Искажение перспективы в фотографии и кинематографии

Введение

Преобразование объекта и его окружающей области, отличающееся от нормального фокусного расстояния.

В фотографии и кинематографии искажение перспективы — это искажение или преобразование объекта и его окружающей области, которое значительно отличается от того, как объект выглядел бы при нормальном фокусном расстоянии, из-за относительного масштаба ближних и дальних объектов. Искажение перспективы определяется относительными расстояниями, с которых изображение захватывается и просматривается, и обусловлено тем, что угол обзора изображения (при захвате) либо шире, либо уже, чем угол обзора, под которым изображение рассматривается, следовательно, видимые относительные расстояния отличаются от ожидаемых. Связанным с этим понятием является осевое увеличение — воспринимаемая глубина объектов при заданном увеличении. Искажение перспективы принимает две формы: искажение расширения и искажение сжатия, также называемые широкоугольным искажением и искажением длиннофокусной или телеобъектива, когда речь идет об изображениях с одинаковым размером поля зрения. Искажение расширения или широкоугольное искажение можно увидеть на изображениях, снятых с близкого расстояния с использованием широкоугольного объектива (с углом обзора шире, чем у обычного объектива). Объекты, находящиеся близко к объективу, кажутся аномально большими по сравнению с более удаленными объектами, а дальние объекты кажутся аномально малыми и, следовательно, дальше — расстояния кажутся увеличенными. Искажение сжатия, длиннофокусное или телеобъективное искажение можно увидеть на изображениях, снятых с расстояния с использованием объектива с длинным фокусным расстоянием или более распространенного подтипа — телеобъектива (с углом обзора уже, чем у обычного объектива). Дальние объекты выглядят примерно одинакового размера, ближние объекты кажутся аномально малыми, а более дальние объекты — аномально большими, и поэтому зрителю трудно определить относительные расстояния между дальними объектами — расстояния кажутся сжатыми. Важно отметить, что изменения линейной перспективы вызваны расстоянием, а не объективом как таковым. Два снимка одной и той же сцены, сделанные с одного и того же расстояния, будут иметь одинаковую геометрию перспективы, независимо от используемого объектива. Однако, поскольку широкоугольные объективы имеют более широкий угол обзора, они обычно используются с близкого расстояния, в то время как телеобъективы имеют более узкий угол обзора и обычно используются с большего расстояния. Например, если стоять на расстоянии, чтобы нормальный объектив запечатлел лицо человека, снимок, сделанный широкоугольным или телеобъективом с того же расстояния, будет иметь точно такую же линейную геометрию перспективы на лице, хотя широкоугольный объектив может поместить все тело в кадр, а телеобъектив запечатлеет только нос. Однако, кадрирование этих трех изображений с одинаковым охватом даст одинаковое искажение перспективы — нос будет выглядеть одинаково во всех трех. И наоборот, если все три объектива используются с расстояний, так что лицо заполняет кадр, широкоугольный объектив будет использоваться с близкого расстояния, делая нос больше по сравнению с остальной частью фотографии, а телеобъектив будет использоваться с большего расстояния, делая нос меньше по сравнению с остальной частью фотографии. За пределами фотографии искажение расширения знакомо многим по зеркалам заднего вида (см. «объекты в зеркале ближе, чем кажутся») и глазкам, хотя они часто используют «рыбий глаз», демонстрирующий иные искажения. Искажение сжатия наиболее заметно при просмотре через бинокль или телескоп, например, в оптических прицелах, а также в фотографии с фиксированным щелевым затвором, особенно в фотофинише, где вся съемка происходит параллельно плоскости захвата, полностью устраняя перспективу (вид сбоку).

