立体視

古典的なステレオスコープによる立体視。人が2つのレンズを通して背後に形成された3D画像を見る様子を示します。
オリジナルのテスト画像を備えたポケット型ステレオスコープ。軍隊で航空写真の立体ペアを検査するために使用されています。
ボストンの眺め、 1860年頃。自然の風景を観察するための初期の立体カード
カイザーパノラマは、マルチステーション観察装置とステレオスライドのセットで構成されています。1890年頃にA.フールマンによって特許取得されました。[ 1 ]

ステレオスコピーは、ステレオスコピックまたはステレオイメージングとも呼ばれ、画像を3Dで表示することを意味します。最も一般的な種類のステレオスコピーは2視点ステレオスコピーで、両眼視差を利用して2枚の2次元画像のセットから画像の部分的な奥行き知覚を作成します。[ 2 ] [ 3 ]ステレオスコピーという言葉は、古代ギリシャ語のστερεός ( stereós ) 「堅い、固体」とσκοπέω ( skopéō ) 「見る、見る」に由来します。[ 4 ] [ 5 ]立体画像はすべてステレオグラムと呼ばれます。もともと、ステレオグラムは、ステレオスコープを使用して見ることができる2次元画像のペアを指していました。   

ほとんどの立体視手法では、視聴者に一対の二次元画像を提示します。左画像は左目に、右画像は右目に提示されます。視聴者はこれらの画像を一つの3Dビューとして認識し、立体的な奥行きを感じます。しかし、この3D効果には適切な焦点深度がないため、輻輳調節矛盾が生じます。

立体視は、画像を3 次元で表示する他のタイプの3D ディスプレイとは異なり、観察者は頭と目の動きによって、表示される 3 次元オブジェクトに関する情報を増やすことができます。

背景

立体視は、三次元の奥行き感を生み出します。最も一般的な立体視のタイプである二眼立体視は、一対の二次元画像からその印象を生み出します。[ 2 ] [ 6 ]奥行きの知覚を含む人間の視覚は複雑なプロセスであり、目を通して取り込まれた視覚情報の取得から始まります。脳は生の情報を理解しようと努めるため、多くの処理を行います。目で見たものを解釈する際に脳内で行われる機能の 1 つは、視聴者からの物体の相対的な距離と、それらの物体の奥行き次元を評価することです。脳が知覚したシーンの相対的な距離と奥行きを測定するために使用する手がかりには、次のものがあります。 [ 7 ]

  • 両眼視差- 両眼の水平距離によって生じる、それぞれの目の像の差
  • 輻輳
  • 宿泊施設
  • 閉塞（ある物体が別の物体と重なり合うこと）
  • 大きさがわかっている物体の視野角
  • 線遠近法（平行な辺の収束）
  • 垂直位置（シーン内の地平線に近いオブジェクトは、より遠くにあるように認識される傾向があります）
  • 霞やコントラスト、彩度、色。距離が長いほど霞が大きくなり、彩度が下がり、青みがかった色に変化します。
  • テクスチャパターンの詳細サイズの変更

（上記の手がかりのうち最初の2つを除くすべては、絵画、写真、テレビなどの従来の2次元画像に存在します。）[ 8 ]

2 視点立体視は、写真、映画、その他の画像のそれぞれの目にわずかに異なる画像を提示することで奥行きの印象を生み出し、最初の手がかり (立体視) を追加します。次に、2 つの画像は脳内で結合され、奥行きの知覚を生み出します。立体視によって生成される画像のすべての点は、元のシーンの奥行きに関係なく同じ平面で焦点が合うため、2 つ目の手がかり ( 焦点 ) は複製されず、奥行きの錯覚は不完全になります。立体視には、人間の視覚にとって不自然な 2 つの主な要素があります。1 つは、ディスプレイまたはスクリーンの前または後ろにある物体の知覚位置と、その光源の実際の発生源との間の差によって引き起こされる輻輳と調節の不一致、もう 1 つは、一部の立体視法における不完全な画像分離によって引き起こされる、両眼間のクロストークの可能性です。

「3D」という言葉は至る所で使われていますが、2D画像の提示は、ボリューメトリックディスプレイを用いたりライトフィールドを再現したりして3次元画像を表示することとは明確に異なります。最も顕著な違いは、2視点3Dディスプレイの場合、観察者の頭や目の動きによって、表示されている3次元物体に関する情報が変化しないことです。ボリューメトリックディスプレイにはこのような制限はありません。

ほとんどの3Dディスプレイは、2眼立体視方式を用いて画像を伝達します。この方式は1838年にチャールズ・ホイートストン卿によって初めて発明され、[ 9 ] [ 10 ] 、デイビッド・ブリュースター 卿によって改良され、彼は世界初の携帯型3D視聴装置を開発しました。[ 11 ]

