Visualizzazione Stereoscopica parte 2

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1 Visualizzazione Stereoscopica parte 2 Davide Gadia Corso di Ambienti Virtuali Immersivi e Interattivi Laurea Magistrale in Informatica per la Comunicazione a.a. 2010/2011

2 Nuova terminologia in produzione film stereo Depth Budget Quanta profondità abbiamo a disposizione Dipende dalla quantità di parallasse utilizzabile Dipende dalla dimensione dello schermo di visualizzazione Depth Bracket La profondità totale di una scena Deve stare dentro i limiti del Depth Budget

3 Nuova terminologia in produzione film stereo Depth Script La modulazione della profondità scena per scena Courtesy of Bernard Mendiburu- Depth Continuity Evitare di saltare bruscamente da scene con forte parallasse negativa a forte parallasse negativa Depth Bracket devono sovrapporsi

4 Acquisizione e generazione contenuti stereo Cinematografia live Foto\Video camere affiancate Foto\Video camere con sistemi half-mirror Foto\Video camere con doppia ottica\sensore CG Rig camere stereo con software di CG API con supporto a visualizzazione stereo Possibilità di compositing di materiale live e CG stereo

5 Acquisizione contenuti stereo Primi esempi di fotografia stereo: primi anni dopo 1900

6 Acquisizione contenuti stereo Sistemi a camere affiancate: Stessa camera Stessa lente Controllo assi ottici Stessi parametri di acquisizione Apertura Tempo esposizione Gestione sincronia tempi Rig per attacco e controllo distanza interoculare Anche motorizzato

7 Acquisizione contenuti stereo Diversi possibili setup (con diversi possibili budget!)

8 Distanza Interoculare Distanza tra la camera sinistra e destra Parametro cruciale della ripresa stereoscopica Setta il Depth Bracket della scena Controlla le dimensioni apparenti degli oggetti ripresi Courtesy of Bernard Mendiburu-

9 Distanza Interoculare Distanza interoculare standard: ~ 6.5 cm Distanza interoculare < 6.5 cm : Ipostereo (effetto Macro) Distanza interoculare > 6.5 cm : Iperstereo Courtesy of Bernard Mendiburu-

10 Regola dell' 1/30 Regola approssimata per una ripresa stereo accettabile Distanza interoculare = 1/30 distanza tra camera e oggetto + vicino Andrebbe aggiustata mettendola in relazione con lunghezza focale camere e grandezza schermo di visualizzazione Esistono studi + complessi per calcolo relazione tra distanza interoculare, parallasse su schermo e setup camera stereo

11 Convergenza camera stereo Utilizzando un setup a camere parallele, ottengo solo valori di parallasse negativi Convergendo, sposto la scena lungo l'asse di profondità Non cambio il Depth Bracket Ma devo controllare di stare dentro il Depth Budget Courtesy of Bernard Mendiburu-

12 Convergenza camera stereo Problemi uso convergenza: Distorsione Keystone (introduce parallasse verticale) Difficile controllo meccanico del rig di camere Soluzione: Usare setup camere parallele Cambiare la sovrapposizione delle due immagini per ottenere l'effetto desiderato H.I.T. : Horizontal Image Translation Richiede overshooting L'immagine viene croppata ai bordi Dipende da dimensioni visualizzazione Quindi da massimo parallasse Es: 1080 HDTV, Courtesy of Bernard Mendiburu 1948 pixel per 1920 totali

13 Acquisizione contenuti stereo Sistemi half-mirror: Permettono distanze interoculari basse con sistemi professionali Molti fattori in comune con sistemi a camere parallele Problema pulizia specchio Perdita luminosità Rig complesso e costoso

14 Acquisizione contenuti stereo Sistemi a doppia ottica/sensore Sistemi all-in-one Buona Praticità Poca flessibilità lunghezza focale e/o distanza interoculare fissa Poco controllo su effetti finali/scelte artistiche

15 Generazione contenuti stereo in CG Estremo controllo di tutti i parametri Si evitano i problemi tecnici/meccanici della ripresa cinematografica Possibilità di replicare in scala le dimensioni dell'ambiente di visualizzazione finale Facilità di utilizzo di multirigging Diversi approcci/problemi in caso di Animazione o di Grafica Real-time

