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Text File  |  1999-10-27  |  10.5 KB  |  220 lines

  1. (c)  Copyright 1989-1999 Amiga, Inc.   All rights reserved.
  2. The information contained herein is subject to change without notice, and 
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  4. The entire risk as to the use of this information is assumed by the user.
  5.  
  6.  
  7.  
  8.                        STEREOSCOPY AND THE AMIGA
  9.  
  10.                           by Tracy McSherry
  11.  
  12.  
  13. Visual information comes to the brain from over seven million rods and 
  14. cones in the eyes that receive light through an adjustable lens and 
  15. aperture system.  All this information is processed by the brain in 
  16. real-time to produce an integrated image.  Visual depth perception
  17. is part of that processing.  Depth perception is achieved through 
  18. visual cues intrinsic to a binocular visual system.  
  19.  
  20.  
  21. DEPTH PERCEPTION
  22.  
  23. These depth cues include Convergence, Binocular Disparity, Accomodation, 
  24. Motion Parallax and Pictorial Clues.  
  25.  
  26. o  Convergence is a depth cue from the interocular angle formed by the
  27.    eyes looking at an object.  Through trial and error over many years 
  28.    you have learned to estimate the distance of close objects by 
  29.    triangulation and feedback from the muscle tension and eye position 
  30.    of crossed eyes.
  31.  
  32. o  Binocular Disparity is the variance in images caused by the different 
  33.    path of light entering each eye.  Slightly different angles, sizes, 
  34.    positions, brightness and color values all result from the displaced 
  35.    geometry of each eye.  The two images are compared and fused and the 
  36.    difference is interpreted to give a depth perception.
  37.  
  38. o  Accommodation refers to the adjustment in focus by the lens
  39.    muscles straining on the lens.  Here, feedback that results in a
  40.    sharp image can also give depth information.  This doesn't get
  41.    used much in computer displays since the image plane is constant - 
  42.    the monitor doesn't move. 
  43.  
  44. o  Motion Parallax is a cue from the angular relative motion that is
  45.    affected by distance.  The best example of this is driving down
  46.    the street and seeing the stripes race by while the far away
  47.    objects appear to move slower.  Motion Parallax provides a very good 
  48.    3D effect on a computer display and does not require 3D glasses.
  49.  
  50. o  Pictorial Clues include matting or overlapping, shading, horizons, 
  51.    perspective, scaling, texture, blurring, contours and shadows.  
  52.    Pictorial Clues also work well in computer applications and do not
  53.    require special glasses.
  54.  
  55. You can demonstrate the effect of some of these depth cues on yourself.
  56. For instance, hold your finger straight up in front of your face.  Now 
  57. close your left eye keeping your right eye open.  Switch eyes and 
  58. your finger should appear to jump.   The farther away the object, the 
  59. smaller the jump.  This is called parallax - the separation of the eyes 
  60. gives each a slightly different image and perspective.  
  61.  
  62. By trigonometry we know that given one side and two angles, any triangle 
  63. can be defined.  The distance between a person's eyes remains constant,
  64. so the brain learns to use the relative angles of the eyes as a clue to
  65. how far away an object is - this is the convergence depth cue.
  66.  
  67. For instance, when you look at an object which is very far away, there 
  68. is no pronounced difference between the two images from each eye.  The 
  69. interocular angle is close to zero and the eyes look out almost parallel 
  70. to each other.  The brain uses all this information in gauging depth.
  71.  
  72. Here is another example you can try.  Hold one finger up at arms length 
  73. and the other halfway in between.  If you look at one finger, you see 
  74. two images of the other.  Since the eyes can only focus and cross at one 
  75. distance at a time, anything out of focus must be at another depth.  The 
  76. brain uses this as another depth cue.
  77.  
  78. Another example you can try is called the "floating finger".  Put your 
  79. hands one foot in front of your face with your index fingers pointing at 
  80. each other.  Now look out at something past the tip of your fingers, at
  81. least three feet away.  If you focus on the distant object you should see 
  82. a third finger "floating" between the other two.  Of course you can
  83. concentrate and ignore one image over the other or shift focus and resolve 
  84. one image.  But this shows how easily the brain integrates dual images, 
  85. sometimes producing a new object that isn't really there.  By taking 
  86. advantage of the how the brain processes visual data, we can produce 
  87. realistic 3D effects on the Amiga.
  88.  
  89.  
  90. 3D EFFECTS ON THE AMIGA
  91.  
  92. Three dimensional imaging is implemented on the Amiga by creating two 
  93. separate views for each eye.  The two images are displayed alternately 
  94. with the Amiga's interlace mode.  The display is viewed through a pair 
  95. of stereoscopic glasses such as the LASER GAMESMANSHIP STEREOSIGHT GLASSES, 
  96. the HAITEX X-SPECS 3D visor, or a suitably modified pair of SEGA 3D glasses.  
  97.  
  98. Using a field sequential approach, the liquid crystal shutters in the glasses 
  99. separate the interlaced display into a left view and a right view.  The 
  100. liquid crystal shutters are synchronized with the interlace screen so that 
  101. each eye sees a separate field - a noninterlaced medium resolution picture.  
  102.  
  103. The brain integrates the two views, merging together the objects identified 
  104. as the same object by crossing the eyes until the overlap makes a single 
  105. object.  Since the eyes are crossed either more or less than they would be
  106. normally when looking at the screen, the stereo image appears either closer
  107. or farther away.  
