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Estereoscopia

Estereoscopía con un estereoscopio binocular, que muestra las dos lentes a través de las cuales una persona mira para ver una imagen 3D formada detrás de ella. Estereoscopio de ...

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Estereoscopía con un estereoscopio binocular, que muestra las dos lentes a través de las cuales una persona mira para ver una imagen 3D formada detrás de ella.
Estereoscopio de bolsillo con imagen de prueba original. Utilizado por los militares para examinar pares estereoscópicos de fotografías aéreas .
Vista de Boston , c. 1860 ; una antigua tarjeta estereoscópica para ver una escena de la naturaleza.
Kaiserpanorama consta de un aparato de visualización de múltiples estaciones y conjuntos de diapositivas estereoscópicas. Patentado por A. Fuhrmann alrededor de 1890. [ 1 ]

La estereoscopía , también llamada estereoscopia o imagen estereoscópica , se refiere a hacer que las imágenes parezcan tridimensionales . El tipo más popular de estereoscopía es la estereoscopía de dos vistas, que crea una percepción parcial de profundidad en una imagen a partir de un conjunto de dos imágenes bidimensionales mediante el uso de la disparidad binocular . [ 2 ] [ 3 ] La palabra estereoscopía deriva del griego antiguo στερεός ( stereos ) ' firme, sólido ' y σκοπέω ( skopéō ) ' mirar, ver ' . [ 4 ] [ 5 ] Cualquier imagen estereoscópica se llama estereograma . Originalmente, estereograma se refería a un par de imágenes bidimensionales que podían verse usando un estereoscopio.  

La mayoría de los métodos estereoscópicos presentan un par de imágenes bidimensionales al espectador. La imagen izquierda se presenta al ojo izquierdo y la derecha al ojo derecho. Al observarlas, el cerebro humano las percibe como una sola imagen tridimensional, lo que genera la percepción de profundidad 3D . Sin embargo, el efecto 3D carece de una profundidad focal adecuada, lo que da lugar al conflicto de convergencia-acomodación .

La estereoscopía se distingue de otros tipos de pantallas 3D que muestran una imagen en tres dimensiones completas , lo que permite al observador aumentar la información sobre los objetos tridimensionales que se muestran mediante movimientos de la cabeza y los ojos .

Fondo

La estereoscopía crea la impresión de profundidad tridimensional. El tipo más popular de estereoscopía, la estereoscopía de dos vistas, crea la impresión a partir de un par de imágenes bidimensionales. [ 2 ] [ 6 ] La visión humana, incluida la percepción de profundidad, es un proceso complejo que comienza con la adquisición de información visual captada a través de los ojos; gran parte del procesamiento ocurre en el cerebro, que se esfuerza por dar sentido a la información bruta. Una de las funciones que ocurren dentro del cerebro al interpretar lo que ven los ojos es evaluar las distancias relativas de los objetos con respecto al observador y la dimensión de profundidad de esos objetos. Las señales que el cerebro utiliza para medir las distancias relativas y la profundidad en una escena percibida incluyen: [ 7 ]

  • Disparidad binocular : las diferencias en las imágenes de cada ojo causadas por la distancia horizontal entre los dos ojos.
  • Convergencia
  • Alojamiento
  • Oclusión (la superposición de un objeto sobre otro)
  • Ángulo visual subtendido de un objeto de tamaño conocido
  • Perspectiva lineal (convergencia de aristas paralelas)
  • Posición vertical (los objetos más cercanos al horizonte en la escena tienden a percibirse como más lejanos).
  • La bruma o el contraste, la saturación y el color, generalmente asociados a una mayor distancia con una mayor bruma, desaturación y un cambio hacia el azul, influyen en la percepción del color.
  • Cambio en el tamaño del detalle del patrón texturizado

(Todas las pistas anteriores, excepto las tres primeras, existen en imágenes bidimensionales tradicionales, como pinturas, fotografías y televisión). [ 8 ]

La estereoscopía de dos vistas produce la impresión de profundidad en una fotografía , película u otra imagen mediante la presentación de una imagen ligeramente diferente a cada ojo , lo que añade la primera de estas claves ( estereopsis ). Las dos imágenes se combinan en el cerebro para dar la percepción de profundidad. Dado que todos los puntos de la imagen producida por la estereoscopía se enfocan en el mismo plano, independientemente de su profundidad en la escena original, la tercera clave, el enfoque, no se duplica y, por lo tanto, la ilusión de profundidad es incompleta. Hay dos elementos principales de la estereoscopía que no son naturales para la visión humana: (1) la discrepancia entre convergencia y acomodación, causada por la diferencia entre la posición percibida de un objeto delante o detrás de la pantalla y el origen real de esa luz; y (2) la posible interferencia entre los ojos, causada por una separación imperfecta de las imágenes en algunos métodos de estereoscopía.

Aunque el término "3D" se usa con frecuencia, la presentación de imágenes 2D duales es claramente diferente a la visualización de una imagen en tres dimensiones mediante una pantalla volumétrica o la recreación de un campo de luz . La diferencia más notable radica en que, en el caso de las pantallas 3D de dos vistas, el movimiento de la cabeza y los ojos del observador no altera la información recibida sobre los objetos tridimensionales que se visualizan. Las pantallas volumétricas no presentan esta limitación.

