1. Добавление следующего измерения
2. Шаг 1: линзовидные 3D изображения
3. материалы
4. процедура
5. Как это работает?
6. Шаг 2: анаглифы
7. материалы
8. процедура
9. Как это работает?
10. Шаг 3: 3D поляризованные очки
11. материалы
12. процедура
13. Что происходит?
14. Как это работает?
15. Шаг 4: создайте свое собственное 3D изображение
16. материалы
17. процедура
18. Poďakovanie

Оглянись вокруг. Сколько измерений вы можете увидеть? Как трехмерное существо, живущее в трехмерном мире, вы определенно видите три измерения: высоту, ширину и глубину? Вовсе нет. На самом деле, вы видите только два измерения. Это потому, что мы видим только 2D-изображения, даже 3D-объекты, отображаемые на дне наших глаз. То, что мы воспринимаем , совершенно другое: наш мозг обрабатывает эти 2D-изображения в нечто, что, кажется, имеет не только высоту и ширину, но и глубину - три измерения. Таким образом, мозг использует 2D-изображения, воспринимаемые нашими глазами, создавая 3D-иллюзию.

Четыре упражнения, описанные в этой статье, подходят для учащихся в возрасте от 11 до 19 лет, исследующих, как мы можем взять на себя функции мозга, чтобы создать объект, который изначально представляет собой 2D-изображение - например, рисунок, рисунок или фильм - до состояния, в котором он будет выглядеть как 3D-изображение.

Каждое из упражнений 1, 2 и 3 занимает около 20 минут, а шаг 4 - около 30 минут. Материалы, которые вам нужны, не дороги, но вы должны получить их заранее. Хотя эта статья в основном охватывает проблему физики, ее также можно адаптировать к урокам биологии, поскольку в ней рассматриваются такие понятия, как функционирование зрения и мозг.

Добавление следующего измерения

Прежде всего, как мозг позволяет нам по-настоящему воспринимать трехмерные объекты в трех измерениях?

Мы будем использовать эту способность каждый раз, когда делаем что-то простое, например, наливаем напиток. Закройте один глаз, держите голову неподвижно и выровняйте уровень глаз по уровню верхней части стакана, затем попытайтесь налить в него воды. Это сложно Теперь откройте оба глаза и попробуйте снова. На этот раз ваш мозг получает два слегка разных изображения тех же объектов, которые он использует, чтобы увидеть глубину. В результате вы должны быть в состоянии налить воду точно в стакан.

Мы можем использовать эту способность нашего мозга, чтобы улучшить реалистичность 2D изображения. Мы сделаем это, представив каждому нашему глазу немного отличную картинку, имитирующую то, что происходит, когда мы смотрим на трехмерный объект. Мозг объединяет эти два изображения, убеждая нас в глубине того, что в настоящее время является 2D-изображением.

Для создания этих трехмерных иллюзий были использованы три схемы. Первый (описанный в шаге 1) приносит различное изображение для каждого глаза с помощью рефракции, в то время как другие две диаграммы (шаги 2 и 3) используют различные типы специального стекла. На шаге 4 учащиеся применяют полученные знания для создания собственных трехмерных объектов.

Шаг 1: линзовидные 3D изображения

Ваши ученики могли видеть рисунки на открытках, обложках DVD или карточках в упаковках из хлопьев, которые, казалось, имели удивительное чувство глубины. Если это так, то они уже сталкивались с трехмерными линзовидными изображениями. На следующем шаге мы рассмотрим, как они работают.

материалы

Для одного студента или для пары:

процедура

1. Закрой свой левый глаз и посмотри на картинку. Затем закройте правый глаз, обнажив левый, и посмотрите снова.
2. Посмотрите на картинку обоими глазами. Что вы можете заметить?

Что происходит?

Когда вы смотрите на изображение обоими глазами, оно выглядит трехмерным, но когда вы смотрите на него одним глазом, вы видите два измерения.

Как это работает?

Простейшие линзовидные трехмерные изображения создаются из двух отдельных изображений, которые выровнены в поперечном направлении друг с другом. Давайте возьмем в качестве примера составное изображение, созданное из рисунков A и B. Оба они разделены на вертикальные полосы и попеременно сложены в то, что мы называем чересстрочным изображением (рисунок 1a), в следующем порядке: ABABA .... Чересстрочное изображение напечатано на бумаге. и покрыты линзовидной фольгой, содержащей серию длинных тонких линз (рис. 1б). Эти линзы выровнены с базовыми полосами таким образом, что свет, отраженный от полос A, попадает в левый глаз, а свет, отраженный от полос B, в правый глаз (рисунок 1c).

В нашем эксперименте ваш мозг комбинирует изображения A и B на лентикулярной фотографии, чтобы создать иллюзию глубины. Иллюзия работает, потому что два изображения выровнены друг с другом, поэтому мозг объединяет два разных изображения - так же, как это происходит, когда вы смотрите на трехмерный объект обоими глазами. При взгляде одним глазом не возникает иллюзии глубины: либо левый глаз видит только изображение А, либо правый глаз видит только изображение В.

Шаг 2: анаглифы

Хотя линзовидные 3D-изображения можно наблюдать в действии, когда мы смотрим на них невооруженным глазом, для других способов создания иллюзии глубины требуются специальные очки. Ранние 3D фильмы использовали цвет, чтобы создать иллюзию глубины. Зрители носили красные / зеленые очки, чтобы видеть изображение на экране, состоящее из двух выровненных изображений: одного красного и одного зеленого. Такие картинки, называемые анаглифами, до сих пор широко используются в печатных материалах. На следующем занятии ваши ученики узнают, как работают анаглифы.

