение качества изображения за счет сокращения размеров изображения стереопары; необычная для кино конфигурация кадра — квадратная или вытянутая по вертикали; фигуры, имеющие форму прямоугольника, изображаются на пленке в виде трапеции. При проекции двух таких трапеций на экран (рис. 22) края кадров не совпадают между собой, в результате чего стереоэффект наблюдается только на узкой полоске А, расположенной вертикально в центре экрана. На
      всей же остальной части экрана имеются большие линейные искажения, которые очень утомляют зрителя и почти не дают стереоэффекта.
      Чтобы устранить этот дефект, в стереолаборатории Всесоюзного научно-исследовательского кинофотоинститута (НИКФИ) за последние годы проведена работа по коренному усовершенствованию съемки и проекции стереокинофильмов. Доказано, что стереокинофильмы
      лучше снимать и показывать на экране аппаратами с двумя объективами. В этом случае двухзеркальная насадка не нужна, а стереоэффект ощущается значительно лучше.
      На основе всестороннего анализа различных вариантов размещения стереокадров на стандартной кинопленке по предложению Н. Д. Бернштейна и А. Г. Болтянского был выбран более рациональный размер стереокадра: 16X22 мм вместо 10 X Ю мм, применявшегося ранее.
      Для такого размера разработаны и изготовлены съемочные и проекционные киноаппараты. В качестве базы для создания новой киносъемочной аппаратуры с двухобъективным блоком была использована обычная киносъемочная советская камера типа ПСК-1 или ПСК-21. Для нее рассчитаны и изготовлены призменные приспособления с различными базисами съемки: 38, 48, 65, 93, 130 мм.
      Благодаря наличию двух систем призм в этой камере можно получить на пленке два изображения, расположенные одно над другим (рис. 23). Одной и той же парой объективов можно производить съемку с различными базисами.
      Рис. 24. Первая стереокиносъемочная двухобъективная камера ПСК-С.
      Предусмотрена также легкая и удобная смена пар объективов и призменных приспособлений.
      В отличие от съемки однообъективной камерой с двухзеркальными насадками, когда фактически использовался только один объектив с фокусным расстоянием в 50 мм, в двухобъективной камере был подобран комплект пар объективов с фокусными расстояниями 35, 50 и 75 мм. Каждая пара объективов снабжена приспособлениями, которые позволяют одновременно наводить их на фокус и диафрагмировать.
      В результате камера стала более компактной, простой и удобной в работе.
      На рис. 24 показан общий вид первого макета сте-реокиносъемочной двухобъективной камеры ПСК-С.
      В связи с тем, что съемка двухобъективной камерой дает одновременно два кадра стереопары нормальных размеров, расположенные один над другим, потребовалось разработать специальный механизм, протягивающий пленку за 1 цикл на 38 мм вместо 19 мм в обычном киноаппарате. Пришлось также переделать и лентопротяжный механизм киносъемочной камеры.
      Чтобы облегчить работу оператора и режиссера, сделана стереолупа (авторы Н. А. Овсянникова и А. Г. Болтянский), позволяющая в процессе съемки видеть пространственную компановку кадра и правильно компано-вать его в пространстве непосредственно во время репетиций.
     
      6. ДЕМОНСТРАЦИЯ СТЕРЕОКИНОФИЛЬМОВ
      Стереокинофильмы не только требуется снимать особым способом, но и демонстрировать их приходится не как обычные кинокартины. Чтобы получить на экране стереоскопический эффект, недостаточно лишь снимать объекты с двух точек зрения и затем стереопары одновременно проецировать на экран. Если не принять специальных мер, то зритель на экране не будет видеть объемность, глубину. Значит, кинокартина зрителю представится плоскостной, как и обыкновенная, но с двоением контуров отдельных объектов.
      Чтобы создать на экране объемность, необходимо стереоизображения разделить. Что значит разделить стереоизображения? Это значит заставить каждый глаз зрителя (левый и правый) видеть на экране только то изображение стереопары, которое предназначено для него, и не видеть того изображения, которое предназначено для другого глаза. Иначе говоря, левый глаз должен видеть только свою половину стереопары, а правый — свою.
      Каким путем разделить стереоизображения?
      Сделать это нелегко. Ученые и изобретатели не сразу решили эту задачу. Испробовано быйо несколько способов. Например, кинопленку пропускали через обычный однообъективный проектор с различными приспособлениями, а для получения стереоэффекта пытались использовать стереоскоп и специальные очки. Пробовали добиться стереоэффекта (А. К. Кауфман) путем различного размещения стереопары:
      1) по горизонтали, как в обычном стереоскопе;
      2) одно изображение против другого на двух параллельных друг другу экранах, как в зеркальном стереоскопе;
      3) одно изображение над другим по вертикали.
      Наиболее удачным оказалось расположение изображений стереопары одно над другим по вертикали. В этом случае каждый зритель, независимо от занимаемого им места в зале, видел оба изображения в одном ракурсе, благодаря чему устранялись затруднения в слиянии изображений для правого и левого глаза. Для рассматривания таких стереопар Кауфман предлагал перед каждым зрительским местом устанавливать неподвижно стереоскоп. Но, это громоздко и неудобно для зрителей.
      Вместо стереоскопа Б. Т. Иванов предлагал устанавливать перед каждым зрителем стереоскопические очки, которые зритель мог репулировать сам, до тех пор пока не получался хороший стереоскопический эффект.
