अगला सप्ताहांत आया, आपको कोड की एक दर्जन लाइनें लिखने और चित्र बनाने की आवश्यकता है, लेकिन बेहतर नहीं है। इसलिए, पिछले सप्ताह के अंत से पहले, मैंने दिखाया कि कैसे रे ट्रेसिंग करें और यहां तक ​​कि सब कुछ उड़ा दें। यह कई लोगों के लिए आश्चर्य की बात है, लेकिन कंप्यूटर ग्राफिक्स एक बहुत ही सरल बात है, नंगे सी ++ की एक सौ लाइनें दिलचस्प तस्वीरों को बनाने के लिए पर्याप्त हैं।

आज की बातचीत का विषय दूरबीन दृष्टि है, और आज हम कोड की एक सौ पंक्तियों तक भी नहीं पहुंच सकते हैं। तीन-आयामी दृश्यों को प्रस्तुत करने में सक्षम होने के कारण, यह स्टीरियोपेयर पास करना मूर्खतापूर्ण होगा, आज हम कुछ इस तरह से आकर्षित करेंगे:



मैजिक कार्पेट डेवलपर्स की मूर्खता मुझे सता रही है। जिन लोगों को यह नहीं मिला, उनके लिए इस गेम ने 3 डी रेंडरिंग को एनाग्लिफ़ में और मुख्य सेटिंग्स में स्टीरियोग्राम में करना संभव बना दिया , जो कि मेनू में उपलब्ध है! यह मस्तिष्क केवल विशेष रूप से फट गया।

लंबन

तो चलिए शुरू करते हैं। शुरुआत के लिए, हमारे दृश्य तंत्र हमें गहराई का अनुभव करने की अनुमति क्यों देता है? इस तरह के एक चतुर शब्द "लंबन" है। अगर उंगलियों पर, तो स्क्रीन पर ध्यान दें। हमारे मस्तिष्क के लिए स्क्रीन के समतल में जो कुछ भी है वह एक ही प्रति में मौजूद है। लेकिन अगर अचानक मक्खी स्क्रीन के सामने उड़ जाती है, तो (अगर हम अपनी आँखें नहीं बदलते हैं!) हमारा मस्तिष्क इसे डुप्लिकेट में पंजीकृत करेगा। और एक ही समय में, स्क्रीन के पीछे की दीवार पर मकड़ी भी द्विभाजित होती है, और द्विभाजन की दिशा इस बात पर निर्भर करती है कि वस्तु केंद्र बिंदु के सामने है या पीछे:



थोड़ा अलग छवियों का विश्लेषण करने के लिए हमारा मस्तिष्क एक बहुत ही कुशल मशीन है। यह त्रिविम के लिए दो आयामी रेटिना छवियों से गहराई से जानकारी प्राप्त करने के लिए असमानता का उपयोग करता है। खैर, भगवान उन्हें आशीर्वाद देते हैं, शब्दों के साथ, चलो बेहतर चित्र बनाते हैं!

मान लेते हैं कि हमारी स्क्रीन आभासी दुनिया में एक खिड़की है :)



हमारा कार्य इस "विंडो" के माध्यम से दिखाई देने वाली दो तस्वीरों को खींचना है। दो चित्र होंगे, प्रत्येक आंख के लिए, ऊपर चित्र में मैंने उन्हें लाल और नीले "सैंडविच" के साथ दिखाया। चलो अभी तक परेशान नहीं हैं कि हम इन चित्रों को दृश्य तंत्र को कैसे खिलाते हैं, हमें केवल दो फ़ाइलों को सहेजने की आवश्यकता है। मुझे विशेष रूप से दिलचस्पी है कि हमारे रे ट्रेसर का उपयोग करके ये चित्र कैसे प्राप्त किए जा सकते हैं।

खैर, मान लीजिए कि लुक की दिशा नहीं बदलती है, यह एक वेक्टर (0,0, -1) है। मान लीजिए कि हम अंतर-दूरी द्वारा कैमरे की स्थिति को स्थानांतरित कर सकते हैं, और क्या? एक छोटी सूक्ष्मता है: हमारे "खिड़की" के माध्यम से देखने वाला शंकु विषम है। और हमारे किरण अनुरेखक केवल एक सममित टकटकी शंकु प्रस्तुत कर सकते हैं:



