Текст
ВТ. ИВАНОВ и В.УБАРЩЕВСКИЙ
Объемные
изображения
НАУЧНО-ПОПУЛЯРНАЯ БИБЛИОТЕКА
ВЫПУСК 93
Б. ИВАНОВ и Б. БАРЩЕВСКИЙ
ОБЪЕМНЫЕ
ИЗОБРАЖЕНИЯ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
ТЕХНИКО-ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
МОСКВА . 1957
16-2-1
Борис Тимофеевич Иванов
и Борис Ушарович Барщевский
Редактор Д. А. Катренко
Техн, редактор Е. А. Ермакова Корректор Г. Г. Желтова
Сдано в набор 29/IV 1957 г. Подписано к печати 13/VII 1957 г. Бумага 84 X 1О8’/з2.
Физ. печ. л. 2,25. Условн. печ. л. 3,69. Уч.-изд. л. 3,61. Тираж 50 000. Т 06636.
Цена книги 1 р. 10 к. Заказ № 24’92.
Государственное издательство технико-теоретической литературы.
Москва, В-71, Б. Калужская, 15.
3-я типография «Красный пролетарий» Главполиграфпрома
Министерства культуры СССР. Москва, Краснопролетарская, 16.
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 чув-
ствуем, 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 объем-
ные, пространственные предметы плоскостными, пред-
меты, имеющие три измерения, они дают только в двух
измерениях. Поэтому объемные вещи на картинах и фо-
тографиях становятся несколько условными и обеднен-
ными. Не спасают положение и даже такие приемы, при-
меняемые художниками, как перспективное расположе-
ние предметов, игра света и тени, перекрытие одних
предметов другими.
Естественно, что люди все время искали такие спо-
собы получения изображений, чтобы картины, фотогра-
фии, 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 чело-
веческого зрения заключается в том, что оба глаза ви-
а
дят рассматриваемый предмет одновременно, но раз-
дельно и с различных позиций. Из этих двух видов (ле-
вого 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 рассмат-
ривать 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 двухобъектив-
ным фотоаппаратом, или два раза однообъективным фо-
тоаппаратом с двух точек зрения. При таком фотогра-
фировании создается так называемая стереопара (два
снимка одного и того же предмета). Если эту стереопару
затем рассматривать в стереоскоп- или через специаль-
ные очки и растры, то мы увидим предметы такими, ка-
кими они являются в действительности, т. е. пространст-
венными, объемными.
Получение объемных изображений применяется в
науке, технике, кино, учебных и исследовательских заве-
дениях. Оно наиболее эффектно при демонстрации кино-
фильмов. 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 кино-
картин осуществляется по методу, разработанному со-
ветскими изобретателями и учеными. За границей объем-
ности изображений кинофильмов достигают другими ме-
тодами.
Вот о том, почему мы видим все окружающее нас
объемно и как сделать, чтобы картины и фотографии,
выполненные на плоскости, при рассматривании воспри-
нимались 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 пы-
тались ответить еще древнегреческие мыслители. Более
4
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 сей-
час еще не все подробности процесса зрения выяснены.
Нам теперь известно в общих чертах, что процессом зре-
ния управляют физико-химические и физико-логические
законы. Знаем мы также, что зрительные образы, воз-
никающие в нашем сознании,— это результат работы го-
ловного мозга.
Известно, конечно, что окружающий нас веществен-
ный мир мы воспринимаем при помощи пяти органов
чувств: зрения, слуха, вкуса, обоняния и осязания. Ощу-
щения, воспринимаемые нашими органами чувств, пере-
даются по нервам, как по проводам, в головной мозг.
Здесь они трансформируются в сознание, то есть человек
осознает видимое, слышимое, осязаемое и т. д. Получен-
ные и осознанные ощущения внешнего мира человек
затем характеризует членораздельной речью — словами.
«Холодное», «теплое»,— говорит он, прикоснувшись паль-
цами к предмету. «Хорошо пахнет», «плохой запах»,—>
говорят, поводя носом. «Горькое», «сладкое»,— опреде-
ляем 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 близ-
ких и удаленных предметах, об их расположении на пло-
скости и в пространстве. «На глаз» мы даже более или
менее точно определяем расстояние до предмета.
Глаза позволяют нам видеть предметы такими, ка-
кими 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 окружаю-
щего мир*а, так как остальные четыре органа чувств,
можно сказать, лишь дополнительные к зрению. Лишив-
шись 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
2 Объемные изображения
5
глаза. Для восприятия окружающего мира это имеет
огромное значение. Видение одним и двумя глазами не-
одинаково. Именно двумя глазами мы видим наиболее
совершенно, всесторонне окружающие предметы.
Исследованиями установлено, что одним глазом чело-
век видит расположение предметов в пространстве
(объеме) хуже, чем двумя глазами. Объемное видение
одним глазом несовершенно, не точно, зачастую оши-
бочно. Вот почему людям только с одним здоровым гла-
зом 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 од-
ним глазом можно определить взаимное расположение
предметов в пространстве, хотя и хуже, чем двумя гла-
зами. 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 корот-
кие (миллионные доли миллиметра) и длиной в десятки
метров. Эти волны излучаются атомами, из которых по-
строены все вещества в природе. Световые волны, наблю-
дающиеся в природе, ученые нанесли на шкалу излуче-
ний, называемую спектром излучений (рис. 1). На этой
шкале (логарифмической) световые излучения характе-
ризуются длиной волны. Длина волны выражается или в
ангстремах (ангстрем — это одна стомиллионная доля
о
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 до-
лей 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.
6
Налево лежат длинные волны:
инфракрасные лучи и радиоизлу-
чения, а направо — короткие вол-
ны: ультрафиолетовые лучи, рент-
геновские лучи и гамма-лучи.
Ученые установили, что обык-
новенный белый свет, который мы
видим, на самом деле состоит из
смеси цветных лучей. На цветные
лучи его можно разложить про-
пусканием через трехгранную
стеклянную призму (рис. 5). Она
сообщает каждой из световых
волн с различной длиной свое на-
правление. В результате по дру-
гую сторону призмы получается
цветная радужная полоска. Све-
товые лучи, разные по длине вол-
ны, воспринимаются нашими гла-
зами как различно окрашенные:
лучи с наиболее длинными волна-
ми нам представляются красными,
а с наиболее короткими — фиоле-
товыми. Например, вот как зави-
сит цвет от длины световой волны
(длины волн даны в миллионных
долях миллиметра, то есть в мил-
лимикронах) :
Фиолетовые лучи .... 380—-430
Синие лучи............ 430—480
Голубые лучи.......... 480—510
Зеленые лучи..........510—550
Желто-зеленые лучи . . . 550—575
Желтые лучи........... 575—585
Оранжевые лучи .... 585—620
Красные лучи.......... 620—780
Световое раздражение, восприня-
тое глазами, трансформируется
затем в нашем мозгу в цветовое
ощущение.
человеческим глазом.
7
2*
Мы видим лишь тогда, когда лучи света от предмета
попадают в наши глаза, причем лучи света только с опре-
деленными 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 отра-
жают 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? Обнару-
жить их мы можем лишь на фоне других предметов, ко-
торые отражают или рассеивают свет в заметной мере.
Обычно рассматриваемые предметы и фон частично отра-
жают 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, отра-
женный фоном, отличается от света, отраженного пред-
метом, как по яркости-, так и по цветовому тону. Вслед-
ствие этого появляется так называемый оптический конт-
раст между фоном и предметом. Что это значит? Обще-
известно, что лучше видны черные предметы на белом
8
фоне, а белые предметы на черном фоне. Наличие опти^
ческого контраста является очень существенным условием
видения. Наши глаза очень чувствительны: они обнару-
живают даже небольшие изменения в яркости предметов.
Чем больше контраст между предметом и фоном по яр-
кости 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: гу-
стая, типографская краска отражает немного света, а бе-
лая бумага — в десятки раз больше. Это и дает нам воз-
можность хорошо видеть и читать написанное.
Для понимания физических основ нашего зрения
представляет интерес выяснить пути хода световых лу-
чей 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 распростра-
нении света свидетельствует и прожекторный луч, про-
резающий ночную тьму. Это же свойство света подтвер-
ждают и резкие тени, отбрасываемые непрозрачными
предметами, освещаемыми солнцем или каким-либо дру-
гим источником света. Если бы световые лучи распро-
странялись не прямолинейно, а, изгибаясь, обтекали пред-
меты, то не было бы теней.
Наконец на прямолинейное распространение света
указывает и то, что можно получить изображение пред-
метов посредством малого отверстия. Это наглядно под-
тверждается 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 отвер-
стие 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 Б\. Понятно, что лучи
идут от всех точек предмета АБ. Совокупность таких
9
точек, образуемых лучами, исходящими от различных мест
предмета АБ, воспроизводит (рисует) его обратное изоб-
ражение А1Б1 на задней стенке камеры-обскуры* Таким
Рис. 3. Доказательство прямолинейного распростра-
нения света в камере-обскуре.
образом, мы видим, что большой предмет АБ через ма-
ленькое отверстие изображен лучами света на задней
стенке камеры в обратном и уменьшенном виде А1Б1. Это
возможно только благодаря прямолинейному ходу свето-
вых лучей. Далее мы увидим, что камера-обскура яв-
ляется простейшей моделью человеческого глаза и фото-
графического аппарата. В фотоаппарате (рис. 4) в малое
отверстие в передней стенке камеры вставлен стеклянный
Рис. 4. Схема устройства фотоаппарата.