In photography and cinematography, perspective distortion is a warping or transformation of an object and its surrounding area that differs significantly from what the object would look like with a normal focal length, due to the relative scale of nearby and distant features. Perspective distortion is determined by the relative distances at which the image is captured and viewed, and is due to the angle of view of the image (as captured) being either wider or narrower than the angle of view at which the image is viewed, hence the apparent relative distances differing from what is expected. Related to this concept is axial magnification – the perceived depth of objects at a given magnification. Perspective distortion takes two forms: extension distortion and compression distortion, also called wide angle distortion and long lens or telephoto distortion, when talking about images with the same field size. Extension or wide angle distortion can be seen in images shot from close using a wide angle lens (with an angle of view wider than a normal lens). Objects close to the lens appear abnormally large relative to more distant objects, and distant objects appear abnormally small and hence farther away – distances are extended. Compression, long lens, or telephoto distortion can be seen in images shot from a distance using a long focus lens or the more common telephoto sub type (with an angle of view narrower than a normal lens). Distant objects look approximately the same size – closer objects are abnormally small, and more distant objects are abnormally large, and hence the viewer cannot discern relative distances between distant objects – distances are compressed. Note that linear perspective changes are caused by distance, not by the lens per se – two shots of the same scene from the same distance will exhibit identical perspective geometry, regardless of lens used. However, since wide angle lenses have a wider field of view, they are generally used from closer, while telephoto lenses have a narrower field of view and are generally used from farther away. For example, if standing at a distance so that a normal lens captures someone's face, a shot with a wide angle lens or telephoto lens from the same distance will have exactly the same linear perspective geometry on the face, though the wide angle lens may fit the entire body into the shot, while the telephoto lens captures only the nose. However, crops of these three images with the same coverage will yield the same perspective distortion – the nose will look the same in all three. Conversely, if all three lenses are used from distances such that the face fills the field, the wide angle will be used from closer, making the nose larger compared to the rest of the photo, and the telephoto will be used from farther, making the nose smaller compared to the rest of the photo. Outside photography, extension distortion is familiar to many through side view mirrors (see "objects in mirror are closer than they appear") and peepholes, though these often use a fisheye lens, exhibiting different distortion. Compression distortion is most familiar in looking through binoculars or telescopes, as in telescopic sights, while a similar effect is seen in fixed slit strip photography, notably a photo finish, where all capture is parallel to the capture, completely eliminating perspective (a side view).

Факторы, влияющие

На искажение перспективы влияет соотношение двух факторов: угла обзора, под которым камера захватывает изображение, и угла обзора, под которым фотография объекта демонстрируется или рассматривается.

Угол обзора

Когда фотографии просматриваются на обычном расстоянии, угол обзора, под которым было сделано изображение, полностью определяет появление искажений перспективы. Распространенное мнение о том, что "необработанные" фотографии не могут искажать сцену, ошибочно. Искажения перспективы особенно заметны на портретах, снятых с широкоугольными объективами на небольшом расстоянии до объекта. Обычно они производят неприятное впечатление, делая нос непропорционально большим по отношению к остальной части лица и искажая выражение лица. Съемка того же объекта в одинаковой композиции с использованием умеренного телеобъектива или объектива с длинным фокусным расстоянием (с узким углом обзора) выравнивает изображение, создавая более приятную перспективу. Именно поэтому для 35-мм камеры объективы с фокусным расстоянием от 85 до 135 мм обычно считаются оптимальными для портретной съемки. Однако имеет значение, снята фотография в альбомной или портретной ориентации. Объектив 50 мм подходит для съемки людей в альбомной ориентации. Напротив, использование объективов с гораздо большим фокусным расстоянием для портретов приводит к чрезмерному сглаживанию черт лица, что также может быть нежелательным для зрителя.

Расстояние просмотра фотографии

Фотографии обычно рассматриваются на расстоянии, приблизительно равном их диагонали. При просмотре с такого расстояния становятся заметны эффекты искажения, вызванные углом обзора при съемке. Однако, теоретически, если рассматривать изображения с искажением перспективы расширения (широкоугольного) с меньшего расстояния, тем самым увеличивая угол обзора, то это искажение уменьшается. Аналогично, просмотр изображений с искажением перспективы сжатия (телефото) с большего расстояния, что сужает угол обзора, снижает эффект. В обоих случаях, на определенном критическом расстоянии, видимое искажение полностью исчезает.