La mayoría de las pantallas 3D utilizan el método estereoscópico de dos vistas para transmitir imágenes. Este método fue inventado por primera vez por Sir Charles Wheatstone en 1838, [ 9 ] [ 10 ] y mejorado por Sir David Brewster , quien creó el primer dispositivo portátil de visualización 3D. [ 11 ]

estereoscopio de espejo de Wheatstone
Estereoscopio tipo Brewster, 1870

Wheatstone utilizó originalmente su estereoscopio (un dispositivo bastante voluminoso) [ 12 ] con dibujos porque la fotografía aún no estaba disponible, sin embargo, su artículo original parece prever el desarrollo de un método de imágenes realista: [ 13 ]

A efectos ilustrativos, solo he utilizado figuras de contorno, pues si se hubiera introducido sombreado o color, podría suponerse que el efecto se debía total o parcialmente a estas circunstancias; mientras que, al omitirlas, no cabe duda de que el efecto de relieve se debe por completo a la percepción simultánea de las dos proyecciones monoculares, una en cada retina. Sin embargo, si se requiere obtener las representaciones más fieles de objetos reales, se puede emplear sombreado y color para realzar los efectos. Una atención minuciosa permitiría al artista dibujar y pintar las dos imágenes componentes, de manera que presentara a la mente del observador, en la percepción resultante, una perfecta identificación con el objeto representado. Flores, cristales, bustos, jarrones, instrumentos de diversa índole, etc., podrían representarse así de forma que no se distinguieran visualmente de los objetos reales. [ 9 ]

La estereoscopía se utiliza en fotogrametría y también para entretenimiento mediante la producción de estereogramas. La estereoscopía es útil para visualizar imágenes renderizadas a partir de grandes conjuntos de datos multidimensionales, como los producidos por datos experimentales. La fotografía tridimensional industrial moderna puede utilizar escáneres 3D para detectar y registrar información tridimensional. [ 14 ] La información de profundidad tridimensional se puede reconstruir a partir de dos imágenes utilizando una computadora mediante la correlación de los píxeles en las imágenes izquierda y derecha. [ 15 ] Resolver el problema de correspondencia en el campo de la visión por computadora tiene como objetivo crear información de profundidad significativa a partir de dos imágenes.

Requisitos visuales

Hay 3 componentes de la visión binocular involucrados en la visualización de imágenes estéreo de dos vistas:

  1. Percepción simultánea
  2. Fusión (visión binocular única)
  3. Estereopsis

Estas funciones se desarrollan en la primera infancia. Algunas personas que tienen estrabismo alteran el desarrollo de la estereopsis; sin embargo, el tratamiento ortóptico puede usarse para mejorar la visión binocular . La agudeza estereoscópica de una persona [ 16 ] determina la disparidad mínima de la imagen que puede percibir como profundidad. Se cree que aproximadamente el 12% de las personas no pueden ver correctamente las imágenes 3D, debido a diversas afecciones médicas. [ 17 ] [ 18 ] Según otro experimento, hasta el 30% de las personas tienen una visión estereoscópica muy débil que les impide percibir la profundidad basándose en la disparidad estereoscópica. Esto anula o disminuye considerablemente los efectos de inmersión del estéreo para ellos. [ 19 ]

Saul Davis (activo entre las décadas de 1860 y 1870), Nuevo puente colgante, Cataratas del Niágara, Canadá, c. 1869 , estereografía en albúmina, Departamento de Colecciones de Imágenes , Biblioteca de la Galería Nacional de Arte, Washington, DC.

La visión estereoscópica puede ser creada artificialmente por el cerebro del observador, como lo demuestra el efecto Van Hare , donde el cerebro percibe imágenes estéreo incluso cuando las fotografías emparejadas son idénticas. Esta "falsa dimensionalidad" es resultado de la estereoagudeza desarrollada en el cerebro, que permite al observador completar la información de profundidad incluso cuando hay pocas o ninguna pista 3D disponible en las imágenes emparejadas.

lado a lado

Estereografía " Al que madruga, Dios le ayuda ", publicada en 1900 por North-Western View Co. de Baraboo, Wisconsin , restaurada digitalmente.

La fotografía estereoscópica tradicional consiste en crear un estereograma binocular, una ilusión 3D a partir de un par de imágenes 2D. La forma más sencilla de mejorar la percepción de profundidad en el cerebro es proporcionar a los ojos del observador dos imágenes diferentes, que representan dos perspectivas del mismo objeto, con una pequeña desviación igual o casi igual a las perspectivas que ambos ojos reciben naturalmente en la visión binocular .

Un par de imágenes estereoscópicas (arriba) y un anaglifo combinado que colorea una perspectiva de rojo y la otra de cian . Se recomienda usar gafas 3D rojo-cian para ver esta imagen correctamente.
Dos flores de Passiflora caerulea dispuestas como un par de imágenes estereoscópicas para su visualización mediante el método de visión cruzada (véase Freeviewing).

Para evitar la fatiga visual y la distorsión, cada una de las dos imágenes 2D debe presentarse al espectador de manera que cualquier objeto situado a distancia infinita se perciba como si estuviera justo delante, sin que los ojos del espectador se crucen ni diverjan. Cuando la imagen no contiene ningún objeto a distancia infinita, como un horizonte o una nube, las imágenes deben espaciarse proporcionalmente más cerca entre sí.

Las ventajas de los visores de imágenes paralelas radican en la ausencia de pérdida de brillo, lo que permite la presentación de imágenes con una resolución muy alta y en todo el espectro de color; la sencillez de su creación; y la mínima o nula necesidad de procesamiento adicional de la imagen. En algunos casos, como cuando se presenta un par de imágenes para su visualización libre, no se requiere ningún dispositivo ni equipo óptico adicional.

