Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по физике  

На правах рукописи

Кондратьев Николай Витальевич

ЦИФРОВОЙ СИНТЕЗ МНОГОРАКУРСНЫХ СТЕРЕОСКОПИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ ДЛЯ БЕЗОЧКОВОЙ РАСТРОВОЙ ДЕМОНСТРАЦИИ

05.13.17 - Теоретические основы информатики

01.04.05 - Оптика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук

Москва - 2012

Работа выполнена в ОАО Научно-исследовательский ордена Трудового Красного Знамени кинофотоинститут (ОАО НИКФИ)

Научный руководитель:	доктор технических наук, Овечкис Юрий Натанович
Официальные оппоненты:	Винокур Алексей Иосифович, доктор технических наук, профессор кафедры прикладной математики и моделирования систем Всероссийской государственной налоговой Академии Вишняков Геннадий Николаевич, доктор технических наук, профессор, начальник лаборатории ФГУП Всероссийский научно-исследовательский институт оптико-физических измерений (ВНИИОФИ)
Ведущая организация:	Федеральное государственное унитарное предприятие Московское конструкторское бюро киноаппаратуры

Защита состоится л27 сентября 2012 г. в 12 часов на заседании
диссертационного совета Д 212.147.03 при Московском государственном университете печати имени Ивана Федорова (127550, Москва, ул. Прянишникова, 2А).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московскго государственного университета печати имени Ивана Федорова (127550, Москва, ул. Прянишникова, 2А).

Автореферат разослан л20 июня 2012 г.

Учёный секретарь диссертационного совета Д 212.147.03 д. т. н., профессор

В. Н. Агеев

Общая характеристика работы

Актуальность работы. В последнее время во всем мире значительно усилился интерес разработчиков к проблемам создания систем съемки и демонстрации объемных фильмов. При этом основные успехи достигнуты на пути применения очковых систем с поляризационными очками. Несмотря на относительную простоту реализации таких систем, необходимость использования очков накладывает определенные ограничения. Во-первых, это соображения гигиены и неудобство одевать двое очков, если зритель имеет свои собственные. Во-вторых, очковые стереопарные системы не предоставляют зрителю возможность оглядывания объемного изображения. Поскольку в каждый глаз всегда попадает одна и та же картинка из стереопары, то при смене позиции зрителя наблюдаемая сцена деформируется неестественным образом. Такое искажение видимого пространства воспринимается как несоответствие реальности, может вызывать головные боли, головокружения и прочие нежелательные ощущения, что также является недостатком очковых систем. Его можно нивелировать применением систем слежения за положением головы наблюдателя и соответствующей корректировкой предъявляемой зрительной информации. Однако такой метод применим только для одного наблюдателя и совершенно не пригоден для демонстрации объемных фильмов в кинотеатре.

Реальной альтернативой очковым методам является использование растровых систем, в частности, проекция так называемой параллакс-панорамограммы на просветный растровый экран.  Параллакс-панорамограмма представляет собой сложное кодированное изображение, составленное из большого числа последовательно чередующихся элементов изображения одного и того же объекта, снятых с различных ракурсов. В основе декодирования лежит свойство растра разделять в пространстве лучи исходящие из разных точек экрана, расположенного вблизи фокальной плоскости растра. В 40-х - 50-х годах прошлого столетия активно развивались растровые методы проекции объемных изображений. Для сепарации ракурсов стереоскопического изображения здесь используются щелевые или линзовые растры, установленные рядом с рассеивающим экраном. Стереоскопическая кинопроекция осуществляется с помощью двухобъективного проекционного аппарата с кинопленки, на которой были зафиксированы два ракурса снимаемой сцены.

По этой системе в Москве некоторое время работал безочковый стереокинотеатр по системе С.П. Иванова, где проекция осуществлялась на перспективный линзорастровый экран. Основным недостатком такой стереопарной проекции является ограниченность зоны видения, максимальный размер которой составлял 130 мм. Зрители были вынуждены сидеть практически неподвижно во время сеанса.

