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3D-Brillen

Eine 3D Brille ist eine Brille, die bei stereoskopischen Verfahren benötigt wird, um die räumliche Wirkung der Tiefe zu realisieren.

Bei der 3D-Film-Projektion gibt es die Herausforderung, dass das Gehirn zum Erzeugen eines räumlichen Eindrucks genau zwei Bilder, je eines für das linke und eines für das rechte Auge, die aus zwei unterschiedlichen Positionen aufgenommen wurden, braucht. Die Bilder müssen gleichzeitig, aber getrennt für jedes Auge, zur Auswertung im Gehirn ankommen, damit daraus ein räumlicher Eindruck entstehen kann. Die Funktionsweise der 3D-Brillen beruht auf Filterung, damit jedes Auge nur das entsprechende stereoskopische Halb-Bild für das linke oder eben das rechte Auge wahrnimmt.

 

Farbfilterbrillen (Anaglyphenbrillen)

Beim Anaglyphenverfahren erfolgt die Trennung der Bilder durch die Verwendung von Farbfiltern. Das rechte und das linke Halbbild sind hierbei in Komplementärfarben eingefärbt. Die 3D-Filme der 50er Jahre wurden sehr oft mit Polarisationstechnik projiziert, später aber in das günstigere Rot-Grün-Verfahren umkopiert. Die 3D-Brillen hatten damals noch den roten Filter vor dem linken Auge, einen grünen hingegen vor dem rechten. Diese Anordnung der Filterfarben gilt sogar bis heute als Standard.

Ende der 70er Jahre verbesserte Stephen Gibson die Farbanaglyphentechnik erheblich mit seinem „Deep Vision“-System, das andere Filterfarben benutzt: Rot vor dem rechten und Cyan vor dem linken. Bei diesen Brillen ist das Helligkeitsempfinden gleichmäßiger und ermüdungsärmer für die Augen. Auch optisch ist die Cyan-Rot- der Rot-Grün-Kombination überlegen, da der farbige Bildeindruck teilweise bewahrt bleibt.

Die dänische Firma „ColorCode 3-D“ bietet mit den Filterfarben Gelb/Orange (linkes Auge) und Blau (rechtes Auge) ein eigenes Farbfilterbrillensystem an. Dieses System erlaubt es, die Farbe Rot in das 3D-Bild miteinzubeziehen.

Seit 2007 ergänzt die kalifornische Firma „TrioScopics“ das Angebot an preisgünstigen Farbfiltertechniken mit den Farben Grün (links) und Magenta (rechts). Diese Technik eignet sich besonders für die Bildschirmdarstellung und wird gerne für DVD's verwendet.

Pulfrich-Brillen

„Pulfrich-Brillen“ mit hell/dunklen Filtern (z.B. Nuoptix), nutzen den Pulfrich-Effekt für einen 3D-Eindruck bei seitlichen Kamerafahrten und wurden u.a. durch die Fernsehsendung Tutti Frutti Anfang der 90er Jahre stark verbreitet. Bei dem Pullfrichverfahren handelt es sich nicht um eine echte stereoskopische Darstellung, da hier nur mit einer Kamera gefilmt wird. Die beiden Perspektiven für das linke und das rechte Auge kommen durch das verdunkelte Brillenglas zustande, das auf dem Pullfrich-Prinzip beruht. Die gedunkelte Ansicht wird dabei zeitverzögert dem menschlichen Gehirn weitergegeben, so dass zwei Ansichten aus unterschiedlichen Perspektiven (zeitlich versetzt) den Raumeindruck schaffen. Dieses Verfahren ist aber nur begrenzt einsetzbar weil hier wichtige Voraussetzungen erfüllt sein müssen, damit dieses 3D Verfahren überhaupt funktioniert. Die Kamera oder die Objekte müssen immer eine konstante, langsame und ausschließlich horizontale Bewegung durchführen. Wird nur eine der Voraussetzungen nicht eingehalten, ist kein 3D-Effekt mehr möglich.

