Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

2D-3D számítógépes grafika

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "2D-3D számítógépes grafika"— Előadás másolata:

1 2D-3D számítógépes grafika
BME Építészmérnöki Kar Építészeti Ábrázolás Tanszék Előadó: Batta Imre Látás

2 Bevezető Fotó: Steve McCurry, National Geographic Society - National Geographic.com

3 Tárgy tematika Szín- és formalátás Térlátás, képi ábrázolás Színmértan
Mintavétel elmélete RGB rendszerek (video) CYM rendszerek (nyomtatás) Pixelgrafika (2 ea.) CAD Látványkészítés (3 ea.)

4 Tartalom Tárgy: az emberi látórendszer működése. Bevezető
Fény fizikai paraméterei és az vizuális érzet összefüggései Szem optikai jellemzői Felbontás, diffrakció, kromatikus aberráció Szem evolúciója Szem felépítése, retina sejtjei Éjszakai és nappali látás Fényérzékelés Fényérzékelés biokémiája (opsin & retinal) Színérzékenységi görbék Univariancia elv Színérzékelés két csappal Szín pszichofizikai jellemzői Színérzékenység 2 és 3 csappal Jelfeldolgozás Receptorok eloszlása a retinán Érzékelő mező Világosság opponencia Szín opponencia Színlátás Összefoglalás Két elmélet: Helmholtz & Hering

5 Látható EMS hullámhossza 380-780 nm
λ hullámhossz (m) 10 -13 10 -12 10 -11 10 -10 10 -9 10 -8 10 -7 10 -6 10 -5 10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 1 10 -1 10 -2 10 -3 10 -4 Gamma Röntgen Mikró Radar Rádió Ultraibolya Fény Infravörös 0.36x10-6 rövid közép hosszú 0.83x10-6 Az elektromágneses sugárzás széles spektrumából a 100 nm-től (1nm = 10-9m) 1 mm-ig terjedő hullámhossztartomány elnevezése optikai sugárzás. Azon belül a 360–380 nm-től a 780– 830 nm közötti sávot a szemünkkel képesek vagyunk érzékelni. Ezt a látható EM sugárzást köznapi szóhasználattal nevezzük fénynek. A rövidebb hullámhosszúságú, 100 nm – 380 nm-es tartományt ultraibolya (UV), a 780 nm-től 1 mm-ig terjedőt pedig infravörös (IR) sugárzásnak nevezik. Az emberi szemben található fényérzékelő idegsejtek (receptorok) érzékenységi tartományaira tekintettel, a neurobiológia a látható spektrumot rövid, közép és hosszú hullámhossz sávra osztja tovább. A rövid hullámhosszú sugárzást kék, a középsőt sárgászöld, a hosszút vörös színűnek érzékeljük.

6 Spektrális energia-eloszlási görbe
A napfény és a természetes tárgyakról visszatükröződő fény hullámhossz-összetétele és különböző hullámhosszakon sugárzott energiája változó. Az összetételt a spektrális energia-eloszlás jellemzi, amely a sugárzásban az egységnyi hullámhosszak EM energia mennyiségeit mutatja. A különféle eloszlások különféle színingert keltenek. Két különböző eloszlás eredményezhet azonos színingert is. Ezek az un. metamer színek: színérzetük azonos, spektrális eloszlásuk azonban különböző. Az eloszlás lehet monokromatikus (pl. lézerfény), vonalas (pl. higanygőz lámpa), és folytonos (pl. napfény). Relatív teljesítmény 300 400 500 600 700 800 λ Hullámhossz Egy nevezetes spektrális energia-eloszlási görbe: CIE D65 szabványos fehér fény (napfény), korrelált színhőmérséklet 6504 K. Szén Wolfram Tórium

7 Spektrális energia-eloszlási görbe
Nyomtatótinták SEE görbéi Fehér Cián Magenta Sárga 1 1 1 1 RW(λ) RC(λ) RM(λ) RY(λ) 400 700 400 700 400 700 400 700 Kék (Cián + Mag) Zöld (Cián + Sárga) Vörös (Mag. + Sárga) Fekete (Cián + Mag. + Sárga) 1 1 1 1 RCM(λ) RCY(λ) RMY(λ) RCMY (λ) 400 700 400 700 400 700 400 700 Tintasugaras nyomtatóval készített színminták mért SEE görbéi. Forrás: Baqai, Agar, Allebach: Digital Color Halftoning. Signal Processing Magazine, 2005.