Увеличить размеры зоны видения можно используя многостереопарную проекцию на растровый экран. Однако реализовать такую систему в традиционном пленочном кинематографе было весьма затруднительно. Проблемы имели место и на этапе многоракурсной съемки фильма и при многостереопарной проекции, т.к. необходимо было организовать транспортирование пленки через несколько (например, восемь) кадров.

В связи с развитием методов и средств цифрового кинематографа представляется реальным вернуться к идеям прошлых лет в части создания многостереопарной безочковой проекции. Использование современной вычислительной и видеопроекционной техники обеспечивают следующие преимущества:

- синтез параллакс-панорамограммы в цифровом виде;

- фиксированное цифровое растрирование изображения;

- возможность многоракурсной проекции, благодаря тому, что зоны видения создаются уже сформированной параллакс-панорамограммой и не связаны со зрачками объективов;

- возможность цифровой обработки - интерполяция промежуточных ракурсов при исходной съемке двумя - тремя объективами;

В настоящее время для рекламных целей появились растровые безочковые устройства, формирующие объемное динамическое изображение в пространстве перед и за экраном. Такие устройства реализованы на базе жидкокристаллических или плазменных панелей, перед которыми установлен растр. Число ракурсов многостереопарного изображения - около десяти. Однако увеличение числа ракурсов приводит к пропорциональному уменьшению разрешения в наблюдаемом изображении.

Повысить число элементов в каждом ракурсе можно с помощью использования модульной проекционной многостереопарной системы, предложенной в данной работе, то есть путем мультиплицирования каналов, в каждом из которых формируется соответствующий фрагмент изображения, и их пространственного совмещения на растровом проекционном экране. Применение цифровых методов синтеза  стереоскопических изображений и их проекции обеспечивает возможность практической реализации такой системы.

Таким образом, разработка методов цифрового синтеза многоракурсных стереоскопических изображений для безочковой растровой демонстрации, имеющей несомненные преимущества перед альтернативными способами, является актуальной задачей.

Объект исследования. Объектом исследования диссертационной работы являются многоракурсные стереоскопические изображения, как визуальные представления объектов окружающей действительности.

Предмет исследования. Предметом исследования диссертационной работы являются методы создания наборов ракурсов изображения, синтеза параллакспанорамограмм и цифровой демонстрации многоракурсных стереоскопических изображений.

Цель работы: разработка алгоритмов  и программных решений формирования и показа стереоскопических многоракурсных изображений для цифровой безочковой растровой демонстрации.

В процессе выполнения работы, включающей исследования процессов синтеза  и обработки стереоскопической многоракурсной информации, а также методов ее преобразования для безочковой демонстрации, решались следующие научные задачи:

1. Выявление основных параметров процесса синтеза многоракурсных стереоскопических изображений и анализ их влияния на качество воспроизведения.

2. Разработка методов создания в цифровом виде наборов ракурсов изображения с необходимой степенью качества.

3. Разработка методов синтеза цифровых параллакспанорамограмм многоракурсных киностереоизображений.

4. Экспериментальная проверка найденных решений и их практическая реализация на основе разработанных аппаратных решений.

Методы исследований. При решении задач, поставленных в работе, были использованы методы системного анализа, преобразования информации, численные методы, методы лучевой оптики, физиологии зрительного восприятия.

Научная новизна. Научная новизна диссертационной работы заключается в следующих положениях:

- разработанная методика расчета параметров сквозного информационного процесса синтеза киностереоизображений, основанная на обоснованном выборе критерия допустимого разрыва между аккомодацией и конвергенцией, обеспечивает их комфортное восприятие.

- разработанный алгоритм обработки многоракурсной информации и синтеза паралакспанорамограмного фильмового контента на основе применения масок прозрачности, позволяет создавать фильмы с помощью методов мультипликации, компьютерного синтеза и натурных съемок.

- предложенный метод преобразования цифровой стерео информации, заключающийся в модульном принципе построения растровой проекционной системы показа многоракурсного объемного изображения, обеспечивает его показ на больших экранах с повышенным разрешением.