      Однако неподвижный стереоскоп и стереоскопические очки оказались неприемлемыми: громоздко и неудобно. Проще было решить эту задачу при помощи легких специальных очков. Их выдавали каждому зрителю перед началом киносеанса. Через эти очки левое и правое изображения стереопары рассматривались одновременно и независимо левым и правым глазом. Очки представляли собой светофильтр цветной или поляроидный. Сначала такие очки снабжались специальными заслонками (обтюрационный метод стереокино) или цветными светофильтрами (метод цветных анаглифов). Затем появились очки с поляроидами, или поляризационными фильтрами (поляризационный метод стереокино).
      Метод цветных анаглифов — это разделение двух изображений, совмещенных одно с другим, при помощи цветных очков, одеваемых зрителем во время сеанса. Чтобы при помощи цветных очков зритель видел кинокартину объемной, левое и правое изображения стереопары окрашивают в разные цвета. Например, правое изображение окрашивают в красный цвет, а левое — в зеленый. А цветные стекла в очках располагают наоборот: на правый глаз дают зеленое стекло, а на левый глаз — красное. Зритель через зеленое стекло (на правом глазе) видит только правое красное изображение, а через красное стекло (на левом глазе) видит только левое зеленое изображение стереопары. Таким образом, каждый глаз видит только предназначенное для него изображение.
      Но у анаглифического метода стереокино есть очень серьезный недостаток: при помощи цветных очков нельзя смотреть цветные стереокинофильмы. Весь цветной эффект пропадает: цветная кинокартина воспринимается зрителем как обычная бело-серая. Именно поэтому, помимо ряда других причин, анаглифический метод стереокино не получил распространения.
      Поляризационные очки оказались лучшими, и они одно время широко применялись, да и в будущем они еще могут использоваться, в частности, при организации стереоскопической проекции на широкий экран. Исследования в этом направлении ведутся.
      Поляризационный метод стереокино основан на разделении двух изображений, предназначенных для правого и левого глаза, путем так называемой поляризации световых лучей.
      Что такое поляризация света?
      Светящееся тело излучает электромагнитные колебания, происходящие во всех плоскостях. Такой свет называется естественным или неполяризованным. Но можно получить луч света, в котором колебания происходят в одной плоскости. Такой свет называется поляризованным.
      Следовательно, поляризация света заключается в том, что электромагнитные колебания светового луча полностью (полная поляризация) или только частично (частичная поляризация) приводятся к колебаниям в одной плоскости. Поляризация осуществляется при по-
      мощи веществ-поляризаторов. Обычно поляризации света достигают или пропусканием световых лучей через двоякопреломляющий кристалл, или через специальные поляризующие свет пленки (поляроидные пленки). Сделать поляроидную пленку нетрудно. Для этого в целлулоидную массу, из которой отливают пленку, вводят определенное количество кристаллического йодистого хинина.
      Кристаллы йодистого хинина поляризуют свет: они пропускают свет с колебаниями только в одной плоскости (например, в вертикальной), а световые колебания во взаимноперпендикулярной плоскости не пропускают.
      Как же используют поляроиды при демонстрации стереокинокартин?
      Для того чтобы зритель при помощи поляроидов видел фильм объемным, поступают следующим образом. Проекционный киноаппарат берут с двумя объективами. Перед каждым объективом устанавливают поляризаторы со взаимно перпендикулярными плоскостями: например, левый поляризатор поляризует свет в вертикальной плоскости, а правый — в горизонтальной. Зрителей снабжают поляроидными очками, в которых левое стекло будет задерживать лучи, поляризованные в горизонтальной плоскости, а правое — лучи, поляризованные в вертикальной плоскости. Если теперь проецировать на экран стереопару, то зритель, надев очки, увидит каждым глазом лишь то изображение, которое предназначено для данного глаза, и не увидит другого, предназначенного для другого глаза.
      Однако практика демонстрации стереокинофильмов показала, что очковые методы стереоскопической кинематографии имеют серьезные недостатки: большие световые потери, необходимость снабжать очками перед каждым сеансом всех зрителей. И хотя при современном состоянии техники имеется возможность изготавливать поляроидную пленку для очков в большом количестве, все же демонстрация стереокинофильмов по поляризационному методу при массовом ее осуществлении встречает ряд неудобств.
      В настоящее время для демонстрации стереокинофильмов вместо очков применяются растры, устанавливаемые перед экраном так, что зритель их не замечает. Как это делается, мы сейчас и расскажем.
     
      7. РАСТРЫ
      Значительно более совершенными в своей принципиальной основе являются безочковые методы стереоскопического кинематографа, основанные на разделении изображений для обоих глаз у самого экрана. Безочковые методы стереокино не требуют применения различного вида индивидуальных приспособлений.
      Идея разделения изображений в непосредственной близости от экрана возникла еще в конце XIX века. Учеными и изобретателями предлагалось множество конструкций таких экранов, которые позволяли без применения каких-либо индивидуальных приспособлений видеть каждым глазом раздельно изображения стереопары.
      Предлагавшиеся конструкции таких экранов предусматривали использование специальных решеток, получивших название растров, которые устанавливались перед обычным экраном.
      Структура таких решеток, или растров, может Рис. 25. Параллельный растр, быть различной. Для
      целей стереокино растры впервые практически применены в СССР. Советские ученые и изобретатели в этом отношении сделали очень много.