क्या करें? पढ़ें :)
वास्तव में, हम अपनी आवश्यकता से अधिक व्यापक चित्रों को प्रस्तुत कर सकते हैं, और बस अतिरिक्त फसल कर सकते हैं:

anaglyph

सामान्य रेंडरिंग तंत्र के साथ, यह स्पष्ट होना चाहिए, अब समय है कि हम अपने मस्तिष्क को छवि के वितरण के बारे में पूछें। सबसे सरल विकल्पों में से एक लाल-नीला चश्मा है:



हम सिर्फ दो पूर्व-रेंडर को काले नहीं बल्कि सफेद बनाते हैं, लाल चैनल में बाईं तस्वीर और नीले रंग में दाईं तस्वीर लिखते हैं। आप निम्न चित्र प्राप्त करें:



लाल कांच एक चैनल को काट देगा, और नीला कांच दूसरे को काट देगा, जिससे प्रत्येक आंख को अपनी तस्वीर प्राप्त होगी, और हम दुनिया को 3 डी में देख सकते हैं। यहां पहले लेख की मुख्य प्रतिबद्धताओं में बदलाव किए गए हैं , जो दोनों आंखों और चैनल असेंबली के लिए दोनों कैमरा सेटिंग्स दिखाते हैं।

Anaglyphic रेंडरिंग सबसे पुराने तरीकों में से एक है (कंप्यूटर!) स्टीरियो तस्वीरें। उनके पास कई कमियां हैं, उदाहरण के लिए, खराब रंग प्रतिपादन (वैसे, अंतिम चित्र के हरे चैनल में दाईं आंख के हरे चैनल को रिकॉर्ड करने का प्रयास करें)। एक लाभ - इस तरह के चश्मे आसानी से तात्कालिक सामग्रियों से बनाए जाते हैं।

स्टिरियोस्कोप

स्मार्टफ़ोन के प्रसार के साथ, हमें याद आया कि 19 वीं शताब्दी में कौन से स्टीरियोस्कोप हैं (जो एक सेकंड के लिए आविष्कार किए गए थे)! कुछ साल पहले, Google ने दो पैसा लेंस का उपयोग करने का सुझाव दिया (दुर्भाग्य से, वे घुटने पर नहीं किया गया), कुछ कार्डबोर्ड (हर जगह झूठ बोलना) और एक स्मार्टफोन (आपकी जेब में झूठ बोलना) काफी सहन करने योग्य आभासी वास्तविकता चश्मा पाने के लिए:



एलिएक्सप्रेस पर, वे ढेर थे, एक सौ रूबल एक टुकड़ा। अनाग्लिफ़ की तुलना में, आपको कुछ भी करने की ज़रूरत नहीं है, बस दो तस्वीरें लें और उन्हें साइड-बाय-कंपोज़ करें, यहाँ कमिट है ।



सख्ती से, लेंस के आधार पर, लेंस विरूपण सुधार आवश्यक हो सकता है, लेकिन मैं बिल्कुल परेशान नहीं था, और यह मेरे चश्मे पर बहुत अच्छा लग रहा है। लेकिन अगर आपको वास्तव में एक बैरल के आकार का पूर्व-विकृति लागू करने की आवश्यकता है जो लेंस से विरूपण की भरपाई करता है, तो यह है कि यह मेरे स्मार्टफोन के लिए और मेरे चश्मे के लिए कैसा दिखता है:

stereograms

लेकिन क्या होगा यदि आप अतिरिक्त उपकरणों का उपयोग नहीं करना चाहते हैं? फिर एक ही विकल्प है - सुन्न करना। आम तौर पर, पिछली तस्वीर स्टीरियो देखने के लिए पर्याप्त है, बस स्टीरियो देखने के लिए चाल का उपयोग करें। स्टीरियोग्राम देखने के दो सिद्धांत हैं: या तो अपनी आँखें घुमाओ या अपनी आँखें अलग करो। इसलिए मैंने एक चित्र बनाया, जिसमें मैं दिखाता हूं कि आप पिछली तस्वीर को कैसे देख सकते हैं। पिछली तस्वीर डबल है, आरेख पर दो लाल पट्टियाँ बाईं रेटिना पर दो छवियां दिखाती हैं, दाईं ओर दो नीले रंग की।



