Una pantalla 3D es un dispositivo de visualización capaz de transmitir profundidad al espectador. Muchas pantallas 3D son pantallas estereoscópicas , que producen un efecto 3D básico mediante estereopsis , pero pueden provocar fatiga visual y fatiga visual. Las pantallas 3D más nuevas, como las pantallas holográficas y de campo de luz , producen un efecto 3D más realista al combinar estereopsis y una distancia focal precisa para el contenido mostrado. Las nuevas pantallas 3D de esta manera causan menos fatiga visual que las pantallas estereoscópicas clásicas.
A partir de 2021, el tipo de pantalla 3D más común es la pantalla estereoscópica , que es el tipo de pantalla que se utiliza en casi todos los equipos de realidad virtual . Las pantallas 3D pueden ser pantallas cercanas a los ojos, como en los cascos de realidad virtual, o pueden estar en un dispositivo más alejado de los ojos, como un dispositivo móvil con capacidad 3D o una sala de cine 3D .
El término "pantalla 3D" también se puede utilizar para referirse a una pantalla volumétrica que puede generar contenido que se puede ver desde todos los ángulos.
La primera pantalla 3D fue creada por Sir Charles Wheatstone en 1832. [1] Era una pantalla estereoscópica que tenía una capacidad rudimentaria para representar la profundidad.
Las pantallas estereoscópicas se denominan comúnmente “pantallas estéreo”, “pantallas 3D estéreo”, “pantallas 3D estereoscópicas” o, a veces, erróneamente, simplemente “pantallas 3D”.
La técnica básica de las pantallas estéreo es presentar imágenes desplazadas que se muestran por separado al ojo izquierdo y derecho. Luego, ambas imágenes desplazadas en 2D se combinan en el cerebro para brindar la percepción de profundidad en 3D. Aunque el término "3D" se usa de manera ubicua, es importante señalar que la presentación de imágenes duales en 2D es claramente diferente de mostrar un campo de luz , y también es diferente de mostrar una imagen en un espacio tridimensional .
La diferencia más notable con las pantallas 3D reales es que los movimientos de la cabeza y los ojos del observador no aumentarán la información sobre los objetos 3D que se muestran. Por ejemplo, las pantallas holográficas no tienen tales limitaciones.
Es una exageración de la capacidad referirse a imágenes duales 2D como "3D". El término exacto "estereoscópico" es más engorroso que el nombre equivocado común "3D", que se ha arraigado después de muchas décadas de uso indebido incuestionable. Aunque la mayoría de las pantallas estereoscópicas no califican como pantallas 3D reales, todas las pantallas 3D reales a menudo también se denominan pantallas estereoscópicas porque cumplen con los criterios más bajos de ser también estereoscópicas.
Basada en los principios de la estereopsis , descritos por Sir Charles Wheatstone en la década de 1830, la tecnología estereoscópica proporciona una imagen diferente al ojo izquierdo y derecho del espectador. Los siguientes son algunos de los detalles técnicos y metodologías empleadas en algunos de los sistemas estereoscópicos más notables que se han desarrollado.
La fotografía estereoscópica tradicional consiste en crear una ilusión 3D a partir de un par de imágenes 2D, un estereograma . La forma más sencilla de mejorar la percepción de profundidad en el cerebro es proporcionar a los ojos del espectador dos imágenes diferentes, que representen dos perspectivas del mismo objeto, con una desviación menor exactamente igual a las perspectivas que ambos ojos reciben naturalmente en la visión binocular .
Si se quiere evitar la fatiga visual y la distorsión, cada una de las dos imágenes 2D preferiblemente debe presentarse a cada ojo del espectador de modo que cualquier objeto visto por el espectador a una distancia infinita sea percibido por ese ojo mientras está orientado hacia adelante, el los ojos del espectador no están bizcos ni divergentes. Cuando la imagen no contiene ningún objeto a una distancia infinita, como un horizonte o una nube, las imágenes deben estar espaciadas correspondientemente más juntas.
