仿真專業詞義辨析（三）——景深、縱深與透視感
2015-09-09 16:18:06
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作者：童彭年 張 明
景深
這是照相光學中的一個名詞，它是指鏡頭能夠清晰拍攝到的物空間縱深的景物范圍。也就是說，景深是一個距離范圍。在這個范圍內的物，都能夠被照相鏡頭清晰地成像。反之，超出這個范圍的物，所形成的像都是不清晰的。
如下圖1所示，在照相鏡頭的左邊是物空間，在鏡頭的右邊是像空間。當鏡頭對準A平面拍照時，如果處于B1和B2之間所有的物都能夠在像平面A′上形成清晰的像，則B1和B2之間的縱深范圍（即M點與N點之間的距離）就是景深。鏡頭與其光軸最近清晰面（B1）的交點（M點）叫做最近清晰點；鏡頭與其光軸最遠清晰面（B2）的交點（N點）叫做最遠清晰點。比M點更近和比N點更遠的景物在像平面A′上都不能形成清晰的像。
圖1 景深范圍
景深的長短與鏡頭的焦距、光圈系數……等因素有關。對于一個現成的照相機，則主要取決于它的光圈系數。因為照相機的光圈系數是可調的，所以景深是可以人為控制的。光圈系數越大（光圈的直徑越?。?，則景深越長。
景深感
對于飛行模擬器的視景系統，經常有人使用“景深感”一詞。例如說某個視景系統顯示的景象有“景深感”。首先需要說明的是，“景深”是照相機（也包括攝像機）本身所特有的并可人為調節的一個參數，它只會影響拍攝的效果，而不會對人的視覺器官形成某種感覺。因此，在照相光學（或稱攝影光學）領域，根本就不存在“景深感”這一概念。其次需要說明的是，在計算機成像的視景系統顯示裝置中，也根本不存在景深的問題。因為計算機在生成窗外景象時，并不涉及景深這一概念，它對于距離不同的景物，如果所占有的象素相同，且不考慮大氣效果時，是會“一視同仁”的，決不會因為被模擬的景物離觀察點過近或過遠而變得模糊些；在顯示計算機生成的景象時，不論是實像顯示系統還是虛像顯示系統，也不論是通過投影器投射出來的，還是由電視機或顯示器顯示出來的，同樣也不存在景深的問題。在實像顯示系統中，模擬的景象直接顯示在屏幕上，其中的觀察者與所有景物的距離就是觀察者與屏幕的距離，就像人們觀看掛在墻壁上的風景畫一樣，也決不會因為被模擬的景物離觀察點過近或過遠而變得模糊些；在準直顯示系統中，在觀察者看來，它們都處于某一“無窮遠”距離（由顯示裝置決定）上，也不會因為被模擬的景物離觀察點過近或過遠而變得模糊些；在非準直的虛像顯示系統中，在觀察者看來，它們也都處于某一固定的距離上（與系統的光路長度有關），同樣不會因為被模擬的景物離觀察點過近或過遠而變得模糊些。這就說明，上述這些顯示系統顯示的景象，決不會使觀察者感覺到有“景深”的問題。
對于具有閉路電視的視景系統來說，由于是通過攝像機的鏡頭取像，當然存在景深的問題。但這也不是觀察者的感覺問題，同樣也不存在“景深感”。
縱深
即縱向深度或縱向距離。有人所說的“景深感”，其實是指有縱深感，即景象中的景物使人眼產生遠近不同的感覺。美術繪畫中有一門“透視學”，就是專門研究如何正確表現景物的遠近關系的。我們所說的縱深感，也就是美術繪畫中的透視感，其主要特點就是對于同樣大小的物體，離觀察者的距離越遠，則顯得越小。
例如，飛機在下滑著陸過程中飛行員觀看機場跑道的情況。當飛機位于跑道中心延長線的正上方，并對準跑道下滑時，飛行員所看到的跑道景象及其表現在畫面上的情況如圖2所示。
圖2 觀看跑道的情況
假設ABCD是跑道的4個頂點，飛機位于O點，飛行高度為H，飛機至跑道后端線（AB）的距離為S，跑道長為L；并假設在飛機前方某處有一塊垂直于水平視線的大平板玻璃，它與飛行員眼睛的距離為d。我們將飛行員所看到的跑道如實地畫在玻璃上，并正視畫面，則如圖2左上角小圖中的A1BlC1Dl所示?？梢?，跑道在畫面上表現為一個正梯形。這就是跑道的透視圖。其中，下底A1Bl為跑道后端線，上底C1Dl為跑道前端線。由于著陸下滑時的飛行高度在500米以下，因此飛行員觀察天地線幾乎是水平的，即飛行員向前正視的水平視線與玻璃板交于M點，在玻璃板上過M點所畫的水平線也就是天地線。又由于實際跑道兩邊線平行，因此，在畫面上，跑道兩邊線A1C1與B1D1向遠方的延長線，以及跑道中心線必匯合于天地線上的M點，這一點稱為消失點。
透視感
在由計算機生成景象的視景系統中，由于景象的數學模型就是按透視關系建立的，所以屏幕上的景物必然具有透視感，這是不成問題的。當然，在具有閉路電視的視景系統中，攝像頭就代表飛行員的眼睛，它所看到的景物自然也具有透視關系，顯示在屏幕上的景物具有透視感，就更不成問題了。