अगर हम अपनी आंखों को स्क्रीन पर केंद्रित करते हैं, तो चार छवियों में से हमें दो मिलते हैं। यदि हम अपनी आँखों को नाक से काटते हैं, तो मस्तिष्क को "तीन" चित्र दिखाना काफी संभव है। और इसके विपरीत, यदि आप अपनी आँखें खोलते हैं, तो आप "तीन" चित्र भी प्राप्त कर सकते हैं। केंद्रीय चित्रों को सुपरइम्पोज़ करने से मस्तिष्क को एक स्टीरियो प्रभाव मिलेगा।

इन तरीकों को अलग-अलग लोगों को अलग-अलग तरीकों से दिया जाता है, उदाहरण के लिए, मुझे नहीं पता कि मुझे अपनी आंखों को कैसे स्थानांतरित करना है, लेकिन मैं आसानी से नस्ल करता हूं। यह महत्वपूर्ण है कि एक विधि के लिए निर्मित स्टिरोग्राम को उसी तरह देखा जाना चाहिए, अन्यथा एक उलटा गहराई का नक्शा प्राप्त होता है (नकारात्मक और सकारात्मक लंबन देखें)। स्टीरियो को देखने के इस तरीके के साथ समस्या यह है कि सामान्य अवस्था के सापेक्ष अपनी आंखों को दृढ़ता से स्थानांतरित करना बहुत मुश्किल है , इसलिए आपको छोटी तस्वीरों के साथ संतोष करना होगा। और अगर आपको बड़े लोग चाहिए तो क्या होगा? चलो पूरी तरह से रंग का त्याग करते हैं, और केवल गहराई की धारणा चाहते हैं। आगे देखिए, इस भाग के अंत में यह चित्र है:



इस स्टिरियोग्राम को आंखों (दीवार-आंख वाले स्टिरोग्राम) को "पतला" करने के लिए बनाया गया है। जो लोग देखने के रिवर्स तरीके को पसंद करते हैं, उनके लिए यहां एक तस्वीर लें । यदि आप स्टीरियोग्राम के लिए उपयोग नहीं किए जाते हैं, तो विभिन्न स्थितियों का प्रयास करें: एक पूर्ण-स्क्रीन चित्र, एक छोटी तस्वीर, उज्ज्वल प्रकाश, अंधेरा। कार्य किसी की आंखों को खोलना है ताकि दो आसन्न वणिक पट्टियां मेल खाती हैं। ऊपरी बाईं ओर ध्यान केंद्रित करने का सबसे आसान तरीका है वह सपाट है। उदाहरण के लिए, मैं हब्र के वातावरण से घिरा हुआ हूं, मैं पूरी स्क्रीन में चित्र खोलता हूं। माउस को इससे दूर करना मत भूलना!

दोषपूर्ण 3 डी प्रभाव से संतुष्ट न हों। यदि आप केवल कुछ धुंधले 3 डी प्रभावों के साथ यादृच्छिक डॉट्स के बीच में गोल आकृतियों से वाकिफ हैं, तो यह निश्चित रूप से एक अधूरा भ्रम है! यदि आप सही ढंग से देखते हैं, तो गेंदों को स्क्रीन के प्लेन से स्पष्ट रूप से दर्शक तक जाना चाहिए, छवि के प्रत्येक भाग के अग्र भाग और पृष्ठभूमि दोनों के निरंतर और विस्तृत अध्ययन के कारण प्रभाव स्थिर और बनाए रखा जाना चाहिए। Stereopsis में हिस्टैरिसीस है: जैसे ही आप एक स्थिर छवि प्राप्त करते हैं, यह उतना ही स्पष्ट हो जाता है जितना लंबे समय तक आप देखते हैं। स्क्रीन आंखों से दूर है, गहराई प्रभाव अधिक है।

