Digital 3D, Pantallas 3D

Digital 3D, Pantalla 3D

El Digital 3D, simula el efecto que se produce en el ojo humano mientras percibe un objeto tridimensional real. El proceso se genera cuando el proyector digital del cine reproduce las imágenes del ojo izquierdo y derecho a 144 cuadros por segundo, intercaladamente. Los filtros polarizadores, en el caso de los IMAX 3D (especificado abajo) y RealD, La rueda de color, en caso de los Dolby 3D, o un emisor infrarojo en caso de XpanD 3D. Para ver la imagen y decodificarlas, se necesitan de lentes especiales. Debido a la velocidad de cuadros y los lentes utilizados, cada uno de los ojos del espectador recibe una imagen, con puntos de vista distintos, haciendo que el cerebro interprete profundidad mediante la fusión de las imágenes.

En la actualidad, el sistema se está comenzando a usar mucho más, llegando al punto de ser llamado "El futuro del cine". El Número de pantallas ha aumentado significativamente, de manera mundial, y a cada estreno 3D, se abren más.

Asus, presentó en el último trimestre del 2009, uno de los primeros ordenadores 3D, compuesto por las Gafas 3D, el transmisor, con NVIDIA 3D Vision, y una pantalla LCD con 120Hz.

Los principales fabricantes de televisores, tienen anunciado sus nuevos aparatos con la tecnología que permitirá ver imágenes en este nuevo formato en el 2010. Sony, ha creado una división para sacar juegos en Digital 3D durante el 2010.

En España Dygra Films, está produciendo "Holy Night!" en Digital 3D, siendo una de las primeras producciones europeas, a la par que Dreamworks o Pixar en realizar una producción en Digital 3D.

En México, esta la producción de "Brijes" en 3D que llenara las salas digitales de México en el 2010. Siendo esta la primera película digital 3d de México y Latinoamérica, sin embargo, Televisa ya había presentado el partido America-Chivas en el formato digital 3D en salas seleccionadas.

Sistema RealD 3D

El sistema crea la ilusión a partir de la emisión de imágenes intercaladas del ojo izquierdo y derecho, a 144 cuadros por segundo (2 ojos x 24 cuadros x 3 veces cada cuadro). Se usa polarización circular, que es más estable, establecida desde el proyector que está en sincronía con la pantalla LCD que se pone en frente de este, para crear la polarización de la luz. Se necesita de una pantalla especial, plateada, que refleja la luz, ayudando a que exista menos traspaso de imagen de un ojo al otro. Los lentes utilizados son baratos, por lo tanto se pueden dar como regalo después de la función, pero no en todos los países aún, y generalmente son personalizados para cada película. También se ha generado un sistema de reciclaje de lentes para evitar la contaminación del medioambiente. Algunas marcas conocidas de lentes han anunciado que lanzarán lentes de sol, que mediante un sistema especial, se podrán ocupar también como lentes 3D en estos cines.

Sistema Dolby 3D

El sistema crea la ilusión a partir de la emisión de imágenes intercaladas del ojo izquierdo y derecho, a 144 cuadros por segundo, al igual que el RealD, pero usa una pantalla común (Blanca) y crea el 3D mediante diferenciación espectral, que se refiere a la diferencia de colores, como los típicos lentes Rojo-Azul, pero a un nivel imperceptible, de manera que se ve la imagen a todo color. Dentro del proyector va el sistema de disco que produce la diferenciación de color, coordinado con las imágenes proyectadas. Los lentes ocupados se deben devolver después de cada función, donde después se produce una limpieza de estos y su reutilización, a causa de su alto costo, costo que a causa de su mantención se eleva más aún.

Sistema XpanD 3D

Este sistema ocupa un proyector digital a 48 cuadros por segundos, 24 por cada ojo. Usa lentes activos, los cuales se coordinan con el proyector mediante un emisor infrarrojo colocado en la sala. Se usa una pantalla común. Los costos de mantención son mayores, a causa de la limpieza de lentes y baterías que se tienen que reemplazar. Se dice que es el sistema que da la mejor sensación de profundidad. Es más usado en Europa.

