Autostereoskopie - Autostereoscopy

Autostereoskopie
Neuer Nintendo 3DS.png
Der Nintendo 3DS verwendet Parallaxenbarriere-Autostereoskopie, um ein 3D-Bild anzuzeigen.
Prozesstyp Methode zur Anzeige stereoskopischer Bilder
Industriesektor(en) 3D-Bildgebung
Haupttechnologien oder Teilprozesse Display-Technologie
Erfinder Reinhard Börner
Jahr der Erfindung 1985
Entwickler Heinrich-Hertz-Institut

Autostereoskopie ist jede Methode zur Anzeige stereoskopischer Bilder (Hinzufügen einer binokularen Wahrnehmung der 3D-Tiefe) ohne die Verwendung von speziellen Kopfbedeckungen, Brillen, etwas, das das Sehvermögen beeinträchtigt, oder irgendetwas für die Augen des Betrachters. Da Kopfbedeckungen nicht erforderlich ist, wird es auch als „ brillenfreien 3D “ oder „ glassesless 3D “. Es gibt derzeit zwei breite Ansätze, die verwendet werden, um Bewegungsparallaxe und breitere Betrachtungswinkel zu berücksichtigen: Eye-Tracking und Mehrfachansichten, so dass die Anzeige nicht erkennen muss, wo sich die Augen des Betrachters befinden. Beispiele für autostereoskopische Display-Technologien umfassen Lentikularlinsen , Parallaxenbarriere , volumetrische Displays , holographische und Lichtfeld- Displays.

Technologie

Viele Organisationen haben autostereoskopische 3D-Displays entwickelt , die von experimentellen Displays in Universitätsabteilungen bis hin zu kommerziellen Produkten reichen und eine Reihe verschiedener Technologien verwenden. Das Verfahren zur Herstellung von autostereoskopischen Flachbildschirmen mit Linsen wurde hauptsächlich 1985 von Reinhard Boerner am Heinrich-Hertz-Institut (HHI) in Berlin entwickelt. Prototypen von Single-Viewer-Displays wurden bereits in den 1990er Jahren von Sega AM3 (Floating Image System) und dem HHI vorgestellt. Heutzutage wird diese Technologie vor allem von europäischen und japanischen Unternehmen weiterentwickelt. Eines der bekanntesten von HHI entwickelten 3D-Displays war das Free2C, ein Display mit sehr hoher Auflösung und sehr gutem Komfort, das durch ein Eye-Tracking- System und eine stufenlose mechanische Anpassung der Linsen erreicht wird. Eyetracking wurde in einer Vielzahl von Systemen verwendet, um die Anzahl der angezeigten Ansichten auf nur zwei zu begrenzen oder den stereoskopischen Sweetspot zu vergrößern. Da dies jedoch die Anzeige auf einen einzelnen Betrachter beschränkt, wird sie für Konsumgüter nicht bevorzugt.

Gegenwärtig verwenden die meisten Flachbildschirme Lentikularlinsen oder Parallaxenbarrieren , die Bilder auf mehrere Betrachtungsbereiche umleiten; diese Manipulation erfordert jedoch reduzierte Bildauflösungen. Wenn sich der Kopf des Betrachters in einer bestimmten Position befindet, wird mit jedem Auge ein anderes Bild gesehen, wodurch eine überzeugende 3D-Illusion entsteht. Solche Displays können mehrere Betrachtungszonen aufweisen, wodurch es mehreren Benutzern ermöglicht wird, das Bild gleichzeitig zu betrachten, obwohl sie auch tote Zonen aufweisen können, in denen, wenn überhaupt, nur ein nicht-stereoskopisches oder pseudoskopisches Bild zu sehen ist.

Parallaxenbarriere

Vergleich von Parallax-Barriere- und Lentikular- autostereoskopischen Displays. Hinweis: Die Abbildung ist nicht maßstabsgetreu.