      Растры могут быть нескольких типов: 1) параллельные (линейные или щелевые) и 2) радиальные (линзовые или перспективные).
      Разделение изображений стереопары посредством параллельного растра получается следующим образом.
      Перед обычным киноэкраном, представляющим собою диффузно отражающую поверхность, устанавливают растр (решетку), состоящий из черных светопоглощающих полос (рис. 25), расположенных параллельно одна другой. Такая решетка называется параллельным светопоглощающим растром. Сочетание растра с диффузно-отражающей поверхностью экрана и представляет собою стереоэкран.
      Из какой-либо точки пространства на такой экран попадает пучок света. Часть световых лучей, дойдя до установленного перед экраном растра (рис. 26), поглотится его черными полосами, а часть пройдет между ними и образует на экране узкие световые полосы, расположенные так же, как и полоски растра, то есть параллельно друг другу.
      Рассматривая с определенной позиции полученные на экране светлые полосы одним глазом, находящимся несколько ниже или выше источника света, заметим, что черные полосы растра не будут мешать наблюдению светлых полос на экране, так как через каждую щель растра наш глаз видит полностью светлые полосы на экране. Однако достаточно несколько передвинуться вправо или влево от занятой позиции, как полосы растра будут частично перекрывать светлые полосы на экране. И, наконец, если передвинуться еще дальше, то светлые полоски на экране совсем не будут видны, так как черные полосы растра перекроют их. Это означает, что между каждой полоской на экране и глазом будут находиться черные полосы растра. Экран в этом случае будет казаться нам неосвещенным.
      Таким образом, путем несложного устройства, то есть установкой перед обычным экраном решетки с параллельными черными полосами, можно, в зависимости от
      Рис. 27. Проекция через параллельный светопоглощагощий растр с двумя источниками света.
      положения зрителя, видеть одним глазом весь экран освещенным или неосвещенным.
      А теперь установим второй источник света (рис. 27) на расстоянии среднего базиса человеческого зрения, то есть на расстоянии в 63 — 65 мм от первого источника света. При этом ширину полос растра и его расстояние от отражающей поверхности экрана сделаем такими, чтобы светлые полосы от одного источника света расположились между светлыми полосами от другого источника света. Тогда, перемещая голову вправо или влево,
      так же как и в первом случае, можно найти такое положение, из которого один глаз будет видеть на экране через щели растра все полоски только от одного источника света, а другой глаз — все полоски только от второго источника света.
      Если окрасить источники света, например, для правого глаза в зеленый цвет, а для левого глаза в красный цвет, то зритель каждым глазом будет видеть экран, освещенный по-разному: правым глазом он будет видеть экран зеленым, а левым глазом — красным. Но вместо разно окрашенных лучей на экран можно направить изображения стереопары. Тогда зритель из определенной позиции (назовем эту позицию зоной объемного видения) будет каждым глазом видеть на экране полосы только одного, для данного глаза предназначенного изображения. Изображение для правого глаза не будет мешать левому глазу видеть свое изображение: оно будет загорожено от него черными полосами растра, точно так же и изображение для левого глаза не будет мешать правому глазу.
      В этом случае, как и при наблюдении объектов окружающего нас мира, два различных изображения, полученные на сетчатках глаз, создадут единое объемное изображение. Из сказанного ясно, что для раздельного рассматривания изображений на экране не обязательно применять какие-либо очки или другие индивидуальные приспособления. Растр перед экраном является общим приспособлением для всех зрителей, при помощи которого происходит разделение изображений стереопары для каждого глаза.
      Следует добавить, что при перемещении головы зрителя вправо или влево от указанной выше позиции можно найти вторую, третью и многие другие позиции, из пределов которых через щели растра можно увидеть все светлые полосы одного или другого изображения стереопары. Таким образом, каждую светлую полосу на экране не обязательно рассматривать из зала только через ту щель, через которую прошел пучок света. Светлую полосу на экране можно видеть и через соседние щели (рис. 28), что и дает возможность многим зрителям видеть объемное изображение.
      Стереоэкран с параллельным растром впервые дал возможность осуществить безочковое объемное восприятие кинофильмов. Однако данная система обеспечивала возможность полноценного наблюдения стереоэффекта практически только в пределах одного ряда зрителей. Нельзя было добиться полного разделения изображений для других рядов, несмотря на различное распределение зрителей (рис. 29). Поэтому параллельный растр в кино заменен другим, более совершенным, радиальным растром.
      Однако стереоэкран с параллельным растром может использоваться в стереоскопической фотографии, телевидении, в полиграфии при осуществлении рисунков в книгах, плакатах, для аэрофотосъемки и других целей, где нет необходимости наблюдения стереоэффекта одновременно большим числом зрителей. Основное достоинство стереоэкрана с параллельным растром — возможность наблюдения объемных изображений без каких-либо приспособлений для каждого зрителя. Это было полностью использовано при создании нового стереокиноэкрана с радиальным растром.
      Стереоэкран с радиальным растром отличается от экрана с параллельным растром тем, что светопоглощающие полосы располагаются не параллельно, а радиально, веером, сходясь в одной точке О (точка схода),
      расположенной ниже экрана (рис. 30). Такое расположение полос получается в том случае, если проецировать параллельный растр на плоскость, расположенную под углом к нему (рис. 31). Таким образом, радиальный растр получается из рассмотрения параллельного растра в перспективе; вот почему радиальный растр еще называют перспективным растром. При этом его характерной особенностью является равное расстояние между черными или светлыми полосами в любом данном горизонтальном сечении экрана.
