UNIVERZITA PALACKÉHO V OLOMOUCI Přírodovědecká fakulta Katedra optiky. Diplomová práce VLIV 3D TECHNOLOGIÍ NA VIDĚNÍ

UNIVERZITA PALACKÉHO V OLOMOUCI Přírodovědecká fakulta Katedra optiky

Diplomová práce VLIV 3D TECHNOLOGIÍ NA VIDĚNÍ

VYPRACOVALA:

VEDOUCÍ BAKALÁŘSKÉ PRÁCE:

Bc. Iva Hloušková

RNDr. Mgr. František Pluháček, PhD.

Obor N5345R008 OPTOMETRIE Studijní rok 2013/2014

Čestné prohlášení Prohlašuji, že jsem diplomovou práci zpracovala samostatně pod vedením RNDr. Mgr. Františkem Pluháčkem, PhD. na základě informačních zdrojů, které jsou uvedeny v závěru práce.

V Olomouci dne 22. 4. 2014

………………………… Bc. Iva Hloušková

Poděkování Chtěla bych poděkovat panu RNDr. Mgr. Františku Pluháčkovi, PhD., za poskytnutí užitečných informací, rad a hlavně za pomoc při sestavování této práce. Tato práce byla vypracována za podpory projektu IGA PřF UP v Olomouci s názvem Optometrie a její aplikace, č. IGA_PrF_2014015.

OBSAH

ÚVOD ..................................................................................................................... 5 1

ÚVOD DO BINOKULÁRNÍHO VIDĚNÍ .......................................................... 6 1.1 1.2

2

PROSTOROVÉ VNÍMÁNÍ................................................................................ 11 2.1 2.2 2.3

3

Vnímání směru ............................................................................................. 11 Monokulární prostorové vnímání ................................................................. 13 Binokulární prostorové vnímání ................................................................... 14

METODY PRO REALIZACI PROSTOROVÉ PROJEKCE ........................ 19 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7

4

Podmínky vzniku binokulárního vidění ......................................................... 7 Vývoj binokulárního vidění............................................................................ 9

Historický vývoj ........................................................................................... 19 Stereoskop .................................................................................................... 20 Anaglyf ......................................................................................................... 22 Polarizace ..................................................................................................... 23 Spojení pasivní a aktivní stereoskopie ......................................................... 26 Autostereogramy .......................................................................................... 26 3D bez brýlí .................................................................................................. 27

EXPERIMENTÁLNÍ VYHODNOCENÍ VLIVU SLEDOVÁNÍ 3D FILMU NA VYBRANÉ FUNKCE AKOMODAČNĚVERGENČNÍHO SYSTÉMU ............................................................................ 29 4.1

Probandi a metodika ..................................................................................... 29 4.1.1 Probandi .................................................................................................. 29 4.1.2 Metodika výzkumu ................................................................................. 30 4.2 Výsledky ....................................................................................................... 35 4.3 Diskuze ......................................................................................................... 37 ZÁVĚR ................................................................................................................. 40 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY ............................................................... 41 SEZNAM OBRÁZKŮ ......................................................................................... 45 PŘÍLOHY ............................................................................................................ 47

4

ÚVOD V dnešní době se na trhu s elektronikou dostávají do popředí 3D přístroje. Televize, monitory, notebooky, ale i mobilní telefony využívají většinou polarizace nebo metody 3D bez brýlí. Tyto technologie však kladou velké nároky na své uživatele. Předpokládají, že má každý dokonale vyvinuté binokulární vidění. Binokulární vidění není vrozená schopnost. Vnímat svět prostorově a tedy oběma očima se učíme s vývojem vidění. Na binokulárním vidění se podílí více faktorů, které jsou spolu propojeny a jsou na sobě závislé. Při nedokonalém nebo narušeném binokulárním vidění

mohou

být

někteří

uživatelé

3D

technologií

zklamaní.

Rozšířenost

3D technologií mezi veřejnost a případné vizuální nepohodlí bylo hlavním iniciátorem a motivací pro tvorbu této diplomové práce. Cílem práce je experimentálně zjistit vliv vybrané 3D zobrazovací technologie na zrak. Teoretická část poskytuje úvod do příslušné problematiky, kde je stručně popsáno, co a jak je důležité pro vznik a vývoj binokulárního vidění. Dále je shrnuto prostorové vnímání, jak monokulární tak binokulární. V závěru teoretické části jsou rozepsány metody, které umožňují prostorovou projekci. Nejdříve je popsán historický vývoj a následně popis jednotlivých technologií až po ty v současnosti nejmodernější. Praktická část popisuje provedený výzkum vlivu 3D projekce na akomodačněvergenční systém. Zde jsou uvedena kritéria pro zapojení účastníka do studie a podrobný popis provedeného výzkumu. Cílem výzkumné práce je potvrzení předpokladu, že 3D projekce vyvolává nepřirozený poměr mezi akomodačním a konvergenčním požadavkem. V závěru práce jsou shrnuty výsledky z provedeného výzkumu a porovnání výsledků s dostupnými již publikovanými studiemi s podobnou tématikou.

5

1 ÚVOD DO BINOKULÁRNÍHO VIDĚNÍ Binokulární vidění znamená vytvoření jednoho prostorového vjemu přijatého z obou očí. V nejdokonalejší formě vzniká vlivem splývání obrazů z obou sítnic jeden senzorický vjem. Binokulární vidění je vysoce koordinovaná souhra senzorické a motorické složky. Tato schopnost není vrozená. Pro vznik binokulárního vidění a stereopse je důležité správné fungování základních procesů vidění, jako jsou centrální fixace, normální zraková ostrost obou očí, motorická fixace, normální retinální korespondence a v neposlední řadě správné nervové vedení a mozková prezentace. Vývoj správného binokulárního vidění je podmíněn normálními anatomickými poměry a funkčními předpoklady. [1,2] Binokulární vidění přináší řadu výhod. Oko je párový orgán a tak v případě ztráty nebo poškození jednoho oka máme oko druhé. Přesto pokud by došlo ke ztrátě jednoho oka, dochází k dočasné ztrátě prostorového vidění. Další výhodou je spojení dílčích zorných polí obou očí. V oblasti vzájemného průniku, v tzv. binokulárním zorném poli, dochází ke spojení vjemů obou očí a tím ke zlepšení některých zrakových funkcí. Toto lze označit jako binokulární sumaci. Binokulární sumací dochází ke zlepšení zrakového vnímání při binokulárním vidění. Binokulární sumaci můžeme rozdělit na statickou a fyziologickou. Statická binokulární sumace udává, že vnímání dvěma detektory zvyšuje pravděpodobnost detekce. K fyziologické binokulární sumaci dochází na základě fyziologické kombinace vjemů pravého a levého oka. Binokulární sumace ovlivňuje zorné pole, zrakovou ostrost, kontrastní citlivost, detekci blikajícího podnětu, vnímání jasu a detekci při tlumeném osvětlení. Překrývají se monokulární zorná pole a vzniká již zmíněné binokulární zorné pole. Dochází ke zlepšení zrakové ostrosti a kontrastní citlivosti při normálním binokulárním vidění. Naopak při zamlžení jednoho oka dochází ke zhoršení kontrastní citlivosti až pod monokulární úroveň. Při detekci blikajícího podnětu záleží na fázi blikání. Při soufázovaném blikání podnětů každého oka dochází ke zlepšení detekce. Naopak při protifázovém blikání podnětů každého oka se detekce snižuje až pod monokulární úroveň. Vnímání jasu je většinou průměrem jasu obou očí. Detekce nízkých jasů při tlumeném osvětlení se zlepšuje. Dále binokulární vidění zlepšuje vnímání prostoru vlivem prostorové sumace a stereopse. Dalšími výhodami binokulárního vidění oproti monokulárnímu vidění je zjevná výhoda vzniku jediného vjemu místo dvojitého vidění nebo střídavého vidění pravým a levým okem. 6

Díky jemnému rozdílu mezi pravým a levým úhlem pohledu může vzniknout nejpřesnější forma vnímání hloubky- stereopse (podrobněji popsána v kapitole 2.3). Stereopse napomáhá v rozvoji koordinace oko- ruka, odhadu vzdálenosti, prostorové lokalizace a širšího zorného pole. [2,3,4]

1.1 Podmínky vzniku binokulárního vidění Pro vznik kvalitního binokulárního vjemu, tj. pro dosažení všech stupňů binokulárního vidění (viz níže) je třeba, aby správně spolupracovali jednotlivé složky, podílející se na procesu vzniku binokulárního vidění. Jednoduché binokulární vidění má tři složky: optickou, motorickou a senzorickou. Optická složka zajišťuje chod paprsků přes lomivá prostředí oka tak, aby na sítnici dopadl ostrý obraz. Musí být tedy v pořádku zobrazovací systém očí, jako jsou prostupná oční media (rohovka, čočka, sklivec) a žádná nebo minimální refrakční vada. Motorická složka zajišťuje stočení bulbů tak, aby požadovaný obraz dopadl do korespondujících bodů sítnice obou očí. Motorická složka řídí okohybné svaly, které natáčí bulby do příslušných pozic. Pokud je vše v pořádku, dochází k ortoforii. Ortoforie je svalová rovnováha neboli paralelní postavení očí při pohledu do dálky. Při poruše svalové rovnováhy dochází k heteroforii nebo hetrotropii. Heteroforie je skryté šilhání, které je kompenzováno zvýšeným úsilím okohybných svalů, tzn. fúzními rezervami. Heterotropie je zjevné šilhání, které se projevuje zjevnou odchylkou oka. Heterotropie musí být řešena v době vývoje vidění. Senzorická složka převádí vzruchy ze sítnice do korových center v mozku, kde se splynutím obrazů vytváří výsledný vjem. [3,4] Binokulární vidění má tři stupně: simultánní vidění, fúze a stereopse. Simlutánní vidění je schopnost sloučení dvou makulárních obrazů v jeden vjem. To se nazývá superpozice neboli složení. Dochází k překrytí většinou různých obrazů prezentovaných každému oku zvlášť. Při sledování oběma očima dojde ke složení obrazů v jeden binokulární vjem. Další fází binokulárního vidění je fúze. Fúze je schopnost spojení dvou téměř shodných sítnicových obrazů v jeden vjem. Můžeme ji rozdělit na motorickou a senzorickou. Motorická využívá motorickou složku binokulárního systému a zajišťuje pohyby očí, které vedou k zaměření zrakových os na sledovaný objekt. Při tomto procesu jsou využívány fúzní rezervy. Správná motorická fúze je nutnou podmínkou pro vznik senzorické fúze. Senzorická fúze je psychický a fyziologický proces, při kterém dochází ke spojení dvou monokulárních vjemů 7

a to bez pohybu očí. Pro zapojení senzorické fúze je nutný fúzní podnět. Spojované obrazy musí být stejné nebo téměř stejné v závislosti na oblasti sítnice, ze které jsou vjemy fúzovány. V této souvislosti se fúze dále dělí podle rozsahu sloučených sítnicových obrazů na paramakulární, makulární a foveolární. Paramakulární fúze je schopnost spojit periferní obrazy. Tolerance k odlišnostem spojovaných obrazů je u tohoto typu fúze nejvyšší. Marukární fúze je schopnost spojit obrazy v rozsahu makuly, tolerance k odlišnostem v obrazech je menší. Nejkvalitnějším stupněm fúze je foveolární fúze, která je schopna sloučit pouze prakticky stejné obrazy, obsahující pouze drobné odlišnosti. Nejvyšším stupněm binokulárního vidění je stereopse. Stereopse