  108.  
  109. The stereo objects that merge also seem to be more in focus.  Other objects 
  110. remain doubled unless they have the same separation or effective parallax.  
  111. The brain assumes these other objects are out of focus and ignores them the 
  112. way it is used to doing.  Some people don't expect this to happen on the 
  113. computer screen when there are two objects at different depths.  
  114.  
  115. Note however that the eyes focus on the screen surface as a single image 
  116. plane.  Since the computer screen does not move, the eyes will not change 
  117. focus as you look from one object to another.  Hence, Accomodation cues 
  118. cannot be simulated.  With stereo imaging we can only play with the 
  119. convergence.  
  120.  
  121.  
  122. SIMULATING CONVERGENCE
  123.  
  124. Independent control of what each eye sees makes it possible to simulate 
  125. convergence.  To see how this works, consider a few examples.  Think in 
  126. terms of a triangle with the base of the triangle the line between your 
  127. eyes. (Hopefully we can take that distance as a constant!)  If you don't 
  128. move your head, the distance to the monitor is constant.  Assume that the 
  129. bridge of your nose is directly in front of the center of the monitor
  130. as in Figure 1.  In this case the image appears at the same depth as the 
  131. screen,  because both eyes see an identical image and the visual cues
  132. correlate and reinforce the depth perception.
  133.  
  134.  
  135. ----------------------INSERT FUGURE 1 HERE-------------------------
  136.  
  137.  
  138. By offsetting the two images so the eyes cross as in Figure 2, the 
  139. convergence indicates that the object is at the point where the eyes cross.  
  140. In this case the virtual image appears closer than the screen.  This can be 
  141. reinforced by giving a different view or perspective of each stereo image.  
  142. This is a good effect but crossing the eyes too severely, too often will 
  143. cause the eye muscles to strain and should be avoided.
  144.  
  145.  
  146. ----------------------INSERT FUGURE 2 HERE-------------------------
  147.  
  148.  
  149. More common and easier on the eye is the opposite separation as in Figure 3 
  150. where the eyes cross past the plane of the screen.  In this case the virtual 
  151. image appears farther away than the screen.  
  152.  
  153.  
  154. ----------------------INSERT FUGURE 3 HERE-------------------------
  155.  
  156.  
  157. At the extreme, if the screen images are almost six centimeters apart, 
  158. the eyes are looking straight ahead as in Figure 4.  In this case the 
  159. virtual image appears at infinity.
  160.  
  161.  
  162. ----------------------INSERT FUGURE 4 HERE-------------------------
  163.  
  164.  
  165.  
  166.  
  167. ON MAKING 3D IMAGERY
  168.  
  169. The nice thing about doing stereoscopic images on the AMIGA is the number 
  170. of 3D rendering packages.  All of them can be used to generate stereoscopic 
  171. images, by moving the camera or the observers position.  Unfortunately none 
  172. of them currently fully support stereo imaging and so they allow you to make 
  173. embarrassing mistakes. 
  174.  
  175. To get the best results, the camera movement should be small and understated 
  176. to avoid inducing eye strain or confusing the viewer.  Excessive parallax 
  177. will prevent comfortable viewing and is usually unnecessary.  
  178.  
  179. Use stereo effects with discretion.  If you did a stereoscopic drawing 
  180. right now, would you put everything in the drawing in 3D?   You only want 
  181. to make the focal point of the picture finely detailed - this could include
  182. stereo effects but don't apply 3D to everything just because you've paid 
  183. fifty dollars for a pair of glasses.
  184.  
  185. Proper use of stereo images can make a complex screen display appear 
  186. simple by allowing the eyes to look at it a layer at a time. But 
  187. remember, there is no magical way to increase the amount of information 
  188. the interlaced display puts out, so keep in mind that an increase in depth 
  189. perception costs in detail or resolution.  Conversely we can provide more 
  190. information at different depth levels if detail is not important.
  191.  
  192. For CAD and circuit layout, depth information is critical and can make life 
  193. much easier.  For a nice picture of an orange, color and resolution are more 
  194. important.  To create realistic action and interactive entertainment, a 
  195. compromise is in order.
  196.  
  197. When doing three dimensional or stereo displays you have to take care to 
  198. avoid inducing eye strain or confusing the viewer.  Try crossing your eyes 
  199. and then looking at something.  You'll notice a fairly long period of 
  200. unfocused viewing.  You don't want to quickly change the separation of 
  201. your stereo images or you might induce the same effect.
  202.  
  203. Avoid conflicting information.  Big cars and small buildings will do more 
  204. to give wrong information than you can compensate for by stereo images.  
  205. It will always seem that the cars are closer than you want them to be.  
  206. Putting an object in front of another object means it is closer, no 
  207. matter what other clues you add.
  208.  
  209. A temptation exists to try to use stereo pairs as the only clue to depth.  
  210. You need to remember that although you can get depth information from 
  211. many different types of cues, the best perception of depth is achieved
  212. when several are used in conjunction.  Size, shading, perspective and 
  213. peripheral clues are just as important.  Careful use of each will
  214. maximize the effect and really enhance your applications.
  215.  
  216. With careful manipulation of objects and experimentation, you can create 
  217. stunning stereoscopic images and given, the power of the AMIGA, even 
  218. stereoscopic animations and games.  
  219.  
  220.