El método de lado a lado es extremadamente sencillo de crear, pero puede resultar difícil o incómodo verlo sin ayudas ópticas.
Un estereoscopio es un dispositivo para ver tarjetas estereográficas, que son tarjetas que contienen dos imágenes separadas que se imprimen una al lado de la otra para crear la ilusión de una imagen tridimensional.
Los pares de vistas estéreo impresas sobre una base transparente se ven mediante luz transmitida. Una ventaja de la visualización de transparencias es la oportunidad de obtener un rango dinámico más amplio y realista que el que resulta práctico con impresiones sobre una base opaca; otra es que se puede presentar un campo de visión más amplio ya que las imágenes, al estar iluminadas desde atrás, pueden colocarse mucho más cerca de las lentes.
La práctica de ver transparencias estereoscópicas basadas en películas se remonta al menos a 1931, cuando Tru-Vue comenzó a comercializar conjuntos de vistas estéreo en tiras de película de 35 mm que se alimentaban a través de un visor de baquelita portátil . En 1939, se introdujo como View-Master una variación modificada y miniaturizada de esta tecnología, que empleaba discos de cartón que contenían siete pares de pequeñas transparencias de película en color Kodachrome .
El usuario normalmente usa un casco o gafas con dos pequeñas pantallas LCD u OLED con lentes de aumento, una para cada ojo. La tecnología se puede utilizar para mostrar películas, imágenes o juegos en estéreo. Las pantallas montadas en la cabeza también pueden combinarse con dispositivos de seguimiento de la cabeza, lo que permite al usuario "mirar alrededor" del mundo virtual moviendo la cabeza, eliminando la necesidad de un controlador independiente.
Debido a los rápidos avances en los gráficos por computadora y la continua miniaturización del vídeo y otros equipos, estos dispositivos están comenzando a estar disponibles a un costo más razonable. Se pueden utilizar gafas montadas en la cabeza o portátiles para ver una imagen transparente impuesta a la visión del mundo real, creando lo que se llama realidad aumentada . Esto se hace reflejando las imágenes de vídeo a través de espejos parcialmente reflectantes. El mundo real se puede ver a través del espejo parcial.
Un desarrollo reciente en guías de ondas holográficas u "óptica basada en guías de ondas" permite superponer imágenes estereoscópicas en el mundo real sin el uso de espejos reflectantes voluminosos. [2] [3]
Las pantallas de proyección montadas en la cabeza (HMPD) son similares a las pantallas montadas en la cabeza, pero con imágenes proyectadas y mostradas en una pantalla retrorreflectante . La ventaja de esta tecnología sobre las pantallas montadas en la cabeza es que los problemas de enfoque y vergencia no requirieron solución con lentes oculares correctivos. Para la generación de imágenes, se utilizan picoproyectores en lugar de pantallas LCD u OLED . [4] [5]
Con el método del eclipse, un obturador bloquea la luz de cada ojo derecho cuando la imagen del ojo inverso se proyecta en la pantalla. La pantalla alterna entre imágenes izquierda y derecha, y abre y cierra las contraventanas de las gafas o del visor en sincronización con las imágenes en la pantalla. Esta fue la base del sistema Teleview que se utilizó brevemente en 1922. [6] [7]
A variation on the eclipse method is used in LCD shutter glasses. Glasses containing liquid crystal that will let light through in synchronization with the images on the cinema, television or computer screen, using the concept of alternate-frame sequencing. This is the method used by nVidia, XpanD 3D, and earlier IMAX systems. A drawback of this method is the need for each person viewing to wear expensive, electronic glasses that must be synchronized with the display system using a wireless signal or attached wire. The shutter-glasses are heavier than most polarized glasses, though lighter models are no heavier than some sunglasses or deluxe polarized glasses.[8] However these systems do not require a silver screen for projected images.
Liquid crystal light valves work by rotating light between two polarizing filters. Due to these internal polarizers, LCD shutter-glasses darken the display image of any LCD, plasma, or projector image source, which has the result that images appear dimmer and contrast is lower than for normal non-3D viewing. This is not necessarily a usage problem; for some types of displays which are already very bright with poor grayish black levels, LCD shutter glasses may actually improve the image quality.