Sistema IMAX 3D

Existen 2 tipos: Digital y Análogo. Los IMAX tienen renombre mundial por su alta calidad de imagen, generada por sus sistemas análogicos. Usan 2 rollos de película, una para cada ojo, 10 veces más grandes que las normales, 2 proyectores con diferentes filtros polarizadores sobre ellos. Usan una pantalla Plateada, pues usan polarización lineal. Se le dice el sistema mas inmersivo, a causa del sistema de audio y el tamaño de sus pantallas, pero a causa de la forma que genera el 3D, si giras un poco la cabeza, la imagen de un ojo se comienza a pasar al otro. La versión digital de los IMAX no ha tenido gran aceptación, a causa de su baja calidad de imagen en relación a la versión análoga.

Ventajas del Digital 3D

La ventaja y principal diferencia del sistema Digital 3D frente a los otros sistemas estereoscópicos, está fundamentada en su mayor calidad visual, y en su mejor adaptación a los ojos humanos, ya que con los sistemas anaglíficos, los ojos se cansaban rápidamente.

CINE 3D

El cine 3D es la proyección de películas cinematográficas que puedan ser percibidas con sensación de profundidad gracias a la visión estereoscópica.

Las técnicas empleadas suelen implicar que, en el proceso de filmación, se empleen dos cámaras simultáneamente para obtener imágenes con dos perspectivas diferentes. Así mismo, durante la proyección, los espectadores suelen emplear algún filtro que separa (de distinto modo según la técnica) las imágenes superpuestas para que sean recibidas por cada ojo independientemente. La corteza visual interpreta estas imágenes añadiendo la sensación de profundidad, del mismo modo que normalmente recibe imágenes con distintos puntos de vista de cada ojo.

Gafas 3D

Las gafas 3D son anteojos que permiten simular las tres dimensiones en ciertas imágenes bidimensionales.

Historia

Las primeras gafas que se inventaron fueron las anaglíficas. Estas gafas, generalmente, usaban dos colores, el rojo y el azul, para filtrar las imágenes y poder ver el efecto 3D.

Funcionamiento

Al mirar la pantalla sin estos anteojos, podemos ver dos imágenes desincronizadas, con colores azul y rojo. Al ponernos las gafas, veremos una sola imagen en tres dimensiones.

Actualmente, las técnicas han evolucionado mucho, permitiendo proyecciones en cine Digital 3D, consiguiendo resultados más reales. Hay que tener en cuenta dos cosas: el tipo de proyección y el tipo de gafas 3D que permita ver correctamente la proyección.

Existen diferentes técnicas de visionado de películas en Digital 3D. Principalmente, las gafas pasivas o polarizadas y las gafas activas. La principal diferencia se debe a la proyección. Si en la proyección no se realiza ningún filtrado de las imágenes, se necesitará unas gafas activas que permitan el filtrado de las imágenes para cada ojo. Si, por el contratrio, en la proyección se realiza un filtrado de sus imágenes, se necesitarán unas gafas pasivas polarizadas, que polarizarán cada imagen izquierda o derecha.

Gafas pasivas

Las gafas anaglíficas han evolucionado a un tipo de gafas pasivas, llamadas gafas polarizadas. Las gafas polarizadas usan unas lentes que filtran las ondas de luz, proyectándolas a ciertos ángulos. Este tipo de gafas permiten ver por cada ojo un determinado número de imágenes, consiguiendo una sensación de profundidad o efecto 3D de mayor calidad y mejor visionado.

Gafas activas

Este tipo de gafas requiere un sensor infrarrojo que permita sincronizar las imágenes alternativas de la pantalla con las lentes LCD de las gafas.

Las gafas activas llevan una batería, un sensor infrarrojo, cristales LCD y circuitería, por lo que son bastante más pesadas y más caras. El proyector emite las imágenes sin ningún tipo de filtrado, siendo las gafas a través del sensor las que se obturan y desobturan a la misma frecuencia que la emisión de fotogramas.

PANTALLAS 3D

El principal objetivo de una pantalla 3D es reproducir escenas del mundo real y por lo tanto tridimensionales y poder mostrarlas como imágenes 3D. Hay dos sistemas destacados para visualizar contenidos 3D: estereoscópicos y autoestereoscópicos. Los primeros necesitan unas gafas especiales, mientras que los otros permiten disfrutar de la sensación 3D sin ningún tipo de complementos.