ホイートストンミラー実体鏡
ブリュースター型実体鏡、1870年

ホイートストンは当初、写真技術がまだなかったため、立体視装置（かなりかさばる装置）[ 12 ]を使って絵を描いていたが、彼の最初の論文では現実的な画像化手法の発展を予見していたようだ。[ 13 ]

説明のために輪郭線のみを用いた。陰影や色彩が加えられていた場合、効果の全部または一部はこれらの状況によるものと考えられるかもしれないが、これらを考慮に入れないことで、レリーフ効果全体が、両網膜にそれぞれ1つずつ投影された2つの単眼投影像の同時知覚によるものであることに疑いの余地は残されない。しかし、現実の物体に最も忠実な類似性を求めるのであれば、効果を高めるために陰影や色彩を適切に用いるのが適切である。芸術家は注意深く観察すれば、2つの構成要素となる絵を描き、その結果として、観察者の心に、描かれた物体との完全な同一性を示すことができるだろう。花、水晶、胸像、花瓶、様々な楽器などは、このようにして、視覚的には現実の物体と区別がつかないように表現することができるだろう。[ 9 ]

立体視は写真測量法に利用されるほか、ステレオグラムの作成を通して娯楽にも利用されています。立体視は、実験データなどから生成される大規模な多次元データセットからレンダリングされた画像の表示に有用です。現代の産業用3次元写真撮影では、3Dスキャナーを用いて3次元情報を検出・記録する場合があります。[ 14 ] 3次元の深度情報は、コンピュータを用いて左右の画像のピクセルを相関させることで、2枚の画像から再構成できます。 [ 15 ]コンピュータビジョン分野における対応問題の解決は、2枚の画像から意味のある深度情報を作成することを目指しています。

視覚要件

2 つの視点による立体画像を見るときに関係する両眼視の要素は 3 つあります。

  1. 同時知覚
  2. 融合（両眼の「単」視力）
  3. 立体視

これらの機能は幼少期に発達します。斜視のある人の中には立体視の発達を妨げる人もいますが、両眼視力矯正治療によって改善することができます。人の立体視力[ 16 ]は、奥行きとして知覚できる最小の像の視差を決定します。様々な病状により、約12%の人が3D画像を正しく見ることができないと考えられています。[ 17 ] [ 18 ]別の実験によると、最大30%の人が立体視力が非常に弱く、立体視差に基づく奥行き知覚が妨げられています。これにより、立体視の没入感が無効化または大幅に低下します。[ 19 ]

ソール・デイヴィス（1860年代～1870年代活動）、「新しい吊り橋、ナイアガラの滝、カナダ、1869 年頃」、アルブミン・プリント・ステレオ写真、ワシントンD.C.国立美術館図書館、画像コレクション部門

立体視は、視聴者の脳によって人工的に作り出される可能性があります。例えば、ヴァン・ヘア効果では、一対の写真が同一であっても、脳は立体画像として認識します。この「偽の次元性」は、脳の発達した立体視力によって生じ、一対の画像に実際には3Dの手がかりがほとんど、あるいは全くない場合でも、視聴者は奥行き情報を補うことができます。

並んで

「早起きは三文の徳」は、ウィスコンシン州バラブーのノース・ウェスタン・ビュー社が1900年に出版したステレオ写真で、デジタル修復されている。

従来の立体写真は、2D画像のペア、つまりステレオグラムから3Dの錯覚を作り出すものです。脳の奥行き知覚を高める最も簡単な方法は、視聴者の目に2つの異なる画像を提示することです。これらの画像は、同じ物体を2つの視点から捉えたもので、両眼が両眼で自然に受け取る視点と同等か、それに近いわずかなずれを持たせます。

立体的な画像のペア (上) と、一方の視点を赤、もう一方の視点をシアンに着色した合成アナグリフ。この画像を正しく表示するには、 3D 赤シアンメガネの使用をお勧めします。
交差法で観察するために立体画像ペアとして配置された2つのパッシフローラ・カエルレアの花（Freeviewingを参照）

目の疲れや歪みを防ぐため、2枚の2D画像は、視聴者の視線が交差したり、交差したりすることなく、無限遠にある物体が正面にあるように知覚されるように提示する必要があります。地平線や雲など、無限遠にある物体が画像に含まれていない場合は、画像の間隔をそれに応じて狭くする必要があります。

サイド・バイ・サイドビューアの利点は、輝度の低下がなく、非常に高解像度かつフルスペクトルカラーで画像を表示できること、作成が簡単であること、そして追加の画像処理がほとんどまたは全く不要であることです。例えば、2枚の画像を自由に表示する場合など、状況によっては、装置や追加の光学機器は必要ありません。

サイド・バイ・サイド・ビューアの主な欠点は、大きな画像表示が現実的ではなく、解像度が表示媒体または人間の目のどちらか小さい方の解像度によって制限されることです。これは、画像のサイズが大きくなるにつれて、快適に観察するためには、観察装置または観察者自身が画像から比例して遠ざかる必要があるためです。より詳細な部分を見るために画像に近づくには、その差に対応できる観察装置が必要です。