La principal desventaja de los visores de pantalla dividida es que las pantallas de gran tamaño no son prácticas y la resolución está limitada por la menor de las capacidades del medio de visualización o del ojo humano. Esto se debe a que, a medida que aumentan las dimensiones de una imagen, tanto el dispositivo de visualización como el propio espectador deben alejarse proporcionalmente para verla cómodamente. Acercarse a una imagen para apreciar más detalles solo sería posible con un equipo de visualización que se ajustara a esta diferencia.

Visor cruzado imprimible

Televisión gratuita

La visualización libre consiste en ver un par de imágenes una al lado de la otra sin utilizar un dispositivo de visualización. [ 3 ]

Existen dos métodos disponibles para la visión libre: la visión paralela y la visión cruzada. [ 16 ] [ 20 ]

  • El método de visión paralela utiliza un par de imágenes, con la imagen del ojo izquierdo a la izquierda y la del ojo derecho a la derecha. La imagen tridimensional fusionada aparece más grande y distante que las dos imágenes originales, lo que permite simular de forma convincente una escena a tamaño real. El observador intenta mirar a través de las imágenes con los ojos prácticamente paralelos, como si estuviera mirando la escena real. Esto puede resultar difícil con una visión normal, ya que el enfoque ocular y la convergencia binocular se coordinan habitualmente. Una forma de desacoplar ambas funciones es observar el par de imágenes muy de cerca con los ojos completamente relajados, sin intentar enfocar con claridad, sino simplemente logrando una cómoda fusión estereoscópica de las dos imágenes borrosas mediante la técnica de "mirar a través de", y solo entonces esforzándose por enfocarlas con mayor claridad, aumentando la distancia de visualización según sea necesario. Independientemente del método utilizado o del medio de imagen, para una visualización cómoda y una precisión estereoscópica, el tamaño y la separación de las imágenes deben ser tales que los puntos correspondientes de los objetos muy distantes en la escena estén separados por la misma distancia que los ojos del observador, pero no más; la distancia interocular promedio es de aproximadamente 63  mm. Es posible visualizar imágenes mucho más separadas, pero dado que los ojos nunca divergen en el uso normal, generalmente se requiere algún entrenamiento previo y tiende a causar fatiga visual.
  • El método de visión cruzada intercambia las imágenes del ojo izquierdo y derecho para que se vean correctamente con los ojos cruzados, el ojo izquierdo viendo la imagen del derecho y viceversa. La imagen tridimensional fusionada parece más pequeña y cercana que las imágenes originales, de modo que los objetos y escenas grandes aparecen miniaturizados. Este método suele ser más fácil para quienes se inician en la visión libre. Para facilitar la fusión, se puede colocar la punta de un dedo justo debajo de la división entre las dos imágenes y luego acercarla lentamente a los ojos del observador, manteniendo la mirada fija en la punta del dedo; a cierta distancia, la imagen tridimensional fusionada debería parecer flotar justo encima del dedo. Otra opción es usar un trozo de papel con una pequeña abertura; al colocarlo correctamente entre el par de imágenes y los ojos del observador, parecerá enmarcar una pequeña imagen tridimensional.

Algunos defensores de la visión cruzada utilizan ahora gafas prismáticas autoenmascarantes. Estas reducen el grado de convergencia necesario y permiten visualizar imágenes grandes. Sin embargo, cualquier ayuda visual que utilice prismas, espejos o lentes para facilitar la fusión o el enfoque es simplemente un tipo de estereoscopio, excluido de la definición habitual de visión libre.

La fusión estereoscópica de dos imágenes separadas, sin la ayuda de espejos ni prismas, y el mantenimiento simultáneo de un enfoque nítido sin el uso de lentes de visión adecuadas, requiere inevitablemente una combinación antinatural de convergencia y acomodación ocular . Por lo tanto, la visión libre simple no puede reproducir con precisión las señales fisiológicas de profundidad de la experiencia visual del mundo real. Cada persona puede experimentar distintos grados de facilidad y comodidad para lograr la fusión y un buen enfoque, así como diferentes tendencias a la fatiga o tensión ocular.

Autoestereograma

Un autoestereograma es un estereograma de imagen única (SIS, por sus siglas en inglés), diseñado para crear la ilusión visual de una escena tridimensional ( 3D ) dentro del cerebro humano a partir de una imagen bidimensional externa . Para percibir formas 3D en estos autoestereogramas, es necesario superar la coordinación normalmente automática entre el enfoque y la vergencia .

Estereoscopía basada en el contraste

La estereoscopía basada en contraste es un método para replicar parcialmente el efecto de un estereograma binocular, utilizando una sola imagen bidimensional mediante el contraste de color . Para crear una imagen estereoscópica con este método, se requieren dos imágenes monocromáticas , parcialmente transparentes (una de un color más brillante que la otra), superpuestas. Si bien este método no requiere la manipulación de la convergencia , solo puede crear la ilusión de profundidad desde un ángulo de visión específico y no puede simular una escena tridimensional completa como lo haría un autoestereograma.

Estereoscopio y tarjetas estereográficas

Los estereoscopios son dispositivos de visualización que presentan simultáneamente dos fotografías del mismo objeto, tomadas desde ángulos ligeramente diferentes, una a cada ojo. Un estereoscopio sencillo tiene un tamaño de imagen limitado. Un estereoscopio más complejo utiliza un par de dispositivos horizontales similares a un periscopio , lo que permite el uso de imágenes más grandes que presentan información más detallada en un campo de visión más amplio. Es posible adquirir estereoscopios históricos, como los estereoscopios Holmes, como antigüedades.

