การเห็นเป็น 3 มิติ (อังกฤษ: Stereopsis มาจากภาษากรีกโบราณคำว่า στερεο- คือ stereo- แปลว่า "แข็ง/มี 3 มิติ" และ ὄψις คือ opsis แปลว่า "การปรากฏ การมองเห็น") เป็นคำที่ใช้บ่อยที่สุดโดยหมายถึงการรับรู้ความใกล้ไกลและการรับรู้โครงสร้างและวัตถุที่มี 3 มิติ โดยอาศัยข้อมูลจากตาทั้งสองของบุคคลผู้มีพัฒนาการทางการเห็นเป็นภาพเดียวด้วยสองตาที่เป็นปกติ เพราะตาของมนุษย์และของสัตว์มากมายอื่น ๆ อยู่ในตำแหน่งตามแนวนอนที่ต่างกันบนศีรษะ การเห็นเป็นภาพเดียวด้วยสองตาจะเป็นผลจากภาพสองภาพซึ่งต่างกันเล็กน้อยที่ฉายตกลงที่จอตาทั้งสอง และภาพจะแตกต่างโดยหลักเป็นตำแหน่งที่ต่างกันของวัตถุต่าง ๆ ตามแนวนอน ความแตกต่างเช่นนี้เรียกในภาษาอังกฤษว่า horizontal disparities (ความต่างตามแนวนอน) หรือโดยคำที่กว้างกว่าคือ binocular disparities (ความต่างที่สองตา) โดยเปลือกสมองส่วนการเห็นจะแปลความต่างเช่นนี้ให้เป็นการรับรู้ความใกล้ไกล (depth perception) แม้ความต่างที่เห็นด้วยสองตาจะมีอยู่ตามธรรมชาติเมื่อมองทัศนียภาพด้วยสองตา แต่ก็สามารถสร้างขึ้นโดยแสดงภาพ 2 มิติที่ต่างกันสองภาพต่อแต่ละตาต่างหาก ๆ โดยเทคนิคที่เรียกว่า stereoscopy (ภาพ 3 มิติ) ความใกล้ไกลที่รับรู้จากเทคนิคเช่นนี้เรียกในภาษาอังกฤษว่า stereoscopic depth (ความใกล้ไกลจากภาพ 3 มิติ)
แต่การรับรู้ความใกล้ไกลและโครงสร้างวัตถุ 3 มิติ ก็เป็นไปได้ด้วยข้อมูลจากแค่ตาเดียว เช่น ขนาดของวัตถุที่ต่างกัน และพารัลแลกซ์เนื่องกับการเคลื่อนไหว (motion parallax) ซึ่งเป็นความแตกต่างของวัตถุหนึ่ง ๆ เมื่อเวลาผ่านไปถ้าผู้มองกำลังเคลื่อนที่อยู่ แม้ความรู้สึกใกล้ไกลในกรณีเช่นนี้ จะไม่ชัดเท่ากับที่ได้จากความต่างที่เห็นด้วยสองตา ดังนั้น คำภาษาอังกฤษว่า stereopsis หรือ stereoscopic depth บางครั้งจึงหมายถึงการรับรู้ความใกล้ไกลด้วยการเห็นเป็นภาพเดียวด้วยสองตาโดยเฉพาะ ๆ คือหมายถึงเมื่อเรา "เห็นเป็น 3 มิติ"
ความแตกต่าง
แบบหยาบและละเอียด
การเห็นเป็น 3 มิติอาจแบ่งออกได้เป็นสองส่วน การเห็นแบบหยาบและแบบละเอียด ที่ให้ความรู้สึกใกล้ไกลที่หยาบละเอียดตามปริภูมิหรือตามกาลเวลาที่ต่างกัน
- แบบหยาบ (Coarse/gross stereopsis) ดูเหมือนจะใช้เพื่อกำหนดความเคลื่อนไหวใน 3 มิติ (stereoscopic motion) ที่ลานสายตารอบนอก ซึ่งให้ความรู้สึกว่าอยู่ในสถานการณ์นั้น ๆ จริง ๆ และดังนั้นบางครั้งจึงเรียกว่า qualitative stereopsis (การเห็นเป็น 3 มิติเชิงคุณภาพ) การเห็นเป็น 3 มิติแบบหยาบสำคัญเพื่อกำหนดทิศทางในปริภูมิเมื่อกำลังเคลื่อนที่ เช่น เมื่อกำลังลงบันได
- แบบละเอียด (Fine stereopsis) โดยหลักหมายถึงการรู้ความแตกต่างของวัตถุเมื่ออยู่นิ่ง ๆ ซึ่งทำให้บุคคลสามารถกำหนดความใกล้ไกลของวัตถุต่าง ๆ ในพื้นที่สายตาส่วนกลาง/ส่วนที่ตรึงตา (คือ Panum's fusional area) และดังนั้น จึงเรียกว่า quantitative stereopsis (การเห็นเป็น 3 มิติเชิงปริมาณ) การเห็นเช่นนี้สำคัญเมื่อทำกิจที่ละเอียด เช่น การร้อยด้ายเข้าเข็ม
