Стереоскопия – это вход в мир иллюзий. Однако, ступив в его манящие пределы, люди давно уже прошли путь от этапа беспечных развлечений к этапу серьёзных научных исследований. Проводником в этой странной вселенной для них стал стереоскоп. Так называют устройство для просмотра стереопары, каждое изображение которой предназначено для одного глаза, создавая иллюзию единого трёхмерного пространства.
История первых стереоскопов
Основы пространственной геометрии – стереометрии – были заложены ещё в IV веке до нашей эры древнегреческим математиком Эвклидом. Но ему ещё не хватало знаний для понимания самого процесса, что необходимы два глаза, чтобы получить пространственный зрительный эффект.
Первые устройства предлагали полюбоваться глубиной не сфотографированного, а нарисованного мира. Таким был щелевой стереоскоп, который в 1829 году продемонстрировал некий мистер Эллиот из Эдинбурга. Будучи учителем математики, Эллиот неплохо разбирался в пространственной геометрии, что помогло ему сконструировать устройство, помещённое в 18-дюймовый корпус. Стереоизображения показывались через щель в перегородке. Эффект (см. иллюстрацию выше) достигался тем, что левый глаз смотрел на правую картинку, а правый – на левую. Ряд исследователей считает, что мистер Эллиот – это всего лишь выдумка, которую озвучил Дэвид Брюстер, который также внёс весомый вклад в дело развития стереоскопии.
Такие исследователи отдают приоритет в создании стереоскопа не Эллиоту, а Уитстону, использовавшему для своих конструкций как отражающие зеркала, так и с преломляющие призмы. По чертежам Уитстона сами устройства собрал в 1832 году оптик Р. Мюррей. Принцип этих устройств в 1833 году упомянул в книге «Очерки физиологии человека» Герберт Мэйо. Сам сэр Чарльз Уитстон впервые показал свои стереоскопы в Королевском колледже Лондона лишь 21 июня 1838 года, так как занимался множеством процессов, и оптические эксперименты не имели для него наивысший приоритет.
Как видно по иллюстрации выше, рисунки стереопары зритель видел через зеркала, расположенные перед его глазами под углом 45°. А друг с другом эти зеркала ставились перпендикулярно, перенаправляя свет от двух картинок на противоположных боковых стенках устройства. Когда каждый глаз видит лишь предназначенное ему изображение плоского объекта, сознание иллюзорно воспринимает поступающие сигналы как реальный трёхмерный объект. Фотодело тогда ещё только зарождалось, поэтому художникам приходилось тщательно вырисовывать каждую из половинок стереопары, чтобы стереоскоп мог продемонстрировать возможности бинокулярного зрения. Впечатление было волшебным, поэтому устройство Уитстона воспринималось не как оптический прибор, а как затейливый аттракцион. Достоинством данного стереоскопа было то, что стереопара могла включать в себя картинки большого размера.
Зачем же Дэвиду Брюстеру мог понадобится «мистер Эллиот» (если гипотеза о его выдумке имеет под собой основания)? Чтобы отобрать у Уитстона приоритет изобретения стереоскопа. Своё устройство Дэвид Брюстер (David Brewster), в активе которого было создание калейдоскопа, предложил достаточно поздно – в 1849 году. Стереопара была прямой, а зритель смотрел на неё через призматические линзы, служившие окулярами. Теперь зрителю не приходилось напрягать глаза. Если Брюстер и не изобрёл сам принцип стереоскопии, то портативный линзовидный стереоскоп – его несомненная заслуга.
Сделать прибор компактным было очень выгодно с коммерческой точки зрения. К сожалению, коммерческой жилкой сам Брюстер не обладал, поэтому ему пришлось продать права на выпуск устройства французу Жюлю Дюбоску (Jules Duboscq). Очень скоро Брюстеру пришлось сильно пожалеть об этой сделке. На Всемирной выставке 1851 года, проходившей в Лондоне, стереоскопом заинтересовалась сама королева Виктория. Дюбоск и не собирался замалчивать роль Брюстера, для чего пригласил его самого демонстрировать стереоскоп королеве, но производство Брюстеру уже не принадлежало. Большой заслугой Дюбоска в деле стереометрии стало объединение стереоскопа и фотографии, так как снимки давали больший эффект, чем рисунки. С этого момента и начался расцвет стереоскопов. Вскоре количество стереоскопов достигло четверти миллиона, а число стереокарт, стереопар или стереографов и вовсе не поддавалось подсчётам.
В 1861 году американский врач Оливер Венделл Холмс-старший (Oliver Wendell Holmes Sr.) оптимизировал конструкцию, создав версию стереоскопа, которая стала основой для выпуска устройств на грядущие десятилетия. Патентовать своё изобретение он не стал, сделав его общественным достоянием. Серийный выпуск этой версии с небольшими изменениями осуществил оптик Джозеф Бейтс, из-за чего в ряде источников это устройство именуют «стереоскоп Холмса-Бейтса». Оно получилось очень простым. Футляр убрали за ненадобностью, оставив только соединённые меж собой держатель призматических окуляров с тубусом для лица и подставку для стереопары. Причём, перемещая окуляры по соединительной рейке, можно было подстроить стереоскоп для людей с нарушениями зрения. Этот лёгкий стереоскоп удерживался одной рукой. Эта конструкция стала самой массовой за всю историю стереоскопов, а некоторые компании небольшими тиражами в качестве занимательного ретро-артефакта выпускают её и сейчас.
