3D-Technik

Wie funktioniert die 3D-Technik

Flache Bilder waren lange Zeit der Alltag. Inzwischen gibt es jedoch praktikable Ansätze, um aus diesen Bildern einen 3D-Effekt zu erzeugen. Die derzeit gebräuchlichen Systeme greifen alle auf entsprechende Geräte zurück. Ohne einen 3D-Fernseher oder zumindest eine 3D-Brille ist auch kein 3D-Effekt möglich. Die verwandte Technik ist eine andere, das Prinzip dahinter bleibt jedoch gleich.

Die dreidimensionale Darstellung wird in den Kinos und inzwischen auch auf vielen Bildschirmen zu Hause genutzt. Dieses Prinzip ist unter dem Namen “stereoskopische Technik” im Einsatz. Der Ansatz verfolgt dem Gedanken, dass jedes Auge ein leicht verändertes Bild zu sehen bekommt. So wird für das Gehirn ein glaubbarer Effekt erzeugt. Die derzeit verwendeten 3D-Systeme mit stereoskopischer Technik, greifen auf eine der folgenden vier Brillentypen zurück:

  • Head Mounted Display
  • Shutterbrille
  • Anaglyphenbrille
  • Polarisierte Gläser

Dabei ist die Anaglyphenbrille sicherlich das gebräuchlichste Exemplar. Die Augen blicken dabei einmal durch ein grünes und einmal durch ein rotes Fenster. Für die Heimdarstellung am PC wird jedoch entweder auf die Shutterbrille oder auf die polarisierten Gläser zurückgegriffen.

 

Die Shutterbrille

Eine Schicht von Flüssigkristallen mach das Glas der Shutterbrille undurchsichtig. Um eine 3D-Darstellung zu erzeugen, werden die Gläser abwechselnd abgedunkelt. Dadurch ist es nur einem Auge möglich, dem Bild zu folgen. Diese Wechsel gehen mit 60 Intervallen in der Sekunde (Optimum) sehr schnell vonstatten. Dieser Effekt muss jedoch mit dem Projektor oder Monitor synchron laufen. Dies bedeutet, dass das System im selben Intervall leicht veränderte Bilder liefern muss. Durch die Stereoskopie wird auf diese Art und Weise der 3D-Effekt erzeugt.

Spezielle 3D-Monitore sind bei dieser Variante nicht notwendig. Neben der Synchronität ist auch eine größere Leuchtstärke nötig. Die von den Augen wahrgenommene Helligkeit wird durch das wechselseitige Betrachten nämlich halbiert. In den 90er Jahren kamen die ersten Shutterbrillen für den PC auf den Markt. Die Voodoo2-Karten und auch die TNT2-Karte Erazor III (ELSA) waren für diese Art von Effekten ausgelegt. Allerdings war der Blickwinkel zu dieser Zeit noch sehr begrenzt, die Gläser waren klein und recht schwer. Außerdem war es nur, zu dieser Zeit, recht teuren Monitoren möglich, die benötigte Bildwiederholungsrate zu erzeugen.

Mit der Zeit hielten die TFT-Bildschirme immer mehr Einzug in den Privathaushalten und mit ihnen wurde auch die Darstellung über die Shutterbrille lange Zeit vergessen. Vor gar nicht langer Zeit kamen dann Bildschirme mit einer Wiederholungsrate von über 120 Hz auf den Markt. Für die Shutterbrille bedeutet dies, dass ein praktisch flimmerfreies Bild erzeugt werden kann. Die ersten Monitore, welche den Anforderungen entsprachen, kamen von Samsung und Viewsonic auf den Markt. Nividia hat sich entsprechend ins Zeug gelegt und stellt eine Shutterbrille her, die schon bald in den Verkauf gelangen soll.

Auf www.magnus.de konnte ein Probeexemplar getestet werden. Daraus geht hervor, dass diese Brille nicht nur für PC-Bildschirme, sondern auch für passende Fernseher oder Ausgabegeräte mit Beamer nutzen kann. Fernseher mit der DLP-3D-Technologie (Texas Instruments), sowie mehrere Laser- oder Plasma-TVs kämen damit in Frage. Auch hier werden für beide Augen leicht unterschiedliche Bilder erzeugt, die in Schachbrettmustern angeordnet sind. Durch diesen Kniff kommen die 3D-Effekte glaubhaft rüber. Die Brille kann jedoch nicht mit Ausgabegeräten betrieben werden, die nur ein 60 Hz-Eingangssignal unterstützen. Derzeit sind, laut Aussage von Nividia, bereits 120-Hz-Geräte in der Entwicklung. Weiterhin gibt es einen 3D HD Projektor von der Firma LightSpeed Design, der ebenfalls 3D-Bilder mit den notwendigen 120 Hz erzeugen kann. Auch hier steht dem Kunden ein flimmerfreier 3D-Genuss ins Haus.

 

Die Polarisationsbrille

Stereoskopische Bilder können auch mit polarisierten Brillen hergestellt werden. Diese müssen jedoch mit bestimmten Monitoren kombiniert werden. Es ist jedoch eher ein passives Verfahren, da die Brille ohne Elektronik auskommt (im Gegensatz zur Shutterbrille). Vom Aussehen her ist die Brille einer Sonnenbrille ähnlich. Die “Gläser” sind jedoch in um 90° versetzt und bestehen aus Polfilterfolien. Dadurch sehen beide Augen das für sie bestimmte Bild. Durch das Zuliefern von unterschiedlichen Bildern wird auch hier ein 3D-Effekt erzeugt.