8 Szín - világosság Szín = szín + világosság, két összetartozó vizuális érzet – a fény két tulajdonsága. 1. Szín (színárnyalat & színesség): a fény (visszaverődés vagy kibocsátás) spektrális összetétele. A szín az anyagok állandó tulajdonsága.* 2. Világosság: fény adott összetétel mellett változó teljesítménye. A világosság a környezettől függően változó.** Funkcionális szegregáció: a szín- és világosságértelmezés az agykéreg anatómiailag elkülönült területein történik. (Cerebral Dyschromatopsia) * Az élőlények életterében, szokásos megvilágítási körülmények között. ** Változó megvilágítás, árnyék stb. Azonos világosságú színek A színlátást és a színtelen (akromatikus) látást az evolúció során változó követelmények határozzák meg: alacsony megvilágítás (éjszaka, mélytengeri környezet) nappali megvilágítás, idegrendszer fejlődése.

9 Szín - világosság Semir Zeki: Visual Art and the Visual Brain, The Woodhull Lecture 1995, The Proceedings of the Royal Institution of Great Britain Vol. 68, pages (1997) Fig. 3 A subject is placed in a Positron Emission Tomography (PET) scanner, which detects increases in cerebral blood flow. Whilst in the scanner the subjectis shown a static multicoloured display, and increased activity is detected in an area known as V4 (left). If the subject is shown a pattern of moving dots, activity is detected in another area, known as human V5 (right). In both these conditions, areas V1 and V2 are active (centre). (After Zeki S., La Recherche, 1990; 21, ). Funkcionális szegregáció: Positron Emission Tomograph (PET) képekkel követhető, hogy a többszínű állóképet nézve a V4 agyterület vérellátása emelkedik (baloldali kép), mozgó pontokat nézve egy másik terület, a V5 mutat növekvő aktivitást (jobboldali kép). Ha a kettő együtt hat, a V1 és V2 területek aktívak (középső kép). Zeki, 1990.

10 A szín vadság, a forma értelem.
Szín - világosság A színlátást és a színtelen (akromatikus) látást az evolúció során változó követelmények határozzák meg: alacsony megvilágítás (éjszaka, mélytengeri környezet) nappali megvilágítás, idegrendszer fejlődése. A formalátás alapvetően a világosság érzékelésén alapul: A szín vadság, a forma értelem. Megjegyzés: számos állat, pl. az alkonyatkor vadászó emlősök színlátása gyenge.

11 Keresse az eltérő betűt!
Szín - világosság X Y X Start Start Keresse az eltérő betűt!

12 Szem optikai jellemzői
I. rész Szem optikai jellemzői

13 Három optikai követelmény
Vizuális felbontás: két önállónak érzékelhető képelem legkisebb távolsága. célszerűen ΔΘ látószöggel kifejezve. Receptortáv: tan(ΔΘ) = t/f = 0.008º f fókusztávolság: ~16.77 mm (Gullstrand), t a foveában: 2.5 μm ( mm). Mértékegysége ν mintavételi frekvencia, a t receptortáv kétszerese: vonalpár/látószög, ciklus per fok, cpf, (cycle per degree, cpd). νt = 1/ 2ΔΘ = 60 cpf Néhány adat: Látószög 1 fok = kisujjköröm a kinyújtott kézen, 0.3 mm a retinán, 120 x 120 receptor a foveában, 30 cm távolságból nézve 0.5 cm-en 60 feloldott vonalpár. Látószög 1 szögperc = rés a Landolt gyűrűn (C betű) 5 m távolságról. f Θ t

14 Három optikai követelmény
D/2 Diffrakció: két egymás melletti eltérített „fénysugár” (tk. hullámfront) úthossz- különbségéből keletkező interferencia (fénykioltás). Airy képlet: Θradián = 1.22 λ / D Emberi szem határfrekvcencia: (Cut-off Frequency): 77 cpd (D = 2mm pupilla, λ kékes-zöld = 500 nm). Θ λ/2 Θ Ciklus /fok B A p Receptorok Airy korong p p

15 Három optika követelmény
Kromatikus aberráció: két különböző sűrűségű közeg határán a fénytörés a hullámhossztól függően különböző mértékű. Az emberi szemben a 400 és 700 nm-s hullámhosszú fény töréskülönbsége 2.2 dioptria. A szem ellentétes optikai követelményei: Diffrakció:  tág pupilla  nagy lencse Kromatikus aberráció:  szűk pupilla & gyenge görbület  több lencse  szűk hh-sáv ( nm) Fényérzékenység, látásélesség:  nagy lencse & nagy és sok receptor Test ill. fejméret:  kis szem  rövid fókusztávolság  erős görbület  változó lencse törőindex Newton Optika 2. tétel: „a fénytörés egy bizonyos mértékéhez mindig ugyanaz a szín tartozik és ugyanazon színhez mindig egyazon mértékű törés.”