      Благодаря такому устройству экрана зоны объемного видения располагаются в зрительном зале также радиально, веером, сходясь в точке схода полос растра. Такое расположение зон позволило организовать стереопроекцию почти в каждом зрительном зале, если его высота позволяет подвесить стереоэкран на соответствующем расстоянии от пола.
      В зависимости от высоты подвески экрана (точки схода) и положения центра проекционного объектива кинопроектора плоскость, в которой располагаются глаза зрителей, может быть наклонена под различными углами к горизонту (рис. 32).
      Одновременно с созданием такого экрана была устранена видимость черных полос растра, мешавших зрителю.
      Советский изобретатель стереокино С. П. Иванов предложил установить такую ширину черных полос радиального растра, чтобы на определенном расстоянии от экрана глаз не мог рассмотреть каждую полосу в отдельности, чтобы все полосы растра сливались как бы в один общий фон. Этого можно достичь лишь тогда, когда ширина черных полос растра находится за пределами разрешающей способности человеческого глаза (остроты зрения). Это предложение С. П. Иванова было реализовано в 1941 г. в столичном кинотеатре «Москва». Здесь был установлен стереоэкран со светопоглощающим радиальным растром (расчет и конструкция растра Б. Т. Иванова) размером более 25 квадратных метров.
      Выполнение такого экрана потребовало немало труда и изобретательности. Достаточно сказать, что для устройства около 2000 черных светопоглощающих полос растра потребовалось уложить в строго определенном порядке
      и натянуть до 150 000 метров тонкой эмалированной проволоки, которая не была видна даже первому ряду зрителей.
      Для того чтобы из отдельных проволочек составить каждую черную полосу растра, были разработаны специальные калиброванные гребенки, в вырезы которых в строго определенном порядке укладывалось от 10 до 15 проволочек, составлявших данную полосу шириною до 3 — 3,5 мм в верхнем сечении растра.
      Так впервые была осуществлена стереоскопическая проекция по безочковому методу для массовой аудитории в зрительном зале на 400 мест (рис. 33). Показ стереокинофильмов при помощи перспективного растра
      Рис. 33. Продольный разрез зрительного зала стереокинотеатра «Москва».
      явился крупнейшим достижением советской кинотехники. Однако советские ученые и изобретатели не остановились на достигнутом. Усовершенствование и развитие безочкового метода стереокино в дальнейшем пошло в основном по пути устранения недостатков конструкции перспективного растра. В частности, чтобы устранить большие потери света за счет черных полос растра и облегчить изготовление растра, был разработан и осуществлен линзовый перспективный растр.
      В отличие от только что описанного растра линзовый растр состоит не из черных полос и щелей между ними, а из прозрачных особой формы удлиненных линз (рис. 34). Количество линз и щелей в растре одинаково. Линзы располагаются радиально, веером, то есть так, что если края линз продолжить, то они пересекутся в одной точке О (точке схода), находящейся ниже растра, за его пределами.
      Что же представляет собою каждая линза растра?
      Рис. 34. Схема радиального линзового растра: t (поперечник линз) — величина постоянная по всему горизонту, О — точка схода всех линз растра,
      Рис. 35. Получение линзы для радиального растра.
      Каждая линза представляет собою как бы полоску, срезанную с поверхности конуса (рис. 35). Эти линзы, уложенные на плоскую прозрачную поверхность (например, стекло), и образуют линзовый растр.
      Теория и опыт доказывают, что замена щелей растра соответствующими линзами в принципе не меняет сущности такого растра, то есть линзовый растр, так же как светопоглощающий, позволяет организовать для зрителя стереоскопическую проекцию без применения индивидуальных приспособлений (рис. 36).
      Как же работает линзовый радиальный растр?
      Через линзу с конической поверхностью проходит пучок света от точечного источника. На отражающей поверхности стереоэкрана получается светлая узкая линия
      Рис. 36. Схема образования нескольких зон объемного видения при помощи линзового растра.
      (рис. 37, справа). Так же как и через щель параллельного растра, увидеть эту светлую линию на экране можно только из определенного положения в зрительном зале. Если отклониться от этой позиции вправо или влево на сравнительно небольшое расстояние, то светлая линия на экране уже не будет видна. Поэтому если взять не одну, а несколько линз и расположить их все на одной поверхности, то пучок света от того же точечного источника пройдет через линзы, образуя на экране соответствующую серию светлых узких полос. Расположение их на экране такое же, как и при параллельном растре.
      Рис. 37. Образование на экране светлой линии при пропускании через линзу растра луча света от точечного источника света (справа) и широкой полосы при пропускании через линзу растра луча света от проектора (слева).
      Видеть эти полосы одновременно можно только из определенных позиций — так называемых зон объемного видения (рис. 38).
      Рис. 38. Условное изображение пары зон объемно,го видения для левого и правого глаза. Б3р — базис зрения.
      Если вместо точечного источника света послать на экран широкий пучок лучей, выходящий из киноаппарата
      с объективом, имеющим определенные фокусное расстояние и светосилу, и направить его через ту же линзу на экран, то на экране получим светлую полосу значительно большей ширины (рис. 37, слева). С расширением светлой полосы от каждой линзы на экране соответственно увеличивается и ширина зон объемного видения.
