Восприятие глубины

редактировать

Визуальная способность воспринимать мир в 3D

Перспектива, относительный размер, затенение и градиенты текстуры - все это способствует трехмерному внешний вид этой фотографии.

Восприятие глубины - это визуальная способность воспринимать мир в трех измерениях (3D ) и расстояние до объекта. Ощущение глубины - соответствующий термин для животных, поскольку, хотя известно, что животные могут ощущать расстояние до объекта (из-за своей способности точно двигаться или последовательно реагировать в зависимости от этого расстояния), оно Неизвестно, воспринимают ли это так же субъективно, как и люди.

Восприятие глубины возникает из множества сигналов глубины. Обычно они подразделяются на бинокулярные сигналы, которые основаны на получении сенсорной информации в трех измерениях от обоих глаз, и на монокулярные сигналы, которые могут быть представлены только в двух измерениях и наблюдаются только одним глаз. Бинокулярные сигналы включают сетчатку диспаратность, в которой используются параллакс и вергенция. Стереопсис стал возможен с бинокулярным зрением. Монокулярные реплики включают относительный размер (удаленные объекты имеют меньшие углы обзора, чем близкие объекты), градиент текстуры, окклюзию, линейную перспективу, контрастность и движение параллакс.

Содержание

1 Монокулярные реплики
2 Бинокулярные подсказки
3 Теории эволюции
4 В искусстве
5 Расстройства, влияющие на восприятие глубины
6 См. Также
7 Ссылки
- 7.1 Примечания
8 Библиография
9 Внешние ссылки

Монокулярные метки

Параллакс движения

Монокулярные метки предоставляют информацию о глубине при просмотре сцены одним глазом.