Um die entsprechenden Bilder auch zu bekommen, wird die notwendige Technik benötigt. Interlaced-Technik, Projektoren mit Polfilterrad, Doppelprojektoren oder die Dual-Panel-Monitore werden dafür benötigt. Zalman und Hyundai nutzen das Interlaced-Verfahren. Dabei wird die vertikale Auflösung halbiert. Dies bedeutet, dass jeweils das linke und rechte Auge die Hälfte der Linien sehen werden. Im Sortiment sind derzeit Monitore mit 19 und 22 Zoll bei Zalman vorhanden. Hyundai kann hingegen mit Monitoren einer größeren Kategorie aufwarten. Vorhanden sind diese in 22, 24 und 46 Zoll.

Die verringerte Auflösung stört dabei kaum. Es gibt jedoch auch Dual-Panel-Monitore, die in voller Auflösung und mit 3D-Effekt betrieben werden können. Dies ist der Tatsache “geschuldet”, dass diese mit zwei Displays (TFT) arbeiten, die im Winkel angeordnet sind. Weiterhin wird ein halbtransparenter Spiegel verwandt um den Effekt abzurunden. Geräte, wie bspw. von Planar sind mit derzeit noch über 2000€ sehr kostenintensiv. IZ3D geht einen etwas anderen Weg. Dort sind die Panels nacheinander angesetzt. Mit einem gesonderten Treiber, welcher z.B. von ATI-Karten unterstützt wird, kann das Bild für das linke und rechte Auge gesondert berechnet werden. Der Monitor mit 22-Zoll ist in den Vereinigten Staaten für 399€ zu bekommen. In Deutschland ist das Produkt leider noch nicht verfügbar. Als wichtige Voraussetzung gilt hier jedoch eine Grafikkarte mit zwei Ausgängen.

Das Verfahren mit Polarisation hat jedoch auch einen Nachteil – das Ghosting. Wird die vertikale Position zum Bildschirm verändert, so entstehen doppelte Bilder. Die Entfernung spielt hingegen keine Rolle. Die sog. Head-Mounted-Displays, also Brillen mit integriertem Displays, werden derzeit nur in professionellen Umgebungen eingesetzt.

 

3D-Effekt ohne Brille

Die Technik, welche derzeit ohne Zusatzgerät (z.B. Brille) auskommt, sind die autostereoskopischen Flachdisplays. Allerdings stehen auch diese in der Pflicht für beide Augen ein unterschiedliches Bild zu liefern. Die sog. “Wackelbilder”, auch Lentikularlinsensystem genannt oder die Parallaxenbarriere kommen hier zum Einsatz. Die genaue Position des Betrachters muss erfasst werden, um das perfekte Bild liefern zu können. Für einen 3D-Genuss für mehrere Personen ist es jedoch notwendig, dass das Bild in mehrfacher Ausführung nebeneinander platziert wird. Dadurch entsteht der 3D-Effekt auch unabhängig vom Standort.

Fünf bis neun Bilder sind derzeit als Standard zu betrachten. Es wäre technisch keine Herausforderung mehr Bilder übereinander zu legen, allerdings geht dadurch an Bildschärfe verloren. Dies bedeutet auch, dass der Film von entsprechend vielen Personen gesehen werden kann. Das Frauenhöfer Institut hat auf der vergangenen CeBIT ein HHI Display mit neun Bilden (Views) gezeigt. Dort konnte von 8 Standpunkten um das Gerät herum zugeschaut werden. Es wurde an diesen Plätzen räumlich scharf gesehen. Trotz erkennbarer Fortschritte ist diese Technik schwierig zu meistern. Dies beweist auch die Aufgabe von Phillips in diesem Bereich. Für den zukünftigen 3D-Genuss hat die Technik mit Brille mehr Erfolgsaussicht.

 

Kino in 3D

Fast 50 Jahre sind seit dem ersten Anlauf in 3D vergangen. Derzeit machen sich die Kinobetreiber daran, das Genre wieder aufleben zu lassen. Die dritte Dimension ist zurück und durch die neue Technik ist sie spektakulärer denn je. Die Dreamworks Produktion “Monsters vs. Aliens” ist bereits in 59 Kinos in Deutschland zu sehen. Diese haben allesamt auf 3D umgerüstet. Besonderes Augenmerk wird dem Trend jedoch in der Trickfilmbranche entgegen gebracht. Dies ermöglicht neue Partnerschaften, z.B. zwischen Dreamworks und Intel.

Wo die Trickfilmtechnik von dem Trend mehr profitiert, müssen die Realfilme mit zwei parallelen Kameras gedreht werden. Dies verkompliziert den Dreh, aber die Digitaltechnik erlaubt dennoch einen sauberen Schnitt und eine professionelle Nachbearbeitung.

Die Kinos setzen in der Regel auf die stereoskopischen Systeme von RealD und Dolby 3D. Der Vorteil von letzterem ist, dass die Betreiber mit der herkömmlichen weißen Kinoleinwand arbeiten können. Es ist halt “nur” eine Weiterentwicklung des bekannten anaglyphen-3D-Prinzips. Für das RealD-Verfahren wird hingegen eine silberne Leinwand benötigt. Dafür ist die Ausgabequalität, des mit Polfiltern arbeitenden Verfahrens, besser und das 3D-Erlebnis wirkt intensiver.