Ihminen havaitsijana: Luento 9. Jukka Häkkinen ME-C2000

Ihminen havaitsijana: Luento 9 Jukka Häkkinen ME-C2000 Kevät 2018 1

Luento 9 Kolmiulotteisuus 2

Kolmiulotteisuusvihjeet Okulomotoriset Monokulaarisia Binokulaarisia Muut aistit Akkommodaatio Konvergenssi Perspektiivi Pintakuviointi Vaakasuuntaiset paikkaerot = horisontaalinen disparaatio Pystysuuntaiset paikkaerot = vertikaalinen disparaatio Kuuloaisti Tuntoaisti Objektin koko Ilmaperspektiivi Peittyneisyys Kokoerot Muotoerot Peittyneisyyserot Varjot Liikemuoto Liikeparallaksi

Kolmiulotteisuusvihjeet Monokulaarisia Perspektiivi Binokulaarisia Vaakasuuntaiset paikkaerot = horisontaalinen disparaatio Pintakuviointi Objektin koko Ilmaperspektiivi Peittyneisyys Varjot

Monokulaariset vihjeet

Perspektiivi http://commons.wikimedia.org/wiki/file:komehakubutsukan-passage.jpg

Perspektiivi havaintoprosesseissa: Müller-Lyer-illuusio

Müller-Lyer-illuusio

Toinen esimerkki: Ponzo-illuusio

Ponzo-illuusio

Pintakuviointi http://commons.wikimedia.org/wiki/file:rocky_beach_at_killbear_provincial_park.jpg

Pintakuviointi

Tuttu koko By Nicholas Gemini (Own work) [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], via Wikimedia Commons

Suhteellinen koko By Nicholas Gemini (Own work) [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], via Wikimedia Commons

Ilmaperspektiivi: Väri, kontrasti, terävyys http://commons.wikimedia.org/wiki/file:aerial_perspective_1.jpg

Peittyneisyys

Varjomuoto (shape from shading)

Heittovarjo (depth from cast shadow)

Binokulaariset vihjeet

Binokulaarisuus = kaksisilmäisyys Binokulaarinen näkökenttä (120 astetta) Fiksaatiopiste Monokulaarinen näkökenttä (30 astetta) Monokulaarinen näkökenttä (30 astetta) Fovea

Binokulaarisuus = kaksisilmäisyys Ihmisen kaksi silmää ovat frontaalisesti sijoittuneita, eli ovat kallon etuosassa Tyypillistä saalistajille, saaliseläimillä on panoraaminen näkö

Esimerkkejä näkönkentistä Mitä suurempi binokulaarinen näkökenttä, sitä suurempi näkymätön alue pään takana

Hevosen näkökenttä Monokulaarinen alue Binokulaarinen alue Ei näköyhteyttä

Kaksisilmäisyyden hyötyjä Kaksisilmäisyyden hyötyjä Suojavärittyneiden kohteiden parempi hahmottaminen Binokulaarinen summaatio Etäisyyden arviointi silmien katsekulmien avulla Kolmiulotteinen näkö stereonäön avulla

Wheatstone-stereoskooppi 1838

Wheatstone-stereoskoopin toimintaperiaate Henkilö laittaa vasemman silmän kohtaan A Henkilö laittaa oikean silmän kohtaan A Vasen silmä näkee kuvan E Oikea silmä näkee kuvan E Henkilö näkee kolmiulotteisen kuvan Kuvaparia kutsutaan stereogrammiksi

Stereonäkö perustuu näkymäeroihin Vasemman ja oikean silmän näkymät ovat vaakasuuntaisesti erilaiset Stereonäkö laskee näistä eroista kolmiulotteisen rakenteen Vasemman silmän näkymä Oikean silmän näkymä

Paikkaerot Vasemman ja oikean silmän näkymät ovat vaakasuuntaisesti erilaiset Stereonäkö laskee näistä eroista kolmiulotteisen rakenteen Paikkaerot Vasemman silmän näkymä Oikean silmän näkymä

Kokoerot Vasemman ja oikean silmän näkymät ovat vaakasuuntaisesti erilaiset Stereonäkö laskee näistä eroista kolmiulotteisen rakenteen Kokoerot Vasemman silmän näkymä Oikean silmän näkymä

Muotoerot Vasemman ja oikean silmän näkymät ovat vaakasuuntaisesti erilaiset Stereonäkö laskee näistä eroista kolmiulotteisen rakenteen Muotoerot Vasemman silmän näkymä Oikean silmän näkymä

Stereoteknologiat

Brewster-stereoskooppi, 1849 Yksinkertaisempi käyttää ja valmistaa Linssit ohjaavat näköakselit kuviin Valo tulee kuvan takaa, joten kuvat lasilevyllä

Holmes-stereoskooppi (1861) Optisesti sama idea kuin Brewster-stereoskoopissa Avoin design, voidaan hyödyntää kuvien edestä tulevaa valoa = voidaan käyttää paperikuvia Valokuvauksen kehitys mahdollisti stereokuvien massatuotannon

Moderni versio

Minkälaiset stereokuvat olivat suosittuja?