Interferenzfilter-Brillen

Farbneutral arbeitet das von der deutschen Firma „Infitec“ entwickelte Verfahren der „Interferenzfiltertechnologie“, das in manchen Digital-3D-Kinos als „Dolby 3D“ beworben wird. Die Grundfarben der Bilder werden hier für das linke und rechte Auge in je unterschiedlicher Wellenpolarisierung projiziert. Dieses Verfahren ist ausschließlich für Projektionen geeignet, nicht für den Druck von 3D-Bildern. Das Verfahren benötigt zudem einen Video-Prozessor, der die Farbanteile der linken und rechten Ansicht verändert, um diejenigen Farbverfälschungen, die durch dieses Verfahren einfließen, wieder auszugleichen.

Polfilterbrillen

Bei der farbigen Raumbildprojektion werden die getrennten Bilder mittels polarisierten Lichts wiedergegeben. Wenn eine Aufprojektion zum Einsatz kommt (das heißt Betrachter und Projektor befinden sich auf der selben Seite der Leinwand), dann wird auf eine Leinwand die metallisiert ist projiziert, welche in der Lage ist, polarisiertes Licht zurückzustrahlen. Bei Rückprojektion steht die Leinwand zwischen Zuschauer und Projektor und muss das polarisierte Licht hindurch lassen. Die verschiedenen Bilder erreichen die Leinwand durch zwei verschiedene Projektoren oder auch nur durch ein einziges Objektiv, wenn durch entsprechende Technik eine Polarisation vorher schon oder nach dem Objektiv z.B. durch ein sogenannten Z-Screen (wie bei RealD-Projektionen) oder Strahlenteiler (Sony 4k 3D-Projektionen). Dieses Verfahren kommt z.B. bei IMAX-3D zum Einsatz. Aktuelle 3D-Kinoprojektionen verwenden meist ebenfalls die Polarisationstechnik.

Die Brille besteht ebenfalls aus zwei Polarisationsfiltern, die jeweils nur das „richtig“ polarisierte Licht der entsprechenden Ansicht durchlassen, sodass wiederum jedes Auge nur „sein“ korrektes Bild erhält. In der ersten Glanzzeit des 3D-Filmes in den 50er Jahren wurden die meisten 3D-Kinofilme in Schwarzweiß und Farbe in diesem Verfahren produziert. Viele Filme wurden dann später aber wiederrum in das billigere Rot-Grün-Verfahren umkopiert.

Es existieren zwei Gruppen von inkompatiblen Polarisationsverfahren: lineare und zirkulare.

Lineare Polarisation

Beim linearen Polarisations-Verfahren schwingt das Licht in einer vorgegebenen Ebene. Die Filter für die linke und das rechte Ansicht müssen im 90°-Winkel zueinander ausgereichtet sein um eine Trennung der beiden Ansichten zu realisieren. Dabei ist unerheblich in welchem Winkel die Polarisation ausgerichtet wird sofern die Polarisationsrichtung der Filter mit denen der Brillen übereinstimmt. Der Standard für eine lineare Projektion ist eine 'V'-Stellung dieser Filter, was bedeutet, dass das linke  in -45° (135°) schwingt, also "\" Stellung und rechts in +45°, also "/". Es existieren auch andere Ausrichtungen wie beispielsweise eine A-Stellung sowie die Kombinationen 0°/90° oder 90°/0°.

Zirkulare Polarisation

Eine zirkulare Polarisation kommt durch zwei Filtervorgänge zustande: Zuerst wird das Licht linear polarisiert und dann mit Hilfe eines Lambda/4-Verzögerungsfilters in Drehung versetzt. Die jeweilige Anordnung des λ/4-Filters entscheidet darüber, ob die Drehung links herum oder rechts herum erfolgt. Dabei muss der λ/4-Filter genau 45° zu der linearen Polarisation ausgerichtet werden um eine saubere zirkulare Schwingung zu erzeugen. Die Trennung der zirkularen Ansichten erfolgt mit einer passenden zirkular polarisierten Brille.

Dabei werden das links herum drehende Licht vom rechtsdrehenden Filter blockiert (& umgekehrt). Die Linearanteile der Projektionsfolien müssen mit den Brillenfolien übereinstimmen. Ist dieses nicht so, dann sieht man bei starken Kontrasten eine Farbverschiebung von Schwarz nach Dunkelblau bis Lila bzw. von Weiß nach Gelb. Die Ausrichtung des Linearanteils kann für links und rechts gleich sein, weil dieser Anteil für die Trennung der beiden Ansichten keine Rolle spielt. Übliche Linearausrichtungen sind für RealD-Brillen 0°/0°, die original Polaroid-Zirkularbrille hat 90°/0°.