การเห็นเป็น 3 มิติจะขึ้นอยู่กับความชัดเจนของการเห็นในตาที่แย่กว่า โดยเฉพาะก็คือ คนไข้ผู้มีตาที่มองเห็นไม่ค่อยชัด จะเห็นภาพเป็น 3 มิติได้ก็ต่อเมื่อมีรายละเอียด (spatial frequencies) สูง ไม่เช่นนั้นแล้วก็จะไม่เห็น การเห็นเป็น 3 มิติอย่างละเอียดจะเป็นไปได้ก็ต่อเมื่อตาทั้งสองข้างเห็นได้ชัด เพื่อตรวจจับความแตกต่างทางปริภูมิแม้เล็กน้อยได้ และจะสะดุดได้ง่ายเนื่องจากความบกพร่องทางสายตา มีตัวบ่งชี้ว่า ในช่วงพัฒนาการสายตาของทารก การเห็นเป็น 3 มิติแบบหยาบจะพัฒนาก่อนการเห็นอย่างละเอียด และการเห็นอย่างหยาบเป็นตัวช่วยให้เกิดการเคลื่อนไหวตาแบบเบนคนละทิศ ซึ่งจำเป็นเพื่อพัฒนาการเห็นเป็น 3 มิติแบบละเอียดในระยะพัฒนาการต่อไป นอกจากนั้นแล้ว ยังมีตัวบ่งชี้ด้วยว่า การเห็นเป็น 3 มิติแบบหยาบ เป็นกลไกที่รักษาตาให้ตรงแนวภายหลังจากการผ่าตัดรักษาตาเหล่
สิ่งเร้าที่นิ่ง ๆ และเคลื่อนไหว
มีนักวิชาการที่เสนอแยกการเห็นเป็น 3 มิติเป็นสองแบบ คือ การรับรู้ความใกล้ไกลแบบนิ่ง/การรับรู้เป็น 3 มิติแบบนิ่ง (static depth perception หรือ static stereo perception) และการรับรู้การเคลื่อนที่เป็น 3 มิติ (motion-in-depth perception หรือ stereo motion perception) เพราะคนไข้ตาเหล่ที่ไม่รู้ความใกล้ไกลเมื่อใช้การทดสอบแบบนิ่ง ๆ บางอย่าง (โดยเฉพาะคือ Titmus test) สามารถเห็นการเคลื่อนที่เป็น 3 มิติเมื่อใช้การทดสอบอีกอย่าง (คือ dynamic random dot stereograms) งานศึกษาหนึ่งพบภาวะการมองเห็นการเคลื่อนไหวเป็น 3 มิติและการไม่เห็นเป็น 3 มิติแบบนิ่ง ๆ เฉพาะในคนตาเหล่ออก (Exotropia) แต่ไม่พบในคนตาเหล่เข้า (Esotropia)
งานวิจัยเรื่องกลไกการรับรู้
มีตัวบ่งชี้ที่ค่อนข้างชัดว่า การมองเห็นเป็น 3 มิติมาจากกลไกการรับรู้อย่างน้อย 2 อย่าง โดยอาจมีถึง 3
วงจรประสาทต่างหาก ๆ 2 วงจรเป็นตัวประมวลการมองเห็นเป็น 3 มิติอย่างหยาบและละเอียด แบบหยาบจะได้ข้อมูลจากสิ่งเร้าที่ไม่ได้อยู่ในขอบเขตการมองเห็นเป็นภาพเดียวกันด้วยสองตา (คือ diplopic stimuli) ซึ่งให้ข้อมูลความรู้สึกแบบไม่ชัดเกี่ยวกับความใกล้ไกล เป็นกระบวนการที่ดูจะสัมพันธ์กับวิถีประสาท Magnocellular pathway ซึ่งประมวลความต่างของภาพรายละเอียดต่ำ (low spatial frequency disparities) ที่เห็นด้วยสองตาและการเคลื่อนไหว เทียบกับการเห็นเป็น 3 มิติแบบละเอียดที่สัมพันธ์กับวิถีประสาท Parvocellular pathway ซึ่งประมวลความต่างของภาพที่มีรายละเอียดสูง
ระบบการมองเห็นเป็น 3 มิติแบบหยาบดูเหมือนจะให้ข้อมูลความใกล้ไกลบ้างแก่บุคคลผู้ไม่สามารถเห็นแบบละเอียด ยังพบด้วยว่าบุคคลต่าง ๆ ดูเหมือนจะประมวลสิ่งเร้าต่าง ๆ เช่น ข้อมูลแสดงความใกล้ไกลต่าง ๆ ได้ไม่เหมือนกัน
