KVU / UF3D
3D fotografie a alternativní techniky ve fotografii

Lentikulární displej

Nevýhoda bariérového displeje

Bariérový displej, který jsme si představili, má jednu zásadní nevýhodu: část světla, které opouští prokládaný snímek (a které nese důležitou informaci o barvě) narazí zezadu na bariéru a nedostane se k divákovým očím. Proto by bylo vhodné udělat štěrbiny v bariéře co nejširší. Na druhou stranu je pochopitelné, že čím širší štěrbiny uděláme, tím spíš uvidí oko snímek, který vidět nemá. Na obrázku níže vidíme, že nejpravější sloupeček pravého, resp. levého snímku (pro jednoduchost uvažujeme pouze složení dvou snímků), je samostatně vidět jen ve velmi omezeném prostoru vyznačeném trojúhelníkem mezi silnými linkami; tenkými linkami je vyznačena oblast, kde je nejpravější sloupeček pravého, resp. levého snímku alespoň nedokonale vidět.

Zóny bezchybné (silné linky) a nedokonalé viditelnosti nejpravějšího sloupečku pravého snímku. Po umístění kurzoru nad obrázek se ukáže viditelnost nejpravějšího sloupečku levého snímku

Na obrázku je jasně vidět, že byť obě oči vidí nejpravější část snímku dokonale, stačí jen nepatrný pohyb hlavy, aby oči částečně viděly i nepsrávný snímek. Oproti bariéře s velmi tenkými štěrbinami se tedy zóny podstatně zmenšily. Musíme proto pečlivě volit, zda chceme jasný, nebo bezchybný obraz - obojí s technikou bariérového displeje udělat nelze.

Zóny bezchybné viditelnosti celého levého, resp. pravého snímku při širokých štěrbinách bariéry. Po umístění kurzoru nad obrázek se ukáže zóna bezchybné viditelnosti při velmi úzkých štěrbinách

Podstata lentikulárního displeje

Řešením problému, teoreticky navrženým nedlouho po objevu bariérového principu, je použití lentikulárních čoček. Jak víme, čočka má vlastnost zaostřit rovnoběžné paprsky (tj. světlo přicházející z velké vzdálenosti) do bodu na ohniskové rovině. Kvůli jednoduchosti konstrukce se obvykle čočka navrhuje tak silná, aby ohnisková rovina ležela na zadní (ploché) části čočky. Přední část čočky je v nákresu vymezena kruhovým obloukem poloměru r. Celá čočka je pak na šířku omezena rozměrem zvaným rozteč (pitch). Obrázek naznačuje 2D řez čočkou; celá čočka je pak podlouhlým "válečkem" kolmým na naznačený řez.

Průřez lentikulární čočkou

Jestliže položíme mnoho takových čoček vedle sebe, zjistíme, že světlo z jednoho směru se koncentruje do několika málo bodů na zadní straně lentikulární desky. Naopak, pokud na zadní stranu přiložíme papír s několika tečkami (na obrázku červeně), bude se světlo z nich šířit výhradně jedním směrem - na rozdíl od papíru samotného, od něhož se světlo šíří všemi směry.

Lentikulární deska

Šíření světla od teček na zadní straně lentikulární desky; šedý pruh naznačuje "papír" s vytištěnými tečkami

Pokud na papíře nebudou nekonečně malé tečky, ale "velké" skvrny, bude se od nich světlo šířit v rozšiřujícím se svazku. Změníme-li pozice skvrn vůči čočkám, změníme směr svazku. To jsou ale stejné vlastnosti, které jsme pozorovali u bariérového displeje. Předloha složená z několika snímků, kterou jsme připravovali pro bariérový displej, by tedy měla fungovat i s přiloženou lentikulární deskou. Rozdíl oproti bariérovému displeji je propastný - zatímco světlo z konkrétní skvrny snímku se v případě bariérového displeje šířilo všemi směry a část byla blokována bariérou, v případě lentikulárního displeje je veškeré světlo soustředěno požadovaným směrem. Obraz bude proto mnohem jasnější.

Šíření světla od skvrn na zadní straně lentikulární desky. Po umístění kurzoru nad obrázek se skvrny posunou

Pro další zkoumání a lepší představivost bude vhodné povědět, jaké jsou běžné parametry lentikulárních desek. Rozteč čoček bývá několik desetin milimetru až několik milimetrů. Protože se rozteč hůře pamatuje, je obvyklejší udávat počet čoček na jeden palec (25,4 mm) - například při hustotě čoček 20 Lpi (lenses per inch) je rozteč čoček 25,4 / 20 = 1,27 mm. Tloušťka desky bývá několik desetin milimetru až několik milimetrů, například deska s 20 Lpi mívá tloušťku asi 3 mm, deska s 40 Lpi mívá tloušťku jen asi 0,8 mm (tak tenkým lentikulárním deskám se často říká lentikulární fólie). Poloměr zakřivení a index lomu ("lámavost světla") použitého materiálu se obvykle neuvádějí; častěji se uvádí rovnocenná a praktičtější hodnota zorného úhlu. Zorný úhel (na obrázku φ) je definován jako úhel rozbíhavosti svazku světla určeného skvrnou velikosti rozteče čoček. U běžných lentikulárních desek určených pro 3D zobrazení se zorný úhel pohybuje mezi 25° a 50°.

