Съёмка стереопанорамы

Немного о технологиях

Идея создания объёмных изображений никогда не теряла актуальности. Уже в античное время люди знали, что восприятие объёмной картинки возможно, поскольку человеческие глаза немного по-разному видят один и тот же объект. Сейчас уже сложно сказать, когда и для чего было создано стереоизображение, но популярность эта технология обрела в эпоху фотографии.

За полтора века было придумано множество способов создания и использования стереоизображений, среди них: стереоскоп, стереограмма, анаглиф и другие оптические технологии. Свою долю известности получили шлемы виртуальной реальности.

Однако, несмотря на свою популярность, все эти технологии объединяет один недостаток: трудоёмкость применения. Внушительных вложений требует не только создание стереоизображений, но и их просмотр, поэтому объёмные картинки до сих пор остаются одноразовым развлечением.

Среди технологий, у которых этот недостаток наименее проявлен:
· анаглиф, появившийся ещё в 19 веке и с тех пор представленный в десятке разновидностей. Несмотря на трудности с передачей цвета и повышенное напряжение для глаз, получать такие изображения сейчас очень легко, а для просмотра нужны простые очки с двумя светофильтрами;
· технология 3D Vision от Nvidia для компьютерных игр, использующая затворные стереоочки;
· поляризованные стереоочки, которые активно используются в индустрии кино;
· лентикулярные дисплеи, устанавливаемые в смартфоны и видеокамеры. Эта технология наиболее близка к идеалу пользовательского устройства, так как не требует специальных приспособлений для просмотра. Её главный недостаток — низкое разрешение получаемого изображения (вдвое меньшее, чем у аналогичного дисплея без матрицы линз).

Остается надеяться, что в недалёком будущем какая-то из технологий станет по-настоящему массовой, войдёт в каждый дом и поможет выйти на новый уровень уже привычным нам медиа: видео, фото, играм, User Experience и кто знает, чему ещё. :)

Техника съёмки стереопанорам

Пример стереопанорамы.

Стереоизображения нашли свое применение в технологии съемки панорам, однако до настоящего времени их создание оставалось лишь забавным опытом для профессионалов и было отдано на откуп любителям. Всё потому, что современные инструменты демонстрации позволяют работать только с анаглифными изображениями, по сути одной панорамой, подготовленной заранее. А значит, применение такие панорамы найдут лишь при наличии цветных очков у зрителей.

И всё же, стереопанорамы производят сильное впечатление на неопытного зрителя. Поэтому желание создавать виртуальные панорамы у любителей и профессионалов панорамной съёмки не иссякает. Тем удивительнее практически полное отсутствие систематизированного опыта в этой области как в английском, так и в русском сегментах интернета.

У опытного панорамного фотографа, уже владеющего навыками быстрой, качественной съёмки, сшивки и ретуши панорам, перед созданием анаглифа встаёт вопрос: как получать две панорамы, чтобы проявил себя параллакс? В реальной жизни его можно заметить, если наблюдать изменение расстояний между неподвижными предметами, когда мы движемся мимо них. В нашем случае необходимо выбрать две разнесённые в пространстве точки съёмки и сделать две панорамы. Хорошо, когда есть возможность установить две камеры на одно основание, настроить базу параллакса и снять две панорамы сразу, однако такой набор оборудования дорого обойдется и будет весьма громоздким. Теоретически можно обойтись одной камерой и обычной панорамной головой.

Для простоты представим, что необходимо создать панораму замкнутого помещения, например, комнаты. Сперва можно просто взять и сместить штатив на расстояние базы, но тогда окажется, что в при сравнении финальных панорам база изменяется. Пояснение дано на рисунке 1.

Здесь О1 и О2, а также белые кресты - это проекции нодальных точек на вид сверху (как раз смещённый штатив);
Стрелки L1, L2, R1, R2 и так далее указывают направление взгляда камеры при повороте в азимутальной плоскости;
b — база.


Рис. 1

Можно заметить, что при повороте от первого ракурса ко второму база начинает уменьшаться, при дальнейшем повороте обнуляется, а затем лево и право меняются местами. Исправить изменение базы в зависимости от азимута возможно лишь трудоемкой обработкой (теоретически можно попытаться собирать панорамы по половинкам, снятым в точках О1 и О2), да и само по себе изменение базы будет влиять на восприятие объёма.

Выход видится в нарушении правил съёмки, которые гласят, что нодальная точка объектива должна оставаться неподвижной в пространстве. Действительно, можно получить параллакс за счёт смещения настроек панорамной головы. Сделать это можно двумя способами: вперёд-назад относительно плоскости сенсора и влево-вправо в пределах этой плоскости. Примечательно, что смещение вперёд-назад значительно снижает качество сшивки панорамы, поэтому использовать его нет смысла, а вот смещение влево-вправо практически не сказывается на качестве сшивки. Более того, база съёмки сохраняется неизменной. Объяснение дано на рисунке 2.


Рис. 2

Здесь показаны два положения нодальной точки: А и B относительно оси О вращения головы. Горизонтальная синяя линия обозначает базу стереосъёмки. Изначально нодальная точка находилась в О. Стрелки обозначают направление взгляда камеры. При повороте от ракурса L1R1 к ракурсу L2R2 можно видеть, что база не изменяется. Таким образом будут получены две панорамы, которые легко совместить. Необходимо отметить, что такой способ съёмки может потребовать подгона панорам друг к другу, причём труднее всего такой подгон сделать для выправления горизонта. Так что выставление уровня лучше делать при съёмке. Зенит и надир полученной стереопанорамы будут выглядеть объёмно только в одном направлении и полностью «антиобъёмно» в противоположном. Надир достаточно снять один раз.

Наконец, бывают съёмки, в которых можно пренебречь смещением нодальной точки, а базы должны быть большими, порядка метра. Речь идет об аэросъёмке. Для неё хорошо подходит схема, показанная на рисунке 3:


Рис. 3

Расстояние до объектов съёмки в этом случае намного превышает базу, поэтому для создания двух панорам можно брать ракурсы из каждой точки, они названы L1..L6 и R1..R6. База в идеальном случае сохраняется неизменной и некритичной к погрешностям.

Какая нужна база? В приведённом в начале статьи примере она составила всего 4 см. Эффект кулисности при такой базе начинает проявлять себя на расстоянии 6-8 метров. Наиболее близкий объект должен быть примерно в 10 раз больше базы, т.е. в данном случае - 40 см, вплотную к камере. При сшивке панорам, снятых с отклонением от оси в 2 см, трудностей даже с близкими объектами не возникает. Можно считать базу в 4-5 см оптимальной при съёмке в помещениях.

Хорошие статьи по теме:
1. Геометрия стереосъёмки
2. История создания стереоизображений
3. Техника съемки сферической стерео панорамы