Una tarjeta estereográfica consta de dos fotografías o impresiones casi idénticas en papel, montadas una al lado de la otra sobre un soporte de cartón rígido. [ 21 ] Sin embargo, también pueden adoptar la forma de daguerrotipos, negativos de placas de vidrio u otros procesos. [ 21 ] Los soportes de las tarjetas estereográficas pueden ser de colores brillantes con impresión decorativa y/o bordes ornamentados, o pueden ser apagados, sencillos y de apariencia estrictamente utilitaria. Los soportes de color suelen ser uniformes, con el mismo color presente en ambos lados de la tarjeta; sin embargo, también pueden ser multicolores, donde un color está presente en el lado superior y otro en el reverso. [ 22 ] Los soportes de tarjetas estereográficas de colores brillantes producidos en el siglo XIX pueden contener pigmentos tóxicos como el verde esmeralda o el verde de París . [ 22 ]

espectadores de transparencia

Un View-Master Modelo E de la década de 1950.

Algunos estereoscopios están diseñados para ver fotografías transparentes en película o vidrio, conocidas como transparencias o diapositivas . Algunas de las primeras imágenes estereoscópicas, publicadas en la década de 1850, estaban impresas en vidrio. A principios del siglo XX, las diapositivas  de vidrio de 45x107 mm y 6x13  cm eran formatos comunes para la fotografía estereoscópica amateur, especialmente en Europa. Posteriormente, se utilizaron varios formatos basados ​​en película. Los formatos más conocidos para imágenes estereoscópicas comerciales en película son Tru-Vue , presentado en 1931, y View-Master , presentado en 1939 y aún en producción. Para diapositivas estereoscópicas amateur, el formato Stereo Realist , presentado en 1947, es, con diferencia, el más común.

Pantallas montadas en la cabeza

Un casco de realidad virtual con una fuente de vídeo independiente mostrada delante de cada ojo para lograr un efecto estereoscópico.

El usuario suele llevar un casco o gafas con dos pequeñas pantallas LCD u OLED con lentes de aumento, una para cada ojo. Esta tecnología permite mostrar películas, imágenes o juegos en estéreo, así como crear una pantalla virtual . Las pantallas montadas en la cabeza también pueden combinarse con dispositivos de seguimiento de la cabeza, lo que permite al usuario explorar el mundo virtual moviendo la cabeza, eliminando la necesidad de un mando independiente. Para que esta actualización sea lo suficientemente rápida como para evitar náuseas, se requiere un procesamiento de imágenes por ordenador intensivo. Si se utiliza un sistema de detección de posición de seis ejes (dirección y posición), el usuario puede moverse dentro de las limitaciones del equipo. Gracias a los rápidos avances en gráficos por ordenador y a la continua miniaturización de los equipos de vídeo y otros dispositivos, estos están empezando a estar disponibles a un precio más asequible.

Se pueden usar gafas montadas en la cabeza o portátiles para visualizar una imagen transparente superpuesta a la visión del mundo real, creando lo que se conoce como realidad aumentada . Esto se logra reflejando las imágenes de video a través de espejos parcialmente reflectantes. La visión del mundo real se observa a través de la superficie reflectante de los espejos. Se han utilizado sistemas experimentales en videojuegos, donde oponentes virtuales pueden asomarse por ventanas reales mientras el jugador se mueve. Se espera que este tipo de sistema tenga una amplia aplicación en el mantenimiento de sistemas complejos, ya que puede proporcionar al técnico una especie de "visión de rayos X" al combinar la representación gráfica por computadora de elementos ocultos con su visión natural. Además, se pueden enviar datos técnicos y diagramas esquemáticos a este mismo equipo, eliminando la necesidad de obtener y transportar voluminosos documentos en papel.

También se prevé que la visión estereoscópica aumentada tenga aplicaciones en cirugía, ya que permite combinar datos radiográficos ( tomografías computarizadas e imágenes de resonancia magnética ) con la visión del cirujano.

visores 3D

Existen dos categorías de tecnología de visualización 3D: activa y pasiva. Los visores activos cuentan con componentes electrónicos que interactúan con una pantalla. Los visores pasivos filtran flujos constantes de información binocular para dirigirla al ojo correspondiente.

Activo

Sistemas de persianas

Principio de funcionamiento de los sistemas 3D con obturador activo
Un par de gafas con obturador LC utilizadas para ver películas XpanD 3D. Los gruesos marcos ocultan los componentes electrónicos y las baterías.

Un sistema de obturador funciona presentando abiertamente la imagen destinada al ojo izquierdo mientras bloquea la visión del ojo derecho, luego presentando la imagen del ojo derecho mientras bloquea el izquierdo, y repitiendo esto tan rápidamente que las interrupciones no interfieren con la fusión percibida de las dos imágenes en una sola imagen 3D. Generalmente utiliza gafas con obturador de cristal líquido. Cada lente contiene una capa de cristal líquido que tiene la propiedad de oscurecerse cuando se aplica voltaje, siendo transparente en otras circunstancias. Las gafas se controlan mediante una señal de tiempo que permite que se oscurezcan alternativamente sobre un ojo y luego sobre el otro, en sincronización con la frecuencia de actualización de la pantalla. El principal inconveniente de los obturadores activos es que la mayoría de los videos y películas 3D se grabaron con vistas simultáneas izquierda y derecha, lo que introduce una "paralaje temporal" para cualquier movimiento lateral: por ejemplo, una persona que camina a 5,5  km/h se verá un 20 % más cerca o un 25 % más lejos en el caso más actual de una proyección de 2x60 Hz.