Zorný úhel lentikulární čočky. Silně vytažené paprsky se průchodem čočkou nelámou, neboť směřují ke středu kružnice definující přední stranu čočky, a tedy dopadají na povrch čočky kolmo. Paprsky dopadající kolmo na povrch se samozřejmě nelámou.

Zóny viditelnosti

Před další analýzou si zjednodušme život. Když jsme zjišťovali, jak se šíří světlo od skvrny na zadní straně lentikulární desky, poctivě jsme kreslili celý svazek parprsků. Z uvedených rozměrů je ale zřejmé, že zdaleka nejdůležitější je směr středových paprsků konkrétních svazků - okrajové paprsky pouze svazek rozšiřují o velikost rozteče lentikulární desky, tj. typicky o desetiny milimetru. To je pro analýzu pozorování lentikulární desky v metrové vzdálenosti samozřejmě nepodstatné.

Zkusme nyní jednoduchý pokus: vezměme levý a pravý snímek, rozřežme je na sloupečky široké polovinu rozteče (pitch) lentikulární desky a za každou čočku umístěme pár sloupečků z levého a pravého snímku. Opět, jako při analýze bariérového displeje, zjišťujeme, že jeden sloupeček je vidět v trojúhelníkové výseči dané dvěma středovými paprsky. Chceme-li vidět všechny sloupečky pravého snímku, musí oko ležet ve všech těchto trojúhelnících současně.

Zóna viditelnosti nejlevějšího sloupečku pravého obrázku je vyznačena dvěma paprsky. Zóna viditelnosti sousedícího sloupečku je vyznačena šedými paprsky. Průnik viditelnosti všech sloupečků je vyznačen azurovým trojúhelníkem.
Po umístění kurzoru nad obrázek zobrazí paprsky definující viditelnost levého snímku

Z obrázku je zřejmé, že zvětšováním lentikulární desky (respektive snímku na ní) se zóny viditelnosti celého pravého a levého snímku vzdalují od sebe; jejich vzdálenost je rovna šířce lentikulární desky. Je-li lentikulární deska větší než mezioční vzdálenost, není samozřejmě možné vidět levým okem celý levý a pravým okem celý pravý snímek.

Pomoc je snadná a de facto ji známe již z rozboru bariérového displeje. Dvojice "levý sloupeček - pravý sloupeček", která byla v předchozím pokusu stejně široká jako rozteč lentikulární desky, musí být zkrátka širší.

Zóna bezchybné viditelnosti, je-li "tisková rozteč" 1,024× větší než rozteč lentikulární desky.
Po umístění kurzoru nad obrázek se tisková rozteč stane stejnou jako rozteč lentikulární desky

Je zřejmé, že nyní již neplatí jednoduchá souvislost "jedna čočka - jedn pár sloupečků". Za jednou čočkou může být v praxi umístěna i část páru příslušejícího jiné čočce. Pár sloupečků je pak samozřejmě vidět jak "svou" čočkou, tak částečně i čočkami sousedními. Proto podobně jako u bariérového displeje i zde uvidí jednooký pozorovatel při pohybu hlavy postupně snímky levý-pravý-levý-pravý atd.

To je poměrně zásadní poznatek. Za prvé nám říká, že zatímco divák postavený před displejem vidí levým okem levý snímek a pravým okem pravý snímek, vidí divák stojící stranou něco jiného. Stoupne-li si divák hodně doleva, dostane se jeho pravé oko do zóny viditelnosti levého snímku; jeho levé oko už se dostane do opakující se zóny viditelnosti pravého snímku, čili každé oko vidí špatný snímek. Pokud za jednu lentikuli neumístíme dva pohledy na scénu, ale např. deset pohledů, bude mít divák při omezeném pohybu hlavy doleva-doprava dobrý vjem pohybové paralaxy; pohne-li však hlavou příliš, nastane diskutovaný jev, kdy levé oko vidí snímek určený pro pravé oko a naopak a 3D iluze se zničí.

Zóna bezchybné viditelnosti se opakují, a proto nevhodně postavený divák může vidět levým okem pravý snímek a naopak

Za druhé nám ale dává tipy k různým trikům. Využíváme-li lentikulární displej k jinému účelu než k 3D obrazu, například jednotlivé snímky obsahují různé fáze animace, začne se díky opakování zón viditelnosti i animace opakovat. Jiný trik je obzvlášť důmyslný a umožňuje nám ve 3D zobrazovat pravidelné struktury, například mříže, při neomezeném pohybu hlavy - nedochází při něm ke zničení 3D iluze vlivem příliš velkého pohybu hlavy, jak jsme diskutovali v minulém odstavci. S trikem se seznámíme později.