กระบวนการที่สมองรวมตัวช่วยต่าง ๆ เพื่อรับรู้การเคลื่อนไหวเป็น 3 มิติและตำแหน่งของวัตถุใน 3 มิติ โดยตัวช่วยรวมทั้งการเห็นด้วยสองตา การเคลื่อนไหว มุมการเบนคนละทิศของตา และตัวช่วยต่าง ๆ จากตาเดียวที่แสดงความใกล้ไกล ยังเป็นประเด็นที่สาขาวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับการมองเห็นและสาขาอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกัน ยังศึกษากันอย่างต่อเนื่องอยู่
ความชุกและผลของการเห็นเป็น 3 มิติในมนุษย์
ทุกคนไม่ใด้เห็นเป็น 3 มิติได้เหมือนกัน งานศึกษาหนึ่งพบว่า คน 97.3% จะสามารถรู้ใกล้ไกลได้ถ้ามีความต่างตามแนวนอน (horizontal disparities) ที่ 2.3 ลิปดาหรือน้อยกว่านั้น และอย่างน้อย 80% จะสามารถเห็นความใกล้ไกลได้ถ้ามีความต่างตามแนวนอนที่ 30 พิลิปดา
การเห็นเป็น 3 มิติมีผลดีต่อกิจกรรมต่าง ๆ ในชีวิต เช่น การร้อยด้ายเข้าเข็ม การจับลูกบอล (โดยเฉพาะที่ลูกบอลวิ่งเร็ว) การเทน้ำ และอื่น ๆ กิจกรรมในอาชีพก็ยังอาจต้องใช้การเห็นเป็น 3 มิติด้วย เช่นการมองผ่านกล้องจุลทรรศน์ที่มองด้วยสองตา แม้ระบบการมองเห็นอาจชดเชยด้วยตัวช่วยที่แสดงความใกล้ไกลอื่น ๆ ได้เมื่อทำกิจกรรมเหล่านี้บางอย่าง แต่ก็มีกิจกรรมบางอย่างที่ทำไม่ได้ถ้าไม่เห็นเป็น 3 มิติ
อาชีพที่จำเป็นต้องตัดสินความใกล้ไกลอย่างแม่นยำอาจมีกฎบังคับให้ต้องแสดงว่า สามารถมองเห็นใกล้ไกลได้ โดยเฉพาะก็คือ มีกฎบังคับสำหรับนักบิน ถึงแม้นักบินที่บินรอบโลกได้คนแรกจะทำสำเร็จด้วยตาเพียงข้างเดียวเท่านั้น นอกจากนั้น ศัลยแพทย์ ปกติจะมองเห็นด้วยสองตาที่ชัดมาก
เกี่ยวกับการขับรถ งานศึกษาหนึ่งพบผลดีของการมองเห็นเป็น 3 มิติในสถานการณ์โดยเฉพาะ ๆ ในระยะทางกลาง ๆ เท่านั้น นอกจากนั้นแล้ว งานศึกษาในผู้สูงอายุงานหนึ่งพบว่า แสงจ้า การเสียลานสายตาหรือลานการเห็นที่เป็นประโยชน์ (useful field of view) เป็นตัวพยากรณ์การประสบอุบัติเหตุที่สำคัญ เทียบกับการเห็นชัด ความไวความเปรียบต่าง และการเห็นเป็น 3 มิติได้ชัดเจน ที่ไม่สัมพันธ์กับอุบัติเหตุ
การเห็นเป็นภาพเดียวด้วยสองตาไม่ใช่จะดีในเรื่องการเห็นเป็น 3 มิติเท่านั้น เพราะมันยังทำให้เห็นภาพชัดขึ้นผ่านกระบวนการ binocular summation (การรวมภาพจากสองตา) ซึ่งทำให้ภาพลาง ๆ เห็นได้ชัดขึ้นถ้ามองด้วยสองตา คนไข้ตาเหล่ (แม้จะไม่ได้เห็นภาพซ้อน) จะทำคะแนนได้น้อยกว่าเมื่อทดสอบการรวมภาพจากสองตา และนี่ดูเหมือนจะทำให้คนตาเหล่ปิดตาข้างหนึ่งเพื่อมองในสถานการณ์ที่ต้องใช้สายตาค่อนข้างมาก
รู้กันมานานแล้วว่า การเห็นเป็นภาพด้วยสองตาที่สมบูรณ์ ซึ่งรวมการเห็นเป็น 3 มิติ เป็นปัจจัยสำคัญต่อความเสถียรของแนวตาหลังจากการผ่าตัดแก้ตาเหล่ คนไข้หลายคนที่ไม่เห็นเป็น 3 มิติ จะมีหรือเคยมีตาเหล่ที่สังเกตเห็นได้ ซึ่งเป็นอาการที่มีผลกระทบต่อภาวะทางสังคมเศรษฐกิจต่อทั้งเด็กและผู้ใหญ่ โดยเฉพาะก็คือ ทั้งตาเหล่มาก (large-angle) และน้อย (small-angle) อาจมีผลลบต่อความภูมิใจแห่งตน เพราะมันกวนการสบตากับคนอื่น ซึ่งบ่อยครั้งอาจก่อให้เกิดความอาย ความโกรธ และความรู้สึกเปิ่น