Практическая ценность диссертационной работы заключается в доказанной возможности применения предложенного и разработанного модульного метода для безочковой растровой демонстрации многоракурсных стереоскопических изображений в рекламных и учебных целях, для создания кинотеатров и киноатракционов. Кроме того, программная реализация описываемых в работе алгоритмов является законченным продуктом и готова к использованию для создания паралакспанорамограмного контента для иных аппаратных реализаций.

Реализация результатов работы. Найденные в процессе выполнения результаты диссертационной работы нашли своё применение

- при проведении занятий в рамках мастер-класса для студентов специализированных учебных заведений на нескольких конференциях и фестивалях, облегчая доступность и усвоение излагаемого материала.

- при разработке стереоскопических систем визуализации для авиационных тренажеров для дозаправки топливом самолетов Су-24, Су-27, позволив повысить точность взаимного расположения объектов воспроизводимого пространства и адекватность приобретаемых пилотами навыков,

- при создании аппаратно-программного комплекса для диагностики и лечения нарушений бинокулярного и стереоскопического зрения, обеспечив высокое качество полноцветного стереоскопического изображения,

что подтверждено имеющимися в диссертации актами внедрения.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на Международных научно-практических конференциях: Теория и практика имитационного моделирования и создания тренажеров (г. Пенза, 1998, 2004 гг.), Всероссийской конференции Современные технологии в кинематографии (г. Ст.- Петербург, 2006 г.), первой, второй и третьей Научно-технических конференциях Запись и воспроизведение объемных изображений в кинематографе и других областях, Москва, 2009, 2010, 2011 г.г., международной конференции УStereoscopic Displays and Applications XXФ. 19 - 21 January 2009, San Jose, California.

Публикации по теме диссертации. По теме диссертационной работы опубликовано 13 научных работ, в том числе 6 статей в журналах, входящих в перечень ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 130 страницах машинописного текста и состоит из введения, четырёх глав и заключения.

Основное содержание работы

Во введении сформулирована цель исследования, обоснована актуальность решаемых в работе проблем, описана новизна и практическая ценность полученных результатов и дана краткая характеристика основных разделов диссертации.

В первой главе приводится обзор существующих методов съемки и демонстрации объемных фильмов. Анализируются отличительные особенности, достоинства и недостатки и проводится их сравнительный анализ.

Рассматриваются нашедшие в настоящее время наибольшее применение системы демонстрации с поляризационными очками, жидкокристаллическими (ЖК) очками затворного типа. Отмечается, что, несмотря на относительную простоту реализации описанных выше систем, необходимость использования очков накладывает определенные ограничения. Далее проводится обзор альтернативных  методов демонстрации объемных фильмов, таких как автостереоскопические, зеркальные, голографиеские и растровые системы. Отмечается, что реальной альтернативой очковым методам является использование растровых систем, в частности, проекция так называемой параллакспанорамограммы на просветный растровый экран.  Проводится анализ существующих решений, отмечаются такие недостатки как низкое качество изображения и ограничения числа ракурсов, связанные с ограничением числа пикселей в системе формирования параллакспанорамограммы. Рассмотрены возможности применения наклонных растров для частичного решения этих проблем.

Осуществляется обзор существующих методов создания контента: съемочной аппаратуры, цифровой обработки отснятого материала и синтеза прараллакспанормограмных фильмов.

В завершении главы делаются выводы о проблемах в области цифрового синтеза многоракурсных стереоскопических изображений для безочковой растровой демонстрации и выполняется постановка научной задачи работы.

Во второй главе исследуется проблема соотношения между аккомодацией и конвергенцией при восприятии объемных изображений. Указывается, что основным препятствием для восприятия стереоскопического изображения является тот факт, что ощущение глубины формируется изменением конвергенции глаз, в то время как аккомодация остается постоянной и определяется расстоянием от наблюдателя до плоскости расположения параллакспанорамограммы (открытки, экрана монитора, телевизора и т.п.). Это называется разрывом между аккомодацией и конвергенцией. Отмечается, что в научной литературе имеется множество весьма разнородных данных о допустимой величине разрыва, при котором стереоизображение воспринимается еще достаточно комфортно. Поэтому предлагается, используя основные положения физиологии зрения и геометрической оптики, определить ограничения на разрыв аккомодации и конвергенции, которые будут, по крайней мере, достаточными условиями комфортности восприятия.

