用計算機程序制作三維立體畫

摘 要 該文介紹了三維立體畫的原理和制作方法,并給出了用C語言編寫的源程序。借助于Pbrush.exe,讀者可以自己設(shè)計和欣賞各式各樣的三維立體畫。

目前,市面上正在流行各式各樣的立體畫,其特點是從外表來看與一般的圖案很相似,但是雙眼緊盯著注視片刻后,一恍惚之間眼前便出現(xiàn)了畫中畫——立體像。筆者第一次看到這種畫便被發(fā)明者的創(chuàng)意所傾倒。利用眾所皆知的雙眼視差原理,竟能在一張平面紙上制造出如此奇幻。但是立體畫本身除了其發(fā)明者的靈感和畫面創(chuàng)作者的別出心裁之外,其原理上并無神秘之處。用計算機程序來實現(xiàn)它,可說是易如反掌。筆者用一個晚上時間,便在微機上用BASIC語言實現(xiàn)了簡單形體——平面圓餅的立體畫。當(dāng)然,要使該程序具有完善的功能,提高其制作速度,還是應(yīng)該用編譯語言(如C語言)來編寫。本文中給出的源程序借助于Windows中的.BMP圖形文件,可使大家自己制作任意形態(tài)的立體畫。

一、立體畫的原理

看過立體電影的人都知道,當(dāng)人的雙眼分別接收不同視角拍攝的圖像時便會產(chǎn)生立體感。這是由于人眼長期觀察的習(xí)慣造成的。和立體電影原理相同的立體攝影風(fēng)景照片也很早就已出現(xiàn)。圖1中給出了這種立體照片的示意圖。左、右照片分別是人的雙眼角度上觀察一棱錐體時左右眼看到的圖像(圖2)。左眼看到的是棱錐的頂端向右錯動了一些的圖像,右眼的看到則是棱錐的頂端向左錯動了一些的圖像。如果用一張硬卡片隔開兩張照片(如圖3),@@09A04000.GIF;圖1@@

@@09A04001.GIF;圖2@@

@@09A04002.GIF;圖3雙眼分別看兩張畫,會看到一個立體的棱錐體。這種立體照片的觀察方法在測繪學(xué)中也早已采用。

但是,目前的三維立體畫在形式上與這些很不相同。它是怎樣在同一張畫面上呈現(xiàn)立體的呢?首先,分析一下人們是怎樣從這些立體畫中看出“立體形體”的。從前面所說的可以知道,人眼要得到立體感,雙眼必須有視差,即雙眼看到的圖像應(yīng)該有差異。人們在看立體畫時,都有“恍惚”一下的過程。在這過程中,雙眼的視中心發(fā)生了錯動(如圖4)。這樣@@09A04003.GIF;圖4左眼看到的是畫面的“偏左像”,右眼看到的是畫面的“偏右像”。@@只要“偏左像”和“偏右像”的內(nèi)容相當(dāng)于圖1的左、右照片,雙眼就會感到立體形體。那么,能否把圖1的左、右照片分別當(dāng)做“偏左像”和“偏右像”,簡單重疊來得到立體畫呢?

顯然不行。能夠合成立體畫的“偏左像”和“偏右像”是要滿足一定條件的。

如果圖5中表現(xiàn)的棱錐體的表面上有圖案的話,

@@09A04004.GIF;圖5像素a和像素a'應(yīng)該具有相同的顏色,因為它們是從不同視角觀察的@@同一個實體點。像素b和像素b'、像素c和像素c'的情況與此相同。把兩幅畫分別當(dāng)作“偏左圖”和“偏右圖”,部分重疊成為同一畫面時,在新的畫面上這種關(guān)系仍應(yīng)該表現(xiàn)為a=a',b=b',c=c'(如圖6)。但這時應(yīng)該注意到,在這張合成

@@09A04005.GIF;圖6畫面上,點a'既是“偏右圖”上的點a',又是“偏左圖”上的點b。而@@一張畫面上相同坐標點的像素只可能是一種顏色,因此,產(chǎn)生了新的像素關(guān)系a'=b。另外,點a既是“偏左圖”上的點a,又是“偏右圖”上的點c',所以,a=c'。以此類推,點b'和點c也有類似的情況。因此出現(xiàn)了新的關(guān)系表示式,...'=c=c'=a=a'=b=b'=...。這就構(gòu)成了立體畫面上像素必須要滿足的條件:“等顏色像素鏈”。立體畫上的所有點都從屬于某一條“等顏色像素鏈”。這就是所有立體畫圖案都呈現(xiàn)出某種程度上的水平周期性的原因。

因此,對于任意立體形狀,只要構(gòu)造出相應(yīng)的這種“等像素鏈”,并按其規(guī)律充填圖案即可得到立體畫。但是正如前面所述,由于這種“等像素鏈”條件的約束,人們雖然可以隨意構(gòu)造出各種形體的立體畫,但其立體形體的表面圖案是不能完全隨人意愿的。

二、制作立體畫的計算機程序

由于人的雙眼的水平性

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