За к. 47

7. Рисование в трехмерном пространстве

7. Рисование в трехмерном пространстве

все выпуклые черты которого вдавлены, а все вдавленные вы­пуклы. В этом случае информация о глубине настолько полна, что малая вероятность соответствующей гипотезы не мешает правиль­ному восприятию реальности. Но рассматривая ту же маску при слабом свете или при ровном освещении, которое не дает теней или не обнаруживает фактуры, мы воспринимаем лицо с обычны­ми глубинными конфигурациями. Чтобы мозг отверг привычную перцептивную гипотезу, нужна сильнейшая, абсолютно недвусмы­сленная сигнализация, поступающая из аппарата пространствен­ного зрения, а для того, чтобы сработала привычная гипотеза, нужно — как все мы знаем по карикатурам — очень немного информации.

В тех случаях, когда внутренняя поверхность маски восприни­мается как выпуклое лицо, оно «поворачивается» в соответствии с движениями головы наблюдателя точно тем же странным мане­ром, как это происходит со стереоизображением, проецируемым на экран; только размах движения в последнем случае меньше, чем при наблюдении реальной маски или перцептивно «перевер­нутого» проволочного куба. Дело в том, что маска и куб дают подлинный параллакс движения, поскольку детали этих предметов действительно находятся на разных расстояниях от наблюдате­ля, но параллакс воспринимается мозгом как сигнал вращения объекта, поскольку положение ближних и дальних его частей в это время перцептивно инвертировано — предмет «вывернут наизнанку». Исследовать этот эффект в самостоятельных опытах с маской и кубом, безусловно, стоит. Не исключено, что именно он лежал в основе старинных храмовых «чудес» — статуи дви­гались, словно живые, провожая каждого верующего поворотом вдавленных лиц, пока он в священном полумраке пробирался к излюбленному месту.

Первыми стереограммами Уитстона были простые штриховые рисунки — кубы, цилиндры и тому подобное. Рисунки выпол­нялись в соответствии с правилами проективной геометрии так, чтобы дать отдельно ракурсы наблюдения с позиций правого и ле­вого глаза. Эта техника выполнения стереограмм применяется иногда и сейчас.

Рис.105. Эскиз машины, рисующей в трех измерениях: стереофотокамера и по­движный источник света. На пленке получится стереослед движений луча в трех измерениях. Если сделать так, чтобы стереослед наблюдался в процессе движения, получится машина для рисования в трехмерном пространстве

Несколько лет назад автору этой книги подумалось, что бы­ло бы интересно и небесполезно иметь простое устройство для автоматического рисования стереокартин. Первый аппарат, по­строенный нами для рисования в трехмерном пространстве, был основан на оптическом принципе: рисунки выполняются световой точкой, движущейся в пространстве трех измерений.

Рисовать в трех измерениях, располагая стереофотоаппаратом и маленьким источником света, просто: для этого достаточно в тем­ной комнате открыть полностью оба затвора фотоаппарата и пере­мещать перед ним (в стороны и в глубину) источник света. Кон­туры движений источника (безразлично, соответствующие очерта­ниям какого-либо предмета или произвольные) будут запечатлены на пленке в виде стереопары изображений, поскольку два объекти­ва фотокамеры «увидят» свет с разных позиций. Однако на практи­ке такой способ вряд ли удобен, поскольку полученную стереокар-тину можно рассмотреть только после ее завершения, после того, как фотопленка будет проявлена и снимки отпечатаны. Похоже

162

7. Рисование в трехмерном пространстве

7. Рисование в трехмерном пространстве

на рисование с закрытыми глазами, только еще труднее, так как здесь «рука», выполняющая рисунок, движется в трех измерениях.

Чтобы, сохранив идею, развить и реализовать ее, надо найти способ сделать оптический след рисунка непосредственно и по­стоянно видимым в процессе рисования. Этого можно достичь, если вместо пленки использовать покрытую светящимся составом пластинку. Поместим пару таких пластинок в подходящий сте­реоскоп и с помощью двух объективов спроецируем на них наш рисующий свет — получим парный след, который мы будем ви­деть стереоскопически, воспринимая непосредственно движение светового пятна в трехмерном пространстве (светящиеся линии на темном фоне).

Возможности использования такого устройства ограничены, поскольку фосфоресцирующие составы обладают очень малым временем послесвечения. Нам нужно средство, гораздо дольше сохраняющее светящийся след. Такое средство появилось не так давно, это инертная электролюминесцентная панель; она дол­го сохраняет собственное свечение после предварительного воз­действия света. Стирание картинки с такой панели произво­дится простым выключением напряжения (100 вольт, постоян­ный ток).

На рис. 106 показана схема устройства аппарата для рисования в трехмерном пространстве с помощью электролюминесцентных панелей, сохраняющих изображение. Работать с таким аппаратом чрезвычайно увлекательно.