印刷可能なクロスアイビューアー

無料視聴

フリービューイングとは、視聴装置を使用せずに、並べて表示された画像のペアを視聴することです。[ 3 ]

フリービューには、平行法と交差法の2つの方法があります。[ 16 ] [ 20 ]

  • 平行法では、左目用の画像を左側に、右目用の画像を右側に配置した画像ペアを使用します。融合された立体画像は、実際の2つの画像よりも大きく、より遠くに見えるため、実物大の情景をリアルに再現できます。視聴者は、実際の情景を見るかのように、両眼をほぼ平行にして画像を見ようとします。目の焦点と両眼輻輳は習慣的に調整されているため、通常の視力ではこれが難しい場合があります。この2つの機能を切り離す方法の一つは、完全にリラックスした目で画像ペアを極めて近くから見ることであり、焦点を合わせようとはせず、「ルックスルー」アプローチによって2つのぼやけた画像を快適に立体的に融合させ、その後、必要に応じて視距離を延ばしながら、より鮮明に焦点を合わせる努力をします。使用する方法や画像媒体に関わらず、快適な視聴と立体的な正確さを実現するためには、画像のサイズと間隔は、情景内の非常に遠くにある物体の対応する点が視聴者の目と同じ距離だけ離れている必要があり、それ以上離れてはいけません。平均的な眼間距離は約63mmです。これよりはるかに離れた像を見ることも可能ですが、通常の使用では両眼が開眼することはないため、通常は事前にある程度の訓練が必要であり、眼精疲労を引き起こす傾向があります。
  • 交差法では、左目と右目の画像を入れ替えて、正しく交差して見えるようにします。つまり、左目で右目の画像を見、右目で左目の画像を見るようにします。融合された 3 次元画像は実際の画像よりも小さく近くに見えるため、大きな物体や光景が縮小されて見えます。この方法は通常、自由観察の初心者にとって簡単です。融合を補助するために、指先を 2 つの画像の間の境界線の真下に置き、視線を指先に向けたまま、ゆっくりと観察者の目の方にまっすぐ持っていきます。一定の距離で、融合された 3 次元画像が指の真上に浮かんでいるように見えるはずです。または、小さな切り込みの入った紙を同様の方法で使用できます。画像のペアと観察者の目の間に正しく配置すると、小さな 3 次元画像がフレームされているように見えます。

プリズム状の自己遮蔽眼鏡は、現在、斜視支持者の一部によって使用されています。これにより、必要な輻輳の度合いが軽減され、大きな画像を表示できるようになります。しかし、プリズム、鏡、レンズを用いて融合や焦点合わせを補助する視覚補助器具は、単にステレオスコープの一種であり、フリービューイングの慣習的な定義からは除外されます。

鏡やプリズムを使わずに2つの別々の画像を立体的に融合させ、同時に適切な観察レンズを用いることなく鮮明な焦点を維持するには、必然的に眼の輻輳と調節の不自然な組み合わせが必要になります。したがって、単純な自由観察では、現実世界の視覚体験における生理的な奥行き感覚を正確に再現することはできません。融合や良好な焦点の達成における容易さや快適さの度合い、そして眼精疲労や緊張の傾向は個人によって異なります。

オートステレオグラム

オートステレオグラムは、単一画像ステレオグラム（SIS）であり、外部の2次元画像から人間の脳内に3次元（ 3D ）シーンの視覚的錯覚を作り出すように設計されています。これらのオートステレオグラムで3D形状を認識するには、通常は自動的に行われる焦点合わせと輻輳の調整を克服する必要があります。

ステレオスコープとステレオグラフィックカード

実体鏡は、同じ対象物をわずかに異なる角度から撮影した2枚の写真を、左右の目に1枚ずつ同時に映し出す観察装置です。単純な実体鏡では、使用できる画像のサイズが限られています。より複雑な実体鏡は、水平方向に2つの潜望鏡のような装置を使用し、より大きな画像でより広い視野でより詳細な情報を提示することができます。ホームズ実体鏡のような歴史的な実体鏡は、アンティークとして購入することができます。

ステレオ写真カードは、ほぼ同一の写真またはプリントを2枚、硬いカードの台紙に並べて貼り付けたものです。[ 21 ]ただし、ダゲレオタイプ、ガラス板ネガ、またはその他のプロセスで作成される場合もあります。[ 21 ]ステレオ写真カードの台紙は、装飾的な印刷や華やかな縁取りが施された鮮やかな色にすることも、単調でシンプルな実用的な外観にすることもできます。色付きの台紙は通常、カードの両面に同じ色を使用した均一な色ですが、表面に1色、裏面に別の色を使用した多色の台紙を使用することもできます。[ 22 ] 19世紀に製造された鮮やかな色のステレオ写真カードの台紙には、エメラルドグリーンやパリグリーンなどの有毒顔料が含まれている可能性があります。[ 22 ]