      Таким образом, линзовый стереоэкран можно представить себе как некоторую прозрачную поверхность (например, зеркальное стекло), на которой уложены линзы с убывающим сверху вниз фокусным расстоянием. За линзами в их фокальной плоскости (то есть в плоскости, на которой фокусируется изображение всеми линзами растра) устанавливается обычный киноэкран. В связи с тем, что фокусные расстояния линз растра постепенно убывают сверху вниз, то и киноэкран, чтобы можно было получить на нем резкое изображение, должен быть установлен под некоторым углом к плоскости растра.
      Если наблюдать все светлые полосы на экране через линзы, образовавшие эти полосы, то даже при нарушении размеров поперечников линз все светлые полосы на экране будут видны при одновременном рассматривании их из определенной позиции. Но зрители обычно наблюдают совокупность полосок на экране не только через те линзы, которыми были образованы эти полосы, но и через многие соседние линзы: вторую, третью и т. д., то есть даже из отдаленных боковых мест зрительного зала. И вот опыт демонстрации стереокинофильмов показал, что в этом случае незначительные отклонения от заданного расположения линз на стереоэкране и их величины приводят к нарушениям стереоэффекта. При этом чем больше мы будем отклоняться в сторону от центральных зон, тем большие нарушения будут наблюдаться в распределении света в зонах.
      Первоначальная технология изготовления линзовых растров впоследствии была значительно усовершенствована. На основе накопленного за эти годы опыта коллектив Стереолаборатории НИКФИ (по предложению А. Г. Болтянского) разработал более совершенную технологию изготовления линзовых растров.
      По новой технологии изготовлен стереоэкран с линзовым растром; этот экран имеет более высокий коэффициент разделения изображений. В январе 1952 г. этот стереоэкран был установлен в московском кинотеатре «Стереокино». Максимальный коэффициент разделения изображения этого экрана был увеличен до 92% вместо прежних 66 — 67%. Освещенность экрана между зонами, не участвующими в образовании стереоизображения, значительно снизилась. Высокий коэффициент разделения изображений был достигнут главным образом за счет более точного изготовления линз растра.
      Лучшее разделение изображений для правого и левого глаза нового стереоэкрана не только повысило качество демонстрации фильмов, но и уменьшило утомляемость зрителя, облегчило нахождение зрителем правильной позиции.
      Затем линзовые стереоэкраны были установлены в Киеве и Ленинграде. С учетом особенностей зрительных залов стереокинотеатров в этих городах были рассчитаны профили линз растра. На основе этих расчетов Стереолабораторией НИКФИ (Б. Т. Иванов, В. А. Державин, Е. Н. Бушуева и др.) были изготовлены стереоэкраны с линзовыми растрами повышенного качества.
     
      8. ЗОНЫ ОБЪЕМНОГО ВИДЕНИЯ
      ЙЯы уже говорили о том, что для получения лучшего стереоскопического эффекта в зрительном зале кинотеатра необходимо перед отражающей поверхностью (обычный киноэкран) установить радиальный растр. Этот растр в зрительном зале образует серию радиальных световых зон. В этом случае расстояние между парами зон для правого и левого глаза изменяется по всей длине зрительного зала так, что оно постепенно возрастает от первого ряда к последнему.
      Каким же образом при радиальном растре зритель может наблюдать полноценный стереоскопический эффект из кресел любого ряда?
      Вспомните, что каждую светлую полосу на экране можно увидеть из ограниченного пространства зрительного зала, представляющего собою как бы клиновидное тело. В связи с тем, что светлые полосы от радиального растра располагаются на экране радиально, веером, указанные выше клиновидные тела также будут расположены в зрительном зале радиально, веером. Следовательно, увидеть одновременно все светлые полосы на экране через соответствующие линзы можно только тогда, когда глаз зрителя будет находиться в месте пересечения всех клиновидных тел. На рис. 39 показано пересечение двух крайних клиновидных тел. Сечение клиновидных тел между собой представляет пирамиду, и чем больше угол между клиновидными телами, тем меньше сечение пирамиды. Отсюда, для того чтобы обеспечить
      Рис. 39. Образование центральной зоны объемного видения при радиальном растре.
      возможность одновременного наблюдения всех светлых полос на экране, можно при осуществлении стереоскопической проекции принимать во внимание только крайние клиновидные тела, так как все остальные клиновидные тела, безусловно, будут проходить через указанное сечение крайних клиновидных тел. Пересечение крайних клиновидных тел и будет ограничивать собою зону объемного видения, из пределов которой весь экран можно увидеть полностью освещенным.
      Условно зоны объемного видения при радиальном растре можно представить как серию пирамид, вершины которых находятся в точке схода О элементов растра (рис. 40). Следовательно, чтобы увидеть раздельно каждым глазом то изображение, которое для него предназначено, не обязательно помещать глаза в центре зон.
      Можно видеть изображение на экране и с крайних участков зоны. Поэтому даже при радиальном расположении зон объемного видения в зале зритель может наблюдать стереоскопический эффект на различном расстоянии от экрана.
      На рисунке 41 показано сечение зон на различном расстоянии от экрана. Из этого рисунка видно, что зритель может наблюдать стереоскопический эффект как с первого, так и с последнего ряда. Правда, глаза зрителя будут находиться не в центре каждой зоны, а на ее краях. Поэтому изображение на экране будет восприниматься с меньшей средней яркостью, нежели при наблюдении из центра зоны.
