Sztuka anamorficzna
Obrazem anamorficznym nazywamy obraz powstały przez celowe zniekształcenie jego proporcji w taki sposób, aby jego poprawny odczyt był możliwy przez popatrzenie na niego z ustalonej perspektywy lub odbicie go w odpowiednim zwierciadle.
Takie specjalne lustro nazywane jest anamorfoskopem i może nim być np. lustrzany cylinder, lustrzany stożek czy też zwyczajna łyżka. Dziedzina, która zajmuje się tworzeniem takich obrazów, nazywa się sztuką anamorficzną. Termin ten powszechnie nie jest znany, lecz to, co się kryje pod jego nazwą, obserwujemy praktycznie na co dzień. Współczesne anamorfozy są często atrakcjami turystycznymi, ale mają też charakter ozdobny, a przede wszystkim praktyczny.
Obrazy anamorficzne można zobaczyć w wielu miejscach. Aby się o tym przekonać, wystarczy przyjrzeć się chociażby poziomym znakom drogowym namalowanym na ulicach. Nietrudno zauważyć, że większość z nich jest nieproporcjonalnie rozciągnięta lub pogrubiona. Zabieg ten jest celowo stosowany przez projektantów, aby kierowcy jadący samochodem widzieli znaki we właściwych proporcjach. Obok przedstawiony został znak P-8c, czyli strzałka kierunkowa do skrętu w lewo.
W wielu miastach na świecie, np. Paryżu, Berlinie, Dun Laoghaire, można podziwiać wykorzystujące anamorfozę niesamowite malowidła na chodnikach, budynkach. Budzą one ogromne zainteresowanie wśród przechodniów.
Właściwości obrazu anamorficznego wykorzystywane są także w kinematografii, przy kręceniu filmów panoramicznych oraz nagrywaniu DVD. Podczas filmowania używane są kamery ze specjalnym anamorficznym obiektywem, który powoduje poziome „ściśnięcie” obrazu (około dwukrotne), a następnie w kinie do projektora zakładana jest odpowiednia anamorficzna soczewka, która rozciąga wyświetlany obraz. Dzięki takiej metodzie wykorzystywana jest cała dostępna powierzchnia taśmy filmowej, a w konsekwencji zapewniona jest największa możliwa rozdzielczość.
Pomysł ten przeniesiony został również na DVD z pewną różnicą – tutaj rolę obiektywu anamorficznego pełni elektronika odtwarzacza DVD. W tym przypadku rejestrowany obraz jest kompresowany do proporcji Jeśli odbiornik telewizyjny wyposażony jest w odpowiednią opcję, obraz jest dekompresowany i transformowany do formatu W przeciwnym przypadku następuje redukcja liczby linii obrazu poprzez zmniejszenie jego wysokości oraz dodanie u góry i z dołu czarnych pasów na wyświetlanym obrazie.
W malarstwie najbardziej znanym przykładem zastosowania anamorfozy jest dzieło namalowane w XVI wieku przez Hansa Holbeina Młodszego, noszące tytuł Ambasadorowie. Poza przedstawionymi postaciami oraz licznymi detalami o bogatej symbolice uwagę skupia podłużny, ukośny kształt w dolnej części obrazu. Z pozoru nic nieprzypominająca smuga okazuje się ludzką czaszką. Aby się o tym przekonać, wystarczy punkt obserwacji umieścić nad obrazem (pod kątem ok. ) na drodze wiodącej w kierunku wyznaczonym przez tę deformację. Co ciekawe, Czytelnik może spróbować zobaczyć czaszkę na uwypukleniu łyżki.
Metoda, przy użyciu której wykonuje się tego rodzaju obrazy anamorficzne, jest, oczywiście, zwykłym rzutowaniem perspektywicznym, w związku z czym do poprawnego odczytania nie trzeba dysponować żadnym specjalnym zwierciadłem.
Sytuacja jednak znacznie się komplikuje, gdy obraz anamorficzny chcemy uzyskać przez odbicie w lustrzanym cylindrze. Na przestrzeni wieków ludzie próbowali w różny sposób radzić sobie z tym problemem. Za każdym razem myślą przewodnią było stworzenie odpowiedniej siatki kołowej (Rys. 2).
Idea ta polegała na tym, aby najpierw podzielić dany obraz w szachownicę, a następnie w pewien intuicyjny sposób narysować obraz anamorficzny zawartości oczek takiej siatki. Dzięki takiemu zabiegowi problem redukował się do malowania oddzielnie małych fragmentów anamorficznych w każdym polu. Przez długi czas nie umiano jednak wyznaczyć dokładnego obrazu anamorficznego wybranego punktu, a w konsekwencji również precyzyjnej siatki kołowej. Z czasem jednak udało się znaleźć rozwiązanie tego problemu.