16 Generazione contenuti stereo in CG Rig camere stereo in software di modellazione e animazione Disponibile di default Aggiunta tramite script Creato da GUI sfruttando gerarchie

17 Generazione contenuti stereo in CG Implementazione software real-time tramite API/engine CG OpenGL DirectX Panda3D Ogre Irrlicht... Devono supportare visualizzazione stereo SW o HW non tutte le tecnologie possono essere disponibili bisogna controllare prima di scelta per implementazione

18 Configurazione camere stereo in CG Assi paralleli Non sfruttano tutto schermo Necessità di HIT Problema in real-time Assi convergenti Toe-in Introduce parallasse verticale

19 Configurazione camere stereo in CG Frustum asimmetrico ( Off-axis ): Permette di sfruttare tutto lo schermo di proiezione Non è necessario HIT come in caso di assi paralleli Effetto stereo modificato cambiando distanza interoculare e distanza delle camere dal piano di proiezione Bisogna definire un frustum asimmetrico (accesso a primitive di basso livello)

20 Multirigging Problema: Differenza rilevante tra oggetto in primo piano e sfondo Con un unico setup di camere otterrei una cattiva resa dello sfondo (troppo parallasse) Soluzione: Divido la scena in due parti: soggetto e sfondo Renderizzo le due parti con due setup di camera diversi Unisco tramite compositing Diminuisco il gap di profondità tra le due parti

21 Multirigging Cinematografia live : Procedura Complessa Green/Blue Screen Compositing di contenuto stereo è complesso Produzione CG: Procedura semplificata Utilizzo differenti Render Layer Compositing più facile

22 Multirigging Courtesy of Bernard Mendiburu-

23 Multirigging Un solo setup di camera: Troppo parallasse sullo sfondo! Due setup diversi: Lo sfondo adesso è a posto

24 Visualizzazione contenuti stereo Vista destra e sinistra devono raggiungere solo l'occhio corrispondente Diverse soluzioni: Free-viewing Anaglifo Sistemi Attivi Sistemi passivi

25 Visualizzazione contenuti stereo Primi visori stereoscopici:

26 Anaglifi Tecnica più famosa (anche ai non esperti) Filtri colorati sono applicati alle due viste in fase di produzione Le due viste sono poi sovrapposte e salvate in un'unica immagine Gli stessi filtri sono presenti sugli occhiali e permettono il passaggio solo alla vista trattata con lo stesso filtro Utilizzabile in vari contesti monitor, proiezione, stampa Produzione digitale facile con software di elaborazione delle immagini o di compositing Buon effetto di profondità a monitor Scarsa resa dei colori

27 Anaglifi Diverse coppie di colori proposte oltre al rosso/ciano Per ottenere una migliore resa cromatica Anche applicando desaturazione dei colori più saturi

28 Anaglifi

29 Anaglifi Anaglifo è una codifica lossy Si perdono informazioni cromatiche viste originali E' opportuno salvare un'immagine stereo in formato differente Side-bySide Over/under Selezionare visualizzazione come anaglifo nel visualizzatore di contenuti stereo

30 Sistemi Attivi Si basa sulla proiezione alternata delle viste dx e sx Sufficiente 1 Proiettore/1 Monitor Occhiali con otturatore IR Lente dx e sx aperte in modo alterno e sincronizzato con la proiezione Richiede alta frequenza di visualizzazione

31 Sistemi Attivi In sistemi di VR basati su proiezione: Luminosità bassa (occhiali grossi, una sola immagine per volta) Problemi di sickness Alto costo proiettori e occhiali Courtesy of BARCO

32 Sistemi Attivi Nvidia Vision: Sistema attivo per videogiochi Costo contenuto Monitor a 120Hz Occhiali con sistema di otturatore LCD Minore perdita luminosità per retroilluminazione LED e vicinanza a schermo Sistema simile alla maggior parte di televisioni 3D

33 Sistemi Passivi Sistemi classici si basano sulla proiezione contemporanea di entrambe le viste Sono necessari almeno 2 proiettori, dotati di filtri Workstation con uscita dual-head o dotata di quad-buffer Occhiali dotati di stessi filtri, che fanno passare solo la vista corrispondente Costo occhiali molto basso rispetto a quelli attivi Luminosità più alta Occhiali meno spessi Entrambe immagini proiettate contemporaneamente