      В наилучшем положении при просмотре стереоскопического кинофильма находится зритель средних рядов, где расстояние между зонами равно базису глаз. Здесь зритель не только видит изображение на экране с большой яркостью, но и имеет возможность несколько смещать голову в ту или иную сторону.
      В худших условиях находятся зрители первых и последних рядов, так как здесь базис глаз зрителя не совпадает с расстоянием между зонами. В этих условиях зритель может наблюдать стереоэффект, не передвигая
      Рис. 41. Положение глаз зрителя в пределах зон объемного видения в зависимости от расстояния зрительного места до экрана. Бзр — расстояние между глазами зрителя.
      головы в ту или иную сторону, так как даже небольшое передвижение головы уничтожает стереоэффект.
      Исследованиями по физиологии восприятия объемных изображений установлено, что разность в освещенности правого и левого изображения допустима до 30%. Поэтому наблюдение стереоскопического эффекта допустимо даже и для тех рядов зрительного зала, где базис глаз зрителя не совпадает с расстоянием между зонами правого и левого изображения.
      В связи с этим и определение правильной позиции для зрителей первых и последних рядов более затруднительно, нежели для зрителей средних рядов.
      В зависимости от положения источника света для правого и левого изображения образуются две самостоятельные серии зон. Расстояние между отдельными зонами в зрительном зале определяется поперечником линз растра и их фокусным расстоянием. Чем короче фокусное расстояние линз растра, тем больше расстояние между зонами в зрительном зале.
      Следовательно, фокусное расстояние линзовых элементов растра надо рассчитывать так, чтобы в зрительном зале можно было получить возможность обеспечить расстояние между парами зон для левого и правого глаза, превышающее максимальный базис человеческого зрения. Когда левый глаз находится в левой зоне, а правый глаз — в правой зоне, зритель наблюдает правильный стереоэффект, а если глаза находятся между отдельными парами зон, то стереоэффект пропадает. Более того, зритель может оказаться в таком положении, когда его левый глаз будет видеть изображение для правого глаза, а правый — изображение для левого глаза. В результате будет наблюдаться обратный стереоскопический эффект: предметы, которые должны находиться вдали от зрителя, будут казаться находящимися непосредственно перед ним и, наоборот, предметы, которые должны находиться близко к зрителю, будут казаться расположенными вдали. Все это приводит к излишнему утомлению зрителя и к невозможности восприятия нормального стереоэффекта на экране.
      Для обеспечения необходимого расстояния между правой и левой зонами выбирают соответствующее расстояние между источниками света (центрами проекционных объективов).
      При выполнении всех указанных условий все зрители в пределах значительной части зала (несколько превышающей половину всей площади зала) будут наблюдать на экране стереоскопический эффект (рис. 42 и 43).
      Радиальный растр в отличие от параллельного позволяет практически почти в любом зрительном зале организовать просмотр стереокинофильмов. Надо только,
      Рис. 42. Планировка зрительного зала Московского кинотеатра «Стереокино».
      Рис. 43. Продольный разрез зрительного зала Московского кинотеатра «Стереокино».
      чтобы помещение было достаточно высоким, позволяющим подвесить стереоэкран таким образом, чтобы плоскость, проходящая через центры объективов обоих киноаппаратов и точку схода линз растра, находилась от пола
      зрительного зала на высоте глаз сидящего зрителя. Обычно высота зон объемного видения значительно больше их ширины, поэтому глаза зрителей, несмотря на разный рост людей, почти всегда будут находиться в пределах зон. (Высота уровня глаз зрителя над полом зала колеблется в незначительных пределах.) Это дает возможность организовать стереоскопическую проекцию для зрителей разного роста.
     
      9. СТЕРЕОСКОПИЯ В НАУКЕ, ТЕХНИКЕ, ИСКУССТВЕ
      Использование стереоскопии не ограничивается только кино.
      Для каких целей, помимо кинематографии, можно применить стереоскопический метод рассматривания объектов?
      В настоящее время стереоскопический метод успешно применяется в самых разнообразных областях науки и техники: в биологии, астрономии, военном деле, кристаллографии, фотографии, архитектуре, строительстве, аэрофотосъемке и др. Вот несколько примеров практического применения стереоскопии.
      Большое распространение получил стереомикроскоп. Он представляет собою микроскоп с двумя окулярами, дающими возможность рассматривать изображение объекта сразу обоими глазами. Это весьма существенно. Мы уже отмечали, что наблюдение обоими глазами для нас более привычно, позволяет уловить более тонкие оттенки в яркости и цвете, в то же время оно менее утомительно по сравнению с наблюдением одним глазом. А самое главное то, что рассматривание обоими глазами делает восприятие объемным, отчетливо видны детали формы объекта, чего нельзя заметить одним глазом.
      Бинокулярный стереомикроскоп в настоящее время применяется в биологии, физиологии и медицине. Особенно ценен он в кристаллографии, давая возможность следить за изменением формы кристаллов в процессе их роста.
      Уже давно для относительно точного измерения длин или сравнения отрезков применяют обычный монокулярный компаратор. В последнее время создан более совершенный прибор — стереокомпаратор. Он предназначен для сравнения почти одинаковых изображений, с целью выяснения имеющихся в них различий. Стереокомпаратор часто применяют в астрономии для сравнения двух снимков с одного и того же участка звездного неба, сделанных через некоторые промежутки времени. Делать снимки неодновременно необходимо для создания стереоскопического базиса, так как за это время Земля проходит определенное расстояние при своем движении по орбите вокруг Солнца. Благодаря этому обнаруживается смещение небесных тел.