Стереоскоп с комплектом изображений
От сменной стереопары стереопары до стереоскопа, внутри которого находилось бы несколько картинок для последовательного показа, оставался один шаг. Его совершил в 1855 году Антуан Клоде, запатентовав конструкцию, где смену картинок обеспечивало вращение ручки. Уже через два года более удачную версию предложил Александр Беккерс. Внутри его устройства вращался ремень, на который крепили до полусотни карточек или стеклянных пластин, а напольные аналоги такого стереоскопа вмещали сотню, а то и две, различных изображений. Упоминание стекла здесь не случайно. Во Франции освоили технологию печати изображений на стекле, и стеклянные стереопары долгое время были здесь куда популярнее, чем фотографии на картоне. В таких стереоскопах использовался контейнер для пластинок. Поворот рукоятки обеспечивал перевод пластинки из контейнера на площадку для просмотра. Далее пластинка взвращалась в контейнер, а её сменяла следующая. Наибольшее распространение получил запатентованный Жюлем Ришаром в 1899 году «Таксифот».
Массовость стереометрии добавили коллективные просмотры, которые обеспечивал фотопластикон или Kaiserpanorama («Императорская панорама»). Это устройство изобрёл немецкий физик и предприниматель Август Фурманн (August Fuhrmann). Первое заведение для публики он открыл в 1880 году в Бреслау (ныне Вроцлав). Фотопластикон представлял собой высокий барабан, на боку которого располагались 24 и 25 парных окуляров. Через них зритель смотрел на стеклянные стереопары, которые подсвечивались сначала газовыми, затем электрическими лампами. Публике обычно демонстрировались виды экзотических мест и знаменитых городов. Несмотря на несовершенство конструкции, стереоизображение рождало эффект личного присутствия. Успех был столь ошеломляющим, что Фурманн уже в 1883 году перебрался в Кайзеровский пассаж столицы Германской империи. Распространение фотопластикона продолжилось на основе продажи лицензии, и к 1910 Кайзер-панорамой могли гордиться 250 городов, а общее число демонстрируемых изображений приближалось к ста тысячам.
Лишь развитие кинематографа оставило триумфальное шествие фотопластиконов по планете, но и сейчас их можно отыскать в различных музеях мира. А открытая в 1905 году Кайзер-панорама Варшавы действует до сих пор на том же самом месте. В её коллекции около семи тысяч стереопар, примерно треть из которых демонстрирует исторические виды столицы Польши.
«Прежде чем кино начало формировать собственную аудиторию, изображения (которые уже перестали быть неподвижными) с успехом демонстрировались в Кайзеровской панораме. Зрители находились перед стереоскопами (по одному на каждого посетителя). Отдельные изображения автоматически появлялись перед окулярами, ненадолго останавливались, а затем уступали место другим. Даже Эдисону пришлось работать с подобными устройствами, когда он демонстрировал первую плёнку (ещё до того, как стал известен киноэкран и метод проецирования) небольшой аудитории с помощью аппарата, в котором разворачивалась последовательность изображений».
Походы в кино навечно прописались в литературе, но и фотопластиконы можно отыскать на страницах книг. Кайзер-панораму упоминали Герман Брох (трилогия «Лунатики») и Вальтер Беньямин («Берлинское детство на рубеже веков» и «Улица с односторонним движением»). Последняя немецкая Kaiserpanorama закрылась в 1939 году.
Принцип работы стереоскопа
Основа – это две картинки или фотографии одного и того же объекта, сделанные под немного различающимися углами: по одной для каждого глаза. Наши глаза, действительно, видят объекты под разными углами, что позволяет достаточно точно определять расстояние на местности и воспринимать глубину.
Стереоскоп направляет каждый глаз на свою фотографию стереопары, из-за чего создается естественный эффект видения вещей в трех измерениях. Большое значение отводится линзам, так как значение их положительной кривизны способно переместить точку фокусировки с реальных 30-40 сантиметров практически в бесконечность (хотя и иллюзорную). Конструкция стереоскопа должна обеспечивать фокусировку именно на разделённых изображениях стереопары, так как постороннее окружение может снизить 3D-эффект (зритель видит только объекты, сформированные под разными углами обзора).
Стереопару надо бережно хранить, так как пятна или царапины на одном из её снимков будут мешать сознанию выстроить иллюзорную глубину. При этом глаза зрителя быстро устают, а некоторые даже жалуются на головные боли при длительном присмотре изношенных стереопар.
Стереоскопы ХХ века
Кино победило, исключив «объёмные картины» из популярных зрелищ для публики. Но возрождению стереоскопов и на этот раз помогло фотодело. Всё изменило изобретение обращаемой (позитивной) фотоплёнки. Она разрезалась на отдельные кадры, которые вставлялись в картонные или пластмассовые рамки, образуя диапозитивы. Но там, где рынок завоевал одиночный кадр, логично было появление и стереопары. В 1931 году фирма Tru-Vue предложила портативный стереоскоп из бакелита для демонстрации чёрно-белых изображений на 35-мм плёнке.