นักวิชาการได้ให้ข้อสังเกตไว้ว่า เพราะมีเทคโนโลยีแสดงภาพแบบ 3 มิติที่เพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ ทั้งในวงการบันเทิงและการสร้างภาพทางการแพทย์และทางวิทยาศาสตร์ การเห็นภาพเดียวด้วยสองตาได้ดี รวมทั้งการเห็นเป็น 3 มิติ อาจกลายเป็นสมรรถภาพที่จำเป็นต่อการประสบความสำเร็จในชีวิตต่อ ๆ ไป
อย่างไรก็ดี ก็ยังมีตัวบ่งชี้ว่า การไม่เห็นเป็น 3 มิติอาจทำให้บุคคลชดเชยโดยวิธีอื่น ๆ และอาจทำให้บุคคลได้เปรียบผู้อื่น ๆ ในการวาดหรือแสดงภาพที่ใช้ตัวช่วยแสดงความใกล้ไกลแบบ 2 มิติที่สามารถมองเห็นด้วยตาเดียว เช่นในบรรดาศิลปิน ดูเหมือนจะมีอัตราของผู้ที่มองไม่เห็นเป็น 3 มิติมากกว่าคนทั่วไป โดยเฉพาะก็คือ มีการเสนอว่า แร็มบรันต์ผู้เป็นจิตรกรที่สามารถแสดงทัศนมิติต่าง ๆ เหนือกว่าคนอื่นในรูปภาพที่เป็น 2 มิติ ไม่สามารถเห็นภาพเป็น 3 มิติ
ประวัติ
นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ เซอร์ ชาร์ลส วีตสโตน ได้อธิบายการมองเป็น 3 มิติในปี พ.ศ. 2381 ว่า "ใจรับรู้วัตถุที่มี 3 มิติโดยอาศัยภาพที่ไม่เหมือนกันสองภาพที่มันฉายที่จอตา" เขารู้ว่าเพราะตาแต่ละข้างมองโลกจากตำแหน่งในแนวนอนที่ต่างกัน ภาพของตาข้างหนึ่งจึงต้องต่างจากอีกข้าง วัตถุที่ห่างจากตาในระยะต่าง ๆ กันจะแสดงภาพที่ตาทั้งสองโดยมีตำแหน่งทางแนวนอนต่าง ๆ กัน ตัวช่วยแสดงความใกล้ไกลเช่นนี้ เรียกว่า ความต่างทางแนวนอน (horizontal disparity) หรือความต่างในจอตา (retinal disparity) หรือความต่างที่สองตา (binocular disparity) เซอร์วีตสโตนแสดงว่า นี่เป็นตัวช่วยแสดงความใกล้ไกลโดยสร้างภาพลวงตาที่ให้เห็นความใกล้ไกลจากภาพ 2 มิติสองภาพที่ต่างตามแนวนอนเท่านั้น เพื่อแสดงภาพที่ต่างกันแก่ตาแต่ละข้าง เซอร์วีตสโตนจึงได้ประดิษฐ์กล้องมองภาพสามมิติ (stereoscope)
เลโอนาร์โด ดา วินชี ก็รู้เหมือนกันว่า วัตถุที่มีระยะใกล้ไกลต่าง ๆ กันจากตา จะฉายภาพลงที่ตาทั้งสองโดยมีตำแหน่งตามแนวนอนที่ต่างกัน แต่เขาเพียงสรุปไว้ว่า ปรากฏการณ์นี้ทำให้จิตรกรไม่สามารถแสดงความใกล้ไกลที่เหมือนจริงในภาพที่เขียนลงบนผ้าใบผืนเดียว
กล้องมองภาพสามมิติกลายเป็นเรื่องนิยมในสมัยวิกตอเรีย อาศัยนวัตกรรมกล้องที่ทำด้วยปริซึม (ของเดวิด บริวสเตอร์) เมื่อร่วมกับเทคโนโลยีการถ่ายภาพ จึงมีสเตอริโอแกรม (ภาพสามมิติ) เป็นหมื่นที่ได้ผลิต
เพื่อจะดูภาพให้เห็นกล่องในภาพคู่ชุดนี้ ให้ตรึงตาหรือโฟกัสไปที่ด้านหลังภาพเล็กน้อยจนกระทั่งภาพรวมกัน การสร้างความต่างที่เห็นด้วยสองตาจะทำให้สามารถรู้สึกถึงความใกล้ไกลได้ โดยที่ระยะความต่างที่ย้ายจุดจะเป็นตัวกำหนดความใกล้ไกล
จนกระทั่งถึงคริสต์ทศวรรษ 1960 งานวิจัยเรื่องการเห็นเป็น 3 มิติก็เพื่อสำรวจขอบเขตสมรรถภาพของมัน และความสัมพันธ์กับการเห็นเป็นภาพเดียวด้วยสองตา ในทศวรรษนั้น นักประสาทวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน-ฮังการีจึงได้ประดิษฐ์ภาพ 3 มิติที่ทำจากจุดสุ่ม (random-dot stereograms) ภาพเช่นนี้ไม่เหมือนภาพ 3 มิติที่เคยทำมาก่อน ที่รูปแต่ละครึ่ง (สำหรับตาแต่ละข้าง) จะแสดงวัตถุที่รู้จัก
