Иллюзии световой проекции

Описание

Принцип световой проекции. Впервые принцип световой проекции упоминается в произведениях францисканского монаха Р. Бекона, умершего в 1294 г. Практическое применение этот принцип находит только в средние века, когда иезуитский патер А. Кирхер в 1640 г. описывает «волшебный фонарь» (laterna magica) в своей книге «Великое искусство света и теней». Оказывается, не случайно служители церкви интересовались «искусством света и теней»; они применяли его для организации «чудес божьих», появления призраков и духов. Долгое время волшебные фонари использовались для религиозно-мистических демонстраций. Так, например, физик и воздухоплаватель Робертсон в конце XVIII в. давал представление «вызывания духов» для широкой публики (рис. 176).





В качестве экрана, на котором появлялось изображение, использовалась тонкая кисея, задрапированная черными ширмами и незаметная для зрителей. Появившееся изображение на кисее то увеличивалось, как бы приближаясь к зрителям, то уменьшалось с помощью бесшумного и незаметного перемещения проекционного аппарата.

Ящик волшебного фонаря и столик, на котором он стоял, окрашивались черной краской и были невидимы на фоне черного бархата, обтягивающего ширмы.

Демонстрация сопровождалась громом, грохотом, соответствующими случаю, выкриками и вспышками света в полной темноте, что все, вместе взятое, вселяло в зрителей суеверный страх.

Характерно, однако, что еще в XVII в. великий чешский педагог Ян Коменский в своих трудах, описывая устройство «волшебного фонаря», указывает на большую полезность использования его в школах.

Появившиеся впервые в XV—XVI вв. проекционные аппараты — «волшебные фонари» — в течение трех веков не могли быть усовершенствованы из-за отсутствия соответствующих источников света. В первых фонарях в качестве источника света использовали масляные горелки и свечи, яркость пламени которых мала, а следовательно, спроектированное на небольшое расстояние изображение могло быть отчетливо видимым только в темноте.

С появлением в XIX в. электрических источников света, сначала в виде дуговых ламп, затем простых и, наконец, специальных ламп накаливания, проекционные аппараты были значительно усовершенствованы.

В настоящее время различают два вида световой проекции: диа- и эпипроекция, т. е. проекции прозрачных и непрозрачных предметов. Соответственно с этим существуют три типа проекционных аппаратов: диаскопы, эпископы и эпидиаскопы (рис. 177),





т. е. приборы для обоих видов проекции.

Наиболее широкое применение для создания различных световых эффектов в театрах и других зрелищных предприятиях теперь имеют диаскопические проекционные аппараты.

Принцип их устройства заключается в следующем. Световой поток проекционной лампы накаливания, имеющей концентрическое расположение нити, при помощи небольшого вогнутого сферического зеркала, установленного так, что его центр кривизны совмещен с телом накала лампы, направляется на двух- или трехлинзовый конденсор диапроектора (рис. 177). Конденсор концентрирует падающий на него световой поток источника, создавая равномерное и сильное освещение так называемого кадрового окна, совмещенного с фокальной плоскостью объектива диапроектора. Между конденсором и объективом и помещается прозрачный диапозитив, нарисованный или полученный фотографическим методом на стекле (силикатном или органическом), на ацетатной пленке или слюде.

Эффективные проекционные устройства. Наряду с про стейшими проекционными аппаратами в настоящее время в театрах применяются так называемые проекционные прожекторы. Например, прожектор-пистолет типа ПР-300М (рис. 178),





предназначенный для освещения на сцене отдельных актеров или деталей декорации узким, легко перемещающимся пучком света; устанавливая в основании тубуса диапозитивы, можно спроектировать на декорацию различные изображения. Для этого, например, изготовляется специальный проекционный прожектор типа ПРП-1, к которому на световое отверстие устанавливается приставка длиннофокусная ПД-440, обеспечивающая возможность получать узкие пучки света или проектировать на декорацию диапозитив размером 10x10 см2 (изображение его на расстоянии в 25 м будет иметь радиус 2,8м). Кроме того, устанавливается эффективная приставка типа ПРЭ-1 (рис. 179),





предназначенная для получения на декорации в динамике различных световых эффектов (движущиеся облака, падающий дождь или снег, пылающий пожар и т. д.), изображение которых выполнено определенным образом на стеклянном диске — диапозитиве. Корпус приставки представляет собой круглую металлическую разборную коробку, внутри которой вращается стеклянный диск — диапозитив.
[banner_centerrs] {banner_centerrs} [/banner_centerrs]

На передней крышке корпуса установлена съемная коробка скоростей с приводным двигателем. Над коробкой скоростей в корпусе приставки имеется сквозное квадратное окно, через которое проходит световой пучок проекционного прожектора и просвечивает вращающийся диапозитив. Наконец, к этому же прожектору (типа ПРП-1) придается проекционная приставка типа ПП-2, предназначенная для получения на декорациях динамической световой проекции движущихся волн.