Zakładamy, że obserwator (oko) jest dostatecznie daleko od lustrzanego cylindra, a obraz anamorficzny jest wyznaczony przez promienie równoległe do danego wektora nie zaś przez jeden środek rzutów. Znalezienie siatki kołowej sprowadza się do wyznaczenia obrazu anamorficznego dwóch szczególnych krzywych leżących na walcu – tworzącej walca oraz okręgu leżącego w jego przekroju poprzecznym. Najpierw znajdziemy obraz tworzącej walca. Przyjmijmy oznaczenia takie jak na rysunku 3. Niech wektor oznacza kierunek rzutowania, natomiast tworzącą walca. Na początku wyznaczymy obraz dowolnego punktu rozwiązując przy okazji podstawowy problem, z którym dawniej nie mogli uporać się malarze. W tym celu poprowadźmy prostą równoległą do kierunku rzutowania, przechodzącą przez punkt Korzystając z górnej części rysunku 3, przedstawiającej rzut walca z boku, wyznaczamy punkt będący punktem przecięcia prostej oraz płaszczyzny rzutowania. Przez oznaczmy szukany obraz anamorficzny punktu
Spójrzmy teraz na dolną część rysunku 3 przedstawiającą rzut walca z góry. Zauważmy, że w rzucie prostokątnym mamy równość odcinków Oznaczmy teraz przez prostą prostopadłą do powierzchni walca przechodzącą przez punkt Zgodnie z prawem fizycznym mówiącym, że kąt padania jest równy kątowi odbicia, mamy równość kątów: Ponadto z równości kątów wierzchołkowych wynika, że W związku z tym również kąty przy podstawie trójkąta równoramiennego mają tę samą miarę. Z tego z kolei wynika równoległość prostych i Obierając inny punkt na prostej – oznaczmy go – i postępując analogicznie, otrzymamy punkty i przy czym (wobec tego, że prosta będzie ta sama) trójkąty i będą podobne. Zatem obrazem anamorficznym tworzącej będzie półprosta o wierzchołku w punkcie Zastanówmy się teraz, jaki będzie obraz anamorficzny okręgu wyznaczonego przez przekrój walca płaszczyzną Przyjmijmy, że promień walca jest równy natomiast punkt należy jednocześnie do osi walca i płaszczyzny Wówczas jest środkiem okręgu a jego promieniem. Niech będzie dowolnym punktem okręgu Poprowadźmy (Rys. 4) dwie proste równoległe do kierunku rzutowania – oraz – przechodzące odpowiednio przez punkty oraz Oznaczmy przez oraz punkty przecięcia tych prostych z płaszczyzną rzutowania, natomiast przez szukany obraz anamorficzny punktu W obrazie rzutu prostopadłego zachodzi, oczywiście, równość odcinków Dodatkowo, podobnie jak w poprzednim przypadku, korzystając z prawa odbicia, otrzymujemy równość kątów i która pociąga za sobą następującą równość:
Zatem punkty i są współliniowe. Rozważmy teraz okrąg o środku przechodzący przez Oznaczmy przez punkt przecięcia prostej z okręgiem Wówczas czworokąt jest równoległobokiem o bokach równych co do długości promieniom okręgów oraz Z przeprowadzonej analizy wynika, że obraz anamorficzny punktu leży na prostej przechodzącej przez punkty oraz a ponadto znajduje się w odległości od drugiego punktu przecięcia tej prostej z okręgiem W celu wyznaczenia obrazu anamorficznego okręgu wystarczy zatem poprowadzić półproste z punktu a następnie wyznaczyć na nich punkty odległe o od punktów ich przecięcia z okręgiem Krzywa, jaką otrzymamy w wyniku takiego procesu, nosi nazwę ślimaka Pascala.
Jak się zatem okazuje, krzywa będąca obrazem anamorficznym okręgu leżącego w przekroju poprzecznym walca nie jest łatwa do określenia na pierwszy rzut oka. Nie ma się zatem co dziwić malarzom, którzy przez długi czas mieli problemy z wyznaczeniem dokładnej siatki kołowej. Z czasem udało się również zbudować urządzenie mechaniczne (przypominające swym wyglądem wielonogi cyrkiel) służące do wykreślania tego typu siatek, które jednak w dobie grafiki komputerowej chyba znacznie traci na wartości. W szczególności dostępne są darmowe programy generujące obrazy anamorficzne w przekształceniu walcowym dowolnego zdjęcia. Przykładem takiego programu jest Anamorph Me!. Wiele niezwykłych obrazów grafiki anamorficznej Czytelnik może znaleźć bez trudu w Internecie pod hasłem anamorphic art.