Здоровье и стерео 3D. Часть первая, физиологическая

Прогресс и совершенствование технологий так или иначе связан с опасениями по поводу потенциальных проблем для здоровья. Иногда эти опасения совершенно обоснованны: множество ничего не подозревающего народу успевает погибнуть, прежде чем выяснится, что радиация может быть смертельна. Иногда эти опасения в большей части надуманны: сегодня мало кто помнит о страстях, кипевших во времена появления цветных телевизоров, но дело доходило до смешных по нынешним меркам рекомендаций не сидеть перед экраном более получаса.

Но чаще всего опасения по поводу потенциального вреда той или иной новой технологии для здоровья так и повисают в неопределённости, разделяя даже учёных на два почти равных лагеря скептиков и оптимистов. До сих пор никто не может поставить точку в затянувшемся споре о потенциальном вреде мобильных телефонов, хотя обе стороны успели тысячекратно опровергнуть аргументы друг друга. А споры о влиянии на здоровье генетически модифицированных продуктов!

Впрочем, вряд ли жителям больших городов, ежедневно и уже не в первом поколении вдыхающим адскую смесь вместо воздуха, может быть непонятна природа возникновения многочисленных аллергий. И если через пару поколений у всех разом вырастут хвосты, какая разница, произойдёт ли это из-за частого прикладывания мобильника к мозгу или от регулярного поедания искусственно модифицированной овсянки?

Стереоскопическое 3D-видение, вошедшее в моду на волне последних достижений электроники, также не обошлось без обвинений. Чаще говорят о потенциальной возможности повлиять на самочувствие зрителя, но есть и прямые обвинения в возможности нанесения вреда для зрения и здоровья в целом. Как и в любой другой, до конца не изученной отрасли, на волне повышенного интереса регулярно появляется множество научных, полунаучных и даже шарлатанских (или проплаченных, но от этого не менее шарлатанских) заявлений о вредном влиянии стереоскопии. Или, наоборот, о пользе.

В этой публикации мы не собираемся ни отстаивать, ни опровергать чьи-то выкладки или умозаключения по теме стерео 3D. Сегодня мы попробуем «препарировать» этот вопрос, разложить общую проблему на слагающие её компоненты. И только после этого, проанализировав детали, попробуем сделать осторожные выводы – чего именно действительно стоит побаиваться, а где нас просто стараются запутать и запугать псевдонаучной белибердой.

Если вы действительно хотите разобраться в природе формирования стереоскопической картинки, чтобы не уподобляться пишущим в комментах "3Дэ отстой!" неудачникам, нам придётся углубиться в некоторые подробности человеческой физиологии, несколько выходящие за рамки школьного учебника анатомии. Поверьте, автору совсем не хочется нагружать читателя ненужными или прописными истинами, но кое-что всё же напомнить придётся, иначе предметный разговор у нас не получится.

⇡#Физиология зрения: стереоскопия и цвет

Итак, стереоскопическое (бинокулярное) зрение – это величайший дар, имеющийся в распоряжении человека. Глаза в стереоскопической зрительной системе фигурируют в качестве двух источников визуальной информации, зрачки которых разнесены в пространстве примерно на 65 мм. Не стоит забывать, что объёмная картинка – это всё же в первую очередь результат работы нашего мозга, строящего объёмный образ в результате синхронной обработки двух потоков информации.

Благодаря восприятию окружающей действительности каждым глазом под некоторым углом относительно другого глаза, зрительный отдел нашего мозга имеет возможность не только восстанавливать объём, но также с большей или меньшей степенью достоверности оценивать размеры различных объектов и расстояние до них. Именно на этом основаны самые простые способы "обмана" зрения в кино, когда на экране мы видим лилипутов или гулливеров, в зависимости от задумки режиссёра и мастерства оператора. В то же время, дополнительную информацию о размерах видимых объектов и о расстоянии до них можно получить даже одним глазом, но в движении, и этот приём также отлично используется в кинематографе и играх даже без всякого 3D.

Следующий важный момент – внутреннее строение глаза. В рамках сегодняшней статьи нас интересуют такие специфические характеристики, как «автофокус», диафрагма и угол зрения.

Глазной хрусталик – своеобразный «объектив» зрительной системы — обладает чудесным свойством автоматически перефокусировать на сетчатку поступающую информацию (опять же слово «автоматически» употреблено здесь для упрощения сложных процессов обратной связи между глазными мышцами, глазными нервами и зрительным отделом мозга). Происходит это благодаря изменению формы самого хрусталика под воздействием определённых глазных мышц (по одной версии это кольцевая цилиарная мышца, по другой — это косые и продольные мышцы, но нам для установления истины о 3D эти тонкости совершенно не нужны).