16 (Szem evolúciója) Gödörszem Összetett szem Kamera szem Appoziciós szem
Evezőlábú rákfajta (Copepoda, Copilia Quadrata) látószerve 0.15 mm átmérőjű külső rögzített lencséből, valamint egy mozgatható belső lencséhez csatlakozó 5-7 receptorból áll. Szuperpoziciós szem

17 (Kameraszem: lábasfejűek)
Csigaházas polip (Nautilus pompilius) Polip (Octopus vulgaris)

18 (Tükörszem: fésűskagyló)
Írisz Lencse Retina Fényvisszaverő réteg (tapetum) Land: Eyes with mirror optics. Journal of Optics A (2000)

19 (Összetett szem: rovarok)
Drosophila melanogaster Feketelégy

20 (Kameraszem: gerincesek)
Csíkos pókhal (Trachinus radiatus) Koboldmaki (Lemuridae, Tarsier) Egérszem Sólyom Sólyom

21 Szem felépítése Érhártya Ínhártya Zonula rostok Pupilla Csarnok Lencse Fovea Vizuális tengely Optikai tengely Sárgafolt Vakfolt Szaruhártya Üvegtest Retina Látóideg Sugárizom Nodális pont Retina (rete net, lat: idegsejt háló) 0.4 mm vtg. rétegzett ideghártya. Erek Vakfolt Camera csarnok Chorioidea érhártya Conjunctiva kötőhártya Cornea szaruhártya Corpus ciliare sugártest Corpus vitreum üvegtest Iris szivárványhártya Lens lencse Macula lutea sárgafolt Musculus izom Nervus opticus látóideg Papilla vakfolt, látóidegfő Pupilla szembogár Retina ideghártya Sclera ínhártya Optikai törőerő (dioptria): szaruhártya, 43; lencse, 20; egész szem, 60; Akkomodációs törőerő változás: 8 dioptria. Pupilla átmérő: 2 – 8 mm. Sárgafolt Fovea

22 Fovea Perem A retina középpontjában, az optikai tengelytől mintegy 3.4 mm távolságra (11.8°) az idegpályák enyhe bemélyedést formálva szétválnak. Ez a látógödör (Fovea), az éleslátás helye, átmérője alig 1.5 mm. A felbontás növelése érdekében… - nincsenek pálcák, itt a legnagyobb csapsűrűség. - csap / ganglion sejt arány 1 : 3-4. - a gyűjtő- és ganglion sejtek a peremre húzódnak, hogy a csapok közvetlenül érintkezzenek a fénnyel. - a kromatikus aberráció csökkentése érdekében az R csapok a mélyedés közepén hiányoznak, és - sárga pigment-borítás (makula, sárgafolt) szűri a rövid hh-u sugarakat. Kérgi nagyítás: a látókéreg 80 %-a a retina 10º-os központi területével áll kapcsolatban. Foveola Ganglion sejtek Belső szegmens Külső szegmens Pigmenthám

23 Fovea Receptorok Receptorok Lencsék Különböző átmérőjű receptorok és lencsék az állatvilágban. Felső sor: sáskarák, sarki csér (metszet). Alsó sor: feketelégy, strepsipteran, mysid-rák (vízszintes metszet)

24 II. rész Fényérzékelés

25 Retina felépítése Retina fontosabb sejtjei:
Ganglion sejt (ingergyűjtő és továbbító idegsejt, axonjai az agyba vezetnek.) Gyűjtősejtek: - Amakrin sejtek - Bipoláris sejtek - Horizontális sejtek Fotoreceptor sejtek: - Pálca (közép hullámhosszakra érzékeny) - R csap (rövid h. hosszakra érzékeny) - K csap (közép h. hosszakra érzékeny) - H csap (hosszú h. hosszakra érzékeny) Pigmenthám Fény iránya Mario Puzo: Ha agyunk egyszerű lenne, mi is túl egyszerűek lennénk ahhoz hogy megértsük. Rajz: Helga Kolb