Principios físicos de la visión 3D

El sistema visual humano es un sistema binocular, es decir, disponemos de dos sensores (ojos) que, debido a su separación horizontal, reciben dos imágenes de una misma escena con puntos de vista diferentes. Mediante estas dos vistas el cerebro crea una sensación espacial. A este tipo de visión se le llama visión estereoscópica, en la que intervienen diversos fenómenos. Cuando observamos objetos muy lejanos, los ejes ópticos de los ojos son paralelos. Cuando observamos un objeto cercano, los ojos giran para que los ejes ópticos estén alineados sobre el mismo, es decir, convergen. Asimismo, se produce el acomodo o enfoque para ver nítidamente el objeto. En el conjunto de este proceso se le llama fusión. Un factor que interviene directamente en esta capacidad es la separación interocular. A mayor separación entre los ojos, mayor es la distancia a la que apreciamos el efecto de relieve.

Para visualizar correctamente un contenido 3D sería necesario:

• Evitar la sensación de mareo
• El usuario no debe tener que hacer un esfuerzo para adaptarse a la sensación 3D, sino que esta sensación tiene que ser natural
• La sensación 3D debe ser nítida y constante a lo largo de todas las figuras y especialmente en los contornos de los objetos
• El sistema debe ser lo más independiente posible del ángulo de visión del usuario.

Evolución

Los pioneros en el estudio de la estereoscopia fueron Euclides y Leonardo da Vinci, que ya en su época observaron y estudiaron el fenómeno de la visión binocular. Pero para encontrar el primer dispositivo hay que remontarse al año 1838, cuando el físico escocés Sir Charles Wheatstone construyó un aparato con el que se podía apreciar el fenómeno de la visión estereoscópica. Ya en los años 50 se intentó la explotación comercial de películas 3D, pero dada la mala calidad de los contenidos no tuvo mucho impacto. Fue en los años 80 cuando se consiguieron resultados más espectaculares, con sistemas de gran formato de película, como el del IMAX, que consiguen imágenes de alta resolución en grandes pantallas. Así pues, la imagen tridimensional en movimiento no es novedad de ahora, y ya en los cines antiguos se proyectaban algunas películas tridimensionales que funcionaban emitiendo dos películas diferentes, cada una con un tinte de diferente color. Al ponernos unas gafas de estos colores (una en cada ojo), cada ojo veía una parte de la película, dejando "invisible" la otra, por lo que se obtenía una visión estereoscópica, dando sensación de profundidad. Con el avance de la tecnología, la técnica se fue perfeccionando, creando sistemas que hacían más o menos lo mismo, pero mejor. Así, existen gafas con polarización vertical en un ojo y horizontal en el otro que obtienen un efecto más real que con la polarización por colores. Sin embargo, estos sistemas no son cómodos ni prácticos, de manera que con la aparición de nuevas técnicas se ha logrado obtener pantallas que transmiten la sensación de profundidad sin necesidad de ningún complemento visual.

Descripción

Una pantalla 3D es capaz de transmitir diferente información en cada ojo, consiguiendo así el efecto estereoscópico que a su vez, consigue el efecto de profundidad de la imagen. Este efecto se puede conseguir de dos maneras, mediante el uso de gafas (sistemas estereoscópicos) y sin ningún tipo de accesorio (sistemas autoestereoscópicos).

Sistemas estereoscópicos

Este tipo de sistemas necesitan el uso de gafas para una correcta visualización. Su funcionamiento se basa en que se emiten dos imágenes diferentes (captadas con una cámara esteroscópica), y cada ojo capta una mediante las gafas, para así tener una sensación de profundidad.

Sistemas autoestereoscópicos

La idea es muy parecida a la de las pantallas que requieren de gafas para ver en tres dimensiones. Se trata de conseguir que la pantalla emita una imagen para el ojo izquierdo y otra por el derecho, y esto se realiza mediante una barrera de paralaje que interrumpe el haz de luz selectivamente para que cada imagen vaya en el ojo que le corresponde.