Роль переменной диафрагмы, ограничивающей попадание излишнего света на сетчатку, выполняет отверстие в радужке, известное под названием «зрачок». Эта система также действует практически мгновенно, примерно в пределах от 2 мм (f/8,3) при значительной яркости до 8 мм (f/2,1) в темноте (в обычном состоянии диаметр зрачка примерно 4 мм), а при существенном превышении светового потока в действие также вступают дополнительные механизмы – ресницы, когда мы прищуриваемся, или даже веки, когда яркость совсем невтерпёж. Такие факты, как восприятие сетчаткой контрастности на уровне примерно 1:100 и возможность различать даже 1:1 000 000 после очень длительной адаптации в темноте, а также «колбочки» и «палочки» для восприятия цветовой и монохромной информации мы в рамках этой статьи рассматривать не будем. Они, безусловно, важны при формировании стереоскопической картинки, но роль при этом их второстепенна.

Последний важный для нас момент – это угол зрения. В среднем поле зрения каждого глаза включает обзор 95° внешнего поля по горизонтали, 60° внутреннего поля по горизонтали, 60° вверх и 75° вниз (на самом деле круговая диаграмма обзора для разных глаз имеет весьма специфичную форму и индивидуальна для каждого). Не отвлекаясь на особенности работы глазного нерва (вроде «слепого пятна»), которые для нас сегодня второстепенны, сфокусируем внимание на том, что зона высокой оптической резкости, в которой наш глаз видит максимально чёткое изображение, составляет… всего 2 градуса.

Да, именно так. Вам может казаться, что вы видите единовременно с большой резкостью в гораздо большем угле обзора, но это не так, для восприятия картинки высокой чёткости на большой площади сигнальной системе из сетчатки, глазного нерва и мозга просто необходимо постоянное движение глаз.

Вот теперь – внимание! Очень важный момент для понимания дальнейшего: движение каждого из глаз обеспечивают шесть мышц: латеральная прямая, медиальная прямая, нижняя прямая, верхняя прямая, нижняя косая и верхняя косая мышцы глазного яблока.

Однако это ещё не всё: существует множество способов перемещения глазного яблока. Например, отдыхающие во сне глаза перемещаются под веками совсем не так, как при отслеживании движущегося объекта. И даже если вы разглядываете неподвижный объект или, что называется, смотрите в одну точку, глазные яблоки всё равно совершают небольшие микроперемещения, как правило, на почти незаметный угол порядка 0,2 градуса.

Но и это ещё не всё! Представьте себе, что контроль за мышцами, определяющими смещение глазных яблок, ведут в разных случаях разные области мозга! Например, если говорить о вестибулоокулярном рефлексе – когда, например, вы отслеживаете глазами движущийся объект и при этом сами поворачиваете голову, в этом случае движением глазных мышц управляют лобные доли мозга.

Теперь представьте себе, насколько это сложная задача – управлять движением каждого глаза, и уж тем более сразу двумя глазами синхронно.

Но для финальной точки в определениях сегодняшней статьи необходимо описание ещё одной функции глазных мышц – так называемой «сходимости оптических осей глаз», или конвергенции. Суть этой функции очень проста: если рассматриваемый объект находится достаточно далеко от зрителя, то условные оптические оси «хрусталик – сетчатка» двух глаз можно представить практически параллельными линиями. Но чем ближе располагается рассматриваемый объект, тем больше угол схождения этих оптических конвергентных осей. Вплоть до рассматривания кончика собственного носа, когда глаза уже неимоверно косят, а оптические оси перекрещиваются здесь же, на носу.

Разумеется, чем ближе расположен рассматриваемый объект, тем более подробную, если хотите, «разностороннюю» информацию об объёме этого объекта получает мозг, и наоборот, чем дальше, тем получаемая двумя глазами «картинка» будет более похожей и тем меньшая информация об объёме будет получена мозгом.

Однако у этой медали есть и обратная сторона: даже на кончике носа одновременно оба глаза толком сфокусироваться уже не могут. Если же попытаться с помощью технических средств передать мозгу через глаза информацию с «запредельной» конвергенцией, можете себе представить, как в такой ситуации будут «закипать» ваши мозги.

⇡#Промежуточные итоги: удивительное рядом, но оно запрещено?

Хотелось бы поздравить тех, кто честно дочитал до этого момента и проникся подробностями о принципе работы нашего зрения. Теперь вам будет гораздо проще разобраться с причинами равнодушия к стерео 3D или неприятия его вами или вашими знакомыми, а также с причинами возникновения при просмотре стереоскопического контента тех или иных неприятных симптомов.

