Картинка Youtube-канал «Howseography»

Что вспоминается в первую очередь, когда думаешь о детских годах? Лично для меня — это переливающиеся 3D-открытки, которые раньше продавались почти в каждом киоске.

Помните такие? Поворачиваешь под разными углами — и появляются разные изображения.

В детстве мы даже не задумывались о том, что их можно сделать самостоятельно. Казалось, что это что-то слишком сложное.

Но, как выяснилось, такие картинки вполне реально создать самому, и результат практически не отличается от заводского!

Кроме того, что интересно, при некотором желании у современных итераций таких изделий может быть вполне чёткая коммерческая составляющая (наверняка многие не отказались бы от собственного 3D-портрета в качестве подарка, полученного неожиданно)

Ещё одним любопытным моментом является то, что сам подход, благодаря которому создаются такие трёхмерные картинки, на современном этапе даёт интересные возможности, о которых раньше даже не мечтали.

Однако, давайте обо всём по порядку…

Для начала надо сказать, несмотря на то что иногда в обиходе, кое-кто называет их голограммами, они не имеют ничего общего с голограммой и принцип построения подобных изображений совершенно иной.

Для создания таких изображений используется принцип видимости изображения только одним глазом.

Чтобы обеспечить работу этого принципа, требуется 2 обязательных компонента: собственно, само изображение и плоско-выпуклая линза.

На предварительном этапе берутся два изображения, и каждое из них разбивается на полоски таким образом, чтобы при дальнейшем размещении под линзой умещались две полоски разного цвета.

Что это даёт: путь отражённых от полоски изображения световых лучей проходит таким образом, что если смотреть на линзу сверху, под углом, отличным от 90°, то глаз будет видеть только одну полоску одного цвета.

Теперь, если расположить эти линзы и полоски под ними рядом друг с другом, то под одним углом обзора будет видно одно изображение (составленное из полосок), а при изменении угла — другое.

Те, кто видел или держал в руках подобные переливающиеся картинки, знают, что сверху они покрыты какой-то ребристой пластиковой плёнкой.

Именно эта ребристая плёнка и представляет собой массив плоско-выпуклых линз в виде полосок, расположенных друг рядом с другом (наподобие забора) и изготовленных методом штамповки.

Механизм работы всей этой конструкции кратко иллюстрирует следующая картинка:

Картинка: wikipedia.ru

Посмотрим самый простой вариант подобной анимации — я специально выбрал один из самых грубых и простых вариантов «для контраста», так как ниже будет гораздо лучше :-) Итак, пример:

Как можно видеть выше, всё работает именно так, как и предсказывалось — два изображения становятся видимыми с разных углов обзора. И технология создания и распечатки таких изображений (полиграфическим способом или просто даже на бытовом принтере) и называется лентикулярной печатью.

Однако, сразу поспешу развеять пессимизм, возможно зародившийся у читателя при просмотре видео выше (мол «и стоило это какого-то обсуждения?»). Это был самый простой пример, когда одно изображение сменялось на другое.

На самом деле, при создании такого псевдотрёхмерного изображения может быть взято более двух картинок — например, можно даже взять короткий видеоролик, разбить его на отдельные картинки, каждую из этих картинок разрезать на полоски и разместить, перемежая одну с другой.

В результате каждая картинка будет видна только под определённым углом. И, если изображение поворачивать, можно добиться эффекта воспроизведения видеоролика!

Теперь обещанный выше более качественный вариант, который, на мой взгляд, очень хорошо раскрывает возможности технологии и даже имеет серьёзный коммерческий потенциал — кто бы отказался от такого подарка (кто хочет увидеть сразу финальный результат, перематывайте на 0:46):

Как можно видеть, если использовать целую серию изображений из удачного видеоролика, то результат будет выглядеть феноменально.

Только тут следует оговориться, что сам автор использовал не снятый ролик, а рендер ролика, изготовленного в 3D-редакторах (ZBrush, Mudbox, Maya).

Однако это связано лишь с тем, что сам автор специализируется на работе в 3D-редакторах. Обычные же люди вполне могут взять небольшой фрагмент заранее записанного видеоролика (например, с лицом себя любимого).

