ฟิสิกส์สร้างศิลป์ กับ Lenticular Sheet

ฟิสิกส์สร้างศิลป์ กับ Lenticular Sheet

เรื่องและภาพโดย วริศา ใจดี


 

          ช่วงนี้ฉันสนใจในศิลปะภาพเคลื่อนไหวเป็นพิเศษ ด้วยเพราะว่าอยู่ในเนื้อหาวิชาฟิสิกส์ที่ฉันเพิ่งเรียนผ่านไปเกี่ยวกับเรื่องแสงและการมองเห็น ในฉบับที่แล้วฉันได้กล่าวถึงภาพสแกนิเมชัน เทคนิคการสร้างภาพเคลื่อนไหวที่เราสามารถทำเองได้ ไม่ต้องพึ่งเทคโนโลยีใดๆ เพียงแค่อาศัยความรู้ทางฟิสิกส์มาช่วยสร้าง สำหรับสาระวิทย์ในศิลป์ฉบับนี้ ฉันจะมาแนะนำให้รู้จักกับอีกหนึ่งความคิดสร้างสรรค์ในการทำภาพเคลื่อนไหวอย่างง่าย เกิดเป็นของเล่นที่เป็นลูกผสมของวิทย์กับศิลป์ และสร้างความน่าทึ่งให้แก่เด็กๆ ไม่แพ้ภาพสแกนิเมชัน

          หลายคน (ที่เกิดทัน) อาจคุ้นกับการสะสมการ์ดของเล่นเล็กๆ ที่แถมมากับกล่องขนมซองต่างๆ มีทั้งที่เป็นภาพวาดตัวการ์ตูนไปจนถึงรูปภาพบุคคลจริง และเรามักจะตื่นเต้นเสมอเมื่อการ์ดที่เราได้มานั้นเป็นการ์ดแบบพิเศษที่พลิกเอียงไปเอียงมาเพียงเล็กน้อยก็จะเห็นว่าภาพนั้นเปลี่ยนไปเป็นอีกภาพหนึ่ง และเกิดมีมิติขึ้นมา จนเรียกขานกันว่า “การ์ดภาพสามมิติ”


การ์ดภาพสามมิติที่ฉันได้มาจากประเทศญี่ปุ่น

          ฉันเป็นหนึ่งในเด็กขี้สงสัย จึงอดไม่ได้ที่จะอยากรู้ว่ามันเกิดขึ้นได้อย่างไร และจะเป็นภาพหลอกลวงตาวิธีเดียวกับสแกนิเมชันไหม ? 

          เมื่อได้ลองศึกษาดูฉันก็ได้พบว่ามันเป็นอีกเทคนิคหนึ่งของการใช้ความรู้เรื่องแสงเชิงฟิสิกส์มาช่วยสร้างงานศิลปะ และผลผลิตที่ได้ก็คือวัสดุที่เรียกว่า แผ่นเลนติคูลาร์ (lenticular sheet) ซึ่งเป็นหัวใจสำคัญของเทคนิคการสร้างภาพเคลื่อนไหวที่เรียกว่า “ภาพเลนติคูลาร์” หรือภาพสามมิติที่ว่านี้ !

 


ภาพที่ 1 ซ้าย: ภาพแสดงแผ่นเลนติคูลาร์ (
lenticular sheet) 
ขวา: ภาพวาดขยายแสดงหน้าตัดของแผ่นเลนติคูลาร์
ภาพจาก http://www.lenticular.mobi/

          แผ่นเลนติคูลาร์ เป็นการนำเอาเทคนิคการผลิตเลนส์มาใช้ในอุตสาหกรรมการสร้างการ์ดภาพสามมิติที่ฉันได้พูดถึงข้างต้น ถ้าใครมีการ์ดนี้อยู่ ให้ลองใช้มือลูบไปบนผิวการ์ดก็จะพบว่ามีลักษณะคล้ายลูกคลื่นจิ๋วๆ ซึ่งแต่ละลูกคลื่น หรือที่เรียกกันว่าแต่ละ lenticule นั้นอัดขึ้นจากพลาสติก โดยออกแบบให้มีความโค้งนูนเป็นลูกคลื่นจิ๋วๆ ที่ด้านหน้า เปรียบเสมือนเลนส์นูนที่วางเรียงต่อกันเป็นแถว และมีด้านหลังเลนส์ที่ราบเรียบสำหรับแปะลงบนภาพที่เราต้องการนำมาทำเป็นภาพเคลื่อนไหว เมื่อลองมาขยายแผ่นเลนส์นี้ขึ้นมาให้เห็นกันชัดๆ เราจะเห็นภาพหน้าตัดของแผ่นเลนติคูลาร์เป็นรูปครึ่งทรงกลม และในมุมมองลักษณะสามมิติก็เป็นทรงกระบอกผ่าครึ่งซีกวางเรียงเป็นต่อกันเป็นแถวอย่างมีระเบียบ ดังตัวอย่างในภาพที่ 1 โดยแต่ละโค้งด้านบนที่เราเห็นจะทำหน้าที่หักเหแสง ทำให้สายตาเราโฟกัสตรงไปยังภาพที่อยู่ด้านหลังของแผ่นเลนส์ ซึ่งภาพที่นำมาทำเป็นภาพเคลื่อนไหวจะต้องผ่านกระบวนการซอยแบ่ง (interlace) เป็นเส้นตามที่ถูกออกแบบมาในแต่ละตำแหน่งของการมองเห็นของผู้สังเกต ดังภาพที่ 2