ภาพ 3 มิติที่ทำจากจุดสุ่มจะมีรูปสี่เหลี่ยมแต่ละครึ่งแสดงจุด 10,000 จุด โดยแต่ละจุดจะมีโอกาสเป็นสีขาวหรือดำที่ 50% จะไม่มีวัตถุอะไร ๆ ที่รู้จักบนรูปทั้งสอง รูปแต่ละข้างแทบจะเหมือนกัน ยกเว้นข้างหนึ่งจะมีส่วนสี่เหลี่ยมจตุรัสที่ย้ายที่ตามแนวนอนไปเป็นระยะประมาณ 1-2 จุด ซึ่งสร้างความต่างตามแนวนอน ส่วนช่องเปล่าที่เหลือจากการย้ายภาพก็จะเติมให้เต็มด้วยจุดโดยสุ่ม ซึ่งจะพรางสี่เหลี่ยมที่ย้ายไป แต่ถ้ามองภาพทั้งสองภาพโดยแต่ละภาพใช้ตาข้างเดียว สี่เหลี่ยมที่ย้ายไปนี้จะมองเห็นได้ทันทีเพราะจะปรากฏใกล้หรือไกลกว่าจุดอื่น ๆ
นักวิทยาศาสตร์ผู้นี้ได้เรียกสี่เหลี่ยมที่เห็นเป็น 3 มิตินี้ว่า ภาพไซคลอปส์ (Cyclopean image) โดยตั้งชื่อตามยักษ์ไซคลอปส์ที่มีแค่ตาเดียว เพราะมันเหมือนกับว่าเรามีตาของไซคลอปส์ภายในสมองที่สามารถเห็นสิ่งเร้าที่ตาแต่ละข้างไม่สามารถมองเห็น
ภาพเช่นนี้ได้แสดงปัญหาหนึ่งของการเห็นภาพเป็น 3 มิติ ซึ่งก็คือการกำหนดว่าส่วนไหนของภาพหนึ่งเป็นส่วนเดียวกับของอีกภาพหนึ่ง (correspondence problem) เช่น จุดไหนของภาพหนึ่งจะสามารถจับคู่กับจุดหลายจุดที่มีสีเดียวกันในอีกภาพหนึ่ง ระบบการเห็นของเราชัดเจนว่า แก้ปัญหานี้ได้ เพราะเราเห็นความใกล้ไกลแทนที่จะเห็นจุดอื่น ๆ ที่ไม่ตรงกัน
ในทศวรรษเดียวกัน นักวิทยาศาสตร์กลุ่มหนึ่งได้พบเซลล์ประสาทในเปลือกสมองส่วนการเห็นของแมว ที่มีลานรับสิ่งเร้าในทั้งสองตาโดยอยู่ในตำแหน่งตามแนวนอนต่าง ๆ กัน ซึ่งเป็นมูลฐานของการเห็นเป็น 3 มิติ (เพราะเซลล์พวกนี้จะมีข้อมูลเพื่อคำนวณความต่างของภาพซึ่งสามารถแปลเป็นระยะใกล้ไกล) แต่นักวิทยาศาสตร์ทรงอิทธิพลคือ David Hubel และ Torsten Wiesel ก็ได้คัดค้านทฤษฎีนี้ จนกระทั่งพวกตนพบเซลล์ประสาทแบบเดียวกันในลิง
ในคริสต์ทศวรรษ 1970 นักวิชาการได้ประดิษฐ์ออโตสเตอริโอแกรม ซึ่งเป็นภาพ 3 มิติที่ทำจากจุดสุ่ม ซึ่งสามารถเห็นได้โดยไม่ต้องใช้กล้องมองภาพสามมิติ และเป็นเหตุจุดชนวนความนิยมของหนังสือซึ่งแสดงภาพที่เรียกว่าภาพ Magic Eye
ในทศวรรษ 1980 นักวิจัยได้พบเซลล์ประสาทในเขตสายตา V2 (ในเปลือกสมองส่วนการเห็น) ของลิง ที่ตอบสนองต่อความใกล้ไกลของ ภาพ 3 มิติที่ทำจากจุดสุ่ม
ในปี 2532 นักวิชาการได้แสดงด้วยภาพถ่ายว่า ภาพที่ตกลงที่จอตาโดยไม่มีความต่างเนื่องจากพารัลแลกซ์แต่มีเงาที่ต่าง ๆ จะรวมเข้าด้วยกันทำให้สามารถรู้สึกความใกล้ไกลในภาพได้ เขาได้เรียกปรากฏการณ์นี้ว่า shadow stereopsis (การเห็นเป็น 3 มิติเหตุเงา) ดังนั้น เงาจึงเป็นตัวช่วยการเห็นเป็น 3 มิติเพื่อรู้ใกล้ไกลที่สำคัญ เขาแสดงปรากฏการณ์นี้ด้วยการถ่ายภาพพระจันทร์ 2 รูป ณ เวลาที่ต่างกัน และดังนั้น พระจันทร์จึงมีเงาต่างกัน แล้วทำให้ปรากฏเป็นภาพ 3 มิติ แม้จะไม่มีตัวช่วยให้เห็นเป็น 3 มิติอื่น ๆ
ในสื่อ
กล้องมองภาพสามมิติเป็นอุปกรณ์ที่ทำให้สามารถแสดงภาพสองภาพต่อตาแต่ละข้างแยกกันต่างหาก เป็นการเร้าให้เห็นเป็น 3 มิติด้วยภาพสองภาพ ซึ่งสร้างความนิยมชั่วครั้งชั่วคราวโดยมักเกิดเพราะมีกล้องแบบใหม่ ๆ