El problema se presenta cuando los ojos del usuario cambian de posición, es decir, cuando se cambia el ángulo de visión. Para evitar este efecto algunas compañías que están investigando sobre esta tecnología optan por hacer que sólo una posición sea la correcta para poder apreciar el efecto tridimensional, mientras que otros incorporan un detector de posición de los ojos del observador para que el efecto sea válido aunque se mire con un ángulo respecto a la perpendicular de la pantalla. Los displays 3D que se utilizan para realizar la representación de los contenidos 3D pueden ser divididos según la técnica empleada para dirigir las vistas izquierda y derecha en el ojo apropiado: unos necesitan dispositivos ópticos cerca de los ojos, y por el contrario, otros tienen este proceso integrado en el mismo display. Estos últimos, de visión libre (free-viewing o FTV), son los llamados autoestereoscópicos. El hecho de que el usuario no necesite incorporar ningún elemento hace que estos despierten un gran interés.

Problemática

Una pantalla 3D es un sistema multivisión. Los sistemas multivisión son reconocidos generalmente por proporcionar una reproducción superior de la imagen 3D por que la imagen visible cambia con el punto de vista del observador en relación a la pantalla. Con tal de exagerar la sensación de profundidad en imágenes estereoscópicas 3D, es posible aumentar el número de vistas, de modo que la imagen pueda ser observada desde varias posiciones. Sin embargo, el problema radica en que un aumento del número de vistas provoca una pérdida de resolución, dado que el número de píxeles que se pueden colocar en una pantalla de cristal líquido es limitado. Las pantallas convencionales multivisión emplean en general tres lentes lenticulares diseñadas para cubrir un ancho de visión de 62 a 65 mm, una distancia equivalente a la separación media entre ojos de una persona. Sin embargo, estas pantallas 3D aún presentan algunos problemas relacionados con los siguientes aspectos:

• Zona de visión: Las imágenes en las pantallas 3D comunes diseñadas con un ancho de visión de 62 a 65 mm pueden aparecer incorrectas y resultar incómodas a menos que se vean de frente y desde una determinada distancia, ya que los ojos pueden detectar una imagen 2D en algunas partes de la pantalla. Es por este motivo que actualmente se trabaja en optimizar el ancho de visión para que se reduzca la aparición de imágenes 2D y permita que las imágenes 3D puedan visualizarse con un campo de visión más amplio.
• Pérdida de resolución: Para resolver el problema de la pérdida de resolución en las pantallas multivisión se puede utilizar una tecnología de procesamiento de imágenes llamada step 3D pixel array (mejora de la formación de píxeles 3D), actualmente ya probada por algunas compañías. Esta técnica tiene en cuenta la sensibilidad del ojo humano a la pérdida de resolución en la dirección horizontal. Al minimizar la degradación de la resolución horizontal del píxel, se mejora la calidad de la imagen para ofrecer a los espectadores imágenes 3D de mayor definición y más vivas.

Se ha visto pues que el efecto tridimensional presenta todavía poca estabilidad (depende de la posición del espectador) y la resolución de la imagen es escasa. La captación directa de la imagen real con este sistema requeriría un dispositivo multicámara, y este es un tema de investigación actual.

Algunas tecnologías

Existen varios tipos de tecnologías, algunas ya disponibles comercialmente:

• Displays autoestereoscópicos o de paralaje: son pantallas de ordenador similares a las tradicionales, en las que no es necesario el uso de gafas polarizantes o filtros de colores. Algunos sistemas disponen de obturadores selectivos que muestran sólo las columnas de píxeles que corresponden a la imagen de uno de los ojos, obturando las que corresponden al otro, para la posición de la cabeza del usuario. Por ello suelen estar asociados a sistemas de seguimiento de la cabeza por infrarrojos.
• Displays volumétricos: son sistemas que presentan la información en un determinado volumen. Al igual que una pantalla de TV es capaz de iluminar selectivamente todos y cada uno de los píxeles de su superficie, un display volumétrico es capaz de iluminar todos los píxeles en 3D que componen su volumen. Hay tres tipos principales:
• Espejo varifocal: Una membrana espejeada oscila convirtiéndose en un espejo de distancia focal variable que refleja la imagen de una pantalla. Sincronizando la imagen que se muestra en la pantalla con la potencia óptica del espejo se puede barrer cualquier punto de un volumen determinado. Un sistema bastante experimental todavía
• Volumen emisivo: Un determinado volumen ocupado por un medio capaz de emitir luz en cualquier parte de su interior como resultado de una excitación externa, por ejemplo mediante láser de diferentes longitudes de onda. Muy experimental, la gran dificultad es encontrar el material apropiado.
• Pantalla rotativa: Una pantalla plana gira a una velocidad de alrededor de 600 rpm. Para cada uno de un conjunto predeterminado de posiciones angulares de la misma un sistema espejos proyecta sobre ella la imagen del objeto tal como corresponde a la perspectiva asociada a dicho ángulo. El resultado final es la imagen 3D de un objeto que podemos ver desde 360 grados.

