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3D – eine einfache Einführung und Erklärung der verschiedenen Verfahren

Die Welt, in der wir leben, hat drei Dimensionen. Sie ist räumlich – wie z.B. ein Würfel. Damit wir diese drei Dimensionen wahrnehmen können, haben wir zwei Augen und, noch wichtiger, ein mächtiges Hirn, denn die dreidimensionale Wahrnehmung entsteht erst im Kopf. Jedes unserer Augen liefert dem Hirn ein zweidimensionales Bild. Allerdings sind diese zwei Bilder leicht unterschiedlich, aus verschiedenen Blickwinkeln, sind die Augen ja leicht versetzt. Erst durch diese kleinen Unterschiede kann das Gehirn die betrachteten Objekte und Strukturen räumlich zuordnen. Die Unterschiede der gesehenen Dinge sind größer, je näher sie an unseren Augen sind. Betrachtet man z.B. die Unterschiede eines Fingers, der kurz vors Gesicht gehalten wird, schaut man nicht nur deutlich von verschiedenen Seiten auf den Finger, auch befindet sich der Finger im Vergleich zum Hintergrund an deutlich unterschiedlichen Positionen. Je weiter sich allerdings ein Objekt von unseren Augen entfernt, desto ähnlicher werden die zwei Bilder, desto gleicher werden die Blickwinkel von denen wir auf das Objekt schauen. So fällt es dem Gehirn leichter kurze Entfernungen (zu einem Selbst) einzuschätzen als weite. Die Entfernung zu einer Person die vor einem steht kann man sehr gut einschätzen, jedoch die Entfernung des Mondes kann man eigentlich nur als “sehr groß” schätzen.

Um dem Gehirn nun die Möglichkeit zu bieten eine räumliche Wahrnehmung an aufgezeichneten Bildern zu erfahren, müssen diese aufgezeichneten Bilder auch aus leicht unterschiedlichen Blickwinkeln, unseren Augen ähnlich, vorliegen. Hierbei wird die Szenerie aus zwei Blickwinkeln aufgezeichnet, die später dann getrennt dem linken und dem rechten Auge gezeigt werde sollen. So wird die Aufzeichnung, unabhängig von der späteren Wiedergabetechnik, fast immer mit zwei nebeneinander platzierten Kameras realisiert.

Die Wiedergabe wird allerdings mit recht unterschiedlichen Verfahren realisiert. Sie alle versuchen dem linken Auge das Bild der linken und dem rechten Auge das Bild der rechten Kamera zu präsentieren. Hierbei gibt es zwei grundlegend verschiedene Methoden. Nämlich solche, die mit Hilfe einer Brille funktionieren und solche ohne.

Brillenlose 3D-Techniken, wie sie Beispielweise im neuen Nintendo 3DS oder 3D-Wackelkarten anzufinden sind, basieren auf länglichen, vertikal verlaufende Linsen. Unter den Linsen befinden sich horizontal, nebeneinander die Bildpunkte der verschiedenen Blickwinkel. Je nach dem, aus welchem Winkel man auf die Linsen schaut, sieht man aber nur einen der Bildpunkte. Da die beiden Augen zwangsläufig aus unterschiedlichen Winkeln auf eine Linse schauen, können sie so unterschiedliche Bilder sehen. So könnte in der Abbildung grün für das Bild der linken Kamera und blau für das Bild der rechten stehen. Für das Funktionieren dieser Technik sind also möglichst unterschiedliche Blickwinkel der Augen beim Betrachten notwendig. Da, wie oben erklärt, die Blickwinkel sich mit zunehmender Entfernung immer mehr angleichen, eignet sich diese Technik daher nur für den Betrachter relativ nahe Wiedergabemedien. Zudem hat diese Technik einen “Sweet Spot”: Sie funktioniert idealer Weise bzw. fast nur von direkter frontaler Ansicht. Daher ist diese Technik nur bedingt für mehr als eine Person pro Bildschirm funktionsfähig. Ein Ausweg sind mehr Blickwinkel durch mehrere Bildpunkte unter einer Linse. Hierfür verringert sich allerdings drastisch die Auflösung und Schärfe des Bildes und zudem wären mehrere Kameras bei der Aufzeichnung von Nöten.

3D Linsenverfahren ohne 3D-Brille
3D Linsenverfahren ohne 3D-Brille

Bei 3D-Techniken mit Brille werden vom Bildschirm die Blickwinkel beider Kameras erst mal für beide Augen sichtbar ausgestrahlt. Ohne Brille sieht man so zwei überlagerte Bilder. Die Brille Versucht dann durch das linke Glas nur das Bild der linken Kamera und umgekehrt hindurch zu lassen. Hierbei gibt es verschiedene Techniken. Unterscheiden kann man hier in passive und aktive Brillen.