А вот что он говорит по поводу того, как и с помощью чего это сделал. К сожалению, он умолчал о количестве использованных изображений, но, я думаю, с этим параметром можно поиграться. Кроме того, в комментариях к одному из других роликов (очень схожему с этим) он обмолвился, что было использовано 45 изображений — так что, я думаю, можно использовать это число для ориентира:

• Изображения для переплетения друг с другом были загружены в пакет 3DMasterKit (в качестве альтернативы можно использовать Lentigram).
• Далее готовый «бутерброд» из изображений был распечатан на струйном принтере с разрешением в 600 ppi.
• В качестве плёнки-линзы был приобретён экземпляр отсюда (говорит, что помалу они вроде как не продают, только как минимум по 25 штук; наверное, при желании, можно найти альтернативу и на AliExpress).
• Линза была взята типа «40 lpi» (40 lines per inch) — то есть, с частотой в 40 вертикальных линейных линз на дюйм.
• После чего осталось только наклеить линзу на бумагу и результат готов!

Выше я уже говорил, что удалось найти пример, где было использовано 45 изображений. Вот он:

Также было упомянуто, что в рассмотренных выше примерах предварительная подготовка изображения велась специальным программным обеспечением, тем не менее, всё то же самое никто не мешает вам проделать самостоятельно, если это программное обеспечение по тем или иным причинам будет недоступно.

Например, вот тут есть хороший мануал, как изготовить подобное изображение в Фотошопе — никакой фантастики: берём два изображения, нарезаем их на полоски и чередуем эти полоски друг с другом, после чего готовое изображение распечатываем и ламинируем сверху плёночной лентикулярной линзой. Вуаля…

Однако сама идея таких устройств имеет гораздо более глубокий смысл и поднимает множество интересных вопросов, одним из которых является такой: лентикулярное изображение позволяет разглядывать его в некоторых пределах, смещаясь относительно него влево/вправо. А можно ли создать некое изображение, которое можно будет разглядывать ещё и сверху/снизу?!

В ходе нахождения ответа на этот вопрос мы неизбежно столкнёмся с таким интересным устройством, которое называется «дисплей светового поля», а также интегральными изображениями, которые служат для показа не просто двухмерного изображения, а для воссоздания картины световых лучей, в процессе их взаимодействия с трёхмерным объектом, после чего они попадают в глаз наблюдателя.

Таким образом, если человек будет наблюдать за этой картиной/дисплеем, у него будет создаваться полная иллюзия, что он смотрит на реальный трёхмерный объект и может даже разглядывать его с разных сторон, а также фокусировать глаза на разных расстояниях. То есть у изображения присутствуют объём и глубина! Весьма похоже на голографию, не так ли?

При этом, так же, как и с лентикулярными изображениями, для наблюдения этого эффекта не требуются никакие 3D-очки — эффект наблюдается невооружённым глазом.

Для воссоздания такой картины световых лучей применяются разные подходы, одним из которых является использование массива сверхминиатюрных линз, а также предварительная подготовка изображения с использованием специального программного обеспечения.

Чтобы проиллюстрировать всё это, посмотрим на один из довольно простых примеров.

Как рассказывает сам автор, с помощью программного обеспечения отсюда происходит генерация тестового изображения таким образом, чтобы на экране одновременно отображались сотни копий этого изображения, специальным образом искажённых, что позволяет увидеть в процессе наблюдения через массив микролинз трёхмерное изображение:

Вроде бы интересно, однако существуют и гораздо более впечатляющие примеры;-) Опять же, с вполне чётким практическим потенциалом:

Как можно видеть, изображение покрыто массивом односторонне выпуклых шестиугольных линз, где сама плёнка с такими линзами была приобретена, как говорит автор, у компании Fresneltech, и является достаточно недешёвым удовольствием.

Так как автор специализируется на трёхмерной графике, это изображение также является рендером трёхмерной модели, однако, к сожалению, он нигде не говорит, каким именно образом готовил изображение…

Тем не менее, из той информации, которую мне по крупицам удалось собрать, вырисовывается следующая картина:

• Происходит компьютерная генерация массива изображений, где минимальное количество изображений на каждой стороне массива составляет 20x20 (или, суммарно, как минимум 400 изображений — чтобы анимация выглядела плавной и не дёрганой).
• Генерация такого массива силами домашнего компьютера занимает существенное время (в 2011 году; сейчас — порядка 10 минут). Тут же следует сделать ремарку, что речь идёт исключительно о рендеринге трёхмерной сцены — если же попытаться таким образом обрабатывать готовый видеоролик, информация о времени, требующемся на такой процесс, отсутствует.
• Подобные изображения называются «интегральными изображениями» или «fly-eye изображениями». Как нетрудно догадаться по английскому названию, каждое такое изображение состоит из множества копий, а вся картина в целом имитирует зрение из глаз мухи.
• Так как автор работает почти исключительно с трёхмерными изображениями, какой-либо способ работы с готовыми видеороликами (например, со снятой на видео головы себя любимого) не приводится, и информация об этом у него отсутствует. Однако я догадался! Об этом ниже ;-))
• Изображение выглядит абсолютно реалистично трёхмерным для наблюдателя, даже если оно неподвижно и не перемещается относительно его глаз. Например, какие-то части изображения могут выглядеть выступающими из плоскости картинки, а другие — находящимися за ней. Это позволяет фокусировать глаза на разных расстояниях, и объём очень хорошо чувствуется. Ниже приведены примеры таких объёмных объектов:

А далее пример, любопытный тем, что там можно видеть, как будет выглядеть готовое изображение с линзовой плёнкой и без неё (кликабельно):

Картинка: Youtube-канал «Howseography»

Причём, если хотите увидеть, как картина выглядит совсем сблизи, без линзовой пластины, это показано почти в самом конце ролика:

UPD. Несмотря на то, что выше я говорил, что мне не удавалось изначально найти способ, которым автор получил подготовленное интегральное 3D-изображение, в конце концов я нашёл его!

Он говорит весьма сжато, «проглатывая» промежуточные этапы, и его сможет понять только специалист. А так уж вышло, что я умею работать в 3D-редакторах на таком же уровне, и, вроде как, я его понял :-)

Итак, похоже, что он проделал следующее в 3D-редакторе Maya:

• Построил огромный массив виртуальных линз, толщину которых, а соответственно, и их фокусное расстояние, можно настраивать.
• Изготовил «чересстрочное» изображение (электронную версию) тем самым способом, который мы рассматривали выше для лентикулярных изображений.
• Взял виртуальную светящуюся плоскость, натянул на неё это чересстрочное изображение как текстуру. По сути, превратил плоскость в прожектор, который может светить этой текстурой. Самый простой пример для понимания — дневной свет, проходящий сквозь стеклянный витраж и окрашивающийся в его цвета.
• Установил эту светящуюся текстуру позади массива линз.
• Установил виртуальную камеру так, чтобы она смотрела на этот массив объективом.
• Сделал «фото» всего, что видит камера, с этого ракурса (т. е. отрендерил картинку вида из камеры).
• Распечатал получившееся изображение на струйном принтере.
• Прикрепил к этому распечатанному изображению массив линз в виде плёнки. Вуаля, на этом всё — ход световых лучей, изначально никогда не существовавших в физическом мире, а смоделированных исключительно виртуально, восстановлен в реальном мире! :-)

А теперь самое интересное про начало этого списка шагов выше (специально выделил это, потому что важно), чтобы всем было понятно: он взял 3D-модель, вращал её в разных ракурсах и наделал «скриншотов» (т. е. отрендеренных картинок этих ракурсов).

Далее он сделал чересстрочное изображение по технологии лентикулярных изображений. И затем — все шаги выше.

Почему я не добавил этот пункт в начало списка, а решил отдельно разобрать: несмотря на отсутствие явного объяснения, я кажется понял: ТАК МОЖНО ОБРАБАТЫВАТЬ И ВИДЕОРОЛИКИ!!! То есть: снимаем голову себя любимого/девушки/«кошочки»/выбрать нужное на видео. Далее — делаем чересстрочное изображение, далее — шаги по списку. И вуаля — имеем анимированную картинку интегрального изображения!!! Секрет, кажется, раскрыт :-)

Тут следует сделать небольшое пояснение и сказать для тех, для кого это всё довольно удивительно: дело в том, что над 3D-редакторами работают настоящие научно-исследовательские институты, описывая формулами и кодом физику реального мира.

Поэтому нет ничего удивительного, что сделанное только виртуально — вполне реалистично выглядит и в реальном мире.

Это не компьютерные игры и упрощённый рендеринг с каким-нибудь baking-ом текстур и фейковой имитацией физики… Тут всё довольно по-взрослому…

А вот, собственно, как это примерно выглядело (он показал только часть проделанной работы):

К слову, ещё одним любопытным вариантом является, на мой взгляд, использование этой технологии для создания анимированных картинок, которые позволяют рассмотреть устройство в собранном варианте и разобранном — ниже это показано на примере целого и «взорванного» черепа, однако сам подход мне кажется интересным.