ในสมัยวิกตอเรีย กล้องแบบปริซึมซึ่งทำให้สามารถดูภาพถ่ายเป็น 3 มิติได้ ได้รับความนิยม เทียบกับในคริสต์ทศวรรษ 1920 ที่เป็นแว่นแดง-เขียวซึ่งทำให้สามารถดูภาพยนตร์ 3 มิติได้ ต่อมาในปี 2482 จึงมีการผลิตกล้องปริซึมที่มีเทคโนโลยีซับซ้อนกว่าคือ วิว-มาสเตอร์ ซึ่งก็ยังผลิตจนถึงทุกวันนี้ ในคริสต์ทศวรรษ 1950 มีการเริ่มใช้แว่นโพลาไรซ์ซึ่งทำให้ดูภาพยนตร์สี 3 มิติได้ ในคริสต์ทศวรรษ 1990 มีการพิมพ์หนังสือภาพแบบออโตสเตอริโอแกรม คือภาพ Magic Eye ซึ่งไม่ต้องใช้กล้องมองภาพสามมิติ แต่คนดูต้องโฟกัสสายตาต่าง ๆ กันเพื่อให้ตาแต่ละข้างดูภาพที่ต่างกัน
มูลฐานทางเรขาคณิต
ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม การเห็นเป็น 3 มิติดูเหมือนจะมีการแปลผลในเปลือกสมองส่วนการเห็นที่ binocular neurons (เซลล์ประสาทสองตา) ซึ่งมีลานรับสัญญาณในตำแหน่งตามแนวนอนที่ต่างกันในตาทั้งสอง เซลล์เช่นนี้จะทำงานเมื่อสิ่งเร้าที่เร้ามันได้ดีที่สุด (preferred stimulus) จะอยู่ที่ตำแหน่งซึ่งถูกต้องในตาซ้ายและตำแหน่งซึ่งถูกต้องในตาขวา ซึ่งแสดงว่ามันตรวจจับความต่างที่เห็นด้วยสองตา (Binocular disparity) เมื่อบุคคลจ้องที่วัตถุหนึ่ง ๆ ตาทั้งสองจะเบนเข้าเพื่อให้วัตถุปรากฏที่กลางจอตาของทั้งสองตา วัตถุอื่น ๆ รอบ ๆ ก็จะมีภาพเลื่อนไปโดยเปรียบเทียบกับวัตถุหลัก ในตัวอย่างต่อไปนี้ วัตถุหลักคือปลาโลมาจะคงอยู่ที่กลางจอตา ส่วนภาพลูกบาศก์จะเลื่อนไปทางขวาในในตาซ้าย และเคลื่อนไปท้ายซ้ายในตาขวา
เพราะตาแต่ละข้างอยู่ในตำแหน่งตามแนวนอนที่ต่างกัน แต่ละข้างก็จะมีภาพตกลงที่จอตาต่างกันสำหรับทัศนียภาพเดียวกัน แต่ปกติเราจะไม่เห็นเป็นสองภาพ แต่เห็นเป็นภาพเดียว ถึงอย่างไรก็ดี การมองเห็นเป็น 3 มิติก็ยังเป็นไปได้แม้เห็นภาพซ้อน โดยการเห็นแบบนี้เรียกว่า การเห็นเป็น 3 มิติเชิงคุณภาพ (qualitative stereopsis)
แต่ถ้าภาพต่างกันมาก (เช่น ถ้าตั้งใจมองให้ตาเหล่ หรือแสดงภาพต่างกันแต่ละข้างด้วยกล้องมองภาพสามมิติ) ก็อาจจะเห็นเพียงภาพเดียวในแต่ละขณะ ๆ สลับกันระหว่างภาพซึ่งแสดงที่ตาซ้ายและขวา เป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการแข่งขันระหว่างสองตา (binocular rivalry)
การมองเห็นเป็น 3 มิติอาจมีภาวะฮิสเทอรีซิสบางอย่าง คือการทำงานบางอย่างของมันจะขึ้นอยู่กับภาวะของมันในอดีต เช่น เมื่อการเห็นเป็นภาพเดียวและเป็น 3 มิติเสถียรแล้ว ก็จะสามารถคงอยู่ต่อไปได้แม้ถ้าภาพทั้งสองจะดึงออกจากกันแบบสมมาตรตามแนวนอนโดยระดับหนึ่ง ในแนวตั้ง ก็จะมีปรากฏการณ์เช่นเดียวกันแต่ในระดับที่น้อยกว่า ปรากฏการณ์นี้ได้แสดงเป็นครั้งแรกโดยใช้ภาพ 3 มิติที่ทำจากจุดสุ่ม (random-dot stereograms) ซึ่งในตอนแรกอธิบายโดยขยายทฤษฎี Panum's fusional area แต่ต่อมาจึงชัดเจนว่า ภาวะฮิสเทอรีซิสอื่น ๆ เกี่ยวกับการเห็นเป็น 3 มิติก็มีนอกเหนือจากเรื่อง Panum's fusional area
การเห็นเป็น 3 มิติของคอมพิวเตอร์
