ระบบภาพสามมิติ

ระบบภาพสามมิติ หรือ สเตอริโอสโคปี หรือ สเตอริโอสโคปิก หรือ ระบบภาพทรีดี หรือ ระบบภาพสามดี (Stereoscopy หรือ stereoscopic imaging หรือ 3-D imaging) เป็นเทคนิคในการสร้างภาวะลวงตา (จากภาพถ่าย หรือ ภาพยนตร์ ที่อยู่บนระนาบสองมิติ แบนๆ ) ให้ดูมีมิติความตื้นลึก (illusion of depth)

หลักการเบื้องต้นคือ ส่งภาพสองมิติ 2 ภาพสำหรับตาแต่ละข้างโดยมีมุมมองต่างกันเล็กน้อย เสมือนกับที่สองตาของคนเห็นภาพตามธรรมชาติ

การถ่ายภาพ 3 มิติถูกนำมาใช้ในการทำแผนที่ภาพถ่ายทางอากาศ (photogrammetry) และเพื่อความบันเทิง โดยทำเป็นภาพสามมิติ (ภาพสเตอริโอแกรมส์, stereograms) ซึ่งดูด้วยกล้องดูภาพสามมิติ (สเตอริโอสโคป, stereoscope)

การถ่ายภาพสามมิติมีประโยชน์ในการดูภาพเห็นมิติตื้นลึก ภาพถ่ายสามมิติในการอุตสาหกรรมสมัยใหม่อาจใช้เครื่องสแกนภาพ 3 มิติ (3D scanners) สำหรับสแกนและบันทึกข้อมูล 3 มิติ ข้อมูลความลึกสร้างจากภาพ 2 ภาพโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วย ด้วยการใส่จุดภาพสมนัยลงบนภาพซ้ายและภาพขวา

การแสดงผลเป็นภาพ 3 มิติ ส่วนมากใช้เทคนิคภาพคู่ หรือ ภาพสเตอริโอสโคปิก (StereoScopic) ถูกประดิษฐ์ขึ้นครั้งแรกโดย เซอร์ ชาร์ล วีตสโตน (Sir Charles Wheatstone) เมื่อ พ.ศ. 2381 ต่อมาถูกปรับปรุงพัฒนาโดย เซอร์ เดวิด บริวสเตอร์ (Sir David Brewster) และเป็นคนแรกที่สร้างอุปกรณ์ดูภาพสามมิติ แบบพกพา (portable 3D viewing device)

Thumb — แผ่นภาพคู่ หรือ สเตอริโอการ์ด สำหรับดูด้วยกล้องดูภาพสามมิติ หรือ สเตอริโอสโคป (stereoscope)

ระบบภาพสามมิติแบบเบื้องต้นที่สุด คือใช้ภาพ 2 มิติ สองภาพ โดยถ่ายวัตถุสิ่งของสถานที่เดียวกัน แต่เยื้องกล้องขณะถ่ายห่างออกไปเล็กน้อย (ประมาณ 3 นิ้ว) นำสองภาพที่ได้มาวางเคียงกัน แล้วใช้ตาแต่ละข้างมองสองภาพที่ต่างกัน ปรับระยะห่างให้เหมาะสมกับขนาดของภาพ สมองของเราจะนำสองภาพมารวมกัน แล้วแปรผลออกมาเป็นภาพเดียวที่มีมิติตื้นลึก เสมือนกับการที่สองตาของเรามองเห็นวัตถุจริงตามธรรมชาติ

ข้อดีของการใช้สองภาพเคียงกันแบบนี้ คือสะดวกในการผลิต แค่ใช้ภาพสองภาพวางเคียงกัน ก็สามารถดูได้โดยไม่ต้องใช้อุปกรณ์ช่วย (Free Viewing) เพียงแค่ปรับลักษณะการดูของดวงตาสองข้าง และวางระยะห่างของภาพให้เหมาะสม, สามารถใช้ภาพถ่ายแบบสีสันสมจริงได้

ส่วนข้อเสียคือ ภาพที่นำมาใช้ดู จะมีขนาดเล็ก ต้องปรับระยะการวางภาพห่างจากดวงตาให้เหมาะสม ไม่สามารถใช้ภาพวิวทิวทัศน์ขนาดใหญ่ ๆ หรือมีรายละเอียดเยอะ ๆ ได้

ดูโดยไม่ใช้อุปกรณ์ช่วย (Free Viewing)

คือการดูภาพสามมิติ จากภาพสองมิติ 2 ภาพ โดยไม่ต้องใช้เครื่องมือใดใด แล้วสมองจะรวมเป็นภาพเดียวกันแบบมีมิติตื้นลึก วิธีการดูโดยทั่วไปมีสองแบบ คือ ดูแบบตาขนาน (The parallel viewing) ภาพ 2 ภาพวางขนานตรงกับตาแต่ละข้าง หรือ ดูแบบไขว้ตา (The cross-eyed viewing) คือภาพซ้ายให้ดูด้วยตาขวา และภาพขวาให้ดูด้วยตาซ้าย