Lentikulární tisk

Lentikulární deska se dá použít k proměně "obyčejného" displeje na displej autostereoskopický, případně jiný. Funguje v tisku (hovoříme pak o lentikulárním tisku), pro obyčejné elektronické displeje (v současnosti zejména na mobilních zařízeních) i pro velkoplošné projekce. Pro nás bude nejzajímavější lentikulární tisk.

Podstata lentikulárního tisku je prostá. Vezmeme několik snímků, rozřežeme je "na sloupečky" a složíme stejně jako v předchozím textu, a hotový složený obraz vytiskneme. Tisknout můžeme přímo na zadní stranu lentikulární desky nebo na vhodný materiál (např. tuhý fotopapír), který na lentikulární desku přilepíme.

Kritickým bodem celého procesu je pochopitelně přesnost. Uveďme si, že v praxi se nejvíce používají následující typy lentikulárních desek:

Lpi
(počet čoček na palec)
pitch (rozteč čoček)
v mm
102,540
151,693
201,270
300,847
400,635
500,508
600,423
620,410
700,363
750,339
1000,254
1500,169

Je zřejmé, že chyba 0,3 mm při spasování lentikulární desky a tisku bude možná akceptovatelná pro desku jemnosti 10 Lpi, ale zcela neakceptovatelná pro jemnost desky 100 Lpi - tam je daná chyba spasování dokonce větší, než je šířka jedné čočky. Jestliže budeme akceptovat chybu spasování cca 10 % rozteče čoček, musí být pasování přesné typicky na cca desetinu milimetru nebo přesnější.

Při tisku na tuhý papír (či jiný materiál) je vhodné uvědomit si následující:

Proto je pochopitelné, že tisk přímo na zadní stranu lentikulární desky má jasné výhody, zejména ve velkoplošném a vysokonákladovém tisku. V praxi se nejčastěji uplatňují dvě řešení:

Po vytištění obrazu se ještě zadní (potištěná) strana lentikulární desky opatří vrstvou bílé barvy.

Pokud nepožadujeme ani velký formát, ani velký náklad, nezbyde nám než použít běžné malonákladové tiskové technologie, které ale bohužel neumožňují přesně spasovaný tisk na zadní stranu lentikulární desky. Musíme tedy chtě nechtě tisknout na papír nebo plast - samozřejmě co nejtužší - a věnovat velkou péči následné laminaci.

Použití lentikulární technologie

Celá naše diskuse vyplynula z potřeby autostereoskopického displeje. Lentikulární tisk ale můžeme použít i pro jiné efekty; ostatně jenom skládáme různé snímky a výtisk umisťujeme za lentikulární desku. Běžně se setkáváme s nasledujícími typy užití:

Tiskové rozlišení

Dosud jsme tiše předpokládali, že tisková technologie (či jiná technologie zobrazující vzor za lentikulární deskou) je "nekonečně jemná", čili že dokáže umístit libovolně malou tečku barvy na libovolné místo papíru. Tak tomu samozřejmě není.

Každá digitální technologie (včetně tisku, který je dnes řízen výhradně digitálně) je z podstaty věci omezena na jistou jemnost detailů, za kterou nedokáže jít. Například počítačové displeje (a televizory, mobilní displeje apod.) obraz skládají z miniaturních "čtverečků", pixelů (obrazových elementů), a jemnější detail než pixel zobrazit ani vyjádřit neumí. Obdobně je na tom tisk. I zde dokáže tisková technologie umisťovat kapičky barvy na celkem pevně dané pozice na potiskovaném materiálu a těmto pozicím se musí vše přizpůsobit.

Současné displejové a tiskové technologie jsou pro běžné obrázky již velmi kvalitní. Například displej notebooku o šířce 30 cm má při jemnosti 1920 pixelů na šířku rozměry pixelu 0,156 × 0,156 mm. Při pozorovací vzdálenosti např. 50 cm je takový pixel vidět pod zorným úhlem asi 1' (úhlová minuta), což, jak víme, odpovídá limitu zrakové ostrosti. Pro zobrazování běžných obrazů tedy nemá smysl rozlišení displeje příliš zvětšovat.

Co se ale stane, když před takový displej umístíme lentikulární desku a budeme z něj chtít udělat autostereoskopický displej?

Dejme tomu - vezměme následující čísla jen jako ukázkové hodnoty - že budeme chtít za každou čočku umístit skupinu sloupečků z 10 snímků - tak by nám vzniklo 10 pozorovacích zón a při dostatečně velkém zorném úhlu lentikulárních čoček by vznikla komfortní oblast, kde by divák mohl svobodně pohybovat hlavou a vidět kvalitní stereoskopický obraz. To pak ale znamená, že sloupeček z jednoho snímku bude čočkou "roztažen" na celou její šířku, čili že bude roztažen cca 10×. Pro displej s pixely velkými 0,156 mm jako v předchozím odstavci to znamená, že pixel bude zvětšen 10× na velikost 1,56 mm - a takové pixely budou samozřejmě z půlmetrové vzdálenosti zřetelně vidět jako čtverečky. Samotná rozteč čoček (1,56 mm) pak bude vytvářet na displeji zřetelně viditelný vzor, tedy něco, čemu jsme se chtěli vyhnout.