Параллакс движения: Когда наблюдатель движется, видимое относительное движение нескольких неподвижных объектов на заднем фоне дает подсказку об их относительном расстоянии. Если информация о направлении и скорости движения известна, параллакс движения может предоставить информацию об абсолютной глубине. Этот эффект хорошо виден при вождении автомобиля. Ближайшие объекты проходят быстро, а удаленные объекты кажутся неподвижными. Некоторые животные, у которых отсутствует бинокулярное зрение из-за того, что их глаза имеют мало общего поля зрения, используют параллакс движения более явно, чем люди, для определения глубины (например, некоторые типы птиц, которые кивают головой, чтобы добиться параллакса движения, и белки, которые движутся по линиям ортогонально к интересующему объекту, чтобы сделать то же самое).
Глубина движения: Когда объект движется к наблюдателю, Проекция объекта на сетчатке глаза увеличивается с течением времени, что приводит к восприятию движения по линии к наблюдателю. Другое название этого явления - глубина от оптического расширения . Динамическое изменение стимула позволяет наблюдателю не только видеть объект как движущийся, но и воспринимать расстояние до движущегося объекта. Таким образом, в этом контексте изменяющийся размер служит ориентиром для расстояния. Связанное с этим явление - это способность зрительной системы вычислять время контакта (TTC) приближающегося объекта по скорости оптического расширения - полезная способность в различных контекстах, от вождения автомобиля до игры в мяч . Однако расчет TTC - это, строго говоря, восприятие скорости, а не глубины.
Эффект кинетической глубины: Если неподвижная жесткая фигура (например, проволочный куб) находится перед точечным источником света, то что его тень падает на полупрозрачный экран, наблюдатель на другой стороне экрана увидит двумерный узор из линий. Но если куб вращается, визуальная система извлечет необходимую информацию для восприятия третьего измерения из движений линий, и куб будет виден. Это пример эффекта кинетической глубины. Эффект также возникает, когда вращающийся объект является твердым (а не контурной фигурой), при условии, что проецируемая тень состоит из линий с определенными углами или конечными точками, и что эти линии меняются как по длине, так и по ориентации во время вращения.
Перспектива: Свойство параллельных линий, сходящихся на расстоянии, на бесконечности, позволяет нам восстановить относительное расстояние двух частей объекта или элементов ландшафта. Например, вы стоите на прямой дороге, смотрите на дорогу и замечаете, что дорога сужается, уходя вдаль.
Относительный размер: Если известно, что два объекта являются одинакового размера (например, два дерева), но их абсолютный размер неизвестен, индикаторы относительного размера могут предоставить информацию об относительной глубине двух объектов. Если один создает больший угол зрения на сетчатке, чем другой, объект, который образует больший угол зрения, будет казаться ближе.
Привычный размер: Поскольку угол обзора объекта, проецируемого на сетчатку уменьшается с расстоянием, эта информация может быть объединена с предыдущими данными о размере объекта, чтобы определить абсолютную глубину объекта. Например, люди обычно знакомы с размером среднего автомобиля. Эти предварительные знания могут быть объединены с информацией об угле, который он образует на сетчатке, чтобы определить абсолютную глубину автомобиля в сцене.
Абсолютный размер: Даже если реальный размер объекта неизвестен, и виден только один объект, меньший объект кажется дальше, чем большой объект, представленный в том же месте
Аэрофотоснимок: Из-за рассеяния света атмосферой объекты, находящиеся на большом расстоянии имеют меньшую яркость контраст и меньшую насыщенность цвета. Из-за этого изображения кажутся туманными, чем дальше они находятся от точки зрения человека. В компьютерной графике это часто называется «туман расстояния ». Передний план имеет высокую контрастность; фон имеет низкую контрастность. Объекты, различающиеся только контрастом с фоном, оказываются на разной глубине. Цвет далеких объектов также смещен в сторону синего конца спектра (например, далекие горы). Некоторые художники, в частности Сезанн, используют «теплые» пигменты (красный, желтый и оранжевый), чтобы привлечь внимание зрителя, и «холодные» (синий, фиолетовый и сине-зеленый), чтобы обозначить часть формы, которая отклоняется от плоскости изображения .
Аккомодация: Это глазодвигательный сигнал для восприятия глубины. Когда мы пытаемся сфокусироваться на далеких объектах, ресничные мышцы растягивают хрусталик глаза, делая его тоньше и, следовательно, изменяя фокусное расстояние. кинестетические ощущения сокращающихся и расслабляющих цилиарных мышц (внутриглазных мышц) отправляются в зрительную кору, где они используются для интерпретации расстояния / глубины. Аккомодация эффективна только на расстояниях более 2 метров.
Затмение: Затмение (также называемое взаимозависимостью ) происходит, когда ближние поверхности перекрывают дальние поверхности. Если один объект частично блокирует обзор другого объекта, люди воспринимают его как более близкий. Однако эта информация позволяет наблюдателю только создать «рейтинг» относительной близости. Наличие монокуляра ambient occlusions зависит от текстуры и геометрии объекта. Эти явления способны уменьшить задержку восприятия глубины как в естественных, так и в искусственных стимулах.
Криволинейная перспектива: На внешних крайних точках поля зрения параллельные линии становятся изогнутыми, как на сделанной фотографии через объектив «рыбий глаз» . Этот эффект, хотя он обычно устраняется как в произведениях искусства, так и в фотографиях путем кадрирования или кадрирования изображения, значительно усиливает у зрителя ощущение того, что он находится в реальном трехмерном пространстве. (Классическая перспектива не использует это так называемое «искажение», хотя на самом деле «искажения» строго подчиняются оптическим законам и предоставляют совершенно достоверную визуальную информацию, точно так же, как классическая перспектива делает для той части поля зрения, которая попадает в ее пределы. кадр.)
Градиент текстуры: Мелкие детали на близлежащих объектах можно четко увидеть, тогда как такие детали не видны на удаленных объектах. Градиенты текстуры - это зерна предмета. Например, на длинной гравийной дороге гравий рядом с наблюдателем может быть хорошо виден по форме, размеру и цвету. На расстоянии текстура дороги не может быть четко различима.
Освещение и затенение: То, как свет падает на объект и отражается от его поверхностей, а также тени, отбрасываемые объектами, обеспечивают эффективный сигнал для мозга, позволяющий определить форму объектов и их положение в пространстве.
Размытие в расфокусировке: Селективное размытие изображения очень часто используется в фотографии и видео для создания впечатления глубины. Это может действовать как монокулярный сигнал, даже если все другие сигналы удалены. Это может способствовать восприятию глубины естественных изображений сетчатки глаза, поскольку глубина резкости человеческого глаза ограничена. Кроме того, существует несколько алгоритмов оценки глубины, основанных на расфокусировке и размытии. Известно, что некоторые прыгающие пауки используют расфокусировку изображения для определения глубины.
Высота: Когда объект виден относительно горизонта, мы склонны воспринимать объекты, которые находятся ближе к горизонту, как находящиеся дальше от нас, а объекты, которые находятся дальше от горизонта, как находящиеся ближе к нам. Кроме того, если объект перемещается из позиции, близкой к горизонту, в позицию выше или ниже горизонта, будет казаться, что он приближается к наблюдателю.

Бинокулярные сигналы

Бинокулярные сигналы предоставляют информацию о глубине, когда просмотр сцены обоими глазами.