26 Receptorok sűrűsége a retinán
Orr Vakfolt Fovea Halánték 200 150 Receptorsűrűség mm2-103 Pálcák 100 Csapok 50 Osterberg (1935) 80 60 40 20 20 40 60 Szögelfordulás fokban Curcio CA, Sloan KR, Kalina RE, Hendrickson AE. J Comp Neurol Feb 22;292(4): We have measured the spatial density of cones and rods in eight whole-mounted human retinas, obtained from seven individuals between 27 and 44 years of age, and constructed maps of photoreceptor density and between-individual variability. The average human retina contains 4.6 million cones ( million). Peak foveal cone density averages 199,000 cones/mm2 and is highly variable between individuals (100, ,000 cones/mm2). The point of highest density may be found in an area as large as deg2. Cone density falls steeply with increasing eccentricity and is an order of magnitude lower 1 mm away from the foveal center. Superimposed on this gradient is a streak of high cone density along the horizontal meridian. At equivalent eccentricities, cone density is 40-45% higher in nasal compared to temporal retina and slightly higher in midperipheral inferior compared to superior retina. Cone density also increases slightly in far nasal retina. The average human retina contains 92 million rods ( million). In the fovea, the average horizontal diameter of the rod-free zone is mm (1.25 degrees). Foveal rod density increases most rapidly superiorly and least rapidly nasally. The highest rod densities are located along an elliptical ring at the eccentricity of the optic disk and extending into nasal retina with the point of highest density typically in superior retina (5/6 eyes). Rod densities decrease by 15-25% where the ring crosses the horizontal meridian. Rod density declines slowly from the rod ring to the far periphery and is highest in nasal and superior retina. Individual variability in photoreceptor density differs with retinal region and is similar for both cones and rods. Variability is highest near the fovea, reaches a minimum in the midperiphery, and then increases with eccentricity to the ora serrata. The total number of foveal cones is similar for eyes with widely varying peak cone density, consistent with the idea that the variability reflects differences in the lateral migration of photoreceptors during development. Two fellow eyes had cone and rod numbers within 8% and similar but not identical photoreceptor topography. ■ Retina területe: 1100 mm2 (Cajal. 1990) ■ Pálcák: 120 millió (Osterberg, 1935) ■ Csapok: 6.4 millió (Osterberg, 1935) ● R csapok száma: 5-10 % ● K és H érzékenyek csapok aránya változó (Roorda, Caroll) ■ Ganglion sejtek: 1.2 millió ● Csap / ganglion arány: fovea, 1 : 3−4; egész retina, 125 : 1 (Wassle, 1990) Megjegyzés: a digitális kamerák felbontása 3 millió pixelnél kezdődik!

27 Éjszakai és nappali látás
Kép az egér retináról: mint fűben a virágok úgy helyezkednek el a pálcák között a csapok. Éjszakai (szkotopos) látás Egy fotoreceptor (pálca) éjszakai megvilágításban cd/m2 fénysűrűség alatt - működik. Nagy érzékenység, kevés lépcső, alacsony felbontás, akromatikus színlátás. Nappali (fotopos) látás Három fotoreceptor (csapok) nappali megvilágításban - 3 cd/m2 fénysűrűség felett - működnek. Alacsony érzékenység, sok lépcső, magas felbontás, színlátás. Átmeneti (mezopos) látás 10-3 cd/m2 - 3 cd/m2 között átmeneti megvilágításban a csapok és pálcák egyidejűleg működnek. Gyenge színlátás.

28 (Fényérzékelés - 3/1) Pálca külső szegmense: 900 korong, korongonként rhodopsin molekula. (Pugh, Lamb, 2000.) A fényérzékelés elindítója a fotoreceptor sejtekben található foto-pigment molekulák, amelyek a fényt elnyelve izomerizálódnak. A fotó-pigmentek a receptorsejtek külső szegmensében található a korong alakú membránokon átfűződve helyezkednek el. (Folyt. következő dián.) Pálca Csap Pálcák és csapok a főemlősök retináján.

29 (Fényérzékelés - 3/2) A foto-pigment molekulák két részből állnak:
Opszin: hét alfa-hélix szakaszból álló fehérje-molekula. Retinál: fényelnyelésre képes un. krómofór típusú atomcsoport, az A vitamin (retinol) aldehidje, az opszinhoz kovalens kötéssel kapcsolódik. A szárazföldi állatok foto-pigmentjeiben a retinál azonos, az opszinban a retinál kötést környező aminosavak sorrendjétől függ a fényelnyelési maximumhelyek spektrális helye, (az embernél λ ~425, ~500, ~530 és ~560 nm). Az elnyelt fény hatására a retinál 11-cisz formából csupa-transz formába alakul. Az átalakult retinál fényelnyelő képessége visszaesik az UV tartományban, elveszti színét. Ez a jelenség az un. pigment kimosódás. Az elsőként felfedezett foto-pigment a rhodopsin (pálca opszín) molekula volt. Színe bíbor (kék-piros), mert a spektrum középső részét (zöldessárga) nyeli el. (Folyt. következő dián.) Retinal Opszin 11-cisz csupa transz O fény ➔ Retinál átalakulása.

