Noções Básicas

Profundidade visual

Profundidade visual requere (pelo menos) dois olhos.
Para humanos adultos, os dois olhos apresentam um espaçamento de aproximadamente 65mm, que embora seja uma pequena distância, faz com que o olho esquerdo e direito vejam o mundo de forma diferente, recebendo imagens ligeiramente diferentes na retina e o cérebro é capaz de construir profundidade a partir dessas imagens e as suas diferenças. O mesmo princípio de apresentar duas imagens ligeiramente diferentes aos olhos e o cérebro criar esta percepção de profundidade é o conceito chave para experiências 3D. A maneira como os ecrãs ou projectores levam as duas imagens diferentes ao olho esquerdo e direito varia, mas fazer com que tal aconteça é a essência da experiência 3D. O texto acima está algo simplificado, a realidade é um pouco mais complexa. A percepção de profundidade é baseada em vários elementos: perspectiva, paralaxe de movimento, oclusão, estereoscopia e convergência. O elemento mais importante é a estereoscopia (disparidade binocular) que consiste no facto de que dada a distância entre os olhos, cada olho observa o meio de uma perspectiva ligeiramente diferente. Os ecrãs 3D estão baseados únicamente em providenciar esta estereoscopia ao espectador.

Visualização estereoscópica

Sabendo como é conseguida, existem duas categorias: estereoscópica e auto-estereoscópica, ou em termos mais simples, com ou sem óculos respectivamente. A visualização estereoscópica é actualmente dominante: as imagens esquerda e direita são mostradas simultaneamente e os óculos garantem que o olho esquerdo vê o que é suposto ver e o mesmo acontece para o olho direito enquanto que o cérebro faz o resto do trabalho. Os tipos de óculos existentes para filtrarem as imagens dividem-se em duas categorias: activos ou passivos. Independentemente da tecnologia todos os óculos têm por base o mesmo princípio de funcionamento: filtrar as imagens transmitidas, de modo a que o olho esquerdo receba uma imagem ligeiramente diferente da imagem visualizada pelo olho direito, ou seja, simular o que acontece na natureza (disparidade binocular).



Nos óculos activos, cada uma das lentes tem um sistema para deixar ou não passar a luz (as lentes são paineis de cristais líquidos). Deste modo há uma sincronização entre o que é apresentado no ecrã e o que chega a cada um dos olhos do espectador. O ecrã apresenta uma imagem para o olho esquerdo e depois para o olho direito enquanto que os óculos garantem que enquanto a lente esquerda está aberta, a direita está fechada e vice-versa. Esta tecnologia tem a vantagem de não exigir, à partida, ecrãs especiais. Mas tem duas desvantagens evidentes: os óculos são bem mais caros de produzir do que os óculos passivos e a frequência de actualização visível é reduzida para metade. Isto significa que, por exemplo, se o ecrã apresentar as imagens a uma frequência de 60Hz, o espectador vai recebê-las a 30Hz em cada um dos olhos. E para piorar a situação, as imagens chegam a cada um dos olhos em tempos diferentes o que resulta em muitas vezes os espectadores sentirem desconforto e podem até ficar enjoados. A solução, pelo menos em parte, passa por utilizar ecrãs e óculos com elevadas taxas de actualização. Os óculos passivos, como o nome indica, não têm qualquer tipo de actividade. Como tal são muito económicos de fabricar. As desvantagens deste tipo de sistema variam com o tipo de óculos.

Óculos com filtro de cor

Este é o sistema mais antigo para criar imagens de vídeo e de cinema estereoscópicas. O ecrã apresenta duas imagens desfazadas, uma em tons de azul e outra em tons de vermelho. As lentes dos óculos são pintadas com as mesmas cores, de modo a filtrar a passagem: a lente azul só deixa passar as imagens em vermelho e a lente vermelha só deixa passar as imagens em azul. A grande vantagem deste sistema é que não exige um ecrã, especial pois normalmente os filmes já incluem o sistema de sobreposição das imagens coloridas. A maior desvantagem é o impacto negativo sobre a qualidade do vídeom sobretudo sobre a cor. Os filtros removem uma parte significativa das cores.

