Приложение I. Стереопроекция и рисование в трехмерном пространстве
Теневая проекция стереоизображений
Прием теневой проекции широко использовался и ранее. Например, Д. Д. Гибсон применял теневую проекцию, получаемую с помощью маленьких источников света, для того чтобы избавиться от фактуры фона, в частности при изучении восприятия глубины по параллаксу движения. Теневой проектор стереоизображений, используемый нами для изучения стереовосприятия проволочных моделей, а также для выполнения многих других опытов, был впервые описан автором в 1964 году [55]. Полное математическое описание данного устройства приводится в статье Д. Н. Ли [84].
Следующее простое устройство позволяет проецировать в форме стереоизображений трехмерные объекты типа проволочных моделей молекулярных или кристаллических структур. Маленькие модели могут быть увеличены в трехмерной проекции в десять и более раз. Оптическая часть состоит всего лишь из пары небольших ярких источников света, разделенных расстоянием в несколько сантиметров. Перед объективом каждого проектора расположен поляроидный фильтр; оба фильтра ориентированы под углом 90 градусов друг к другу. Проекторы дают пару теневых изображений объекта, который помещается между источниками света и посеребренным экраном. При желании можно проецировать на просвет, но тогда экран должен быть изготовлен из шлифованного стёкла, не деполяризующего свет. Тени, наблюдаемые сквозь "скрещенные" поляроидные очки, "сливаются" в мозгу и дают одиночный стереоскопический теневой образ, который лежит в пространстве.
Объяснение этого эффекта не составляет труда. Тени, отбрасываемые проекторами на экран, являются плоскими, слегка различающимися изображениями одного и того же объекта. Это различие соответствует диспаратности ретинальных изображений при наблюдении этого объекта из позиций, занимаемых проекторами. В мозгу наблюдателя оба диспаратных изображения сливаются в одну стереоскопическую "тень", невероятно похожую на подлинный предмет, но только угольно-черного цвета. Он виден в пространстве либо впереди, либо позади плоскости экрана в зависимости от того, как наблюдается изображение: когда правый глаз получает "правое" изображение, а левый - "левое", предмет виден ближе экрана; стоит перевернуть очки, и стереоизображение оказывается дальше экрана. В очках поляроидные фильтры ориентированы под углом 45 и 135 градусов к горизонтали.
В качестве источников света подходят миниатюрные лампы (12 вольт, 100 ватт) с вольфрамовой нитью и йодным наполнением баллона. Нить лампы следует ориентировать вертикально - тогда разрешение по горизонтали максимальное, а это важно для получения максимума информации о глубине, ощущаемой благодаря действию механизма диспаратности.
Увеличение по осям х и у задается отношением расстояния от проекторов до объекта и от объекта до экрана. Увеличение по оси урегулируется расстоянием между проекторами. Практически удобно давать десятикратное увеличение, но воспринимаемый размер объекта меньше ожидаемого из-за действия механизма перцептивной константности размера.
Объект, воспринимаемый впереди экрана, обычно кажется меньше, чем в случае, когда он виден позади экрана, хотя его физический размер отнюдь не меняется при смене положения поляроидных фильтров. Сильно выражен еще один перцептивный феномен: когда наблюдатель двигает головой, ему кажется, что стереоизображение перемещается в ту же сторону, скользя вдоль экрана и даже поворачиваясь вокруг своей оси, как будто оно всегда нацелено в глаза наблюдателя. Причина эффекта заключается в том, что наблюдатель видит трехмерный "объект", но параллакс движения отсутствует. Это возможно в нормальных условиях именно при вращении предмета - тогда он остается повернутым к наблюдателю все время одной и той же стороной.