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DVD 3D-Techniken

Allgemeines

Grundprinzip
Grundprinzip
Beim dreidimensionalen Sehen erhalten beide Augen leicht unterschiedliche Bilder, da sie einen Abstand von ca. 7cm voneinander haben. Erst das Gehirn erzeugt aus diesen beiden Bildern die dreidimensionale Information. Alle 3D-Verfahren (außer der Holographie) basieren darauf, daß zwei Bilder, die von Kamerapositionen im Augenabstand aufgenommen wurden, getrennt beiden Augen angeboten werden. Für den Fall, daß beide Bilder auf einer Bildebene projeziert werden und mit den verschiedenen Techniken (z.B. mit Farben bei Anaglyphenbildern) getrennt werden, ist hier im Bild gezeigt, wie der 3D-Effekt entsteht: ist ein Objekt in beiden Bildern an der gleichen Stelle, hat es die gleiche Entfernung wie die Bildebene. Bei Objekten, die näher oder weiter als die Bildebene sind, decken sich die Objekte in beiden Bildern nicht mehr. Bei Objekten, die weiter als die Bildebene sind, sind sie für das linke Auge weiter links und für das rechte Auge weiter rechts im Bild, bei näheren Objekten ist es umgekehrt. Bei extrem weit entfernten Objekten ist der Abstand der Teilbilder der Augenabstand, also ca. 7cm, so daß beliebig weit entfernte Objekte (z.B. Mond oder Sterne) problemlos dargestellt werden können. Bei sehr nahen Objekten können die Teilbilder sehr weit voneinander entfernt sein. Sobald sie nicht mehr auf das Bild passen, kann das nahe Objekt nicht mehr dargestellt werden (gestrichelte Linien). In der Zeichnung ist bereits ein sehr großes Bild angenommen (großer Blickwinkel), bei einer schmaleren Bildebene ist die minimal darstellbare Distanz größer. Deshalb ist die Wirkung bei 3D-Filmen in den 180°-Kinos auf dem Jahrmarkt am stärksten: Das Bild erfaßt das gesamte Gesichtsfeld, so daß auch extreme Effekte darstellbar sind (z.B. scheinbarer Stoß mit einer Schirmspitze auf die Nase). Bei einem kleinen Fernseher hat man dann das andere Extrem, es sind nur schwache Effekte möglich.

Ändert der Zuschauer den Betrachtungsabstand, ändern sich alle Entfernungen zueinander entsprechend, doppelter Betrachtungsabstand verdoppelt auch alle Objektabstände, auch nahe Objekte sind jetzt doppelt so weit weg.

Bei einer Verkleinerung der Bildgröße sieht es anders aus: Die Objektabstände zur Bildebene werden ebenfalls kleiner, aber je weiter weg von der Bildebene, desto stärker nehmen die Abstände ab, der 3D-Raum wird komprimiert (große Abstände zur Bildebene nehmen stark ab, kleine Abstände dagegen weniger stark). Dagegen hilft auch eine Verkleinerung des Betrachtungsabstandes nur bedingt, die Abstände wachsen zwar wieder, aber die Verhältnisse der Abstände bleiben verzerrt. Deshalb sollten gerade 3D-Filme fürs IMAX möglichst groß dargestellt werden.

Bei einer Vergößerung der Bildgröße hat man den umgekehrten Effekt. Bei weit entfernten Objekten kann der Abstand der Teilbilder größer als der Augenabstand werden, solche Objekte wären dann "weiter als Unendlich" weit weg, was natürlich Unsinn ist. Entweder kann das Gehirn diese Information nicht vernünftig verarbeiten (das Objekt wird in einer falschen Entfernung wahrgenommen) oder die Augen können die beiden Teilbilder nicht mehr zur Deckung bringen (solche Bilder kommen in der Wirklichkeit ja nie vor), man sieht diese Objekte dann doppelt. Deshalb müssen 3D-Projektionen immer so justiert werden, daß die Teilbilder der weitesten Objekte nicht weiter als Augenabstand voneinander entfernt sind.