материалы

Для пары студентов:

• Пара красных / зеленых очков

процедура

1. Наденьте красные / зеленые очки с красным фильтром над левым глазом и зеленым над правым
2. Посмотрите на один из анаглифов ниже.

Что происходит?

Анаглиф, кажется, имеет глубину: похоже, у него есть три измерения.

Как это работает?

Мы можем фильтровать свет по его цвету (длине волны). Красный фильтр в ваших очках поглощает все длины волн света, кроме красного, тогда как зеленый поглощает все длины волн, кроме зеленого.

Чтобы создать анаглифы, каждое из двух составляющих изображений было взято из немного другой позиции, прежде чем оно было окрашено: одно в красном и одно в зеленом.

Когда вы смотрите на анаглиф в красных / зеленых очках, ваш левый глаз видит красную картинку, а правый - зеленую. Иллюзия глубины создается, когда ваш мозг соединяет два выровненных изображения.

Шаг 3: 3D поляризованные очки

В большинстве современных 3D-фильмов используются поляризационные очки для достижения иллюзии глубины. Следующее действие рассмотрит, как работают эти очки.

материалы

Для пары студентов:

• Две пары 3D поляризационных очков, например, созданные RealD ™

процедура

В парах:

1. Надень очки и посмотри на своего партнера.
2. Накройте левое стекло и посмотрите на партнера, которому должны быть выставлены обе линзы. Что ты видишь?
3. Закройте правую линзу и посмотрите снова. Что изменилось?

Что происходит?

Когда вы смотрите на своего партнера с открытыми обеими линзами, его собственная кажется прозрачной. Когда вы закрываете одну из ваших линз, одна из линз вашего партнера выглядит темнее. Когда вы закрываете другую линзу, эта линза темнеет в вашем партнере.

Как это работает?

Чтобы понять сделанные наблюдения и то, как работают современные 3D-фильмы, мы должны помнить, что свет движется волнами. Мы можем влиять на направление вибрации волны, пропуская свет через круговой поляризационный фильтр, который заставляет вибрации двигаться в виде оборотов (рисунок 2). Линзы в ваших 3D-очках содержат круглые поляризационные фильтры в одном: один поляризует свет по часовой стрелке, другой поляризует в противоположном направлении.

Линзы в ваших 3D-очках содержат круглые поляризационные фильтры в 1 : один поляризует свет по часовой стрелке, другой поляризует в противоположном направлении.

Подумайте, что происходит, когда вы смотрите на своего партнера с открытыми обеими линзами (рисунок 3А). Линзы партнера кажутся прозрачными, потому что вы можете видеть свет, который они прошли: правосторонний поляризованный свет от прямоугольных поляризованных линз вашего партнера достигает одного из ваших глаз, в то время как левый поляризованный свет от поляризованных линз вашего партнера достигает вашего другого глаза.

Теперь рассмотрим, что происходит, когда вы закрываете свой прямоугольный поляризованный объектив (рис. 3В). Поляризованная линза вашего партнера выглядит темнее, потому что вы больше не получаете свет, который прошел через него. Почему? Это связано с тем, что леворально поляризованная линза (та, через которую вы теперь можете видеть) блокирует поляризованный по часовой стрелке свет. Когда вы закроете второй объектив (рисунок 3C), ситуация изменится, и другой объектив вашего партнера станет темнее.

3D-фильмы, для которых были разработаны ваши очки, снимаются с помощью двух установленных камер, поэтому расстояние между их объективами более или менее равно среднему расстоянию между человеческими глазами. Во время фильма два движущихся изображения поляризованы по кругу в противоположных направлениях и проецируются на экран. Ваши 3D-очки гарантируют, что ваш левый глаз получит одно изображение, а правый - ваш левый глаз. Два движущихся изображения отображаются попеременно с незаметной быстрой скоростью 144 раза в секунду. Мозг объединяет эти образы, которые я получаю от обоих глаз, чтобы создать иллюзию глубины.

Шаг 4: создайте свое собственное 3D изображение

Когда ваши ученики поймут принципы 3D-визуализации, они смогут создать свой собственный анаглиф, используя цифровую камеру и компьютер (рисунок 4).

материалы

• Цифровая камера
• Штатив или другая поддержка для камеры (например, стопка книг)
• Пара красных / зеленых очков
• Программное обеспечение, которое может создавать анаглифы, такие как Anaglyph Workshopw2 ,

процедура

1. Выберите стационарный объект.
2. Сфотографируй
3. Переместитесь вправо примерно на 6 см (расстояние между глазами), убедившись, что камера остается на том же уровне. Сделай второе фото.
4. Следуйте инструкциям выбранного программного обеспечения, подкрашивая и применяя две фотографии. Вы только что получили анаглиф.
5. Посмотрите на своего анаглифа в красных / зеленых очках, на экране компьютера или на распечатке. Возможно, вам придется повторить процедуру несколько раз, отрегулировав расстояние, которое вы перемещаете, прежде чем делать второй снимок, чтобы уточнить эффект 3D.

Примечание: если у вас есть смартфон, вы можете упростить процедуру, используя приложение (например, 3D Photo Maker), которое позволяет вам напрямую создавать свой собственный анаглиф, используя снимки, сделанные с помощью вашего телефона.

Poďakovanie

Действия в этой статье были изобретены Элисон Александер, Чериан Ангхарард, Фрэнсис Грин и Рут Уилтшер, которые являются учителями физики в сети координаторов в Британский институт физики (IOP) w3 , Эти и другие мероприятия первоначально были частью пакета мероприятий под названием «Свет, камеры, изображения», которые использовались во время семинара для сети преподавателей IOP.

Рабочие листы для всех видов деятельности в пакете "Свет, камеры, изображения" w3 можно загрузить с сайта Talk Physics.