С помощью проекционных приборов можно получить на декорациях изображение звездного неба, движущейся луны, закат или восход солнца. Наиболее интересные зрительные впечатления получаются с помощью эффектной приставки.

Кроме указанных выше эффектов, такая приставка позволяет получить динамическую проекцию водопада, ледохода, действующего вулкана, огней фейерверка или праздничного салюта, видимых издали в небе спускающихся парашютистов, движущиеся ракеты и др.

Устройство, позволяющее регулировать скорость вращения диапозитива, дает возможность показывать медленно плывущие облака (менее 1 об/мин) или быстро падающий снег или дождь с ветром (от 1 до 5 или 10 об/мин).

Одновременное применение двух проекционных приборов дает возможность быстро изменять характер движущихся облаков или получать прямой и косой дождь при появлении ветра и т. д.— для этого необходимо своевременно выключить один проекционный аппарат и включить второй с диапозитивным диском, имеющим уже другое изображение или другой характер просвечиваемых отверстий.

Дело в том, что диски эффективной приставки могут быть трафаретными, когда для создания впечатления, например, падающего снега непрозрачный диск имеет иглообразные сквозные вырезы или вырезы в виде хлопьев снега. Ясно, что в первом случае диск должен вращаться быстрее — тогда создается впечатление падения резкого снега с дождем и ветром; во втором случае диск вращается медленно и создается видимость порхающих крупных снежных хлопьев. Кроме того, диск может быть прозрачный диапозитивный, когда на нем нанесено, например, изображение редких кучевых облаков, движущихся на фоне голубого неба, и т. п.

Два-три проекционных аппарата с эффективными дисками, имеющими цветные отверстия различной формы и движущиеся с различными скоростями, позволяют создать фантастическое впечатление.

Таким способом получают сказочно прекрасные пейзажи подводного царства, которыми любуется Садко; звезды и облака в сцене «Иванушка в гостях у Месяца» («Конек Горбунок») и т. д.

Простейшим устройством, позволяющим наблюдать подвижные красочные фигуры, является давно известный проекционный хромаскоп (рис. 180).





В этом случае на экране появляется светящийся круг с системой пестрых светящихся линий, переплетенных одна с другой. Линии — в виде лучей, бегущих от центра к периферии освещенного поля, где они так же таинственно исчезают, как и появляются.

Эти замечательные эффекты требуют поразительно простого устройства самого прибора.

В проекционный фонарь вместо диапозитивов помещаются стеклянные круглые диски с пестрыми рисунками, наподобие представленных на рис. 181.





Два таких диска располагаются друг перед другом, перекрывая один другой, и приводятся во вращение при помощи рукоятки и двух бесконечных шнуров.

Благодаря перекрещиванию одного из шнуров (рис. 182)





диски вращаются в разные стороны.

Прозрачные диски таким путем приходят в различные положения друг относительно друга и на экране появляются различные комбинации фигур, имеющие сходство с изображением в калейдоскопе, но еще более пленительные вследствие их постепенного перехода друг в друга.

«Волшебный фонарь» здесь нужен для того, чтобы увеличить изображение и сделать его видимым с возможной ясностью на удобной поверхности.

Проекционная приставка ПД-440 к прожектору ПРП-1 имеет оптическую систему, позволяющую проектировать изображения диапозитивов на расстояние до 25 м. Однако известен ряд случаев, когда с рекламными целями трафарет или диапозитив с помощью дополнительных оптических устройств, установленных на мощном дуговом прожекторе, проектировался на облако (рис. 183).





На облаке можно получать короткие слова, составленные из отдельных световых пятен от нескольких плоских зеркал, развернутых под соответствующими углами и освещенных лучом мощного дугового прожектора. Такие надписи не могут удерживаться на облаке в одном и том же положении длительное время, так как по мере движения облака и изменения его экранной способности надписи размываются и отдельные буквы становятся невидны.