Pro pozorovací vzdálenost 50 cm bychom samozřejmě chtěli lentikulární desku s roztečí tak malou, aby byla stěží postřehnutelná - dejme tomu, že chceme jednu čočku vidět pod zorným úhlem 2' (rozumná mez zrakové ostrosti pro nepříliš kontrastní obraz). Potom vychází, že rozteč čoček by měla být cca 0,29 mm, což odpovídá jemnosti desky cca 87 Lpi. Za jednu čočku nyní umístíme pouze přibližně dva pixely - tedy pouze levý a pravý snímek! Tím se samozřejmě vzdáváme pohybové paralaxy (k ní potřebujeme snímků několik), navíc při posunu hlavy o polovinu mezioční vzdálenosti se obě oči dostanou do zóny, kde je vidět pouze jeden snímek a efekt 3D se ztrácí.

Pro námi původně požadovaných 10 pohledů bychom potřebovali 5× menší pixely. Protože se velikosti pixelu celkem špatně pamatují, převeďme naše uvažování do praktičtější jednotky, počtu pixelů na palec (ppi). Displej, který jsme uvažovali, rozložil svých 30 cm šířky (tj. 11,8 palce) na 1920 pixelů. To odpovídá rozlišení 1920 / 11,8 = 163 ppi. Pětkrát vyšší rozlišení je tedy 5 × 163 = 813 ppi. Podobně jemné displeje bohužel nejsou běžně k dispozici (nejlepší mobilní displeje mají cca 400 ppi), čili na uvedené vysněné požadavky musíme zapomenout.

Do výrazně lepší pozice se dostáváme v tisku. I nejběžnější stolní tiskárny deklarují rozlišení tisku 600 dpi, nezřídka se u fototiskáren setkáme s údaji typu 4800 dpi apod. Zde musíme udělat malou odbočku, abychom si ujasnili některé pojmy a uvedli na pravou míru údaje od výrobců.

Téměř každá tisková technologie umí buď barvu na papír nanést, nebo nenanést. Tiskneme-li jen černou barvou, znamená to, že papír může být po potištění buď černý, nebo bílý, nic mezi tím. Je-li třeba navodit dojem šedé barvy, musí na to jít tiskárna procesem zvaným rastrování.

Potřebujeme-li například navodit dojem 50% šedé barvy, musí tiskárna pokrýt papír drobnými tečkami černé barvy tak, aby přibližně polovina plochy byla obarvená a polovina zůstala nepotištěná. Metod, jak toho dosáhnout, je mnoho a jejich podrobný výklad přesahuje potřeby tohoto textu. Důležité je, že ploška "šedé barvy" nemůže být z podstaty věci stejně malá, jako je nejmenší tisknutelná kapička barvy - proto, že pro dojem šedé je třeba použít několik takových kapiček.

Technicky správně se kapičky označují anglickým termínem "dots"; jejich velikost je pak daná počtem kapiček na palec (dots per inch) neboli údajem dpi. Údaj dpi může být skutečně úctyhodně vysoký; kvalitní fototiskárny udávají až 9600 dpi, laserové tiskárny 1200 až 2400 dpi, ofsetový tisk až 5000 dpi. Tento údaj je však čistě technický a pro potřeby tištění fotografií prakticky bezcenný - pro potřeby tisku fotografie potřebujeme spíš vědět, jak malé mohou být plošky, u nichž dokážeme rozlišit nejenom černá-bílá, ale celou škálu nejméně 100 odstínů šedi.

Údaj, který hledáme, se v ofsetovém tisku označuje zkratkou lpi (lines per inch; nezaměňovat s lentikulárním parametrem Lpi, což je lenses per inch). U malonákladových tiskáren, plotterů apod. není označení údaje ustálené; pro jednoduchost jej rovněž nazývejme zkratkou lpi, i když bychom mohli celkem úspěšně použít i již dříve zavedenou zkratku ppi (pixels per inch). Prozkoumáme-li běžně dostupné tiskové technologie, zjistíme, že ofset standardně poskytuje rozlišení 100-200 lpi, výjimečně až 400 lpi. Černobílé stolní tiskárny poskytují pěkných cca 60 lpi, případně až 300 lpi, připustíme-li mizernou kvalitu "pixelů". Velkoformátové plottery se pohybují na úrovni 100-300 lpi, vyšší hodnota opět znamená zhoršenou kvalitu "pixelů". Nejlépe jsou na tom asi fototiskárny, které dosahují až 600 lpi (HP, Canon apod.) nebo 720 lpi (Epson).