ภาพออโต้สเตอริโอแกรม (AutoStereogram)

ดูเพิ่มเติม ออโตสเตอริโอแกรม

คือ ภาพสเตอริโอแกรมรวมเป็นภาพเดียว (single-image stereogram (SIS)) หรือ ภาพสามมิติในตัว มีลักษณะเป็นภาพสองมิติภาพเดียว ที่เมื่อดูแบบปกติ จะเห็นเป็นภาพที่ประกอบจุดสีมั่ว (Random Dot) เปรอะ ๆ ไปทั้งผืน ดูไม่รู้เรื่อง อย่างกับ ภาพนามธรรม (abstract) หรือเป็นลวดลายแพทเทิร์นสองมิติซ้ำ ๆ แต่เมื่อมีการฝึกการมองแบบตาขนาน โดยเริ่มจากปรับระยะโฟกัสของสายตาให้มองไปยังจุดที่ไกลที่สุด หรืออินฟินนิตี้ คงตำแหน่งลูกตาไว้ แล้วดูภาพออโต้สเตอริโอแกรม โดยตาซ้ายจะเห็นภาพซีกซ้าย ตาขวาจะเห็นภาพซีกขวา แล้วปรับเลื่อนระยะภาพ จนเริ่มเห็นจุดสีเลอะ ๆ ผสานรวมตัวกัน แปรเป็นภาพวัตถุบางอย่าง ลอยอยู่ท่ามกลางพื้นหลัง มีมิติตื้นลึก

ภาพสามมิติแบบออโต้สเตอริโอแกรม เคยฮิตมากในเมืองไทยระยะหนึ่ง ราวช่วงปี พ.ศ. 2534 - 2537 โดยแรก ๆ เป็นบทความในนิตยสารด้านวิทยาศาสตร์-ความรู้ และมีพิมพ์เป็นภาพแถมในนิตยสาร และฮิตมากถึงกับมีการพิมพ์ภาพออโต้สเตอริโอแกรมโดยเฉพาะทั้งเล่ม ออกขายเป็นลำดับอย่างต่อเนื่อง คนทั่วไปนิยมซื้อมาเล่นสนุกเพื่อฝึกดูภาพสามมิติปริศนาที่ซ่อนอยู่ภายใต้จุดสีเปรอะ ๆ เหล่านั้น ในหนังสือรวมภาพออโต้สเตอริโอแกรมหลาย ๆ เล่มจะพิมพ์ จุดสองจุด ไว้ใต้ล่าง เพื่อให้ฝึกปรับสายตาก่อน แล้วเลื่อนภาพสามมิติลงมาดู จะช่วยให้เร็วขึ้น

ภาพออโต้สเตอริโอแกรม มีสองชนิด คือ แบบตาขนานตรง หรือ วอลล์-อายด์ (wall-eyed) และ แบบไขว้ตา หรือ ครอส-อายด์ (cross-eyed) และต้องดูภาพที่ทำขึ้นมารองรับการดูแต่ละแบบโดยตรง

แผ่นภาพคู่สามมิติ และอุปกรณ์ดูภาพสามมิติ

แผ่นการ์ดภาพคู่สามมิติ หรือ สเตอริโอสโคปิกการ์ด (Stereoscopic cards) และ กล้องถ้ำมอง หรือ กล้องดูภาพสามมิติ หรือ สเตอริโอสโคป (Stereoscope)

แผ่นภาพสเตอริโอสโคปิก คือการใช้ภาพถ่ายสองมิติ 2 ภาพ วางชิดเคียงกัน โดยเป็นภาพที่ถ่ายวัตถุสิ่งของสถานที่เดียวกัน แต่ถ่ายด้วยมุมที่เยื้องต่างกันเล็กน้อย ภาพซ้ายดูด้วยตาซ้าย ส่วนภาพขวาดูด้วยตาขวา การดูมักดูผ่านกล้องถ้ำมอง หรือกล้องสเตอริโอสโคป โดยจัดวางภาพให้ห่างจากเลนส์ตาในระยะที่เหมาะสม ตามขนาดของภาพถ่าย กล้องสเตอริโอสโคปรุ่นแรก ๆ จะเป็นแบบง่าย ๆ ไม่ซับซ้อน ใช้กับภาพคู่ที่มีขนาดเล็ก ไม่ใหญ่มาก หากต้องการดูภาพที่มีขนาดใหญ่ มีรายละเอียดมากขึ้น ต้องใช้กล้องสเตอริโอสโคปแบบสะท้อนภาพด้วยกระจก

กล้องดูสไลด์ (Transparency viewers)