Aktive Brillen verdunkeln abwechselnd das linke und das rechte Glas. Dies muss abgestimmt – also synchronisiert – mit dem Bildschirm geschehen, welcher abwechselnd das Bild der rechten und das Bild der linken Kamera wiedergibt. Früher wurde das Synchronisieren mittels eines Kabels erlangt und die Brillen hatten mechanische Lamellen, welche auf- und zuklappten. Heute wird das Synchronisieren meist durch eine Infrarotverbindung gelöst. Das Abdunkeln der Gläser funktionieren per LCD – durch einen leichten Strom wird das Glas verdunkelt, wie die Ziffern einer digitalen Armbanduhr.

Die Nachteile dieser Techniken sind, dass sie Strom verbrauchen und so Batterien gewechselt werden müssen, dass die Brillen durch die Technik schwerer sind und dass diese Brillen relativ Teuer in der Anschaffung sind. Zudem kann es mit diesen Brillen zum Flimmern kommen, besonders, wenn Lichtquellen im Raum sind, die mit einer anderen Frequenz laufen als die Brillen, wie häufig z.B. Leuchtstoffröhren.

Passive Brillen funktionieren durch Folien oder beschichtete Gläser die nur bestimmtes Licht durchlassen. Hierbei müssen schon bei der Wiedergabe die ausgesendeten Lichter der beiden Bilder manipuliert werden.

Die zuerst aufgekommene Technik (Anaglyphentechnik) beruht auf eingefärbte Bilder und eingefärbte Folien als Brillengläser. Ist ein Bild z.B. rot eingefärbt und wird es durch eine rote Folie betrachtet, kann sich das rote Bild nicht mehr abheben, da alles rot erscheint. Es wird unsichtbar. Andere Farben, bzw. Bilder sind dennoch sichtbar, da sie sich von dem Rot abheben können. So ist das nicht rote Bild, dasjenige, dass für das rot beschichtete Auge vorgesehen ist. Für das andere Auge wird einfach eine andersfarbige Folie genommen und das rote Bild wird von dem Auge gesehen. Als besonders geeignet haben sich Rot und Cyan eingefärbte Bilder und Folien/Gläser herausgestellt.

Die Polfiltertechnik macht sich die Welleneigenschaften des Lichtes zunutze. Normales Licht besteht aus Wellen, die sich in allen möglichen Winkeln zur Lichtrichtung ausbreiten (Siehe Abbildung). Polfilter können dieses Licht filtern und Licht mit nur einem bestimmten Winkel hindurch lassen. So können Polfilter das Licht so Filtern das z.B. nur horizontal verlaufende Lichtwellen hindurch kommen. Stellt man einen zweiten Filter auf und dreht den um 90 Grad – lässt ihn also vertikal verlaufen – kommt (im Idealfall) gar kein Licht mehr hindurch. So kann man ein Bild horizontal filtern und vor dem Auge, welches das Bild empfangen soll, wiederum ein horizontal verlaufenden Filter setzten. Das andere Bild und Auge bekommen einen vertikal verlaufenden Filter vorgesetzt.

So kann nie das verkehrte Bild das gewünschte Auge erreichen. So die Theorie. Allerdings sieht es praktisch anders aus. Da dieses Verfahren voraussetzt, dass die Polfilter Grad gegeneinander verdreht sind, müssten die Betrachter ihren Kopf immer grade ausgerichtet haben und bloß nicht den Kopf zur Seite neigen, da sonst Lichtwellen des verkehrten Bildes durch die Filter gelangen können. Man sollte also nicht den Kopf hängen lassen oder gar auf die Schulter des Partners legen…

Ungefilterte Lichtwellenausbreitung
Ungefilterte Lichtwellenausbreitung
Auf eine Ebene gefilterte Lichtwellen

Abhilfe schafft eine andere Polfiltertechnik – die der zirkularen Polarisation. Hier wird das Licht nicht auf eine Ebene gefiltert, sondern vielmehr gedreht (Siehe Abbildung). Dies kann in zwei Richtungen geschehen. Entweder im Uhrzeigersinn oder gegen ihn. Wie schon bei den einfachen Polfiltern muss das Bild und das dazugehörige Auge gleich gefiltert werden. So können die zwei Bilder sauber voneinander getrennt werden. Der Vorteil gegenüber einfachen Polfiltern liegt darin, dass der Kopf auch mal schräg gehalten werden kann, ohne dass man gleich doppelte Bilder sieht. Viele Menschen empfinden diese Technik – gerade für mehrere Betrachter – als die bis jetzt am besten.

Die Brillen sind schön leicht und relativ kostengünstig. So setzten die meisten 3D-Kinos inzwischen auf diese Technik. RealD und Master Image beruhen z.B. auf dieser Technik. Allerdings sind sie nicht mit einander kompatibel, da die Filterung der Bild- und Augenpaare genau unterschiedlich gelegt wurde. So kann man z.B. mit einer auf den Kopf gedrehten RealD Brille Master Image Filme sehen und umgekehrt.

Zirkular polarisierte Lichtwellen
Zirkular polarisierte Lichtwellen

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