Óculos polarizados

Este é, actualmente, o sistema mais utilizado para visualizações 3D. Produz imagens de melhor qualidade sem afectar as cores, e com maior realismo. Os óculos são passivos e, como tal, muito económicos de produzir. Nos óculos, as duas lentes são polarizadas, sendo que cada uma bloqueia diferentes comprimentos de onda da luz vísivel.

Ecrãs auto-estereoscópicos

As soluções descritas acima, referentes à visualização estereoscópica funcionam bem, mas carregam uma restrição: o espectador tem de utilizar óculos. Para ambientes como o cinema isto é aceitável, mas para o consumidor em casa, essa restrição torna-se inaceitável. Como tal, tem sido feita investigação para desenvolver televisões 3D que não necessitem de óculos – ecrãs auto-estereoscópicos. Várias tecnologias têm sido desenvolvidas para este objectivo, sendo o candidato mais promissor o ecrã lenticular 3D.

Estes ecrãs incluem uma película com lentículas, lentes minúsculas que redireccionam a luz para os olhos do espectador. Na realidade o ecrã apresenta duas imagens diferentes, uma para cada um dos olhos, o que significa que o conteúdo transmitido tem de ser especialmente criado para este tipo de televisores. O grande problema desta tecnologia é o facto de forçar o utilizador a estar colocado numa área muito específica para poder visualizar o efeito 3D. Basta o espectador mover-se um pouco para a esquerda ou para a direita que a imagem tridimensional seja substituída por uma imagem 2D desfocada. De facto, não faz muito sentido ter um televisor desenhado para apenas um único espectador. Para corrigir este problema, um aumento no número de lentes é necessário, de modo a criar mais zonas onde a visualização 3D é possível, dando um efeito de "olhar à volta". Este tipo de ecrãs que permitem múltiplos ângulos de visão tomam geralmente a forma de um painel LCD HD com 1080*1920 pixeis, cada um com três sub-pixeis (vermelho, verde e azul) dando um total de 6220800 sub-pixeis.

Nestes ecrãs um número de diferentes perspectivas ou vistas duma cena são calculadas (normalmente na ordem das 5 a 9 vistas) e estas diferentes imagens são espalhadas num padrão específico sobre os sub-pixeis. Para que estes múltiplos ângulos de visão sejam possíveis, é colocado um sistema de lentes com muita precisão sobre os sub-pixeis. A luz emitida pelos sub-pixeis que se encontram no ponto focal da lente viajam em frente, enquanto que a luz desses sub-pixeis que não se encontram precisamente no ponto focal são redireccionadas de acordo com as leis da física.





Se tudo isto for feito correctamente, as várias perspectivas são "projectadas" através das lentes em forma de cone e numa certa área à frente do ecrã o espectador irá receber duas perspectivas diferentes, uma para cada olho. Ao mover a cabeça, o observador irá agora poder ver diferentes vistas, criando o efeito "olhar à volta".

Esta abordagem tem a desvantagem de que a resolução espacial é trocada para gerar profundidade, mas com a chegada dos ecrãs Quad Full HD, há uma solução "força bruta" para este problema. Outro problema levantado é que esta camada de lentículas uma vez colocada sobre o LCD, fica sempre lá e no caso de se querer apresentar conteúdo 2D, o conteúdo aparecerá distorcido. Já foram propostas soluções para este caso, que consistem em ter uma lente adicional no ecrã que pode ser comutável de uma forma automática para apresentar o conteúdo 2D quando necessário.



Trabalho realizado por Eduardo Bettencourt, Hugo Mineiro e Fábio Constantino no âmbito da cadeira Comunicação de Áudio e Vídeo do curso de MERC
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