Waren Sie schon einmal fasziniert von den riesigen 3D-Bildschirmen, die man mit bloßem Auge sehen kann, in den belebten Einkaufsstraßen?
Ein Raumschiff gleitet langsam aus dem Bildschirm, ein Panda lehnt sich heraus – diese Bilder scheinen jenseits des Bildschirms zu entstehen, dreidimensional und atemberaubend.
Im Alltag sehen wir auf Bildschirmen ausschließlich zweidimensionale Bilder. Wie schaffen es also große 3D-Bildschirme, dass Bilder scheinbar aus dem Bildschirm herausragen? Dieses kontraintuitive visuelle Erlebnis ist in Wirklichkeit eine optische Täuschung.
Naked-Eye 3D bezeichnet die Fähigkeit, dreidimensionale visuelle Effekte direkt mit bloßem Auge wahrzunehmen, ohne auf externe Hilfsmittel wie Brillen oder Helme angewiesen zu sein. Das Kernprinzip dieser Technologie nutzt die uns innewohnende Parallaxe.
Das menschliche Sehsystem weist einen Augenabstand von etwa 60 mm auf. Beim Betrachten eines Objekts entsteht auf den Netzhäuten des linken und rechten Auges ein gewisser horizontaler Unterschied zwischen den Bildern.
Wenn Sie Ihren Zeigefinger vor Ihre Augen halten, das rechte Auge schließen und mit dem linken schauen, dann das linke Auge schließen und mit dem rechten schauen, werden Sie feststellen, dass sich die Position Ihres Zeigefingers relativ zum entfernten Hintergrund verändert. Dieses Phänomen nennt man Parallaxe.
Da zwischen den beiden Augen eine Parallaxe besteht, warum sehen wir keine Doppelbilder, sondern nehmen stattdessen dreidimensionale Objekte wahr?
Das liegt daran, dass das Gehirn, nachdem die Augen Informationen aus zwei verschiedenen Bildern erhalten haben, diese Informationen automatisch verarbeitet, wodurch wir letztendlich ein dreidimensionales Bild wahrnehmen können.
Die Naked-Eye-3D-Technologie simuliert diesen natürlichen Prozess: Durch spezielle Display-Technologie und Bildverarbeitungsverfahren werden Bilder aus verschiedenen Blickwinkeln gleichzeitig auf den Bildschirm projiziert, sodass unser linkes und rechtes Auge jeweils unterschiedliche Bilder empfangen können.
Auf diese Weise wird das Gehirn bei der Verarbeitung dieser Bilder getäuscht und synthetisiert sie zu einem dreidimensionalen Bild, als ob sich die reale Welt direkt vor unseren Augen entfaltet.
Die größte Herausforderung bei der 3D-Technologie für das bloße Auge besteht darin, sicherzustellen, dass das linke und das rechte Auge unterschiedliche Bilder sehen. Derzeit gibt es drei gängige technische Ansätze:
Das Prinzip dieser Technologie lässt sich so verstehen, dass vor dem Bildschirm eine Schicht aus Lamellen (d. h. Schlitzgittern) angebracht wird, die das angezeigte Bild in extrem feine vertikale Streifen unterteilt. Durch diese Lamellen wird ein Teil des Lichts blockiert.
Wird das für das linke Auge bestimmte Bild auf dem Bildschirm angezeigt, verdecken die Streifen das rechte Auge; umgekehrt verdecken die Gitterstreifen für das rechte Auge das für das linke Auge bestimmte Bild. Durch die Trennung der sichtbaren Bilder für die beiden Augen nimmt der Betrachter einen 3D-Effekt wahr.
(Anmerkung: Auch 3D-Brillen nutzen das Prinzip der Lichtschranken.)
Das technische Prinzip von Linsenrasterlinsen besteht darin, eine Schicht von Linsenrasterlinsen vor dem Bildschirm anzubringen. Durch die Veränderung des Lichtwegs können die Linsen jedes Pixel in unterschiedliche Richtungen brechen.
Mithilfe von Algorithmen werden die Bilder für das linke und rechte Auge präzise auf dem Bildschirm übereinandergelegt. Die Linsenschicht leitet diese beiden Bildsätze dann jeweils zum linken und rechten Auge des Betrachters. Nachdem das Gehirn diese beiden Parallaxenbilder empfangen hat, verschmilzt es sie zu einem dreidimensionalen Bild.