объектив (система, состоящая из нескольких собираю-
щих и рассеивающих линз). Роль объектива в человече-
ском глазе выполняет хрусталик.
Следует иметь в виду, что закон прямолинейного рас-
пространения 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 од-
нородной 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).
10
Убедиться в наличии явления преломления света
легко. Посмотрите, например, на ложку (рис. 6), опущен-
ную в воду. При рассматривании ее с определенного по-
ложения ложка в стакане с водой покажется надломлен-
ной благодаря преломлению света.
В XVIII веке были известны
факты иного рода, которые
указывали, что при определен-
ных условиях имеются отступ-
Рис. 6. Вид ложки,
погруженной в стакан
с водой.
Рис. 5. Преломление луча света
при переходе из одной среды в
другую (из воздуха в воду).
ления от прямолинейного распространения света. На-
пример, заметили, что в камере-обскуре, если отвер-
стие 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 непро-
зрачном экране) за экраном появляется не одна светлая
полоска, а возникают чередующиеся светлые и темные
полоски. При этом любопытно, что светлые полоски появ-
ляются там, где должна быть тень, а темные полоски,
наоборот, появляются и на месте светлых подосок.
Эти факты говорят о том, что понятие о прямолиней-
ном ходе лучей света относительно. Тем не менее для
обычной фотографической и кинематографической прак-
тики это не имеет существенного значения. Принимается,
что свет в однородной среде (например, в воздухе, воде,
стекле) распространяется прямолинейно, что направление
11
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 отра-
жения, т. е. луч света отражается от гладкой поверх-
ности под таким же углом, под каким он падает на эту
поверхность (рис. 7). Этим законом пользуются при
Рис. 7. Угол падения (0 равен углу
отражения (г).
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 по-
крывается обычно тонким слоем алюминия или ртутной
амальгамой). Установлено, что стеклянная пластинка без
блестящего металлического слоя отражает света при-
мерно 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 погло-
щает.
Закон преломления света сформулирован примерно
320 лет назад, то есть почти двумя тысячелетиями позже
открытия закона отражения света. Согласно этому за-
кону луч света при переходе из одной среды в другую
12
(например, воздух — вода) преломляется всегда одина-
ково для данных двух сред. Степень преломления луча
света в этом случае характеризуется коэффициентом пре-
ломления.
При помощи этого закона рассчитывают и делают все
современные оптические приборы, использующие призмы
и линзы (кино и фотоаппараты, очки, бинокли, стерео-
трубы). 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 воспринимае-
мых нашими глазами изображений окружающего нас
мира.
Обратим внимание еще на одно свойство световых
лучей. Мы уже говорили о зеркальном отражении света,
Рис. 8. Отражение лучей света от шероховатой
поверхности.
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 сто-
роны. Это явление называется диффузным отражением
(рис. 8). Но шероховатость поверхностей не всегда оди-
накова. 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 су-
ществует. Но все же есть в природе такие поверхности,
которые по своим рассеивающим свойствам приближаются
13
к абсолютно рассеивающим поверхностям, например по-
верхность снега, чертежной бумаги, кинопроекционных
экранов, изготовленных из отбеленной хлопчатобумажной
или льняной материи. Именно благодаря тому, что па-
дающий 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 отра-
женный луч света видели бы всего лишь несколько зри-
телей. 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
Г4лаз человека устроен
* глаза расположены в
довольно сложно. У человека
углублениях черепа — глазни-
Рис, 9. Строение человеческого глаза
(разрез).
цах. 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 оболо-
14
чек имеется жидкая стеклообразная масса, преломляю-
щая свет приблизительно так же, как и вода.
Внешняя оболочка глаза называется белковой обо-
лочкой, или склерой. Эта оболочка сохраняет форму глаза
и защищает его от внешних воздействий. Она вся непро-
зрачна, за исключением передней части. Здесь склера
выдается вперед и переходит в прозрачную роговую обо-
лочку, или роговицу.
Изнутри к склере прилегает оболочка, содержащая
сеть мелких кровеносных сосудов. В передней части
глаза, около роговицы, эта оболочка переходит в радуж-
ную, окрашенную у разных людей в различные цвета.
В середине радужной оболочки имеется отверстие — зра-
чок. Диаметр зрачка может меняться в зависимости от
количества света, попадающего в глаз. Поэтому роль
зрачка подобна роли диафрагмы в фотографическом ап-
парате: 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 освещенно-
стях приблизительно — 8 мм.
Непосредственно за зрачком расположено прозрачное
упругое тело, имеющее форму двояковыпуклой линзы с
поверхностями неодинаковой кривизны. Это тело назы-
вается хрусталиком. Хрусталик находится в прозрачной
сумке, охватываемой со всех сторон так называемой ци-
лиарной мышцей.
Назначение хрусталика аналогично назначению объ-
ектива в фотоаппарате. Форма хрусталика легко ме-
няется: он становится то более, то менее выпуклым. Это
дает нам возможность видеть и близкие, и дальние пред-
меты. Способность хрусталика изменять кривизну своей
поверхности для получения более отчетливого изображе-
ния на сетчатке при рассматривании предметов на раз-
личном расстоянии называется аккомодацией. Если хру-
сталик хорошо аккомодирует, то на сетчатке получается
резкое изображение наблюдаемых предметов и мы видим
хорошо.
Сетчатка — светоощущающая часть глаза. Она высти-
лает 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. Сет-
чатка в глазе играет почти такую же роль, как фото-
15
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, яв-
Рис. 10. Вид окончаний
нервных волокон в сет-
чатке глаза (палочка и
колбочка).
ляющихся разветвлениями зри-
тельного нерва. Количество от-
дельных нервных волокон в
сетчатке достигает одного мил-
лиона. Концы нервных волокон
различны по форме (рис. 10).
Окончания нервных волокон,
имеющие вид стебелька, назы-
ваются палочками, а более ко-
роткие и толстые — в виде
луковицы, называются колбоч-
ками. Палочки и колбочки на-
столько 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. Сле-
довательно, палочек в 15 раз
больше, чем колбочек. Колбоч-
ки рассеяны по сетчатой обо-
лочке неравномерно: в так на-
зываемом желтом пятне их
значительно больше, чем в дру-
гих местах. Но на сетчатке есть
и такое место (где в глаз вхо-
дит зрительный нерв), которое
не воспринимает света; это
место называется слепым пят-
ном.
Каково же назначение пало-
чек и колбочек?
В процессе зрительного вос-
приятия их роль различна.
Палочки обеспечивают зрение
в темноте, а колбочки — при
свете. Это зависит от того, что
в них содержатся различные химические вещества. В па-
лочках содержится вещество, разлагающееся под дей-
16
ствием света; называется оно зрительным пурпуром или
родопсином. Благодаря этому веществу палочки обладают
большой чувствительностью, они действуют при слабом
освещении, осуществляя так называемый сумеречный зри-
тельный процесс. Цвета предметов палочками не воспри-
нимаются. В колбочках содержится вещество — иодопсин,
не разлагающееся под действием света. Поэтому колбочки
действуют при относительно сильном освещении, когда
зрительный пурпур (родопсин) в палочках почти пол-
ностью распался. Колбочки образуют аппарат дневного
зрения, позволяющий видеть цвета и форму предметов.
Вещества — родопсин и иодопсин, обеспечивающие
нам зрение при различной освещенности, все время возоб-
новляются. 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 «привы-
кают», мы различаем окружающие предметы. Для того
чтобы глаз полностью «привык» и мог уже хорошо раз-
личать 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 па-
лочки, разлагает зрительный пурпур. Это разложение
под действием света представляет собой, сложную фото-
химическую реакцию, в результате которой в нервных
волокнах появляется некоторая электродвижущая сила,
которую можно регистрировать точными электроизме-
рительными приборами. Отдельными электрическими
17
импульсами световое раздражение передается от сетчатки
в мозг, где и происходит сложный процесс преобразова-
ния 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
Рис. 11. Изображение в глазе видимого предмета.
интересные операции. Глаза животных помещали в тем-
ной комнате. Затем на некоторое время поднимали
штору, закрывавшую освещенное окно. После этого осто-
рожно удаляли с задней стороны глазного яблока все
'части глаза, кроме сетчатки. На сетчатке увидели изобра-
жение окна светлым на пурпурном фоне. В таких же
условиях проводили другие опыты, когда в глазе живот-
ного сетчатку заменяли кусочком кинопленки. На кино-
пленке 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 располо-
жены в пространстве, и такими, какие они есть в дей-
18
ствительности. Мир мы видим объемно благодаря согла-
сованным действиям глаз и мозга.
Все же как относительно ни совершенен глаз, ему
присущи и некоторые недостатки. Например, очень мел-
кие предметы или мелкие детали предметов глаз не раз-
личает, потому что у него недостаточная разрешающая
способность (острота зрения) и недостаточная чувстви-
тельность при малых освещенностях. Разрешающая спо-
собность глаза ограничивается тем наименьшим углом
зрения, под которым мы еще различаем отдельные де-
тали 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 дол-
гого 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 темпера-
туры 1 см3 воды на 1° С) можно было бы накопить только
за 60 миллионов лет!