je

prostorové

hloubkové

vnímání,

podrobněji

popsané

v kapitole 2.3 Binokulární prostorové vnímání. [3,4,5] Pro vytvoření jednoduchého binokulárního vjemu, tj. pro fúzi obrazů z obou očí, musí tyto obrazy být stejné nebo téměř stejné. Monokulární zorné pole se musí překrývat a vytvořit tak binokulární zorné pole. Měla by být ortoforie (správné postavení očí) do dálky nebo při drobné heteroforii být k dispozici dostatečné fúzní rezervy, které umožňují senzorické spojení i s malými posunutími takto vzniklými. Důležitá je také koordinace akomodace a konvergence, volná pohyblivost očí a v neposlední řadě dobrý stav zrakové dráhy a zrakového centra v mozku. [3,4] Při správné fixaci, tedy nastavení očí tak, aby obraz předmětu dopadl do fovey pravého i levého oka, jsou fovey tzv. hlavními korespondujícími body sítnice. Korespondující body sítnice jsou body, které mají stejnou směrovou hodnotu (viz 2.1) a obrazy v nich vytvořené jsou v procesu fúze dokonale sfúzovány do jednoho zrakového vjemu. Souhrn bodů v prostoru, které dopadají na korespondující místa sítnice při určitém postavení očí, se nazývá horopter. Horopter, jehož teoretická konstrukce je na obrázku 1, tvoří myšlenou vyklenutou plochu v prostoru procházející fixačním bodem. Tvar a velikost horopteru závisí na vzdálenosti fixačního bodu. Čím dál je fixační bod, tím je horopter plošší. V prostoru před a za horopterem se nachází tzv. Panomův prostor. V tomto prostoru je vidění jednoduché a prostorové. Panomův prostor je tvořen obrazy lehce disparátních bodů sítnice. Disparátní body jsou body na sítnici, které spolu nekorespondují, jedná se o dvojici bodů obou sítnic s různou směrovou hodnotou (viz 2.1). Obrazy dopadající na disparátní body vidíme v prostoru dvojitě. Výjimkou jsou již zmíněné lehce disparátní body, které jsou díky toleranci senzorického systému fúzovány a vytváří prostorový vjem. Okolí sítnicového bodu, 8

ve kterém je mozek schopný tolerovat disparátní zobrazení a vytvořit jednoduchý binokulární vjem se nazývá Panomův areál. Má tvar horizontálně protáhlé elipsy a směrem do periferie se zvětšuje, dochází k větší toleranci disparity. To co dopadne mimo oblast Panomova areálu není fúzováno a je viděno dvojitě. Panomův areál na sítnici odpovídá oblasti jednoduchého binokulárního vidění rozloženého z obou stran podél horopteru v předmětovém prostoru, tzn. Panomově prostoru. [3,4,5] Oblast mimo Panomův prostor je oblast fyziologické diplopie. Fyziologická diplopie není běžně vnímána, ale lze ji vyvolat. Obraz, který se nachází před Panomovým prostorem, tedy blíže k oku, je v oblasti fyziologicky zkřížené diplopie. Bod se zobrazí temporálně od fovey a vzniká dojem menší vzdálenosti předmětu. Naopak oblast za Panomovým prostorem je oblast nezkřížené fyziologické diplopie. Bod se na sítnici zobrazí nasálně od fovey a vzniká dojem větší vzdálenosti. [3,4,5]

Obr. 1 Teoretický horopter

Obr. 2 Panomův areál a Panomův prostor

1.2 Vývoj binokulárního vidění Dítě se rodí s vrozenými schopnostmi, mezi které patří vestibulo-oční reflex (reakce na změnu fixace pohybem očí i hlavy), optokinetický reflex (kombinace pomalého plynulého pohybu při sledování s rychlými trhavými sledovacími pohyby očí), ale i reflex reakce zornice na světlo a tmu. Vidění však není dokonale vyvinuto a prenatální vývoj pokračuje i po narození v souvislosti s vývojem makulární oblasti sítnice, která není v době porodu ještě plně vyvinuta. Tento vývoj vyžaduje normální vizuální podmínky a dráždění. Jakékoliv přerušení vizuální stimulace během období 9

vývoje bude bránit dalšímu vývoji a mohou se projevit patologické stavy jako je amblyopie či suprese. Proto je velmi důležité zachytit včas jakékoli patologické změny při vývoji, jako je třeba vrozená katarakta a kontrolovat vývoj jednotlivých složek binokulárního vidění již u novorozenců. Můžeme tak předejít poruchám binokulárního vidění, popřípadě včas začít s jejich odstraněním a léčbou. [3,5,6] Vývoj binokulárního vidění začíná hned po narození. V prvním týdnu je dítě schopno rozlišit světlo a tmu. V prvním měsíci se začíná vyvíjet monokulární fixace a je patrný rozvoj sledovacích pohybů. Ve fixaci se oči střídají, vyvíjí se pohledový reflex. Ve druhém měsíci se objevuje krátkodobá binokulární fixace. Dítě je schopno chvíli sledovat pohybem očí blízké pohybující se předměty. V průběhu třetího a čtvrtého měsíce se upevňuje centrální fixace, jelikož dozrává foveolární oblast makuly na sítnici. Upevňuje se akomodace, konvergence a divergence. Vyvíjí se barevné vnímání a tvoří se základy pro binokulární vidění. V šestém měsíci je ukončen vývoj makuly. Vzniká reflex fúze a jsou vytvořeny podmínky pro vznik binokulárního vidění a hloubkového vnímání. V devátém měsíci dochází k upevnění binokulární spolupráce a fúze. V jednom roce se rozvíjí prostorové vidění, dítě začíná chodit a rozvíjí si smysl pro vzdálenost, velikost a polohu předmětu. Ve dvou letech je utužena akomodace, konvergence a divergence a dítě dokáže předměty pojmenovat. Mezi čtvrtým a šestým rokem se postupně upevňuje binokulární vidění. Vízus se stabilizuje na úrovni 1,0 (5/5). Do šesti let se jednotlivé reflexy stávají nepodmíněnými a nelze je dále ovlivnit. Dítě si uvědomuje pozorovaný vjem a chápe hloubkové souvislosti. Musíme však podotknout, že hranice ukončení vývoje binokulárního vidění je u každého jedince individuální a může trvat až do 8-10 let. [3,4,6]

10

2 PROSTOROVÉ VNÍMÁNÍ Prostorový vjem vzniká na základě vyhodnocení řady faktorů, které spadají jak do vnímání monokulárního, tak binokulárního. Významnou roli hraje též vnímání směru. V této kapitole bude toto vnímání popsáno až po vrchol prostorového vidění, což je stereopse. Stereopse se využívá při navození 3D vjemu v moderních zobrazovacích prostředcích.

2.1 Vnímání směru Obvykle si lidé nejsou vědomi toho, že používají dvě oči, ale mají dojem, že se dívají jedním okem, které je umístěno mezi nimi, tzv. kyklopským okem. Do tohoto virtuálního oka jsou zdánlivě kombinovány dílčí vjemy z obou očí. Vnímání směru lze rozlišit na monokulární, vztažené k jednomu oku, a binokulární, vztažené ke zmíněnému kyklopskému oku. Základní koncept vnímání směru zahrnuje vztah mezi fyzickým umístěním objektů v prostoru a jejich vnímaným umístěním na sítnici, tzv. směrovou hodnotou daného sítnicového bodu. [2]

Obr. 3 Monokulární vnímání směru

Monokulární vnímání směru Zraková osa fixovaného bodu prochází uzlovým bodem a končí na sítnici ve fovee. Tato osa se označuje jako primární zraková osa. Sekundárními zrakovými osami se označují ty, které procházejí body okolo fixovaného bodu, uzlovým bodem, ale nedopadají přesně do fovey. Okulocentrickou lokalizací nazýváme relativní směr vzhledem k fovee daného oka a primární zrakové ose. Vyjadřuje se ve stupních. Body ležící na primární zrakové ose mají okulocentrickou lokalizaci rovnu nule. Každému bodu sítnice můžeme v tomto konceptu přiřadit směrovou hodnotu, která odpovídá relativnímu směru v okulocentrické lokalizaci, danému příslušnou sekundární zrakovou 11

osou. Za normálních okolností je směrová hodnota fovey „přímo vpřed“. Aby projekce bodů na sekundární zrakové ose odpovídala dané lokalizaci objektu v prostoru, musí být vzruchy z dané lokality sítnice správně převedeny a promítnuty na správné místo zrakové mozkové kůry. Tento proces se vyvíjí a správně nastavuje v průběhu vývoje vidění. [4,5]

Obr. 4 Směrová hodnota

Binokulární vnímání směru Jak již bylo zmíněno, pokud je správná funkce binokulárního vidění, máme pocit, že se díváme jen jedním kyklopským okem. Mozek kombinuje data z obou očí do jednoho vjemu kyklopského oka. Toto kyklopské oko se nachází v egocentru. Egocentrum je referenční bod při vnímání oběma očima, který je přibližně uprostřed mezi nimi. Egocentrickou lokalizací označujeme relativní polohu bodů vzhledem k egocentru. Vychází z dílčích okulocentrických lokalizací a z orientace obou očí. Zraková osa kyklopského oka je kombinací zrakových os obou očí. [4] V přírodním a dynamickém světě jsou objekty lokalizovány také s ohledem na polohu hlavy a těla. Sítnicové obrazové informace nejsou dostatečné pro určení platného vztahu mezi reálným fyzickým a vnímaným umístěním sledovaných objektů. Vnímaný směr objektu v prostoru je odvozen z kombinace jeho okulocentrických lokalizací, polohy hlavy a trupu. [2]

12

2.2 Monokulární prostorové vnímání Jestliže se díváme pouze jedním okem (monokulárně) není mozek schopen rozeznat rozdíly mezi vzdálenostmi sledovaných různých předmětů. Monokulárně lze pozorovat předměty pouze dvojrozměrně. Monokulární prostorové vnímání vychází ze zkušeností a učíme se této schopnosti v průběhu života. Nicméně existuje několik podnětů či nápověd, které nám naznačují relativní pozici předmětů v prostoru vzhledem k pozorovateli. Toho je využito při navozování prostorového vjemu z dvourozměrných obrazů. [3,4,5] Velikost objektů Větší objekty se zdají být blíže než ty menší. Toho se využívá hlavně ve výtvarném umění. Překrytí objektů Jestliže je jeden objekt částečně překryt druhým, tak ze zkušeností můžeme říci, že první objekt se jeví jako bližší k pozorovateli. To platí také, pokud je bližší objekt menší. Překrývání objektů platí na všechny vzdálenosti, na které mohou být objekty rozlišeny. Pro správnou interpretaci musíme mít zkušenosti, jinak by mohl být náš odhad špatný. Geometrická a vzdušná perspektiva Při pohledu například na železniční koleje máme pocit, že se zvětšující se vzdáleností, se koleje přibližují. Bod, ve kterém se koleje zdánlivě střetnou, se nazývá jako bod zmizení. Toto je příklad geometrické perspektivy. Jestliže se na paralelní linie díváme z vrchu nebo ze spodu, pak se nám zdá, že se sbíhají směrem nahoru nebo dolů. Konvergence paralelních čar závisí na tom, že se zvyšující se vzdáleností se zmenšuje velikost jejich obrazů na sítnici. To znamená, že úhlová šířka ustupujících paralelních čar se snižuje s rostoucí vzdáleností a vytváří vzhled sbíhajících se linií. Vzdušná perspektiva určuje vzdálenost předmětů na základě jejich ostrosti, jasu a zabarvení. Na vzdálenost několika desítek kilometrů je světlo v atmosféře rozptýlené. Proto vzdálené předměty se jeví dál, jsou vidět se sníženým kontrastem a vlivem rozptylu světla na prachu a mlze mají modrý nádech. Také předměty viděné v odstínech blízko červeného konce spektra mají tendenci být viděny jako blíž. Z leteckého pohledu 13

se ztráta jasu a rozmazání detailů objektu zvyšuje s větší vzdáleností. Pokud atmosféra obsahuje větší množství vodních par, jsou všechny barvy rozptýlené a vzdálené kopce se jeví zahalené v bílém oparu. Světlo a stín Světla a stíny kolem objektů nám dávají představu o tvaru a hloubce předmětu. Je důležité znát směr světelného zdroje. Pokud svítí známý zdroj světla pod určitým úhlem, světlejší místa na předmětu jsou kolmé ke zdroji světla a nám se jeví plasticky. Stínování

může

převést

dvojrozměrný

obrázek

do

zdánlivého

zakřiveného

trojrozměrného povrchu.

