3D立体编程(1)
大多数人类都拥有两只眼睛和一套神奇的双眼视觉系统。对于大约6到7米远的物体,双眼视觉系统能让我们对物体的距离轻松做出准确判断。例如,如果我们的视野中有多个物体,我们能够自动分 辨出哪个离我们更远、哪个离我们更近,以及它们相距多远。如果你闭上一只眼看东西,虽然仍然 能够感知距离,但是精度会下降,并且你必须依靠视觉暗示,所以判断速度更慢。我们的双眼视觉系统依赖于一个事实,那就是我们的双眼之间有大约5cm的距离,因此,每只眼睛 分别从稍微不同的视角看东西,而你大脑中的双眼视觉系统则利用这种差别来计算距离。你的大脑 能够将两只眼睛看到的图像关联起来,尽管他们有些许不同。
三维视觉效果
色彩的对比
在介绍红绿或红蓝系统之前,我们得先了解一下色彩对比理论,它能帮助我们理解采用红绿或红蓝颜色的理由。色彩的对比,就是色彩之间存在的矛盾。各种色彩在构图中的面积、形状、位置和色相、纯度、明 度以及心理刺激的差别构成了色彩之间的对比。这种差别愈大,对比效果就愈明显,缩小或减弱这 种对比效果就趋于缓和。从一定意义上讲,装饰色彩配合都带有一定的对比关系,因为各种色彩在 构图中并不是孤立出现的,而总是处于某种色彩的环境之中,因此色彩对比作用在色彩构图中是客 观存在的,不过在表现形式上有时强,有时弱罢了。装饰色彩诱人的魅力常常在于色彩对比因素的 妙用。为掌握色彩的对比规律,们可以从以下几个方面去探索:
1.色相对比 色相对比是利用各色相的差别而形成的对比。色相对比的强弱可以用色相环上的度数来表示。
第一种简单对比方法是:色相距离在色环中15°以内的对比,一般看作同色相即不同明度与不同纯度的对比,因为距离15°的色相属于较难区分的色相。这样的色相对比称为同类色相对比,是最弱的色相对比。色相间在15°以上至45°左右的对比,称为邻近色相对比,或近似色相对比,这是较弱的色相对比。色相距离在130°左右的对比,一般称为对比色相对比。这是色相中等对比。色相距离在180°左右的对比,称为互补色相对比,是色相最强的对比。
第二种较复杂的对比方法是:
在奥斯特华德色相环中可以这样分:
(1)在每个数字之内为同种色相对比,有色阶及纯度变化即可,没有冷暖之分。
(2)1~2之内邻接色相对比,其色相差别小,色彩对比非常弱。如红与橙红、绿与黄绿等,虽然是不同色相,但是相似于同一色相的配合。这样的配色易于单调,必须借助明度、纯度对比的变化来弥补色相感的不足。
(3)2~4之内的对比为类似色相对比,是红与橙、橙与橙黄、黄与黄绿、绿与蓝绿、蓝与紫蓝、紫与紫红等在24色相环中相隔30°~60°左右的色相对比。类似色相对比要比邻接色相对比明显些。类似色相含有共同的色素,它既保持了邻接色的单纯、统一、柔和、主色调明确等特点,同时又具有耐看的优点。但如不注意明度和纯度的变化,也易流于单调,若运用小面积作对比色或以灰色作点缀色可以增加色彩生气。
(4)中差色相对比是黄与红、红与青紫、青紫与绿等在24色相环上间隔90°左右的色相对比。它间于类似色相和对比色相之间。因色相差别较明确,色相对比效果比较明快。
(5)对比色相的对比是24色相环上间隔120°左右的三色对比,如品红/黄/青、橙红/黄绿/蓝、橙/绿/青紫、黄橙/青绿/紫等。
色相环上的品红/黄/青为三原色的对比(或称第一次色对比)。色相环上橙/绿/青紫是由第一次色混合而得的间色(第二次色)的对比。间色的对比较三原色的对比要缓和些。色相环中间隔90°左右的四色,如:红/黄/蓝绿/蓝紫、橙/黄绿/绿蓝/紫、黄橙/绿/蓝/紫红等色组也属于对比色。