Во время первой мировой войны 1914—1918 гг. в русских религиозных журналах писали, что нашим воинам в окопах в рождественскую ночь было видение на облаках богоматери с младенцем. В действительности это «видение» могло быть организовано, если к одному из прожекторов соорудили соответствующую приставку.

Эффектная приставка к проекционному аппарату может быть выполнена и в виде вертикальной цилиндрической стенки барабана из органического стекла или диапозитивной пленки. Цилиндр должен вращаться так, чтобы его стенки все время находились в промежутке между конденсором и объективом.

Чудесную игру, вызываемую сменой цветных орнаментов, можно наблюдать, если к обычному калейдоскопу пристроить проекционную систему. Простой калейдоскоп, описанный выше, имеет тот недостаток, что им может пользоваться только один человек. Если собрать оптическую систему по схеме рис. 184,





то можно получить на экране, етене или потолке увеличенное изображение различных узоров и орнаментов. Три плоских зеркала размером 400 X 60 мм2 соединяются в трехгранную призму, обращенную зеркальными поверхностями внутрь призмы. Снаружи призма обклеивается плотной бумагой, скрепляющей зеркала друг с другом. С одной стороны от призмы устанавливается камера, состоящая из двух стеклянных дисков диаметром 75 мм. Один диск должен быть изготовлен из матового или молочного стекла, а другой из прозрачного стекла. Диски жестко соединяются с цилиндрической управой, которая имеет ширину порядка 15 мм и выполнена из металла, а между дисками помещаются кусочки цветных шелковых нитей, птичьих перьев, бусинки, цветные палочки и т. п. После этого камера (кювета) закрепляется так, чтобы она могла вращаться от электродвигателя, и помещается между зеркальной призмой и конденсором, причем к последнему обращена сторона с матированным стеклом, а к зеркальной призме — прозрачным. Левее конденсора (см. рис. 184) помещается кинопроекционная лампа (300—500 вт), так чтобы конденсор обеспечивал сильное и равномерное освещение матового стекла камеры. Справа от зеркальной призмы устанавливается проекционный объектив, и если предполагается получать изображение на потолке или боковой стене, то еще и плоское зеркало. Быстро сменяющиеся цветные узоры могут быть получены в результате медленного вращения одной лишь камеры с цветными стеклами — ее оправа закрепляется между тремя вращающимися роликами, один из которых может приводиться во вращение, например, от патефонного моторчика.

Скорость вращения камеры не должна быть более 1 — 2 об/мин. Вероятность появления однообразных орнаментных рисунков будет весьма мала, а частота смены рисунков будет зависеть от скорости вращения камеры и легкости перемещения кусочков цветного стекла внутри нее.

Проекционная техника в кинотеатрах. Современная проекционная техника наиболее полно демонстрирует свои возможности в кинотеатрах. Если лет 35 тому назад имелась возможность демонстрировать только черно-белые немые фильмы, то вслед за появлением звуковых фильмов стали изготовлять и демонстрировать цветные.

Техника цветного фотографирования быстро совершенствовалась, и в настоящее время благодаря использованию многослойной пленки кинозритель уже может видеть на экране почти всю палитру природных цветов и красок. Специалисты занимаются разработкой некоторых тонкостей и нюансов цветовоспроизведения и цветопередачи.

Еще в 30-х годах в СССР были разработаны аппаратура и методы демонстрации кинофильмов при дневном освещении — «дневное кино».

Известны два принципа дневной проекции: «на просвет» и «на отражение». Дневные экраны «на просвет» изготовляют из матированного стекла, механического или химического травления, пластикатной хлорвиниловой пленки или шелка, обработанного прозрачным лаком. Установки дневной проекции «на просвет» являются наиболее простыми для монтажа и широко используются для торговой рекламы.

Дневной экран «на отражение» защищают от света, помещая его в шахту из черного сукна или фанерных листов, окрашенных черной матовой краской. Глубина шахты в светлых помещениях должна быть не менее двойной ширины экрана. В некоторых случаях в дневных экранах «на отражение» используют зеркала, расположенные по схеме, показанной на рис. 185.





В начале 30-х годов на одном и том же экране в качестве аттракциона демонстрировали два немых фильма от двух проекционных аппаратов. Перед объективами проекторов устанавливали по два поляроида и поворачивали их друг относительно друга так, чтобы один проектор посылал на экран лучи, поляризованные в горизонтальной, а другой — в вертикальной плоскостях.

Один из фильмов был виден тем зрителям, которые имели очки с поляроидами, пропускающими лучи, поляризованные в горизонтальной плоскости, а другой — виден зрителям через поляроидные очки, пропускающие вертикально поляризованные лучи.