Pohyb Pokud budeme při monokulárním sledování malého předmětu vzdáleni na několik metrů a budeme hýbat hlavou zprava doleva, pak předměty blíže než fixovaný objekt se pohybují proti směru pohybu hlavy, zatímco předměty za fixovaným bodem se pohybují po směru pohybu hlavy. Důležitá je také velikost pohybu předmětů před a za fixovaným bodem. Tento děj nám udává informaci o relativní vzdálenosti předmětů od pozorovatele a nazývá se jako pohybová paralaxa. Podobný efekt je pozorován například v jedoucím vozidle, kde se zdá, že objekty co jsou blíže, se pohybují rychleji, než ty vzdálené. [3,4,5]

2.3 Binokulární prostorové vnímání Rozdíly obrazů pravého a levého oka jsou detekovány až kortikálními buňkami mozku. Prostorové vnímání vzniká tedy až v mozku. Většina lidí má schopnost vidět prostorově. Je nutné si uvědomit, že binokulární vidění využívá také zkušenosti získané monokulárním prostorovým vnímáním. Na binokulárním vnímání se podílí několik prvků. Hlavním prvkem je přítomnost stereopse. Dalšími prvky jsou konvergence a akomodace. Konvergence hraje velmi významnou roli při dívání se do blízka. Zajišťuje správné natočení bulbů, aby se fixační osy protnuly ve fixačním bodě. Jedná se o zmenšení fixační vzdálenosti. Konvergence je do určité míry ovládatelná vůlí. Akomodace je schopnost oka fixovat na různé vzdálenosti. Akomodace je proces, do kterého je zapojena čočka, závěsný aparát 14

a řasnaté tělísko. Tato schopnost se s věkem snižuje a nastává presbyopie. Akomodační úsilí může přispět díky správnému zaostření k vytvoření hloubkového vjemu. Pohled na různé vzdálenosti je spojený s konkrétní hodnotou konvergence a akomodace. Podle některých publikací lze usuzovat, že vzdálenosti předmětů a tedy i vnímání hloubky, může být odhadnuto právě z použité míry konvergence a akomodace. [3,4,5,7]

Stereopse Stereopse je binokulární vnímání hloubky na základě sítnicové disparity pravého a levého oka. Binokulární rozdíly jsou přítomny, jelikož poskytuje každé oko lehce jiný pohled na daný předmět. Tento rozdíl je rozeznán v mozku, kde se vytváří prosotrový vjem. Binokulární rozdíly vznikají i v rámci posouzení umístění předmětů v prostoru. Jeden objekt se nachází na horopteru a druhý je těsně před nebo za horopterem, ale v rámci Panomova prostoru. Stereopse je označována za „pravé“ prostorové vidění. Vnímání ovlivňuje také doba prezentace odlišných obrazů. Při krátkém trvání jsou rozeznány pouze velké rozdíly obrazů. Při delší době prezentace stimulu jsou zachyceny i drobné rozdíly a to nejlépe v případě, že jsou statické. Naopak při krátkodobé prezentaci obrazů může pohyb detekci zlepšit. [2,3,8] Existují tři typy stereopse: lokální, globální a stereopse přilehlá k Panomově prostoru. Lokální stereopse je typ stereopse, který k vytvoření hloubkového vjemu využívá monokulární identifikovatelné kontury. Tyto kontury jsou obsaženy v stereoskopických objektech a jsou různě lehce posunuty pro pravé a levé oko. Lokální stereopse se může využívat v stereoskopických testech, ale musí se dát pozor, protože monokulární kontury mohou napomoci k identifikaci správného výsledku i bez binokulární fúze. Globální stereopse využívá stereoskopických objektů, které neobsahují monokulární kontury pro vnímání hloubky. V testech s využitím globální stereopse je stejný předmět pro pravé i levé oko se změnou hloubky v obvodu předmětu a ne změnou barvy, jasu nebo překrýváním, což by mohlo napomoci k monokulárnímu rozlišení. Nejsou tu tedy žádné monokulární klíče, které by umožnily odhalení hloubkového vjemu. Vjem se vytvoří pouze za přítomnosti binokulární fúze. Stereopse je omezena na objekty ležící v Panomově prostoru, přesto vnímání hloubky nekončí hned na jeho okraji. Tomuto vnímání hloubky se říká stereopse přilehlá k Panomově prostoru. Za okrajem Panomova prostoru je další pásmo hloubkového vnímání, kde dochází ke dvojitému vidění, avšak vizuální systém je schopen rozlišit, zda je ještě 15

schopen tento obraz zfúzovat čí nikoliv. Se zvyšující se vzdáleností a disparitou se zvětšuje diplopie obrazu a přesnost vnímání hloubky klesá. Stereopse přilehlá k Panomově prostoru se dělí na kvantitativní a kvalitativní. Kvantitativní stereopse je velmi dobrá a vhodná pro posouzení tvaru, hloubky a orientace déle sledovaných předmětů v blízkosti roviny fixace. Jedná se o přechodný jev. Velikost vnímání hloubky se zvyšuje s disparitou a hloubkový vjem s délkou trvání expozice. Objekty, které nejsou přímo na horopteru, ale jsou v rámci Panomova prostoru jsou vidět prostorově. Objekty, které jsou lehce mimo Panomův prostor jsou vidět dvojitě, ale stále se silným hloubkovým vjemem. Tento prostor se nazývá oblast stereopse s dvojitými obrazy. V těchto dvou oblastech je předmět vnímán v hloubce, nicméně dochází k prudkému snižování stereoskopické ostrosti. Kvalitativní stereopse popisuje vnímání relativních změn hloubky ještě dále od horopteru. Předmět je vidět dvojitě a hloubkový vjem se ztrácí. Stále jsou identifikovatelné dvojité obrazy, které se nachází před nebo za fixačním bodem, ale není patrné, jak daleko od fixačního bodu jsou a zda jsou vpředu nebo vzadu. Kvalitativní stereopse je trvalý jev, který není až tak závislý na délce expozice předmětu. Vyplývá ze stručného představení podnětu, který má rozdíly velikosti, tvaru, kontrastu, polarity pro každé oko. Přechodná kvalitativní stereopse je užitečná pro výsledný hloubkový vjem o umístění předmětů v prostoru, které se objeví náhle a je podnětem k zahájení vergence. [2,3] Hloubkový stereoskopický vjem je omezen minimálním úhlem, pod kterým dovedeme rozlišit stereoskopický vjem. V této souvislosti se zavádí pojem stereoskopická paralaxa η. Stereoskopická paralaxa představuje rozdíl dvou úhlů α a β

η = α – β, pod kterými pozorujeme dva vzdálené objekty v prostoru, jak ukazuje obrázek 5. Ze schématu na obrázku lze při vzájemné vzdálenosti bodů Δa a při vzdálenosti a od pozorovatele pro paralaxu odvodit vztah

η=

,

kde PD je pupilární vzdálenost pozorovatele.

16

Obr. 5 Stereoskopická paralaxa

Je-li paralaxa příliš malá, nedochází ke stereoskopickému vjemu. Tato mezní hodnota paralaxy se nazývá stereoskopický práh ηP. Ke stereopsi tedy díky příliš malé stereoskopické paralaxe nedochází, pokud jsou pozorované objekty příliš blízko, leží přímo na horopteru, případně pokud jsou příliš daleko od pozorovatele, tak že zorný úhel, pod kterým je pozorovaný objekt vidět, je již sám o sobě menší než stereoskopický práh. Tato vzdálenost, ve které končí stereopse, se nazývá poloměr stereoskopického vidění. Za touto vzdáleností se ztrácí schopnost prostorového vidění. Mezi poloměrem stereoskopického vidění a stereoskopickou paralaxou platí při dané pupilární vzdálenosti PD vztah:

tg ηP = PD/a Stereoskopické vidění se rozkládá v předozadním prostoru po obou stranách fixačního bodu. Čím menší je úhel stereoskopické paralaxy, tím je vjem hloubky větší. Tato úměra platí i o velikosti PD. Čím větší je PD, tím výraznější prostorový vjem vzniká. [4,5,9] Stereoskoipický práh je jedním z kvalitativních hledisek binokulárního vidění, který je často hodnocen v klinických zkouškách vidění. V klinické praxi je považována za normální výsledek hodnota stereoskopického prahu 60´´. Při této hodnotě není důkaz potlačení binokulárního vidění a zraková ostrost je též normální. Fixační odchylky jsou maximálně v rámci Panomova prostoru. Stereoskopická ostrost klesá s větší pozorovací vzdáleností. Dále je také ovlivněna velikostí očního rozestupu neboli pupilární distance, 17

která je obvykle mezi 60-70 mm u dospělých. Stereoskopický práh se s věkem mění. Děti od 1 do 2 let mají stereoskopický práh roven 250´´, děti starší a to do 3 let ho mají v rozmezí 120´´-250´´. Okolo 5 až 6 let se hodnota stereoskopického prahu pomalu blíží hodnotám jako u dospělého člověka. Od šesti let je hodnota stereoskopického prahu asi 20´´. [2,3,10]

18

3 METODY PRO REALIZACI PROSTOROVÉ PROJEKCE Metody pro realizaci prostorové projekce se využívají nejen pro všemi známou zábavní techniku a kina, ale hlavně pro vědecké a lékařské účely. Prostorová projekce se uplatňuje ve vojenských akcích k lepšímu a prostorovému zobrazení. V medicíně může být součásti diagnostiky. V optometrii se těchto metod využívá ke zjištění hodnoty stereoskopického prahu, suprese, ale i binokulárnímu dokorigování. Důležitou a nedílnou součástí je oddělení vjemů pravého a levého oka. V následující kapitole bude krátce shrnut vývoj realizace prostorové projekce. Budou popsány jednotlivé přístroje nebo techniky, kterými leze navodit prostorový vjem, jako jsou stereoskop, anaglyf, metody využívající polarizace, vektograf, a v poslední řadě také tzv. zobrazování 3D bez brýlí. Základním principem pro správné umělé vytvoření prostorového vjemu je prezentace lehce odlišných obrazů každému oku, které splňují podmínky pro vznik jednoduchého binokulárního vidění, zejména fúze a stereopse. Takto konstruované přístroje slouží jednak k vyšetřování, ale i nápravě binokulárního vidění. Oddělení obrazů lze dosáhnout více způsoby: neprůhlednou lištou uloženou v rovině hlavy, jedním nebo více zrcadly, polarizací a dalšími jinými metodami. [9]