За основу рассуждений взято положение, что если область стереоскопического изображения не выходит за пределы глубины резкости глаза, сфокусированного на плоскость экрана, то это стереоскопическое изображение будет восприниматься комфортно. Проведенные в диссертации расчеты дают, что максимальный разрыв между аккомодацией и конвергенцией (разность углов) определяется формулой:

, (1)

где - угловое разрешение глаза, В - глазной базис, - диаметр зрачка глаза. При В = 65 мм, = 4 мм

Числовое значение величины гл должно выбираться для конкретной системы формирования стереоскопического изображения и должно соответствовать разрешению этой системы. Так для кинематографа согласно шкале, предложенной В.Г.Комаром, отличное качество киноизображения имеет место при разрешении 1 - 2 минуты. Также 2 минуты примерно соответствуют первому ряду в цифровом кинематографе с разрешением 2048 пикселей по горизонтали (при этом для первого ряда угловой размер экрана по высоте составляет 35 градусов).

Принимая эту величину за достаточную, получаем, что условием комфортного восприятия стереоизображения в кинематографе является следующее утверждение: разрыв между аккомодацией и конвергенцией не должен превышать 30-ти минут. Это условие является достаточным, т.е. при его выполнении отсутствие нежелательных последствий при просмотре, связанных с рассматриваемым фактором риска, будет гарантировано.

Из дальнейшего анализа стереоскопической съемки и воспроизведения следует, что пространственные соотношения в воспроизводимом пространстве зависят от таких параметров, как базис стереосъемки, коэффициент сквозного увеличения и выбранный параллакс при проекции, размер экрана, относительное расположение зрителя и т.п. Поэтому в данной работе решается задача нахождения зависимости глубины воспроизводимого заэкранного и предэкранного пространства от условий осуществления многоракурсной стереосъемки и формирования параллакс-панорамограммы. Полученные общие соотношения, позволяют правильно выбирать параметры съемки и демонстрации видеофильма натурных объектов. Рассмотрены практически важные частные случаи сцен, имеющих задний план на бесконечности, и сцен с ограниченной глубиной. Например, часто встречающаяся на практике ситуация съемки сцены, имеющей глубину (расстояние между задним и передним планами при съемке) , где и - расстояния от плоскости расположения кинокамер до переднего и заднего плана, соответственно. Выражения для глубины предэкранного () и заэкранного () пространств при демонстрации имеют вид:

(2)

, (3)

где - расстояние от наблюдателя до экрана,

b - линейное расстояние между лсопряженными камерами, парные изображения с которых попадают в глаза зрителя при воспроизведении,

= 65 мм - межзрачковое расстояние,

- расстояние от плоскости расположения объективов камер при съемке до плоскости выводимой в плоскость экрана при воспроизведении,

- коэффициент углового увеличения.

Полученные аналитические соотношения адаптированы для применения при выборе параметров съемки и печати и условий наблюдения полиграфической стереопродукции, сформулированы конкретные рекомендации для ее производителей.

В третьей главе отмечается, что существенным недостатком методов многоракурсной автостереоскопической проекции является падение разрешения изображения с увеличением числа ракурсов. Если в изображении m1 ракурсов приходится на горизонтальные ряды пикселей, а m2 ракурсов - на вертикальные, то разрешение наблюдаемого объемного изображения по горизонтали уменьшится в m1 раз, а по вертикали - в m2 раз. Например, если проектор обладает разрешением 1024 х 768 пикселей, то при m-ракурсной проекции (m = mX m)  разрешение наблюдаемого изображения по горизонтали и по вертикали уменьшится в m раз и станет (1024 / m) х (768 / m).

В качестве решения этой проблемы предложено включить в систему более одного проекционного устройства, содержащего матричную панель и проекционный объектив, что позволяет бороться со снижением разрешения изображения, характерным для многоракурсных растровых систем.

На рис. 1(а) (вид сверху) и 1(б) (вид сбоку) приведен вариант схемы устройства с шестью матричными панелями и проекционными объективами.

