Hoe werkt 3D

In het `echte leven` zien mensen diepte. Dat wil zeggen: we kunnen zien of objecten dichterbij of verder weg staan. Oftewel: we zien de wereld in 3 dimensies, namelijk hoogte, breedte en diepte. Dit mechanisme werkt alleen met 2 ogen: uit kleine verschillen in het beeld dat het ene oog en het andere oog op het netvlies krijgen, kunnen de hersenen opmaken hoe ver een object verwijderd is van de waarnemer. Sluiten we dan ook 1 van onze ogen, valt het diepteaspect weg.

Als we naar een televisie of projector kijken, zien beide ogen hetzelfde beeld, omdat het in een plat vlak wordt weergegeven en de ogen geen twee `invalshoeken` krijgen voorgeschoteld. Om voor een spannende film een idee van diepte te krijgen, zullen we dus `trucs` moeten toepassen om die verschillende invalshoeken toch te simuleren. De clue is dus om te proberen in een enkel plat beeld de illusie van diepte te creëren, door ieder oog een iets ander beeld voor te schotelen, zoals in de werkelijkheid.

Foto: stereogram schaken

Een mooie manier om een idee te krijgen van hoe 3D (of stereoscopie) werkt, kun je het beste op Internet eens zoeken naar `stereoscopie` en `stereogram`. Meestal dienen de afbeeldingen met `schele ogen` te worden bekeken om het 3D-effect waar te nemen. Dit vergt soms enige oefening, maar kan heel ontspannend zijn voor de ogen (of frustrerend, als het niet lukt).

Huidige 3D technieken

Voor de meeste 3D weergavetechnieken is het nodig een brilletje te dragen om het effect te kunnen zien. We onderscheiden hierin de volgende methodes:

Op de volgende pagina`s een toelichting van de werking van de verschillende technieken.

Anaglyph

Dit is de meest bekende techniek, die gebruik maakt van een brilletje met filters van verschillende kleuren (rood en cyaan, vroeger rood en groen) voor ieder oog. Doordat het ene oog alleen het rode beeld ziet en het andere oog alleen het cyaan beeld, kan diepte worden waargenomen.

Foto: anaglyph 3D bril

De techniek is simpel toe te passen op video zonder geavanceerde technieken en de brilletjes zijn goedkoop. Wel is het zaak om de kleuren van de beeldweergever zeer goed af te stellen op de gebruikte filters voor het optimale effect. Een ander sterk nadeel is dat de kleuren inboeten aan natuurlijkheid.

Lees meer over anaglyph op Wikipedia.

Lineaire polarisatie

Licht is een golfverschijnsel, met een golf (trilling) die zich in alle richtingen evenredig voortplant. Polarisatie van het licht houdt in, dat het licht na het filter alleen een trilling heeft in 1 enkele richting. De `Polaroid` bril is hier een goed voorbeeld van. Door de glazen een polarisatie in de verticale richting mee te geven, wordt al het licht in de horizontale richting (reflecties vanaf auto`s, water, wegen, etc.) geblokkeerd, wat veel rustiger kijkt.

Foto: polarisatie 3D bril

Bij film/videoprojectie kan dit effect worden gebruikt door twee projectoren te gebruiken, waarbij de ene projector een polarisatie heeft van -45 graden en de andere van +45 graden. Door een brilletje te gebruiken met dezelfde polarisatie, ziet het ene oog alleen het ene en het andere oog alleen het andere beeld. Nadelen van deze techniek zijn dat het hoofd precies recht moet worden gehouden en dat de bril licht wegneemt.

Lees meer over lineaire polarisatie op Wikipedia.

Circulaire polarisatie

Bij circulaire polarisatie wordt het eerst lineair gepolariseerde licht vervolgens circulair gepolariseerd. Door in plaats van een -45 / +45 polarisatie nu een linksdraaiende / rechtsdraaiende polarisatie toe te passen (zowel in de projectoren als in het brilletje), wordt de hoek waaronder het hoofd wordt gehouden onbelangrijk. Nadelen zijn dat net als bij lineaire polarisatie er licht wordt weggenomen en dat de polarisatie nooit 100% kan filteren. Deze techniek wordt in bioscopen redelijk vaak toegepast, omdat de brilletjes goedkoop zijn te fabriceren en het effect goed zichtbaar is.

Lees meer over het polarisatiefilter op Wikipedia.

De sluiter of `shutter` techniek

Bij de eerder genoemde technieken worden de beelden gelijktijdig getoond en door middel van filtering optisch gescheiden voor het linker en rechter oog. Bij de sluitertechniek worden de beelden na elkaar getoond. Dit wordt gerealiseerd door een bril met links en rechts LCD paneeltjes, die om beurten met een spanning donker kunnen worden gemaakt. Dit betekent dat er een batterij in de bril moet zitten en dat de bril precies op het juiste moment het ene of het andere oog moet afdekken. Hiervoor zijn er ontvangers in de bril ingebouwd, die synchroon lopen met het beeldbron.

Foto: stereogram Porsche

Een consequentie van het switchen van het ene naar het andere oog zal zijn, dat er ook een dubbel aantal beelden moet worden getoond, wat moet worden ondersteund door de televisie alsmede de bron, alsmede de HDMI verbinding: HDMI versie 1.4 verplicht, wat betekent dat de meeste consumentenapparatuur nog niet geschikt is voor deze technologie.