3.1 Historický vývoj Metodami, jak zrealizovat prostorový vjem, se zabývali lidé již 300 let před naším letopočtem. Avšak první zařízení, které je schopno vyvolat iluzi trojrozměrné scény vzniklo o mnoho let později. Toto zařízení vytvoří prostorový vjem pomocí dvou lehce odlišných obrázků a nazývá se stereoskop. V roce 1838 britský vědec Sir Charles Wheatstone sestrojil první stereoskop. Tento stereoskop byl založen na zobrazení pomocí dvou rovinných zrcadel svírající pravý úhel. Pozorovatel, který seděl naproti ose úhlu svíraného zrcadly, vnímal pravým okem pravou předlohu a levým okem levou. Pozorovaly se tedy plošné obrázky, které se po shlédnutí a správném splynutí vjemů jevily plasticky. Stereoskopické obrázky se staly velice populárními. Se vznikem zábavního průmyslu došlo i k rozšíření tohoto objevu do celého světa. V roce 1844 Sir David Brewster představil stereoskop, ve kterém byly zakomponovány místo zrcadel hranoly. V roce 1849 zkonstruoval čočkový stereoskop, který byl menší a nepoužíval již 19

zrcadla ani hranoly, ale spojné čočky. Oliver Wendell Holmes měl snahu tento stereoskop ještě zmenšit. Vymyslel dodnes nejvyužívanější ruční Holmesův stereoskop. V roce 1903 byla poprvé použita metoda paraxiální bariéry. Tato metoda spočívá v tom, že dva obrazy jsou od sebe odděleny bariérou, která zaručí, aby správný obraz dopadl do správného oka. Tato metoda je pojmenovaná jako „Parallaxstereogram“. Pomůcka pro stereoskopické pozorování je v této metodě umístěna na obraze a ne na očích. Na obraze je vytvořen pomocí krycí barvy rastr, který každému oku umožní vidět jen to co má. Nevýhodou je špatná viditelnost obrazu vzhledem k možnosti pouze dvou pohledů. Obdoba této metody se využívá dodnes v autostereoskopických displejích. V prvním čtvrtletí 20. století objevil Carl Pulfirich jev, při kterém vzniká prostorový vjem. Pozoruje-li se pohybující se předmět oběma očima a před jedno oko, které je ve směru pohybu, se dá tmavý filtr, vznikne prostorový vjem. Obraz ze ztmaveného oka dojde do mozku o něco pomaleji. Mozek spojí aktuální se zpožděným vjemem a vytvoří vjem hloubkový. První film založený na principu anaglyfu byl představen v roce 1915. Bylo využito červených a zelených filtrů. V Hollywoodu se této techniky začalo využívat pro veřejnost u celovečerních filmů v roce 1920. Je zajímavé, že již v roce 1895 britský fyzik John Anderton patentoval techniku filmové projekce pomocí dvou projektorů s rozdílnou polarizací. Tento typ projekce je využíván dodnes především v kinech. Takto vytvořené snímky spatřili diváci poprvé až v roce 1915 v krátkém filmu, který nebyl zajímavý svým obsahem, ale právě použitou technologií a prostorovým vjem. Kolem roku 1950 zájem o stereoskopické filmy vrcholí. Následuje však úpadek, který trval až do 70. let, kdy s nástupem počítačové techniky oživuje zájem o 3D projekci zejména pro vědecké a vojenské účely. Později se tyto technologie využívají i ke komerčním účelům jako jsou reklamy, filmy apod. [13,14,15]

3.2 Stereoskop Stereoskop je optické zařízení, které umožňuje dvourozměrný obraz vidět trojrozměrně. Stereoskop je založen na principu rozdělení obrazů zvlášť pro pravé a levé oko přepážkou. Obrazy pro obě oči mají stejnou konturu, ale liší se ve vzájemném posunu jednotlivých detailů, který odpovídá různému úhlu pohledu. 20

Požadované pozice obrazů, respektive očí, je dosaženo pomocí zrcadel nebo prizmat, případně je pozice očních os zajištěna kontrolou akomodace pomocí spojných čoček. Nejdříve se využíval zrcadlový stereoskop, poté prizmatický a dnes jsou stereoskopy většinou čočkové.[8,16,17] Zrcadlový stereoskop je zajímavý tím, že neobsahuje dioptrický systém. Odlišné obrazy se prezentují očím pomocí zrcadla. U Wheatsonova stereoskopu byly obrazy odráženy od zrcadla a při zpětném prodloužení byly vnímány před pozorovatelem. Dalším typem je prizmatický stereoskop, který je konstruován pomocí posuvné lišty se dvěma obrázky, zvlášť pro pravé a levé oko. Tyto obrazy jsou pozorovány přes prizmatické čočky umístěné s bazí vně, což zajistí paralelní sledování. Tudíž je předmět pozorován v nekonečnu. Nejznámější a nejvyužívanější je čočkový Holmesův stereoskop. Je obdobou prizmatického stereoskopu s tím rozdílem, že v okulárech nejsou prizmatické čočky, ale sférické většinou o hodnotě +5 D. Čočky zajišťují zaostření obrazů s minimální nutností akomodace, takže zůstává zachováno paralelní postavení očí, které je potřebné pro správné sledování obrazů. Opět se na vodící liště nachází stereoskopické obrázky a pro lepší manipulaci je tento stereoskop opatřen rukojetí. Vzdálenost optických středů je větší než zornicový rozestup. Čočky jsou pak vůči očím decentrovány a působí jako prizmata s bází ven. To opět přispívá k dosažení požadované pozice očí a pozorování předmětu v nekonečnu. Je-li splněno, že obrázky jsou v ohniskové rovině čoček a mezi nimi je správná vzdálenost, vznikne zdánlivý, vzpřímený obraz v nekonečnu. [9,11]

Obr. 6 Ruční stereoskop

21

Do této skupiny takto konstruovaných optických zařízení by se dalo zařadit zařízení označované jako HMD neboli head - mounted displey. Jedná se o zařízení, které je upevněno na hlavě, většinou v podobě helmy. Součástí zařízení jsou malé displeje, které promítají do každého oka trošku odlišné obrazy a vytváří tak pocit hloubky. Tento obraz je převáděn pomocí soustavy čoček a zrcadel do zorného úhlu pozorovatele. Tato „helma“ většinou pracuje jen s počítačově generovanými obrazy, existují ale i typy umožňující kombinaci obrazu z prostoru s obrazem z počítače. Této techniky se využívá

především

k vojenským

účelům,

v

leteckých

simulátorech,

ale

i v moderních počítačových hrách. [18]

3.3 Anaglyf V roce 1891 si Louise Ducose dal patentovat anaglyf, přestože byl tento jev popsán již v roce 1853. Anaglyf je typ stereogramu, ve kterém se jednotlivé mírně odlišné obrazy pro pravé a levé oko navzájem překrývají a jsou odlišeny barevně. Při pozorování přes speciální barevné filtry je pak možné prezentovat příslušný obraz správnému oku. Název anaglyf pochází z řečtiny a jeho volný překlad by zněl jako opakovaná rytina, což plně vystihuje podstatu výroby anaglyfu.[19,20] Dříve se při výrobě anaglyfů využívala kombinace barev červená a zelená. Obvykle se červený filtr dává před levé oko a zelený před pravé. Přes červený filtr je vidět červená místa jako světlá a zelená jako tmavá a naopak. Do pravého a levého oka dopadají lehce odlišné obrázky. Mozek obdrží tyto dva vjemy a sloučí je do jednoho prostorového. Červená barva může mít rušivý efekt, jelikož je červená pro naše oko více dominantní než ostatní barvy. Proto se ostatní barvy nebudou jevit dostatečně věrohodně. Zásadní nevýhodou anaglyfu je tedy ztráta barevné informace o obrazu. Později se místo zeleného filtru začal využívat filtr azurový (cyan), který propouští i část modrého spektra a mozek tak dokáže částečně zachovat barevný vjem obrazu. Tato technika je nejméně finančně náročná a umožňuje použití i v tisku, právě proto je tato technika velice oblíbená. [11,19,20]

22

Obr. 8 Anaglyfní brýle

Obr. 7 Anaglyf

3.4 Polarizace Jedná se asi o nejrozšířenější za všech metod. Polarizační projekce 3D se využívá i v kinech. K vidění stereoskopického vjemu jsou zapotřebí speciální brýle. Světelné vlnění má elektrickou a magnetickou složku, které jsou navzájem kolmé a kmitají kolmo na směr šíření. U nepolarizovaného světla kmitají obě složky v náhodně různých rovinách. Polarizace je optický jev, kdy jsou vybrány vlny kmitající pouze ve zvoleném směru. Světlo se částečně polarizuje při lomu a odrazu. Nejlepších výsledků je dosaženo, pokud lomený a odražený paprsek svírají úhel 90°, tj. při tzv. Brewsterově úhlu dopadu. Dále může k polarizaci dojít při průchodu speciálními krystaly, ve kterých dochází k dvojlomu, tj. paprsek se rozdělí na dva paprsky (řádný a mimořádný), přičemž oba jsou polarizovány v rovinách na sebe kolmých. Dnes je nejčastěji využíváno polarizace pomocí speciálních polarizačních filtrů, tvořených látkami s podlouhlými a stejně orientovanými molekulami, ve kterých dochází při průchodu světla k jeho polarizaci. V projekci 3D se využívá lineární nebo kruhové polarizace. U lineární polarizace světlo kmitá jen v jedné neměnné rovině, při kruhové polarizaci je světlo polarizováno v určitém směru otáčení, tj. rovina polarizace se během šíření rovnoměrně stáčí daným směrem, a to po nebo proti směru hodinových ručiček. Pro oddělení vjemů obou očí se využívá vždy dvou polarizačních filtrů pro jedno oko. První slouží jako polarizátor a zajišťuje vhodnou polarizaci, druhý jako analyzátor, který propouští pouze světlo polarizované v daném směru (obr. 10) a světlo polarizované ve směru kolmém plně pohlcuje. Polarizátory (a tedy i analyzátory) pro obě oči jsou vůči sobě umístěny tak, že dochází k navzájem opačné polarizaci 23

(tj. kmitosměry jsou navzájem kolmé při lineární polarizaci, u kruhové polarizace dochází k polarizaci v navzájem opačných směrech), takže je zajištěno úplné oddělení vjemů pro obě oči. Při využití lineární polarizace je celý systém závislý na správném vzájemném stočení analyzátoru a polarizátoru, zatím co při kruhové polarizaci tento problém odpadá. [22,23]

Obr. 9 Polarizace světla

Vektograf Jedná se o druh stereoskopické technologie podobné anaglyfům. U vektografu je místo separace obrazů pomocí barev a barevných filtrů využita polarizace. Tato technika je využívaná především v optometrii a oftalmologii ve formě stereotestů. Na příslušný obrázek jsou vhodně navrstveny polarizační fólie, které jsou navzájem pootočeny o 90° a slouží jako polarizátory. Ke sledování je nutné mít správně polarizované brýle, ve kterých jsou taktéž použity polarizační folie (analyzátory), přičemž jsou před pravým a levým okem opět navzájem pootočeny o 90°. Pomocí uvedeného uspořádání polarizátorů a analyzátorů je zajištěna prezentace správného obrazu příslušnému oku. Díky jejich odlišnosti se v mozku vytvoří pomocí fúze prostorový vjem.

