Трёхмерная модель космоса

Сегодня за обедом зашёл с коллегами разговор по поводу технологий трёхмерного изображения. И отличия трёхмерного изображения от двухмерного.

Мои коллеги утверждали, что двухмерная проекция, которую можно как угодно перемещать, вращать и масштабировать, практически является полноценной заменой трёхмерному изображению, ибо позволяет создать в сознании наблюдателя трёхмерный образ. В качестве иллюстрирующего факта приводились компьютерные игры, в которых действие происходит как бы в трёхмерном пространстве, наблюдаемом от первого лица (так называемые, FPS — First Person Shooters, стрелялки от первого лица). При игре в такие игры, несмотря на наличие исключительно двухмерной проекции на экране монитора, создаётся вполне реальное ощущение трёхмерного пространства. Оно не видно глазом (нету "глубины" изображения), но сознание воспринимает его наличие, так же как воспринимает наличие трёхмерности одноглазый человек.

Я позволил себе привести контрпример. Модель космического пространства. В котором звёзды изображены точками. На мой взгляд, никакая двухмерная модель, даже имеющая все возможные степени подвижности, не может заменить реальное трёхмерное изображение. Ниже привожу свои аргументы.

Принципиальное отличие настоящего 3D-изображения от любой двухмерной проекции (даже той, которую можно произвольно двигать, вращать и масштабировать любым образом) — наличие параллакса. У 3D-изображения параллакс есть, у 2D — нет. Параллакс в 3D-изображении даёт возможность мозгу определить относительное расстояние до объекта в отсутствие какого-либо движения модели, в отсутствие других объектов в этой модели и даже в отсутствие размеров у объекта (когда он представляет собой материальную точку, как звезда на карте звёздного неба). Достаточно лишь неоднородного фона, на котором параллакс становится видным. В двухмерной проекции параллакса не может быть в принципе, ибо есть лишь один источник визуальной информации (идентичное изображение плоского экрана на сетчатке обоих глаз), в то время как для возникновения эффекта параллакса их надо два.

В примере с одной звездой и отсутствием других объектов в модели, в случае 3D-экрана расстояние до звезды можно определить даже без вращения модели (или перемещения наблюдателя вокруг неё), а в случае 2D-модели это невозможно даже с вращением, ибо информация о расстоянии просто не присутствует ни в каком виде.

Конечно, если двухмерная проекция помимо объектов также отображает фон и правильным образом просчитывает смещение объектов относительного него, то при перемещении точки наблюдения, некое подобие эффекта параллакса может возникать. В один момент мы видим одну картинку, в следующий — другую. Хотя обе картинки плоские, их сравнение может дать какую-то информацию о трёхмерности. Но это именно что подобие. Потому что в случае реальной трёхмерности, во-первых, два изображения имеют место одновременно (на сетчатках двух глаз), и мозгу не надо сопоставлять картинки, разнесённые ещё и по времени. Во-вторых, в случае реальной трёхмерности, расстояние между источниками информации (глазами) неизменно, в то время как в случае проекции оно зависит от того, насколько сильно переместилась точка наблюдения относительно модели, что также не способствует точности построения трёхмерной виртуальной визуализации в сознании.

Добавление других объектов в модель несколько облегчает использование двухмерной проекции, но она всё равно остаётся бледной тенью настоящего трёхмерного изображения. Попробуйте, к примеру, представить себе реальную картину когда вам дана модель в виде двухмерной проекции всего с двумя звёздами. Её придётся активно повращать в разных плоскостях. А в нормальном трёхмерном изображении достаточно всего одного взгляда, и всё становится понятно. Не надо ничего вращать.

Я считаю, что эта разница — принципиальная. Вращение двухмерной проекции способно лишь на какие-то мгновения создавать в сознании некое подобие реальной трёхмерной картины, подверженной, замечу, ошибкам интерпретации взаимного перемещения проекций объектов при вращении модели. В то время, как в реальном 3D-изображении эта трёхмерная картина присутствует в сознании сразу, в безошибочной форме, и не исчезает никуда, и всё это — без каких-либо усилий со стороны мозга (кроме тех, которые он и так непрерывно предпринимает в процессе обычной жизненной активности).

Современные средства создания 3D-изображения (3D-очки), я считаю, далеки от создания реалистичной картины. Тем более сложно с помощью них реалистично отобразить материальную точку так, чтобы расстояние до неё было понятно мозгу. Ориентируюсь на личный, доступный мне опыт, - 3D-фильмы в кинотеатрах и собственный 3D-телевизор.

Кроме того, 3D-фильмы в кинотеатрах — это полностью искусственная картинка. В том смысле, что она - не на каком-то реальном фоне. Имеющийся в ней фон - тоже часть модели. Прорывом будет 3D-изображение, в котором фон - реальный мир. То есть сидишь за столом, а перед тобой - трёхмерная картинка, и можно смотреть сквозь неё. Тогда и параллакс будет реальный, а не просчитанный как в случае с 3D-фильмом.

Кадр из фильма "Аватар"
Учитывая всё вышеизложенное, я считаю, что можно без особой натяжки сказать, что человечество на данный момент ещё ни разу не видело космоса в подлинном 3D-виде. То, что мы видим в реальности на небе, — та же голимая 2D-проекция (на небесную сферу), да ещё и без возможности вращения "модели". А недостатки двухмерных вращающихся компьютерных моделей описаны выше. Когда мы наконец увидим подлинную трёхмерную модель космического пространства, в которой будет реальный параллакс, убеждён, это будет "срыв покровов". Примерно как если человеку, одноглазому от рождения, сделать полноценный второй глаз.

>> убеждён, это будет "срыв покровов". Примерно как если человеку, одноглазому от рождения, сделать полноценный второй глаз.

Парадоксально, но потеря второго глаза как раз таки расширяет зрительное восприятие. А потеря обоих глаз - слуховое. ;)

#1 Тут интересно, что понимается под "расширяет". С потерей одного из глаз мозг невосполнимо теряет источник важнейшей информации о глубине пространства. В принципе, поскольку информации на входе стало меньше, то большее количество вычислительных ресурсов мозга может быть направлено на обработку изображения от оставшегося глаза. Это может, в принципе, привести к увеличению скорости обработки, но, имхо, никак не в состоянии восполнить отсутствующую информацию о глубине пространства.

Вот со слухом, имхо, вполне реально. С потерей обоих глаз количество слуховой информации не изменилось (как было два уха, так и осталось), а вот количество ресурсов мозга, которые теперь можно посвятить обработке этой информации, увеличилось (за счёт ресурсов, освободившихся вследствие исчезновения необходимости обрабатывать информацию от глаз). Теоретически человек может начать слышать то, чего раньше не слышал (и что не является плодом его воображения).

#2 Посмотри, к примеру, какой-нибудь hd-канал о природе одним глазом несколько минут. Интересно, больше деталей увидишь, чем двумя глазами, меньше или столько же?  :)

...да, можно и на аватаре поэкспериментировать. ;)