Примеры

Ниже представлена серия из трех фотографий, демонстрирующая одну и ту же сцену, снятую с одной и той же точки с использованием трех различных объективов: широкоугольного, стандартного и телеобъектива. Обратите внимание, что пропорции в изображении не меняются в зависимости от угла обзора, поэтому если фотографии, сделанные широкоугольным и стандартным объективами, обрезать так, чтобы в кадре была та же сцена, что и на фотографии, сделанной телеобъективом, содержание изображения будет абсолютно одинаковым. Кажущаяся разница в пропорциях обусловлена исключительно содержимым, добавленным по краям кадра на фотографиях, сделанных стандартным и широкоугольным объективами. Ниже представлена серия из четырех фотографий, на которых один и тот же объект скомпонован в кадре максимально схожим образом с использованием четырех различных объективов. В результате различного угла обзора каждого объектива фотограф с каждой фотографией приближался к объекту. Обратите внимание, что угол обзора значительно изменяется (сравните фон на каждой фотографии), а расстояние между объектами кажется больше на каждом последующем изображении. На четвертой фотографии в правом нижнем углу, сделанной с использованием самого широкоугольного объектива, здание позади объекта кажется гораздо более удаленным, чем оно есть на самом деле.

Технические основы

Хотя искажение перспективы часто бывает неприятным, когда оно возникает непреднамеренно, его также намеренно используют в художественных целях. Искажение с расширением (широкоугольное) часто применяется для того, чтобы выделить определенные элементы сцены, визуально увеличивая их и отдалив от других элементов. Искажение со сжатием (телефото) часто используется для создания ощущения сжатого расстояния между удаленными объектами, такими как здания или автомобили, чтобы передать ощущение тесноты. Более длинные объективы сильнее увеличивают объект, визуально сжимая расстояние и (при фокусировке на переднем плане) размывая фон из-за меньшей глубины резкости. Широкоугольные объективы, как правило, увеличивают расстояние между объектами, обеспечивая при этом большую глубину резкости. Еще одним следствием использования широкоугольного объектива является более выраженное искажение перспективы, когда камера не выровнена перпендикулярно объекту: параллельные линии сходятся с той же скоростью, что и при использовании обычного объектива, но сходятся сильнее из-за более широкого угла обзора. Например, здания кажутся падающими назад гораздо сильнее, когда камера направлена вверх с уровня земли, чем при съемке с того же расстояния обычным объективом, поскольку в широкоугольном кадре видно большую часть здания. Поскольку для сохранения размера объекта разные объективы обычно требуют разного расстояния между камерой и объектом, изменение угла обзора может косвенно искажать перспективу, изменяя видимый относительный размер объекта и фона. Если сохраняется одинаковый размер кадра, широкоугольные объективы делают объекты больше, вводя различия в размерах наряду с вышеупомянутым сходимостью линий, и они делают комнаты и пространства вокруг объекта более просторными, увеличивая расстояние между объектом и фоном (расширенная перспектива).

Эффект настроения и известные применения

Эффект искажения перспективы, достигаемый прямолинейными сверхширокоугольными объективами, заключается в том, что результирующее изображение выглядит гротескным и тревожным, но не таким нереалистичным, как у криволинейных «рыбьих глаз», демонстрирующих бочкообразные искажения. Эффект особенно заметен, когда камера находится близко к объекту, поскольку его интенсивность возрастает с уменьшением фокусного расстояния при одинаковом угле обзора. Один из известных режиссеров, часто использующий прямолинейные ультраширокоугольные объективы для создания характерного стиля, определяемого экстремальным искажением перспективы, – Терри Гиллиам. Также Стэнли Кубрик («Пути славы» и «Доктор Стрейнджлав», среди прочих), Орсон Уэллс («Процесс», частично лондонский сегмент «Четыре джентльмена»), Сэм Пекинпа («Соломенные псы») и Сидни Люмет («Преступление») в прошлом иногда применяли тот же прием, но, как правило, умеренно, лишь в отдельных кадрах или сценах. В то время как Гиллиам почти никогда не использует объективы с фокусным расстоянием более 14 мм, что принесло объективам с таким фокусным расстоянием неофициальное прозвище «Гиллиам» среди кинематографистов. Жан-Пьер Жюне и Марк Каро, два французских режиссера, находившихся под влиянием Гиллиама, использовали его типичную широкоугольную съемку в своих двух наиболее «гиллиамских» фильмах – «Деликатесен» и «Город потерянных детей». «Процесс» Орсона Уэллса оказал значительное влияние на фирменный стиль Гиллиама за годы до того, как американский эмигрант присоединился к комедийной труппе «Монти Пайтон», в то время как для Уэллса это был лишь один из стилей. Благодаря гротескному, тревожному настроению, свойственному широкоугольным объективам, фильмы, использующие такое искажение перспективы, часто можно отнести к одной из двух категорий: гротескная и сюрреалистическая сатира и фэнтези, а также, в некоторой степени, черная комедия (Гиллиам, Жюне и Каро, Орсон Уэллс, «Доктор Стрейнджлав») – с одной стороны, и серьезные, более реалистичные фильмы с элементами социальной критики – с другой. В них социальные условности, коллективное общество и/или мотивы и действия лидеров изображаются как гротескные и абсурдные, а также часто присутствуют тиранические персонажи с конформистскими ценностями, враждебно и предвзято относящиеся к индивидуализму и чужакам («Пути славы», «Соломенные псы», «Преступление»). На другом конце спектра фокусных расстояний Лени Рифеншталь использовала сверхтелеобъективы для сжатия больших масс людей в фильме «Триумф воли», в то время как фюрер Адольф Гитлер снят на обычные объективы и часто с нижнего ракурса, чтобы казаться выше. В кинематографе искажение перспективы также влияет на специальный эффект, выполняемый непосредственно в камере, известный как «зум-долли», когда зум-объектив одновременно увеличивает масштаб, а камера движется к объекту, таким образом сохраняя объект одинакового размера в кадре, в то время как фон «изменяет масштаб» относительно объекта. Этот эффект стал популярен в фильмах «Головокружение» и «Челюсти». Другой пример можно увидеть в первом фильме «Властелин колец» непосредственно перед тем, как Черный всадник спускается по дороге. Эффект зум-долли используется для создания эффекта сжатия дороги.