透明性ビューア

1950年代のビューマスター モデルE

一部のステレオスコープは、フィルムまたはガラス上の透明な写真（トランスペアレンシーまたはダイアポジティブ、一般的にはスライドと呼ばれる）を見るために設計されています。 1850 年代に発行された最も初期のステレオスコープ画像の一部はガラス上にありました。 20 世紀初頭、45 x 107 mm および 6 x 13 cm のガラス スライドは、特にヨーロッパでアマチュア ステレオ写真用の一般的な形式でした。後年、いくつかのフィルム ベースの形式が使用されるようになりました。 フィルム上の市販のステレオ画像で最もよく知られている形式は、 1931 年に導入されたTru-Vueと、1939 年に導入され現在も製造されているView-Masterです。 アマチュア ステレオ スライドの場合、現在のところ最も一般的なのは 1947 年に導入された Stereo Realist形式です。

ヘッドマウントディスプレイ

立体効果を実現するために、それぞれの目の前に別々のビデオソースを表示するHMD

ユーザーは通常、両目に拡大レンズ付きの小型LCDまたはOLEDディスプレイを備えたヘルメットまたはメガネを装着します。この技術は、立体的な映画、画像、ゲームの表示に使用できるだけでなく、仮想ディスプレイの作成にも使用できます。ヘッドマウントディスプレイはヘッドトラッキングデバイスと組み合わせることも可能で、ユーザーは頭を動かすことで仮想世界を「見回す」ことができ、別途コントローラーを使用する必要はありません。この更新をユーザーの吐き気を起こさないように迅速に行うには、膨大なコンピュータ画像処理が必要です。6軸位置センシング（方向と位置）を使用すれば、装着者は使用する機器の制限内で動き回ることができます。コンピュータグラフィックスの急速な進歩と、ビデオ機器などの小型化の進展により、これらのデバイスはより手頃な価格で入手できるようになりつつあります。

ヘッドマウント型またはウェアラブル型のグラスを用いて、現実世界の視界に重ね合わせたシースルー画像を表示することで、いわゆる拡張現実（AR）を実現できます。これは、ビデオ画像を部分反射鏡に映すことで実現されます。現実世界の視界は、鏡の反射面を通して見えます。実験的なシステムはゲームに利用されており、プレイヤーが動き回ると、仮想の対戦相手が実際の窓から覗き込むことがあります。この種のシステムは、隠れた要素をコンピュータグラフィックスでレンダリングし、技術者の自然な視覚と組み合わせることで、事実上「X線視力」を技術者に提供できるため、複雑なシステムの保守において幅広い応用が期待されています。さらに、技術データや回路図をこの同じ装置に配信できるため、かさばる紙の文書を入手して持ち運ぶ必要がなくなります。

拡張立体視は、放射線データ（ CATスキャンやMRI画像）と外科医の視覚 を組み合わせることができるため、手術への応用も期待されています。

3Dビューア

3Dビューア技術には、アクティブとパッシブの2つのカテゴリがあります。アクティブビューアは、ディスプレイと連動する電子機器を備えています。パッシブビューアは、両眼からの一定量の入力信号を適切な目にフィルタリングします。

アクティブ

シャッターシステム

アクティブシャッター3Dシステムの動作原理
XpanD 3D映画鑑賞用の液晶シャッターメガネ。厚いフレームの中に電子部品とバッテリーが隠れています。

シャッターシステムは、左目用の画像を右目の視野を遮りながら表示し、次に右目の画像を左目の視野を遮りながら表示します。この動作を非常に高速に繰り返すことで、2つの画像が1つの3D画像として融合する感覚を妨げません。一般的には液晶シャッターメガネが使用されます。左右の目のメガネには液晶層が組み込まれており、電圧が加えられると暗くなり、通常は透明になります。このメガネはタイミング信号によって制御され、画面のリフレッシュレートに合わせて、片方の目のメガネが暗くなり、次にもう片方の目のメガネが暗くなります。アクティブシャッターの主な欠点は、ほとんどの3Dビデオや映画が左右の視点を同時に撮影して撮影されているため、横方向に動くものに対して「時間視差」が生じることです。例えば、時速3.4マイル（約5.4km/h）で歩いている人は、最新の2x60Hz投影では、20%近くまたは25%遠くに見えます。

