Lezione 2 Da 2D a 3D Origini della stereoscopia (3D) La storia, in pillole (1) Prime intuizioni: Euclide, 208 ac ogni occhio percepisce immagine leggermente diversa da altro la combinazione porta alla tridimensionalità 1584: Leonardo da Vinci studia profondità Giovanni Battista della Porta (1538-1615) produce primo disegno artificiale tridimensionale Jacopo Chimenti da Empoli (1554-1640) realizza disegni accostati dimostrando comprensione della visione binoculare 1833 Sir Charles Wheatstone dimostrò che attraverso sistema di specchi e prismi si produce effetto tridimensionale affiancando due disegni leggermente differenti. Nel 1838 presenta lo stereoscopio. 1
Origini della stereoscopia (3D) La storia, in pillole (2) 1844 Brewster (caleidoscopio: Kalos + eidos + scopos) migliora lo stereoscopio. Oliver Wendell Holmes, americano, realizza una versione economica in alluminio, con immagini montate su cartonicino La View Master è l azienda più importante per la commercializzazione del prodotto ma quali sono le tecniche che permettono la stereoscopia? Tecnica 1: anaglifia (1) Dal greco anàglyphos (sopra + incidere): immagine ottenuta da sovrapposizione di due fotogrammi colorati con due diversi colori rosso per immagine destra e verde per sinistra osservando immagine con lenti di analogo colore ogni occhio vede solo l immagine ad esso corrispondente la tecnica permette che le due immagini siano nello stesso fotogramma è sufficiente un solo canale per le informazioni (es. TV) 2
Tecnica 1: anaglifia (2) Provate diverse coppie di colori (complementari) Rosso-verde funziona bene con immagini stampate, ma tende a far percepire immagine gialla Nel cinema primi esperimenti con giallo-blu, ma si aggiungeva l effetto ghost Rosso-ciano (sinistro), con ciano = verde + blu combina tutti e tre i colori primari. Lenti colorate funzionano come filtri e si ha discreta rappresentazione colori e visione neutra immagini BN Effetto GHOST alone attorno alle immagini una delle immagini, o entrambe, viene percepita dall altro occhio o da entrambi può essere causato da eccessiva sfasatura delle due immagini mancata capacità del filtro colorato degli occhiali anaglifici (o polarizzati o dello schermo polarizzato) a distinguere le immagini 3
Tecnica 2: effetto Pulfrich Carl Pulfich nel 1922 parla di illusione ottica conseguente a luce che raggiunge un occhio più attenuata rispetto all altro Stimolazione della retina origina stimolazione dopo lieve ritardo (latenza) inversamente proporzionale a intensità dello stimolo. Se si interviene su intensità luminosa, variandone differenza, si ottiene latenza differente Per esempio ponendo lente scura davanti ad un occhio Si origina illusione stereoscopica Più alta è velocità, più un oggetto sembra avvicinarsi o allontanarsi da osservatore (secondo direzione movimento) Tecnica 3: luce polarizzata Due proiettori inviano su schermo due immagini Ogni proiettore dotato di filtro polarizzante (i due segnali luminosi sono polarizzati ortogonalmente l uno all altro) Utente dotato di occhiali polarizzanti uno dei due fasci luminosi viene filtrato ogni occhio vede solo uno dei segnali 4
Tecnica 3: occhiali LCD Si basa sull uso di occhiali con filtri a cristalli liquidi (LCD) alimentati a pile lavorano in sincronia con il proiettore più pesanti due filtri, uno per occhio, sincronizzati con segnale infrarosso generato dal sistema di proiezione alternativamente oscura un LCD che agisce come otturatore (shutter) Il cinema stereoscopico Il cinema ha adottato per primo la stereoscopia Fratelli Lumiere L arrivée du train en gare de La Ciotat, 1903: gli spettatori, presi dal panico, pensavano che il treno stesse per investirli. Rivoluzione: IMAX-3D diversi sistemi di proiezione: anaglifo, con luce polarizzata, con occhiali a cristalli liquidi. IMAX 3D: Il proiettore, a due lenti, manda a turno l immagine dell occhio destro e di quello sinistro sullo schermo, con frequenza 96 volte al secondo. IMAX Solido: usa sistema stereoscopico a singolo proiettore da 48 fotogrammi al secondo (24 per ogni occhio) 5