Na kvalitu tisku má samozřejmě značný vliv potiskovaný materiál. Na nekvalitním papíru se bude pochopitelně barva rozpíjet, kapičky se budou umisťovat méně přesně atd., čili rozlišení tisku významně klesá. Jestliže špičkové rozlišení fototiskárny je například 720 lpi, nemůžeme ani u nejkvalitnějšího fotopapíru předpokládat, že vytištěný vzor "pixel bílý-černý-bílý-černý atd." vyjde na papíře jako série stejně velkých černých a bílých plošek. Pokud tedy budeme požadovat tisk s maximální možnou jemností, musíme předpokládat, že velikosti "pixelů" budou všemožně kolísat - a zatímco u tisku běžné fotografie je to bezpředmětné, u lentikulárního tisku jde o závažný problém.

Jak jsme v odbočce poznali, na rozlišení 813 ppi bychom potřebovali jemnost tisku 813 lpi (není to tak jednoduché, ale pro naše potřeby zjednodušená úvaha stačí), což je mimo dosah bežných tiskových technologií. Vezmeme tedy zavděk nejlepším možným, např. 720 lpi. Jak nás tento údaj omezuje?

Dejme tomu, že místo požadované lentikulární desky jemnosti 87 Lpi, která se nevyrábí, vezmeme nějakou běžnou, například 75 Lpi. Za jednu čočku můžeme při rozlišení tisku 720 lpi zřejmě umístit 720 / 75 = 9,6 pixelu. To je celkem nepříjemné - jestliže bude první pixel zarovnán se začátkem první čočky, bude desátý pixel z 60% zasahovat do této čočky a ze 40% do čočky následující. Pixely v následující čočce nebudou s čočkou zarovnané ani na začátku, ani na konci; až na pět čoček vyjde celý počet pixelů, neboť 9,6 × 5 = 48. Snímek, který bude reprezentován každým desátým pixelem, se tedy bude nacházet na pomezí dvou čoček vyjma připadu, který nastane jednou za pět čoček - tam se pixely opět zarovnají. Takové opakování bude poměrně rušivé a je zřejmé, že volba lentikulární desky 75 Lpi nebyla nejlepší.

Obecně bychom proto měli volit takové lentikulární desky, které jsou snadno slučitelné s rozlišením tisku, tedy takové, kdy poměr lpi / Lpi je celé číslo. Nejběžnější případy uvádí následující tabulka, která zároveň říká, kolik pixelů se vejde pod jednu čočku.

Rozlišení tisku
(lpi)
Vhodné Lpi
lentikulární desky
Počet pixelů
za čočkou
Poznámka
7201072(silná deska!)
1548(silná deska!)
2036(silná deska!)
3024
4018
6012
6001060(silná deska!)
1540(silná deska!)
2030(silná deska!)
3020
4015
5012
6010
758
1006
1504
3001030(silná deska!)
1520(silná deska!)
2015(silná deska!)
3010
506
605
754
1003
1502

Poznámka "silná deska" upozorňuje, že desky těchto parametrů bývají silné několik milimetrů a tím pádem nepoužitelné pro některé typy tiskáren.

Tabulku bychom měli brát s jistou rezervou - víme, že udané rozlišení tisku je teoretické a v praxi stěží dosažitelné. Jestliže tedy tabulka říká, že hypoteticky je možné použít tiskárnu s rozlišením 300 lpi pro desku s čočkami 150 Lpi, tj. za jednu čočku můžeme umístit dva pixely, fakticky to znamená, že ony dva pixely budou velmi nekvalitní a že od lentikulárního tisku můžeme jen stěží očekávat dva perfektně prokreslené snímky. V praxi proto budeme hledat takovou desku, která podle tabulky nabízí alespoň 10 pixelů na čočku.

Lentikulární tisk v praxi

Dosud jsme předpokládali, že čočky lentikulární desky fungují teoreticky bezchybně, tj. že rovnoběžný svazek paprsků zaostří na jeden bod. Jak se dá očekávat, skutečné čočky se tak nechovají. Skutečné čočky za prvé nezaostří rovnoběžný svazek do bodu, tím pádem bod na zadní straně lentikulární desky nepřevedou do rovnoběžného svazu paprsků. Za druhé je tato odchylka tím větší, čím větší je úhel dopadu svazku na čočku neboli větší nepřesnosti můžeme očekávat při pohledu ze strany.

Uvedená fakta mají dva důsledky:

Dejme tomu, že jsme se se všemi uvedenými omezeními vypořádali a předběžně vybrali jak lentikulární desku, tak vhodnou tiskovou technologii. Nyní musí následovat test desky a volba tiskové rozteče (rozteče skupin pixelů odpovídající "jedné čočce", obvykle větší vež je rozteč čoček desky).