Pasivo

Sistemas de polarización

Gafas polarizadas circulares RealD

Para presentar imágenes estereoscópicas, se proyectan dos imágenes superpuestas en la misma pantalla mediante filtros polarizadores o se muestran en una pantalla con filtros polarizadores. Para la proyección, se utiliza una pantalla plateada para preservar la polarización. En la mayoría de las pantallas pasivas, cada fila de píxeles está polarizada para un ojo u otro. [ 23 ] Este método también se conoce como entrelazado. El espectador usa gafas económicas que también contienen un par de filtros polarizadores opuestos. Como cada filtro solo deja pasar la luz con la misma polarización y bloquea la luz con polarización opuesta, cada ojo solo ve una de las imágenes, y se logra el efecto.

Sistemas de filtrado de interferencias

Esta técnica 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. Las gafas que filtran estas longitudes de onda específicas permiten al usuario ver una imagen 3D a todo color. También se conoce como filtrado de peine espectral , visualización de multiplexación de longitud de onda o superanaglifo . Dolby 3D utiliza este principio. El sistema Omega 3D/ Panavision 3D también ha utilizado una versión mejorada de esta tecnología [ 24 ]. En junio de 2012, DPVO Theatrical, que comercializaba el sistema Omega 3D/Panavision en nombre de Panavision, descontinuó el sistema Omega 3D/Panavision 3D, citando "condiciones económicas y del mercado 3D globales difíciles".

Sistemas anaglifos de color

Diferencia en las proyecciones de una línea vertical en estereoscopía según la distancia entre la izquierdaZL{\displaystyle Z_{L}}y ojo derechoZR{\displaystyle Z_{R}}- animación para la distancia interpupilard{\displaystyle d}
Gafas 3D anaglifas

Anaglifo 3D es el nombre que recibe el efecto 3D estereoscópico logrado mediante la codificación de la imagen de cada ojo utilizando filtros de diferentes colores (generalmente cromáticamente opuestos), típicamente rojo y cian . Se pueden usar filtros rojo-cian porque nuestros sistemas de procesamiento visual utilizan comparaciones de rojo y cian, así como de azul y amarillo, para determinar el color y los contornos de los objetos. Las imágenes anaglifas 3D contienen dos imágenes de color filtradas de manera diferente, una para cada ojo. Al observarlas a través de las "gafas anaglifas" con codificación de color, cada una de las dos imágenes llega a un ojo, revelando una imagen estereoscópica integrada. La corteza visual del cerebro fusiona esta imagen para percibir una escena o composición tridimensional. [ 25 ]

Sistema ChromaDepth

Gafas ChromaDepth con película tipo prisma

El procedimiento ChromaDepth de American Paper Optics se basa en el hecho de que, con un prisma, los colores se separan en distintos grados. Las gafas ChromaDepth contienen láminas de visión especiales, compuestas por prismas microscópicos. Esto provoca que la imagen se desplace una cierta cantidad que depende de su color. Si se utiliza una lámina de prisma en un ojo pero no en el otro, las dos imágenes vistas  —según el color—  estarán más o menos separadas. El cerebro produce la impresión espacial a partir de esta diferencia. La ventaja de esta tecnología reside, sobre todo, en que se pueden observar las imágenes ChromaDepth sin gafas (es decir, bidimensionales) sin problemas (a diferencia del anaglifo de dos colores). Sin embargo, la selección de colores es limitada, ya que contienen la información de profundidad de la imagen. Si se cambia el color de un objeto, también cambiará su distancia de observación. [ 26 ]

Método Pulfrich

El efecto Pulfrich se basa en el fenómeno de que el ojo humano procesa las imágenes más lentamente cuando hay menos luz, como cuando se mira a través de una lente oscura. [ 27 ] Debido a que el efecto Pulfrich depende del movimiento en una dirección particular para generar la ilusión de profundidad, no es útil como técnica estereoscópica general. Por ejemplo, no se puede usar para mostrar un objeto estacionario que aparentemente se extiende hacia dentro o hacia fuera de la pantalla; de manera similar, los objetos que se mueven verticalmente no se verán como si se movieran en profundidad. El movimiento incidental de los objetos creará artefactos espurios, y estos efectos incidentales se verán como profundidad artificial no relacionada con la profundidad real en la escena.

Formato superior/inferior

Visor prismático estéreo KMQ con extensiones para plásticos openKMQ.

La visualización estereoscópica se logra colocando un par de imágenes una encima de la otra. Existen visores especiales para el formato superpuesto que inclinan ligeramente el ojo derecho hacia arriba y el izquierdo hacia abajo. El más común, con espejos, es el View Magic. Otro, con lentes prismáticas , es el visor KMQ . [ 28 ] Un uso reciente de esta técnica es el proyecto openKMQ. [ 29 ]

Otros métodos de visualización sin visor

Autoestereoscopia

La Nintendo 3DS utiliza autoestereoscopía de barrera de paralaje para mostrar una imagen en 3D.

Las tecnologías de visualización autoestereoscópica utilizan componentes ópticos en la pantalla, en lugar de que el usuario los lleve puestos, para que cada ojo vea una imagen diferente. Al no requerir ningún tipo de dispositivo, también se la conoce como "3D sin gafas". La óptica divide las imágenes direccionalmente para cada ojo, por lo que la geometría de visualización requiere posiciones de la cabeza limitadas para lograr el efecto estereoscópico. Las pantallas automultiscópicas ofrecen múltiples vistas de la misma escena, en lugar de solo dos. Cada vista es visible desde diferentes posiciones frente a la pantalla. Esto permite al usuario moverse de izquierda a derecha frente a la pantalla y ver la vista correcta desde cualquier posición. La tecnología incluye dos grandes clases de pantallas: aquellas que utilizan el seguimiento de la cabeza para asegurar que cada uno de los dos ojos del usuario vea una imagen diferente en la pantalla, y aquellas que muestran múltiples vistas, de modo que la pantalla no necesita saber hacia dónde apuntan los ojos del usuario. Ejemplos de tecnología de pantallas autoestereoscópicas incluyen lentes lenticulares , barrera de paralaje , pantallas volumétricas , holografía y pantallas de campo de luz .