Eine Parallaxenbarriere ist eine Vorrichtung, die vor einer Bildquelle, wie beispielsweise einem Flüssigkristalldisplay, platziert wird, damit sie ein stereoskopisches Bild oder ein multiskopisches Bild anzeigen kann, ohne dass der Betrachter eine 3D-Brille tragen muss. Das Prinzip der Parallaxenbarriere wurde unabhängig von Auguste Berthier erfunden, der zuerst veröffentlichte, aber keine praktischen Ergebnisse lieferte, und von Frederic E. Ives , der 1901 das erste bekannte funktionelle autostereoskopische Bild anfertigte und ausstellte. Etwa zwei Jahre später begann Ives mit dem Verkauf Musterbilder als Neuheiten, die erste bekannte kommerzielle Nutzung.

In den frühen 2000er Jahren entwickelte Sharp die elektronische Flachbildschirmanwendung dieser alten Technologie bis zur Kommerzialisierung und verkaufte kurzzeitig zwei Laptops mit den weltweit einzigen 3D-LCD-Bildschirmen. Diese Displays sind bei Sharp nicht mehr erhältlich, werden aber noch von anderen Firmen hergestellt und weiterentwickelt. In ähnlicher Weise hat Hitachi das erste 3D-Handy für den japanischen Markt im Vertrieb von KDDI herausgebracht. 2009 brachte Fujifilm die Digitalkamera FinePix Real 3D W1 auf den Markt , die über ein eingebautes autostereoskopisches LCD mit einer Diagonale von 2,8 Zoll (71 mm) verfügt. Die Nintendo 3DS- Videospielkonsolenfamilie verwendet eine Parallaxenbarriere für 3D-Bilder; Bei einer neueren Revision, dem New Nintendo 3DS , ist dies mit einem Eye-Tracking-System kombiniert.

Integrale Fotografie und Lentikular-Arrays

Das Prinzip der integralen Fotografie, das eine zweidimensionale (X-Y) Anordnung vieler kleiner Linsen verwendet, um eine 3D-Szene einzufangen, wurde 1908 von Gabriel Lippmann eingeführt reproduzieren Objekte und Szenen in Lebensgröße, mit voller Parallaxe- und Perspektivenverschiebung und sogar dem Tiefenhinweis der Akkommodation , aber die volle Ausschöpfung dieses Potenzials erfordert eine sehr große Anzahl sehr kleiner hochwertiger optischer Systeme und eine sehr hohe Bandbreite. Bisher wurden nur relativ grobe fotografische und Video-Implementierungen produziert.

Eindimensionale Anordnungen von Zylinderlinsen wurden 1912 von Walter Hess patentiert. Indem Hess die Linien- und Zwischenraumpaare in einer einfachen Parallaxenbarriere durch winzige Zylinderlinsen ersetzte, vermeidet Hess den Lichtverlust, der im Durchlicht betrachtete Bilder verdunkelte und Drucke auf Papier erzeugte inakzeptabel dunkel. Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, dass die Position des Beobachters weniger eingeschränkt ist, da der Austausch von Linsen geometrisch äquivalent zu einer Verengung der Zwischenräume in einer Linie-und-Zwischenraum-Barriere ist.

Philips löste Mitte der 1990er Jahre ein erhebliches Problem bei elektronischen Displays, indem es die Zylinderlinsen in Bezug auf das darunterliegende Pixelraster schräg stellte. Basierend auf dieser Idee produzierte Philips bis 2009 seine WOWvx- Linie, die bis zu 2160p (eine Auflösung von 3840×2160 Pixeln) mit 46 Blickwinkeln lief. Lenny Liptons Firma StereoGraphics produzierte Displays auf der Grundlage derselben Idee und zitierte ein viel früheres Patent für die schrägen Lentikulare. Auch Magnetic3d und Zero Creative waren beteiligt.

Komprimierende Lichtfeldanzeigen

Mit schnellen Fortschritten in der optischen Herstellung, der digitalen Verarbeitungsleistung und den Rechenmodellen für die menschliche Wahrnehmung entsteht eine neue Generation von Display-Technologien: komprimierende Lichtfeld- Displays. Diese Architekturen untersuchen das gemeinsame Design optischer Elemente und die Kompressionsberechnung unter Berücksichtigung besonderer Eigenschaften des menschlichen visuellen Systems. Komprimierende Display-Designs umfassen Dual- und Multilayer-Geräte, die von Algorithmen wie Computertomographie und nicht-negativer Matrix-Faktorisierung und nicht-negativer Tensor- Faktorisierung gesteuert werden .

