Dodatek ACWzory · takPoziom · głębiejEXT OF · R.5, R.37
Dodatek AC / Głębiej

Perspektywa w liczbach

Rachunek pokazujący, że stosunek wielkości bliskiego i dalekiego obiektu zależy wyłącznie od odległości kamery — i dlaczego mit o kompresji jest tak żywotny.

Co tu jest
Wzór · jedna liczba na całe zjawisko

Zniekształcenie wzdłuż osi

Przedmiot ma głębokość: jego przednia część leży bliżej kamery niż tylna. Ponieważ powiększenie maleje z odległością, przód zostaje odwzorowany większy niż tył — i stosunek tych dwóch powiększeń jest całą treścią zjawiska.

Z = s + g / s = 1 + g / s Z — ile razy przód jest odwzorowany większy niż tył. s — odległość do przodu przedmiotu, g — jego głębokość. Zależy wyłącznie od stosunku g/s; ogniskowa nie występuje we wzorze wcale.

Warto ten wniosek podkreślić, bo jest kontrintuicyjny i zarazem centralny dla Rozdziału 5: we wzorze nie ma ogniskowej. Zniekształcenie zależy tylko od tego, jak blisko stoisz w stosunku do głębokości przedmiotu. Ogniskowa wchodzi pośrednio — przez to, że dla zadanego kadru wyznacza odległość.

Odległość dla zadanego kadru liczy się z powiększenia:

s = f · (1 + 1/m),   m = u · w / Wobj u — jaki ułamek szerokości kadru ma zajmować przedmiot. w — szerokość bramki. Wobj — rzeczywista szerokość przedmiotu. Wszystkie długości w tych samych jednostkach.
Tabela · nos i uszy w liczbach

Trzy kadry na twarz

Przyjmujemy twarz o szerokości 16 cm i głębokości 20 cm od czubka nosa do ucha, bramkę Super 35 o szerokości 24,89 mm. Trzy kadry: portret amerykański (twarz zajmuje 20% szerokości), popiersie (35%) i duże zbliżenie (55%).

OgniskowaPortret · sZPopiersie · sZZbliżenie · sZ
18 mm0,60 m1,340,35 m1,570,23 m1,88
25 mm0,83 m1,240,48 m1,410,32 m1,63
35 mm1,16 m1,170,68 m1,300,44 m1,45
50 mm1,66 m1,120,97 m1,210,63 m1,32
85 mm2,82 m1,071,65 m1,121,08 m1,19
135 mm4,47 m1,042,61 m1,081,71 m1,12

s — odległość od przodu twarzy. Z — ile razy nos jest odwzorowany większy względem ucha. Wartość 1,00 oznaczałaby brak zniekształcenia; osiąga się ją tylko w granicy nieskończonej odległości.

Z tabeli wychodzą trzy obserwacje warte zapamiętania.

Granica akceptowalności leży około Z = 1,15. Powyżej niej widzowie zaczynają opisywać twarz jako zniekształconą, choć rzadko potrafią powiedzieć czym. Odpowiada to mniej więcej pięćdziesiątce przy popiersiu i osiemdziesiątce piątce przy zbliżeniu — czyli dokładnie tym ogniskowym, które tradycja nazywa portretowymi.

Ciaśniejszy kadr wymaga dłuższego szkła przy tej samej jakości. Przejście z portretu do zbliżenia mniej więcej podwaja odległość potrzebną do zachowania Z — dlatego zestawy do portretu mają zwykle dwie ogniskowe, a nie jedną.

Powyżej 135 mm zysk przestaje być odczuwalny. Różnica między Z = 1,08 a Z = 1,05 jest poniżej progu rozpoznania, więc dłuższe szkło do portretu bierze się już nie dla proporcji, tylko dla płytszej głębi i mocniejszej kompresji tła.

Poza osią · rozciągnięcie przy brzegu

Dlaczego twarze w rogu pęcznieją

Rzut perspektywiczny odwzorowuje kierunki na płaską matrycę. Punkt leżący pod kątem θ do osi trafia w miejsce oddalone od środka o f·tg θ — a tangens rośnie szybciej niż kąt. Skutek: przedmioty przy brzegu kadru są rozciągnięte, i to tym mocniej, im szersze szkło.

R = 1 / cos³θ  (wzdłuż promienia),   R⊥ = 1 / cos θ  (w poprzek) R — ile razy przedmiot jest rozciągnięty w kierunku od środka kadru, R⊥ — w kierunku prostopadłym. Kula odwzorowuje się jako elipsa o tym stosunku osi; twarz też.
Ogniskowa (S35)Kąt roguR wzdłużR w poprzekStosunek osi
14 mm45,6°2,911,432,04
18 mm38,4°2,081,281,63
25 mm29,7°1,531,151,33
35 mm22,2°1,261,081,17
50 mm15,9°1,121,041,08
85 mm9,5°1,041,011,03

Kąt rogu liczony z półprzekątnej Super 35 (14,28 mm). Ostatnia kolumna to stosunek osi elipsy, na jaką odwzorowuje się kula — czyli twarz.

Warto połączyć tę tabelę z poprzednią, bo razem tłumaczą coś, czego żadna z nich osobno nie wyjaśnia. Twarz w rogu kadru z osiemnastki jest zniekształcona dwa razy: raz przez bliskość (Z), raz przez położenie poza osią (R). Efekty się mnożą, a wynik bywa dramatyczny — i to jest przyczyna, dla której grupowe zdjęcia szerokim szkłem wychodzą źle dla osób stojących na skraju.

Zjawisko nie jest wadą obiektywu i nie da się go skorygować bez zmiany rzutu. Jest ceną płaskiej matrycy: rzut na kulę nie miałby tego problemu, ale za to nie odwzorowywałby prostych jako prostych, co byłoby gorsze.

Piony · rachunek zbiegania

Ile rozjeżdża pochylenie kamery

Kamera pochylona o kąt φ odwzorowuje pionowe krawędzie jako zbieżne. Wielkość zbieżności da się wyrazić jako stosunek szerokości pionowego przedmiotu na górze kadru do jego szerokości na dole:

S ≈ cos(φ − α) / cos(φ + α) S — stosunek szerokości u dołu do szerokości u góry kadru dla płaszczyzny pionowej. φ — pochylenie kamery od poziomu, α — połowa pionowego kąta widzenia. Przybliżenie dobre dla płaszczyzny prostopadłej do kierunku patrzenia w środku kadru.
Ogniskowa (S35, kadr 14 mm wys.)αφ = 5°φ = 10°φ = 20°
18 mm21,3°1,071,151,33
25 mm15,6°1,051,101,23
35 mm11,3°1,041,071,16
50 mm8,0°1,021,051,11
85 mm4,7°1,011,031,06

Wartość 1,00 oznacza piony równoległe. Widoczność zaczyna się mniej więcej od 1,10. Przy osiemnastce próg przekracza się między pięcioma a dziesięcioma stopniami; przy pięćdziesiątce dopiero powyżej dwudziestu.

Tabela tłumaczy praktykę opisaną w Rozdziale 37. Przy osiemnastce dziesięć stopni pochylenia daje już 1,15, czyli zbieganie wyraźnie widoczne w dekoracji z pionowymi krawędziami — a dziesięć stopni to niewiele, tyle wystarcza, żeby złapać górną ramkę nad przechodzącą postacią. Stąd konieczność zmiany wysokości kamery zamiast jej pochylania. Przy pięćdziesiątce ten sam ruch byłby niepotrzebny: dziesięć stopni daje 1,05, poniżej progu.