30 (Fényérzékelés - 3/3) - 40mV - 70mV
Sötétben a sejtfalon ki-és beáramló nátrium- és káliumionok körforgalma a receptort depolarizált állapotban tartja (-40 mV). Ezen a töltésszinten a jelátadó biokémiai anyagok (neuro-transzmitterek) kibocsátása folyamatos. A fény hatására kiegyenesedő retinál − mint kulcs a zárban − szétfeszíti az opszint. Megnövelt felületével katalizátorként aktiválódó opszin többlépcsős láncreakciót indít el, amelynek eredményeképpen a Na+ sejtfalkapuk bezáródnak, és a sejt hiperpolarizálódik (-70 mV). A hiperpolarizáció hatására lassul a transzmitter kibocsátás. A fény a jeladást tehát nem elindítja, hanem felfüggeszti! A láncreakció kimerülése után a sejtfal kapuk megnyílnak, a sejt negatív töltése ismét lecsökken. A láncreakcióval együtt leváló retinált a pigmenthám 11-cisz alakkal újratermeli, és az újra összekapcsolódik az opszinnal. * de- és hiperpolarizáció: csökkenő ill. növekvő negatív töltéstöbblet. Sötétben Fény Transzmitter kibocsátás Szinapszis - 40mV - 70mV Axon Na+ kapuk NA+ NA+ NA+ NA+ NA+ NA+ NA+ NA+ Retinál Retinál Pigmenthám

31 Log rel. fénysűrűség (nm)
Fényérzékelés 425 500 530 560 1.0 Log rel. fénysűrűség (nm) Mikrospektro-fotométerrel mért emberi csap abszorpciók, Sharpe, 1999. MSP (Pokorny) Techniques to allow direct measurement of cone photopigment spectra were developed only in the last half of the 20th century. The first direct measurements for primate cones were by microspectrophotometry of pigments contained in their outer segments. This was accomplished either by measuring the difference in spectral transmission between a small light beam passing transversely through the outer segment of a single cone and a reference beam passing outside the cone7 or by taking the difference spectrum between measurements made under dark adaptation and following a bleach. Suction electrode recordings Macaca fascicularis Merbs & Nathans (1992) 400 500 600 700 800 λ Hullámhossz (nm) A három csap (és a pálca) receptor típusban ~425, ~530, ~560 (és ~500) nm maximumhelyre hangolódott fotopigment fajta található, melyeknek hullámhossz érzékenysége átlapolva átfogja a spektrumot.

32 Log rel. fénysűrűség (nm)
Fényérzékelés 425 500 530 560 1.0 Log rel. fénysűrűség (nm) Szívóelektródás módszerrel mért Macaca fascicularis csap abszorpciók, Baylor, Nunn & Schnapf, 1987 400 500 600 700 800 λ Hullámhossz (nm) A három csap (és a pálca) receptor típusban ~425, ~530, ~560 (és ~500) nm maximumhelyre hangolódott fotopigment fajta található, melyeknek hullámhossz érzékenysége átlapolva átfogja a spektrumot.

33 Szín- és világosságérzékelés
III. rész Szín- és világosságérzékelés

34 Univariancia elv Az opszin izomerizációk száma a fotonok energiájától (hullámhossz eloszlás) és a becsapódási gyakoriságától (intenzitás) egyaránt függ. Univariancia elv: a receptorok által kibocsátott biokémiai jelben a hullámhossz eloszlás és az intenzitás összeadódik. Különböző spektrális energia eloszlású fény azonos jelet eredményezhet (metamerizmus). Két eltérő fényelnyelési maximumhellyel rendelkező receptor által adott válasz összevetése eredményezi, hogy a különféle spektrális eloszlások az agyban egyedi (látás)ingereknek érezzük. Megjegyzés: radiometriai sugársűrűség, ill. fotometriai fénysűrűség mennyiségi mértékegysége egyesíti hullámhossz összetételt és a hullámhosszonkénti becsapódási gyakoriságot. 4 500 nm 2 659 nm Válasz (pA) 0.1 0.2 Idő (s) Baylor, Nunn, Schnapf: Spectral Sensitivity of Cones of the Monkey Macaca Fascicularis. J. Physiol. (1987) Vörös csap válasza 550 nm-es és 9-szer gyengébb 659 nm-es fényingerre. A két színinger világossága különböző, de a válasz ugyanaz. (Baylor, 1987)