คือ กล้องดูแผ่นใส หรือภาพถ่ายบนกระจกใส หรือ ฟิล์มโพสิทีฟ หรือที่นิยมเรียกว่า ฟิล์มสไลด์ กล้องสามมิติชนิดนี้มีมาตั้งแต่ช่วง ค.ศ. 1850 (ราวปี พ.ศ. 2383) ซึ่งใช้ดู ภาพถ่ายบนกระจกใส ต่อมาเมื่อเทคโนโลยีก้าวหน้าขึ้น ก็เปลี่ยนมาใช้แผ่นใส หรือฟิล์มสไลด์ ซึ่งเบา และเหนียวทนทานกว่ากระจก ส่วนยี่ห้อกล้องยอดนิยมเป็นที่รู้จักทั่วไป ได้แก่ ทรู-วิว (Tru-Vue) เริ่มมีในปี พ.ศ. 2474 (ค.ศ. 1931) และ กล้องวิวมาสเตอร์ หรือ วิว-มาสเตอร์ (View-Master) เริ่มมีในปี พ.ศ. 2482 (ค.ศ. 1939)

ชุดอุปกรณ์สวมศีรษะ (Head-mounted displays)

บางครั้งเรียก กล้องวีอาร์ (VR)

ระบบแสดงผลบนประสาทตาแบบเสมือน (Virtual retinal displays)

แว่นตาสามมิติ หรือ สามดีวิวเวอร์ หรือ ทรีดีวิวเวอร์ เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ดูภาพเพื่อให้เห็นเป็นสามมิติ แบ่งเป็น 2 ระบบตามเทคโนโลยี คือ แบบแอ็คทีฟ (active) และ แบบพาสซีฟ (passive)

แบบแอ็คทีฟจะต้องใช้ระบบอิเล็คทรอนิคส์ หรือกระแสไฟฟ้าในการเปิด-ปิด (กระพริบ) รับภาพซึ่งต้องสัมพันธ์กับภาพที่ปรากฏบนจอดิสเพลย์ ส่วนแบบพาสซีฟจะซับซ้อนน้อยกว่า น้ำหนักเบากว่า เพียงแค่ใช้การปรับองศาฟิวเตอร์ในเลนส์แว่น (หรือโพลาไลซ์) เพื่อบังส่วนของภาพสำหรับตาซ้ายกับตาขวา หรืออาจจะเป็นระบบแผ่นใสแดง-ฟ้า

แบบแอ็คทีฟ (active)

ระบบชัตเตอร์ (Shutter systems)

ใช้ระบบไฟฟ้า ในการเปิดปิดชัตเตอร์ภายในเลนส์แว่นตาแต่ละข้างสลับกัน โดยจะสัมพันธ์กับภาพบนจอดิสเพลย์ ซึ่งจะฉายภาพสำหรับตาซ้าย-ตาขวา (หรือกระพริบ) สลับกันไปด้วยความถี่ที่เหมาะสม ข้อดีในกรณีของทีวีสามมิติแบบแอ็คทีฟ คือจะได้ภาพขนาดใหญ่เต็มความละเอียดของจอภาพ ข้อเสียคือแว่นตาต้องใส่ถ่าน มีน้ำหนักมาก และดวงตาอาจจะล้า หรือวิงเวียนอยากอาเจียนได้ เพราะความถี่ของการกระพริบภาพ

แบบพาสซีฟ (passive)

ระบบโพลาร์ไลเซชั่น (Polarization systems)

ระบบฟิวเตอร์กรองสัญญาน (Interference filter systems)

ระบบภาพซ้อนเหลื่อมสี (Color anaglyph systems)

ดูเพิ่ม ภาพสามมิติแบบซ้อนเหลื่อม หรือ สามมิติแอนะกลิ๊ป (Anaglyph 3D)

Chromadepth system

เป็นชื่อทางการค้าของบริษัท Chromatek

Pulfrich method

Over/under format

สามมิติในตัวเอง (Autostereoscopy)

ดูเพิ่ม นินเท็นโด 3ดีเอส

เทคโนโลยีการแสดงผลภาพออโต้สเตอริโอสโคปิก โดยทั่วไปใช้ออพติคอลคอมโพเน้นท์ซึ่งอยู่ในจอดิสเพลย์คอยจับตำแหน่งของดวงตาผู้ดู จากนั้นจะแสดงภาพแยกซ้ายขวาส่งตรงไปยังตำแหน่งดวงตาแต่ละข้าง เห็นเป็นภาพสามมิติที่พอจะแสดงรายละเอียดด้านข้างได้บ้าง แม้จะสามารถขยับมุมมองของผู้ดูได้ แต่ก็จำกัดการเคลื่อนศีรษะได้ในระยะแคบๆ เทคโนโลยีนี้ไม่ต้องพึ่งพา แว่นตาดูภาพสามมิติ หรือชุดอุปกรณ์สวมศีรษะใดใด

ตัวอย่างของ เทคโนโลยีอุปกรณ์แสดงผลแบบออโต้สเตอริโอสโคปิก (autostereoscopic) อาทิเช่น เลนส์ เล็นติคูลาร์ (lenticular lens), แผ่นกั้นพาราแล็ก (parallax barrier), volumetric display, โฮโลแกรม holography, Integral imaging และ light field displays