Стереопсис, или диспаратность сетчатки (бинокулярная), или бинокулярный параллакс: Животные, глаза которых расположены спереди, также могут использовать информацию, полученную из различных проекций объектов на каждую сетчатку Судить по глубине. Используя два изображения одной и той же сцены, полученные под немного разными углами, можно выполнить триангуляцию расстояния до объекта с высокой степенью точности. Каждый глаз смотрит на объект, видимый левым и правым глазом, под немного другим углом. Это происходит из-за горизонтального параллакса разделения глаз. Если объект находится далеко, несоответствие изображения, попадающего на обе сетчатки, будет небольшим. Если объект находится близко или близко, несоответствие будет большим. Это стереопсис, который заставляет людей думать, что они воспринимают глубину при просмотре Magic Eyes, Автостереограммы, 3-D фильмы и стереоскопических фотографий.
Конвергенция: Это бинокулярный глазодвигательный сигнал для восприятия расстояния / глубины. Из-за стереопсиса два глазных яблока фокусируются на одном и том же объекте. При этом они сходятся. Конвергенция растянет экстраокулярные мышцы. Как и в случае с сигналом монокулярной аккомодации, кинестетические ощущения от этих экстраокулярных мышц также помогают в восприятии глубины / расстояния. Угол схождения меньше, когда взгляд фиксируется на удаленных объектах. Конвергенция эффективна для расстояний менее 10 метров.

Shadow Stereopsis: Антонио Медина Пуэрта продемонстрировал, что изображения сетчатки без несоответствия параллакса, но с разными тенями объединяются стереоскопически, придавая изображаемой сцене восприятие глубины. Он назвал это явление «теневым стереопсисом». Таким образом, тени являются важным стереоскопическим сигналом для восприятия глубины.

Из этих различных сигналов только конвергенция, аккомодация и знакомый размер предоставляют информацию об абсолютном расстоянии. Все остальные сигналы относительны (т. Е. Они могут использоваться только для определения того, какие объекты находятся ближе друг к другу). Стереопсис просто относителен, потому что большее или меньшее несоответствие для близлежащих объектов может означать либо то, что эти объекты отличаются более или менее существенно по относительной глубине, либо то, что объект с ямками находится ближе или дальше (чем дальше сцена, тем меньше сетчатка несоответствие, указывающее на одинаковую разницу в глубине.)

Теории эволюции

У большинства равнинных травоядных, особенно у копытных травоядных, не хватает бинокулярного зрения, потому что у них глаза по бокам головы, обеспечивая панорамный вид на горизонт почти на 360 °, что позволяет им замечать приближение хищников практически с любого направления. Однако у большинства хищников оба глаза смотрят вперед, что позволяет бинокулярному восприятию глубины и помогает им определять расстояния, когда они набрасываются на свою жертву. Животные, которые проводят много времени на деревьях, используют бинокулярное зрение, чтобы точно определять расстояния при быстром переходе с ветки на ветку.

Мэтт Картмилл, физический антрополог и анатом из Бостонского университета, раскритиковал эту теорию, сославшись на другие древесные виды, у которых отсутствует бинокулярное зрение, такие как белки и некоторые птицы. Вместо этого он предлагает «Гипотезу визуального хищничества», в которой утверждается, что предковые приматы были насекомоядными хищниками, напоминающими долгопятов, подверженных тому же давлению отбора для лобового зрения, что и другие хищные виды. Он также использует эту гипотезу для объяснения специализации рук приматов, которые, по его мнению, стали приспособлены для хватания добычи, что-то вроде того, как хищники используют свои когти.

в искусстве

Фотографии захватывающая перспектива - это двухмерные изображения, которые часто иллюстрируют иллюзию глубины. Фотография использует размер, окружающий контекст, освещение, градиент текстуры и другие эффекты, чтобы передать иллюзию глубины. Стереоскопы и Viewmasters, а также 3D-фильмы, использовать бинокулярное зрение, заставляя зрителя видеть два изображения, созданные с немного разных позиций (точек зрения). Чарльз Уитстон был первым, кто обсудил восприятие глубины как признак бинокулярного несоответствия. Он изобрел стереоскоп, который представляет собой инструмент с двумя окулярами, который отображает две фотографии одного и того же места / сцены, сделанные под относительно разными углами. При наблюдении каждым глазом отдельно пары изображений вызывали четкое ощущение глубины. Напротив, телеобъектив , используемый в телевизионных спортивных передачах, например, для наведения на зрителей стадиона, дает противоположный эффект. Зритель видит размер и детали сцены, как если бы она была достаточно близка, чтобы ее можно было коснуться, но перспектива камеры по-прежнему определяется ее фактическим положением в сотне метров от нее, поэтому лица и объекты фона выглядят примерно того же размера, что и на переднем плане..