受け身

偏光システム

RealD円偏光グラス

立体映画を映し出すには、偏光フィルターを通して2つの画像を重ねて同じスクリーンに投影するか、偏光フィルター付きのディスプレイに映し出す。投影には銀色のスクリーンを用い、偏光状態を維持する。ほとんどのパッシブディスプレイでは、片方の目またはもう一方の目のために、1列おきのピクセルが偏光されている。[ 23 ]この方法はインターレース方式とも呼ばれる。視聴者は、2つの反対偏光フィルターを備えた安価な眼鏡をかける。各フィルターは、同じ偏光の光のみを通過させ、反対の偏光を遮断するため、それぞれの目には1つの画像しか映らず、この効果が得られる。

干渉フィルターシステム

この技術は、右目に赤、緑、青の特定の波長を使用し、左目には赤、緑、青の異なる波長を使用する。特定の波長をフィルタリングする眼鏡をかけることで、フルカラーの3D画像を見ることができる。これはスペクトルコムフィルタリング、波長多重視覚化、スーパーアナグリフとも呼ばれる。ドルビー3Dはこの原理を利用している。オメガ3D/パナビジョン3Dシステムもこの技術の改良版を使用している[ 24 ]。 2012年6月、オメガ3D/パナビジョン3Dシステムは、パナビジョンに代わって販売していたDPVOシアトリカルによって「世界経済と3D市場の厳しい状況」を理由に製造が中止された。

カラーアナグリフシステム

左右の目の間の距離に応じた立体視における垂直線の投影の違い- 目の距離のアニメーションZL{\displaystyle Z_{L}}ZR{\displaystyle Z_{R}}d{\displaystyle d}
アナグリフ3Dメガネ

アナグリフ3Dとは、左右の目の画像を異なる（通常は色彩的に反対色の）フィルター（典型的には赤とシアン）を用いて符号化することで実現される立体3D効果のことです。赤シアンフィルターが使用できるのは、人間の視覚処理システムが物体の色と輪郭を判断する際に、赤とシアン、そして青と黄色の比較を用いるためです。アナグリフ3D画像には、左右の目にそれぞれ1つずつ、異なるフィルターを通した2つの色画像が含まれています。「色分けされた」「アナグリフメガネ」を通して見ると、2つの画像がそれぞれ片方の目に届き、統合された立体画像が現れます。脳の視覚野はこれを融合させ、3次元の情景や構図を知覚します。[ 25 ]

ChromaDepthシステム

プリズムのようなフィルムを備えたChromaDepthメガネ

アメリカン・ペーパー・オプティクス社のクロマデプス法は、プリズムによって色が様々な程度に分離されるという事実に基づいています。クロマデプス眼鏡には、極小のプリズムからなる特殊なフィルムが内蔵されています。これにより、画像は色に応じて一定量移動します。片方の目にプリズムフィルムを使用し、もう片方の目には使用しない場合、2つの画像は（色に応じて）多少離れます。脳はこの差から空間的な印象を生み出します。この技術の利点は、何よりも、クロマデプス画像を眼鏡なしでも（つまり2次元で）問題なく見ることができる点にあります（2色アナグリフとは異なります）。しかし、色には画像の奥行き情報が含まれているため、選択できる色には限りがあります。物体の色を変えると、その物体の観察距離も変化します。[ 26 ]

プルフリッヒ法

プルフリッヒ効果は、暗いレンズを通して見たときのように、光が少ないときに人間の目が画像を処理する速度が遅くなるという現象に基づいています。[ 27 ]プルフリッヒ効果は、奥行きの錯覚を引き起こすために特定の方向への動きに依存しているため、一般的な立体視技術としては役に立ちません。たとえば、静止した物体が画面内または画面外に明らかに伸びているように見せることはできません。同様に、垂直方向に移動する物体は奥行き方向に動いているようには見えません。物体の偶発的な動きは偽のアーティファクトを生み出し、これらの偶発的な効果はシーンの実際の奥行きとは関係のない人工的な奥行きとして認識されます。

オーバー/アンダー形式

openKMQプラスチック拡張機能を備えたKMQステレオプリズムビューア

立体視は、一対の画像を上下に配置することで実現されます。上下立体視方式では、右眼をわずかに上向きに、左眼をわずかに下向きに傾ける専用のビューワーが作られています。最も一般的なものは鏡を使用するView Magicです。プリズムグラスを使用するKMQビューワーもあります。[ 28 ]この技術の最近の応用例としては、openKMQプロジェクトがあります。[ 29 ]