Но глаз не может видеть и при очень сильной осве-
щенности. Такое световое раздражение глаза, превыше-
ние которого вызывает чувство ослепления, называется
порогом ослепления.
Если лучистую энергию, поступающую при этом в
глаза, непрерывно накапливать, то всего лишь за 30 ми-
нут можно получить одну малую калорию тепла.
Из этих примеров следует, что при определенных
условиях глаз может воспринимать потоки световых лу-
чей, отличающиеся один от другого по силе в 500 мил-
лиардов раз! Понятно, что ни один, даже самый совер-
шенный, технический прибор не обладает такой особен-
ностью.
Для того чтобы расширить зрительные возможности
глаза, изобретено много оптических приборов (бинокли,
зрительные трубы, дальномеры, телескопы), которые по-
зволяют видеть объекты, удаленные от нас и на десятки
метров, и на миллиарды километров. В последнем случае
необходимо, конечно, чтобы объект наблюдения, напри-
мер звезда, был достаточно ярким.
19
3. ПОЧЕМУ МЫ ВИДИМ ОБЪЕМНО
Рис. 12. Условное изобра-
жение пространственного
расположения предметов.
1^огда убедились, что на сетчатке глаза получается пло-
скостное изображение предметов, естественно возник
вопрос: почему же мы видим пространственное (объем-
ное) распределение предметов, если в глазе на сетчатке
получается плоскостное изображение?
Пространственность, объем-
ность предметов в действительно-
сти мы можем не только видеть,
но и ощущать руками. Реальный
мир объемен. Суждение о про-
странственном соотношении пред-
метов выносится нами на основа-
нии опыта, общения с окружаю-
щим нас миром. Этот опыт мы на-
капливаем, начиная с того возра-
ста, когда лишь едва-едва осо-
знаем окружающую нас действи-
тельность. О пространственном
соотношении предметов мы >судим
также по таким признакам, как
видимая величина, линейная пер-
спектива, загораживание одного
предмета другим, наложение све-
та и тени, по знанию размеров от-
дельных предметов. А что это
именно так, можно убедиться, по-
следовательно рассматривая от-
дельные виды рисунка 12.
Вид А представляет собой не-
сколько сходящихся линий, пере-
сеченных в определенных местах.
Об объемности мы пока еще су-
дить не можем. На виде Б, допол-
ненном деталями, мы уже разли-
чаем взаимное расположение до-
ма, 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 че-
ловек находится ближе к нам, так как его размеры
20
значительно больше размеров дома. Если человека изо-
бразим на тротуаре (вид В) и соответственно умень-
шим его масштаб, мы тем самым как бы изменим рас-
стояние от нас до человека, в то время как в дей-
ствительности расстояние от нас до рисунка не из-
менилось.
Таким образом, мы на плоскостном чертеже, поль-
зуясь данными повседневного опыта, выработанными не-
заметно для нас самих навыками (так называемыми
условными рефлексами), по перечисленным выше при-
знакам судим о пространственном расположении пред-
метов.
Но не только в этом дело.
Объемно мы видим предметы главным образом по-
тому, что имеем два глаза, а не один. В подавляю-
щем большинстве случаев нормальное зрение осуществ-
ляется двумя глазами. Они позволяют полнее видеть
окружающий мир по широте и по глубине. Угол зре-
ния двумя глазами — около 180°, а одним глазом — око-
ло 110°.
Кроме того, двумя глазами воспринимается простран-
ство, глубина, рельефность предметов, то есть окружаю-
щий 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 сет-
чатки, представляющей предметы плоскостными. Именно
согласованное действие двух глаз и мозга создало воз-
можность ощущать глубину (объемность) видимого про-
странства. 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 располо-
жении. Правда, если предметы находятся в пределах
досягаемости наших рук, то мы и без глаз можем соста-
вить некоторое представление о них, ощупывая их паль-
цами. Но для удаленных предметов глаза являются един-
ственным средством для определения их пространствен-
ного расположения, а также величины, формы, цвета.
В этом случае глаза являются дальномерами.
3 Объемные изображения
21
То, что природа наделила человека и многих живот-
ных двумя глазами, несомненно, расширило возможности
видения. У человека и некоторых представителей живот-
ного 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 ку-
рицы. Она рассматривает предметы каждым глазом само-
стоятельно; оси зрения "у нее расположены не парал-
лельно.
Зрение двумя глазами названо бинокулярным зре-
нием, а зрение одним глазом — монокулярным. Биноку-
лярное зрение более полно, чем монокулярное.
Однако преимущество бинокулярного зрения перед
монокулярным сказывается лишь при рассматривании
близких предметов. Отдаленные предметы восприни-
маются одним и двумя глазами почти одинаково, необъ-
емно. Например, посмотрим на какую-либо звезду сна-
чала 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 чрезвы-
чайно важное обстоятельство. Оказывается, что некото-
рым местам сетчатки левого глаза соответствуют опреде-
ленные места сетчатки правого глаза. Такие места сетча-
ток левого и правого глаза называются корреспондирую-
щими (или соответствующими) точками. И вот если лучи
от предмета падают на корреспондирующие точки сетча-
ток правого и левого глаза, то их световое возбуждение
дает нам ощущение одного объекта в поле зрения. Опы-
тами 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).
22
Отсюда следует, что центральные ямки сетчаток яв-
ляются корреспондирующими (соответствующими) точ-
ками. Выяснено также, что корреспондирующими (соот-
ветствующими) точками на сетчатках правого и левого
глаза являются все те места сетчаток, которые располо-
жены 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 (несо-
ответствующими) точками. В этом случае у нас возни-
кает двойственное изображение предмета: одно изобра-
жение 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 конверген-
ции. Ясно, что если угол конвергенции равен нулю (т. е.
лучи попадают в глаз параллельно), то двойственность
изображения предмета исчезает. В том, что двойствен-
ность изображения существует, легко убедиться при чте-
нии этих строк. Всмотритесь в какое-либо слово в данной
строчке, ослабьте несколько мышцы глаз, и через неко-
торое 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 лу-
чами света, идущими от предмета, получается только на
левых или только на правых половинках сетчаток (счи-
тая от центральной ямки) и когда диспаратность неве-
лика, то вместо двоения у нас возникает уже новое, очень
важное восприятие. Оно заключается в том, что мы раз-
личаем большую или меньшую удаленность данного пред-
мета от того предмета, изображение которого падает на
3*
23
корреспондирующие точки сетчаток. Таким образом,
наличие диспаратных (несоответствующих) точек на сет-
чатках обоих глаз при рассматривании пространственных
предметов создает ощущение глубины пространства,
объемности.
Как это получается, схематически показано на ри-
сунке 13. Рассмотрите его внимательно. Если левый глаз
Рис. 13. Схема, объясняющая сущ-
ность объемного видения: 1, 2 —
левый и правый глаз, а\ и а2 — изо-
бражение точки А в левом и пра-
вом глазе, когда оба глаза фикси-
руют точку А; 61 и б2 (диспарат-
ные точки) — изображение точки
Б в левом и правом глазе, когда
глаза фиксируют точку А,
(1) и правый глаз (2) фиксируют некоторый предмет А,
то его изображение в левом глазе будет в точке 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 и б2 — диспа-
ратные точки, они обе лежат в левых половинках обеих
сетчаток.
В этом случае мы увидим предмет Б лежащим не в
плоскости предмета Л, а в другой плоскости, несколько
ближе к нам, чем предмет А.
24
Видим ли мы предмет Б ближе или дальше предмета
А, это зависит от разности тех углов I и II, которые
образуют лучи, исходящие от предметов А и Б и попадаю-
щие в оба глаза.
Рассматривая еще раз внимательно рисунок 13, мы
заметим, что изображение предметов А и Б в одном глазе
немного отличается от изображения этих же предметов
в другом глазе. Именно это незначительное несоответствие
изображений предметов А и Б на сетчатках обоих глаз
и дает нам возможность судить об относительной уда-
ленности этих предметов или частей их друг от друга,
а следовательно, и видеть их объемно, рельефно, про-
странственно.
Не следует, однако, думать, что слияние двух пло-
скостных, слегка разнящихся изображений на сетчатках
в одно объемное, глубинное изображение является про-
стым физиологически-механическим процессом в наших
глазах. В действительности объемное восприятие пред-
метов является результатом сложного процесса, обуслов-
ленного строением глаз, нервной системы и мозга и их
взаимодействием. Еще не все детали этого процесса вы-
яснены. Исследования этого процесса продолжаются уче-
ными 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 плоско-
стные 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 ви-
дим окружающий нас мир и почему мы его видим
объемно.
Видеть объемно, а не на плоскости, природу и пред-
меты не удивительно, потому что все нас окружающее
расположено не на плоскости, а в пространстве, в объеме.
А вот как плоскостный фотоснимок сделать объем-
ным? 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).
25
Стереопару снимают или за один раз специальным
фотоаппаратом, имеющим два объектива, или обыкно-
венным фотоаппаратом, делая второй снимок, передви-
нувшись вправо или влево, например, на расстояние,
равное среднему расстоянию между глазами взрослого
человека, то есть на 54—72 мм. Полученные таким об-
разом два снимка одного и того же предмета (стерео-
Рис. 14. Схема зеркального стереоскопа:
1—глаза зрителя, 2—зеркала, 3 и 4 —
изображения стереопары, 5 — видимое в
стереоскопе объемное изображение.
