Angles of view

Projekce dat (XV)
Vizuální systém člověka
M. K. Milliken, JR.

Při objasňování vizuálních displejových systémů tato série
článků prozatím věnovala pozornost různým projekčním systémům a
množství druhů projekčních ploch. Ale v klasickém modelu
komunikace ZDROJ - CESTA - PŘÍJEMCE je i třetí prvek, jímž je
samozřejmě pozorovatel. Protože cílem jakékoliv vizuální
prezentace je podat srozumitelné informace publiku, některé
základní údaje o vlastnostech lidského vnímání mohou stát za
úvahu. Proto se nyní podívejme blíže na oko - vizuální systém
člověka.

Začněme úvahou o počítačích. V současnosti jsou to
nejrozšířenější přístroje používané k vytvoření obrazů, které
promítáme na promítací plochy. Při přípravě těchto obrazů
počítač vysílá sérii posloupných elektronických instrukcí, jež
jsou schopny charakterizovat každičký pixel na jeho "displeji".
Počet pixelů, dokonce i když je počítač přístrojem s velmi
vysokým stupněm rozlišení, nebude enormní (např. 1 024 x 1 280
= 1 310 720), ale pokud bereme v úvahu 24bitové rozlišení
barvy, množství dat bude přesto velké, okolo 10 megabytů.
Úkolem projekčních přístrojů, přijímacích tuto sérii informací z
počítače, je převést nebo přeměnit jejich obsah z elektrické
energie na energii světelnou, tak aby určitý druh optického
systému mohl původní informaci vyslat uvnitř svazku paprsků
světelného záření, které jakmile dopadnou na projekční plochu,
mohou být publikem pochopeny. Úkolem projekčních ploch je
vyzářit (nebo odrazit) alespoň část promítaného světelného
záření, dopadajícího na každou část plochy povrchu, do každého
páru očí v publiku.
Tyto úkoly jsou prvními dvěma kroky (ZDROJ - CESTA) v našem
modelu komunikace. Byly popsány tímto poněkud abstraktním
způsobem, protože třetí krok, přijetí informace Systémem
lidského vidění, tvořený vzájemným vztahem oko - mozek, je
přesným opakem dvou prvních.

Oko - mozek
Aby mohl "přijmout" optickou informaci, musí vizuální systém
zpracovat obrovský soubor světelného záření, promítnout jej na
svou vlastní projekční plochu, a potom konečně převést zpět na
elektrickou energii, aby mohlo být úspěšně vyhodnoceno.
Optickou částí vizuálního systému je samozřejmě oko. Omezme nyní
naše pozorování tohoto neobyčejného orgánu jen na jeho funkci
jako zobrazovacího přístroje a podívejme se, jak ve skutečnosti
funguje.
*********OBRÁZEK ZDE
Obr. 1 je náčrtkem oka ve vertikálním řezu. Jakmile světlo
dopadne na otevřené oko, projde nejdříve přes rohovku, která je
nejpřednější částí bělma. Za rohovkou je čočka a prostor mezi
nimi je vyplněn tekutinou, jež se nazývá sklivec (Aqueos Humor).
Na horní a spodní části zepředu čočky je duhovka - ta část oka,
která může být zabarvena do hněda, do modra, do zelena nebo do
černa.
Ve středu duhovky je zřítelnice, tj. "díra", jíž dopadající
světlo. Průměr zřítelnice bude mnohem větší, pokud se budeme
snažit vidět ve tmě, a úplně "smrštěná" bude v jasném slunečním
světle. Tvar i tloušťka čočky samotné se mění a jsou závislé na
svalech, s nimiž je čočka spojená, takže její ohnisková
vzdálenost může být bez omezení měněna.
V kontextu tohoto článku může být sítnice považována za vysoce
specializovanou plochu pro zadní projekci, jejíž povrch je
pokryt mozaikou, tvořenou dvěma typy fotoreceptorů. Tyto
fotoreceptory mají tvar buď tyčinek nebo čípků, a každá z těchto
buněk má jeden ze svých úzkých a špičatých konců orientován
směrem ke zdroji světla a druhý směrem k povrchu oka.
Tyčinky jsou extrémně citlivé na nízké úrovně okolního světla.
Proto slouží jako receptory, které nám pomáhají vidět za šera a
v noci. Umístění většiny tyčinek v oku je v určité vzdálenosti
od žluté skvrny, v¦níž refraktivní kombinace rohovky a čočky
bude soustřeďovat nejvíce přicházejících světelných paprsků.
Tato centrální oblast o rozměru 1 mm2 je vyhrazena pro čípky a
obsahuje jich okolo 50 000.
Čípky jsou receptory, které používáme, abychom viděli za jasných
podmínek, a v závislosti na největší hustotě ve středu sítnice
nám navíc umožní rozluštit konečný detail čehokoliv, na co se
díváme. Jsou umístěny tak těsně u sebe, že dokážou sejmout
extrémně vysoké prostorové frekvence. A naopak, tyčinky početně
méně zastoupené, mají svou největší hustotu na obvodu sítnice a
to je důvodem, proč naše periferní vidění bývá rozmazané a
neostré.