The mood effect of perspective distortion achieved by rectilinear extreme wide angle lenses is that the resulting image looks grotesque and unsettling, while not looking as unrealistic as curvilinear fisheye lenses which display barrel distortion. The effect is especially noticeable the closer the camera is to the subject, as its amount increases the shorter the focal length is at the same field size. One notable director that frequently employs rectilinear ultra wide angle lenses in order to achieve a distinctive signature style defined by extreme perspective distortion is Terry Gilliam. Also Stanley Kubrick (in Paths of Glory, and Dr. Strangelove, among others) as well as Orson Welles (in The Trial, partly Orson Welles' London, segment Four Clubmen), Sam Peckinpah (in Straw Dogs), and Sidney Lumet (in The Offence) have occasionally done the same in the past, though mostly in moderation, for single shots or sequences only, while Gilliam hardly ever uses any lens longer than 14 mm, which has garnered lenses of that particular focal length the informal nickname "The Gilliam" among film makers. Jean Pierre Jeunet and Marc Caro, two French filmmakers influenced by Gilliam, adopted his typical wide angle photography in their two most "Gilliamesque" features, Delicatessen and The City of Lost Children. Orson Welles's The Trial is notable for heavily influencing Gilliam's signature style years before the American ex patriate joined the Monty Python comedy troupe while only being a one feature style for Welles. Due to the grotesque, unsettling mood effect peculiar to wide angle lenses, films making use of such perspective distortion can often be placed in one of two categories: Grotesque and surreal satire and fantasy, also to some extent black comedy (Gilliam, Jeunet & Caro, Orson Welles, Dr. Strangelove) on the one hand, and serious, more realistic films with a particular edge for social criticism on the other, whereas social conventions, collective society, and/or the motives and acts of leaders are portrayed as grotesque and absurd, and often also feature tyrannical characters with conformist values who act out in an extremely hostile and prejudiced way towards individualism and outsiders (Paths of Glory, Straw Dogs, The Offence). On the other end of the focal length spectre, Leni Riefenstahl used extreme telephoto lenses to compress large crowds in Triumph of the Will while the Führer Adolf Hitler is seen through normal lenses and often from a low angle to appear tall in comparison. In cinematography, perspective distortion also has bearing on the in camera special effect known as the dolly zoom, in which a zoom lens zooms out at the same time as the camera moves toward the subject, in such a way as to keep the subject the same size in the frame while the background "changes size" relative to the subject. This effect was made popular in the films Vertigo and Jaws. Another example of this can be seen in the first Lord of the Rings film, just before the Black Rider comes down the road. The dolly zoom is used to create a compression effect in the road.

Примеры

Фотография гондол ниже иллюстрирует эффект перспективного искажения с вытягиванием, а фотография зданий под ней – пример перспективного искажения со сжатием.