35 Színérzékelés két csappal
A színérzékeléshez legalább két receptor típus szükséges! Felső ábra. Egy receptoros rendszerben keletkező válasz nem különbözteti meg a hullámhossz eloszlást és az intenzitást. A látás akromatikus, szín nélküli. Alsó ábra. Két receptoros rendszerben a két válasz aránya (A/B vagy C/D) hullámhossz függő, az intenzitástól független. A látás dikromatikus, de színtévesztő az érzékenységi görbék metszéspontján. Megjegyzés: Az evolúció a receptorok számát megvilágítási körülményekhez igazodva folyton változtatja. Gyenge fényben nincs elég fotonmennyiség a két válasz arányának megkülönböztetéséhez, ezért egy receptoros, akromatikus látó a mélytengeri állatok, az emlősök kis része, és az ember éjszaka (szkotópikus látás). Dikromatikus látású az éjszakai életmóddal elterjedő emlősök többsége. Trikromatikus látású a főemlősök túlnyomó többsége és az ember. Tetrakromátok (négy receptor) a nappali életmódot folytató halak, hüllők és madarak. Monokromatikus színérzékelés: különböző eloszlás, különböző intenzitás, - azonos válasz. A A/B=C/D C B D Dikromatikus színérzékelés: különböző eloszlás, különböző intenzitás, - két csapnál különböző válasz.

36 Szín pszichofizikai összetevői
A szín(érzet) pszichofizikai összetevői a fény spektrális energia-eloszlásától (röv. SE-eloszlás) függően a következők: Színezet (Hue) a vizuális érzetnek az a jellemzője, amely kettő vagy három receptor (ill. érzékelő mező) által adott válasz különbsége keletkeztet. Színezet érzetek szavakkal leírhatók: pl. kék, piros, sárga, stb. Színtelenség* a vizuális érzetnek az a jellemzője, amelyet a válasz különbségek növekedése idéz elő. Ha a SE-eloszlás egyenletes, kicsi a válaszkülönbség, színtelen színérzet keletkezik. Ha az eloszlás egyenlőtlen, erős színérzet keletkezik. Világosság** (Brightness) a vizuális érzetnek az a jellemzője, amelyet a válaszok összege idéz elő. „B” magasságtól függően az A eloszlás színe világosabb vagy sötétebb. „A” magasság – a szín heterokromatikus világossága. A színezet érzékelés csökken vagy megszűnik, ha a fénysűrűség alacsony, és nincs elég erős válasz a különbség kiértékeléshez, ha csak a pálcák működnek, nincs különbség. A színezett érzet zárt skálán ( nm) mérhető. A színtelenség normalizált skálán (0-1)mérhető. A világosság nyílt skálán mérhető, amelyet az adaptáció újraoszt. A színezett és színtelenség, színtelenség és a világosság külön modalítások. A színezet érzet a válaszkülönbségek kiértékelése alapján keletkezik, tehát az érzet a B terület magasságától nem függ. Egyenlőtlen SE-eloszlás (határozott?) színt és erős színérzetet eredményez, és fordítva: az egyenletes SE eloszlás (határozatlan?) színt és gyenge színérzetet kelt. Ha viszont az SE-eloszlás egyenletes, színezet érzékelés megszűnik, A színtelenség tehát kvázi világosság-érzetként működik. a vizuális érzetet csak a világosság uralja. A pszichofizikai jellemző együtesen határozza meg a színt. A két modalitás közötti kapcsolatot a színtelenség teremti meg, amely egyszerre mozdulhat a színesség és a világosság irányába. P(λ) P(λ) P(λ) A B A B Fénysűrűség Fénysűrűség Fénysűrűség λ λ λ 400 700 400 700 400 700 Hullámhossz (nm) Hullámhossz (nm) Hullámhossz (nm) *A színtelenség elnevezései a szakirodalomban: színdússág, színesség (Colorfulness), króma (Chroma), telítettség (Saturation). **A világosság fizikai megfelelője fénysűrűség (cd/m2). ***Az ábrákon a pontozott vonallal jelölt görbék példaként D65 szabványos fehér szín spektrális energia eloszlását mutatják.