Tato metoda je použita ve známém stereostestu „moucha“

(viz obrázek 10) [11,21]

24

Obr. 10 Vektograf- stereotest „moucha“

Pasivní polarizace Při této technice je využitou dvou projektorů, které současně promítají polarizované obrazy pro pravé i levé oko. To je zajištěno tím, že před objektivy projektorů jsou umístěny polarizační filtry. Je důležité, aby projektory i brýle byly polarizovány ve stejných směrech a tak mohl obraz patřící do pravého oka být vnímán pravým okem a obraz patřící do levého oka levým okem. Je také důležité mít v kinech speciální plátno, které neruší polarizaci odráženého světla. Tím se zabrání interferenci mezi promítanými obrazy. Zde se využívá jak lineární, tak kruhová polarizace. Výhodou kruhové polarizace je necitlivost systému k natočení hlavy. [24,25,26] Aktivní polarizace U této technologie je jeden projektor (monitor) a speciální brýle s ním propojené. Projektor vysílá střídavě obraz pro pravé a levé oko s vysokou frekvencí a brýle se stejnou frekvencí přepínají mezi vjemem pravého a levého oka. Takto dopadá do každého oka příslušný obraz. Oba obrazy jsou konstruovány jako stereoskopické a v mozku se spojí v jeden prostorový vjem. Frekvence musí být alespoň 120 Hz, aby bylo sledování filmu přirozené. Do každého oka tedy dopadají obrazy s poloviční frekvencí a to 60 snímků za sekundu. Tato hodnota je hraniční proto, aby mozek nebyl schopen rozeznat blikání a obraz byl viděn plynule. Skla brýlí obsahují vrstvu kapalných krystalů a dva navzájem kolmé polarizační filtry. Při přivedení napětí se molekuly tekutých krystalů orientují rovnoběžně s elektrickým pólem a mění polarizaci brýlí. Napětím lze řídit jejich výslednou propustnost. Brýle jsou většinou řízeny 25

infračerveným vysílačem nebo pomocí kabelového propojení s projektorem. Projektor musí být s brýlemi v dokonalém souladu. Zde nezáleží na poloze hlavy a sledování projekce je přirozeně barevné. [27,28]

Obr. 11 Brýle na aktivní polarizaci NVIDIA

3.5 Spojení pasivní a aktivní stereoskopie Jedná se o spojení výhod pasivní a aktivní polarizace. Dosaženo je toho tím, že spojíme aktivní 3D projektor se speciálním 3D polarizačním modulátorem. Z projektoru bude tedy vycházet obraz, který bude aktivního rázu, projde modulátorem a tím se změní na pasivní. Když projektor vysílá obraz, který má dopadnout do pravého oka, tak se modulátor přepne tak, aby polarizoval tento obraz např. ve 45° a když je vysílán obraz pro levé oko, polarizuje modulátor obraz v 135°. Tedy kolmo na pravé oko. Frekvence přepínání obrazů je stejná jako v předchozím případě. Projektor a modulátor musí byt v dokonalé souhře. Opět musí být speciální promítací plátno, aby nedocházelo k interferenci. Obraz můžeme sledovat klasickými polarizačními 3D brýlemi, které jsou polarizovány ve stejném směru jako modulátor. Tato metoda je využívána především v digitálních kinech. [29]

3.6 Autostereogramy V předchozích případech bylo zapotřebí mít lehce odlišný a zvláště prezentovaný obraz pro pravé a levé oko. Autostereogram je jeden tištěný obrázek společný pro pravé i levé oko. Cíleného prostorového vjemu je dosaženo správným zaostřením buď před, nebo za rovinu obrazu. Využívá se metody volné fúze. Autostereogramy jsou většinou tvořeny jako počítačem vygenerované obrázky složené z náhodných teček, čar, křivek 26

nebo obrázků, které se pravidelně opakují. Tyto obraz jsou uspořádány tak, aby při správné konvergenci nebo divergenci vznikl prostorový vjem. Pokud se bude jednat o obrázek, který je založený na divergenci, tak se nám budou čáry, jež jsou blíž k sobě jevit blíže a naopak. Sledování autostereogramu není snadné, chce to cvik a trpělivost. Důležitou roli hraje správný odhad úhlu divergence nebo konvergence a také vzdálenost, ze které je autostereogram sledován. [30,31]

Obr. 12 Autostereogram a jeho výsledný vjem

3.7 3D bez brýlí 3D bez brýlí neboli autostereoskopické displeje dokáží vytvořit prostorový vjem bez nutnosti nošení speciálních 3D brýlí. Tato technologie pro oddělení vjemu pravého a levého oka využívá optické prvky, které jsou umístěny na přední straně obrazovky. Použita bývá buď lentikulární fólie nebo paraxiální bariéra. Lentikulární fólie je tvořena řadou mikročoček, které jsou svisle orientovány a odklání obraz tak, že je viděn jen pod určitým úhlem pohledu. Paraxiální bariéra, jejíž klasický přístup byl popsán v kapitole 3.1, je tvořena vrstvou kapalných krystalů, které mohou měnit svoji průchodnost. Proto systémy s paraxiální bariérou je možné přepnout do 2D zobrazení. Paraxiální bariéra rozděluje plochu monitoru na sloupce, které jsou odlišné pro pravé a levé oko a umožňuje, že obraz určený pro pravé oko dopadne do pravého oka a obraz určený do levého oka dopadne do levého oka. Autostereoskopické displeje můžeme rozdělit na dvou-náhledové, více-náhledové a super více-náhledové. Dvou-náhledové autostereoskopické displeje Systém vytváří jeden stereopár pohledů, tedy jeden obraz pro pravé a druhý obraz pro levé oko. Obraz displeje je složen do sloupců. Sloupce jsou naskládány vedle sebe, přičemž se střídají vjemy pro pravé a levé oko. Po složení sloupců jen pravých vjemů, 27

lze dostat obraz pravého oka a naopak. Dvou-náhledové displeje může sledovat jen jeden pozorovatel, protože je tato technika závislá na pozici pozorovatele. Ideálního zobrazení je docíleno jen z jednoho pozorovacího místa. Více-náhledové displeje Tento systém dokáže zobrazovat více různých stereopárů najednou. Na vícenáhledové displeje se tak může dívat více pozorovatelů zároveň. Obraz je nejprve rozdělen do určitých částí, které umožňují vnímání prostorového vjemu v požadovaných směrech. Toho je docíleno nakloněnou paralaxní bariérou. Aby byly všechny náhledy zobrazeny současně, je třeba využít u více-náhledových displejů soustavu čoček. To, že pozorovatel vidí právě jen ten pohled, který má, zapříčiní paraxiální bariéra, které vytvoří štěrbiny v bariéře, přes které je vysílán patřičný obraz. Proto každý divák vidí jen to, co je v jeho pozorovací zóně. Nevýhodou je vysoká pořizovací cena a to, že v krajních polohách, kde je ještě vytvořen prostorový vjem, značně klesá jas displeje. Super více-náhledové displeje Složitější systémy mají funkci, která snímá polohu hlavy pozorovatele a pixely v displeji se přepínají tak, aby pozorovatel měl stále stejně kvalitní 3D obraz. Super více-náhledové displeje zajišťují vjem 3D obrazu pro co nejvíce pozorovatelů z různých pozic. Obraz je vytvořen spoustou nasměrovaných paprsků, tak aby při plynulém pohybu bylo vždy vidět jeden kvalitní 3D vjem. [32,33]

Obr. 13 Autostereoskopický displej

28

4 EXPERIMENTÁLNÍ VYHODNOCENÍ VLIVU SLEDOVÁNÍ 3D FILMU NA VYBRANÉ FUNKCE AKOMODAČNĚVERGENČNÍHO SYSTÉMU Experimentální část této práce byla zaměřena na provedení studie, v rámci které byl vyhodnocen vliv krátkodobého jednorázového sledování 2D a 3D filmu na vybrané měřitelné funkce akomodačně-vergenčního systému. Současně bylo analyzováno, zda u obou zobrazovacích technologií je vliv na akomodačně-vergenční systém stejný nebo odlišný. Krátkodobé sledování filmu prezentovaného pomocí polarizované 3D technologie a klasické 2D technologie bylo provedeno do blízka na vzdálenost 60 cm od monitoru. Při sledování 3D filmů pomocí dostupných technologii vzniká nepřirozený vztah akomodace a konvergence. Lze předpokládat, že z tohoto důvodu bude mít tato technologie odlišný vliv na akomodačně-vergenční systém oproti klasické 2D projekci. Dosud publikované práce A. G. Soliminiho a kolektivu [35,36] se zabývají vlivem sledování 3D filmové projekce v kině. Průzkumy probíhaly formou dotazníku. Na rozdíl od v této práci popsané studie nebyla provedena měření žádných odpovídajících parametrů.

4.1 Probandi a metodika 4.1.1

Probandi

Výzkumu se zúčastnilo celkem 31 dobrovolníků z řad studentů Univerzity Palackého v Olomouci. Jeden účastník musel být vyřazen z důvodu špatného prostorového vnímání. Do studie bylo tedy zařazeno 30 osob, z toho bylo 6 mužů a 24 žen. Podmínkou účasti ve studii byla normální zraková ostrost s korekcí (vízus 1 a lepší), normální binokulární vidění s hodnotou stereoskopického prahu nejméně 60´´ a žádné onemocnění spojené s poruchou prostorového vnímání. Do studie byli zařazeni účastníci ve věkovém rozmezí 18-30 let. Průměrný věk byl 22 let se směrodatnou odchylkou 2 roky. Před samotným experimentem byl od probandů získán informovaný souhlas, kde byla vysvětlena povaha studie, její průběh a důsledky (viz příloha).

29

4.1.2

Metodika výzkumu

Testování

bylo

prováděno

v

optometrické laboratoři

katedry

optiky

na

Přírodovědecké fakultě Univerzity Palackého v Olomouci. Studie byla prováděna na 3D notebooku ASUS G51J s uhlopříčkou 15 palců a rozlišením 1366 x 768 bodů. Další součástí

počítače

byly

aktivní

polarizační

3D

brýle

NVIDIA

3D

Vision

s příslušenstvím. Probandům byl přehráván 2D a 3D film Alenka v říši divů od Walt Disney Pictures a Tima Burtona na blu-ray disku. Filmy byly přehrány v programu CyberLink PowerDVD. Účastníkům byly nejprve změřeny hodnocené funkce prostorového vidění a akomodačně-verděnčního systému. Uvedená měření proběhla jednou před sledováním filmu, po sledování 3D filmu a po sledování 2D filmu. Vyšetřování proběhlo za normálního osvětlení místnosti. U každého účastníka byly sledovány tyto parametry: vízus do dálky s korekcí, stereopse, blízký bod konvergence, fixační disparita, binokulární akomodační snadnost, horizontální fúzní rezervy a AC/A poměr. Vízus byl zjišťován pro kontrolu normální zrakové ostrosti. Všechna ostatní vyšetření se prováděla do blízka na běžnou vyšetřovací vzdálenost (40 cm) a to vzhledem k tomu, že film byl sledován na notebooku, tj. též z blízka. Po přeměření byl účastník usazen na židli před notebook do vzdálenosti 60 cm od monitoru. Tato vzdálenost odpovídá optimální vzdálenosti pro sledování monitoru počítače vzhledem k oční hygieně. [34] Nasadil si 3D brýle s aktivní polarizací a byl mu spuštěn 3D film. Film byl sledován ve tmě. Po 30 minutách sledování filmu byly přeměřeny hodnoty již zmíněných veličin. Následně s odstupem nejméně jednoho dne proběhla druhá část výzkumu. Účastník usedl opět na židli před monitor do vzdálenosti 60 cm a byl mu spuštěn tentokrát 2D film. Po 30 minutách sledování filmu byl účastník opět přeměřen.