Damit man natürliche Abstände erreicht, muß bei der Aufnahme die Brennweite so gewählt werden, daß der Bildwinkel des Objektivs genau so groß ist,wie der Blickwinkel beim Betrachten des Bildes.

Diese Überlegungen gelten für alle Verfahren, bei denen die beiden Bilder übereinanderprojeziert werden, also für Anaglyphenbilder, Polarisationsverfahren, Shutterbrillen, "Wackelbilder" und Nuoptix (werden in den folgenden Abschnitten erklärt). Bei den Stereobildern werden die Bilder nicht übereinanderprojeziert, sonder gleich getrennt den Augen dargeboten, hier gelten teilweise ähnliche Regeln, ansonsten muß die Optik möglichst genau die Bilder den Augen anbieten, die man bei direkter Betrachtung der Szene auch sehen würde.

Jede Technik, die zwei Bilder getrennt für beide Augen sichtbar machen kann, kann für eine 3D-Darstellung verwendet werden. Ausnahme sind Holographien, die auf einem ganz anderen Prinzip beruhen. Einige der Beispielbilder können ohne Hilfsmittel betrachtet werden, für andere braucht man eine Spezialbrille. Die sind in den entsprechenden Kapiteln beschrieben, auch wie man sie sich behelfsmäßig selber machen kann. Bei den meisten Beispielbildern ist es gut, die Helligkeit des VGA-Monitors zu erhöhen.

Stereobilder

Stereobild
Stereobild

Diese Technik ist die älteste, sie gibt es schon seit über 100 Jahren. Die beiden Bilder, die im Augenabstand von ca. 7cm aufgenommen wurden, werden über ein "Stereoskop" einzeln von den beiden Augen betrachtet. Ein Stereoskop hat zwei Linsen im Augenabstand, deren Brennweite dem Abstand der beiden Bilder dahinter entspricht. Sieht man nun durch diese beiden Linsen, sieht jedes Auge das entsprechende Bild wie durch eine Lupe. Auch die beiden Bilder hinter den Linsen haben Augenabstand zueinander.

Das Beispielbild hier ist etwas anders: Der Abstand ist größer und recht und links sind vertauscht. Die Betrachtung erfordert keine Brille, dafür aber Übung. Man halte einen Bleistift zwischen Nase und Monitor, Entfernung von der Nase bis zum Bleistift etwa 1/3 der Entfernung bis zum Monitor. Jetzt abwechselnd das linke und rechte Auge schließen und den Bleistift so bewegen, daß die Bleistiftspitze für beide Augen jeweils vor der gleichen Stelle im Bild zu sein scheint (dazu eine markante Stelle aussuchen). Beim linken Auge ist der Bleistift vor dem rechten Bild und umgekehrt. Jetzt beide Augen öffnen und die Bleistiftspitze fixieren. Im Hintergrund sieht man jetzt ziemlich unscharf drei Bilder, weil sich die Bilder beider Augen nicht decken (man sieht ja auf den Bleistift), aber das rechte Bild des linken Auges deckt sich mit dem linken Bild des rechten Auges und erscheint als das mittlere der drei Bilder. Nun muß man versuchen, sich auf dieses mittlere Bild zu konzentrieren, bis es scharf wird. Nicht versuchen, es normal anzusehen, dann sieht man wieder nur zwei Bilder nebeneinander. Es ist ähnlich wie mit den Schielbildern, die mal in Mode waren (siehe Randombilder). Glückt es, ist das mittlere Bild dreidimensional und farbig, der Bleistift kann nun vorsichtig weggenommen werden. Mit mehr Übung geht das auch ohne den Bleistift. Es geht leichter, wenn man etwas weiter vom Monitor weg geht (ca. 1m). Sobald man ein scharfes 3D-Bild sieht, kann man vorsichtig wieder näher herangehen.