Métodos de distribución espacial para dar sensación 3D

La mayoría de los monitores free-viewing producen un limitado número de vistas (como mínimo dos). En este caso, la única forma de dar una sensación 3D consiste en hacer una distribución espacial de las distintas vistas. Algunos de los métodos más destacados son:

• Electroholográficos: Estos displays, actualmente en fase de investigación, pueden grabar y reproducir las propiedades de las ondas de luz (amplitud, longitud de onda y fase). Este proceso, en caso de realizarse de forma perfecta, sería el ideal para sistemas de visión libre 3D.
• Volumétricos: Estos displays crean la sensación de inmersión proyectando la información 3D dentro de un volumen. Estos sistemas típicamente presentan problemas de resolución además de necesitar mucho ancho de banda. Este tipo de displays se actualmente encuentra en fase de investigación.
• Multiplexado por direccionamiento: Se aplican efectos ópticos como la difracción, refracción, reflexión y oclusión para redirigir la luz emitida por los píxeles de distintas vistas al ojo apropiado. Existen diversos tipos, pero los más destacados (debido a que están más desarrollados tecnológicamente) son los basados en la refracción y en oclusión.
• Oclusión: Debido al efecto parallax (paralaje), partes de la imagen son ocultadas a un ojo y visibles para el otro. Existen diversos tipos dependiendo del número de hendiduras y de la posición de colocación de la barrera, que puede estar enfrente o detrás de la pantalla. Las pantallas con barrera de parallax detrás del display ya se pueden encontrar en el mercado en monitores tanto de PC como de portátiles. Como se observa en la siguiente figura, la barrera de parallax es la encargada que redirigir los haces de luz (y no la imagen en si), al ojo adecuado. El problema que tiene este tipo de displays es que la posición de visualización es muy estricta siendo posible su uso sólo para una persona.
• Refracción: Como en el caso anterior existen diversos tipos de display. En este tipo de displays la imagen se compone de múltiples pequeñas imágenes 2D capturas con un amplio número de grupos de pequeñas lentes convexas. Cada grupo de lentes captura la escena desde un punto de vista distinto. De esta manera el usuario percibe diferentes imágenes para diferentes puntos de vista. El problema radica en que los grupos lentes deben de ser muy pequeños, debido a que cada píxel debe contener un grupo de lentes. Por este motivo, el display debe de tener una resolución muy alta. Como solución alternativa existen las pantallas lenticulares que usan lentes cilíndricas. Debido a la orientación vertical de las lentes, los rayos de luz de cada imagen son emitidos en direcciones específicas en el plano horizontal.

Actualidad

En los últimos tiempos las industrias como la cinematográfica y la de videojuegos, han incrementado la demanda de sistemas 3D que proporcionan un nivel de emoción superior al que ofrecen las imágenes bidimensionales. Las pantallas convencionales de 3D no están a la altura de esta demanda, debido a las limitaciones mencionadas en el campo de visión y a la baja resolución que ofrecen. Actualmente ya están siendo introducidos los primeros modelos de pantallas 3D en el mercado. Varios fabricantes (Philips, LG, Sharp, ...) están haciendo grandes avances en el desarrollo de monitores 3D que producen una visión estéreo de forma natural para el usuario y compatibles con 2D. Y es que las pantallas autoestereoscópicas 3D representan un gran reto para el futuro de la visualización de imágenes tridimensionales.

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Michelangeli....