30

Obr. 14 Sledování 3D filmu

Prostorové vidění a velikost stereopse byly měřeny na polarizovaném Random Dot stereotestu s polarizačními předsádkami. Účastník musel mít hodnotu stereoskopického prahu lepší jak 60´´, aby byl do studie zařazen. Blízký bod konvergence byl měřen metodou přibližování fixačního hrotu po bod rozdvojení a oddalování po bod spojení. Subjektivní měření bylo doplněno kontrolním objektivním sledování pozice očí. Měření fixační disparity se realizovalo na testu bez centrálního fúzního podnětu - Wesson card s polarizačními předsádkami. Binokulární akomodační snadnost, která vystihuje, jak rychle a pružně je proband schopen reagovat na změnu akomodačního podnětu při stejné konvergenci, byla měřena pomocí binokulárního flipru +/- 2 D a akomodačního podnětu v podobě optotypu do blízka. Fúzní rezervy byly měřeny též se stejným optotypem do blízka pomocí prizmatické lišty v rozsahu 1-40 prizmatických dioptrií (pD). Účastník měl za úkol nahlásit bod rozmazání, rozdvojení a spojení. Na závěr byl měřen AC/A poměr gradientní metodou. Jednotlivé použité měřící postupy jsou popsány níže. Kompletní posouzení binokulárního vidění by mělo zahrnovat základní vyšetření a to změření blízkého bodu konvergence, zakrývací testy na dálku i blízko (které vyloučí odchylku očí), fúzní rezervy do dálky i blízka, vyhodnocení AC/A poměr a testování stereopse. [12] V této studii byl místo zakrývacích testů zařazen test na zhodnocení fixační disparity a k správnému posouzení akomodačně vergenčního systému byl přidán test na zjištění binokulární akomodační snadnosti. 31

Stereopse Nejdříve byla posuzována stereopse, která je podrobně popsána v kapitole 2.3. Měření stereopse podává informaci o přítomnosti či nepřítomnosti normální fúze. Použitý test byl typu vektografického testu, popsaného v kapitole 3.4. Stereotest byl proveden ve formě náhodně uspořádaných teček (tzv. random dot stereotest), které jsou při pozorování oběma očima navzájem posunuty tak, aby byl docílen prostorový vjem požadovaného obrazce. Random Dot stereotest hodnotí přítomnost a stupeň globální i lokální stereopse. [10,11,12] Blízký bod konvergence Blízký bod konvergence (NPC) je nejbližší bod, na který jsou oči ještě schopny konvergovat. Měří se od kořene nosu. Fixačním bodem může být optotyp do blízka, bodové světlo nebo hrot tužky. V popisovaném experimentu byl použit jako fixační objekt hrot tužky. Měření NPC se provádí postupným pomalým přibližováním fixačního bodu směrem k nosu. Oči tento fixační bod sledují. Přibližování je ukončeno ve fázi, kdy je fixační bod viděn dvojitě nebo vyšetřující pozoruje ztrátu fixace jednoho nebo obou očí. Tento bod je označen jako NPC1. Po té následuje opětovné oddalování fixačního bodu po vzdálenost, ve které dojde poprvé ke spojení fixačního bodu nebo opětovnému fixování obou očí označené jako NPC2. Normální hodnoty jsou 8 cm a méně pro rozdvojení a 11 cm a méně pro spojení. [3,10,11,12] Fixační disparita Fixační disparita je malá odchylka fixačních os při normální binokulární fúzi při zachování jednoduchého binokulárního vidění. Testy na určení fixační disparity se používají k určení kompenzace a dekompenzace heteroforie. Testy jsou konstruovány na základě dichoptického principu, kde část testu je viděna oběma očima a část každým okem zvlášť. K oddělení vjemů pravého a levého oka je využita polarizace. Testy jsou s centrálním fúzním podnětem a bez centrálního fúzního podnětu. V této práci byl použít test Wesson card bez centrálního fúzního podnětu (viz obr. 15). Vyšetřuje se na vzdálenost 40 cm a vyšetřovaný má před očima polarizační předsádky. Vyšetřující zkontroluje vjem pravého a levého oka a poté následuje chvilková adaptace akomodace na optotypu do blízka (umístěné hned vedle testu). Následně je vyšetřovaný vyzván k shlédnutí testu. Případná fixační disparita se projeví posunem testové šipky viděné 32

jedním okem oproti noniové čáře viděné druhým okem. Velikost posunu vyšetřovaný hodnotí pomocí stupnice v okolí noniové čáry. Prezentace stimulu je velmi krátká, maximálně po dobu 15 sekund. Měříme aktuální hodnotu fixační disparity v úhlových vteřinách. [3,10,12]

Obr. 15 Wesson card s vyznačeným vjemem pro pravé a levé oko

Binokulární akomodační snadnost Binokulární akomodační snadnost (BAF) je schopnost dostatečně pružně, rychle a přesně reagovat na změny akomodačního požadavku. Vyšetřuje se na vzdálenost 40 cm a může být měřena i monokulárně. Fixačním podnětem je optotyp do blízka nebo jen jedno písmeno. Vyšetřovaný sleduje optotyp a vyšetřující mu předkládá před oči flipr +/- 2 D přičemž je hodnota flipru změněna v okamžiku, kdy vyšetřovaný nahlásí jednoduchý a ostrý vjem optotypu. Vyšetřuje se 1 minutu a počítají se cykly za minutu (cpm). Jedním cyklem se rozumí změna flipru z + 2 D na - 2 D a zpět. Normální hodnoty jsou 8 a více cyklů za minutu. [10,11]

Obr. 16 Binokulární akomodační snadnost

33

Fúzní rezervy Fúzní rezervy (FR) hodnotí maximální možnou konvergenci, divergenci, supravergenci a infravergenci při akomodaci na danou vzdálenost, kdy je ještě zachováno jednoduché binokulární vidění. Navozená konvergence nebo divergence ovlivňuje i akomodaci, takže při testu může dojít k rozmazání obrazu. Hodnota fúzních rezerv se obvykle vyjadřuje v prizmatických dioptriích a sčítá se na obou očích. Vyšetřuje se na vzdálenost 6 metrů nebo 40 cm pomocí prizmatické lišty. Tato práce je zaměřená pouze na horizontální fúzní rezervy do blízka. Vyšetřovaný sleduje fixační podnět, kterým je optotyp do blízka. Před dominantní oko je předkládána prizmatická lišta, která se postupně posouvá až do fáze rozmazání, poté rozdvojení. Následuje opačný posun lišty po opětovné spojení. Konvergence (pozitivní fúzní rezerva) je testovaná s prizmatickou lištou bází vně (BO), tedy temporálně a divergence (negativní fúzní rezerva) bází dovnitř (BI), tedy nasálně. Normální hodnoty pozitivních fúzních rezerv na blízko jsou 20-28 pD pro rozmazání, 26-34 pD pro rozdvojení a 22-30 pD pro spojení. U negativních fúzních rezerv jsou normální hodnoty do blízka 6-10 pD pro rozmazání, 12-16 pD pro rozdvojení a 8-14 pD pro spojení. Vzhledem k tomu, že bod rozmazání nenastává vždy, jsou v provedené studii naměřené fúzní rezervy reprezentovány pouze hodnotou rozdvojení. [3,10] AC/A poměr AC/A poměr je poměr akomodační konvergence k akomodaci. Udává, jak silný konvergenční podnět je vytvořen danou akomodací. Jsou dvě metody pro zjištění AC/A poměru a to výpočtem nebo měřením gradientní metodou. V tomto výzkumu bylo využito gradientní metody. Vyšetřuje se na vzdálenost 40 cm metodou von Graefe, při které došlo k rozdvojení testu díky předřazení vertikálního prizmatu před jedno oko hodnotě 6 nebo 10 pD s bází v 90°, se zjistí velikost heteroforie do blízka. Porovnává se heteroforie s heteroforií při předřazení +2 D. Předřazením spojek či rozptylek (v našem případě +2 D) se mění akomodace a rozdílem naměřených heteroforií se zjistí změna konvergence. Normální hodnoty jsou 4:1 se směrodatnou odchylkou +/- 2. [10,11,12] Rovnost získaných dat (před a po shlédnutí filmu, respektive po shlédnutí 3D a 2D filmu) byla hodnocena pomocí dvouvýběrového párového t-testu na hladině 34

významnosti p = 5 %. To znamená, že při zamítnutí rovnosti dat je riziko 5%, že se data skutečně rovnají. V textu jsou uvedeny též mezní hodnoty hladiny významnosti p, při kterých by právě došlo k zamítnutí testované hypotézy o rovnosti dat.

4.2 Výsledky Pomocí t-testu bylo hodnoceno, zda dojde ke statisticky významné změně sledovaných parametrů po sledování 2D, respektive 3D filmu, oproti původním hodnotám. Ke statisticky významným změnám došlo pouze po shlédnutí 2D filmu u binokulární akomodační snadnosti s hladinou významnosti p = 0,004. Následně jsou získaná data zpracovány do tabulek. Tabulka 1: Základní naměřené výsledky ve formě průměrných hodnot a směrodatných odchylek. Stereoskop. práh [´´]

NPC1 [cm]

NPC2 [cm]

Průměr Sm. odch.

18,2 8,7

6,6 3,7

9,0 6,4

Průměr Sm. odch.

19,5 9,9

6,8 3,6

9,5 5,9

Průměr Sm. odch.

16,3 4,6

6,7 3,2

9,2 5,8

Fixační disparita [´´] Před -5,0 9,9 Po 3D -5,6 11,1 Po 2D -5,6 9,6

BAF [cpm]

FR (BO) [pD]

FR (BI) [pD]

AC/A [pD/D]

14,6 5,5

28,3 12,0

13,6 4,9

2,33 0,77

14,9 6,1

26,3 11,1

13,7 4,3

2,15 0,78

17,0 5,6

28,5 11,5

13,4 4,3

2,11 0,98

Rozdíly navozené 3D a 2D projekcí jsou shrnuty v tabulce 2. Je patrné, že po shlédnutí 3D filmu došlo k nárůstu a tím pádem ke zvýšení měřených veličin u stereoskopického prahu, obou blízkých bodů konvergence, binokulární akomodační schopnosti a negativních fúzních rezerv. Naopak pokles měřených veličin po 3D projekci byl zaznamenán u fixační disparity, pozitivních fúzních rezerv a AC/A poměru. Změny, které nastaly po shlédnutí 2D projekce, jsou velice podobné. Zde došlo k nárůstu u obou hodnot blízkých bodů konvergence, binokulární akomodační schopnosti a pozitivních fúzních rezerv. U stereoskopického prahu, fixační disparity, negativních fúzních rezerv a AC/A poměru byla zaznamenána změna ve formě poklesu měřených hodnot. 35

Tabulka 2: Průměry a směrodatné odchylky rozdílů navozených po 3D a po 2D FR (BO) [pD]

FR AC/A (BI) [pD/D] [pD]

0,27 4,36

-2,067 7,002

0,13 3,59

-0,18 0,70

2,4 4,2

0,17 4,65

-0,2 3,6

-0,21 0,82

Stereoskop. NPC1 NPC2 Fixační BAF práh [´´] [cm] [cm] disparita [´´] [cpm] Průměr Sm. odch.