Erstellung und Konvertierung von autostereoskopischen Inhalten

Tools zur sofortigen Konvertierung bestehender 3D-Filme in autostereoskopisch wurden von Dolby, Stereolabs und Viva3D demonstriert.

Sonstiges

Dimension Technologies hat 2002 eine Reihe von kommerziell erhältlichen 2D/3D-umschaltbaren LCDs auf den Markt gebracht, die eine Kombination aus Parallaxenbarrieren und Lentikularlinsen verwenden. SeeReal Technologies hat ein holografisches Display basierend auf Eyetracking entwickelt. CubicVue stellte 2009 beim i-Stage-Wettbewerb der Consumer Electronics Association ein autostereoskopisches Display mit Farbfiltermuster aus.

Es gibt auch eine Vielzahl anderer Autostereo-Systeme, wie beispielsweise volumetrisches Display , bei dem das rekonstruierte Lichtfeld ein wahres Raumvolumen einnimmt, und Integral Imaging , das ein Fly's-Eye-Linsen-Array verwendet.

Der Begriff Automultiscopic Display wurde in letzter Zeit als kürzeres Synonym für das langwierige "multi-view autostereoscopic 3D display" sowie für das frühere, spezifischere "Parallax-Panoramagramm" eingeführt. Der letztere Begriff bezeichnete ursprünglich ein kontinuierliches Abtasten entlang einer horizontalen Linie von Blickpunkten, z. B. die Bilderfassung unter Verwendung eines sehr großen Objektivs oder einer sich bewegenden Kamera und eines sich verschiebenden Barriereschirms, aber später umfasste er die Synthese aus einer relativ großen Anzahl diskreter Ansichten.

Den Sunny Ocean Studios in Singapur wurde die Entwicklung eines automultiskopischen Bildschirms zugeschrieben, der Autostereo-3D-Bilder von 64 verschiedenen Referenzpunkten anzeigen kann.

Ein grundlegend neuer Ansatz für die Autostereoskopie namens HR3D wurde von Forschern des MIT Media Lab entwickelt. Es würde halb so viel Strom verbrauchen und die Akkulaufzeit verdoppeln, wenn es mit Geräten wie dem Nintendo 3DS verwendet würde , ohne die Bildschirmhelligkeit oder -auflösung zu beeinträchtigen; Weitere Vorteile sind ein größerer Betrachtungswinkel und die Beibehaltung des 3D-Effekts beim Drehen des Bildschirms.

Bewegungsparallaxe: Single-View vs. Multi-View-Systeme

Bewegungsparallaxe bezieht sich auf die Tatsache, dass sich die Ansicht einer Szene mit der Bewegung des Kopfes ändert. Somit werden unterschiedliche Bilder der Szene gesehen, wenn der Kopf von links nach rechts und von oben nach unten bewegt wird.

Viele autostereoskopische Displays sind Single-View-Displays und sind daher nicht in der Lage, das Gefühl der Bewegungsparallaxe zu reproduzieren, außer für einen einzelnen Betrachter in Systemen, die zur Augenverfolgung fähig sind .

Einige autostereoskopische Displays sind jedoch Multi-View-Displays und sind somit in der Lage, die Wahrnehmung einer Links-Rechts-Bewegungsparallaxe bereitzustellen. Acht und sechzehn Ansichten sind typisch für solche Displays. Obwohl es theoretisch möglich ist, die Wahrnehmung einer Auf-Ab-Bewegungsparallaxe zu simulieren, sind keine aktuellen Anzeigesysteme dafür bekannt, und der Auf-Ab-Effekt wird allgemein als weniger wichtig angesehen als die Links-Rechts-Bewegungsparallaxe. Eine Konsequenz der Nichtberücksichtigung der Parallaxe um beide Achsen wird deutlicher, wenn Objekte präsentiert werden, die zunehmend von der Ebene des Displays entfernt sind: Wenn sich der Betrachter näher an das Display oder von ihm entfernt, zeigen diese Objekte deutlicher die Auswirkungen einer perspektivischen Verschiebung um eine Achse, aber nicht die andere, die für einen Betrachter, der nicht im optimalen Abstand von der Anzeige positioniert ist, unterschiedlich gestreckt oder gequetscht erscheint.

Verweise

Externe Links