пару) рассматривать надо не отдельно каждый, а сразу
оба, вместе, одновременно, но каждым глазом в отдель-
ности. В этом случае в нашем сознании создается объем-
ное, пространственное, стереоскопическое изображение
предмета. Такое свойство наших органов зрительного
восприятия (включая и мозговой аппарат) широко ис-
пользуется в современной технике объемного (стерео-
скопического) видения. Например, стереокино дает нам
возможность воспроизводить необъемные картины на
плоскостном экране не в двух, а в трех измерениях, зри-
тель их видит объемными, то есть пространственными,
26
рельефными. Но рассматривать стереопару надо при по-
мощи специального прибора или экрана.
Крупным и интересным событием в области воспро-
изведения из плоскостных рисунков объемных изобра-
жений, давшим начало практической стереоскопии, яви-
лось изобретение стереоскопа в середине XIX века. Сте-
реоскоп — простое оптико-механическое устройство, поз-
воляющее нам видеть объем при рассматривании пло-
скостных 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 — види-
мое в стереоскопе объемное изображение, 6 — дер-
жавка стереопары, 7 — направляющая планка для
державки.
к другу. Перед одним из этих зеркал устанавливалось
изображение предмета (3) в том виде, в каком оно вос-
принималось только левым глазом; перед другим зерка-
лом устанавливалось такое же изображение (4) для
правого глаза. Оба эти изображения освещались. Первое
изображение (3), отражаясь от зеркала, попадало в ле-
вый глаз наблюдателя, а второе (4) одновременно —
в правый глаз. В результате такого рассматривания двух
изображений одного и того же предмета у зрителя воз-
никало только одно изображение (5), имеющее уже
объем, пространственность.
В дальнейшем конструкция стереоскопа была усо-
вершенствована. Зеркала были заменены или линзами,
27
или преломляющими призмами (рис. 15). В таком сте-
реоскопе посредством или линз, или преломляющих
призм направление световых лучей изменяется так, что
от левого и правого изображения лучи попадают соот-
ветственно в левый и правый глаз зрителя. В результате
одновременного наблюдения двух плоскостных изобра-
жений 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 не-
сколько примеров. Недавно обнаружили пару неболь-
ших, почти одинаковых картин, написанных неизвест-
ным художником несколько сот лет назад. Было уста-
новлено, что если эти две картины рассматривать так,
как это делается в стереоскопе, то они дают стереоско-
пический эффект, то есть наблюдается объемность изоб-
ражения. Пока не удалось достоверно установить, были
28
ли эти картины созданы специально для наблюдения сте-
реоскопичности 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 каж-
дым глазом в отдельности, и даже описал изображения
стереопар.
Вопросами усиления рельефности и объемности, фи-
зиологической оптики, движения зрачка и проч, зани-
мался также величайший художник и ученый эпохи Воз-
Рис. 17. Способ объемного видения без
стереоскопа.
рождения Леонардо да Винчи. Самым главным в живо-
писи 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 сна-
чала 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 предназначен-
ное изображение. Их и рассматривают в стереоскоп. Но
и без стереоскопа этого можно добиться, поставив, на-
пример, между глазами небольшой лист бумаги, картона
или просто руку (рис. 17). При рассматривании стерео-
29
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 глу-
бины 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 прос-
тым способом. На рис. 18 показаны два черных кружка
(расстояние между ними примерно 60—65 мм). Всматри-
ваясь в этот рисунок, отодвинув его от себя на некоторое
расстояние и несколько скосив глаза, стараясь при этом
Рис. 19. Как можно видеть объем-
но кубик без стереоскопа.
каждым глазом видеть свой рисунок, можно заметить, что
изображения черных кружков начинают как бы плыть на-
встречу 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 рассматри-
вать такие рисунки, являющиеся стереопарой, без стерео-
скопа.
После некоторой тренировки можно таким же обра-
зом рассматривать более сложные рисунки-стереопары,
например кубик (рис. 19), получая при этом стереоско-
пический эффект.
30
Получение стереоскопического эффекта без стерео-
скопа 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 по-
лучить наилучший стереоскопический эффект.
Будут ли объемные изображения одинаковы по каче-
ству от стереопар, заснятых на различных расстояниях
от предметов (вблизи и вдали)?
Нет, не будут. Стереоскопический эффект от стерео-
пар будет различный. Почему? Выше мы объяснили, что
если зрительные оси почти параллельны, то объемного
изображения не будет, так как левый и правый глаз ви-
дят одинаковые изображения предметов. Так как рас-
стояние между глазами, называемое базисом, колеблется
у человека от 54 до 72 мм, то при рассматривании уда-
ленных предметов угол конвергенции становится чрез-
вычайно малым и практически одинаковым для всех
очень удаленных предметов. Поэтому при больших рас-
стояниях предметы кажутся нам нерельефными и лежа-
щими 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 фотогра-
фируемые предметы.
Для того чтобы улучшить стереоскопический эффект
от отдаленных предметов, необходимо расстояние между
объективами при съемке увеличить. Вообще надо заме-
тить, что в зависимости от характера снимаемого объекта
и расстояния до него съемочный базис должен изме-
няться: чем дальше снимаемый объект, тем больше дол-
жен быть съемочный базис (расстояние между объек-
тивами фотоаппарата).
По целому ряду литературных источников и на основе
практических данных съемочный базис связывают с рас-
стоянием до снимаемого объекта (Р) и принимают, что
в большинстве случаев съемочный базис (Бс) может быть
равен:
50 *
31
Кроме того, известно, что восприятие объемных изо-
бражений, ощущение пространственности зависят не
только от условий съемки, но и от физиологических осо-
бенностей 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 ба-
зисе 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 сле-
дить за тем, чтобы в поле изображения не попадали
близко расположенные предметы. При съемке малых
объектов приходится не увеличивать, а, наоборот, умень-
шать съемочный базис.
Стереосъемка с очень малого расстояния представ-
ляет весьма интересный метод, который можно приме-
нять как для научных, так и для любительских целей.
Так, например, при рассматривании стереоскопических
снимков кристаллов, насекомых, растений, мелких де-
талей они получаются четкими и рельефными. При
съемке малых объектов на близком расстоянии съемоч-
ный базис значительно сокращается и может во многих
случаях, в зависимости от размеров снимаемого объекта,
доходить до нескольких миллиметров и меньше. При сте-
реосъемке на близких расстояниях для обеспечения не-
обходимой глубины резкости приходится очень сильно
диафрагмировать объективы при экспонировании.
При съемках предметов для получения их затем в
натуральную величину базис съемки можно принять рав-
ным половине нормального расстояния между глазами
человека, то есть примерно 30—32 мм.
Весьма существенным элементом стереоскопической
фотографии, от которого зависит качество и полнота про-
странственного восприятия наблюдаемых объектов при
рассматривании стереоскопических изображений, яв-
ляется размер стереокадра. Чем выше разрешающая спо-
собность пленки, тем, очевидно, с большими подробно-
стями, более детально можно воспроизвести объемные
изображения объектов. При определенной разрешающей
способности пленки (ее эмульсионного слоя) стерео-
32
кадр меньшего размера воспроизводит снимаемый
объект с меньшим числом деталей по глубине. Кроме
того, размер стереокадра зависит от фокусного расстоя-
ния съемочного объектива. С увеличением фокусного рас-
стояния объектива увеличивается и формат стереокадра.
При съемке на обычную кинопленку объективом с
фокусным расстоянием 50 мм формат стереокадра с по-
перечником в 36 мм можно считать приемлемым. Сте-
реоскопические 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. Пер-
вые 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 пред-
меты плоскостными (в двух измерениях), без глубины,
без объемности.
Перед учеными и инженерами возникла задача: сде-
лать кинокартины стереоскопическими, то есть объем-
ными. Решить эту задачу оказалось нелегко. Правда,
знание устройства и работы человеческого глаза и изо-
бретение стереоскопа облегчали положение. Помогли
также другие изобретения. Так, например, еще в 1854 г.
мастер живописного цеха Александровский изобрел фото-
аппарат, 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 фо-
тографии» № 12 было опубликовано изобретение
П. П. Соколова — безочковая стереоскопия при помощи
гофрированной светочувствительной поверхности.
33
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 стерео-
пары только одно, предназначенное для него изобра-
жение.
Если эти условия будут выполнены, то на сетчатке
каждого глаза у зрителя, как и при рассматривании
предмета в натуре, возникнут свои изображения, кото-
рые, будучи переданы мозгу, создадут впечатление глу-
бины, 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 кад-
рами. 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 кинокар-
тина, и расстояние экрана от зрителя.
Съемку стереокинофильмов можно производить:
1) двумя аппаратами, установленными друг от друга на
определенном расстоянии; 2) одним аппаратом, имею-
щим два объектива; 3) обычным киносъемочным аппа-
ратом, снабженным специальным приспособлением — сте-
реонасадкой; подобные насадки должны быть сделаны
также и для кинопроекционных аппаратов.
Найдено, что более полноценный стереоскопический
эффект получается в том случае, если при съемке кино-
фильма расстояние между объективами съемочного аппа-
рата изменяют (делают его или меньше, или больше
63—65 мм — среднего расстояния между глазами у че-
ловека) 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
34
предмет, находящийся в бесконечности, зрительные оси
глаз, направленные на этот предмет, практически па-
раллельны друг другу. Для воспроизведения на экране
этого предмета необходимо, чтобы на экране расстоя-
ние между одноименными (соответствующими) точками
предмета равнялось базису зрения человека —
63—65 лш, то есть расстоянию между глазами человека.