การเห็นเป็น 3 มิติของคอมพิวเตอร์เป็นส่วนหนึ่งของการศึกษาเกี่ยวกับคอมพิวเตอร์วิทัศน์ ซึ่งบางครั้งใช้ในหุ่นยนต์ที่เคลื่อนที่ได้เพื่อตรวจจับอุปสรรค ตัวอย่างรวมทั้งยานสำรวจดาวอังคาร ExoMars Rover และหุ่นยนต์ที่ใช้ในศัลยกรรม
วิธีก็คือใช้กล้องสองกล้องถ่ายภาพเดียวกัน โดยกล่องจะห่างกันโดยเล็กน้อยคล้ายกับตามนุษย์ คอมพิวเตอร์ก็จะเทียบภาพโดยเลื่อนภาพทั้งสองเข้าหากันเพื่อหาส่วนที่เหมือนกัน ระยะทางที่เลื่อนเรียกว่า disparity (ความต่าง) ซึ่งใช้เพื่อคำนวณระยะห่างของวัตถุ
สำหรับมนุษย์ ตาจะเปลี่ยนมุมการมองแล้วแต่ระยะห่างของวัตถุ (คือตาทั้งสองจะไม่ได้รับภาพในระนาบเดียวกัน) สำหรับคอมพิวเตอร์ วิธีเช่นนี้จะทำให้ยุ่งยากเพิ่มขึ้นอย่างสำคัญเพราะต้องคำนวณโดยใช้หลักเรขาคณิตแบบ epipolar geometry การคำนวณจะง่ายสุดก็เมื่อภาพจากทั้งสองกล้องมีระนาบเดียวกัน ดังนั้น ภาพที่อยู่ต่างระนาบอาจจะต้องแปรผลผ่านการแปลงเชิงเส้น (linear transformation) เพื่อให้อยู่ในระนาบเดียวกัน เป็นกระบวนการที่เรียกว่า image rectification (การปรับภาพให้ตรง)
การสร้างภาพของโครงสร้าง 3 มิติโดยใช้ภาพ 2 มิติที่ถ่ายต่อ ๆ กันภายใต้ไฟส่องสว่างเดียวกัน โดยบางครั้งใช้ร่วมกับค่าความเร็วการเคลื่อนที่ของกล้อง เรียกว่า structure structure from motion ส่วนเทคนิคการใช้กล้องที่อยู่นิ่ง ๆ กล้องเดียวโดยมีแสงส่องสว่างต่าง ๆ กันเพื่อประเมินแนวฉากของพื้นผิว (เช่นของรูปปั้น) เรียกว่า photometric stereo หรือ shape from shading
การแสดงภาพคอมพิวเตอร์เป็น 3 มิติ
มีเทคนิคหลายอย่างที่พยายามเลียนการมองเห็นเป็น 3 มิติของมนุษย์บนจอแสดงผลซึ่งเปลี่ยนสิ่งที่แสดงอย่างรวดเร็ว จึงมีสิทธิบัตรมากมายเกี่ยวกับทีวี 3 มิติหรือภาพยนตร์ 3 มิติ
นอกเหนือจากทีวีและภาพยนตร์ 3 มิติ ที่ปกติต้องมีเครื่องฉายดิจิตัลมากกว่าหนึ่งเครื่องเพื่อฉายภาพสองภาพโดยจับคู่กัน เช่นภาพยนตร์ไอแมกซ์ 3 มิติ มีข่าวว่า บริษัทชาร์ป คอร์ปอเรชั่นจะเริ่มขายจอภาพผลึกเหลวที่ให้เห็นเป็น 3 มิติโดยเริ่มต้นขายเป็นส่วนของแล็ปท็อป แม้เทคโนโลยีก่อน ๆ จะบังคับให้ต้องใส่แว่นตาหรือหน้ากากเพื่อดูภาพที่สร้างโดยคอมพิวเตอร์ แต่เทคโนโลยีใหม่มักจะติดเลนส์ (Fresnel lens) หรือแผ่นจอเหนือจอ ผู้ใช้จึงไม่จำเป็นต้องใส่แว่นหรือหน้ากาก
การตรวจการเห็นเป็น 3 มิติ
ในการตรวจการเห็นเป็น 3 มิติ (stereopsis test, stereotest) แพทย์จะแสดงภาพสองภาพที่ต่างกันเล็กน้อยให้แก่ตาข้างละภาพ ซึ่งคนที่ตาปกติจะสามารถเห็นเป็น 3 มิติได้ และอาจทำโดยใช้ vectograph ซึ่งมองด้วยแว่นโพลาไรซ์ หรือภาพสามมิติแบบซ้อนเหลื่อม (anaglyph) ซึ่งมองเห็นด้วยแว่นแดง-เขียว หรือเลนส์เล็นติคูลาร์ (lenticular lens) ซึ่งมองเห็นด้วยตาเปล่า หรือใช้หน่วยแสดงผลสวมศีรษะ (HMD) ความต่างระหว่างภาพที่แสดงแก่ตาหนึ่งเทียบกับอีกตาหนึ่ง อาจต่างกันขึ้นอยู่กับระดับความชัดที่ต้องการตรวจสอบ ดังนั้น ภาพชุดที่ใช้ตรวจความชัดที่ระดับหนึ่งจึงเป็นการตรวจ stereoacuity (ความชัดในการเห็นเป็น 3 มิติ)