Вот теперь мы с вами достаточно подготовлены к тому, чтобы рассмотреть под увеличительным стеклом каждую популярную на сегодняшний день технологию формирования стереоскопической картинки – анаглифическую, пассивно-поляризационную, активно-затворную, автостереоскопию, а также вполне аргументированно определить изъяны каждой из них с точки зрения комфортного (или, наоборот, некомфортного) восприятия объёмного изображения.

Кроме того, теперь мы полностью готовы к тому, чтобы предметно обсудить все "косяки" разработчиков игр и голливудских ухарей, приводящие в результате к появлению "отстойных" образцов стерео 3D-культуры.

Таким образом, мы пришли к следующей классификации типов проблем восприятия стерео 3D:

1. Проблемы физиологические – отклонения и нарушения здоровья, в том числе проблемы со зрением, исключающие или ограничивающие возможность человека воспринимать окружающую действительность в объёме
2. Проблемы технологические – несовершенство технических средств воспроизведения стереоскопического контента, ведущее к некачественному и/или недостаточно комфортному восприятию виртуальной 3D-картинки
3. Проблемы "человеческого фактора" – стереоскопический 3D-контент, неудачный с технической и художественной точки зрения, выполненный неопытными, недостаточно подготовленными и/или бездарными специалистами.

Сегодня, дотошно разобравшись в строении человеческого глаза, его взаимодействии с мозгом плюс вооружившись некоторой статистикой, мы сделаем несколько выводов относительно проблем восприятия стерео 3D физиологического плана. Остальные аспекты мы рассмотрим во второй части.

Вывод первый: даже если взять идеально снятый 3D-фильм или идеально сделанную стерео 3D-игру, даже если собрать отличную установку для просмотра стерео 3D, стереоскопический контент изначально доступен, увы, далеко не каждому. Согласно статистике, около 8% зрителей совсем не способны воспринимать стерео 3D ни в каком виде. Причины при этом разные, но результат, увы, один. Автор этих строк, дважды терявший хрусталик левого глаза и дважды его восстанавливавший, искренне сочувствует тем, кто вовсе не может видеть объём двумя глазами.

На самом деле, отсутствие объёмного зрения — участь не только тех, кто смотрит на мир одним глазом. Дело в том, что, по данным многочисленных научных исследований, объёмное восприятие окружающей действительности формируется в мозгу человека лишь в первые годы его жизни. При этом процесс формирования фактически заканчивается в дошкольном возрасте, примерно в 5-6 лет. У всех он происходит по-разному, и глубина стереоскопического восприятия достигает сугубо индивидуального уровня: у одних больше, у других меньше, а у кого-то и вовсе остаётся почти без развития.

Так что два зрячих глаза ещё не являются гарантией нормального восприятия стереоскопического 3D-контента.

Кроме того, существует множество дополнительных факторов физиологического характера, ограничивающих восприятие объёмной картинки и даже объёма, как такового, в динамике. Весь спектр офтальмологических проблем – от слабого развития одного (или обоих) глазных нервов до отслоения сетчатки, от различных диоптрий для каждого глаза до неравномерного развития мышц каждого глаза и так далее, так далее.

В конце концов, и особенности развития вестибулярного аппарата могут затруднить просмотр стереофильмов и привести к головокружению или даже тошноте. Чего там далеко ходить: при всём своём фанатизме в отношении стерео 3D и большой любви к объёмному кино, автор этих строк на себе испытал достаточно пакостные ощущения при просмотре первых минут фильма «Смурфики 3D». Несмотря на толково подобранный фон и отличную передачу перспективы, «падающий» ракурс крутящейся штопором камеры при всём моём уважении назвать удачным язык не поворачивается. Если не сказать ещё грубее (а хотелось бы). И это притом, что далее, на протяжении всего фильма (и в других 3D-лентах), такого гадкого чувства испытать не пришлось ни разу.

Вывод второй: представьте себе весь диапазон возможного состояния зрения и вестибулярного аппарата человека — от полностью здорового до полной слепоты. Даже близко не подойдя в сегодняшней публикации к проблемам техники, креатива в создании фильмов и игр, мы уже можем констатировать факт: из среднестатистических 15% зрителей, выходящих из 3D-кинотеатров с опытом неприятных ощущений, далеко не всем следует пенять на плохие 3D-технологии или неудачный 3D-контент, проблемы, скорее всего, кроются в состоянии их здоровья.

Об остальном мы поговорим во второй части нашего материала.