В результате длительных упорных поисков советских изобретателей в СССР была успешно разрешена проблема стереоскопической проекции.

Сначала стереофильмы, снятые с помощью двух объективов так, что каждый кадр представлял собой стереопару, зрители должны были рассматривать через специальные очки. Эти очки в некоторых случаях были цветными и соединяли на экране два цветных изображения в одно стереоскопическое, но черно-белое. Иногда в качестве очков использовали поляроиды — из «очковых» способов стереоцроекции это был самый совершенный.

Основной недостаток этих способов стереоскопической проекции состоял в применении неудобных очков, поэтому разрабатывался новый способ, основанный на разделении стереоскопических изображений для обоих глаз у самого экрана. Именно эти, так называемые растровые способы стереопроекции впервые в мире нашли свое решение в СССР.

Сначала был применен стереоэкран со светопоглощающим перспективным растром. В качестве элемента этого растра использовались тонкие теневые полоски (до 2000 штук), образованные натянутой в определенном направлении проволокой. На экран проектировали одновременно два изображения, предназначенные соответственно для правого и для левого глаза, и зритель (при определенном положении глаз) видел правым глазом все полоски правого изображения, а левым — левого. Правое изображение не мешало левому глазу, так как закрыто от него светопоглощающими полосками растра, то же имело место и для правого глаза. Проволоки растра имели внизу точку схода для того, чтобы при наличии перспективы объемное видение обеспечивалось для всех зрителей.

На рис. 186





условно в перспективе показано несколько пар фокальных зон этого растрового экрана.

Чтобы избежать больших потерь светового потока за счет поглощения его черными полосками растрового экрана, велись разработки линзового перспективного стереоэкрана. Этот экран (рис. 187)





состоял целиком из прозрачных плоско-конических линз, расположенных в перспективном порядке и обращенных к зрителям плоскими сторонами. При проектировании на экран двух изображений (стереопары) каждая линза дает два изображения — для правого и левого глаза. Неподвижно сидящие зрители видят объемное изображение. Существенным недостатком растрового метода проекции стереокино являлось пребывание зрителя в неподвижном состоянии во время всего сеанса, а также то, что не достигалось хорошего отделения изображений и происходили большие потери светового потока на экранах.

Дальнейшее усовершенствование кинематографа привело к созданию широкоэкранного стереофонического кинотеатра. В этом случае экран, вогнутый по дуге, соответствовал горизонтальному углу зрения порядка 80° (вместо 57° в обычном кинематографе), благодаря чему обеспечивалась некоторая панорамность изображения; четырехканальная система записи и воспроизведения звука способствовала более естественному восприятию зрительного и слухового образа.

Наивысшим достижением современной кинотехники является создание панорамного кинотеатра, идея которого с 1900 г. привлекала внимание специалистов кинотехники, так как система кинопанорамы больше всего соответствует природе человеческого зрения и слуха. Максимальная естественность достигается здесь прежде всего тем, что панорамный экран, изогнутый по дуге окружности, стягиваемой горизонтальным углом зрения в 146°, имеет правую и левую границу вне пределов ясного поля зрения. Зритель без напряжения следит за киноизображением, поворачивая голову и устремляя взгляд в направлении того объекта на экране, который в данный момент больше всего привлекает его внимание.

Далее известно, что периферическое зрение помогает нам ощущать эффект глубины пространства и точно ориентироваться в данной обстановке. Панорамный экран вынуждает зрителя пользоваться периферическим зрением и за счет этого достигается стереоскопический эффект — восприятие зрителем глубины изображения. Правда, этот эффект глубины здесь заметно слабее, чем в существующих системах стереокино, но зато он имеет место при отсутствии сложного растрового экрана и при обычной технологии киносъемки, когда фильм не должен состоять из кадров-стереопар, а к зрителю не предъявляется требование оставаться неподвижным.

Наконец, в панорамном кинотеатре достигается эффект пространственного звучания, т. е. в процессе демонстрации фильма звук слышится из той точки, где находится звучащий объект.

Благодаря всем указанным выше обстоятельствам в панорамном кинотеатре у зрителя создается такое впечатление, будто он находится не в кинозале, а присутствует там, где разворачивается действие фильма.

Панорамные фильмы почти физически втягивают зрителя в действие, происходящее на экране. Зритель, например, чувствует себя сидящим в автомобиле, который мчится по шоссе, а справа и слева мелькают местные предметы, меняется видимый ландшафт; зритель может чувствовать себя летящим в самолете и т. д.