Рис. 1(а). Схема устройства для демонстрации растрового стереоизображения (вид сверху).

Рис. 1(б). Схема устройства для демонстрации растрового стереоизображения (вид сбоку).

Устройство состоит из просветного экрана - 1, цилиндрического линзового растра - 2, шести проекторов, включающих в себя матричные панели и объективы - 3. Зритель - 4 наблюдает на экране стереоскопическое изображение.

С помощью цифровой обработки изображение разбивается на фрагменты (рис. 2), и каждый проектор демонстрирует соответствующий ему фрагмент на просветный экран с линзовым растром, где все фрагменты изображения пространственно совмещаются. При этом для каждого ракурса формируется общая зона видения от всех проекторов. Этого добиваются юстировкой положения проекторов относительно экрана таким образом, что в зоне наблюдения, содержащей m ракурсов (рис. 3), при расположении глаза в общей зоне видения ракурса 1 от всех n проекторов в глаз попадает изображение, соответствующее первому ракурсу.

Рис.2. Изображение, разбитое на фрагменты (каждый фрагмент соответствует своему проектору).

При перемещении глаза в зону ракурса 2 от всех проекторов в глаз попадает изображение, соответствующее второму ракурсу, и т. д. при наблюдении из общей зоны видения m-го ракурса от всех проекторов в глаз попадает изображение, соответствующее ракурсу m. С увеличением количества проекторов растет разрешение демонстрируемого изображения. Как было описано выше, реальное разрешение изображения при m-ракурсной автостереоскопической проекции с помощью проектора с разрешением

Рис..3. Схема наблюдения различных ракурсов в зоне видения.

1024x768 точек составляет (1024/m)x(768/m) точек. При разбиении изображения на фрагменты для его демонстрации с помощью системы из n проекторов по горизонтали и n проекторов по вертикали, разрешение изображения увеличивается кратно количеству проекторов и становится равным [(1024/m)хn]x[(768/m)хn]. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет демонстрировать растровое стереоскопическое изображение с каким угодно высоким разрешением. Это дает возможность просмотра стерео кино, видео и мультипликационных фильмов в высоком качестве, а так же использовать устройство в учебных и тренировочных процессах при наличии жестких требований к разрешению изображения.

В реальной системе в силу ряда причин (не идеальность линз растра, геометрические искажения параллакспанорамограммы, недостаточное разрешение оптики и рассеивающего экрана, применение наклонного растра и т.д.) в глаз кроме нужного ракурса могут попадать соседние ракурсы (рис. 4).

Рис 4. К расчету влияния наклонного растра.

Предположим, что глаза наблюдателя находятся в зонах, соответствующих ракурсам с номерами i  и i+k. При отображении произвольной точки P в идеальном случае в глаза попадут ее изображения, расположенные за линзами растра, соответствующими ее параллаксу, c номерами j и j+p. В реальных системах в глаза могут дополнительно попадать то или иное количество (n) соседних ракурсов. Нетрудно убедиться, что их изображения расположены за линзами на расстоянии кратном p/k  (на рисунке отображены только соседние лпаразитные ракурсы). Эти изображения, слившись в единый объемный образ, приведут к размытию изображаемой точки, размер изображения которой (p) в плоскости экрана равен

,  (4)

или в угловых единицах

. (5)

Связь между линейными координатами и номерами зон определяется соотношением

,  (6)

где - горизонтальный размер экрана.

Что приводит  к следующей зависимости

,  (7)

где - угол, под которым видна зона наблюдения одного ракурса с расстояния L.

егко убедиться, что для точек в заэкранной области, соответствующее выражение имеет вид

.  (8)

Соответствующие выражениям (7) и (8) зависимости относительного углового разрешения от относительного расстояния изображаемого плана от экрана приведены на рис 5.

Рис. 5. Зависимости  относительного углового разрешения () от относительного расстояния () между изображаемым планом и экраном.

Отрицательные значения соответствуют предэкранному расположению плана, положительные - заэкранному. Кривая 1 соответствует значению , кривая 2  - , кривая 3 - .

