Fotografische Methoden für CG

Transkript

1 Fotografische Methoden für CG Zweite Einheit: Optik 2

2 Illustration Mitziehen Alexander Magedler, 2

3 Abbildung mit Linse Die heute übliche Kamera (schematisch) Linse 3 Blende Verschluss Film

4 Lichtbrechung An Grenze zwischen verschieden dichten Medien Brechung abhängig von Verhältnis der Lichtgeschwindigkeit in den Medien (und damit von der Wellenlänge!) Winkel An (realer!) Linse zweimal Brechung 4

5 Lichtbrechung Verschiedene Wellenlängen werden verschieden stark gebrochen. 5

6 Lichtbrechung sin( ) c1 sin( ) c 2 6

7 Linsenmodelle Im Wesentlichen: Lochkameramodell (pinhole camera) Thick Lens Model Thin Lens Model Für die Zwecke dieser VU ist das Thin Lens Model ausreichend 7

8 Das Thin Lens Model Brennweite f Die Linsengleichung : f b g Optische Achse f Hauptebene Gegenstandsweite g Bildweite b g 8 b

9 Brennweite und Perspektive Brennweite definiert den Bildwinkel Beispiel Lochkamera (Bildweite statt Brennweite) α s 2 arctan f 9 s 2 f

10 Brennweite/Format, Bildwinkel Gleiche Brennweite, anderes Format Gleiches Format, andere Brennweite 10

11 Brennweite und Perspektive Abhängig von Bildformat Unterscheidung (Brennweiten für KB) Ultraweitwinkel (< 20mm) Weitwinkel (20-35mm) Normalobjektiv (50mm, 35-85mm) Leichtes Teleobjektiv (70-200mm) Teleobjektiv (> 200mm) 11

12 Swinging Lens Panorama Abgedeckter Winkel: ca

13 Auswirkungen Brennweite Weitwinkel Weiter Bildbereich Tiefe Größenunterschiede Teleobjektiv Enger Bildbereich Tiefe komprimiert Alles in etwa gleich groß 13

14 Fisheye ( Froschauge ) Üblicherweise Ultraweitwinkel (<20mm) Bildwinkel ca. 180 Brennweite variiert über Linsenfläche Vergrößerung in der Mitte größer 14

15 Fisheye Views, Visualisierung Für Focus+Context Mehr Vergrößerung in der Mitte weniger Platz für Kontext 15

16 Fisheye cont d Beispiel M.C. Escher 16

17 Blende Blendenformen Im Modell rund In Wirklichkeit aber (un)regelmäßiges neck Wichtig für Beugungserscheinungen Blendenlamellen Beispielbild Siebblende! Beispielbild Kärntnerstraße! 17

18 Blendenzahlen Blendenzahl ist Verhältnis optischer Öffnung zu Brennweite Gibt nicht Lichtdurchlässigkeit an! (das ist die Transmission) Blendenreihe Halbierung der Fläche pro ganzem Blendenschritt Multiplikation mit 2 (~1,4) 1:1, 1:1,4, 1:2, 1:2,8, 1:4, 1:5,6, 1:8, 1:11, 1:16, 1:22, 1:32, 18

19 Illustration Blende D f k D f Blendenzahl k (das ist der Teiler in 1:5,6, etc.!) Effektiver Linsendurchmesser D Brennweite f 19

20 Blendenzahlen cont d Blendenschritte auch halb oder drittel Halb: 1:1, 1:1,2, 1:1,4, 1:1,8, 1:2, Drittel: 1:1, 1:1,1, 1:1.3, 1:1,4, 1:1,6, Blendenzahl ist der Teiler dieses Verhältnisses Angabe auf Objektiven nur Blendenzahl 20

21 Blendenzahlen und Licht Je größer die Blendenzahl, desto weniger Licht wird durchgelassen! 21

22 Auswirkung der Blende Mehr oder weniger Licht Mehr oder weniger Tiefenschärfe Mehr oder weniger Schärfe Beugung an Blende 22

23 Illustration Tiefenschärfe 23

24 Illustration Tiefenschärfe Alexander Magedler 24

25 Tiefenschärfe für InfoVis Focus+Context durch (Un) schärfe. Semantic Depth of Field (SDOF) Präattentive Methode (d.h. innerhalb 200ms wahrnehmbar) 25

26 Semantic Depth of Field 26

27 Blende beim bewegten Bild Sektorblende Zusätzlich zu optischer Blende im Objektiv Erleichtert Steuerung der Belichtung Graufilter 27

28 Objektive Bestimmt (zumindest) durch Brennweite Lichtstärke/Öffnung Objektiv besitzt immer Blende Kann besitzen Scharfstelleinrichtung (KB, viele MF) Verschluss (MF) 28

29 Belichtung, Reziprozitätsgesetz Licht Lichtmenge über Zeit bestimmt Filmschwärzung Gleiche Lichtmenge durch Höhere Blendenzahl, doppelte Verschlusszeit Kleinere Blendenzahl, halbe Verschlusszeit Dazu noch evtl. Filter 29 Lichtmenge Verschlusszeit Zeit

30 Was ist Schärfe? Punkt wird auf Zerstreuungskreis abgebildet Bild erscheint scharf, wenn Zerstreuungskreis kleiner als Schwelle Für KB d < 0,03mm 30

31 Der Zerstreuungskreis v C D v v' C v v 31 D

32 Zerstreuungs kreis In der Praxis ein Vieleck, kein Kreis Je mehr Ecken, desto besser Abgerundete Blendenlamellen Im Prinzip beliebige Blendenformen (siehe Siebblende) Entscheidend für Bokeh 32

33 Illustration Blendenform 33 Heinrich Tauscher

34 Spiegelobjektiv 34

35 Spiegelobjetiv: Bokeh 35

36 Beugung an der Blende 36