มีการทดสอบในคลินิกที่สามัญสองอย่างเพื่อตรวจการมองเห็นเป็น 3 มิติและความชัดในการเห็นเป็น 3 มิติ คือ แบบใช้จุดสุ่ม (random dot stereotests) และแบบใช้ลายเส้น (contour stereotests) แบบใช้จุดสุ่มใช้ภาพสามมิติที่ฝังอยู่ในภาพพื้นซึ่งเป็นจุดสุ่ม ส่วนแบบลายเส้นใช้ภาพลายเส้นสองภาพที่แสดงต่อตาสองข้างภาพละข้าง
การตรวจแบบจุดสุ่ม
การเห็นเป็น 3 มิติสามารถตรวจสอบโดยใช้ Lang stereotest ซึ่งเป็นภาพ 3 มิติที่ทำจากจุดสุ่ม โดยมีเลนส์ครึ่งทรงกระบอกที่แนบอยู่ข้างหน้ารูป ซึ่งจะแยกสิ่งที่เห็นโดยตาแต่ละข้าง ถ้าไม่สามารถเห็นเป็นสามมิติ รูปจะดูเหมือนจุดสุ่ม ๆ แต่ถ้าสามารถเห็นเป็น 3 มิติก็จะเห็นเป็นรูปร่าง รูปปกติจะเป็นรูปแมว (ซึ่งบ่งว่าสามารถเห็นเป็น 3 มิติที่ retinal disparity 1,200 พิลิปดา) รูปดาว (600 พิลิปดา) และรูปรถเก๋ง (550 พิลิปดา) เพื่อให้ได้มาตรฐาน รูปควรจะดูห่างจากตา 40 ซม ในระนาบขนานกับหน้า (frontoparallel plane) การตรวจนี้ไม่จำเป็นต้องใช้แว่นตาพิเศษ ดังนั้น จึงใช้กับเด็กเล็ก ๆ ได้
การตรวจแบบลายเส้น
ตัวอย่างของการทดสอบด้วยรูปลายเส้นก็คือ Titmus stereotest และที่รู้จักดีที่สุดก็คือ Titmus Fly Stereotest ซึ่งแสดงรูปของแมลงวันสองภาพที่ตาข้างละภาพ คนไข้จะใช้แว่น 3 มิติมองรูปแล้วกำหนดว่าสามารถเห็นเป็น 3 มิติหรือไม่ ความต่างของรูปแต่ละคู่จะต่าง ๆ กัน เช่น 400-100 พิลิปดา และ 800-40 พิลิปดา
ความบกพร่องและการรักษา
การเห็นเป็น 3 มิติอาจจะไม่มีโดยสิ้นเชิง (ซึ่งเรียกว่า stereoblindness) หรืออาจจะแค่บกพร่อง เหตุรวมทั้งตาบอดข้างหนึ่ง ตามัว และตาเหล่
การบำบัดโดยฝึกตา (Vision therapy) เป็นการรักษาอย่างหนึ่งสำหรับคนที่ไม่เห็นเป็น 3 มิติ เป็นการฝึกกล้ามเนื้อตาเพื่อให้ขยับตาได้ดีขึ้น หลักฐานปี 2555 และ 2557 แสดงว่า ความชัดในการเห็นเป็น 3 มิติ (stereoacuity) อาจเพิ่มในคนไข้ตามัวโดยการฝึกการรับรู้ (perceptual learning)
ในสัตว์
มีหลักฐานที่ดีว่าสัตว์ทั่วอาณาจักรสัตว์ สามารถมองเห็นภาพเป็น 3 มิติ รวมทั้งสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม นก สัตว์เลื้อยคลาน สัตว์สะเทินน้ำสะเทินบก ปลา สัตว์พวกกุ้งกั้งปู และแมลง
ดูเพิ่ม
แหล่งข้อมูลอื่น
- Julesz, B. (1971). Foundations of cyclopean perception. Chicago: University of Chicago Press
- Steinman, Scott B. & Steinman, Barbara A. & Garzia, Ralph Philip (2000). Foundations of Binocular Vision: A Clinical perspective. McGraw-Hill Medical.
- Howard, I. P., & Rogers, B. J. (2012). Perceiving in depth. Volume 2, Stereoscopic vision. Oxford: Oxford University Press.
- Cabani, I. (2007). Segmentation et mise en correspondance couleur - Application: étude et conception d'un système de stéréovision couleur pour l'aide à la conduite automobile.