Видно, что область приемлемого ухудшения разрешения уменьшается с ростом числа лпаразитных ракурсов, попадающих в глаз, и увеличивается с уменьшением зоны наблюдения отдельного ракурса. При этом приведенные выражения позволяют рассчитать достижимые параметры объемного изображения по разрешению при заданных характеристиках системы.

В заключительных разделах главы диссертации полученные соотношения используются для расчета возможных геометрических параметров кинозала, и описывается экспериментальный образец автостереоскопической проекционной системы для демонстрации объемных кинематографических изображений.

В четвёртой главе описываются методы и аппаратура цифрового синтеза (создания) и демонстрации паралакспанорамограмного фильмового контента.

Объемные изображения, проецируемые на растровый экран, можно разбить на три основных класса (и, конечно, их комбинации). Первый класс - это изображения, полученные методом компьютерного синтеза. Такие изображения состоят из отдельных объектов, для которых имеется полное описание их пространственных свойств, позволяющих обрабатывать и получать синтезированные изображения сцен с помощью специализированных программ обработки 3D изображений.

Ко второму классу изображений относятся изображения неподвижных объектов, которые можно последовательно сфотографировать с разных ракурсов. Обработка изображений этих ракурсов позволяет формировать объемное изображение этих объектов съемки, а применение методов анимации создавать объемные многоракурсные мультипликационные фильмы.

Наконец, третий класс объемных изображений - изображения подвижных живых и натурных объектов съемки. Для получения разноракурсных изображений в данном случае необходима одновременная съемка с различных точек, для чего требуется разработка специализированной киносъемочной аппаратуры.

Первый раздел главы посвящен вопросам создания параллакс-панорамограммного фильма с объектами съемки, сформированными путем компьютерного синтеза. Описывается разработанный и реализованный алгоритм создания фильма, включающий в себя следующую последовательность операций:

1. Определение допустимых геометрических параметров синтезируемой сцены.
2. Определение формата синтезируемых (снимаемых) разноракурсных фильмов.
3. Создание виртуальной сцены и расстановка камер.
4. Рендеринг разноракурсных фильмов.
5. Объединение полученных фильмов в единый параллакс-панорамограммный фильм.

Во втором разделе описывается методика создания многоракурсных фильмов с использованием принципов мультипликации. Создание фильмов на основе неподвижных объектов, которые можно последовательно сфотографировать с разных ракурсов требует разработки съемочной аппаратуры, позволяющей автоматизировать процесс съемки последовательности многоракурсных кадров. Для этого, в рамках данной работы, было разработано и изготовлено специализированное устройство с программным управлением, обеспечивающее автоматизированную последовательную многоракурсную съемку кукольного мультипликационного фильма с помощью фотокамеры. В качестве основы для создания устройства был выбран  печатающий механизм принтера. Платформа с установленным на нее цифровым фотоаппаратом размещается на месте печатающей головки принтера.

Третий раздел посвящен возможности реализации многоракурсных натурных съемок. В рамках данной работы было разработано и изготовлено специализированное устройство, обеспечивающее многоракурсную съемку натурного фильма с помощью 12 цифровых кинокамер. В качестве основы для создания устройства была выбрана цифровая видеокамера Sony Handycam HDR-TG1 - на момент начала работ камера с разрешением стандарта Full HD, имеющая минимальный размер по ширине.

Независимо от класса объемных изображений (или их комбинации) результатом съемки является получение разноракурсных наборов фильмов - обычных лплоских фильмов, снятых с различных ракурсов, которые необходимо объединить в единый паралакспанорамограмный фильм.

Разработан алгоритм этого процесса на базе видеоредактора Adobe Premiere Pro CS4, позволяющего работать с фильмами формата более  2048 х 2048 и имеющим достаточный набор функций, позволяющих делать все необходимые преобразования с исходными материалами.

       

Рис. 6. Маски прозрачности.