Deska se testuje jednoduše. Uvažujme například, že jsme si zvolili desku jemnosti 60 Lpi, tiskové rozlišení 600 lpi a pozorovací vzdálenost 50 cm. Z rozlišení desky a tisku plyne, že za jednou čočkou by měla být skupina 10 pixelů. Vytvoříme tedy devět bílých snímků a jeden černý a složíme z nich tisková data: vznikne obrázek, kde každý desátý sloupec bude černý, ostatní plocha bude bílá. Pokud obrazu přiřadíme rozlišení 600 ppi a vytiskneme jej, zřejmě by se černý sloupeček měl objevit za každou čočkou v přesně stejné pozici.

Prakticky se to ale nejspíš nestane. Důvody jsou dva: za prvé tisková deska typicky nebude mít rozlišení 60 Lpi, ale mírně odlišné, například 60,05 Lpi. Za druhé se nedá předpokládat, že tiskárna má naprosto přesně rozlišení 600 lpi. Krom toho, jak víme, pokud je tisková rozteč rovna rozteči čoček, vytvoří se zóny dobré viditelnosti příliš daleko od sebe, což nechceme; chceme, aby ideální pozorovací vzdálenost byla 50 cm od desky.

Proto zkusíme obrázku přiřadit jinou hodnotu ppi, například 59,95 ppi. Počet pixelů přitom neměníme, přiřazením jiné hodnoty ppi tedy říkáme, jak má být finální výtisk skutečně velký. Zkusíme takto vytvořit celou sadu testovacích obrázků s různými hodnotami ppi. Proces nemusíme naštěstí dělat ručně; každý nástroj pro přípravu lentikulárního tisku obsahuje funkci pro generování tzv. pitch-testu; viz ilustrace z programu LIC

Vytvořený pitchtest vytiskneme na lentikulární desku (případně na papír a na desku jen zezadu přiložíme) a z určené vzdálenosti 50 cm pozorujeme, která jemnost poskytuje očekávaný výsledek, tj. plně černou, resp. plně bílou plochu. Nesprávné jemnosti lze snadno odlišit - je na nich střídavě vidět pruh černý, bílý, černý, bílý apod.

Obvyklé pitchtesty do každého proužku umístí popisek s příslušnou jemností tisku. Spíše než hodnotu ppi ale píšou hodnotu ekvivalentní, tj. jaká je rozteč jednotlivých skupin pixelů pro jednu čočku. V podstatě se říká - kdyby měla lentikulární deska takovou rozteč čoček, vycházela by tisková velikost skupiny pixelů hypotetické rozteči čoček. Proto se této hodnotě často říká "visual pitch" čili "vizuální rozteč čoček". Obvykle bývá o něco menší než skutečná rozteč čoček. Je-li například skutečná rozteč čoček 60,05 Lpi, dá se očekávat vizuální rozteč kolem 59,95 Lpi. Při sestavování pitch-testu je tedy třeba testovat vizuální rozteče například po kroku 0,01 Lpi!

Po určení vizuální rozteče se můžeme pustit do samotné přípravy lentikulárního obrázku.

Příprava podkladů pro lentikulární tisk

Naším hlavním tématem je 3D fotografie; proto se budeme zajímat zejména o přípravu podkladů pro 3D lentikulární efekt. Mnohé techniky lze ale uplatnit i v přípravě ostatních efektů (animace, výměna apod.).

Podklady můžeme připravit v zásadě dvojím způsobem (první a poslední bod výčtu) s několika mezistupni:

Vícepohledová fotografie

Technika vícepohledové fotografie je omezena stejnými pravidly jako klasická dvoupohledová fotografie (stereofotografie) - v jednom okamžiku totiž levé oko vidí levý snímek, pravé oko pravý snímek, a vnímání hloubky se řídí nám už dobře známými pravidly.

Počet snímků a technika jejich pořízení jsou víceméně dány zvolenou lentikulární deskou a rozlišením tisku. Jestliže máme k dispozici například desku se zorným úhlem 30°, dá se očekávat, že nejpřirozenější bude pořídit levý snímek z úhlu +15° a pravý snímek z úhlu -15°. Je-li jemnost desky 60 Lpi a jemnost tisku 600 lpi, víme, že jedné čočce by mělo příslušet cca 10 snímků. Jednotlivé snímky proto pořídíme v rozestupu 30 / 9 = 3,33°

Úhly pohledů deseti kamer při snímání 3D fotografie

Zapeklitější otázka je, jak takové snímání zařídit. Konkrétní metodu snímání můžeme zvolit podle tří kritérií. Jako obvykle, každá volba má svá pro a proti.

Je zřejmé, že osy všech objektivů leží v rovině kolmé na osu otáčení podstavce, čili výše uvedená podmínka je splněna.

Zkusme si nyní představit, že objekt na otočném podstavci snímáme z nadhledu; abychom předešli zbytečným nedorozuměním, rovnou si povězme, že to není dobrý nápad:

Pohled z boku

Představíme-li si, jak se bude na snímcích "pohybovat" například bod naznačený zeleným kroužkem, zjistíme, že opisuje elipsu. To znamená, že mezi snímky bude jak horizontální, tak vertikální disparita.