Тогда при правильном рассматривании этих точек на
экране зрительные оси глаз также пересекутся в беско-
нечности.
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 опре-
деленное 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 уменьше-
нии и на пленке. До сих пор никакими расчетами и опыт-
ными исследованиями величина расстояния между одно-
именными точками изображения, находящегося в беско-
нечности, 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 дру-
гого (они сняты с разных точек зрения).
35
Сольются ли при этом на экране все одноименные
точки? Нет, не все одноименные точки правого и левого
изображения стереопары сольются; часть из них сдви-
нется в одну сторону, а часть — в другую. Что же в этом
случае увидит зритель? Он будет видеть точки в раз-
личных 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 сте-
реопары не накладываются на экране одна на другую, то
такие точки зритель воспринимает как находящиеся или
перед экраном (рис. 20, 6), или за экраном (рис. 20, в).
Рассмотрим пример, когда точка воспринимается зри-
телем как висящая в воздухе перед экраном. Допустим,
что левый глаз видит на экране проекцию левого изо-
бражения стереопары справа от проекции одноименной
точки правого изображения, а правый глаз, наоборот,
видит проекцию одноименной точки правого изображе-
ния слева от проекции той же точки левого изображе-
ния. Впечатление же о пространственном положении
этой точки будет создаваться не в точках а\ и а2, а на
пересечении зрительных осей глаз, то есть в точке Д2
(рис. 20, б). Зритель будет ее видеть как бы висящей пе-
ред экраном. Если же левый глаз видит проекцию какой-
либо точки левого изображения слева от проекции той
же точки правого изображения, то зритель будет воспри-
нимать эту точку как находящуюся не на экране и не
в точках «1 или а2, а на пересечении зрительных осей
глаз, то есть за экраном в точке А3 (рис. 20, в).
Таким образом, положение точек в пространстве бу-
дет определяться сдвигом, то есть величиной несовпа-
дения 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 совме-
щении на экране не совпадает на сетчатке правого и ле-
вого глаза. Именно это и дает возможность ощущать глу-
бину изображенных предметов и их местоположение.
Как правило, сдвиги точек должны быть меньше сред-
него базиса человеческих глаз. Исключением являются
56
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
Рис. 21. Схема зеркальной насад*
ки к однообъективной киносъемоч-
ной камере.
теоретически и экспериментально. Так, например, при
проекции на большой стереоэкран (размером 3 X 5 м)
опытного фильма, заснятого для лабораторного экрана
размером 70 X Ю0 см> наблюдалось искажение простран-
ства.
Необходимость стереокиносъемки с переменным бази-
сом объясняется также и тем, что, кроме постоянного
расстояния между глазами, зритель, рассматривая пред-
мет, 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 аппа-
4 Объемные изображения
37
ратуру с одним объективом. Изменение расстояний
между стыком зеркал насадки и объективом камеры по-
зволяло производить съемку стереокинофильмов с пере-
менным базисом.
Находящиеся перед объективом киносъемочной ка-
меры два зеркала, расположенные под небольшим углом
друг к другу, делят пучок света на две части, в резуль-
тате чего на пленке вместо одного кадра получается два
кадра, то есть получается стереопара. Зеркала связаны
между собой шарниром.
Однако такая двухзеркальная насадка для однообъ-
ективной камеры обладает весьма существенными не-
достатками: большие краевые искажения; снижение раз-
решающей силы объектива к краям кадров; ухудшение
качества изображения за счет сокращения размеров
изображения стереопары; необычная
для кино конфигурация кадра —
квадратная или вытянутая по верти-
кали; фигуры, имеющие форму пря-
моугольника, изображаются на плен-
ке в виде трапеции. При проекции
двух таких трапеций на экран
(рис. 22) края кадров не совпадают
между собой, в результате чего
стерёоэффект наблюдается только
на узкой полоске А, расположенной
вертикально в центре экрана. На
всей же остальной части экрана
имеются большие линейные искаже-
Рис. 22. Схема совме-
щения двух изобра-
жений на экране: А—
место на экране, где
отсутствует верти-
кальный сдвиг.
ния, которые очень утомляют зрителя и почти не дают
стереоэффекта.
Чтобы устранить этот дефект, в стереолаборатории
Всесоюзного научно-исследовательского кинофотоинсти-
тута (НИКФИ) за последние годы проведена работа по
коренному усовершенствованию съемки и проекции сте-
реокинофильмов. Доказано, что стереокинофильмы
лучше снимать и показывать на экране аппаратами с
двумя объективами. В этом случае двухзеркальная на-
садка не нужна, а стереоэффект ощущается значительно
лучше.
На основе всестороннего анализа различных вариан-
тов размещения стереокадров на стандартной кино-
пленке по предложению Н. Д. Бернштейна и А. Г. Бол-
38
тянского был выбран более рациональный размер сте-
реокадра: 16X22 мм вместо 10ХЮ мм> применявше-
гося ранее.
Для такого размера разработаны и изготовлены
съемочные и проекционные киноаппараты. В качестве
Рис. 23. Кадры из стереокинофильма «Майская ночь».
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.
4*
39
Благодаря наличию двух систем призм в этой камере
можно получить на пленке два изображения, расположен-
ные одно над другим (рис. 23). Одной и той же парой
объективов можно производить съемку с различными ба-
зисами.
Рис. 24. Первая стереокиносъемочная двухобъек-
тивная 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 исполь-
40
зовался только один объектив с фокусным расстоянием
в 50 мм, в двухобъективной камере был подобран ком-
плект пар объективов с фокусными расстояниями 35,
50 и 75 мм. Каждая пара объективов снабжена приспо-
соблениями, которые позволяют одновременно наводить
их на фокус и диафрагмировать.
В результате камера стала более компактной, про-
стой 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, потребова-
лось разработать специальный механизм, протягивающий
пленку за 1 цикл на 38 мм вместо 19 мм в обычном кино-
аппарате. Пришлось также переделать и лентопротяж-
ный механизм киносъемочной камеры.
Чтобы облегчить работу оператора и режиссера, сде-
лана стереолупа (авторы Н. А. Овсянникова и А. Г. Бол-
тянский), позволяющая в процессе съемки видеть про-
странственную компановку кадра и правильно компано-
вать его в пространстве непосредственно во время репе-
тиций.
6. ДЕМОНСТРАЦИЯ СТЕРЕОКИНОФИЛЬМОВ
Стереокинофильмы не только требуется снимать осо-
бым 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 одно-
временно проецировать на экран. Если не принять спе-
циальных мер, то зритель на экране не будет видеть
объемность, глубину. Значит, кинокартина зрителю пред-
ставится плоскостной, как и обыкновенная, но с двое-
нием контуров отдельных объектов.
Чтобы создать на экране объемность, необходимо
стереоизображения разделить. Что значит разделить сте-
реоизображения? Это значит заставить каждый глаз зри-
теля (левый и правый) видеть на экране только то изо-
бражение стереопары, которое предназначено для него,
и не видеть того изображения, которое предназначено
для другого глаза. Иначе говоря, левый глаз должен
41
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 спосо-
бов. Например, кинопленку пропускали через обычный
однообъективный проектор с различными приспособле-
ниями, а для получения стереоэффекта пытались исполь-
зовать стереоскоп и специальные очки. Пробовали до-
биться стереоэффекта (А. К. Кауфман) путем различного
размещения стереопары:
1) по горизонтали, как в обычном стереоскопе;
2) одно изображение против другого на двух парал-
лельных друг другу экранах, как в зеркальном стерео-
скопе;
3) одно изображение над другим по вертикали.
Наиболее удачным оказалось расположение изобра-
жений 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 изо-
бражений для правого и левого глаза. Для рассматри-
вания таких стереопар Кауфман предлагал перед каж-
дым зрительским местом устанавливать неподвижно
стереоскоп. Но. это громоздко и неудобно для зри-
телей.
Вместо стереоскопа Б. Т. Иванов предлагал устанав-
ливать перед каждым зрителем стереоскопические очки,
которые зритель мог регулировать 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 спе-
циальных 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 представ-
ляли собой светофильтр цветной или поляроидный. Сна-
чала такие очки снабжались специальными заслонками
(обтюрационный метод стереокино) или цветными свето-
фильтрами (метод цветных анаглифов). Затем появились
очки с поляроидами, или поляризационными фильтрами
(поляризационный метод стереокино).
42
Метод цветных анаглифов — это разделение двух изо-
бражений, совмещенных одно с другим, при помощи
цветных очков, одеваемых зрителем во время сеанса.
Чтобы при помощи цветных очков зритель видел кино-
картину объемной, левое и правое изображения стерео-
пары окрашивают в разные цвета. Например, правое изо-
бражение окрашивают в красный цвет, а левое — в зеле-
ный. 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, каж-
дый глаз видит только предназначенное для него изо-
бражение.
Но у анаглифического метода стереокино есть очень
серьезный недостаток: при помощи цветных очков нельзя
смотреть цветные стереокинофильмы. Весь цветной
эффект пропадает: цветная кинокартина восприни-
мается зрителем как обычная бело-серая. Именно по-
этому, помимо ряда других причин, анаглифический ме-
тод 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. Исследо-
вания в этом направлении ведутся.