Přenos informací

Jakmile je toto sítnicové plátno osvětlené, tyčinky i čípky
pracují na tom, aby přenesly světelné informace tak, že je
převádějí na elektrické excitace nervových vláken za nimi.
Výsledné signály mohou být potom přeneseny přes optický nerv do
řídícího a kontrolního centra, kterým je pochopitelně sám mozek.
Před diskusí o tomto CPU je nutné si všimnout několika málo
faktů, týkajících se vidění.
Protože sítnicová "projekční plocha" má v sobě otvor, jímž
vcházejí optické nervy, nachází se v každém z našich očí slepý
bod a jakékoliv světlo na něj dopadající nebude vůbec vnímáno.
Přesto tyto vždy přítomné lakuny nevnímáme, protože máme ve
skutečnosti dvě. Paprsek, který dopadá na slepý bod v levém oku,
nebude tentýž, jako paprsek, který dopadá na slepý bod v oku
pravém. Protože jsou naše oči od sebe vzdáleny asi 6 -7 cm,
informace, jež se ztratí v jednom z nich, bude získána ve druhém.
Velikost pole, viditelného každým okem, je překvapující: 135° na
výšku a 160° na šířku. Dohromady pro obě oči se tedy
horizontální zorný úhel zvětší až na 200°, což je, jak uvidíme,
opravdu více než 180°.

Množství informací

Nyní se podívejme, kolik informací může být normálně produkováno
z tak velkého zorného pole. Pokud ponecháme stranou enormní
paletu rozeznatelných barev ve viditelném spektru (to a příbuzné
záležitosti jsou náplní jiného článku), kapacita našeho
vizuálního systému pro interpretaci prostoru před sebou ve
vysokém rozlišení je, v porovnání s dalšími displejovými
systémy, opravdu neobyčejná.
Zvedněte svůj zrak od tohoto textu a prohlédněte si místnost.
Podívejte se ven z okna. Blízko, do dálky, přímo, zeširoka,
kamkoliv upřete svou pozornost, jste schopni zaostřit a
shromáždit enormní množství viditelných informací. Při takovéto
změně pohledu si uvědomte, že vaše oči ve skutečnosti
nepřebíhají panoráma před vámi souvislým, analogovým pohybem.
Místo toho se pohybují v jednotlivých oddělených skocích nebo
trhnutích. (Pokud čtete řádek tohoto textu, vaše oči nebudou
prohlížet plynule každé slovo, ale místo toho se budou
přizpůsobovat dvěma nebo třem odlišným viditelným "douškům".)
Určeme, jaké množství viditelné informace může být s největší
pravděpodobností obsaženo v každém z nich. Uvědomíme-li si, že
stupeň rozlišení reálného světa je mnohonásobně větší, než
počítačem vytvořené grafické pole, zmíněné na začátku článku, je
možné předpokládat, že každý skok bude obsahovat minimálně 40 MB
vizuálních dat každou sekundu. Protože náš vizuální systém skočí
asi čtyřikrát za sekundu, znamená to, že náš mozek roztřídí,
zpracuje a interpretuje asi 160 MB dat během každé vteřiny, kdy
se pouze "díváme po okolí".
Pokud něco v zorném poli přitáhne naši pozornost a přinutí nás
soustředit se, použijeme osových čípků ve žluté skvrně a -- v
počítačové terminologii -- jakmile se naše pozornost zaostří,
náš dosažitelný stupeň rozlišení poskočí až k 3 milionům pixelů
na čtvereční palec! Bude ještě dost dlouho trvat, než pokrok v
promítací technologii tento práh překročí.
Samozřejmě že použití a funkce vizuálního systému lidí jsou
mnohem rozmanitější a komplexnější než jednoduchá projekce
obrazu na projekční plochu. Povaha, kvalita a kvantita informací
produkovaných jednoduchou projekcí obrazu na projekční plochu je
exponenciálně nižší, než to, co je rutinně zpracováváno lidským
okem. Ale i když projekce, kterou vytvoříme, se pravděpodobně
nikdy nevyrovná tomu, co můžeme vidět, přece jenom se zdá, že
pro oba procesy je cílem proniknutí do podstaty věci.