थिम्बलबी एट अल द्वारा एक चौथाई सदी पहले प्रस्तावित विधि के अनुसार यह स्टिरोग्राम तैयार किया गया था। उनके लेख में " 3 डी छवियां प्रदर्शित करना: एकल छवि रैंडम डॉट स्टीरियोग्राम के लिए एल्गोरिदम "।

प्रारंभिक बिंदु

स्टीरियोग्राम को प्रस्तुत करने के लिए शुरुआती बिंदु एक गहराई का नक्शा है (हम रंग के बारे में भूल गए)। यहाँ एक प्रतिबद्ध है जो इस तरह की तस्वीर प्रस्तुत करता है:



हमारे रेंडर में गहराई निकट और दूर के विमानों द्वारा काट दी जाती है, यानी मेरे नक्शे में सबसे दूर के बिंदु की गहराई 0 है, जो निकटतम है।

मूल सिद्धांत

हमारी आँखें स्क्रीन से दूरी d पर होती हैं। स्क्रीन के पीछे एक ही दूरी पर (काल्पनिक) दूर विमान (z = 0) रखें। हम एक निरंतर μ चुनते हैं, जो निकट विमान की स्थिति (z = 0) को निर्धारित करता है: यह सबसे दूर से μd की दूरी पर होगा। मैंने अपने कोड में μ = 1/3 चुना। कुल मिलाकर, हमारी पूरी दुनिया स्क्रीन के पीछे d-μd से d की दूरी पर रहती है। आइए हम आंखों के बीच की दूरी को परिभाषित करते हैं (पिक्सल में, अपने कोड में मैंने 400 पिक्सल चुना)।



यदि हम आरेख पर लाल रंग में चिह्नित हमारी वस्तु के बिंदु को देखते हैं, तो हरे रंग में चिह्नित दो पिक्सेल को स्टिरोग्राम में समान रंग होना चाहिए। इन पिक्सेल के बीच की दूरी कैसे पता करें? बहुत सरल है। यदि वर्तमान अनुमानित बिंदु में z की गहराई है, तो आंखों के बीच की दूरी पर लंबन का अनुपात संबंधित गहराई के अनुपात के बराबर है: p / e = (d-dμz) / (2d-dμz)। वैसे, ध्यान दें कि घ सिकुड़ रहा है और कहीं और शामिल नहीं है! अर्थात, p / e = (1-μz) / (2-μz), जिसका अर्थ है कि लंबन p = e * (1-μz) / (2-μz) पिक्सेल के बराबर है।

यही है, एक स्टीरियो बनाने का मूल सिद्धांत: हम पूरे गहराई के नक्शे से गुजरते हैं, प्रत्येक गहराई मूल्य के लिए हम निर्धारित करते हैं कि किस पिक्सेल का रंग समान होना चाहिए, और इसे हमारे प्रतिबंधों की प्रणाली में लिखें। फिर हम एक मनमानी तस्वीर से शुरू करते हैं, और पहले से लगाए गए सभी प्रतिबंधों को पूरा करने की कोशिश करते हैं।

मूल चित्र तैयार करें

इस स्तर पर, हम एक तस्वीर तैयार करेंगे, जिस पर हम बाद में लंबन प्रतिबंध लगाएंगे।
यहाँ, एक वचन लें , वह इस चित्र को खींचता है:



ध्यान दें कि सामान्य तौर पर रंग सिर्फ यादृच्छिक होते हैं, सिवाय इसके कि मैं आवधिक तरंगें प्रदान करने के लिए लाल चैनल में रैंड () * पाप डालता हूं। इन तरंगों को 200 पिक्सेल की दूरी के साथ बनाया जाता है, यह (चयनित μ = 1/3 और e = 400 के साथ) हमारी दुनिया में अधिकतम लंबन मूल्य है, यह एक दूर का विमान भी है। ये तरंगें वैकल्पिक हैं, लेकिन वे दृष्टि के आवश्यक फोकस की सुविधा प्रदान करेंगे।

