Размытость изображения — это кажущаяся полосатость движущихся объектов на фотографии или в последовательности кадров, например, в фильме или анимации . Она возникает, когда записываемое изображение изменяется во время записи одной экспозиции из-за быстрого движения или длительной экспозиции .
Когда камера создает изображение, это изображение не представляет собой отдельный момент времени. Из-за технологических ограничений или художественных требований изображение может представлять сцену в течение определенного периода времени. Чаще всего это время экспозиции достаточно короткое, чтобы изображение, снятое камерой, казалось, запечатлело мгновенный момент, но это не всегда так, и быстро движущийся объект или более длительное время экспозиции могут привести к размытым артефактам, которые делают это очевидным. Поскольку объекты в сцене движутся, изображение этой сцены должно представлять собой интеграцию всех положений этих объектов, а также точку обзора камеры в течение периода экспозиции , определяемого выдержкой . На таком изображении любой объект, движущийся относительно камеры, будет выглядеть размытым или смазанным вдоль направления относительного движения. Это смазывание может происходить на объекте, который движется, или на статическом фоне, если камера движется. В кино или телевизионном изображении это выглядит естественно, потому что человеческий глаз ведет себя примерно так же.
Поскольку эффект вызван относительным движением между камерой, объектами и сценой, размытие движения можно манипулировать, панорамируя камеру, чтобы отслеживать эти движущиеся объекты. В этом случае, даже при длительном времени экспозиции, движущиеся объекты будут казаться более резкими, а фон станет более размытым, а полученное изображение будет передавать ощущение движения и скорости. [2]
В компьютерной анимации этот эффект должен быть смоделирован, поскольку виртуальная камера на самом деле фиксирует дискретный момент времени. Это смоделированное размытие движения обычно применяется, когда либо камера, либо объекты в сцене движутся быстро.
Без этого смоделированного эффекта каждый кадр показывает идеальный момент времени (аналогично камере с бесконечно быстрым затвором) с нулевым размытием движения. Вот почему видеоигра с частотой кадров 25-30 кадров в секунду будет казаться шаткой, в то время как естественное движение, снятое с той же частотой кадров, выглядит более непрерывным. Во многих современных видеоиграх присутствует размытие движения, особенно в играх-симуляторах транспортных средств .
Некоторые из наиболее известных игр, которые используют это, - это недавние игры Need for Speed , Unreal Tournament III , The Legend of Zelda: Majora's Mask и многие другие. В видеоиграх используются два основных метода достижения размытия движения: более дешевые полноэкранные эффекты, которые обычно учитывают только движение камеры (а иногда и то, как быстро камера движется в трехмерном пространстве, чтобы создать радиальное размытие), и более «избирательное» или «пообъектное» размытие движения, которое обычно использует шейдер для создания буфера скорости, чтобы отметить интенсивность движения для эффекта размытия движения, который будет применен, или использует шейдер для выполнения выдавливания геометрии. Классические эффекты «размытия движения» до современных конвейеров попиксельного затенения часто просто рисовали последовательные кадры друг над другом с небольшой прозрачностью, что, строго говоря, является формой видеообратной связи .
В предварительно отрендеренной компьютерной анимации, такой как фильмы CGI , реалистичное размытие движения может быть нарисовано, потому что у рендерера больше времени для отрисовки каждого кадра. Временное сглаживание создает кадры как композицию из многих моментов. Кадры не являются точками во времени, они являются периодами времени. Если объект совершает путешествие с линейной скоростью по траектории от 0% до 100% за четыре периода времени, и если эти периоды времени считаются кадрами, то объект будет демонстрировать полосы размытия движения в каждом кадре, которые составляют 25% от длины траектории. Если выдержка сокращается до менее длительности кадра, и она может быть сокращена настолько, что приблизится к нулевому времени по длительности, то компьютерный аниматор должен выбрать, какую часть четверти пути (в нашем примере с 4 кадрами) он хочет представить как время «открытого затвора». Они могут выбрать визуализацию начала каждого кадра, в этом случае они никогда не увидят прибытия объекта в конец пути, или они могут выбрать визуализацию конца каждого кадра, в этом случае они пропустят начальную точку путешествия. Большинство систем компьютерной анимации делают классическую «ошибку столба забора» в том, как они обрабатывают время, путая периоды времени анимации с мгновенными моментами, которые их разграничивают. Таким образом, большинство систем компьютерной анимации неправильно помещают объект в четырехкадровое путешествие по пути на 0%, 0,33%, 0,66% и 1,0%, и когда их призывают отобразить размытие движения, им приходится обрезать один или несколько кадров или смотреть за границы анимации, компромиссы, которые настоящие камеры не делают, и синтетические камеры не должны делать.