Im Gegensatz zur passiven Lichtbrechung durch Linsen steuert diese Technologie aktiv die Emissionsrichtung des Lichts von jedem Pixel aus und projiziert Bilder für das linke und rechte Auge direkt in die entsprechenden Augen, wodurch das menschliche Auge einen 3D-Effekt wahrnehmen kann.
Herkömmliche Bildschirme strahlen Licht in alle Richtungen ab – egal wo man vor dem Bildschirm steht, man sieht immer dasselbe zweidimensionale Bild.
Der Kern der 3D-Technologie für das bloße Auge liegt in der Trennung der Betrachtungswinkel und der Bereitstellung zweier Parallaxenbilder für das linke und rechte Auge, um das Gehirn zur dreidimensionalen Synthese anzuregen, was der Schlüssel zur Erzielung des dreidimensionalen Effekts ist.
Technologien wie Parallaxenbarrieren und Linsenraster bilden die Hardwaregrundlage für 3D-Bildschirme, die mit bloßem Auge sichtbar sind, aber auch der Inhalt ist entscheidend für die Darstellung eines dreidimensionalen visuellen Erlebnisses.
Bei der Darstellung von Bildschirminhalten wird ein optimaler Betrachtungswinkel voreingestellt und dreidimensionale Bilder werden unter Anwendung von Perspektivprinzipien erstellt.
Im Offline-Bereich stellt man fest, dass fast alle mit bloßem Auge sichtbaren 3D-Großbildschirme an 90°-Ecken von Gebäuden installiert sind – und das ist kein Zufall.
Unsere Augen und unser Gehirn beurteilen die Entfernung und Form von Objekten anhand von Perspektive und Schatten, und ein Flachbildschirm kann kaum starke Tiefenhinweise liefern.
Die Darstellung zweier aneinandergrenzender Seiten eines Objekts auf zwei vertikalen Ebenen entspricht vollständig dem Perspektivgesetz der Betrachtung eines realen Würfels, der in einer Ecke steht. Das Gehirn fügt die Bilder auf diesen beiden Flächen automatisch zusammen und konstruiert mental ein vollständiges dreidimensionales Objekt.
Wenn ein virtueller Würfel aus dem Bildschirm ausbrechen soll, folgt das gerenderte Bild strikt dem Perspektivgesetz "nenah-groß und fern-klein": Der Teil, der näher am Betrachter ist, wird sehr groß gezeichnet, während der weiter entfernte Teil klein gezeichnet wird.
Dieses Perspektivprinzip realisiert den Eindruck von Distanz zwischen dem virtuellen Objekt und dem Bildschirm durch visuelle Skalierung, wodurch das Objekt so erscheint, als würde es aus dem Bildschirm herausragen.
Bei der Gestaltung von Bildschirminhalten wird üblicherweise ein fiktiver schwarzer Bildschirmrahmen erstellt oder die Kante einer Gebäudeecke direkt als Verdeckung verwendet, sodass das Objekt, das aus dem Rahmen ausbrechen soll, diese Grenze überschreiten kann.
Nehmen wir beispielsweise den 3D-Bildschirm von Chengdu Taikoo Li, der mit bloßem Auge sichtbar ist. Bei der Darstellung eines Raumschiffbildes wird die Illusion erzeugt, dass das Raumschiff aus dem Bildschirm heraustritt, obwohl die tatsächliche Bildschirmgrenze weit außerhalb des sichtbaren Bereichs liegt. Dies geschieht durch die präzise Steuerung von Helligkeit und Bildbegrenzung.
(Anmerkung: Die Fenster des Nachbargebäudes wurden im Bild nachgebildet, um den Realismus der Aufnahme weiter zu erhöhen.)
Die Darstellung von 3D-Bildschirmen, die mit bloßem Auge sichtbar sind, überwindet die Grenzen traditioneller zweidimensionaler Ebenen, indem sie die Perspektivenbeziehung realer Objekte simuliert und diese mit der Parallaxe des linken und rechten Auges kombiniert, wodurch die dreidimensionale Wahrnehmung der realen Welt simuliert wird.
Es ist wie ein sensorischer Trick – es wird keine echte Dreidimensionalität erzeugt, sondern die sensorischen Reize werden stimuliert, die das Gehirn benötigt, um Dreidimensionalität wahrzunehmen.
In Zeiten knapper Aufmerksamkeit bietet diese Technologie ein beispielloses visuelles Erlebnis und eröffnet neue Möglichkeiten für kommerzielle Anwendungen. Ob Markenkommunikation, Stadtlandschaften oder interaktives Marketing – sie hat eine völlig neue Welt der Fantasie eröffnet.