Holografía

La holografía láser , en su forma original y "pura" del holograma de transmisión fotográfica , es la única tecnología creada hasta ahora capaz de reproducir un objeto o escena con tal realismo que la reproducción resulta visualmente indistinguible del original, dadas las condiciones de iluminación originales. Crea un campo de luz idéntico al que emanaba de la escena original, con paralaje en todos los ejes y un ángulo de visión muy amplio. El ojo enfoca los objetos de forma diferencial a distintas distancias y los detalles del sujeto se conservan hasta el nivel microscópico. El efecto es exactamente como mirar a través de una ventana. Desafortunadamente, esta forma "pura" requiere que el sujeto esté iluminado por láser y completamente inmóvil —con una precisión ínfima a la longitud de onda de la luz— durante la exposición fotográfica, y es necesario utilizar luz láser para visualizar correctamente los resultados. La mayoría de las personas nunca ha visto un holograma de transmisión iluminado por láser. Los tipos de hologramas que se encuentran habitualmente comprometen seriamente la calidad de la imagen, por lo que se puede utilizar luz blanca ordinaria para su visualización, y casi siempre se recurre a procesos de imagen intermedios no holográficos, como alternativa al uso de láseres pulsados ​​potentes y peligrosos, cuando se fotografían sujetos vivos.

Aunque los procesos fotográficos originales han demostrado ser poco prácticos para el uso general, la combinación de hologramas generados por ordenador (CGH) y pantallas holográficas optoelectrónicas, ambas en desarrollo desde hace muchos años, tiene el potencial de transformar la quimera de la televisión holográfica 3D, que lleva medio siglo sin resolverse, en una realidad; sin embargo, hasta ahora, la gran cantidad de cálculos necesarios para generar un solo holograma detallado, y el enorme ancho de banda requerido para transmitir una secuencia de ellos, han confinado esta tecnología al laboratorio de investigación.

Pantallas volumétricas

Las pantallas volumétricas utilizan algún mecanismo físico para mostrar puntos de luz dentro de un volumen. Estas pantallas emplean vóxeles en lugar de píxeles . Entre las pantallas volumétricas se incluyen las pantallas multiplanares, que cuentan con múltiples planos de visualización apilados, y las pantallas de panel giratorio, donde un panel giratorio recorre todo el volumen.

Se han desarrollado otras tecnologías para proyectar puntos de luz en el aire sobre un dispositivo. Un láser infrarrojo se enfoca en el objetivo en el espacio, generando una pequeña burbuja de plasma que emite luz visible.

Imágenes integrales

La imagen integral es una técnica para producir pantallas 3D autoestereoscópicas y multiscópicas , lo que significa que la imagen 3D se ve sin necesidad de gafas especiales y se aprecian diferentes aspectos al observarla desde posiciones que varían horizontal o verticalmente. Esto se logra mediante el uso de una matriz de microlentes (similar a una lente lenticular , pero en forma de matriz X - Y o "ojo de mosca", donde cada microlente suele formar su propia imagen de la escena sin la ayuda de una lente objetivo más grande ) o agujeros estenopeicos para capturar y mostrar la escena como un campo de luz 4D , produciendo imágenes estereoscópicas que exhiben alteraciones realistas de paralaje y perspectiva cuando el observador se mueve hacia la izquierda, derecha, arriba, abajo, más cerca o más lejos.

Técnicamente, la imagen integral puede no ser un tipo de autoestereoscopia, ya que la autoestereoscopia todavía se refiere a la generación de dos imágenes.

Estereoscopía de movimiento

La estereoscopía de movimiento ondulatorio es una técnica de visualización de imágenes que se logra alternando rápidamente la visualización de los lados izquierdo y derecho de un estereograma. Se pueden encontrar ejemplos en línea en formato GIF animado en la colección de estereogramas de la Biblioteca Pública de Nueva York, archivada el 25 de mayo de 2022 en Wayback Machine .

Técnicas de fotografía estereoscópica

Cámara de televisión estéreo moderna

Para la fotografía estereoscópica de uso general, cuyo objetivo es reproducir la visión humana natural y ofrecer una impresión visual lo más cercana posible a la experiencia real, la línea base correcta (distancia entre el punto de toma de las imágenes derecha e izquierda) sería la misma que la distancia entre los ojos. [ 30 ] Al visualizar imágenes tomadas con dicha línea base mediante un método que reproduce las condiciones de la toma, el resultado es una imagen muy similar a la que se vería en el lugar donde se tomó la fotografía. Esto se conoce como "ortoestéreo".

Sin embargo, existen situaciones en las que podría ser conveniente utilizar una línea base más larga o más corta. Entre los factores a considerar se incluyen el método de visualización y el objetivo de la fotografía. El concepto de línea base también se aplica a otras ramas de la estereografía, como los dibujos estereoscópicos y las imágenes estereoscópicas generadas por ordenador , pero en este caso se refiere al punto de vista elegido, más que a la separación física real entre cámaras o lentes.

Ventana estéreo

El concepto de ventana estéreo es fundamental, ya que la ventana es la imagen estereoscópica de los límites externos de las vistas izquierda y derecha que conforman la imagen estereoscópica. Si se coloca un objeto delante de la ventana, que queda oculto por los laterales, se produce un efecto antinatural e indeseable, denominado "violación de ventana". Esto se comprende mejor mediante la analogía de una ventana física. Por lo tanto, existe una contradicción entre dos señales de profundidad diferentes: algunos elementos de la imagen quedan ocultos por la ventana, de modo que esta parece estar más cerca que dichos elementos, y viceversa. En consecuencia, la ventana estéreo debe ajustarse siempre para evitar violaciones de ventana y prevenir la incomodidad del espectador causada por señales de profundidad contradictorias.