ภาพที่ 2 แสดงกลไกการทำงานของ
lenticular art โดยเมื่อเปลี่ยนมุมมองจาก A ไป B
ภาพก็เปลี่ยนจากสีแดงเป็นสีน้ำเงิน เส้นที่ลากลงมาแสดงถึงแถบที่ดวงตาเราเห็น ณ ตำแหน่งนั้นๆ

          เมื่อเราโฟกัสไปยังแถบชุดที่ที่ประกอบขึ้นเป็นภาพหนึ่งๆ ในตำแหน่งนั้นๆ เราก็จะเห็นและรับรู้ภาพหนึ่งภาพนั้น (สมมติว่าเป็นภาพสีแดง) แต่พอเราเปลี่ยนจุดโฟกัสไปยังแถบภาพอีกชุดหนึ่งแทน เราก็จะเห็นและรับรู้อีกภาพหนึ่ง (สมมติว่าเป็นภาพสีน้ำเงิน) และเมื่อเราสลับมุมมองกลับไปกลับมาระหว่างจุด A กับจุด B ก็จะทำให้รับรู้ถึงการเปลี่ยนแปลงเคลื่อนไหวของภาพ ทั้งนี้เนื่องจากคุณสมบัติการหักเหของแสงที่มาจำกัดการมองเห็นของเราในแต่ละมุมมอง จึงทำให้เหลือเพียงแค่แถบภาพชุดใดชุดหนึ่งเท่านั้นที่เราจะรับรู้ในแต่ละครั้งของการเพ่งมอง

          เราจะเห็นได้ว่ากุญแจสำคัญของการทำภาพเลนติคูลาร์ก็คือ ต้องมีภาพอย่างน้อย 2 ภาพขึ้นไป และต้องทำการซอยภาพเหล่านั้นออกเป็นแถบเล็กๆ ขนาดเท่าๆ กัน จะกว้างยาวเท่าไรก็ขึ้นอยู่กับขนาดและความหนาของแผ่นเลนติคูลาร์ที่ใช้ รวมถึงมุมการมองของระยะสายตาที่สัมพันธ์กับระยะโฟกัสของเลนส์ด้วย ซึ่งต้องอาศัยการคำนวณในเชิงฟิสิกส์

 


ภาพที่ 3 ตัวอย่างการซอยภาพและการเรียงแถบภาพ ในกรณีที่ใช้ภาพ 4 ภาพ

          ภาพที่ 3 แสดงให้เห็นองค์ประกอบของการ์ดเลนติคูลาร์ในกรณีที่ใช้ภาพ 4 ภาพ ซึ่งหากภาพทั้งสี่เป็นภาพที่คล้ายคลึงกันเราก็เห็นภาพเลนติคูลาร์ในลักษณะของภาพมีการเคลื่อนไหวแบบต่อเนื่อง แต่ถ้าหากภาพทั้งสี่เป็นภาพที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง เราก็จะได้ภาพเลนติคูลาร์ในลักษณะที่มีการเปลี่ยนแปลงภาพสลับกันไปมาแบบฉับพลัน