De `shutter` techniek werkt zeer goed, door weinig `overspraak` (een goede scheiding) tussen de twee ogen en geeft een rustig en onvermoeibaar plaatje. Nadeel is de extra technologie die in de hele keten moet zijn ingebouwd. Ook zijn de gebruikte brillen duurder dan de `passieve` gepolariseerde variant.

Golflengte multiplex-visualisatie

Deze techniek wordt door Dolby toegepast in hun Digital Cinema systeem. Het is gebaseerd op het opdelen van iedere primaire kleur in twee delen, die ieder een deel van het frequentiebereik van die primaire kleur op zich nemen. Dat leggen we even uit: iedere kleur heeft een golflengte, maar nooit slechts 1 golflengte; door gradaties in de kleur wordt van een `spectrum` gesproken, dat meerdere golflengtes bevat. Omdat bijvoorbeeld een bepaalde kleur groen meer geel of juist meer blauw kan bevatten en dan nog steeds `groen` wordt genoemd, kan men door de glazen van een brilletje een deel van dat spectrum te laten weergeven, onderscheid maken binnen die kleur en zo weer tot een 3D beeld komen. Dat gebeurt dan ook voor blauw en rood. Om deze techniek te laten werken, zijn speciale beeldweergevers nodig met een soort `kleurenwiel`, dat ook wordt gebruikt in 1-chip DLP projectoren. Deze kleurenwielen hebben echter 6 kleuren, voor ieder `oog` een setje van 3 primaire kleuren.

3D bij u thuis

De meest bekende vorm van 3D (met het groen/rode of cyaan/rode) brilletje, bestaat eigenlijk al heel lang. Er zijn best wat DVD`s/Blu-Ray`s te verkrijgen die op die manier zijn uitgebracht. Het effect hiervan is echter zonder uitzondering teleurstellend. Uiteraard wordt ook een natuurlijke kleurweergave volledig om zeep geholpen. Lineaire polarisatie is moeilijk te gebruiken voor thuis, vanwege de gevoeligheid voor het exact rechthouden van het hoofd en circulaire polarisatie stelt extreem hoge eisen aan de kwaliteit van het scherm. Zo blijft voor thuis dan de sluitertechniek over, die overigens ook het beste en meest rustige resultaat op zal leveren.

De Blu-ray association heeft inmiddels de `Blu-ray 3D` specificatie vastgelegd op basis van de sluitertechniek. In deze standaard is voorzien in een volledig 1080p beeld, dat echter een verversing zal hebben van 48 Hz in plaats van de voor film gebruikelijke 24 Hz. Omdat er dus gebruik wordt gemaakt van het dubbele aantal beelden, komt de opslagcapaciteit van Blu-ray in het gedrang. Doordat echter de twee bij elkaar horende 3D beelden veel gelijkenis vertonen en de compressietechnieken steeds beter worden, verwacht men maar een 50% grotere datastroom ten opzichte van de huidige 2D Blu-rays, wat nog past binnen de specificaties van het medium.

Wat hebben we dan concreet nodig voor een 3D weergave thuis? Kort gezegd zal dat neerkomen op:

Een sluiterbril

Ontbreekt een van deze elementen, kan er geen 3D worden vertoond. Het zal er dus op neerkomen dat alle op dit moment op de markt aanwezige Blu-ray spelers en televisies niet geschikt zijn. Er zijn echter wel degelijk al enkele merken die uit zijn gekomen met 3D televisies, zoals Samsung en Panasonic. Ook leveren zij de bijbehorende Blu-ray spelers. De speler van Panasonic heeft zelfs een dubbele HDMI uitgang: de eerste is voor het beeld en is HDMI 1.4, de andere is HDMI 1.3 om het geluid door een bestaande HDMI 1.3 receiver te kunnen laten weergeven.

Voor projectie zijn er ook mogelijkheden: gebruik maken van 2 projectoren of gebruik maken van een enkele projector met twee lenzen. In het eerste geval zal het signaal uitgesplitst moeten worden vanuit de bron naar twee weergevers. Op dit moment zijn er nog geen 3D projectoren op de markt, maar dat zal ongetwijfeld snel veranderen.

3D in de bioscoop

Op dit moment zijn er verschillende systemen actief in de bioscopen, namelijk:

Een belangrijk aspect voor de keuze van een van de technieken is de prijs van de brilletjes: een cirulair gepolariseerde bril kost een stuk minder dan een actieve sluiterbril of passieve, maar moeilijk te produceren golflengte filterbril.

De kosten van de brilletjes moeten liefst zo laag mogelijk zijn met het oog op het stelen van de brilletjes door de bezoekers. Verder moeten brilletjes die vaker worden gebruikt, ook worden schoongemaakt, wat extra kosten met zich meebrengt, De toekomst zal uitwijzen welke techniek de `winnaar` zal worden.

Televisieuitzendingen in 3D

Ziggo en UPC zonden 6 juni jongstleden het Grote Verkiezingsgala uit in 3D. Alle bezitters van een 3D televisie en een HD decoder konden deze uitzending in 3D bekijken. Het was volgens de betrokken partijen een geslaagd experiment en dus besloot Ziggo nog een stap verder te gaan in samenwerking met SBS. In een partnerschap zullen zij namelijk vanaf september 2010 in 3D uitzenden. SBS waardeert haar reguliere NET 5 programma’s op naar 3D, terwijl het nachtprogramma wordt uitgezonden in `native` 3D.

Voor het bekijken van 3D televisieuitzendingen is dus niets anders nodig dan een (vaak reeds bestaande) HD decoder en een geschikte 3D televisie.