1,6 8,9

0,17 1,41

Průměr Sm. odch.

-1,9 5,4

0,1 1,6

3D - před -0,57 5,84 2D - před 0,2 -0,57 1,5 5,14

0,42 1,82

Dále bylo pomocí t-testu sledováno, zda změna hodnocených veličin, navozená sledováním 2D a 3D filmu, se při 2D projekci významně liší oproti 3D projekci. Statisticky významný rozdíl mezi změnou po 3D a po 2D byl pouze u stereoskopického prahu (p = 0,034) a binokulární akomodační snadnosti (p = 0,005). Zatímco po sledování 3D filmu došlo k nárůstu stereoskopického prahu a poklesu BAF, po sledování 2D filmu byly změny opačné. U ostatních veličin nedošlo k žádné statisticky významné změně. Výsledky všech statistických srovnání jsou ve formě příslušných mezních hodnot významnosti uvedeny v tabulce 3. Tabulka 3: Mezní hodnoty hladiny významnosti p. V tabulce jsou uvedeny hodnoty porovnávané před a po 3D, před a po 2D a také rozdíly 3D - před s 2D – před. Červeně jsou uvedeny hodnoty p, při níž došlo k zamítnutí testované hypotézy o rovnosti dat. Stereoskop. NPC1 NPC2 Fixační BAF práh [´´] [cm] [cm] disparita [´´] [cpm] p

0,449

p

0,058

p

0,034

Před a po 3D 0,522 0,22 0,595 0,74 Před a po 2D 0,004 0,735 0,481 0,546 3D - před a 2D – před 0,005 0,707 0,546 1

36

FR (BO) [pD]

FR (BI) [pD]

AC/A [pD/D]

0,117

0,84

0,18

0,846 0,765

0,165

0,074 0,552

0,78

4.3 Diskuze V experimentální části bylo zkoumáno krátkodobé a jednorázové sledování 3D filmu s porovnáním 2D a jejich vztah k akomodačně-vergenčnímu systému. Cílem bylo zjištění ovlivnění vybraných funkcí akomodačně-vergenčního systému po shlednutí 3D projekce. Předpokládalo se, že 3D projekce vytváří nepřirozené podmínky pro vizuální vjem a různé požadavky na akomodačně-vergenční systém. Tento předpoklad se při krátkodobém sledování nepotvrdil. Většina parametrů se změnila nevýznamně. Statisticky významné změny byly pozorovány pouze u binokulární akomodační schopnosti a stereoskopického prahu, které ale nejsou v takovém rozsahu, aby byly klinicky významné. K největší změně došlo v hodnotě binokulární akomodační snadnosti, kdy tyto změny nastaly jak při porovnání 3D a 2D projekce, tak i jen po zhlednutí 2D filmu. Po shlédnutí 3D filmu ke změně nedošlo. Stereoskopický práh se změnil jen při vzájemném srovnání 3D a 2D projekce. Podobnou problematikou se zabývaly studie A.G. Solominiho. Tyto studie byly provedeny po shlédnutí 3D filmu v kině. Testování bylo provedeno formou dotazníku. Studie Angela G Solominiho a kolektivu [35] se zaměřuje na výskyt symptomů vyvolaných v průběhu a po shlédnutí komerčních 3D filmů v kině. Výzkum byl proveden formou dotazníku, který měl 23 otázek zaměřených nejen na vizuální vnímání, ale i na povahu a délku filmu, umístění diváka před promítacím plátnem kina a také před jakou dobou byl film viděn. Na příznaky (unavené oči, dvojité vidění, bolesti hlavy, závratě, nevolnost a bušení srdce) bylo dotazováno ve třech časových úsecích: během, hned po a dvě hodiny po filmu. Do výzkumu bylo zařazeno 907 účastníků. Ti byli ve věkovém rozmezí 18 až 65 let. Z toho uvedlo 602 účastníků alespoň nějaký symptom. Nejčastějším příznakem byly unavené oči a bolest hlavy udávané již během filmu. Dvě třetiny jedinců hlásili jeden nebo více příznaků během filmu a více než třetina hned po filmu. Většina jedinců nahlásila mírné příznaky, které rychle vymizely. V této studii je nejvíce hlášených symptomů z vizuální oblasti, což se podobá výsledkům z dřívějšího pozorování, které udávají, že dlouhodobé pozorování 3D vytváří vizuální únavu a nepříjemné pocity u diváků. Možným vysvětlením je konflikt akomodace a konvergence. Může to ale také souviset s intenzivnějšími pohyby očí při sledování 3D filmu v porovnání s 2D. Ve studiích Hakkinena s kolegy [37] bylo dokázáno, že diváci při sledování 2D filmu mají tendenci se soustředit na herce, zatímco 37

při sledování 3D filmu diváci sledovali více cílů, jako jsou stereoskopické struktury a objekty bližší než herci. Další studie zabývající se 3D viděním je také od Angela G Solominiho a kolektivu [36] Tato studie si klade za cíl porovnání frekvence a intenzity nevolnosti, dezorientace, zrakové nepohody a jiných příznaků po shlédnutí 2D filmu a 3D filmu v kině. Do studie se zapojilo celkem 497 osob. Účastnící byli ve věku 18-65 let. Testování bylo prováděno formou dotazníku, který měl tři části. První část byla zaměřena na fyziologické parametry (věk, pohlaví, rodinný stav a další), použití brýlí nebo kontaktních čoček při sledování filmů, denní návyky užívání počítače nebo videoher a také zda nejsou přítomny běžně příznaky, jako je bolest hlavy, nevolnosti, závratě a podobně. Druhá a třetí část dotazníku byly shodné a skládaly se z 16 otázek zaměřených na příznaky tří typů a to: nevolnost, zrakové potíže a únava očí či bolesti hlavy. Každý účastník vyplnil první část dotazníku a byl vyzván ke shlédnutí filmu ve 2D i 3D v následujících 3 týdnech. Druhá a třetí část dotazníku se vyplňovala vždy před a po shlédnutí filmu. Účastník měl také za úkol napsat název filmů, dobu kdy film viděl a také měl ohodnotit na stupnici, jakou věnoval filmu pozornost. V této studii došli k závěru, že sledování 3D filmů může vést k nevolnosti, zrakovým potížím typu rozmazané nebo dvojité vidění a únavě očí či bolestem hlavy. Je to však přirovnáno k jízdě na horské dráze, kdy pro většinu jedinců i přes zmíněné příznaky je vnímání této jízdy zážitkem a potěšením. Tyto příznaky mohou být ovšem vnímány jako rušivé a nesnesitelné a to zvláště u vnímavých žen s citlivějším vizuálněvestibulárním systémem. Z těchto studií je patrné, že 3D projekce vyvolává nepříjemné subjektivní pocity, jako jsou unavené oči, dvojité vidění, bolesti hlavy a třeba i nevolnost. To jsou ovšem příznaky, které se objektivně hodnotit nedají. Naše studie byla proto zaměřena na objektivně měřitelné parametry akomodačně-vergenčního systému. Zde nedošlo ke klinicky prokazatelným změnám, které by potvrzovaly předem stanovené předpoklady. Důležité je poukázat na odlišnost podmínek prováděných výzkumů. V publikovaných studiích byl použit větší statistický vzorek s větším věkovým rozptylem. Dále byla projekce 3D filmu zprostředkována pomocí kina. To mohlo zásadně ovlivnit odlišnost výsledků. Ve studiích nebylo popsáno, jaká technologie byla v kině využita k vytvoření 3D efektů. Dá se předpokládat, že bylo použito pasivní polarizace nebo kombinace 38

pasivní a aktivní polarizace. Dalším odlišným faktorem je vzdálenost, ze které byla 3D projekce sledována. V našem případě byl výzkum proveden do blízka na předem stanovenou vzdálenost. Kdežto v publikovaných studiích neměli účastnící stanovenou přesnou pozici před plátnem. Jsem si ovšem vědoma toho, že i čas sledování 3D projekce může mít vliv na výsledky. Naše studie byla zaměřena na krátkodobé sledování. K jakému ovlivnění a jakým změnám by došlo po dlouhodobé projekci, může být tématem k dalšímu zkoumání.

39

ZÁVĚR Nárůst množství elektroniky, která umí vytvořit 3D vjem, zaznamenal i nárůst problémů se sledováním těchto technik. Vizuální nepohodlí může být způsobeno nedokonale vyvinutým binokulárním viděním, nesprávným nastavením uživatele vůči přístroji, ale také navozením nepřirozeného akomodačně-vergenčního vztahu. Tyto faktory byly rozhodující pro vytvoření této práce. Diplomová práce je rozdělena do dvou stěžejních částí, a to na teoretickou a praktickou část. V teoretické části jsou popsány podmínky, při nichž dochází ke vzniku binokulárního vidění a jeho vývoj. Dále je shrnuto vnímání prostoru jak monokulární, tak binokulární. Zde je popsána stereopse, která je nezbytná pro vznik prostorového vjemu. Stěžejní kapitolou v teoretické části je popis metod, které umožňují prostorovou projekci. Nejdříve je zařazeno něco o historickém vývoji 3D technik a poté jsou jednotlivé techniky popsány. Je sem zařazen stereoskop, anaglyf, polarizační technologie, autostereogramy a také v dnešní době nejmodernější přístup získání 3D obrazu bez použití speciálních brýlí. Praktická část je věnována výzkumu vlivu krátkodobé a jednorázové 3D projekce na akomodačně-vergenční systém. Do výzkumu bylo zařazeno 30 účastníků. Každý účastník shlédl jednou 3D a jednou 2D film na stejném notebooku, za stejných podmínek. Bylo měřeno několik vybraných veličin akomodačně-vergenčního systému plus stereoskopický práh. Měření bylo prováděno u každého účastníka celkem třikrát (před, po 3D a po 2D). Sledovaná data byla vyhodnocena pomocí dvou-výběrového párového t-testu. Ke statisticky významným změnám došlo pouze u binokulární akomodační schopnosti a to po shlédnutí 2D filmu. Při porovnání vlivu 3D a 2D projekce byly zaznamenány statisticky významné změny u stereoskopického prahu a binokulární akomodační schopnosti. Zjištěné změny byly malého rozsahu, proto z klinického hlediska se dají považovat za zanedbatelné. U jiných parametrů nebyly prokázány statisticky významné změny. Závěrem se dá říci, že krátkodobé sledování 3D filmu pomocí aktivní polarizační technologie nemá žádný klinicky významný vliv na akomodačně vergenční systém. Z porovnávaných studií ale vyplývá, že sledování 3D může působit subjektivní nepohodlí, jako jsou unavené oči, dvojité vidění, bolesti hlavy a jiné. Toto se nám v naší studii nepotvrdilo. 40

SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY [1]

ROZSÍVAL PAVEL a kolektiv: Oční lékařství, Nakladatelství Galén, 2006 Praha, ISBN 80-7262-4040

[2]

LEVIN L.A., NILSSON S.F.E., VER HOEVE J., WU S.M.: Adler´s physiology of the eye ,eleventh edition, Saunders, 2011 Elsevier, ISBN 978-0-323-05714-1

[3]

STIDWILL DAVID and FLETCHER ROBERT: Normal binokular vision: theory, investigation and practical aspects, Wiley-Blackwell, 2011 Blackwell, ISBN 978-1-4051-9250-7