Algunos objetos pueden verse frente a la ventana, siempre y cuando no alcancen los laterales. Sin embargo, no se pueden ver demasiado cerca, ya que siempre existe un límite en el rango de paralaje para una visión cómoda.

Si se observa una escena a través de una ventana, normalmente toda la escena estaría detrás de ella (suponiendo una visión paralela, donde la imagen de la izquierda se ve con el ojo izquierdo y viceversa). Si la escena está lejos, estaría a cierta distancia detrás de la ventana; si está cerca, parecería estar justo detrás de ella. Un objeto más pequeño que la propia ventana podría incluso atravesarla y aparecer parcial o totalmente delante de ella. Lo mismo ocurre con una parte de un objeto más grande que sea más pequeño que la ventana. El objetivo de configurar la ventana estéreo es replicar este efecto.

Por lo tanto, la posición de la ventana con respecto a la imagen completa debe ajustarse para que la mayor parte de la imagen sea visible más allá de la ventana. En el caso de una televisión 3D, es más sencillo colocar la ventana delante de la imagen y que esta se encuentre en el plano de la pantalla.

Por el contrario, en el caso de la proyección en una pantalla mucho más grande, es mucho mejor colocar la ventana frente a la pantalla (lo que se denomina "ventana flotante"), por ejemplo, de manera que los espectadores sentados en la primera fila la vean a unos dos metros de distancia. Por lo tanto, estas personas normalmente verán el fondo de la imagen en el infinito. Por supuesto, los espectadores sentados más allá verán la ventana más lejos, pero si la imagen se realiza en condiciones normales, de modo que los espectadores de la primera fila vean este fondo en el infinito, los demás espectadores, sentados detrás, también lo verán en el infinito, ya que la paralaje de este fondo es igual a la distancia interocular media humana.

La escena completa, incluyendo la ventana, puede desplazarse hacia adelante o hacia atrás en profundidad, moviendo horizontalmente las vistas de los ojos izquierdo y derecho una con respecto a la otra. Al alejar una o ambas imágenes del centro, la escena se alejará del espectador, mientras que al acercarlas, se acercará. Esto es posible, por ejemplo, si se utilizan dos proyectores para esta proyección.

En la fotografía estereoscópica, el ajuste de la ventana se logra desplazando o recortando las imágenes; en otras formas de estereoscopía, como dibujos e imágenes generadas por computadora, la ventana está integrada en el diseño de las imágenes a medida que se generan.

Las imágenes se pueden recortar de forma creativa para crear una ventana estereoscópica que no necesariamente sea rectangular ni se encuentre en un plano perpendicular a la línea de visión del espectador. Los bordes del marco estereoscópico pueden ser rectos o curvos y, al visualizarse en 3D, pueden extenderse hacia el espectador o alejarse de él, atravesando la escena. Estos marcos estereoscópicos diseñados pueden ayudar a enfatizar ciertos elementos de la imagen estereoscópica o constituir un componente artístico de la misma.

En el método paralelo de visión libre o en la visualización 3D asistida por gafas/estereoscopio, las "violaciones de ventana" pueden referirse a sujetos que se recortan más allá del plano focal o la pantalla (como si se observara parte de un objeto grande que llena una ventana estrecha). Sin embargo, la mayoría de las violaciones de ventana se refieren a objetos vistos en visión cruzada ("saltos" donde un objeto aparece delante del plano focal o la pantalla; imagen derecha para el ojo izquierdo y viceversa), donde partes del objeto parecen estar recortadas físicamente; imagínese un objeto grande extruido a través de una ventana pequeña de tal manera que sus bordes están literalmente cortados. Esta es una violación de ventana crítica y tradicional delante de la ventana (entre el espectador y la pantalla), y es la más desorientadora porque partes del objeto que sale a la ventana parecen faltar, en lugar de estar simplemente ocultas como ocurriría con los objetos vistos en paralelo más allá de la ventana (profundidad).

Usos

Aunque las imágenes estereoscópicas se han utilizado típicamente para el entretenimiento, incluyendo tarjetas estereográficas , películas en 3D , televisión en 3D , videojuegos estereoscópicos , [ 31 ] impresiones que utilizan anaglifos e imágenes, carteles y libros de autoestereogramas , también existen otros usos de esta tecnología.

Arte

Salvador Dalí creó algunos estereogramas impresionantes en su exploración de diversas ilusiones ópticas. Otros artistas del estereograma incluyen a Zoe Beloff , Christopher Schneberger, Rebecca Hackemann, William Kentridge y Jim Naughten. [ 32 ] También se han pintado a mano imágenes estereoscópicas anaglifas rojas y cian. [ 33 ] Las dimensiones culturales e históricas de la imagen estereoscópica se examinaron en 3D: Double Vision (2018–2019) en el Museo de Arte del Condado de Los Ángeles , comisariada por Britt Salvesen , descrita como la primera muestra de los casi doscientos años de historia del medio en un museo de arte norteamericano. [ 34 ]

Educación

En el siglo XIX, se comprendió que las imágenes estereoscópicas brindaban la oportunidad de experimentar lugares y cosas lejanas, y se produjeron numerosos conjuntos de imágenes para viajes y se publicaron libros que permitían aprender sobre geografía, ciencia, historia y otras materias. [ 35 ] Estos usos continuaron hasta mediados del siglo XX, y la empresa Keystone View Company produjo tarjetas hasta la década de 1960.