34 Sistemi Passivi Diversi possibili filtri: Anaglifici Non più utilizzati praticamente Polarizzatori Lineari o circolari Necessario uno schermo (costoso) che mantenga la polarizzazione (silver screen) Infitec Courtesy of BARCO

35 Sistemi Passivi temporally interleaved Soluzione ibrida tra sistemi attivi e passivi Proiezione alternata vista dx e sx z-screen posizionato davanti al proiettore alterna i due filtri (stesse opzioni slide precedente) Stessi occhiali utilizzati in sistemi passivi classico Sistema utilizzato nella maggior parte delle sale cinematografiche (altre utilizzano sistemi attivi) Permette di utilizzare un solo proiettore Migliore manutenzione Minore costo Non necessario cambiare sala proiezione Approccio utilizzato anche in qualche sistema di televisione 3D

36 Sistemi Passivi temporally interleaved Richiede framerate elevati Double Flash - 96fps L1, R1, L1, R1, L2, R2, L2, R2, Triple Flash fps L1, R1, L1, R1, L1, R1, L2, R2, L2, R2, L2, R2,... Problema: parallasse di movimento verticale

37 Sistemi basati su polarizzazione Utilizza filtri polarizzatori diversi per vista dx e sx filtri che bloccano la radiazione elettromagnetica a seconda della sua polarizzazione direzione dell'oscillazione del vettore campo elettrico durante la propagazione dell'onda nello spazio Polarizzazione lineare: Direzione costante nel tempo (onda si propaga su un piano) I due filtri hanno polarizzazioni ortogonali L'osservatore non può ruotare la testa Polarizzazione circolare Vettore ruota intorno all'asse di propagazione I due filtri hanno senso di rotazione opposto Senso orario: polarizzazione circolare destra Senso antiorario: polarizzazione circolare sinistra L'osservatore può muovere la testa

38 Sistemi basati su polarizzazione Problema: ghosting o crosstalk Filtraggio non perfetto Parte dello spettro raggiunge lo stesso l'occhio sbagliato Dipende molto da posizione di osservazione Polarizzazione lineare Polarizzazione circolare

39 Sistemi INFITEC Evoluzione dell'anaglifo ( super-anaglifo ) Spettro della luce emessa è diviso in 2 sottoinsiemi complementari Due differenti filtri passabanda Meno forti dell'anaglifo Uno più sul magenta, l'altro sul verde Non ci sono problemi di ghosting Buona resa cromatica Adattamento sistema visivo Qualche problema con colori molto saturi (es: rosso) Rivalità retinica Tecnologia utilizzata negli USA nelle sale Dolby Dolby 3D

40 Sistemi INFITEC

41 Sistemi INFITEC Occhiali più costosi di quelli polarizzati Risparmio sullo schermo (non è necessario trattamento come in silver screen)

42 Cave Automatic Virtual Environment (CAVE) Creato nel 1992 dall' Electronic Visualization Laboratory presso la University of Illinois a Chicago. Sistema da 1 a 10 utenti circa Altamente immersivo Sistema di retroproiezione con specchi Tracking dell'utente Sistema di visualizzazione stereoscopica attivo Costoso e complesso da calibrare

43 Cave Automatic Virtual Environment (CAVE)

44 Head Mounted Display (HMD) Sistema a singolo utente Visualizzazione stereoscopica tramite due display posizionati davanti agli occhi Alcuni modelli orientati alla Realtà Aumentata: display semitrasparenti per vedere il mondo reale con sovrapposti contenuti virtuali Tracciamento della testa Peculiarità della visione stereo negli HMD FOV limitato Ridotta distanza tra occhi e display (parallasse zero)

45 Head Mounted Display (HMD)

46 Schermi autostereoscopici Visualizzazione stereo senza occhiali Visualizza le due viste allo stesso momento su tutto il pannello A colonne di pixel alternate Tramite sistemi selettivi cerca di indirizzare la vista sx solo all'occhio corrispondente, e viceversa Approcci: Barriera di parallasse Reti lenticolari

47 Schermi autostereoscopici Ancora in fase prototipale per uso televisione/monitor Pochi angoli di visione disponibili Sweet spots Primi dispositivi che utilizzano display basati su barriera di parallasse: Nintendo 3DS Fujifilm FinePix Real 3D W1