          ภาพเลนติคูลาร์จึงสามารถประยุกต์ใช้ได้หลายประเภท ขึ้นอยู่กับรูปแบบของชุดภาพที่เลือกมาให้เหมาะกับจุดประสงค์ของงาน สรุปได้ว่าการทำภาพเลนติคูลาร์นั้นอาจจะเป็นภาพเคลื่อนไหวที่ต่อเนื่องกัน เช่น ภาพคนกำลังควบม้าหรือตัวการ์ตูนกำลังเดิน ก็จะเห็นภาพที่ต่อเนื่องกันเป็นฉากอย่างลื่นไหล แต่ถ้าเราเลือกรูปอะไรก็ได้ที่ไม่เกี่ยวข้องกันเลย ก็จะได้เป็นประเภทภาพเปลี่ยนผ่าน ที่เปลี่ยนจากภาพหนึ่งเป็นอีกภาพหนึ่งอย่างฉับพลัน ซึ่งเราเห็นได้บ่อยในพวกนามบัตรหรือแผ่นป้ายโฆษณา ที่เปลี่ยนภาพวิบวับไปมาตามมุมมอง เพื่อดึงดูดความสนใจ


ภาพที่ 4 แสดงการซอยแบ่งภาพ
A และ B ออกเป็นแถบ และวางชนมุมกันในลักษณะหน้าจั่ว


ภาพที่ 5 แสดงผลที่ได้จากมุมมองที่ต่างกันของผู้สังเกต ณ ตำแหน่งยืนทั้งสองด้าน

          ฉันขอยกตัวอย่างเป็นการ์ตูนดังภาพที่ 4 และ 5 เพื่อให้เข้าใจง่ายยิ่งขึ้น โดยสมมติว่ามีผู้สังเกตภาพสองคน ยืนอยู่ในตำแหน่งที่ต่างกัน จากภาพ จะเห็นได้ว่า A และ B เห็นภาพที่ต่างกันสิ้นเชิง ด้วยมุมมองที่ต่างกัน ดูจากในนี้อาจจะดูเหมือนว่า กลไกนี้มันดูออกง่าย ก็แค่มองกันคนละด้านเฉยๆ ไม่เหมือนกับในการ์ดแผ่นเล็กๆ เลยสักนิด แต่นี่ก็เป็นปรากฏการณ์เดียวกันที่เกิดขึ้นบนการ์ดเลนติคูลาร์แผ่นจิ๋ว ต่างกันตรงที่มีเจ้าแผ่นเลนติคูลาร์ทำหน้าเป็นเลนส์นูนช่วยโฟกัส หักเหแสงให้เรามองเห็นเฉพาะภาพในมุมนั้นๆ แทนการเดินเปลี่ยนตำแหน่งสังเกตอย่างในภาพการ์ตูนข้างต้น ทำให้กลไกการทำงานถูกย่อส่วนลง

          การประยุกต์ใช้เทคนิคเลนติคูลาร์นี้ยังมีอีกประเภทหนึ่งที่เรารู้จักกันดีและเป็นที่นิยม นั่นก็คือการสร้างภาพสามมิติที่เรียกว่า stereoscopic effect ซึ่งหลักการก็คล้ายกับแว่นตาสามมิติแบบน้ำเงิน-แดง ที่ข้างหนึ่งเป็นเลนส์สีแดง อีกข้างหนึ่งเป็นเลนส์สีน้ำเงิน เลนส์สองสีนี้จะกรองแสงสีก่อนเข้าสู่ตาแต่ละข้าง ฝั่งสีแดงจะกรองสีแดงออกให้เห็นแต่ภาพสีน้ำเงิน ฝั่งสีน้ำเงินก็จะกรองสีน้ำเงินออกให้เห็นแต่ภาพสีแดง บังคับให้ตาสองข้างมองเห็นภาพที่ต่างกัน นี่แหละคือหลักการสำคัญของการมองเห็นภาพสามมิติเลย

          และด้วยคุณสมบัติของแผ่นเลนติคูลาร์ที่ร่นระยะมุมระหว่างแต่ละภาพ ทำให้เราสร้างภาพสามมิติได้โดยไม่ต้องพึ่งแว่นตาพิเศษแบบนั้น แต่เป็นการใช้เทคนิค parallax barrier มาช่วยให้ตาซ้ายและขวามองเห็นภาพที่ต่างกันแทน โดยเมื่อเลนส์นูนจำกัดระยะของมุมที่ต้องเปลี่ยนไปเพื่อให้ได้ภาพใหม่ ระยะห่างของการรับรู้ภาพสองภาพก็อยู่ในช่วงระหว่างตาซ้ายกับขวาของเราเอง

          เราเลยสามารถหลอกสมองของเราเพื่อสร้างเอฟเฟกต์สามมิติได้ พอสมองเราได้รับรู้ภาพจากดวงตาสองข้างที่เป็นภาพที่แตกต่างกัน ตอนที่เปลือกสมองส่วนการเห็น (visual cortex) ประมวลผลรวมภาพทั้งสอง ความแตกต่างระหว่างมุมมองในสองภาพจึงก่อให้เกิดความลึกตื้น เกิดมิติในภาพ ก็เลยได้ภาพสามมิติเป็นผลลัพธ์