Линии движения в cel-анимации рисуются в том же направлении, что и размытие движения, и выполняют примерно ту же функцию. Go motion — это вариант покадровой анимации, которая перемещает модели во время экспозиции, чтобы создать менее шаткий эффект.
В 2D компьютерной графике размытие движения — это художественный фильтр, который преобразует цифровое изображение [3] / битовую карту [4] / растровое изображение для имитации эффекта. Многие графические программные продукты (например, Adobe Photoshop или GIMP ) предлагают простые фильтры размытия движения. Однако для расширенной фильтрации размытия движения, включая кривые или неравномерную регулировку скорости, необходимы специализированные программные продукты (например, VirtualRig Studio). [5]
Когда глаз животного находится в движении, изображение будет страдать от размытия движения, что приведет к неспособности различить детали. Чтобы справиться с этим, люди обычно чередуют саккады (быстрые движения глаз) и фиксацию (фокусировку на одной точке). Саккадическая маскировка делает размытость движения во время саккады невидимой. Аналогично, плавное слежение позволяет глазу отслеживать цель в быстром движении, устраняя размытость движения этой цели вместо сцены.
В телевизионных спортивных состязаниях , где обычные камеры экспонируют изображения 25 или 30 раз в секунду, размытость движения может быть неудобной, поскольку она скрывает точное положение снаряда или спортсмена в замедленном движении . По этой причине часто используются специальные камеры, которые устраняют размытость движения, делая быстрые экспозиции порядка 1 миллисекунды, а затем передавая их в течение следующих 30-40 миллисекунд. Хотя это дает более четкие замедленные повторы, это может выглядеть странно на нормальной скорости, потому что глаз ожидает увидеть размытость движения и не получает размытых изображений.
И наоборот, на дисплеях может неизбежно возникнуть дополнительная размытость движения, когда это нежелательно. Это происходит с некоторыми видеодисплеями (особенно ЖК-дисплеями ), которые демонстрируют размытость движения во время быстрого движения. Это может привести к более воспринимаемому размытию движения сверх уже существующей размытости движения в видеоматериале. См. размытость движения дисплея .
Иногда размытость изображения можно устранить с помощью деконволюции .
В видеоиграх использование или неиспользование размытия движения является несколько спорным. Некоторые игроки утверждают, что размытие на самом деле ухудшает игру, поскольку оно размывает изображения, затрудняя распознавание объектов (особенно в динамичных моментах). Это становится более заметным (и более проблематичным) при снижении частоты кадров. [6] Улучшения визуального качества современных шейдеров постобработки размытия движения, а также тенденция к более высокой частоте кадров уменьшили визуальный ущерб от недостаточно дискретизированных эффектов размытия движения. [6]
Птицы не могут как следует видеть вращающиеся лопасти ветряных турбин и могут быть смертельно ранены ими. Недавно опубликованный отчет из Норвегии предполагает, что покраска одной из трех лопастей черным наконечником делает лопасти более заметными и, следовательно, более избегаемыми. Это уменьшает размытость движения неокрашенных лопастей и сокращает гибель птиц до 70 процентов. [7]
Во время аэрофотосъемки самолет или дрон используется для съемки земли во время полета. Если скорость полета слишком высокая или выдержка слишком длинная, это может привести к размытию движения. Размытие движения снижает качество изображений и оказывает негативное влияние на продукты картографирования. Размытия движения можно избежать, отрегулировав высоту полета, скорость полета или выдержку. [8]
Пример восстановления размытого изображения с помощью деконволюции Винера :
Mosso creativo, Креативное размытие изображения
.png/1280px-Image_restoration_(motion_blur,_Wiener_filtering).png)