Поляризационный метод стереокино основан на раз-
делении двух изображений, предназначенных для правого
и левого глаза, путем так называемой поляризации све-
товых лучей.
Что такое поляризация света?
Светящееся тело излучает электромагнитные колеба-
ния, происходящие во всех плоскостях. Такой свет назы-
вается естественным или неполяризованным. Но можно
получить луч света, в котором колебания происходят в
одной плоскости. Такой свет называется поляризован-
ным.
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-
43
мощи веществ-поляризаторов. Обычно поляризации света
достигают или пропусканием световых лучей через
двоякопреломляющий кристалл, или через специальные
поляризующие свет пленки (поляроидные пленки). Сде-
лать поляроидную пленку нетрудно. Для этого в целлу-
лоидную 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 сте-
реокинокартин?
Для того чтобы зритель при помощи поляроидов ви-
дел 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 пло-
скости, а правый — в горизонтальной. Зрителей снабжают
поляроидными очками, в которых левое стекло будет
задерживать лучи, поляризованные в горизонтальной
плоскости, а правое — лучи, поляризованные в верти-
кальной плоскости. Если теперь проецировать на экран
стереопару, то зритель, надев очки, увидит каждым гла-
зом 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 кине-
матографии имеют серьезные недостатки: большие све-
товые 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 поляриза-
ционному методу при массовом ее осуществлении встре-
чает ряд неудобств.
В настоящее время для демонстрации стереокино-
фильмов вместо очков применяются растры, устанавли-
ваемые перед экраном так, что зритель их не замечает.
Как это делается, мы сейчас и расскажем.
44
7. РАСТРЫ
Значительно более совершенными в своей принци-
пиальной основе являются безочковые методы сте-
реоскопического кинематографа, основанные на разде-
лении изображений для обоих глаз у самого экрана. Без-
очковые методы стереокино не требуют применения раз-
личного вида индивидуальных приспособлений.
Идея разделения изображений в непосредственной
близости от экрана возникла еще в конце XIX века. Уче-
ными и изобретателями предлагалось множество кон-
струкций таких экранов, которые позволяли без приме-
нения каких-либо индивидуальных приспособлений ви-
деть каждым глазом раз-
дельно изображения сте-
реопары. | И И И И
Предлагавшиеся конст- I И И И И И
рукции таких экранов пре- I И И И И И
дусматривали использо- И И И И И
ванне специальных реше- I И И И И И
ток, получивших название I И И И И И
растров, которые уста- I И И И И И
навливались перед обыч- I И И И И
ным экраном.
Структура таких реше-
ток, или растров, Может Рис. 25. Параллельный растр,
быть различной. Для
целей стереокино растры впервые практически приме-
нены в СССР. Советские ученые и изобретатели в этом
отношении сделали очень много.
Растры могут быть нескольких типов: 1) параллель-
ные (линейные или щелевые) и 2) радиальные (линзо-
вые или перспективные).
Разделение изображений стереопары посредством па-
раллельного растра получается следующим образом.
Перед обычным киноэкраном, представляющим собою
диффузно отражающую поверхность, устанавливают
растр (решетку), состоящий из черных светопоглощаю-
щих полос (рис. 25), расположенных параллельно одна
другой. Такая решетка называется параллельным свето-
поглощающим растром. Сочетание растра с диффузно-
отражающей поверхностью экрана и представляет собою
стереоэкран.
45
Из какой-либо точки пространства на такой экран по-
падает пучок света. Часть световых лучей, дойдя до уста-
новленного перед экраном растра (рис. 26), поглотится
его черными полосами, а часть пройдет между ними и
образует на экране узкие световые полосы, расположен-
ные так же, как и полоски растра, то есть параллельно
друг другу.
Рассматривая с определенной позиции полученные на
экране светлые полосы одним глазом, находящимся не-
Рис. 26. Проекция через параллельный светопоглощающий
растр с одним источником света.
сколько ниже или выше источника света, заметим, что
черные полосы растра не будут мешать наблюдению свет-
лых 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 ча-
стично перекрывать светлые полосы на экране. И, нако-
нец, 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
46
полосы растра. Экран в этом случае будет казаться нам
неосвещенным.
Таким образом, путем несложного устройства, то есть
установкой перед обычным экраном решетки с парал-
лельными черными полосами, можно, в зависимости от
Рис. 27. Проекция через параллельный светопоглощающий
растр с двумя источниками света.
положения зрителя, видеть одним глазом весь экран осве-
щенным 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 распо-
ложились между светлыми полосами от другого источ-
ника света. Тогда, перемещая голову вправо или влево,
47
так же как и в первом случае, можно найти такое поло-
жение, из которого один глаз будет видеть на экране
через щели растра все полоски только от одного источ-
ника света, а другой глаз — все полоски только от вто-
рого источника света.
Если окрасить источники света, например, для пра-
вого глаза в зеленый цвет, а для левого глаза в крас-
ный 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 изо-
бражения стереопары. Тогда зритель из определенной
позиции (назовем эту позицию зоной объемного виде-
ния) будет каждым глазом видеть на экране полосы
только одного, для данного глаза предназначенного изо-
бражения. Изображение для правого глаза не будет ме-
шать 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 окру-
жающего нас мира, два различных изображения, полу-
ченные на сетчатках глаз, создадут единое объемное изо-
бражение. 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 кото-
рого происходит разделение изображений стереопары
для каждого глаза.
Следует добавить, что при перемещении головы зри-
теля 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 сте-
реопары. Таким образом, каждую светлую полосу на
экране не обязательно рассматривать из зала только че-
рез 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 ви-
деть объемное изображение.
Стереоэкран с параллельным растром впервые дал
возможность осуществить безочковое объемное восприя-
48
тие 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, теле-
видении, в полиграфии при осуществлении рисунков в
Рис. 28. Один и тот же элемент изображения можно видеть
через различные щели растра.
книгах, плакатах, для аэрофотосъемки и других целей,
где нет необходимости наблюдения стереоэффекта одно-
временно большим числом зрителей. Основное достоин-
ство стереоэкрана с параллельным растром — возмож-
ность наблюдения объемных изображений без каких-либо
приспособлений для каждого зрителя. Это было пол-
ностью использовано при создании нового стереокино-
экрана с радиальным растром.
Стереоэкран с радиальным растром отличается от
экрана с параллельным растром тем, что светопогло-
щающие полосы располагаются не параллельно, а ра-
диально, веером, сходясь в одной точке О (точка схода),
49
расположенной ниже экрана (рис. 30). Такое располо-
жение 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
Рис. 29. Различные варианты организации стереоскопиче-
ской проекции при помощи параллельного растра.
в перспективе; вот почему радиальный растр еще назы-
вают перспективным растром. При этом его характер-
ной особенностью является равное расстояние между
черными или светлыми полосами в любом данном гори-
зонтальном сечении экрана.
Благодаря такому устройству экрана зоны объемного
видения располагаются в зрительном зале также ра-
диально, веером, сходясь в точке схода полос растра.
Такое расположение зон позволило организовать стерео-
проекцию почти в каждом зрительном зале, если его вы-
50
сота позволяет подвесить стереоэкран на соответствую-
щем 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 устра-
нена видимость черных полос растра, мешавших зрителю.
Рис. 30. Схема построения светопоглощающего лин-
зового радиального растра: t (шаг элементов раст-
ра) — величина постоянная по всему горизонту;
О — точка схода элементов растра.
Советский изобретатель стереокино С. П. Иванов пред-
ложил установить такую ширину черных полос радиаль-
ного растра, чтобы на определенном расстоянии от
экрана глаз не мог рассмотреть каждую полосу в от-
дельности, чтобы все полосы растра сливались как бы
в один общий фон. Этого можно достичь лишь тогда,
когда ширина черных полос растра находится за пре-
делами 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.
51
Выполнение такого экрана потребовало немало труда и
изобретательности. Достаточно сказать, что для устрой-
Рис. 32. Различные варианты размещения источника света:
а — выше точки схода, б — ниже точки схода, в — на уровне
точки схода.
ства около 2000 черных светопоглощающих полос растра
потребовалось уложить в строго определенном порядке
52
и натянуть до 150 000 метров тонкой эмалированной про-
волоки, которая не была видна даже первому ряду зри-
телей.
Для того чтобы из отдельных проволочек составить
каждую черную полосу растра, были разработаны спе-
циальные 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 аудито-
рии в зрительном зале на 400 мест (рис. 33). Показ сте-
реокинофильмов при помощи перспективного растра
Рис. 33. Продольный разрез зрительного зала стереохинотеатра
«Москва».
явился крупнейшим достижением советской кинотехники.
Однако советские ученые и изобретатели не останови-
лись 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 об-
легчить изготовление растра, был разработан и осущест-
влен линзовый перспективный растр.
В отличие от только что описанного растра линзо-
вый 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
5 Объемные изображения 53
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 все-
му горизонту, О — точка схода всех линз растра,
Рис. 35. Получение линзы для ради-
ального растра.
Каждая линза представляет собою как бы полоску,
срезанную с поверхности конуса (рис. 35). Эти линзы,
уложенные на плоскую прозрачную поверхность (напри-
мер, стекло), и образуют линзовый растр.