रेंडर स्टिरोग्राम

दरअसल, स्टिरोग्राम से संबंधित पूरा कोड इस तरह दिखता है:

int parallax(const float z) { const float eye_separation = 400.; // interpupillary distance in pixels const float mu = .33; // if the far plane is a distance D behind the screen, then the near plane is a distance mu*D in front of the far plane return static_cast<int>(eye_separation*((1.-z*mu)/(2.-z*mu))+.5); } size_t uf_find(std::vector<size_t> &same, size_t x) { return same[x]==x ? x : uf_find(same, same[x]); } void uf_union(std::vector<size_t> &same, size_t x, size_t y) { if ((x=uf_find(same, x)) != (y=uf_find(same, y))) same[x] = y; } int main() { [...] for (size_t j=0; j<height; j++) { // autostereogram rendering loop std::vector<size_t> same(width); std::iota(same.begin(), same.end(), 0); // initialize the union-find data structure (same[i]=i) for (size_t i=0; i<width; i++) { // put the constraints int par = parallax(zbuffer[i+j*width]); int left = i - par/2; int right = left + par; // works better than i+par/2 for odd values of par if (left>=0 && right<(int)width) uf_union(same, left, right); // left and right pixels will have the same color } for (size_t i=0; i<width; i++) { // resolve the constraints size_t root = uf_find(same, i); for (size_t c=0; c<3; c++) framebuffer[(i+j*width)*3+c] = framebuffer[(root+j*width)*3+c]; } } [...] 

अगर कुछ भी हो, तो यहां प्रतिबद्ध करें । Int लंबन (const float z) फ़ंक्शन वर्तमान गहराई मान के लिए समान रंग के पिक्सेल के बीच की दूरी देता है। हम लाइन द्वारा स्टैरोग्राम लाइन को प्रस्तुत करते हैं, क्योंकि लाइनें एक दूसरे से स्वतंत्र होती हैं (हमारे पास लंबवत लंबन नहीं है)। इसलिए, मुख्य लूप बस सभी लाइनों के माध्यम से चलता है; उनमें से प्रत्येक के लिए, हम पिक्सेल के एक पूर्ण असीमित सेट के साथ शुरू करते हैं, जिस पर हम फिर जोड़ीदार समानता प्रतिबंध लगाएंगे, और इसके परिणामस्वरूप हमारे पास एक ही रंग के (डिस्कनेक्ट) पिक्सल के समूहों की एक निश्चित संख्या होगी। उदाहरण के लिए, इंडेक्स के साथ एक पिक्सेल और इंडेक्स राइट के साथ एक पिक्सेल का अंत समान होना चाहिए।

प्रतिबंधों के इस सेट को कैसे स्टोर करें? सबसे सरल उत्तर संघ है - डेटा संरचना ढूंढें । मैं इसका वर्णन नहीं करूंगा, यह कोड की केवल तीन लाइनें हैं, आप इसे विकिपीडिया पर पढ़ सकते हैं। मुख्य विचार यह है कि प्रत्येक क्लस्टर के लिए हमारे पास एक निश्चित "जिम्मेदार" होगा, यह एक रूट पिक्सेल भी है, हम इसे उसी रंग के रूप में छोड़ देंगे जैसा कि मूल चित्र में था, और हम क्लस्टर में अन्य सभी पिक्सेल को फिर से पेंट करेंगे:

  for (size_t i=0; i<width; i++) { // resolve the constraints size_t root = uf_find(same, i); for (size_t c=0; c<3; c++) framebuffer[(i+j*width)*3+c] = framebuffer[(root+j*width)*3+c]; } 

निष्कर्ष

खैर, वास्तव में, यह सब है। कोड की बीस लाइनें - और हमारा स्टिरियोग्राम तैयार है, अपनी आँखें और सिर तोड़ें, चित्र बनाएं! वैसे, एक स्टीरियो में बस यादृच्छिक रंग आम तौर पर एक लक्जरी होता है, सिद्धांत रूप में, यदि आप कोशिश करते हैं, तो आप आंशिक रूप से हमारी तस्वीर के रंग को भी प्रसारित कर सकते हैं।

अन्य स्टीरियो व्यूइंग सिस्टम, उदाहरण के लिए, ध्रुवीकरण से संबंधित , मैंने चर्चा से बाहर निकाल दिया, क्योंकि वे एक सौ रूबल के बजट से परे जाते हैं। यदि आप कुछ याद करते हैं, तो जोड़ें और सही करें!