In an anaglyph, the two images are superimposed in an additive light setting through two filters, one red and one cyan. In a subtractive light setting, the two images are printed in the same complementary colors on white paper. Glasses with colored filters in each eye separate the appropriate image by canceling the filter color out and rendering the complementary color black. A compensating technique, commonly known as Anachrome, uses a slightly more transparent cyan filter in the patented glasses associated with the technique. Process reconfigures the typical anaglyph image to have less parallax.
An alternative to the usual red and cyan filter system of anaglyph is ColorCode 3-D, a patented anaglyph system which was invented in order to present an anaglyph image in conjunction with the NTSC television standard, in which the red channel is often compromised. ColorCode uses the complementary colors of yellow and dark blue on-screen, and the colors of the glasses' lenses are amber and dark blue.
Para presentar una imagen estereoscópica, se proyectan dos imágenes superpuestas en la misma pantalla a través de diferentes filtros polarizadores . El espectador usa anteojos que también contienen un par de filtros polarizadores orientados de manera diferente (en sentido horario o antihorario con polarización circular o en ángulos de 90 grados, generalmente 45 y 135 grados, [9] con polarización lineal). Como cada filtro deja pasar solo la luz que está polarizada de manera similar y bloquea la luz polarizada de manera diferente, cada ojo ve una imagen diferente. Esto se utiliza para producir un efecto tridimensional al proyectar la misma escena en ambos ojos, pero representada desde perspectivas ligeramente diferentes. Además, como ambos lentes tienen el mismo color, las personas con un ojo dominante, donde se usa más un ojo, pueden ver correctamente los colores, previamente negados por la separación de los dos colores.
La polarización circular tiene una ventaja sobre la polarización lineal, ya que el espectador no necesita tener la cabeza erguida y alineada con la pantalla para que la polarización funcione correctamente. Con la polarización lineal, girar las gafas hacia los lados hace que los filtros se desalineen con los filtros de la pantalla, lo que provoca que la imagen se desvanezca y que cada ojo vea más fácilmente el marco opuesto. Para la polarización circular, el efecto de polarización funciona independientemente de cómo esté alineada la cabeza del espectador con la pantalla, por ejemplo, inclinada hacia un lado o incluso al revés. El ojo izquierdo seguirá viendo sólo la imagen destinada a él y viceversa, sin desvanecimientos ni interferencias.
La luz polarizada reflejada por una pantalla cinematográfica normal normalmente pierde la mayor parte de su polarización. Por lo tanto , se debe utilizar una costosa pantalla plateada o una pantalla aluminizada con una pérdida de polarización insignificante. Todos los tipos de polarización darán como resultado un oscurecimiento de la imagen mostrada y un contraste más pobre en comparación con las imágenes que no son 3D. La luz de las lámparas normalmente se emite como una colección aleatoria de polarizaciones, mientras que un filtro de polarización solo deja pasar una fracción de la luz. Como resultado, la imagen de la pantalla es más oscura. Este oscurecimiento se puede compensar aumentando el brillo de la fuente de luz del proyector. Si el filtro de polarización inicial se inserta entre la lámpara y el elemento de generación de imágenes, la intensidad de la luz que incide sobre el elemento de imagen no es más alta de lo normal sin el filtro polarizador y el contraste general de la imagen transmitido a la pantalla no se ve afectado.
Dolby 3D utiliza longitudes de onda específicas de rojo, verde y azul para el ojo derecho, y diferentes longitudes de onda de rojo, verde y azul para el ojo izquierdo. Los anteojos que filtran longitudes de onda muy específicas permiten al usuario ver una imagen en 3D. Esta tecnología elimina las costosas pantallas plateadas necesarias para los sistemas polarizados como RealD , que es el sistema de visualización 3D más común en los cines. Sin embargo, requiere gafas mucho más caras que los sistemas polarizados. También se conoce como filtrado de peine espectral o visualización múltiplex de longitud de onda.