对比色相的对比,色感要比类似色相对比更具有鲜明、强烈、饱满、华丽、欢乐、活跃的感情特点,容易使人兴奋、激动。
(6)互补色相对比是在色相环上距离180°左右的色组对比,是最强的色相对比,如红与蓝绿、黄与蓝紫、绿与红紫、蓝与橙黄。互补色相配,能使色彩对比达到最大的鲜艳程度,强烈刺激感官,从而引起人们视觉上的足够重视,从而达到生理上的满足。因此,中国传统配色中有“红间绿,花簇簇。红配绿,一块玉”的说法。现代色彩学家伊登说:“互补色的规则是色彩和谐布局的基础,因为遵守这种规则会在视觉中建立起一种精神的平衡。”在运用同类色、邻接色或类似色配色时,如果色调平淡无味,缺乏生气,那么恰当地使用补色将会得到改善。互补色相对比的特点是强烈、鲜明、充实、有运动感,但是也容易产生不协调、杂乱、过分刺激、动荡不安、粗俗、生硬等缺点。
2.明度对比 明度对比是色彩的明暗程度的对比,也称色彩的黑白度对比。明度对比是色彩构成的最重要的因素,色彩的层次与空间关系主要依靠色彩的明度对比来表现。只有色相的对比而无明度对比,图案的轮廓形状难以辨认;只有纯度的对比而无明度的对比,图案的轮廓形状更难辨认。
3.纯度对比 纯度对比是指较鲜艳的色与含有各种比例的黑、白、灰的色彩,即模糊的浊色的对比。在孟氏色立体中,纵向与中心轴平行的同一行色,表示着不同明度同纯度系列;横向的与中心轴垂直的同一行色,表示着相同明度不同纯度系列。色立体最表层的色是纯色,从表面层向内渐转灰直至无彩色系。目前我们现有染料、颜料和印刷油墨等色料纯度是很低的,因此纯度对比的范围实际上缩小了。
红绿或红蓝系统
尽管红绿或红蓝系统如今主要用于电视三维视觉效果,但是它们以前多被用于老三维电影中。在这种系统中,两幅图像被显示在屏幕上,一副用红色,一幅用蓝色(或绿色)。眼镜上的滤镜只允许每只眼睛看到一幅图像,剩下的工作就交给大脑处理。但由于使用了不同的颜色来区分两幅图像,这种系统无法得到真正的彩色电影,所以就图像质量而言,它比不上偏振系统。
偏振系统
三维影院倾向于使用偏振镜片,因此它们可以实现彩色效果。两个同步放映机分别将两幅不同偏振态的图像放映到银幕上。眼镜只允许每只眼睛看到其中一幅,因此它们装有不同偏振态的镜片。
数学理论基础
1)标准的投影模式,标准的投影模式采用的是单点透视法,场景对象从单眼投影到视口的近裁面上。
2)立体成像采用的是两点透视法,场景对象通过不同的左右两眼透视投影到同一个屏幕上。
3)在视空间,单眼,左眼和右眼的视线方向都是平行的。有效视锥体为左右两眼的视锥的交集.
4) 对于左右眼的投影矩阵,都是中间单眼投影矩阵的平移修改版。由下图,左右两眼的透视点分别相对于原来的单点在X轴上上下平移了。
5)在视空间对于屏幕内的一点对左右两眼做透视投影,在屏幕上分别得到两个投影点,两个投影点的标量差(右眼减去左眼,视空间X轴方向为正方向)被称之为视差,当视差为负值时,给观察者的感觉是顶点在屏幕的外面;当一个物体从远处慢慢接近屏幕时给人的感觉就是一种飞出屏幕的立体效果.
6)在归一化的视窗里,视差 = 深度因子 * (1 - 屏幕深度/W),视差Parallax为深度W的增函数,随着深度的增加,视差值越大,且随着W的增加视差无限接近于一极限值。
深度因子:视差的最大值,理论上离屏幕越远,视差值越大,当顶点里屏幕无穷远时,视差值无限接近于一个定值.