37 Színérzékenység 2 és 3 csappal
Miért 30 nm az eltolódás a közép és hosszú hullámhosszakra érzékeny receptorok között? A szín-megkülönböztető képesség alakulása (jobboldali oszlop) a csapok érzékenységi görbéinek (baloldali oszlop) függvényében: A-B ábra. Normális színlátás. C-D ábra. Ha a kiosztás egyenletes lenne, a szín-megkülönböztető képesség jelentősen nem javulna, viszont a kromatikus aberráció miatt a látásélesség csökken. E-F ábra. Ha a hosszú hh. érzékenységi görbe közel kerül a középsőhöz (itt 5 nm- re), színtévesztés (protanomália) alakul ki, a szín-megkülönböztető képesség görbéje megszakad. G-H ábra. Ha a hosszú hh. csap hiányzik, az ellaposodó rövid hh. görbe miatt az 550 nm felett nincs lehetőség az összevetésre két eltérő érzékenységű receptor között, vörös színérzékelés megszűnik. Ez a dikromatikus színlátás. Nathans: The Evolution and Physiology of Human Color Vision. Neuron, 1999. Színmegkülönbözetési küszöb (tetszőleges mértékegys.) Normalizált spektrális érzékenység Hullámhossz (nm) Nathans, 1999

38 Érzékelő mező Adaptív optikai oftalmoszkóppal in vivo készített hamisszínes felvételek hibátlan színlátású személyek retinájának azonos területéről. Hofman, 2006.

39 Érzékelő mező („emberi pixel”)
A fényérzékelő alapegység („pixel”), az érzékelő mező (Hartline, 1940) központ-gyűrű alakban szerveződő receptorokból áll, amelyet a receptorok és a ganglion sejtek közé ékelődött gyűjtősejtek (horizontális, bipoláris, amakrin) hálózata szinaptikus kapcsolatokkal működtet. A kémiai jeleket a ganglion sejtek fogadják, és nyúlványaik, az axonok elektromos kisülések sorozatával továbbítják az agyba. A jelek attól függően változnak, hogy a központ, a gyűrű, vagy mindkettő együtt kap megvilágítást. Az érzékelő mezők átmérője (a csapok száma és a csapok átmérője) a foveától kifelé haladva növekszik. Méretváltozás fovea : periféria = 1 : 50. A rövid, közép és hosszú hullámhosszakra érzékeny csapok eloszlása véletlenszerű, számuk személyenként eltérő. A rövid hh.-akra érzékeny csapok száma csak ~5%, és a fovea területéről hiányoznak. A kevesebb „kék” receptor lencserendszer kromatikus aberrációját ellensúlyozza, s ezáltal a látás felbontóképességét növeli.

40 Érzékelő mező (8/2) H P B AII A Az ÉM a változást, mégpedig a szomszédos látványelemhez mért változást detektálja. A kimenő jel az abszolút fényintenzitás helyett a relatív intenzitást (vagyis a kontrasztot) továbbítja. Központ-gyűrű szerveződés (Kuffler) Oldalirányú gátlás: (++) erős válasz (csak a központ kap fényt), (+) gyenge válasz (mindkettőre esik fény), (…++) halasztott válasz (csak a gyűrű kap fényt). Vagy fordítva: KI és BE típusú érzékelő mezők. Spektrális ellentétesség: a szín-megkülönböztetés lehetséges első lépcsője??? K R H B B B + + G LGN Jelmagyarázat: P - pálca, K, R, H – csapok; B - bipoláris sejtek; H - horizontális sejt; A, AII - amakrin sejtek; G - ganglion sejt.

41 + ++ + − Ø + − + − + − + − + − Ø Ø Ø ++ Érzékelő mező (8/3) + − = + −
Irányszelektív ÉM Érzékelő mező (központ = gyűrű)* Ø + = ++ + < + + + + + Megvilágítási profil Fényegyenleg = + > + < + = + < + Válasz Ø Ø + Ø ++ *Az ellentétesség erejét meghatározza (1) a receptorok területi eloszlása, (2) a receptorok távolsága a középponttól, (3) bipoláris és ganglion sejtek közötti jelátadó szinapszisok száma?

42 Egyidejű (szimultán) világosságkontraszt
Érzékelő mező (8/4) Egyidejű (szimultán) világosságkontraszt Craik-O’Brien-Cornsweet hatás: a szem érzékenyebb a hirtelen változásokra mint lassú átmenetekre.

