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物理學(xué)畢業(yè)論文：人眼模擬3D成像原理的透視理論研究
畢業(yè)論文，是每一個(gè)大學(xué)生結(jié)業(yè)的必經(jīng)之路，一篇好的畢業(yè)論文也是對(duì)自己大學(xué)四年學(xué)習(xí)生涯的總結(jié)，下面文書(shū)幫小編給大家?guī)?lái)一篇論文范文，歡迎閱讀！
人眼模擬3D成像原理的透視理論研究
摘要：繪畫(huà)的再現(xiàn)性要求觀(guān)者在讀畫(huà)時(shí)有一種身臨其境的狀態(tài)。和許多從事繪畫(huà)的人一樣，我也致力于在畫(huà)面中能夠表現(xiàn)出極其真實(shí)的空間，用畫(huà)面把觀(guān)者與畫(huà)者的共鳴上升到最高點(diǎn)。尤其在涉足山水畫(huà)以后，這種向往更加強(qiáng)烈。為此，我懷疑過(guò)線(xiàn)性透視，研究過(guò)弧面透視，現(xiàn)在正在研究的是雙眼模擬雙側(cè)放映機(jī)的3D成像透視……為了這種“人在畫(huà)中”的形式創(chuàng)新，我做了無(wú)數(shù)次嘗試，并樂(lè)此不疲。在試驗(yàn)中取得了些許經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)以此文做具體描述。
關(guān)鍵詞：3D成像 線(xiàn)性透視 弧面透視 雙眼交替定視距 固定視點(diǎn)移動(dòng)焦點(diǎn)透視
隨著一部《阿凡達(dá)》票房的攀高，3D電影又被掀起了一個(gè)高潮。記得小時(shí)候在電影院里帶著小眼鏡看《孟良崮戰(zhàn)役》，每到射擊近鏡頭時(shí)就覺(jué)得槍口正對(duì)著我的眉心，那種身臨其境的真實(shí)感常常讓我從睡夢(mèng)中驚醒。
高中開(kāi)始學(xué)習(xí)繪畫(huà)，造型課上老師總是在強(qiáng)調(diào)構(gòu)圖、比例、透視……老師講的透視分為一點(diǎn)(平行)、兩點(diǎn)(成角)、三點(diǎn)(俯視或仰視)、散點(diǎn)等等，當(dāng)時(shí)覺(jué)得很難以接受。但無(wú)奈找不到更有效的解決二度虛擬三度空間的方法，每次畫(huà)完都不免覺(jué)得畫(huà)面呆板，沒(méi)能將自己對(duì)對(duì)象的感受淋漓盡致地表現(xiàn)出來(lái)。
大學(xué)時(shí)在圖書(shū)館翻閱了大量的生物學(xué)資料，對(duì)人眼成像原理做了深入的研究學(xué)習(xí)。脫掉近視鏡，裸眼，拿起望遠(yuǎn)鏡，站在學(xué)校最高的建筑物上做了無(wú)數(shù)次的試驗(yàn)觀(guān)察，終于得到了一些弧面透視方面的經(jīng)驗(yàn)。用這種方法畫(huà)場(chǎng)景、畫(huà)靜物、畫(huà)風(fēng)景得到了較好的效果，雖不能達(dá)到身臨其境的境界，但真實(shí)可觸性已經(jīng)有了一些進(jìn)步。
工作后有幸隨恩師學(xué)習(xí)水墨山水。小時(shí)侯的槍口、戰(zhàn)壕、丘陵再一次浮現(xiàn)在眼前，巍巍太行的雄渾磅礴讓我一次次的早出晚歸奔走其間，為的只是用筆尖觸摸那份“仰望天一線(xiàn)，俯窺千仞壁”的氣勢(shì)恢弘，用心靈傾聽(tīng)那份“千里豐碑望不斷，無(wú)情風(fēng)雨任吹灑”的寬厚，然而無(wú)論怎樣的意境總難以表現(xiàn)出太行“山峽十九轉(zhuǎn)，奇峰當(dāng)面立”的真實(shí)感受。
看過(guò)《阿凡達(dá)》后，我深入研究了一些雙鏡頭模擬雙眼的時(shí)差拍攝原理、雙側(cè)放映機(jī)偏振垂直播放膠片的成像原理以及部分有合成3D影像功能的軟件和芯片控電眼鏡等的工作原理，并且從中獲得了啟示。簡(jiǎn)單理解就是把兩眼看到的圖像分別記錄，再通過(guò)左眼所見(jiàn)圖像僅傳入左眼、右眼所見(jiàn)圖像僅傳入右眼來(lái)實(shí)現(xiàn)人腦的3D立體合成圖像功能。這與人的定點(diǎn)觀(guān)察所得圖像理論上應(yīng)該一致。