Обученные художники хорошо осведомлены о различных методах обозначения пространственной глубины (цветовая штриховка, туман на расстоянии, перспектива и относительный размер) и используют их для сделать их работы «настоящими». Зритель чувствует, что можно было бы схватиться за нос портрета Рембрандта или яблока на натюрмортах Сезанна - или войти в пейзаж и прогуляться среди его деревьев и скалы.

Кубизм был основан на идее включения нескольких точек зрения в нарисованное изображение, как если бы имитировать визуальный опыт физического присутствия объекта и видения его под разными углами. Радикальные эксперименты Жоржа Брака, Пабло Пикассо, Жана Метцингера, Nu à la cheminée, Альберта Глезе <99 В фильме La Femme aux Phlox или Роберта Делоне Эйфелева башня используется взрывная угловатость кубизма, чтобы преувеличить традиционную иллюзию трехмерного пространства. Тонкое использование нескольких точек зрения можно найти в новаторских поздних работах Сезанна, которые одновременно предвосхитили и вдохновили первых настоящих кубистов. Пейзажи и натюрморты Сезанна убедительно свидетельствуют о развитом глубинном восприятии художника. В то же время, как и другие постимпрессионисты, Сезанн понял из японского искусства важность уважения к плоскому (двухмерному) прямоугольнику самой картины; Хокусай и Хиросигэ игнорировали или даже перевернули линейную перспективу и тем самым напоминали зрителю, что изображение может быть «истинным» только тогда, когда оно признает истинность своей собственной плоской поверхности. Напротив, европейская «академическая» живопись была посвящена своего рода Большой лжи о том, что поверхность холста - это всего лишь заколдованный проход в «настоящую» сцену, разворачивающуюся за ее пределами, и что главная задача художника - отвлекать зрителя от разочаровывающего осознания присутствия нарисованного холста. Кубизм, как и большая часть современного искусства, - это попытка противостоять, если не разрешить, парадокс предложения пространственной глубины на плоской поверхности и исследовать это внутреннее противоречие с помощью новаторских способов видение, а также новые методы рисования и раскрашивания.

Заболевания, влияющие на восприятие глубины

Окулярные заболевания, такие как амблиопия, гипоплазия зрительного нерва и косоглазие, могут ухудшать восприятие глубины.
Поскольку (по определению) для бинокулярного восприятия глубины требуются два функционирующих глаза, человек с одним функционирующим глазом не имеет бинокулярного восприятия глубины.
Восприятие глубины должно быть изучено с помощью бессознательного вывод, который гораздо менее вероятен после нескольких лет.

См. также

Ссылки

Примечания

^Термин «параллаксное зрение» часто используется как синоним бинокулярного зрения, и его не следует путать с параллаксом движения. Первый позволяет гораздо точнее определять глубину, чем второй.

Библиография

Howard, Ian P.; Роджерс, Брайан Дж. (2012). Глубокое восприятие. Нью-Йорк: Oxford University Press. В трех томах
Палмер, С. Э. (1999). Наука о зрении: фотоны в феноменологии. Кембридж, Массачусетс: Bradford Books / MIT Press. ISBN 9780262304016.
Пираццоли, Г.П. (2015). Ле Корбюзье, Пикассо, Полифем и другие монокулярные гиганты / e altri giganti monòculi. Фиренце, Италия: goWare.
Pinker, Steven (1997). «Глаз разума». Как работает разум. С. 211–233. ISBN 978-0-393-31848-7.
Штернберг Р.Дж., Штернберг К., Штернберг К. (2011). Когнитивная психология (6-е изд.). Wadsworth Pub Co.
Purves D, Lotto B (2003). Почему мы видим то, что делаем: эмпирическая теория зрения. Сандерленд, Массачусетс: Sinauer Associates.
Steinman, Scott B.; Steinman, Barbara A.; Гарция, Ральф Филип (2000). Основы бинокулярного зрения: клиническая перспектива. Нью-Йорк: McGraw-Hill Medical. ISBN 978-0-8385-2670-5.
Окоши, Таканори. (2012). Методы трехмерной визуализации. Эльзевир. п. 387. ASIN B01D3RGBGS.

Внешние ссылки

Викискладе есть материалы, относящиеся к Восприятию глубины.