Глаз человека способен воспринимать свет – одну из форм электромагнитной энергии, характеризующуюся длиной волны. Волны диапазона примерно от 300 до 800 нанометров воспринимаются человеком как яркостные и цветовые ощущения. Предметы окружающего мира обладают способностью отражать (а в некоторых случаях и излучать) свет, благодаря этому они видимы для человека.

Получить представление о пространственности окружающего мира человеку позволяют ряд явлений: геометрическая и воздушная перспектива, тени и блики на поверхностях объектов, относительные размеры объектов. Изобразительные приёмы, моделирующие эти явления, используются художниками с давних пор для передачи объёмности трёхмерных предметов, нарисованных на плоскости.

Ещё один фактор, который позволяет нам судить о расположении объектов в пространстве – это их относительное перемещение при изменении точки наблюдения (ближние объекты перемещаются на фоне дальних). Это обстоятельство помогает оценить удалённость объектов при просмотре кино или наблюдении пейзажа из окна поезда. Человек, опираясь на свой жизненный опыт, интерпретирует перечисленные явления, как свидетельства трёхмерности пространства при наблюдении реальных объектов и при просмотре рисунков, фотографий или кино. Причём, эффект не зависит от того, одним глазом мы смотрим или двумя.

При наблюдении объектов реального мира играет роль еще один механизм человеческого зрения, называемый аккомодацией. Мозг человека оценивает величину усилий, прилагаемых для фокусировки глаза, и это позволяет получить дополнительные сведения о расположении объектов в пространстве.

Природа наделила человека и более точным измерительным устройством – бинокулярным зрением – парой глаз, расположенных параллельно, на расстоянии 60-70 мм. За счет этого человек видит мир одновременно с двух точек зрения. В результате изображения, получаемые левым и правым глазом, слегка отличаются. Эти два изображения принято называть стереопарой. Анализируя различия между изображениями стереопары, мозг человека получает информацию об объёме и удалённости наблюдаемых объектов.

Рис. 1. Параллакс: каждый глаз видит предмет по-своему; мозг оценивает разницу и формирует объемный образ

Перспективное (кажущееся) смещение рассматриваемого объекта, вызванное изменением точки наблюдения, называется параллаксом и является главным фактором в восприятии трехмерности мира (Рис. 1). При оценке расстояний важную роль играет механизм стереоскопического зрения, называемый конвергенцией или и дивергенцией (в зависимости от направленности действия).

Конвергенцией называется сведение зрительных осей при взгляде на близко расположенные объекты. Дивергенция (разведение зрительных осей) происходит при взгляде вдаль. При этом объекты, находящиеся на пересечении оптических осей выглядят четкими, а объекты, расположенные дальше или ближе, двоятся. Это двоение легко увидеть, если внимательно посмотреть на объект, расположенный на расстоянии вытянутой руки от глаз (например, на свой палец), и обратить внимание на то, как при этом выглядят более удаленные предметы. Обычно же мы не замечаем двоение, но оно обрабатывается мозгом и помогает судить об удаленности предметов. Кроме того, мозг учитывает и угол схождения зрительных осей (Рис. 2).

Именно этот механизм человеческого зрения задействуется в большинстве способов воспроизведения стереоскопических (объемных) изображений.

a)        b)

Рис. 2. Конвергенция:

а) при концентрации внимания на ближних объектах (синяя пирамидка) дальние объекты двоятся;

б) когда же внимание сосредоточено на дальних объектах (желтая пирамидка), происходит двоение ближних объектов. При этом угол схождения оптических осей φ1 больше чем φ2.