El sistema Omega 3D/ Panavision 3D recientemente introducido también utiliza esta tecnología, aunque con un espectro más amplio y más "dientes" para el "peine" (5 para cada ojo en el sistema Omega/Panavision). El uso de más bandas espectrales por ojo elimina la necesidad de procesar el color de la imagen, requerido por el sistema Dolby. Dividir uniformemente el espectro visible entre los ojos le da al espectador una "sensación" más relajada ya que la energía de la luz y el equilibrio de color son casi 50-50. Al igual que el sistema Dolby, el sistema Omega se puede utilizar con pantallas blancas o plateadas. Pero se puede utilizar con proyectores de cine o digitales, a diferencia de los filtros Dolby que sólo se utilizan en un sistema digital con un procesador de corrección de color proporcionado por Dolby. El sistema Omega/Panavision también afirma que sus gafas son más baratas de fabricar que las utilizadas por Dolby. [10] En junio de 2012, DPVO Theatrical descontinuó el sistema Omega 3D/Panavision 3D, quien lo comercializó en nombre de Panavision, citando "condiciones desafiantes económicas y del mercado 3D global". [ cita necesaria ] Aunque DPVO disolvió sus operaciones comerciales, Omega Optical continúa promocionando y vendiendo sistemas 3D en mercados no teatrales. El sistema 3D de Omega Optical contiene filtros de proyección y gafas 3D. Además del sistema 3D estereoscópico pasivo, Omega Optical ha producido gafas 3D anaglifo mejoradas. Los lentes anaglifo rojo/cian de Omega utilizan complejos recubrimientos de película delgada de óxido metálico y ópticas de vidrio recocido de alta calidad.
El efecto Pulfrich es una percepción psicofísica en la que la corteza visual interpreta el movimiento lateral de un objeto en el campo de visión como si tuviera un componente de profundidad, debido a una diferencia relativa en los tiempos de señal entre los dos ojos.
Las gafas prismáticas facilitan la visualización cruzada y permiten la visualización superior o inferior; los ejemplos incluyen el visor KMQ .
En este método no son necesarias gafas para ver la imagen estereoscópica. Las tecnologías de lentes lenticulares y barreras de paralaje implican imponer dos (o más) imágenes en la misma hoja, en franjas estrechas y alternas, y usar una pantalla que bloquea una de las franjas de las dos imágenes (en el caso de barreras de paralaje) o usa igualmente Lentes estrechas para doblar las tiras de imagen y hacer que parezca que llenan toda la imagen (en el caso de impresiones lenticulares). Para producir el efecto estereoscópico, la persona debe colocarse de manera que un ojo vea una de las dos imágenes y el otro vea la otra. Los principios ópticos de la autoestereoscopia multivista se conocen desde hace más de un siglo. [11]
Ambas imágenes se proyectan en una pantalla corrugada de alta ganancia que refleja la luz en ángulos agudos. Para ver la imagen estereoscópica, el espectador debe sentarse dentro de un ángulo muy estrecho que sea casi perpendicular a la pantalla, lo que limita el tamaño de la audiencia. Lenticular se utilizó para la presentación teatral de numerosos cortometrajes en Rusia de 1940 a 1948 [12] y en 1946 para el largometraje Robinzon Kruzo [13].
Aunque su uso en presentaciones teatrales ha sido bastante limitado, el lenticular se ha utilizado ampliamente para una variedad de artículos novedosos e incluso se ha utilizado en fotografía 3D de aficionados. [14] [15] El uso reciente incluye la Fujifilm FinePix Real 3D con una pantalla autoestereoscópica que se lanzó en 2009. Otros ejemplos de esta tecnología incluyen pantallas LCD autoestereoscópicas en monitores, computadoras portátiles, televisores, teléfonos móviles y dispositivos de juegos, como Nintendo . 3DS .