Немало, конечно, и других возможностей для реализации процесса рисования в трехмерном пространстве. Мы уже зна­комы со стереопроекцией теневых изображений реальных трех­мерных объектов; если каждое теневое изображение — «пра­вое» и «левое» раздельно — обвести прямо на экране цвет­ным мелком или тушью (правое — красным, левое — зеле­ным цветом), то полученную стереопару можно рассматривать через цветные очки. Этот способ удобен для получения сте­реоизображений реальных трехмерных предметов (конечно, при условии, что они дают хорошие теневые изображения). Способ подходит главным образом для «скелетных» предметов, сделан­ных из проволоки; объекты могут быть как угодно сложны,

Рис. 106. Эскиз действующего устройства для рисования в трех измерениях; разработано автором. Вместо фотопленки применяются «запоминающие» (инер­ционные) электролюминесцентные панели. Они продолжают хранить светящийся след после того, как свет перестал действовать на поверхность непосредственно. Движущаяся пара световых точек — парное изображение точечного источника света — представляет собой непосредственно видимое стереоизображение тра­ектории перемещения источника в трехмерном пространстве. Большие зеркала и оборачивающие телескопические окуляры дают правильное соотношение всех глубинных перемещений рисующего светового луча

164

7. Рисование в трехмерном пространстве

7. Рисование в трехмерном пространстве

лишь бы при проекции одни части предмета, важные для харак­тера изображения, не закрывали других частей, не менее важных в том же отношении.

Очень интересное приложение теневых проекций стереокар-тин — демонстрация анатомических моделей и кристаллических структур. Их легко показать большой аудитории на экране любой стандартной величины, причем модель можно вращать, демонстри­руя разные ее положения; возникающий при вращении параллакс движения добавляет пространственную информацию. Сочетание информации стереозрения с параллаксом движения позволяет од­нозначно воспринять даже пространство незнакомых форм, в от­ношении которых это наиболее трудно и наиболее важно. Если использовать двухцветную (а не поляроидную) стереоскопию, то можно показать в стереопроекции даже полупрозрачные анатоми­ческие макеты из пластмассы. Эффективность такого способа на­глядного обучения очень велика: видны все внутренние структуры муляжа в точных пространственных позициях сквозь те наружные структуры, которые создают внешнюю поверхность «тела».

Рисовать можно и прямо на бумаге (а еще лучше — на мо­лочном стекле, подсвеченном с обратной стороны) с помощью довольно простого механического устройства. Основа приспосо­бления — пара перьев с разноцветными чернилами (красный и зе­леный цвета); перья закреплены в одном держателе; промежуток между ними можно менять (благодаря чему возникает различ­ная удаленность стереоскопически видимых деталей); держатель должен свободно перемещаться над всей плоскостью бумаги (сте­кла). Чем больше промежуток между перьями, тем ближе окажется нарисованная деталь в стереоскопическом пространстве. Механи­ческое приспособление для закрепления перьев в горизонтальной плоскости и для изменения ширины промежутка между перьями показано на рис. 107.

Это простое устройство можно связать с теневым стереопро-

ектором и рисовать на поверхности молочного стекла

' Это лучше, чем рисовать на шлифованном стекле, поскольку молочное дает более равномерную освещенность; впрочем, при пользовании поляроидами нужно брать именно шлифованное стекло.

Рис. 107. Простое механическое устройство для рисования в трех измерениях. Два пера — одно с красными, другое с зелеными чернилами — перемещаются со­вместно над всей поверхностью листа. Глубина задается изменением расстояния

между перьями

Стекло освещают двумя точечными источниками света для получения теневой стереопроекции; в потоке света за стеклом помещают объект и, осветив его, наносят двойные очертания сте­реоизображения на поверхность стекла. А спроецировав на стекло еще и сетку-шкалу, можно повысить точность рисунка.

Машину для рисования в трех измерениях можно скомби­нировать и с проекцией стереофотографий. Последние проеци­руют на поверхность, предназначенную для рисования, а затем обводят — точно или с изменениями — парой цветных перьев. Фактически это открывает целый ряд возможностей, полезных для инженеров, художников-конструкторов, даже для студентов, изу­чающих медицину, так как многим людям нередко очень трудно ясно представить себе трехмерные структуры и хорошо усвоить их строение и связи по плоским картинам.

166

7. Рисование в трехмерном пространстве

Особенно заманчиво выглядит применение трехмерного ри­сования в проектировании. Обычно, если рисунок двумерный, необходимо как минимум наметить окружающие структуры, что­бы интересующая вас деталь приобрела определенные размеры и позиции. Так, архитектор, пытаясь, например, показать в своих эскизах точное положение окна, вынужден рисовать и часть стены, а также указывать, как расположена эта стена относительно других частей здания. Но предположим, что архитектор еще не обдумал стену; ему нужно показать только определенную позицию окна. Обычным способом сделать это трудно, но рисуя в трех изме­рениях, проектировщик может поместить свое окно куда угодно, а затем рассмотреть и положение частей здания, пространствен­но связанных с окном. Другими словами, машины, рисующие в трех измерениях, могут стать очень полезными инструментами для конструирования любых структур, для демонстрации первых набросков и детально разработанных проектов.

Было бы чрезвычайно интересно использовать машины, рису­ющие в трех измерениях, при обучении, чтобы попытаться повы­сить точность зрительного восприятия, особенно у детей. Может быть, чаще сочетая активное движение с трехмерным восприятием, удастся обогатить запас объект-гипотез у подрастающего человека; нашим объект-гипотезам не помешала бы большая точность, если учесть сложность и необычность структур, которые современному человеку приходится видеть и проектировать.