Stereo-3D-Projektion

Beispiel 3D-Projektion
Beispiel wissenschaftliche 3D-Visualisierung

-> Grundlagen zur Stereo-3D-Projektion

Wir nehmen unsere Umgebung räumlich wahr, weil wir sie mit zwei Augen aus leicht unterschiedlichen Blickwinkeln sehen. Unser Gehirn fügt die Bilder der zwei Augen zu einem 3-Dimensionalen (räumlichen) Gebilde zusammen.

Bei der Erstellung von 3D-Filmmaterial nehmen zwei Kameras (oder eine Kamera mit zwei Objektiven) die Bilder im Augenabstand auf. Ein anderer Weg läuft über Spezialsoftware (u.a. im Bereich Forschung und Entwicklung), welche die Daten für 3D-Anwendungen aufbereitet.

Bei der 3D-Projektion (oder auch Stereo-Projektion genannt) werden nun diese Bilder für jedes Auge separat sichtbar und im Gehirn entsteht ein räumlicher Eindruck von der Bilddarstellung.

Für die Trennung der Bilder und deren getrennte Wahrnehmung je Auge kommen verschiedene Techniken zum Einsatz.

Schema der passiven 3D-Projektion
Schema der passiven 3D-Projektion

-> Passiv Stereo-3D-Projektion

Bei der passiven Stereo-3D-Projektion kommen 2 Projektoren zum Einsatz. Vor den beiden Objektiven werden Polfilterfolien installiert. Die Polfilterfolien erzeugen eine Kanaltrennung des Lichts für jedes Auge.

Der Betrachter hat eine Polfilterbrille, mit dem das linke Auge nur das eine Bild sieht und das rechte Auge nur das andere Bild. Unser Gehirn fügt diese Einzelbilder zu einem räumlichen Bild zusammen.

lineare und zirkulare Polarisation
lineare und zirkulare Polarisation

Lineare und zirkulare Polarisation

Die Polfilter können eine lineare oder eine zirkulare Polarisation aufweisen.

Bei der linearen Polarisation werden die Polfilterfolien um 90° versetzt vor die Objektive gesetzt. Lineare Polfilter haben den großen Nachteil, dass durch drehen oder neigen des Kopfes die Polarisation verloren geht und das Bild nicht mehr in 3D wahrnehmbar ist.

Bei der zirkularen Polarisation werden ebenfalls vor dem Objektiv der Projektoren Polarisationsfolien installiert. Im Gegensatz zur linearen Polarisation wird das Licht spiralförmig getrennt. Der Betrachter hat wiederum eine entsprechende Polfilterbrille, mit der er mit dem linken Auge nur die dafür vorgesehenen Bilder und mit dem rechten Auge die anderen Bilder sehen kann.
Der große Vorteil gegenüber der linearen Polarisation ist, dass der Betrachter bei der zirkularen Polarisation den Kopf neigen kann.

Passiv 3D-Stereo mit zwei Projektoren und Polfilter
Passiv 3D mit zwei Projektoren und Polfilter


Vorteile:

Der Hauptvorteil der passiven 3D-Projektion ist die mit zwei Projektoren höhere erreichbare Lichtleistung. Hier gilt zu beachten, dass mit der Polarisation des Lichts und der speziellen Beschichtung der silberbeschichteten Leinwand mindestens die Hälfte der ursprünglichen Lichtleistung des Projektors verloren geht.

Außerdem sind die polarisierten Brillen relativ günstig.

Problematiken:

Damit die Kanaltrennung des Lichts (Polarisationsebenen) erhalten bleibt, muss eine silberbeschichtete (teure) Projektionswand zum Einsatz kommen. Herkömmliche Leinwände strahlen das Licht diffus ab – die Trennung je Auge geht verloren.

Beide Projektionen müssen möglichst Synchron ablaufen, da ansonsten das eine Auge ein abweichendes Bild sieht, als das zweite Auge. Bei nicht-synchroner Projektion strengt die Betrachtung den Anwender an und es kann zu Ermüdung, Übelkeit und Kopfschmerzen führen.
Dank digitalem Content und Zuspielung (eine Quelle für 2 Projektoren) konnte der synchrone Ablauf der Projektion deutlich vereinfacht werden.

Letztlich bringt der Einsatz von 2 Projektoren auch höhere laufende Betriebskosten mit sich.

Infitec-Brille
Infitec-Brille

Interferenztechnik

Eine Sonderform der passiven 3D-Projektion ist die ursprünglich von DaimlerChrysler entwickelte Interferenztechnik, die heute über Infitec vertrieben wird und auch bei Dolby Digital 3D zum Einsatz kommt.

Hierbei kommen in den Projektoren Farbräder zum Einsatz, welche die RGB-Farbwerte leicht verändern. Mit einer Interferenzfilter-Brille werden für jedes Auge bestimmte Wellenlängen der RGB-Farben gefiltert bzw. für das andere Auge durchgelassen. Damit nun aber keine abweichende Farben wahrgenommen werden, muss das Bildsignal zuvor mit einem Spezial-/Synchronserver aufbereitet werden.

Vorteile:

Auch hier kann auf spezielle Projektionsflächen verzichtet werden und auch das Neigen des Kopfes ist kein Problem.

Problematiken:

Das Gesamtsystem (zwei Projektoren, Spezialserver etc.) erfordert hohe Investitionen und auch die Brillen sind nicht günstig. Dies ist aber nur bei häufig wechselnden, großen Publikum (z.B. im Kino) ein bedeutendes Problem.

Shutter-Brille
Shutter-Brille

-> Aktiv 3D-Projektion

Bei der aktiven 3D-Projektion kommt nur 1 Projektor zum Einsatz. Der Projektor projiziert abwechselnd (für jedes Auge einzeln) die Bilder. Für die Trennung der Bilder je Auge kommen aber unterschiedliche Methoden zum Einsatz.

--> Shutter-Technik:

Bei der Shutter-Technik werden die Bilder vom Projektor abwechselnd (je Auge ein separates Bild) projiziert.

Für die getrennte Wahrnehmung der Bilder je Auge kommt eine Shutter-Brille zum Einsatz. Je Bild werden die Brillengläser wechselseitig geöffnet oder abgeschottet, so dass das jeweilige Auge nur das dafür vorgesehene Bild zu sehen bekommt.

Die Synchronisation der Shutter-Brille mit der Bildabfolge erfolgt dabei kabelgebunden oder via Infrarot-Steuerung vom Projektionsserver.

Beispiel 3D-Anwendung
Beispiel 3D-Anwendung - Virtual Reality

Vorteile:

Die Projektion kann auf normalen Leinwänden erfolgen, dadurch werden hier große Investitionen gespart und eine höhere Flexibilität beim Einsatzort erreicht. Auch ist hier das neigen des Kopfes kein Problem.

Problematiken:

Shutter-Brillen sind relativ teuer und empfindlich – wenn also vor häufig wechselnden, großen Publikum (z.B. im Kino) präsentiert wird, kann dieser Kostenpunkt stark zu Buche schlagen.
Für den Business-Einsatz übersteigen aber die oben genannten Vorteile diesen Kostenpunkt.

Der Projektor sollte für eine flimmerfreie Darstellung eine hohe Bildwiederholungsrate darstellen können. Der Projektor sollte in der Lage sein, die doppelte Anzahl an Bilder je Sekunde zu projizieren. Im Kinobereich sind für die 3D-Projektion z.B. 48 Bilder pro Sekunde (24 Bilder je Auge) vorgegeben, wobei jedes Bild dreimal wiederholt wird (72 Hertz).

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