Las pantallas volumétricas utilizan algún mecanismo físico para mostrar puntos de luz dentro de un volumen. Estas pantallas utilizan vóxeles en lugar de píxeles . Las pantallas volumétricas incluyen pantallas multiplanares, que tienen múltiples planos de visualización apilados, y pantallas de panel giratorio, donde un panel giratorio barre un volumen.
Se han desarrollado otras tecnologías para proyectar puntos de luz en el aire sobre un dispositivo. Un láser infrarrojo se enfoca hacia el destino en el espacio, generando una pequeña burbuja de plasma que emite luz visible.
Una pantalla de campo de luz intenta recrear un "campo de luz" en la superficie de la pantalla. A diferencia de una pantalla 2D que muestra un color distinto en cada píxel, una pantalla de campo de luz muestra un color distinto en cada píxel para cada dirección en la que se emite el rayo de luz . De esta manera, los ojos desde diferentes posiciones verán diferentes imágenes en la pantalla, creando paralaje y creando así una sensación de 3D. Una pantalla de campo de luz es como una ventana de vidrio: las personas ven objetos en 3D detrás del vidrio, a pesar de que todos los rayos de luz que ven provienen (a través) del vidrio.
El campo de luz frente a la pantalla se puede crear de dos maneras: 1) emitiendo diferentes rayos de luz en diferentes direcciones en cada punto de la pantalla; 2) recreando un frente de onda frente a la pantalla. Las pantallas que utilizan el primer método se denominan pantallas basadas en rayos o de campo de luz . Las pantallas que utilizan el segundo método se denominan pantallas holográficas o basadas en frente de onda . Las pantallas basadas en frente de onda funcionan de la misma manera que los hologramas . En comparación con las pantallas basadas en rayos, una pantalla basada en frente de onda no solo reconstruye el campo de luz, sino que también reconstruye la curvatura de las ondas planas y las diferencias de fase de las ondas en diferentes direcciones. [dieciséis]
La fotografía integral es uno de los métodos basados en rayos con información de paralaje completo. Sin embargo, también existen técnicas basadas en rayos desarrolladas únicamente con paralaje horizontal. [dieciséis]
La visualización holográfica es una tecnología de visualización que tiene la capacidad de proporcionar los cuatro mecanismos oculares: disparidad binocular , paralaje de movimiento , acomodación y convergencia . Los objetos 3D se pueden ver sin necesidad de utilizar gafas especiales y no se producirá fatiga visual en los ojos humanos.
En 2013, LEIA Inc , una empresa de Silicon Valley, comenzó a fabricar pantallas holográficas adecuadas para dispositivos móviles (relojes, teléfonos inteligentes o tabletas) que utilizan una retroiluminación multidireccional y permiten una vista de ángulo amplio de paralaje completo para ver contenido en 3D sin necesidad de gafas. [17] Su primer producto fue parte de un teléfono móvil ( Red Hydrogen One ) y más tarde en su propia tableta Android. [ cita necesaria ]
La imagen integral es una visualización 3D autoestereoscópica o multiscópica , lo que significa que muestra una imagen 3D sin el uso de gafas especiales por parte del espectador. Lo logra colocando una serie de microlentes (similar a una lente lenticular ) frente a la imagen, donde cada lente se ve diferente según el ángulo de visión. Por lo tanto, en lugar de mostrar una imagen 2D que se ve igual desde todas las direcciones, reproduce un campo de luz 3D , creando imágenes estéreo que exhiben paralaje cuando el espectador se mueve.
Se está desarrollando una nueva tecnología de visualización denominada "campo de luz compresivo". Estos prototipos de pantallas utilizan paneles LCD en capas y algoritmos de compresión en el momento de la visualización. Los diseños incluyen dispositivos duales [18] y multicapa [19] [20] [21] que son controlados por algoritmos como la tomografía computarizada y la factorización de matrices no negativas y la factorización de tensores no negativos .
Se puede considerar que cada una de estas tecnologías de visualización tiene limitaciones, ya sea la ubicación del espectador, equipos engorrosos o antiestéticos o un gran costo. La visualización de imágenes 3D sin artefactos sigue siendo difícil. [ cita necesaria ]