ビューアーなしの他の表示方法

自動立体視

ニンテンドー3DSは視差バリア自動立体視技術を使用して3D画像を表示します。

裸眼立体視ディスプレイ技術は、ユーザーが装着するのではなく、ディスプレイに内蔵された光学部品を用いて、左右の目に異なる画像を表示できるようにします。ヘッドギアが不要なため、「グラスフリー3D」とも呼ばれます。光学系は画像を視聴者の目に方向的に分割するため、ディスプレイの視聴ジオメトリでは、立体視効果を得るためには限られた頭の位置しか必要としません。裸眼立体視ディスプレイは、同じシーンを2つではなく複数のビューで表示します。各ビューは、ディスプレイ前面の異なる範囲の位置から見ることができます。これにより、視聴者はディスプレイの前で左右に移動し、どの位置からでも正しいビューを見ることができます。この技術には、大きく分けて2つの種類のディスプレイがあります。ヘッドトラッキングを用いて視聴者の両目にそれぞれ異なる画像が表示されるようにするディスプレイと、複数のビューを表示することで、ディスプレイが視聴者の目がどこに向いているかを認識する必要がないようにするディスプレイです。裸眼立体視ディスプレイ技術の例としては、レンチキュラーレンズ、視差バリア、ボリュームディスプレイ、ホログラフィー、ライトフィールドディスプレイなどがあります。

ホログラフィー

レーザーホログラフィーは、写真透過型ホログラムの本来の「純粋な」形態において、物体や風景を非常にリアルに再現できる唯一の技術です。元の照明条件下であれば、複製物は元のものと視覚的に区別がつきません。元の風景から発せられたものと全く同一の光場を作り出し、あらゆる軸に関して視差があり、非常に広い視野角を有しています。目は異なる距離にある物体に異なる焦点を合わせ、被写体の細部は顕微鏡レベルまで保存されます。その効果は、まさに窓越しに見ているのと全く同じです。しかし残念なことに、この「純粋な」形態では、写真露光中に被写体がレーザー照射され、光の波長のごくわずかな範囲内で完全に静止している必要があり、結果を正しく観察するにはレーザー光を使用する必要があります。ほとんどの人は、レーザー照射された透過型ホログラムを見たことがないでしょう。一般的に見られるホログラムの種類は、画像品質が著しく低下しているため、通常の白色光を使用して表示することができ、生体を撮影する場合、強力で危険なパルスレーザーを使用する代わりに、非ホログラフィックの中間画像化プロセスがほぼ常に使用されます。

元の写真処理は一般使用には非実用的であることが証明されているが、長年開発が続けられているコンピューター生成ホログラム (CGH) と光電子ホログラフィック ディスプレイの組み合わせは、半世紀もの間夢見られてきたホログラフィック 3D テレビを現実のものにする可能性を秘めている。しかし、これまでのところ、詳細なホログラムを 1 つ生成するだけでも膨大な計算量が必要であり、また、ホログラムのストリーム送信には膨大な帯域幅が必要であるため、この技術は研究室の枠内にとどまっている。

ボリュームディスプレイ

ボリューメトリックディスプレイは、物理的なメカニズムを用いてボリューム内の光点を表示します。このようなディスプレイでは、ピクセルではなくボクセルが使用されます。ボリューメトリックディスプレイには、複数の表示面を積み重ねたマルチプラナーディスプレイと、回転パネルでボリュームを掃引する回転パネルディスプレイがあります。

装置の上空に光点を投影する技術も開発されています。赤外線レーザーを宇宙空間の目標物に焦点を合わせ、可視光を発する小さなプラズマの泡を生成します。

インテグラルイメージング

インテグラルイメージングは​​、自動立体視と多視点の両方の機能を備えた 3D ディスプレイを製造する技術です。つまり、特別なメガネを使わずに 3D 画像を眺めることができ、水平方向または垂直方向の異なる位置から見るとさまざまな側面が見えるということです。これは、マイクロレンズアレイ(レンチキュラーレンズに似ていますが、各レンズレットが通常、より大きな対物レンズの助けを借りずにシーンの独自の画像を形成するX-Y アレイまたは「ハエの目」アレイ) またはピンホールを使用してシーンを 4Dライトフィールドとして捉えて表示することで実現され、視聴者が上下左右に動いたり、近づいたり遠ざかったりすると、視差と遠近感が リアルに変化する立体画像を生成します。

オートステレオスコピーは依然として 2 つの画像の生成を指すため、インテグラル イメージングは​​技術的にはオートステレオスコピーの一種ではない可能性があります。

ウィグル立体視

ウィグル立体視は、ステレオグラムの左右の画像を素早く交互に表示することで実現される画像表示技術です。ウェブ上ではアニメーションGIF形式で公開されており、ニューヨーク公共図書館のステレオグラムコレクション（Wayback Machineで2022年5月25日アーカイブ）でオンライン例を見ることができます。

ステレオ写真技術

現代のステレオテレビカメラ

人間の自然な視覚を再現し、実際にそこにいるかのような視覚的印象を与えることを目的とする汎用ステレオ写真では、正しいベースライン（左右の画像の撮影位置間の距離）は両眼間の距離と同じになります。[ 30 ]このようなベースラインで撮影された画像を、撮影時の状況を再現する観察方法で観察すると、撮影現場で見られる画像とほぼ同じ画像が得られます。これは「オルソステレオ」と呼ばれます。