不同的是電影可以利用人眼視覺(jué)暫留的1/24秒的時(shí)間差，左右放映機(jī)交替工作，使人所看到的影像還是集中在同一屏幕上，而靜態(tài)的繪畫(huà)作品不能利用時(shí)間差，因此在實(shí)驗(yàn)的初級(jí)階段我只能借助單鏡頭照相機(jī)在左右眼(為了使試驗(yàn)效果更加明顯，我選擇了比左眼更左一點(diǎn)、比右眼更右一點(diǎn)的視點(diǎn))處分別對(duì)同一組對(duì)象進(jìn)行拍照記錄，然后打印成等幅照片，分別在左眼和右眼的最佳視距處垂直于視線(xiàn)放置。觀(guān)察過(guò)程中始終用一不透明隔板放在雙眼連線(xiàn)的中垂線(xiàn)上，以分隔雙眼的視域范圍。這有點(diǎn)像馬的眼睛會(huì)出現(xiàn)盲區(qū)，但并不影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。結(jié)果表明這樣做大腦合成的圖像立體感甚至要超出人的正常觀(guān)察結(jié)果，我想大概是因?yàn)槿搜塾^(guān)察對(duì)象時(shí)雙側(cè)眼球的游移導(dǎo)致的。
左右視點(diǎn)的成像拼合在一起。簡(jiǎn)單的電腦對(duì)疊處理后，就會(huì)出現(xiàn)像脫掉專(zhuān)用眼鏡直接看幕布3D電影一樣的模糊重影的圖像。我們要的當(dāng)然不是必須戴上專(zhuān)用眼鏡才能欣賞的平面藝術(shù)，于是我?guī)е绾魏铣勺笥乙朁c(diǎn)圖片的困惑又做了很多試驗(yàn)。
一系列試驗(yàn)的無(wú)果而終，使我最后又不得不回到平面透視的起點(diǎn)上來(lái)。初學(xué)透視時(shí)，由于找不準(zhǔn)焦點(diǎn)，老師經(jīng)常督促我閉上一只眼睛用鉛筆量靜物結(jié)構(gòu)線(xiàn)的方向，而每次閉上的眼睛都必須相同。這實(shí)際上就是跟單鏡頭攝像機(jī)的鏡頭一樣，是單焦點(diǎn)透視。而我最初想要的只是真實(shí)感而已，跟焦點(diǎn)在哪、視心點(diǎn)在哪并無(wú)大的關(guān)聯(lián)。又想起正方體平行透視講解示意圖中標(biāo)示的視心點(diǎn)(焦點(diǎn))多在靜物外側(cè)。而視心點(diǎn)的定義為：視點(diǎn)到視平線(xiàn)的垂心，即從視點(diǎn)(人眼睛)向視平線(xiàn)做垂線(xiàn)得到的垂足。視線(xiàn)的定義為：以人眼為頂點(diǎn)的射線(xiàn)——視點(diǎn)與物體任何部位的假想連線(xiàn)，非阻擋則延伸。視平線(xiàn)的定義為：與人眼等高的一條水平線(xiàn)。我們不妨坐下來(lái)演示一下：觀(guān)者保持靜止?fàn)顟B(tài)則視點(diǎn)不變;在觀(guān)者的左前方、正前方、右前方分別放置三個(gè)物體，在觀(guān)察三個(gè)物體時(shí)會(huì)產(chǎn)生三個(gè)方向的視線(xiàn)、視平線(xiàn)。線(xiàn)性透視理論中對(duì)視平線(xiàn)的羅盤(pán)方向并沒(méi)有嚴(yán)格的規(guī)定，僅對(duì)高度和水平做了明確規(guī)定。也就是說(shuō)總有一個(gè)方向的水平線(xiàn)會(huì)與視線(xiàn)相垂直，那么視心點(diǎn)也一定將會(huì)出現(xiàn)在物體左右剪影切線(xiàn)的延長(zhǎng)線(xiàn)之間，也就等于是在同一視點(diǎn)分別直視三個(gè)物體，而得到的是各自獨(dú)立的三張透視成像圖。根據(jù)這一結(jié)果，我在對(duì)太行山寫(xiě)生中嘗試運(yùn)用了這種視點(diǎn)不變移動(dòng)焦點(diǎn)的透視方法，打破了原來(lái)的以組排列單一視點(diǎn)的構(gòu)圖方式，取得了較為真實(shí)的畫(huà)面二維假設(shè)三維空間的效果。在具體測(cè)繪焦點(diǎn)的過(guò)程中，我沒(méi)有始終閉起一只眼睛，而是采取交替用左右眼測(cè)試最后取中點(diǎn)的方式。這種方法可以使視距延長(zhǎng)，就像炮兵用大拇指測(cè)視距一樣，會(huì)得到較為準(zhǔn)確的距離。
當(dāng)然，這種用雙眼交替測(cè)視距，在雙眼疊加視域范圍內(nèi)視點(diǎn)不變移動(dòng)視心點(diǎn)(焦點(diǎn)參照)，把每個(gè)物體或每段距離都當(dāng)作獨(dú)立的再現(xiàn)對(duì)象獨(dú)立進(jìn)行線(xiàn)透視的方法仍然沒(méi)有進(jìn)行到最后階段，我將繼續(xù)用試驗(yàn)論證此法的可行性。在此暫且稱(chēng)其為模擬3D成像原理的透視理論研究，愿與同樣追求平面再現(xiàn)三維真實(shí)性的朋友共同探討。
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