Теория и опыт доказывают, что замена щелей растра
соответствующими линзами в принципе не меняет сущ-
54
ности такого растра, то есть линзовый растр, так же как
светопоглощающий, позволяет организовать для зрителя
стереоскопическую проекцию без применения индиви-
дуальных приспособлений (рис. 36).
Как же работает линзовый радиальный растр?
Через линзу с конической поверхностью проходит
пучок света от точечного источника. На отражающей по-
верхности стереоэкрана получается светлая узкая линия
Рис. 36. Схема образования нескольких зон объемного ви-
дения при помощи линзового растра.
(рис. 37, справа). Так же как и через щель параллель-
ного 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 источ-
ника пройдет через линзы, образуя на экране соответ-
5*
55
ствующую 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 опре-
деленных позиций — так называемых зон объемного ви-
дения (рис. 38).
Рис. 38. Условное изображение пары зон объемного
видения для левого и правого глаза. Б3р—базис
зрения.
Если вместо точечного источника света послать на
экран широкий пучок лучей, выходящий из киноаппарата
56
с объективом, имеющим определенные фокусное рас-
стояние и светосилу, и направить его через ту же линзу
на экран, то на экране получим светлую полосу значи-
тельно большей ширины (рис. 37, слева). С расширением
светлой полосы от каждой линзы на экране соответ-
ственно увеличивается и ширина зон объемного виде-
ния.
Таким образом, линзовый стереоэкран можно пред-
ставить себе как некоторую прозрачную поверхность (на-
пример, 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 уста-
новлен под некоторым углом к плоскости растра.
Если наблюдать все светлые полосы на экране через
линзы, образовавшие эти полосы, то даже при наруше-
нии размеров поперечников линз все светлые полосы на
экране будут видны при одновременном рассматривании
их из определенной позиции. Но зрители обычно наблю-
дают 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 по-
казал, что в этом случае незначительные отклонения от
заданного расположения линз на стереоэкране и их ве-
личины приводят к нарушениям стереоэффекта. При
этом чем больше мы будем отклоняться в сторону от
центральных зон, тем большие нарушения будут наблю-
даться в распределении света в зонах.
Первоначальная технология изготовления линзовых
растров впоследствии была значительно усовершенство-
вана. На основе накопленного за эти годы опыта коллек-
тив Стереолаборатории НИКФИ (по предложению
А. Г. Болтянского) разработал более совершенную тех-
нологию изготовления линзовых растров.
По новой технологии изготовлен стереоэкран с лин-
зовым растром; этот экран имеет более высокий коэффи-
циент разделения изображений. В январе 1952 г. этот
57
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, зна-
чительно снизилась. Высокий коэффициент разделения
изображений был достигнут главным образом за счет
более точного изготовления линз растра.
Лучшее разделение изображений для правого и ле-
вого глаза нового стереоэкрана не только повысило ка-
чество демонстрации фильмов, но и уменьшило утомляе-
мость зрителя, облегчило нахождение зрителем правиль-
ной позиции.
Затем линзовые стереоэкраны были установлены в
Киеве и Ленинграде. С учетом особенностей зритель-
ных залов стереокинотеатров в этих городах были рас-
считаны профили линз растра. На основе этих расчетов
Стереолабораторией НИКФИ (Б. Т. Иванов, В. А. Дер-
жавин, Е. Н. Бушуева и др.) были изготовлены стерео-
экраны с линзовыми растрами повышенного качества.
8. ЗОНЫ ОБЪЕМНОГО ВИДЕНИЯ
Мы уже говорили о том, что для получения лучшего
стереоскопического эффекта в зрительном зале ки-
нотеатра необходимо перед отражающей поверхностью
(обычный киноэкран) установить радиальный растр.
Этот растр в зрительном зале образует серию радиаль-
ных световых зон. В этом случае расстояние между па-
рами зон для правого и левого глаза изменяется по всей
длине зрительного зала так, что оно постепенно возра-
стает 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 зритель-
ного зала, представляющего собою как бы клиновидное
тело. В связи с тем, что светлые полосы от радиального
растра располагаются на экране радиально, веером, ука-
занные выше клиновидные тела также будут располо-
жены в зрительном зале радиально, веером. Следова-
тельно, увидеть одновременно все светлые полосы на
58
экране через соответствующие линзы можно только
тогда, когда глаз зрителя будет находиться в месте пере-
сечения всех клиновидных тел. На рис. 39 показано
пересечение двух крайних клиновидных тел. Сечение кли-
новидных 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 стереоско-
пической проекции принимать во внимание только край-
ние клиновидные тела, так как все остальные клиновид-
ные тела, безусловно, будут проходить через указанное
сечение крайних клиновидных тел. Пересечение крайних
клиновидных тел и будет ограничивать собою зону объем-
ного видения, из пределов которой весь экран можно уви-
деть 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 каж-
дым глазом то изображение, которое для него предназ-
начено, не обязательно помещать глаза в центре зон.
59
Можно видеть изображение на экране и с крайних уча-
стков зоны. Поэтому даже при радиальном расположе-
нии зон объемного видения в зале зритель может наблю-
дать стереоскопический эффект на различном расстоянии
от экрана.
На рисунке 41 показано сечение зон на различном
расстоянии от экрана. Из этого рисунка видно, что зри-
тель может наблюдать стереоскопический эффект как с
первого, так и с последнего ряда. Правда, глаза зрителя
Рис. 40. Зоны объемного видения в перспективе.
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 стереоско-
пического кинофильма находится зритель средних ря-
дов, 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.
60
В худших условиях находятся зрители первых и по-
следних рядов, так как здесь базис глаз зрителя не со-
впадает 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 рас-
стояния зрительного места до экрана. Б3р—
расстояние между глазами зрителя.
головы в ту или иную сторону, так как даже небольшое
передвижение головы уничтожает стереоэффект.
Исследованиями по физиологии восприятия объем-
ных изображений установлено, что разность в освегцен-
61
ности правого и левого изображения допустима до 30%*
Поэтому наблюдение стереоскопического эффекта допу-
стимо 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 затрудни-
тельно, нежели для зрителей средних рядов.
В зависимости от положения источника света для пра-
вого и левого изображения образуются две самостоятель-
ные серии зон. Расстояние между отдельными зонами в
зрительном зале определяется поперечником линз растра
и их фокусным расстоянием. Чем короче фокусное рас-
стояние линз растра, тем больше расстояние между зо-
нами в зрительном зале.
Следовательно, фокусное расстояние линзовых
элементов растра надо рассчитывать так, чтобы в зри-
тельном зале можно было получить возможность обеспе-
чить расстояние между парами зон для левого и пра-
вого глаза, превышающее максимальный базис челове-
ческого 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 пропа-
дает. Более того, зритель может оказаться в таком по-
ложении, когда его левый глаз будет видеть изображе-
ние 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 находящи-
мися непосредственно перед ним и, наоборот, предметы,
которые должны находиться близко к зрителю, будут
казаться расположенными вдали. Все это приводит к из-
лишнему утомлению зрителя и к невозможности восприя-
тия нормального стереоэффекта на экране.
Для обеспечения необходимого расстояния между
правой и левой зонами выбирают соответствующее рас-
стояние между источниками света (центрами проекцион-
ных объективов).
При выполнении всех указанных условий все зрители
в пределах значительной части зала (несколько превы-
шающей половину всей площади зала) будут наблюдать
на экране стереоскопический эффект (рис. 42 и 43).
62
Радиальный растр в отличие от параллельного по-
зволяет 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 ки-
нотеатра «Стереокино».
чтобы помещение было достаточно высоким, позволяю-
щим подвесить стереоэкран таким образом, чтобы пло-
скость, проходящая через центры объективов обоих кино-
аппаратов и точку схода линз растра, находилась от пола
63
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, кристал-
лографии, фотографии, архитектуре, строительстве, аэро-
фотосъемке 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 уто-
мительно 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. Осо-
бенно 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 монокуляр-
ный компаратор. В последнее время создан более совер-
шенный прибор — стереокомпаратор. Он предназначен
64
для сравнения почти одинаковых изображений, с целью
выяснения имеющихся в них различий. Стереокомпара-
тор часто применяют в астрономии для сравнения двух
снимков с одного и того же участка звездного неба, сде-
ланных через некоторые промежутки времени. Делать
снимки неодновременно необходимо для создания стерео-
скопического базиса, так как за это время Земля прохо-
дит определенное расстояние при своем движении по
орбите вокруг Солнца. Благодаря этому обнаруживается
смещение небесных тел.
Наблюдение в стереокомпараторе производится обо-
ими глазами, причем каждый глаз рассматривает только
одну фотографическую пластинку, предварительно про-
явленную и фиксированную. Пластинки устанавливаются
таким образом, чтобы изображения несместившихся объ-
ектов 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, уточ-
нять траектории движения небесных тел. При рассмат-
ривании 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. Гро-
мадные расстояния от Земли до планет и звездных си-
стем требуют производства снимков с большим стерео-
скопическим базисом. За такой базис берется перемеще-
ние Земли в пространстве за определенный промежуток
времени. Например, при фотографировании Сатурна бе-
рут в качестве базиса суточный путь Земли, равный
1,7 млн. км.