Exploración espacial

Esta imagen, capturada el 8 de junio de 2004, es un ejemplo de una imagen anaglifa compuesta generada a partir de la cámara estereoscópica Pancam del rover Spirit , uno de los vehículos exploradores de Marte . Puede verse estereoscópicamente con gafas con filtro rojo/cian. También está disponible una versión 2D . Cortesía de NASA/JPL-Caltech. Se recomienda el uso de gafas 3D rojo/cian para una visualización correcta de esta imagen.

Los vehículos exploradores de Marte , lanzados por la NASA en 2003 para explorar la superficie de Marte , están equipados con cámaras únicas que permiten a los investigadores ver imágenes estereoscópicas de la superficie marciana.

Las dos cámaras que componen la Pancam de cada rover están situadas a 1,5 m sobre la superficie del suelo y separadas por 30  cm, con una convergencia de 1 grado. Esto permite convertir los pares de imágenes en imágenes estereoscópicas científicamente útiles, que pueden visualizarse como estereogramas, anaglifos o procesarse para generar imágenes 3D por ordenador. [ 36 ]

Estereografía bizca de una representación artística del Sistema Solar y galaxias cercanas.

La capacidad de crear imágenes 3D realistas a partir de un par de cámaras situadas aproximadamente a la altura de una persona proporciona a los investigadores una mayor comprensión de la naturaleza de los paisajes observados. En entornos sin atmósferas brumosas ni puntos de referencia familiares, los humanos se basan en pistas estereoscópicas para calcular distancias. Por lo tanto, las perspectivas de una sola cámara son más difíciles de interpretar. Los sistemas estereoscópicos de múltiples cámaras, como la Pancam, solucionan este problema en la exploración espacial no tripulada.

Usos clínicos

Las tarjetas estereoscópicas y los vectógrafos son utilizados por optometristas , oftalmólogos , ortoptistas y terapeutas visuales en el diagnóstico y tratamiento de los trastornos de la visión binocular y de la acomodación . [ 37 ]

Usos matemáticos, científicos y de ingeniería

Estereograma de un nudo de trébol , generado por la extensión mpl_stereo [ 38 ] de la biblioteca de gráficos de código abierto Matplotlib . El efecto estereoscópico permite visualizar la estructura 3D que de otro modo estaría oculta.

Las fotografías estereoscópicas proporcionaron una forma de visualizaciones tridimensionales (3D) de fotografías aéreas ; desde aproximadamente el año 2000, las vistas aéreas 3D se basan principalmente en tecnologías de imágenes estereoscópicas digitales. Un problema relacionado con las imágenes estereoscópicas es la cantidad de espacio en disco necesario para guardar dichos archivos. De hecho, una imagen estereoscópica generalmente requiere el doble de espacio que una imagen normal. Recientemente, los científicos de visión por computadora intentaron encontrar técnicas para abordar la redundancia visual de los pares estereoscópicos con el objetivo de definir una versión comprimida de los archivos de pares estereoscópicos. [ 39 ] [ 40 ] Los cartógrafos generan hoy pares estereoscópicos utilizando programas de computadora para visualizar la topografía en tres dimensiones. [ 41 ] La visualización estereoscópica computarizada aplica programas de correspondencia estereoscópica. [ 42 ] En biología y química, las estructuras moleculares complejas a menudo se representan en pares estereoscópicos. La misma técnica también se puede aplicar a cualquier parámetro matemático (o científico, o de ingeniería) que sea función de dos variables, aunque en estos casos es más común crear un efecto tridimensional utilizando una malla o sombreado "distorsionado" (como si proviniera de una fuente de luz distante).

Juegos de vídeo

Numerosos videojuegos de la década de 2010 utilizaron tecnología estereoscópica, siendo Top Spin 4 un ejemplo destacado. Sin embargo, hoy en día esta tecnología es mucho menos común, ya que la mayoría de los videojuegos y sus compañías prefieren desarrollar juegos con realidad virtual ( RV ).

Véase también

Referencias

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Bibliografía

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Lecturas adicionales

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  • Salvesen, Britt y col. 3D: Visión doble . Los Ángeles; Múnich: Museo de Arte del Condado de Los Ángeles; Libros DelMonico/Prestel, 2018. ISBN 9783791356686

Colecciones de archivo

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  • Tarjetas estereoscópicas de las Cataratas del Niágara RG 541 Repositorio digital de la biblioteca de la Universidad de Brock
  • Vistas estereoscópicas de Louisville y sus alrededores, década de 1850-1930, procedentes de los Archivos y Colecciones Especiales de la Universidad de Louisville.

Otro

  • Métodos de imágenes estereoscópicas y herramientas de software del Laboratorio de Visualización de Durham
  • Colección de estereotarjetas de las colecciones digitales de las bibliotecas de la Universidad de Washington
  • Estereoscopía en Flickr
  • Biblioteca Digital de Libros Raros y Colecciones Especiales de la Universidad Americana de El Cairo. Colección de Estereoscopía de Underwood & Underwood Egipto.
  • Vistas de California y el Oeste, ca. 1867–1903 , Biblioteca Bancroft
  • Exposición museística sobre la historia de los estereógrafos y estereoscopios (1850-1930).
  • Dos selfies estereoscópicas de 1890
  • IMÁGENES ESTEREOSCÓPICAS
  • Asociación Nacional de Estereoscopía
  • Hackemann, R. (2023), Realidad virtual experimental en 3D y prácticas artísticas: Desentrañando otra dimensión, University of Chicago Press , Intellect London
  • StereoscopicMedia.org
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