Было предложено осуществлять этот процесс с помощью масок прозрачности. Маска представляет собой бинарное изображение, в котором каждый черное поле соответствует прозрачным участкам, а белое непрозрачным. Размер маски равен размеру фильма (в нашем случае - это 2560 х 1280), чтобы при масштабировании не последовало искажение картины маски. Для того чтобы не было артефактов, маска не должна сжиматься кодеком, вызывающим потерю данных. Поэтому маски хранятся в несжатом виде в формате BMP. Для фильма с 12 ракурсами изготавливается 12 масок. Фрагмент маски для первого ракурса и растра, наклоненного против часовой стрелки, показан на рис. 7. Следующая маска получается из первой путем смещения ее на число пикселей, равное номеру ракурса, вниз и смещения на один пиксель вправо после каждого третьего ракурса.

При создании синтезированного многоракурсного стереофильма производилось объединение 12 фильмов, лснятых с разных точек, в единый видеофильм - параллакс-панорамограмму. Были разработаны алгоритмы и необходимое программное обеспечение, реализующее создание параллакс-панорамограммного фильмов, состоящих из компьютерно синтезированных объектов, получаемых методами кукольной мультипликации и натурных съемок.

В последнем разделе главы даны результаты экспериментального подтверждения найденных решений на разработанной и созданной в работе специализированной аппаратуре показа.

Основные выводы и результаты

Разработан алгоритм создания паралакспанорамограмного фильмового контента с применением масок прозрачности. Показана возможность практической реализации найденных решений на базе предложенного и обоснованного нового модульного метода формирования стереоскопических многоракурсных изображений, в основе которого лежит полученный патент РФ на изобретение.

К результатам выполненных в рамках диссертационной работы исследований процессов синтеза и обработки стереоскопической многоракурсной информации, а также методов ее преобразования для безочковой демонстрации можно отнести следующее:

1. Показано, что основными параметрами процесса синтеза многоракурсных стереоскопических изображений являются базис стереосъемки, коэффициент сквозного увеличения и выбранный параллакс при проекции, размер экрана, разрыв между аккомодацией и конвергенцией, относительное расположение зрителя и проведен анализ их влияния на качество воспроизведения.
2. Обоснован выбор критерия допустимого разрыва между аккомодацией и конвергенцией при наблюдении стереоскопических  изображений .
3. Найдены аналитические соотношения, позволяющие оптимально выбирать параметры съемки и демонстрации стереоскопических киноизображений.
4. Получены аналитические выражения и сформулированы требования к съемке и печати полиграфических стереоизображений для обеспечения их комфортного восприятия.
5. Доказана возможность повышения качества многоракурсных киностереоизображений на основе модульного метода их формирования.
6. Разработана методика и описаны алгоритмы создания параллакс-панорамограммного фильма с различными объектами съемки: синтезированными, анимационными и натурными.
7. Получены практические результаты, подтверждающие эффективность разработанных методов; показана целесообразность их применения в информационных системах и системах стереокинопоказа.
8. Разработанная по результатам проведенных исследований и изготовленная система показа многоракурсных объемных киноизображений использовалась при проведении занятий в рамках мастер-класса для студентов специализированных учебных заведений на нескольких конференциях и фестивалях, получен Акт внедрения.
9. Полученные аналитические выражения для определения оптимальных параметров синтеза стереоскопического изображения и его демонстрации на проекционном экране и мониторе компьютера использованы при создании системы отображения двух специализированных авиационных тренажеров дозаправки топливом в воздухе и стереоскопического устройства для диагностики и лечения нарушений стереоскопического зрения, получены соответствующие Акты внедрения.

Таким образом, в настоящей работе решена научно-техническая задача разработки информационного процесса синтеза и безочкового растрового показа многоракурсных стереоскопических изображений, имеющая существенное значение при создании мультимедийных систем отображения объемной информации, включая стереоскопический кинематограф, учебные тренажеры и др., в том числе для обеспечения обороноспособности страны.