Anaglyfi-tekniikka Käytetään värifiltereitä erottelemaan oikean ja vasemman silmän näkymä Keksijä Wilhelm Rollman (1852) Ensimmäiset stereoelokuvat oli toteutettu anaglyfitekniikalla

Suljinlasit 1. 2. Left image Right image

RealD Vasemman ja oikean silmän näkymä näytetään eri ympyräpolarisaatiolla Välkytys: Zscreen 144Hz Etu: Kevyet passiivilasit Haitta: jopa 75% valosta katoaa

Dolby 3D Välkytetään vasemman ja oikean silmän näkymää vuorotellen Oikean ja vasemman silmän näkymien värejä suodatetaan Linssit päästävät vain tietyn aallonpituuskaistan läpi

Toimintaperiaate

Väripyörä 144 Hz Valoa katoaa 90%

Autostereoskooppinen näyttö Ei tarvita erillisiä katselulaseja Stereoparin kuvat lomitetaan samaan yhteen näyttöön Left image Right image L R L R L R L R L R

Binokulaarisen stereonäön prosessit

Binokulaarinen stereonäkö Kaksoiskuvat Objektin suunta Kilpailu Objektin syvyys Havainto: Objektilla on syvyys ja suunta Objekti voi olla kaksoiskuva ja/tai voi esiintyä binokulaarista kilpailua Stereopsis Sensorinen fuusio Prosessit Motorinen fuusio Vasen silmä Oikea silmä

Motorinen fuusio Kaksoiskuvat Kilpailu Objektin suunta Objektin syvyys Stereopsis Sensorinen fuusio Motorinen fuusio Vasen silmä Oikea silmä

Perustuu vergenssiliikkeisiin Konvergenssiliikkeessä fiksaatiopisteen syvyyssijainti muuttuu Jos kumpikin silmä kääntyy nenän suuntaan, tapahtuu konvergenssia. Fiksaatiopiste siirtyy lähemmäs. Jos kumpikin silmä kääntyy ohimon suuntaan, tapahtuu divergenssiä. Fiksaatiopiste siirtyy kauemmas. Kauemmas Lähemmäs Divergoiva liike Fiksaatiopiste aluksi Konvergoiva liike

Motorinen fuusio Kohde ilmestyy Silmät kääntyvät kunnes foveat osuvat kohteeseen Käynnistyy kun kohde on näkynyt 200 ms Pyrkii maksimoimaan korrelaation eli kohteiden ei tarvitse olla identtisiä Kun motorinen fuusio on valmis, lukitus pysyy vaikka kohteiden sijaintia muutettaisiin

Sensorinen fuusio Kaksoiskuvat Kilpailu Objektin suunta Objektin syvyys Stereopsis Sensorinen fuusio Motorinen fuusio Kaksi näkymää pitää yhdistää yhdeksi Mitä monimutkaisempi kuva, sitä kauemmin kestää Saattaa aiheuttaa ongelmia stereoelokuvissa, jos on leikattu liian nopeaksi. Fuusio ei pysy perässä. Esimerkkinä U23D-elokuvan tuotantoprosesi Vasen silmä Oikea silmä

Stereopsis Kaksoiskuvat Kilpailu Objektin suunta Objektin syvyys Stereopsis Sensorinen fuusio Varsinainen stereonäkö: laskee kolmiulotteisen rakenteen vaakasuuntaisten näkymäerojen avulla Motorinen fuusio Vasen silmä Oikea silmä

Stereonäkö perustuu näkymäeroihin Vasemman ja oikean silmän näkymät ovat vaakasuuntaisesti erilaiset Stereonäkö laskee näistä eroista kolmiulotteisen rakenteen Vasemman silmän näkymä Oikean silmän näkymä

Tärkein näkymäero on disparaatio Stereonäkö perustuu suurelta osin vaakasuuntaisten disparaatioiden erotteluun Ei syvyyden havaintoa Vasemman silmän kuva Oikean silmän kuva Syvyyden havainto Disparaation määrä Vasemman silmän kuva Oikean silmän kuva

Disparaatio kuvageometrian näkökulmasta F = fiksaatiopiste O = objekti d O F a = silmien välinen etäisyys D = fiksaatiopisteen etäisyys d = fiksaatiopisteen ja objektin etäisyys D η = O:n ja F:n välinen disparaatio (radiaaneina) η a d D 2 + D d a

Binokulaarinen kilpailu Kaksoiskuvat Kilpailu Objektin suunta Objektin syvyys Stereopsis Sensorinen fuusio Motorinen fuusio Vasen silmä Oikea silmä

Binokulaarinen kilpailu (rivalry) Jos näytetään eri kuva vasempaan ja oikeaan silmään, motorinen fuusio saattaa kohdistaa silmät kuviin, mutta sensorinen fuusio ei onnistu Stereogrammi Vasen puolikuva Oikea puolikuva Havainto Aika

Kaksoiskuvat (diplopia) Kaksoiskuvat Kilpailu Objektin suunta Objektin syvyys Stereopsis Sensorinen fuusio Motorinen fuusio Vasen silmä Oikea silmä

Näkökulman aste Polttopiste Objektin koko Etäisyys 1-2 astetta Jos V < 10 astetta, tan V = S/D Kuvalähde http://en.wikipedia.org/wiki/image:eyeopticsv400y.jpg Kuvalähde http://en.wikipedia.org/wiki/image:index_finger.jpg<

Diplopia syntyy, jos kuvassa on liikaa syvyyttä Disparaation määrä Vasemman silmän kuva Oikean silmän kuva Lyhytaikaisesti (250 ms) esitetyllä kuvalla maksimidisparaatio on 5-20 kaariminuuttia Jos esitysaika on pidempi, vergenssiliikkeet auttavat ja maksimisyvyys voi olla 1-2 astetta (1 asteen peukalosääntö) Suurempi syvyys on sallittu, jos Kuvan koko on suurempi Kuva on epäterävä Kuvan syvyyttä kasvatetaan asteittain