La televisione stereoscopica (1) Anni 20, Baird: esperimenti con disco di Nipkow Segnali due canali stereoscopici tramessi alternatamente nel tempo (grazie diposizione fori disco di Nipkow) Disco di Nipkow: analizzatore metallico con fori disposti a spirale in posizioni man mano più esterne. Le immagini sono analizzate riga dopo riga (scansione di righe). Dispositivo elettrico dall altra parte trasforma variazioni di luminosità dei fori in impulsi elettrici. Trasmissioni stereoscopiche nel 53 in BN e successivamente nel 1981 a colori La televisione stereoscopica (2) Problemi: Non tutta la gamma dei colori è riproducibile (per filtraggio necessario per separare componenti rosso-ciano) L immagine trasmessa è la somma delle due immagini e poi ri-separata dagli occhiali. Possibile effetto ghost Problemi legati al sistema di diffusione: NTSC (composito) in USA o Giappone PAL (in Europa). Entrambi i sistemi ricavano da informazioni di colore RGB un segnale di luminanza (che permette compatibilità con televisori BN) e due segnali differenza di colore componenti fortemente limitati in banda prima di venir multiplati con la luminanza. Minor fedeltà di riproduzione del colore rispetto alla luminanza è accettabile per sistema psicovisivo umano, sensibile soprattutto a informazione di luminanza (recettori retinici separati: bastoncelli e coni). In anaglifi a, invece, segnali di crominanza hanno ruolo importante: non solo per l informazione di colore, ma per la differenza (anche in luminanza) fra le due immagini, diretta ai due occhi. Dunque un segnale composito (NTSC o PAL), che degrada le componenti di crominanza, è poco adatto a contenere immagini anaglife. 6
La televisione stereoscopica (3) Per distribuzione digitale: sistemi basati su codifica MPEG-2. DVB, Digital Video Broadcasting, standard alla base della tv digitale satellite e terrestre, e DVD, Digital Versatile Disc, prevedono informazioni di crominanza filtrate e compresse di più rispetto a quelle di luminanza Opportune scelte di parametri di codifica e uso di fattori di compressione non troppo elevati permettono di limitare la perdità di qualità del segnale anaglifo dovuta alla codifica Effetto Pulfrich applicato per la produzione di programmi televisivi: Rai: serie di cartoni animati giapponesi, 1978 (Dolce Remì) La televisione stereoscopica (4) Uso di questa tecnica limitato dal fatto che il soggetto o la telecamera, o entrambi, devono muoversi Vantaggi della tecnica: possibilità di essere distribuibile con i canali televisivi convenzionali, visualizzabile su tutti i tipi di schermo e compoatibile con utenti non interessati alla stereovisione o privi di occhiali L'anaglifia consente effetto tridimensionale anche nel caso di scene prive di movimento, ma impone di indossare gli occhiali I risultati migliori si ottengono utilizzando sistemi di riproduzione polarizzatori, shutter o schermi autostereoscopici. 7
Gallerie di immagini e filmati stereoscopici http://www.3d-movie-gallery.com/ http://www.3d-mania.de/ tanti altri Vari tipi di immagini stereoscopiche Anaglifi e Filtri Polarizzanti quelli che abbiamo già visto Autostereogrammi, o SIS (Single Image Stereogram): un'unica immagine che svela, al di sotto di un pattern, un immagine sottostante. Si dividono in: SIRDS (Single Image Random Dot Stereogram), con pattern puntiforme SIRTS (Single Image Random Text Stereogram), con pattern composto da testo ASCII SITS (Single Image Texture Stereogram), con texture 8
Vedere un autostereogramma SIRDS (Single Image Random Dot Stereogram) 9
SIRTS (Single Image Random Text Stereogram) SITS (Single Image Texture Stereogram) 10
Cosa c è dietro un autostereogramma? Non ci addentreremo in trattati teorici. Una spiegazione semplice, da cui trarremo spunto, è qui: http://pmassio.altervista.org/stereoinfo.htm L esperimento proposto nella pagina segnalata è lo stesso che potete fare con la penna posta davanti ai vostri occhi. Spiega il perché riusciamo a vedere gli autostereogrammmi Autostereogramma animato 11
Autostereogramma animato: come fare? Creare una depth mask animata Con vari sw (es. GIMP) Depth mask è a livelli di grigio, con sfondo nero e lo/gli oggetti che vanno dal bianco (parte più vicina) al grigio scuro (parte più lontana) Si possono usare anche sw di rendering Solitamente è richiesto un file AVI Sovrapporre la texture desiderata Autostereogramma a mano: si può? 12
Una curiosità Da 2D a 3D: http://www.youtube.com/watch?v=vuoljanz4e A&feature=player_embedded 13