Однако революцию на рынке совершила торговая марка View-Master компании Sawyer's после изобретения обращаемой цветной плёнки Kodachrome. Когда плёнка достаточно подешевела, Эдвин Юджин Майер и Гарольд Грейвс совместно с Уильямом Грубером придумали способ размещать 16-мм кадры цветной плёнки внутри картонного круга с вырезанными окошками. Сразу же была изобретена и конструкция стереоскопа, в который этот круг заряжался. Рабочий комплект экспонировался на Всемирной выставке в Нью-Йорке (1939 г.) с пометкой «Заявка на патент». Так как первоначально изобретатели думали, что создают нечто, схожее с видовой фотооткрыткой, картонные диски поступали в фотостудии, магазины канцелярских товаров и сувенирные лавки. Поэтому львиную долю ранних партий составляли красочные изображения Карловых Вар и Гранд-Каньона.
Диск View-Master содержит семь стереопар (14 кадров), предстающих перед окулярами путём вращения диска. Смена картинок осуществлялась нажатием рычажка, благодаря которому диск вращался на нужное расстояние. Сам стереоскоп постоянно совершенствовался, дополняясь различного типа подсветкой. Появились даже стереоскопы со звуковым сопровождением дисков. Большой удачей для компании Sawyer's стала покупка той самой Tru-Vue. Это не только устранило конкурента, но и дало компании права на использование в стереопарах диснеевских персонажей, которые когда-то были приобретены Tru-Vue. Сцены из мультфильмов до сих пор выпускаются на дисках View-Master вместе с живописными видами (замки долины реки Луары, пещеры, пейзажи), которыми торгуют магазинчики на туристических маршрутах.
В 1947 году в мир стереофотографий революционно ворвались камеры и системы просмотра Stereo Realist, разработанные компанией Дэвида Уайта. Для слайдов использовали всё ту же Kodachrome или её 35-миллиметровые аналоги. Преимуществом этого стереоскопа было небольшое расстояние от окуляров до стереопары, которое позволила сократить подсветка. Новинка завоевала Западный мир столь стремительно, что конкуренты (Revere, Bell and Howell, Three Dimension Company и Kodak) смогли предложить свои устройства только в начале 1950-х гг.
За это время Дэвид Уайт создал целую сеть, наподобие фотосалонов, которая оказывала услуги от проявления плёнки до компоновки стереопар. Он же начал выпускать аксессуары для тех, кто желал пройти весь цикл самостоятельно. К сожалению, мода схлынула уже к середине десятилетия, а к 1960 году компания Дэвида Уайта, как и в начале пути, осталась на рынке устройств Stereo Realist в гордом одиночестве.
Жители СССР покупали стереоскоп «Стереомат», поставляемый Германской Демократической Республикой. Если сам стереоскоп в продаже был далеко не всегда, то немецкие стереопары из шести сюжетов, часто составляющих общую историю, можно было приобрести практически в любом «Детском мире». В таком формате их выпускала фирма Kamenz. В основном продавались стереопары двух серий - MS (сюжеты различных сказок) и TS (сюжеты о жизни мишек Тедди).
Стереоскопы и виртуальная реальность
Эпоха компьютерной графики не могла оставить в стороне стереоизображения, так как в тех же играх разработчики стараются добиться максимальной совместимости. Но вместо классической статики здесь на первый план выходит динамика. Принцип остаётся тот же самый, но каждому глазу предназначенный для него дисплей показывают уже не просто картинку, а фильм – последовательность изображений. Стереоскоп здесь уступил место шлему виртуальной реальности и очкам виртуальной реальности. Такие устройства могут снабжаться гироскопическим или инфракрасным датчиком положения головы для усиления зрительного эффекта. Хотя большинство подобных устройств может отображать лишь запрограммированное изображение в виде компьютерной графики, уже предпринимаются попытки совместить его с настоящим миром (принцип дополненной реальности). Кроме игр такие стереоскопы нового поколения используются на тренажёрах для обучения водителей, машинистов, лётчиков и спортсменов. В медицине их применяют для изучения томографических снимков. Уже есть разработки для армии, полиции и пожарной службы. Но это уже будет рассказ об устройствах совсем иного плана, чем пара окуляров, направленных на две пожелтевшие от времени фотографии стереопары.
Но тут проснулась фирма Mattel, которая в феврале 2015 года привлекла Google для создания новой версии View-Master, чтобы виртуальную реальность можно было увидеть на экране смартфона. Теперь это уже не просто последовательность стереопар, а круговые панорамы, 3D-миры и даже мини-игры. В 2016 году появилась обновлённая версия этих программ, но что-то пошло не так, и через три года View-Master VR перестали выпускать. Однако Mattel не сдаётся. На основе View-Master теперь подразделение этой компании собирается снимать художественный фильм. Для этого задействуется собственная киностудия, а помогать ей будет знаменитая MGM – Metro-Goldwyn-Mayer.