Стереокомпаратор приносит большую пользу при рас-
шифровке аэрофотоснимков. Например, во время Отече-
ственной войны при помощи стереокомпаратора обнару-
живали замаскированные огневые точки врага, а в мир-
ное 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 непо-
средственных измерений. Объемное видение здесь по-
могло создать специальный прибор — стереоскопический
65
дальномер. Это длинная двойная труба; в фокальных
плоскостях объективов помещены стекла, снабженные
рядом небольших меток клинообразной формы, над ко-
торыми поставлены числа. Эти метки представляют два
стереоскопических изображения значков, расположенных
в пространстве на различных расстояниях от наблюдаю-
щего. Когда наблюдающий обоими глазами смотрит
через прибор на местность, он видит уходящий вдаль ряд
значков, висящих над местностью. Замечая, между ка-
кими значками лежит или с каким значком совпадает
наблюдаемый объект, непосредственно определяют рас-
стояние до него. Определение расстояния тем точнее, чем
больше базис, то есть расстояние между объективами
на концах трубы. В современных дальномерах базис до-
стигает нескольких метров.
Стереоскопический дальномер широко применяют при
топографических съемках в труднодоступных местно-
стях, при проведении стрельб морской артиллерией и для
решения других задач.
Неоценимые услуги стереоскопия оказывает строи-
телям. Очень часто, для того чтобы представить себе
какое-либо проектируемое здание или сооружение, кроме
выполнения соответствующих чертежей и рисунков, из-
готавливают еще уменьшенные макеты или модели зда-
ний. Так, например, прежде чем приступить к постройке
Московского метрополитена, были созданы его макеты.
Большой наглядности и облегчения работ можно до-
стигнуть, если чертежи и рисунки проектируемых или ре-
конструируемых строительных сооружений изготовлять и
показывать стереоскопически. В некоторых случаях они
могут заменить дорогостоящие и трудновыполнимые мо-
дели или макеты.
Чертить и рисовать стереоскопические изображения
простых геометрических фигур нетрудно. Однако изготов-
лять стереоскопические изображения сложных сооруже-
ний трудно и громоздко. В последнее время для облег-
чения этой работы разработаны и построены специаль-
ные приборы и аппараты. Например, доктор медицин-
ских наук проф. С. С. Брюханенко и научные сотрудники
П. Д. Скворцов и Р. В. Нуринская построили ориги-
нальную аппаратуру для рисования и вычерчивания сте-
реоскопических изображений сложных объектов. Ими же
рассчитана и разработана методика выполнения аппара-
66
тами таких чертежей и рисунков. Изготовленный таким
способом чертеж или рисунок наглядно и правильно пе-
редает пространственные формы и натуральные размеры
изучаемого объекта.
Стереоскопические чертежи найдут широкое приме-
нение при проектировании зданий и других архитектур-
ных сооружений и памятников. При помощи таких сте-
реоскопических чертежей и рисунков архитектор, скульп-
тор, строитель могут увидеть в объемной форме задуман-
ные ими сооружения еще до их постройки. Например,
скульптор С. М. Орлов, автор проекта памятника осно-
вателю Москвы Юрию Долгорукому, подчеркивал:
«В моей скульптурной мастерской сделаны шаги к прак-
тическому применению стереофотографии; производятся
поэтапно хронометражные стереоскопические съемки ра-
бот по созданию скульптуры Юрия Долгорукого, позво-
ляющие определить не только общее состояние скульп-
туры, но увидеть то, что было задумано, сделано вна-
чале, и сравнить с тем, что имеется сегодня».
Вся работа по систематической стереофотосъемке при
создании указанного памятника производилась одним из
энтузиастов использования стереоскопии в различных об-
ластях науки и техники — инженером А. К. Клементье-
вым.
Для целей реконструкции (по материалам и при кон-
сультации работников Института истории и теории архи-
тектуры Академии архитектуры и строительства СССР)
были выполнены стереоскопические перспективы, напри-
мер, 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 спосо-
бом стереоскопических изображений разработаны кон-
струкции специальных зеркальных стереоскопов. Напри-
мер, интересные и оригинальные конструкции были пред-
ложены студентом Московского архитектурного инсти-
тута Д. О. Шварцманом. Он предложил прибор — сте-
реограф, при помощи которого можно получать одновре-
менно два чертежа или рисунка какого-либо сложного
сооружения с соответствующими сдвигами между одно-
именными точками стереопары.
67
При так называемой дорисовке по предложению
А. Г. Болтянского, Н. А. Овсянниковой применяется при-
бор — стереопантограф, позволяющий снимать стереоско-
пические мультипликационные кинофильмы, производить
комбинированные стереокиносъемки.
Для рассматривания полученных графическим путем
стереоскопических изображений используют также и ана-
глифический метод стереоскопии. Анаглифический ме-
тод стереоскопии, как указывалось выше, заключается в
том, что изображения стереопары окрашиваются в раз-
ные цвета, например в красный и зеленый. При их
рассматривании через очки с цветофильтрами можно
ощутить стереоскопический эффект.
По анаглифическому методу были изготовлены раз-
личные наглядные пособия в виде отдельных альбомов
и иллюстраций к учебникам. Так, например, еще в 1935 г.
Стройиздатом был выпущен «Альбом стереоизображе-
ний 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 кристалло-
графии».
Известно, что обмеры и измерения различных объек-
тов отнимают много времени, средств, а точность обме-
ров не всегда получается достаточной. Особенно трудно
производить обмеры высоких сооружений или объектов,
не находящихся во время измерения в спокойном состоя-
нии. 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 рас-
стояние съемочных объективов, направление оптических
осей объективов съемочного аппарата и измеряя полу-
ченные фотографии, например, на стереокомпараторе,
можно по полученным данным с большой точностью
определить пространственное положение снимаемого
объекта.
Измерение объектов при помощи стереоскопии боль-
шое применение получило в архитектуре. Еще в 1931 г.
П. М. Токарский описал способ использования в архи-
тектуре наземной стереофотометрии, то есть определе-
ния размеров объектов по двум стереоскопическим сним-
68
кам. В настоящее время методы наземной стереофото-
грамметрии широко применяются при измерении различ-
ных 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 приспособ-
лений, ему удалось произвести измерение объектов, на-
ходящихся на сравнительно большой высоте.
С большим успехом профессор П. М. Орлов приме-
няет наземную стереофотограмметрию при производстве
геологических съемок, при исследовании размеров и дви-
жений оползней и других подвижных объектов.
Стереофотограмметрия применяется и в сельском хо-
зяйстве при измерении животных, растений, зданий.
В астрономии стереоскопия применяется около
100 лет. Еще в 1857 г. был построен первый астрономи-
ческий прибор, основанный на принципе измерения по
двум снимкам, который несколько позже был приме-
нен 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 ча-
стности, 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 со-
здания наглядных стереоскопических пособий по этало-
нированию 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 эко-
номическим 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.
69
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В этой книжке мы рассказали о науке и технике объем-
ного видения вообще и, в частности, рассматрива-
ния изображений (рисунков, фотографий, кинокартин),
выполненных на плоскости. Теперь должно быть понятно,,
что объемное видение возможно благодаря прямолиней-
ному ходу световых лучей, наличию у человека двух
глаз, а также благодаря специальным способам стерео-
съемки и приспособлениям (стереоскоп, очки, растры),
превращающим в нашем сознании плоскостные изобра-
жения в объемные.
Техника стереофотосъемки и рассматривания стерео-
пар непрерывно совершенствуется. Над этим работают
ученые и изобретатели различных стран. Немалая за-
слуга в этом деле принадлежит ученым и изобретате-
лям СССР. В частности, показ стереокинофильмов в на-
шей стране осуществляется по способам, разработанным
советскими учеными и изобретателями. За границей сте-
реокинофильмы демонстрируются другими способами:
у нас используются растры, у них — поляроиды.
Методы стереоскопии все чаще и шире начинают при-
меняться в различных областях науки, техники, искус-
ства. Все это позволяет глубже изучать природу, успеш-
нее решать технические задачи, добиваться больших
эффектов в изобразительном искусстве.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение ............................................., 3
1. Почему и как мы видим................................. 4
2. Как устроен и работает глаз человека................. 14
3. Почему мы видим объемно.............................. 20
4. Стереоскоп и снимки для него......................... 25
5. Стереоскопическая киносъемка......................... 33
6. Демонстрация стереокинофильмов....................... 41
7. Растры............................................... 45
8. Зоны объемного видения............................... 58
9. Стереоскопия в науке, технике, искусстве............. 64
Заключение.............................................. 70
ЛИТЕРАТУРА
С. Г. С у в о р о р, О чем говорит луч света, Гостехиздат, Науч-
но-популярная библиотека, 1952.
С. В. Кравков, Глаз и его работа, АН СССР, 1950.
С. О. М а й з е л ь, Свет и зрение, Научно-популярная библио-
тека солдата и матроса, Воениздат, 1949.
Б. Т. И в а н о в, Растровая стереоскопия в кино, Госкиноиздат,
1946.
Б. Т. Иванов, Стереоскопическое кино, Госкиноиздат, 1951.
Б. Т. Иванов, Стереокинотехника, Изд. «Искусство», 1956.
А. К. Клементьев, Стереоскопия в архитектуре и строи-
тельстве, Госстройиздат, 1952.
ЗА СТРАНИЦАМИ УЧЕБНИКА
SHEBA.SPBPU/ZA
Хочу всё знать (теория)
ЮНЫЙ ТЕХНИК (ПРАКТИКА)
ДОМОВОДСТВО (УСЛОВИЯ)