しかし、状況によっては、ベースラインを長くしたり短くしたりすることが望ましい場合もあります。考慮すべき要素としては、使用する観察方法や撮影目的などがあります。ベースラインの概念は、ステレオグラフィーの他の分野、例えばステレオ描画やコンピューター生成のステレオ画像にも適用されますが、カメラやレンズの実際の物理的な距離ではなく、選択された視点に関係します。

ステレオウィンドウ

ステレオウィンドウの概念は常に重要です。なぜなら、ウィンドウとは、ステレオ画像を構成する左右の視野の外側の境界を立体的に捉えた画像だからです。ウィンドウの側面によって遮られた物体がウィンドウの前に置かれると、不自然で望ましくない効果が生じ、これを「ウィンドウ違反」と呼びます。これは、実際の物理的な窓とのアナロジーで理解するのが最も分かりやすいでしょう。つまり、2つの異なる奥行き手がかりの間に矛盾が生じます。画像の一部の要素がウィンドウに隠れているため、ウィンドウがこれらの要素よりも近くに見える一方で、画像の同じ要素がウィンドウよりも近くに見えるのです。そのため、奥行き手がかりの矛盾によって視聴者が不快感を覚えないように、ステレオウィンドウは常にウィンドウ違反を回避するように調整する必要があります。

窓の正面、つまり窓の側面まで届かない範囲で、物体が見える場合があります。しかし、快適に視聴できる視差の範囲には限界があるため、これらの物体は近すぎると見えることはありません。

窓越しに風景を眺める場合、通常は風景全体が窓の背後に隠れます（平行視、つまり左目が左目で、左目が左目で見ている状態を想定）。風景が遠くにある場合は窓から少し離れた背後に隠れ、近くにある場合は窓のすぐ向こうに見えるようになります。窓よりも小さい物体が窓を通り抜け、一部または全体が窓の前方に見えることもあります。これは、窓よりも小さい大きな物体の一部が窓を通り抜ける場合にも同様です。ステレオウィンドウを設定する目的は、この効果を再現することです。

そのため、画像全体に対するウィンドウの位置を調整し、画像の大部分がウィンドウの外側に見えるようにする必要があります。3Dテレビで視聴する場合は、ウィンドウを画像の前面に配置し、ウィンドウを画面の平面内に収める方が簡単です。

逆に、はるかに大きなスクリーンに投影する場合は、例えば最前列の観客が約2メートル離れた位置からウィンドウを見るように、スクリーンの前方にウィンドウを配置する（「フローティングウィンドウ」と呼ばれる）方がはるかに効果的です。こうすることで、最前列の観客は通常、映像の背景を無限遠に見ることになります。もちろん、後方の観客はウィンドウをより遠くに見ることになりますが、最前列の観客が背景を無限遠に見るように映像が通常の状態で作成されていれば、後方の観客も背景を無限遠に見ることになります。なぜなら、背景の視差は人間の平均的な眼間距離に等しいからです。

左目と右目の画像を互いに水平方向にスライドさせることで、ウィンドウを含むシーン全体を奥行き方向に前後に移動できます。片方または両方の画像を中央から遠ざけると、シーン全体が視聴者から遠ざかり、片方または両方の画像を中央に近づけると、シーン全体が視聴者に近づきます。これは、例えば、この投影に2台のプロジェクターを使用する場合に可能です。

ステレオ写真では、ウィンドウの調整は画像をシフト/トリミングすることによって行われますが、描画やコンピューターで生成された画像などの他の形式の立体視では、画像が生成されるときにウィンドウが画像のデザインに組み込まれます。

画像はクリエイティブに切り抜くことで、必ずしも長方形や視聴者の視線に垂直な平面上に配置される必要のないステレオウィンドウを作成できます。ステレオフレームのエッジは直線または曲線にすることができ、3Dで表示すると、視聴者に向かって流れたり、視聴者から離れて流れたり、シーンの中を流れたりします。このようにデザインされたステレオフレームは、ステレオ画像内の特定の要素を強調したり、ステレオ画像の芸術的な要素として活用したりできます。

フリービュー平行法またはメガネ/ステレオスコープを使用した 3D 視聴では、「ウィンドウ違反」とは、焦点面またはスクリーンを超えて切り取られた被写体を指す場合があります (狭いウィンドウを埋め尽くす大きなオブジェクトの一部を見ているかのように)。ただし、ほとんどのウィンドウ違反はクロスビューで表示されるオブジェクト (焦点面またはスクリーンの前にオブジェクトが表示される「ポップアウト」。右の画像が左目に表示され、その逆も同様) を指し、オブジェクトの一部が物理的に切り取られているように見えます。大きなオブジェクトが小さなウィンドウから押し出され、その端が文字通り切り取られているところを想像してください。これは、ウィンドウの前 (視聴者とスクリーンの間) にある重大な従来のウィンドウ違反であり、ポップアウト オブジェクトの一部が、ウィンドウ (奥行き) の向こう側にある平行表示オブジェクトのように単に隠れるのではなく、欠落しているように見えるため、最も方向感覚を失わせます。