Этот эффект, свойственный панорамному кинематографу, называют «эффектом присутствия».

Приведем здесь краткое объяснение, какими техническими средствами и приемами достигается панорамность и стереоскопичность киноизображения и стереофоническое воспроизводство звука. Конечно, все это достигается особыми приемами киносъемки и кинопроекции.

Съемка панорамных фильмов осуществляется тремя киносъемочными аппаратами, объективы которых имеют горизонтальный угол зрения 50° и снимают каждый свою часть изображения на отдельную кинопленку (рис. 188, слева).





Панорамная кинопроекция осуществляется в свою очередь тремя кинопроекторами, установленными относительно экрана так, как показано на рис. 188, справа.

Звук в панорамных кинофильмах записывается по многоканальной системе в виде нескольких (7 или 9) фонограмм, из которых пять предназначены для воспроизведения звука заэкранными громкоговорителями, а остальные используются для эффектного звучания с помощью громкоговорителей, расположенных в зрительном зале,— этим и обеспечивается стереофоничность. Магнитофоны для воспроизведения звука синхронно и синфазно связаны с проекторами панорамной киноустановки.

Во Франции построен кинотеатр («Гераклорама»), в котором на растровый цилиндрический экран с углом охвата 180° при помощи одного специального объектива проектируются панорамные кинофильмы. При этом рельефность изображения такова, что «эффект присутствия» проявляется весьма убедительно.

На Всемирной выставке в Брюсселе в 1958 г. в павильоне Чехословакии было установлено особое проекционное устройство, разработанное в экспериментальной студии чехословацкого фильма «Латерна магика» («Волшебный фонарь»). Это была первая интересная попытка создания оригинального театрально-кинематографического представления. В конце 1959 г. «Латерна магика» приезжала на гастроли в Москву и Ленинград. В чем же заключается это необычное представление?

Несколько кинопроекторов дают изображение сразу на двух, трех, четырех и более экранах различной изменяющейся формы и величины. Одновременно на сцене перед экранами развертывается театральное действие. Эффект такого зрелища заключается в переключении сценического представления в заснятый на пленку фильм: актер, «входящий» в экран и «выходящий» из него на сцену; конферансье, ведущий беседу со своими кинодвойниками; танцор, который может свое собственное изображение или изображение своей партнерши в кинокадре с помощью небольшого переносного экрана поднять над головой и пронести через сцену. Одна и та же девушка ведет сама с собой разговор на трех языках; юноша, стоящий на сцене под зонтиком, открывает зрителям свои мысли посредством соответствующих событий, изображаемых на нескольких экранах.

Вся эта оригинальная выдумка, в которой ее изобретатели проявили богатую фантазию и тонкий художественный вкус, свидетельствует о необычайно широких возможностях современной техники световой проекции в создании чудесных зрительных иллюзий.

Многим известно еще одно сложное и весьма оригинальное устройство, где несколько десятков проекционных систем (более 90), действующих определенными группами в сочетании со сложными приводными механизмами, дают нам возможность слушать множество разнообразных, хорошо оснащенных наглядными демонстрациями лекций по астрономии: о космосе, о Вселенной и т.д. Это устройство (рис. 189)





называется планетарием; оно устанавливается в центре круглого или многоугольного помещения, и экраном для световой проекции в этом случае служит полусферический купол, закрывающий весь потолок помещения и имитирующий небесный свод. Прибор после установки ориентируется относительно стран света для данного географического пункта. Вертикальная ось прибора является полярной осью, перпендикулярной земному экватору, горизонтальная ось является осью географической широты, а ось, проходящая через сферические головки прибора с проекционными аппаратами, является эклиптической осью, перпендикулярной земной орбите.

Проекционные системы позволяют получать на куполе-экране изображения всех планет солнечной системы с их спутниками в различных фазах их обращения, общую картину звездного неба для различных земных широт и т. д.

Приводные механизмы с соответствующими электродвигателями перемещают указанные выше изображения планет по небесному своду в соответствии с их периодом обращения (сутки, год и т. д.).

Первый в СССР Московский планетарий, имеющий диаметр купола 25 м, открыт 5 ноября 1929 г. и его уже посетили десятки миллионов слушателей астрономических, антирелигиозных и прочих лекций.

----

Статья из книги: Иллюзии зрения | 3-е издание | Артамонов И.Д.