Основные Публикациин по теме кандидатской диссертации

В изданиях из перечня ведущих рецензируемых журналов, рекомендованных ВАК РФ:

1. Кондратьев Н. В., Елхов Н. В, Овечкис Ю. Н., Паутова Л. В. Безочковая система показа объёмных многоракурсных киноизображений. // Мир техники кино. - 2009. Ц  № 11. - С. 2-7. (0,87 / 0,22)
2. Кондратьев Н. В., Елхов Н. В, Овечкис Ю. Н., Паутова Л. В. Стереоскопическое устройство отображения авиационного тренажера для нескольких наблюдателей. // Мир техники кино. - 2009. Ц  № 14. - С. 7-12. (0,75 / 0,2)
3. Кондратьев Н. В., Елхов Н. В, Овечкис Ю. Н., Паутова Л. В. Анализ параметров многообъективной съемки в системе безочкового кинопоказа многоракурсных стереоизображений. //Мир Техники кино. - 2010, - №17, C. 2-8. (0,87 / 0,22)
4. Кондратьев Н. В., Елхов Н. В, Овечкис Ю. Н., Паутова Л. В.  Анализ параметров съемки стереоизображений для полиграфического воспроизведения. // Известия высших учебных заведений. Проблемы полиграфии и издательского дела. Ц  2011. - №1. - С. 36-45. (0,63 / 0,16)
5. Кондратьев Н. В., Елхов Н. В, Овечкис Ю. Н., Паутова Л. В. Особенности формирования объёмного изображения в цифровом стереоскопическом кинематографе.  // Мир техники кино. - 2011. Ц  № 2. - С. 4-8. (0,63 / 0,16)
6. Кондратьев Н. В., Елхов Н. В, Овечкис Ю. Н., Паутова Л. В. Цифровой синтез многоракурсных стереоскопических изображений для безочковой растровой демонстрации. // Мир техники кино. - 2012. - № 2. - С. 21-25. (0,75 / 0,2)

В других изданиях:

7. Кондратьев Н. В., Елхов Н. В, Овечкис Ю. Н., Паутова Л. В., Паутов А. А. Стереокомпьютерные методы формирования изображения и их применение. // Техника кино и телевидения. - 2001. Ц  № 8. - С. 11-16. (0,75 / 0,2)
8. Кондратьев Н. В., Елхов Н. В, Овечкис Ю. Н., Паутова Л. В. Безочковая система показа объемных многоракурсных изображений. //Запись и воспроизведение объемных изображений в кинематографе и других областях: Научно-техническая конференция, Москва, 23-24 апреля 2009 г. Материалы и доклады. - М., МКБК, 2009. - 216 с.  - С. 27-41. (0,94 / 0,24)
9. Victor A. Elkhov, Nikolai V. Kodratiev, Yuri N. Ovechkis, Larisa V. Pautova A Modular Projection Autostereoscopic System for Stereo Cinema. УStereoscopic Displays and Applications XXФ. 19 - 21 January 2009, San Jose, California, US, SPIE Vol. 7237, pp. 72370D-1 - 72370D-11. (0,69 / 0,17)
10. Кондратьев Н. В., Елхов Н. В, Овечкис Ю. Н., Паутова Л. В. Стереоскопическое устройство отображения авиационного тренажера. // Запись и воспроизведение объемных изображений в кинематографе и других областях: Научно-техническая конференция, Москва, 23-24 апреля 2009 г. Материалы и доклады. - М., МКБК, 2009. - 216 с.  - С. 189-199. (0,63 / 0,16)
11. Кондратьев Н. В., Елхов Н. В, Овечкис Ю. Н., Паутова Л. В. Геометрия воспроизводимого пространства в системе показа многоракурсных стереоскопических изображений. // Запись и воспроизведение объемных изображений в кинематографе и других областях: Вторая научно-техническая конференция, Москва, 22-23 апреля 2010 г. Материалы и доклады. - М., МКБК, 2010. - 223 с.  - С. 182-192. (0,63 / 0,16)
12. Кондратьев Н. В., Елхов Н. В, Овечкис Ю. Н., Паутова Л. В. Устройство для демонстрации растрового стереоскопического изображения с высоким разрешением. Патент РФ на изобретение № 2391689, приоритет от 29 мая 2008 г.
13. Кондратьев Н. В. Мультиэкранный плеер. Свид. о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2010614828 от 23.07.2010

     Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по физике