Anaglyphentechnik

Anaglyphenbild
Anaglyphenbild

Bei der Anaglyphentechnik wird die Trennung der beiden Bilder durch Farbe bewirkt. Damit entfällt jedoch die Farbinformation in den Bildern. Ein Bild wird z.B. rot eingefärbt, das andere grün (es gibt auch die Variante Rot/Blau, ist aber seltener). Durch eine Brille mit roten und grünen Gläsern ist nur das jeweils passend eingefärbte Teilbild zu sehen, das andere wird ausgefiltert. In meinem Beispiel sind zwei Aufnahmen im Augenabstand von 7cm als S/W-Bilder aufgenommen worden. Das linke Bild ist rot eingefärbt (von den gleichen RGB-Signalen ist nur R übriggeblieben, G und B sind jeweils Null) und das rechte ist grün eingefärbt. Beide Bilder sind anschließend überlagert worden. Zum Betrachten braucht man eine Brille mit rot/grünen Gläsern, links rot und rechts grün. Vielleicht hat jemand noch so eine Pappbrille aus der Zeit, als das Fernsehen mal versuchsweise solche Sendungen produziert hatte (ca. 1985). Es kann sein, daß bei den Brillen grün links ist, dann muß man sie eben verkehrt herum vor die Augen halten. Bei Conrad gibt es farbige Acrylglasscheiben für LED-Displays, die sehr gut für diesen Zweck geeignet sind (Best-Nr. 530700-22 rot und 530719-22 grün, je 100*50mm groß (Achtung, es gibt auch blaßgrüne Scheiben, die sind nicht geeignet). Einfach die rote Scheibe vor das linke Auge halten und die grüne vor das rechte Auge, dann das Bild kurze Zeit wirken lassen. Die Monitorhelligkeit sollte erhöht werden, da durch die Filter viel Licht verloren geht. Da die Augen asymmetrisch belastet werden, stellen sich auf Dauer zu Kopfschmerzen ein. Für längere Filme ist das Verfahren daher nicht so gut geeignet, auch wegen der fehlenden Farbe.

Polarisation

Dieses Verfahren funktioniert nur mit zwei Projektoren, jeder hat ein Polarisationsfilter, deren Richtungen senkrecht zueinander sind (meistens 45° nach links und 45° nach rechts geneigt). Die Brille hat ebenfalls Polarisationsfilter, die genau so ausgerichtet sind. Mit zwei Diaprojektoren und Stereofotografien auf getrennten Dias (eventuell mit einer Kamera nacheinander geschossen) und 4 Polarisationsfiltern kann man das ausprobieren. Diese Technik wird in allen 3D-Kinos (einige IMAX, 180° Rundkino auf dem Jahrmarkt, Disneyland) verwendet. Man hat Farbe, beide Augen werden symmetrisch angesprochen, so daß auch längere Filme ohne Kopfschmerzen anzusehen sind. Einen Nachteil hat das Verfahren aber auch: die "Übersprechdämpfung" zwischen den Bildern ist nicht besonders gut (das linke Auge sieht auch etwas vom rechten Bild und umgekehrt), besonders wenn man den Kopf nicht exakt gerade hält. Ein Beispielbild ist hier natürlich nicht darstellbar.