43 Egyidejű (szimultán) világosságkontraszt
Érzékelő mező (8/5) Egyidejű (szimultán) világosságkontraszt Craik-O’Brien-Cornsweet hatás: ha nincs változás, a lokális kontraszt eredménye szétterjed. A belső négyzet a széli kontraszt miatt sötétebbnek látszik.

44 Egyidejű (szimultán) világosságkontraszt
Érzékelő mező (8/6) Egyidejű (szimultán) világosságkontraszt Szimultán világosságkontraszt

45 Érzékelő mező (8/7) Start Shapiro, 2004
Shapiro et all: Induced contrast asynchronies. Journal of Vision, 2004 Shapiro, 2004 Start

46 Egyidejű (szimultán) színkontraszt
Érzékelő mező (8/8) Egyidejű (szimultán) színkontraszt Josef Albers: Interaction of Color, London: Yale University Press, 1963 Josef Albers, 1963

47 Vizuális pályák (3/1) A retina az agy nyúlványa. Az érzékelő mezők sokfélesége arra enged következtetni, hogy a vizuális funkciók (hullámhossz, fénysűrűség, mozgás, minta érzékelés) elkülönülése a retinán, az érzékelő mezőkkel kezdődik. A funkcióknak megfelelően formálódó jelet a ganglion sejtek párhuzamos idegpályákon továbbítják az agyba, s így az érzékelő mezővel kezdődő vizuális pályán (visual pathway) minden idegsejtj részt vesz a jelfeldolgozásban. A látáskutatás aktuális kérdése, hogy a párhuzamos jelek hol és miként egészítik ki egymást, ahogy azt az egységes vizuális élményben tapasztaljuk. Agykéreg 17-es terület Koniosejtes lemezek 6 Parvosejtes lemezek 5 Oldalsó térdestest (LGN) 4 3 2 Magnosejtes lemezek 1 J. D. Mollon: Color vision: Opsins and options Proc. Natl. Acad. Sci. USA Vol. 96, pp. 4743–4745, April 1999 Kis kétrétegű ganglion sejt Apró ganglion sejt Apró bipoláris Rövid hh. bipoláris sejt Bipoláris sejtek Ősi alrendszer Új alrendszer Mollon, 1999

48 Szín- és világosság opponencia
Vizuális pályák (3/2) Szín- és világosság opponencia R :: (K+H) (K+H) :: (K+H) K :: H Pálcák +

49 Vizuális pályák (3/3) Emlősök (ősi rendszer) R::H H::H R::(K+H)
Feltételezések szerint az emlősök retináján - két vizuális pálya alakult ki: 1. a rövid és hosszú hullámhosszakra érzékeny csapok központ gyűrű elrendeződéséből a Rövid::Hosszú pálya, és … 2. a hosszú hh.-akra érzékeny csapokból a világosságkülönbségeket érzékelő Hosszú::Hosszú pálya. A pálcák ehhez kapcsolódnak. A főemlősöknél a hosszú hh.-akra érzékeny csapok a látásélesség (felbontás) növelése érdekében megszaporodtak, majd millió évvel a fotopigment genetikailag megkettőződött, és létrejöttek az új közép és hosszú hh.-akra érzékeny csapok. 3. Így a meglévő szín- és világosság útvonal mellé új színcsatorna, a közép és hosszú hh.-ra érzékeny Közép::Hosszú pálya keletkezett, amely a hosszú hh. tartományban kibővítette a színérzékelés határát. Emlősök (ősi rendszer) R::H H::H R::(K+H) (K+H)::(K+H) K::H Főemlősök (új rendszer)

50 Két elmélet: Helmholtz & Hering
Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz Trikromatikus színlátás elmélete 1802, Thomas Young: a színérzeteket három monokróm alapszínre (vörös, zöld és lila) érzékeny rezonátor kelti. 1860, Helmholtz: a három detektor érzékenysége átlapolva átfogja a spektrumot. Karl Ewald Konstantin Hering Helmholtz - Empiricizmus Észlelés: tudattalan induktív következtetés az előzetes tapasztalat segítségével. Hering - Nativizmus Észlelés: velünk született fiziológiai mechanizmusokon alapul. Ellentétes színek elmélete Hering: fény hatására ellentétesen viselkedő (asszimiláció−disszimiláció) három optikai anyag három ellentétes színérzetet kelt. (1) kék−sárga; (2) zöld−vörös; (3) fehér−fekete.

51 © Batta Imre, 2006 -1,5


Letölteni ppt "2D-3D számítógépes grafika"

Hasonló előadás


Google Hirdetések