用途

立体画像は、典型的には、立体カード、3D映画、3Dテレビ、立体ビデオゲーム、[ 31 ]アナグリフや写真を使用した印刷物、オートステレオグラムのポスターや書籍など、娯楽のために使用されてきましたが、この技術は他にも用途があります。

美術

サルバドール・ダリは、様々な錯視の探求の中で、印象的なステレオグラムをいくつか制作しました。他のステレオグラム・アーティストには、ゾーイ・ベロフ、クリストファー・シュネバーガー、レベッカ・ハッケマン、ウィリアム・ケントリッジ、ジム・ノートンなどがいます。[ 32 ]赤とシアンのアナグリフによる立体画像も手描きされています。[ 33 ]

教育

19世紀には、立体画像によって人々が遠く離れた場所や物を体験できる機会が得られることが認識され、多くの観光セットが製作され、地理、科学、歴史などの学習ができる書籍が出版されました。[ 34 ]このような利用は20世紀半ばまで続き、キーストーン・ビュー社は1960年代までカードを製造していました。

宇宙探査

この画像は2004年6月8日に撮影されたもので、火星探査ローバーの一つであるスピリットに搭載されたステレオパンカムから生成された合成アナグリフ画像の一例です。適切な赤青緑フィルターメガネを使用することで立体的に見ることができます。また、単眼の2Dバージョンもご用意しています。提供：NASA/JPL-Caltech。この画像を正しく表示するには、 3D赤青緑フィルターメガネの使用を推奨します。

火星の表面を探査するために2003年にNASAによって打ち上げられた火星探査ローバーには、研究者が火星の表面の立体画像を見ることができる独自のカメラが搭載されています。

各ローバーのパンカムを構成する2台のカメラは、地表から1.5mの高さに設置され、30cmの間隔で1度の角度で傾けられています。これにより、画像ペアは科学的に有用な立体画像に変換され、ステレオグラムやアナグリフとして表示したり、3Dコンピュータ画像に加工したりすることができます。[ 35 ]

太陽系と近傍の銀河を芸術的に描いた交差立体視図

ほぼ人間の身長に設置された2台のカメラからリアルな3D画像を作成できる能力により、研究者は観測対象の景観の性質についてより深い洞察を得ることができます。霞んだ大気や見慣れたランドマークがない環境では、人間は距離を判断するために立体的な手がかりに頼ります。そのため、1台のカメラからの視点では解釈が困難になります。Pancamのような複数カメラによる立体視システムは、無人宇宙探査におけるこの問題に対処します。

臨床用途

ステレオグラムカードとベクトルグラフは、検眼士、眼科医、視能訓練士、視覚療法士によって両眼視機能障害や調節障害の診断と治療に使用されます。[ 36 ]

数学、科学、工学の用途

オープンソースのプロットライブラリMatplotlibのmpl_stereo [ 37 ]拡張機能によって生成された、三つ葉結び目のステレオグラム。立体視効果により、通常は見えない3D構造を見ることができる。

ステレオペア写真は、航空写真の3次元（3D）視覚化の方法を提供しました。2000年頃から、3D航空写真は主にデジタルステレオ画像化技術に基づいています。ステレオ画像に関連する1つの問題は、そのようなファイルを保存するために必要なディスク容量です。実際、ステレオ画像は通常、通常の画像の2倍の容量を必要とします。最近、コンピュータビジョンの科学者は、ステレオペアファイルの圧縮バージョンを定義することを目的として、ステレオペアの視覚的な冗長性に対処する手法を見つけようとしました。[ 38 ] [ 39 ]今日、地図製作者は、地形を3次元で視覚化するために、コンピュータプログラムを使用してステレオペアを生成します。[ 40 ]コンピュータ化されたステレオ視覚化は、ステレオマッチングプログラムを適用します。[ 41 ] 生物学と化学では、複雑な分子構造がステレオペアでレンダリングされることがよくあります。同じ手法は、2 つの変数の関数である任意の数学的 (または科学的、工学的) パラメータにも適用できますが、これらの場合には、「歪んだ」メッシュまたはシェーディング (遠くの光源からのように) を使用して 3 次元効果を作成する方が一般的です。

参照

参考文献

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参考文献

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さらに読む

  • スコット・B・スタインマン、バーバラ・A・スタインマン、ラルフ・フィリップ・ガルジア（2000年）『両眼視の基礎：臨床的視点』マグロウヒル・メディカル社、ISBN 0-8385-2670-5
ウィキメディア コモンズには、立体視に関連するメディアがあります。
ウィキメディア コモンズには、平行視ステレオ画像に関連するメディアがあります。
ウィキメディア コモンズには、クロスアイ ビュー ステレオ画像に関連するメディアがあります。

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他の

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