Shutterbrille

Die Shutterbrille wird vor allem im Videobereich angewendet. Linkes und rechtes Bild werden im schnellen Wechsel nacheinander auf dem Bildschirm oder der Leinwand dargestellt. Die Shutterbrille deckt synchron dazu deweils das Auge ab, dessen Bild gerade nicht angezeigt wird. Die Bildwechselzahl, die jedes Auge sieht, ist halb so groß wie die Bildwechselzahl des Displays. Professionelle Simulatoren und 3D-Displays (z.B. in der Automobilbranche oder für die Medizin) arbeiten mit progressiven Bildern mit erhöhter Bildfrequenz, um die Auflösung zu erhalten und das Flimmern gering zu halten. Bei Spielen und den neuen DVDs mit 3D-IMAX-Filmen wechselt jedes Halbbild zwischen rechtem und linkem Bild. Entweder enthält das odd-field das linke und das even-field das rechte Bild oder umgekehrt. Daraus folgt sofort, daß eine progressive Wiedergabe nicht möglich ist (es ist sozusagen schon eine mit halber Zeilenzahl). Das Flimmern nimmt stark zu, da jedes Auge nur noch 25 oder 30 Bilder/s sieht. Die Trennung der Bilder hängt von der Trägheit der Shutterbrille und des Displayes ab und dürfte ähnlich wie beim Polarisationsverfahren sein, ist aber unabhängig von der Kopfhaltung. Farbe ist ebenso kein Problem. Auch hier ist ein Beispielbild nicht darstellbar.

Nuoptix/Pulfrich

Nuoptix
Nuoptix Animation
Nuoptix wurde erstmals in der 'Knoff Hoff Show', kurz in der ARD, dann bei 'Tutti Frutti' und später bei PRO7 gezeigt und angewendet. Auf DVD gibt es auch entsprechende Filme, z.B. 3D Magahaie. Die Brille hat für das rechte Auge ein dunkleres Glas als für das linke. Dadurch braucht die Bildinformation des rechten Auges länger als die des linken Auges, um vom Gehirn verarbeitet zu werden. Wenn sich die Kamera seitwärts nach links bewegt, sieht das rechte Auge ein Bild von einer Kameraposition, die etwas weiter rechts liegt, als das Bild der aktuellen Kameraposition, die das linke Auge sieht (weil die Kamera kurz vorher eben etwas weiter rechts war). Man kann solche Aufnahmen mit _einer_ Videokamera auch selber anfertigen, die Kamera muß sich nur seitlich nach links bewegen (z.B. aus der Beifahrerseite eines fahrenden Autos heraus). Man kann die Kamera auch kreisförmig um das Objekt herumführen, sie sieht ständig zum Mittelpunkt und bewegt sich seitlich nach links.

Bei der Beispielanimation dreht sich der Stuhl, die Kamera steht still. Deshalb erscheint auch nur der Stuhl selbst dreidimensional, nicht jedoch der Hintergrund.

Als Brillenersatz genügt auch ein Sonnenbrillenglas oder ein Graufilter (sollte mindestens ND4 oder zwei ND2 hintereinander sein) vor dem rechten Auge. Man kann natürlich auch rechts/links komplett austauschen, Kamera nach rechts bewegen und linkes Auge abdunkeln. Dies ist ein einfaches Verfahren, aber die Kamera muß ständig in Bewegung bleiben (das tut sie in entsprechenden Sendungen nicht immer) und Kopfschmerzen sind auf Dauer eingeschlossen, da die Augen unsymmetrisch belastet sind. Es ist aber "abwärtskompatibel", man kann Nuoptix-Aufnahmen ohne Brille betrachten, dann allerdings ohne 3D-Effekt.

Bildmultiplex

Multiplexbild
Multiplexbild
Das Verfahren ähnelt dem mit der Shutterbrille, die Bilder wechseln sich aber wesentlich langsamer ab (ca. 3-mal pro Sekunde). Es wird keine Brille verwendet. Die Bildwechsel entsprechen einem ständigen Wechsel des Blickwinkels, wodurch ein verblüffender 3D-Effekt entsteht. Vorteile: keine Brille erforderlich, Farbe hat man auch. Dieses Verfahren soll bei einigen Sportübertragungen im USA-Fernsehen verwendet werden, ich kann das allerdings nicht belegen. Für längere Filme dürfte die ständige Wackelei aber recht störend sein.

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