      Наблюдение в стереокомпараторе производится обоими глазами, причем каждый глаз рассматривает только одну фотографическую пластинку, предварительно проявленную и фиксированную. Пластинки устанавливаются таким образом, чтобы изображения несместившихся объектов совпали и определили некоторую плоскость. Тогда сместившиеся объекты, занимающие разное положение на обеих пластинках, окажутся выступающими вперед или назад по сравнению с основной плоскостью.
      Стереокомпаратор позволяет астрономам гораздо легче находить малые планеты, переменные звезды, уточнять траектории движения небесных тел. При рассматривании стереоскопических снимков, сделанных через сильный телескоп, планеты кажутся висящими на фоне бесконечного звездного неба; и что особенно интересно: при этом хорошо видна их шарообразная форма. Громадные расстояния от Земли до планет и звездных систем требуют производства снимков с большим стереоскопическим базисом. За такой базис берется перемещение Земли в пространстве за определенный промежуток времени. Например, при фотографировании Сатурна берут в качестве базиса суточный путь Земли, равный 1,7 млн. км.
      Стереокомпаратор приносит большую пользу при расшифровке аэрофотоснимков. Например, во время Отечественной войны при помощи стереокомпаратора обнаруживали замаскированные огневые точки врага, а в мирное время его применяют в картографии, при наблюдении лесов и т. д.
      Известно, как важно определять расстояния до тех или иных объектов на местности без проведения непосредственных измерений. Объемное видение здесь помогло создать специальный прибор — стереоскопический дальномер. Это длинная двойная труба; в фокальных плоскостях объективов помещены стекла, снабженные рядом небольших меток клинообразной формы, над которыми поставлены числа. Эти метки представляют два стереоскопических изображения значков, расположенных в пространстве на различных расстояниях от наблюдающего. Когда наблюдающий обоими глазами смотрит через прибор на местность, он видит уходящий вдаль ряд значков, висящих над местностью. Замечая, между какими значками лежит или с каким значком совпадает наблюдаемый объект, непосредственно определяют расстояние до него. Определение расстояния тем точнее, чем больше базис, то есть расстояние между объективами на концах трубы. В современных дальномерах базис достигает нескольких метров.
      Стереоскопический дальномер широко применяют при топографических съемках в труднодоступных местностях, при проведении стрельб морской артиллерией и для решения других задач.
      Неоценимые услуги стереоскопия оказывает строителям. Очень часто, для того чтобы представить себе какое-либо проектируемое здание или сооружение, кроме выполнения соответствующих чертежей и рисунков, изготавливают еще уменьшенные макеты или модели зданий. Так, например, прежде чем приступить к постройке Московского метрополитена, были созданы его макеты.
      Большой наглядности и облегчения работ можно достигнуть, если чертежи и рисунки проектируемых или реконструируемых строительных сооружений изготовлять и показывать стереоскопически. В некоторых случаях они могут заменить дорогостоящие и трудновыполнимые модели или макеты.
      Чертить и рисовать стереоскопические изображения простых геометрических фигур нетрудно. Однако изготовлять стереоскопические изображения сложных сооружений трудно и громоздко. В последнее время для облегчения этой работы разработаны и построены специальные приборы и аппараты. Например, доктор медицинских наук проф. С. С. Брюханенко и научные сотрудники П. Д. Скворцов и Р. В. Нуринская построили оригинальную аппаратуру для рисования и вычерчивания стереоскопических изображений сложных объектов. Ими же рассчитана и разработана методика выполнения аппаратами таких чертежей и рисунков. Изготовленный таким способом чертеж или рисунок наглядно и правильно передает пространственные формы и натуральные размеры изучаемого объекта.
      Стереоскопические чертежи найдут широкое применение при проектировании зданий и других архитектурных сооружений и памятников. При помощи таких стереоскопических чертежей и рисунков архитектор, скульптор, строитель могут увидеть в объемной форме задуманные ими сооружения еще до их постройки. Например, скульптор С. М. Орлов, автор проекта памятника основателю Москвы Юрию Долгорукому, подчеркивал: «В моей скульптурной мастерской сделаны шаги к практическому применению стереофотографии; производятся поэтапно хронометражные стереоскопические съемки работ по созданию скульптуры Юрия Долгорукого, позволяющие определить не только общее состояние скульптуры, но увидеть то, что было задумано, сделано вначале, и сравнить с тем, что имеется сегодня».
      Вся работа по систематической стереофотосъемке при создании указанного памятника производилась одним из энтузиастов использования стереоскопии в различных областях науки и техники — инженером А. К. Клементьевым.
      Для целей реконструкции (по материалам и при консультации работников Института истории и теории архитектуры Академии архитектуры и строительства СССР) были выполнены стереоскопические перспективы, например, церкви Николы на Липне, построенной еще в 1292 г. и разрушенной фашистскими захватчиками в войну 1941 — 1945 гг. По стереоскопическим перспективам можно было представить себе архитектурный памятник в его прежнем виде.