Alternativně si můžeme problém přiblížit následovně. Výsledek snímání je opět stejný, jako bychom objektem nehýbali, ale kameru postupně umísťovali na oblouk se středem v ose otáčení podstavce. Při pohledu shora bychom nenašli rozdíl oproti předchozímu případu; vtip je ale v tom, že nyní všechny osy objektivů směřují k zemi a tedy tvoří část kuželové plochy.

Osy objektivů tvoří kuželovou plochu

Kde přesně leží problém uvedeného snímání? Vezměme si libovolné dvě pozice kamery, například nejlevější a nejpravější. Ty by měly tvořit korektní soustavu pro snímání stereoskopického snímku; zvolené krajní pozice jen zdůrazní problém, který se snažíme ukázat.

Kamery v libovolných dvou pozicích by měly tvořit korektní stereopár

Již dlouho víme, že při snímání stereoskopického snímku musí kamery ležet "vedle sebe" ve smyslu nám dobře známého ilustrace:

Povolené a zakázané vzájemné umístění kamer při stereoskopickém snímání

Když si uvědomíme, jak jsou kamery na oblouku orientované, a jak by měly být orientované v případě korektního stereopáru, zjistíme, že jsou vůči sobě nevhodně pootočené - a to je příčina problému, který se snažíme objasnit.

Koláž grafických prvků

Ačkoliv poskytuje vícepohledová fotografie technicky perfektní výsledky, je její užití v praxi problematické. Vícepohledová fotografie vyžaduje, podobně jako "obyčejná stereofotografie", důkladné plánování s ohledem na předpokládanou velikost tiskoviny (případně autosterereoskopického displeje), na typickou pozorovací vzdálenost, na typ lentikulární desky apod. Jakákoliv změna je v postprodukci krajně obtížná.

Proto se velmi často volí kompromis - 3D obraz se složí z několika plochých "kulis", rozuměj obyčejných plochých 2D obrázků umístěných do různé hloubky. Jde-li nám pouze o efekt "něčeho třírozměrného", získáváme nebývalou tvůrčí volnost, možnost kdykoliv měnit parametry 3D efektu atd. Na druhou stranu ztrácíme přirozený 3D vjem, což se projeví zejména při zobrazování výrazně "kulatých" těles. Pojem "kulatých" byl pochopitelně použit proto, že se odkazuje na parametr "kulatost" známý ze stereofotografie. Nízká kulatost, vzniklá například použitím teleobjektivů a velké mezikamerové vzdálenosti, vede k efektu divadelních kulis, který zde plánovitě připravujeme.

Jelikož je možnost snadných korekcí neobyčejně užitečná, hledají se samozřejmě postupy, jak zobrazovat "kulaté objekty" bez nutnosti vícepohledové fotografie. Tím se dostáváme k 2D/3D konverzi, která bude předmětem našeho zájmu za okamžik. Nyní se věnujme nejobyčejnější metodě skládání několika plochých obrázků do podoby "divadelních kulis".

Dejme tomu, že chceme vytvořit jednoduchou grafiku s šachovnicovou texturou v rovině lentikulární desky, před níž se vznáší zelený kruh.

Jestliže má být šachovnice v rovině lentikulární desky, musí zřejmě všechny dílčí snímky obsahovat tutéž šachovnici na tomtéž místě. Tak mezi žádnými dvěma obrázky nevznikne horizontální disparita a šachovnice bude přesně tam, kde ji mozek díky akomodaci a vergenci očekává.

Na druhou stranu zelený kruh chceme před šachovnicí. Jediný mechanismus hloubky, který můžeme ovládat, je horizontální disparita; v nejlevějším snímku tedy musí být kruh blíže pravé straně snímku, v nejpravějším snímku blíže levé straně snímku (připomeňme si, že zkřížená disparita odpovídá posunu před desku). Snímky mezilehlé vytvoříme snadno - zelený kruh se bude rovnoměrně blížit z jedné krajní polohy do druhé.

Pět snímků pro iluzi "zelený kruh před šachovnicí".
Snímek odpovídající nejlevější kameře je nalevo

Chceme-li vytvořit komplikovanější obraz, kde oranžový objekt bude mezi šachovnicí a zeleným objektem, musíme samozřejmě zvolit menší krajní posuvy. Jak víme ze stereofotografie, měli bychom krajní posuvy volit tak, aby posun objektu mezi dvěma snímky nebyl větší než maximální přípustná horizontální disparita. To je však nepohodlné hlídat - ve fázi přípravy grafiky obvykle nechceme jasně říkat, kolik snímků budeme mezi krajními polohami vytvářet. Na druhou stranu již víme, že konkrétní lentikulární desky se používají pro typické pozorovací vzdálenosti a mají typické pozorovací úhly; proto můžeme vzdálenost mezi krajními polohami objektu dobře omezit počtem čoček mezi nimi. Obvykle se udává, že mezní vzdálenost by neměla být větší než 20 až 30 čoček; připravujeme-li podklady pro desku 20 Lpi a grafiku připravujeme v rozlišení 40 dpi (přesněji řečeno ppi), je mezní vzdálenost mezi nejlevější a nejpravější polohou objektu rovna 30 × 40 / 20 = 60 px. Pro pořádek doplňme, že pro vytvoření mezilehlých snímků můžeme využít jak programy pro práci s obrázky (např. Adobe Photoshop), tak programy pro práci s videem (např. Adobe After Effects).