[4]

PLUHÁČEK FRANTIŠEK: Normální binokulární vidění - prezentace k předmětu Binokulární vidění, Katedra optiky PřF UP v Olomouci

[5]

TUNNACLIFFE ALAN H.: Introduction to visual optics, 4th edition, Association of British Dispensing Opticians, 1993 Canterbury, ISBN: 0-9009928-3

[6]

KUCHYNKA PAVEL a kolektiv: Oční lékařství, Grada publishing, 2007 Praha, ISBN 978-80-247-1163-8

[7]

GROSVENOR THEODORE: Primary care optometry, 5th edition, ButterworthHeinemann, 2007 St. Louis, ISBN 978-0-7506-7575-8

[8]

VLKOVÁ E., PITROVÁ Š., VLK F.: Lexikon očního lékařství: výkladový ilustrovaný slovník, Prof. Ing. František Vlk, DrSc., nakladatelství a vydavatelství, 2008 Brno, ISBN 978-80-239-8906-9

[9]

POLÁŠEK J. a kol.: Technický sborník oční optiky, Nakladatelství technické literatury ve Středisku interních publikací, vytiskla Státní tiskárna, n. p., závod 3, Jungmannova 15, Praha 1, 1975 Praha, SIP-41304/03112-301-05-2

[10] PLUHÁČEK FRANTIŠEK: Vyšetřovací postupy BV a akomodace - prezentace k předmětu Korekce zraku 2, Katedra optiky PřF UP v Olomouci [11] EVANS BRUCE J.W.: Pickwell´s Binocular vision anomalies, fifth edition, Elsevier Butterworth- Heinemann, 2007 Edinburgh, ISBN 978-0-7506-8897-0

41

[12] SCHEIMAN MITCHELL, WICK BRUCE: Clinical management of binokulár vision: Heterophoric, Accomodative, and Eye Movement Disorders, Third edition, Lippincott Wiliams & Wilkins, 2008 Philadelphia, ISBN 978-0-78177784-1

Internetové zdroje [13] Historie stereoskopie http://www.produkter.nu/ystad/3D-historik.htm [14] Historie stereoskopie http://3dalps.wordpress.com/stereoscopy-a-brief-history/ [15] Historie stereoskopie http://www.stereoscopy.com/library/wheatstone-paper1838.html [16] Stereoskop http://en.wikipedia.org/wiki/Stereoscopy [17] Stereoskop http://www.stereoscopy.com/library/holmes-stereoscope-stereograph.html [18] HMD http://en.wikipedia.org/wiki/Head-mounted_display [19] Anaglyf http://nzphoto.tripod.com/sterea/anaglyphs.htm [20] Anaglyf http://en.wikipedia.org/wiki/Anaglyph_image [21] Vektograf http://www.stereoscopy.com/faq/vectographs.html [22] Polarizace obecně http://fyzweb.cuni.cz/dilna/krouzky/3Dfot/podr1.htm [23] Polarizace obecně http://fyzika.jreichl.com/main.article/view/462-polarizace-svetla 42

[24] Pasivní polarizace http://cs.gali-3d.com/stereoskopie-pasivni-3d/ [25] Pasivní polarizace http://www.3dtvtechnology.org.uk/polarization [26] Pasivní polarizace http://www.3dtvtechnology.org.uk/passive-3d [27] Aktivní polarizace http://en.wikipedia.org/wiki/Liquid_crystal_shutter_glasses [28] Aktivní polarizace http://www.3d-display-info.com/3d-technology [29] Spojení aktivní a pasivní polarizace http://cs.gali-3d.com/stereoskopie-3d-modulator/ [30] Autostereogram http://www.scholarpedia.org/article/Autostereogram [31] Autostereogram http://en.wikipedia.org/wiki/Autostereogram [32] 3D bez brýlí http://noel.feld.cvut.cz/vyu/a2b31hpm/index.php/U%C5%BEivatel:Melectom [33] 3D bez brýlí http://sp.cs.tut.fi/mobile3dtv/technology/displays.shtml [34] Ergonomie těla u počítače http://gigaom.com/2007/07/26/monitor-your-er/

43

Použité studie [35] SOLIMINI ET AL.: A survey of visually induced symptoms and associated factors in spectators of three dimensional stereoscopic movies. BioMed Central Public Health 2012, 12:779 [36] SOLIMINI ET AL.: Are There Side Effects to Watching 3D Movies? A Prospective Crossover Observational Study on Visually Induced Motion Sickness. PLOS ONE 2013 [37] HAKKINEN J, KAWAI T, TAKATALO J, MITSUYA R, NYMAN G: What do people look at when they watch stereoscopic movies? Proceedings of SPIEThe International Society for Optical Engineering 2010, 7524:75240E

44

SEZNAM OBRÁZKŮ 1.

Teoretický horopter PLUHÁČEK FRANTIŠEK: Normální binokulární vidění - prezentace k předmětu Binokulární vidění, Katedra optiky PřF UP v Olomouci

2.

Panomův areál a Panomův prostor PLUHÁČEK FRANTIŠEK: Normální binokulární vidění - prezentace k předmětu Binokulární vidění, Katedra optiky PřF UP v Olomouci

3.

Monokulární vnímání směru PLUHÁČEK FRANTIŠEK: Normální binokulární vidění - prezentace k předmětu Binokulární vidění, Katedra optiky PřF UP v Olomouci

4.

Směrová hodnota PLUHÁČEK FRANTIŠEK: Normální binokulární vidění - prezentace k předmětu Binokulární vidění, Katedra optiky PřF UP v Olomouci

5.

Stereoskopická paralaxa PLUHÁČEK FRANTIŠEK: Normální binokulární vidění - prezentace k předmětu Binokulární vidění, Katedra optiky PřF UP v Olomouci

6.

Ruční stereoskop http://www.motorradphilosophen.de/3d_wahrnehmung/tiefenwahrn.html

7.

Anaglyf http://yellowishhaze.deviantart.com/art/Autumn-10-3D-Anaglyph-102579869

8.

Anaglyfní brýle https://www.berezin.com/3d/3dglasses.htm

9.

Polarizace světla http://fyzika.jreichl.com/main.article/view/465-polarizace-polaroidem

10. Vektograf- stereotest „moucha“ https://www.bernell.com/product/VA1056/583 45

11. Brýle na aktivní polarizaci NVIDIA http://techreport.com/review/16313/nvidia-goes-stereoscopic-with-geforce-3dvision 12. Autostereogram a jeho výsledný vjem http://www.metalpenguen.com/works.htm 13. Autostereoskopický displej http://pc.toshiba-asia.com/sg/press/Toshiba_Unveils_the_7cT02s 14. Sledování 3D filmu Vlastní tvorba- fotografie 15. Wesson card s vyznačeným vjemem pro pravé a levé oko Vlastní tvorba- fotografie 16. Binokulární akomodační schopnost Vlastní tvorba- fotografie

46

PŘÍLOHY Informace a informovaný souhlas pro účastníky výzkumné studie Název výzkumné studie:

Vliv 3D technologií na vidění

Vedoucí výzkumné studie:

RNDr. Mgr. František Pluháček, PhD. Katedra optiky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita

Palackého v Olomouci 17. listopadu 12, 771 46 Olomouc

e-mail: [email protected] Řešitel:

Bc. Iva Hloušková Katedra optiky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci 17. listopadu 12, 771 46 Olomouc

Informace o výzkumné studii: V této studii bude sledován rozdíl vlivu 2D a 3D moderních zobrazovacích technologií na vidění. Cílem studie je zjistit, zda má krátkodobé používání 3D technologií vliv na akomodačně - vergenční systém. Kritéria pro výběr subjektů: proband musí být starší 15 let a mladší 35 let. Nesmí mít žádné oční onemocnění spojené s poruchou prostorového vnímání. Účastník studie vyplní údaje o sobě (viz informovaný souhlas), budou mu přeměřeny schopnosti prostorového vnímání. Poté účastník shlédne 3D film na notebooku ASUS G51J s aktivními polarizačními brýlemi po dobu cca 30minut. Poté proběhne opětovné přeměření schopností vnímat prostorově. Následně s odstupem nejméně jednoho dne proběhne druhá část testování. Účastník shlédne 2D film na notebooku ASUS G51J (cca

47

30 min) a proběhne další přeměření schopností vnímat prostorově. Naměřené hodnoty budou následně zpracovány a vyhodnoceny. Výhody: Účastník na výzkumné studii přispívá k rozvoji poznatků v oblasti optometrie. U účastníků bude v rámci studie proveden screening prostorového vnímání. Informace získané v této studii slouží jako materiál pro výzkumnou část diplomové práce s názvem Vliv 3D technologií na vidění. Výsledky prováděné studie budou zveřejněny v rámci této práce, popř. v odborné literatuře a mohou být prezentovány na odborných konferencích. Dále budou sloužit jako podklady pro další výzkum. Všechna výzkumem zjištěná data budou vždy prezentována anonymně, tedy bez uvedení identity účastníka.

Popis výzkumných procedur: Testování bude provedeno v laboratoři optiky na Přírodovědecké fakultě UP Olomouc. Studie bude prováděna na 3D notebooku ASUS G51J s 3D polarizačními brýlemi. Bude použit 2D a 3D film Alenka v říši divů. Měření bude prováděno neinvazivními metodami. Proband by neměl alespoň 1 hodinu před měřením namáhat oči na moderních technologiích (pc, televizor, tablet a jiné). Každý účastník podstoupí výše popsanou sérii měření jen jednou. Rizika účasti ve studii: Při sledování 3D televize může mít účastník nepříjemné pocity, jako jsou: slzení a pálení očí, bolest a točení hlavy, bušení srdce, případně celková nevolnost a další K této Informaci je přiložen formulář Informovaného souhlasu účastníka s účastí na studii. Souhlas s Vaší účastí ve studii výzkumu vyjádřený Vaším podpisem tohoto dokumentu před zahájením testování je především prohlášením o dobrovolnosti účasti a o vědomí práva kdykoliv souhlas s další účastí ve studii odmítnout. Toto případné odmítnutí neovlivní jakkoli negativně další vztah mezi vedoucím či řešitelem studie a Vámi. Tato zásada platí i v případě, že nebudete souhlasit ani s Vaším vstupem do výzkumné studie. 48







Informovaný souhlas s účastí na výzkumné studii

Jméno:

_________________________________

Příjmení:

_________________________________

Pohlaví:

_________________________________

Věk:

1) Tímto souhlasím s účastí na výzkumné studii Vliv 3D technologií na vidění 2) Byl(a) jsem informován(a) o cílech výzkumu, o vyšetřovacích metodách a vyšetřeních, které mi budou prováděny a o náročnosti výzkumné metody zvolené pro toto měření. 3) Byl(a) jsem informován(a) o fyzické náročnosti a případných rizicích metody výzkumu. 4) Byla jsem informována, že moje účast ve výzkumu je zcela dobrovolná a může být kdykoli zrušena bez jakýchkoliv sankcí. 5) Všechny údaje získané v rámci tohoto výzkumu budou zpracovávány, prezentovány či publikovány bez uvedení osobních dat účastníka (tj. anonymně). Tyto údaje mohou být využity pouze pro studijní, publikační a výzkumné účely pověřeným studentům a pracovníkům katedry optiky Přírodovědecké fakulty Univerzity Palackého v Olomouci.

V Olomouci dne: ____________________ podpis:

49

__________________________