      Для рассматривания полученных графическим способом стереоскопических изображений разработаны конструкции специальных зеркальных стереоскопов. Например, интересные и оригинальные конструкции были предложены студентом Московского архитектурного института Д. О. Шварцманом. Он предложил прибор — стереограф, при помощи которого можно получать одновременно два чертежа или рисунка какого-либо сложного сооружения с соответствующими сдвигами между одноименными точками стереопары.
      При так называемой дорисовке по предложению А. Г. Болтянского, Н. А. Овсянниковой применяется прибор — стереопантограф, позволяющий снимать стереоскопические мультипликационные кинофильмы, производить комбинированные стереокиносъемки.
      Для рассматривания полученных графическим путем стереоскопических изображений используют также и ана-глифический метод стереоскопии. Анаглифический метод стереоскопии, как указывалось выше, заключается в том, что изображения стереопары окрашиваются в разные цвета, например в красный и зеленый. При их рассматривании через очки с цветофильтрами можно ощутить стереоскопический эффект.
      По анаглифическому методу были изготовлены различные наглядные пособия в виде отдельных альбомов и иллюстраций к учебникам. Так, например, еще в 1935 г. Стройиздатом был выпущен «Альбом стереоизображений по начертательной геометрии» М. А. Шестакова. Интересные иллюстрации по этому методу выполнены академиком А. В. Шубниковым, проф. Г. Б. Бокий и проф. Е. Е. Флинтом в их труде «Основы кристаллографии».
      Известно, что обмеры и измерения различных объектов отнимают много времени, средств, а точность обмеров не всегда получается достаточной. Особенно трудно производить обмеры высоких сооружений или объектов, не находящихся во время измерения в спокойном состоянии. В этих случаях применение измерения при помощи стереоскопических фотографий незаменимо.
      Как это делают?
      Исследуемый объект фотографируют с двух точек зрения. Зная заранее съемочный базис, фокусное расстояние съемочных объективов, направление оптических осей объективов съемочного аппарата и измеряя полученные фотографии, например, на стереокомпараторе, можно по полученным данным с большой точностью определить пространственное положение снимаемого объекта.
      Измерение объектов при помощи стереоскопии большое применение получило в архитектуре. Еще в 1931 г. П. М. Токарский описал способ использования в архитектуре наземной стереофотометрии, то есть определения размеров объектов по двум стереоскопическим снимкам. В настоящее время методы наземной стереофотограмметрии широко применяются при измерении различных объектов. Так, например, инженер А. С. Валуев при помощи измерительной фотографии разрешил задачу точнейшего обмера деталей на башнях Московского Кремля. Не устанавливая ни лесов, ни иных приспособлений, ему удалось произвести измерение объектов, находящихся на сравнительно большой высоте.
      С большим успехом профессор П. М. Орлов применяет наземную стереофотограмметрию при производстве геологических съемок, при исследовании размеров и движений оползней и других подвижных объектов.
      Стереофотограмметрия применяется и в сельском хозяйстве при измерении животных, растений, зданий.
      В астрономии стереоскопия применяется около 100 лет. Еще в 1857 г. был построен первый астрономический прибор, основанный на принципе измерения по двум снимкам, который несколько позже был применен для определения местоположения звезд в созвездии Плеяд. Позже в Пулковской обсерватории астрономы применили измерительные стереоскопические приборы для измерения расстояния до небесных тел и т. д. В частности, в астрономии принципы стереоскопии могут быть применены для определения расстояния между звездами и от Земли до звезд, собственных движений звезд, для нахождения местоположения переменных звезд и для других различных измерений небесных тел.
      Большая работа проведена Ю. М. Бутовым для создания наглядных стереоскопических пособий по эталонированию продуктов сельского хозяйства, пушнины и т. д.
      Применить стереоскопию можно и в телевидении. Здесь отдельные изображения можно видеть объемно как при помощи индивидуальных устройств — очков с поля-роидной пленкой, так и при помощи растров. Технически эта проблема в нашей стране разрешается проф. П. В. Шмаковым с сотрудниками. В настоящее время определяются пути ее применения с наибольшим экономическим эффектом.
      Здесь не представляется возможным описать все те области знаний, где уже применяется стереоскопия и где она может быть с успехом применена.
      Можно сказать, что нет ни одной области, где не могла бы быть использована стереоскопия.
      В этой книжке мы рассказали о науке и технике объемного видения вообще и, в частности, рассматривания изображений (рисунков, фотографий, кинокартин), выполненных на плоскости. Теперь должно быть понятно, что объемное видение возможно благодаря прямолинейному ходу световых лучей, наличию у человека двух глаз, а также благодаря специальным способам стереосъемки и приспособлениям (стереоскоп, очки, растры), превращающим в нашем сознании плоскостные изображения в объемные.
      Техника стереофотосъемки и рассматривания стереопар непрерывно совершенствуется. Над этим работают ученые и изобретатели различных стран. Немалая заслуга в этом деле принадлежит ученым и изобретателям СССР. В частности, показ стереокинофильмов в нашей стране осуществляется по способам, разработанным советскими учеными и изобретателями. За границей стереокинофильмы демонстрируются другими способами: у нас используются растры, у них — поляроиды.
      Методы стереоскопии все чаще и шире начинают применяться в различных областях науки, техники, искусства. Все это позволяет глубже изучать природу, успешнее решать технические задачи, добиваться больших эффектов в изобразительном искусстве.

|||||||||||||||||||||||||||||||||
Распознавание текста книги с изображений (OCR) — творческая студия БК-МТГК.