Параллакс — эффект смещения объектов¶

Параллакс (от др.-греч. παράλλαξις — «смещение, переменное положение») — кажущееся смещение объекта относительно удалённого фона при наблюдении из двух различных точек зрения. Величина угла между направлениями на объект из этих точек называется углом параллакса и служит основой для измерения расстояний в астрономии, геодезии и компьютерной графике.

¶Основы явления

Параллакс возникает у любого наблюдателя, меняющего точку зрения. При закрытии одного глаза и последующем переключении на другой ближние предметы кажутся смещёнными относительно далёких. Чем ближе объект, тем больше смещение; при удалении объекта на бесконечность угол параллакса стремится к нулю.

Математически для объекта на расстоянии d от наблюдателя, смещённого на базис b, угол параллакса α при малых углах аппроксимируется формулой α ≈ b/d. Эта зависимость лежит в основе триангуляции — метода определения расстояний по измерению углов из двух точек.

¶Астрономический параллакс

В астрономии параллакс — основной метод измерения расстояний до ближних звёзд. Наиболее распространён годичный (годовой) параллакс: Земля, обращаясь вокруг Солнца, меняет положение на 2 а. е. (около 300 млн км), что позволяет наблюдать звезду из двух точек с интервалом в полгода.

Параллакс звезды обратно пропорционален расстоянию до неё. Единица измерения — парсек (pc), равный расстоянию, с которого годичный параллакс составляет 1 угловую секунду (около 3,26 светового года). До начала XX века измерения ограничивались точностью около 0,01″, что давало надёжные расстояния лишь до звёзд в пределах ~100 парсек.

Значительный прогресс достигнут космическим телескопом «Гиппарх» (Европейское космическое агентство, запущен в 1989 году), обработавшим данные по ~118 000 звёзд с точностью до миллиардных долей градуса. Его преемник — «Гайя» (запуск 2013 года) — к 2022 году опубликовал каталог с параллаксами более 1,7 миллиарда объектов, что позволило уточнить шкалу расстояний Вселенной.

¶Геодезия и картография

В земной геодезии параллакс применяется при определении расстояний по базисным линиям, а также при фотограмметрической обработке аэрофотоснимков: стереопара аэрофотографий, снятых с двух точек, позволяет восстановить трёхмерную модель местности. Параллакс фотограмметрический — линейное смещение изображения точки на стереопаре относительно базовой плоскости.

¶Компьютерная графика и веб-дизайн

В компьютерной графике эффект параллакса используется для создания иллюзии глубины. При виртуальной камере, перемещающейся перпендикулярно плоскости экрана, объекты на текстурах с разными уровнями детализации смещаются с разной скоростью — ближние слои движутся быстрее дальних.

В веб-дизайне и мобильных интерфейсах параллакс-скроллинг — техника, при которой фоновые и передние элементы страницы прокручиваются с разной скоростью. Эффект популяризован после публикации статьи «A Parallax Scroll Journey» (2008) и массового внедрения в веб-дизайне начала 2010-х годов. В играх и приложениях параллакс-скроллинг известен с 1980-х годов: ранние примеры — игры Moon Patrol (1982) и Shadow of the Beast (1989), использующие многослойные фоновые панели для имитации трёхмерности на 2D-экране.

¶Параллакс в природе и повседневном наблюдении

При движении наблюдателя (в автомобиле, поезде) ближние объекты — деревья, столбы — убегают назад быстрее, чем далёкие — горы, облака. Этот кинематографический параллакс используется художниками и режиссёрами для передачи скорости и глубины сцены. В биологии параллаксом пользуются некоторые животные, например хамелеоны, которые разводят глаза в разные стороны, чтобы оценить расстояние до добычи перед атакой.

¶Ограничения метода

Точность параллаксных измерений ограничена атмосферными искажениями (для наземных наблюдений), размером базиса и разрешением инструмента. Для измерения малых параллаксов требуется либо увеличение базиса (космические аппараты), либо повышение точности оптических систем. При параллаксах менее тысячных долей угловой секунды применяются космические обсерватории, свободные от атмосферного мерцания.

¶Примечания

Понятие «параллакс» не следует путать с параллаксом ошибки — смещением точки прицеливания относительно оружия из-за несоосности глаза, прицела и ствола, хотя последнее также объясняется геометрией двух точек наблюдения.

Источники:

• Большая российская энциклопедия (статьи «Параллакс», «Парсек»)
• К. Бёркен, «История астрономических измерений»
• Инструкции ESA по миссиям «Гиппарх» и «Гайя»
• Я. Лифшиц, «Компьютерная графика: технологии и приложения»