 


ภาพที่ 6 แสดงการทำงานของแผ่นเลนติคูลาร์เพื่อสร้าง p
arallax barrier และส่งผลให้ตาซ้ายและขวารับภาพต่างกันในการเกิดภาพสามมิติ

           หลังจากเรียนรู้หลักการทำงานคร่าวๆ ของมันไปแล้ว เราก็คงจะพอเดากันได้ว่าในการสร้างแผ่นเลนติคูลาร์นี้ขึ้นมา ยังต้องพึ่งการคำนวณแบบละเอียดแม่นยำ เพื่อรับรองว่าคุณภาพของภาพที่ออกมาเป็นไปตามที่กำหนดไว้ เพราะถ้าคลาดเคลื่อนไปแม้แต่นิดเดียวก็อาจส่งผลให้ภาพบิดเบี้ยวไปหรือไม่เกิดการเคลื่อนไหวเอาได้

          อย่างที่ฉันได้กล่าวไว้ข้างต้นว่าปัจจัยหลักที่เราต้องคำนึงถึงคือ จำนวนเลนส์ต่อความยาวของแผ่นเลนติคูลาร์ ที่จะเป็นตัวกำหนดระยะและช่วงของการมองเห็นผ่านเนื้อพลาสติกไปยังรูปด้านล่าง มักจะนับกันเป็นจำนวนเลนส์ต่อนิ้ว (lenses per inch: LPI) ค่านี้ยังแสดงถึงความกว้างของเลนส์แต่ละอันบนแผ่นเลนติคูลาร์ ซึ่งจะเลือกอย่างไรนั้นก็ขึ้นกับวัตถุประสงค์การใช้ด้วย อย่างถ้าเราจะสร้างภาพเปลี่ยนผ่านหรือภาพเคลื่อนไหว เราต้องการให้ตาสองข้างเห็นภาพเดียวกัน แต่ไม่เหมือนกันในแต่ละมุมมอง มุมของเลนส์ควรจะอยู่ที่ประมาณ 45 องศา เพื่อให้มีระยะของการมองแต่ละภาพได้กว้างขึ้นทั้งสองตา (ดังภาพที่ 7)

 


ภาพที่ 7 แสดงการรับรู้ภาพจากแผ่นเลนติคูลาร์ที่เลนส์กว้าง 45 องศา สำหรับสร้างภาพเคลื่อนไหว
ขอบคุณข้อมูลประกอบภาพจาก https://www.lenstarlenticular.com

          ในขณะที่ภาพสามมิติ ต้องการให้ตาข้างซ้ายและตาข้างขวามองเห็นคนละภาพกัน มุมของเลนส์ก็ควรจะแคบกว่า อยู่ที่ประมาณ 30 องศา (ดังภาพที่ 8)


ภาพที่ 8 แสดงการรับรู้ภาพจากแผ่นเลนติคูลาร์ที่เลนส์กว้าง 30 องศา สำหรับสร้างภาพสามมิติ
ขอบคุณข้อมูลประกอบภาพจาก https://www.lenstarlenticular.com

          จะว่าไปแล้วศิลปะที่เราเห็นในชีวิตประจำวันก็นับได้ว่าเป็นผลผลิตจากหลักการเชิงวิทยาศาสตร์ที่ช่วยสร้างให้เกิดสิ่งที่แหวกแนวออกมา จากการสร้างภาพเคลื่อนไหวที่คนในอดีตคิดว่าเป็นเรื่องที่เป็นไปไม่ได้ จนมาถึงตอนนี้เราก็มีเทคนิคให้เห็นกันหลากรูปแบบ

          ถึงแม้เทคนิคเลนติคูลาร์ที่ฉันนำมาเล่าในวันนี้จะเป็นเทคนิคเก่าแก่และค่อนข้างซับซ้อน ซึ่งบางทีอาจจะหาดูได้ยากแล้ว เพราะในปัจจุบันมีเทคโนโลยีอื่นๆ มาแทนที่ แต่ก็นับเป็นก้าวหนึ่งของการพัฒนานวัตกรรมทางศิลปะที่เห็นกี่ทีฉันก็อดทึ่งไม่ได้เลยล่ะ


ขอขอบคุณข้อมูลจาก:

https://www.lenstarlenticular.com

https://www.explainthatstuff.com/lenticularprinting.html

http://www.math.brown.edu/tbanchof/Yale/project14/glasses.html