Стоит сразу сказать, что ниже автор применил нестандартный подход (это хорошо видно, начиная с 1:55): несмотря на использованную лентикулярную линзовую плёнку, само изображение было подготовлено по технологии интегральных, а не лентикулярных изображений (поэтому изменяется не только слева/направо, но и вверх/вниз). Автор — довольно творческий человек и экспериментирует со многими подходами и здесь мы видим, что даже, казалось бы, несочетаемые подходы, относящиеся к несколько разным технологиям, вполне себе уживаются вместе и хорошо работают. Странно, но факт:

Итак, выше мы видели применение технологии только для создания ограниченно анимированных картинок, а что же насчёт полной анимации?

Как ни удивительно, подобные устройства существуют, и одним из них является экран Looking Glass, покрытый слоем микролинз и выпускающийся в виде целой линейки размеров.

Сразу скажу, что устройство это не дешёвое, скажем, версия в 7,9 дюймов — Looking Glass Portrait (не представленная в данный момент на официальном сайте) стоит порядка 50 000-60 000 руб.

Устройство совместимо с PC и Mac и позволяет проецировать трёхмерное изображение, визуально как будто выходящее за пределы экрана, и уходящее в его глубину, обеспечивая угол обзора в 58°, а в качестве исходников используется 45-100 вариантов вида трёхмерной сцены, генерируемых и воспроизводящихся одновременно.

Производство аппарата было профинансировано с помощью сайта kickstarter.com.

Кроме этого аппарата, также был профинансирован и ряд других устройств.

Само техническое описание дисплеев от Looking Glass можно найти здесь.

Как можно было видеть по ссылкам выше на сайте kickstarter.com, способов применения такого рода дисплеев может быть много, и мне удалось найти один из самых забавных. Что вы скажете, например, об игре в Doom, где можно в буквальном смысле высовывать голову из-за столбов (перемещая её относительно монитора) и поглядывать, не появился ли кто? (Весь ролик интересный сам по себе, однако, кого интересует именно игра — см. с 15:00):

Ну и само название Looking Glass Portrait подразумевает, что на нём будут хорошо смотреться и статичные изображения, что, собственно, является правдой. В видеороликах ниже первое изображение показано на таком дисплее, а второе — в виде физического, реально распечатанного лентикулярного изображения. Смотрится весьма и весьма недурно:

Выше я уже говорил, что подобные плёночные линзовые покрытия достаточно недешёвое удовольствие, и в наше время было бы логичным предположить, что для создания таких покрытий с произвольным количеством линз, как нельзя лучше подходит фотополимерный 3D-принтер!

Да, возможно, качество будет и не самым высоким, однако его можно и повысить известным подходом — последующей лакировкой готовой 3D-печатной модели.

И некоторые уже делают попытки печатать линзовые массивы:

Однако мне не удалось найти примеры, где кто-либо попытался бы изготовить с помощью 3D-печати покрытия, состоящие из массива круглых/многоугольных линз, как в примерах выше. Так что, на мой взгляд, здесь явно есть хороший задел для экспериментов.

Кстати сказать, тема устройств светового поля не ограничивается только средствами отображения — в недалёком прошлом компанией Lytro была выпущена Lytro Light Field Camera, содержащая массив микрообъективов перед оптическим сенсором камеры. Это позволяло уже после съёмки производить смену точки фокуса на готовом снимке:

Картинка: Dcoetzee

Этот и другие ролики, если кто не в курсе, можно смотреть с синхронным голосовым переводом с помощью одного из известных браузеров (не называю, дабы не реклама :-) Просто даю намёк):

По некоторой информации, компания прекратила работу в 2018 году и её сотрудники перешли в Google.

Однако она успела выпустить следующую итерацию камеры — 40-мегапиксельную камеру светового поля Lytro ILLUM:

Картинка: Morio

Подытоживая рассказ, можно отметить, что объёмные изображения прошли большой путь, и то направление, которое мы изучили, — интегральные изображения и дисплеи светового поля, несмотря на то, что основы были заложены ещё в 1908 году, только в последние годы начали достаточно активно развиваться.

Таким образом, мне кажется, что, используя рассмотренные основы, вполне можно внести свой вклад в эту область…

Кстати об основах: заинтересовавшиеся могут более подробно почитать научный труд на тему интегральных изображений и дисплеев светового поля, например здесь.

А в том случае, если вы не строите таких наполеоновских планов — простое изготовление трёхмерного изображения для постановки на полку или в качестве подарка видится любопытной затеей. Тем более, что скоро 14 февраля и 8 марта :-)

© 2025 ООО «МТ ФИНАНС»

Telegram-канал со скидками, розыгрышами призов и новостями IT 💻