Pět snímků pro iluzi "zelený kruh před šachovnicí".
Snímek odpovídající nejlevější kameře je nalevo

Dodejme, že při tvorbě podkladů je vhodná jistá střídmost. Lentikulární desky ani tisk nejsou dokonalé a očima obvykle částečně vidíme i snímky, které bychom teoreticky vidět neměli - úplně ve stejném smyslu jsme probírali situaci, kdy brýle pro stereoskopické displeje neoddělí levý a pravý snímek dokonale. Obecně je vhodné vyvarovat se příliš velkých jasových kontrastů mezi popředím a pozadím, velkých jednolitých ploch a dále všech jevů, které obecně ztěžují rozpoznávání hloubky.

Přestože je technika koláže 2D prvků s různými posuvy je snadná, dokáže poskytnout překvapivě dobré výsledky. Máme-li například převést obyčejnou 2D fotografii do 3D, můžeme jednotlivé prvky popředí, pozadí a středních plánů umísit do samostatných vrstev a určit jim krajní posuvy. Je celkem pochopitelné, že při jiných než nulových posuvech začnou v obrázku vznikat "díry" - ty je nutné buď zaretušovat, nebo (je-li to možné) můžeme objekty popředí zvětšit tak, aby se díry zakryly. Rozdělíme-li takto obrázek do nekolika desítek vrstev a určíme jim vhodné posuvy, může být výsledek k nerozeznání od skutečné vícepohledové fotografie. Je sice pravda, že rozklad dá hodně práce, snímání vícepohledové fotografie ale také.

Principy 2D/3D konverze

Zásadní nevýhodou jednoduché koláže grafických prvků je rozdělení scény na plochy rovnoběžné s lentikulární deskou, resp. displejem. Umístění grafického prvku na jinou, různoběžnou rovinu, je matematicky snadné, ale pro ruční práci nevhodné. Jestliže bychom například chtěli pod zelený a oranžový objekt nakloněnou podložku, měla by zřejmě vypadat jako lichoběžník, jehož horní strana se "pohybuje" pomaleji než dolní.

Pět snímků pro iluzi "zelený kruh před šachovnicí".
Snímek odpovídající nejlevější kameře je nalevo

Dá se očekávat, že podobné efekty dokáže počítač snadno generovat, zná-li 3D geometrii celé scény: pak jednoduše počítá pohledy na scénu z různých míst podobně jako se dělá vícepohledová fotografie. Na rozdíl od ní ale nejsme omezeni nedokonalostmi techniky a parametry snímání můžeme kdykoliv libovolně upravovat.

Převod 2D fotografie do 3D reprezentace scény není samozřejmě snadný a zatím jej nikdo neumí udělat zcela automaticky. Existují nicméně nástroje pro poloautomatický převod.

Tím nejjednodušším nástrojem je ruční definování triviální scény složené z několika velkých ploch, jež se texturují částmi fotografie. Jde tedy o vylepšenou verzi koláže grafických prvků. Na rozdíl od ní si ale nemusíme vymýšlet hodnoty krajních posuvů, ale geometricky určujeme, v jaké hloubce má být popředí, pozadí atd.

Dalším jednoduchým nástrojem je ruční určení hloubky jednotlivých částí obrázku, tzv. hloubkové mapy. Postup je prostý: uživatel standardními kreslicími nástroji vytváří šedotónový obrázek překrývající fotografii; bílá značí úplné popředí, černá úplné pozadí. Počítač pak vytvoří reliéf potažený texturou původní fotografie a následně generuje libovolné pohledy na něj.

Poslední běžně využívanou možností je rekonstrukce scény ze stereofotografie. Jak víme, primárním indikátorem hloubky ve stereofotografii je horizontální disparita. Pokud tedy počítač dokáže identifikovat na dvou fotografiích "stejná" místa, dokáže snadno určit jejich horizontální posuv a tím pádem jejich hloubku. Tak dokáže víceméně automaticky vytvořit hloubkovou mapu a další postup je stejný.

Jako všechny automatické nástroje pracující s obrazem mají i techniky konverze v 2D do 3D potíže. Zatímco člověk dokáže domýšlet souvislosti a například usoudit na hloubku hladkého objektu (na kterém se disparity hledají špatně) z kontextu, současné programy spíš vygenerují nesmyslný výsledek. Podobně si špatně poradí s odlesky, zrcadly, průhlednými objekty, mlhou, dýmem, objekty typu vlasy apod. Proto je v převodu z 2D do 3D pořád nezanedbatelný podíl ruční práce.

Zpět na hlavní stránku.