 

LCD-Shutterbrillen

LCD-Shutterbrille

Beim Einsatz am Computermonitor und modernen 3D-Kinos kommen Shutterbrillen mit zwei LCD-Gläsern zum Einsatz, die gesteuert werden können. Der Monitor stellt abwechselnd hintereinander das linke und das rechte Halbbild dar. Die Flüssigkristalle der Brille werden nun synchron im Takt des Bildes des Monitors abwechselnd durchsichtig bzw.undurchsichtig geschaltet und ermöglichen beim Betrachter aufgrund der perspektivischen Verschiebung der beiden Stereo-3D-Teilbilder somit den 3D-Effekt.

Für Shutterbrillen wird eine Monitorfrequenz von 100 Hz als Minimum angesehen, da sich durch das Verfahren die Frequenz effektiv halbiert, jedes Auge bekommt also nur noch 50 Bilder/s gezeigt. Das wirkt bei statischen Bildern stark flimmernd, bei Bewegtbildern wie Spielen oder Videos fällt dies jedoch nicht stark auf.In beiden Fällen ermüden die Augen aber schnell: Je niedriger die Frequenz, desto stärker werden die Augen belastet. Deshalb wird meist eine Frequenz von 120 bis 160 Hz empfohlen. Dies entspricht 60 bis schon fast schonenden 80 Hz je Auge.

Aktuelle 3D-Flatscreens und DLP-Projektoren für 3D-HDTV arbeiten mit 120 Hz Bildrate, was für die synchron dazu geschalteten LCD-Shutterbrillen 60 Hz Bildrate pro Auge ermöglicht. Zur elektronischen Brillensteuerung gibt es im Heimbereich das Infrarot-Verfahren 3D-Vision und das Weißimpuls-Verfahren DLP-Link. Beides ist aber nicht kompatibel zum in vielen 3D-Kinos verwendeten LCD-Shutterbrillen-System XpanD.

ChromaDepth-Brillen

ChromaDepth-Brille mit Prismenfolie

Das ChromaDepth-Verfahren basiert auf der Tatsache, dass bei einem Prisma Lichtfarben unterschiedlich stark gebrochen werden. Die ChromaDepth-Brille beinhaltet spezielle Sichtfolien, die aus kleinsten Prismen bestehen.Lichtstrahlen werden so, je nach Farbe, unterschiedlich stark abgelenkt. Verwendet man bei einem Auge eine Prismenfolie und auf dem anderen Auge eine klare Folie, dann sind die beiden gesehenen Bilder je nach Farbe zueinander teilweise stark versetzt. Das menschliche Gehirn erzeugt daraus den räumlichen Eindruck. Der Vorteil dieser Technologie besteht vor allem darin, dass keine  Doppelbilder vorhanden sind und sie kann gedreht werden.

Prismengläser-Brillen

Prismen lenken den Strahlengang um. So nutzt beispielsweise das Stereo-Sichtgerät SSG1b, auch unter dem Namen KMQ seit den 80er Jahren bekannt, diesen Effekt. Es konnte schon früher am Bildschirm oder zur Projektion mit wenigen Zuschauern verwendet werden. Allerdings muss der Nutzer den passenden Abstand zum Bild haben und seinen Kopf dimmer waagerecht halten. Ansonsten decken sich die Sehstrahlen der Augen nicht mit den beiden Teilbildern, welche untereinander angeordnet sind.

3D-Video-Brillen

Um den beiden Augen unterschiedliche Bilder darzustellen und somit eine räumliche Wahrnehmung herzustellen, wird in der jungen Vergangenheit gern mit so genannten 3D-Video-Brillen gearbeitet. Zwei einzelne Displays in einer speziellen Brille liefern die Bilder. Das Bild ist scharf und wird farblich nicht verändert. Meist sind die Brillen recht schwer und benötigen Strom.

 

Quelle: Wikipedia; Der Text ist unter der Lizenz „Creative Commons Attribution/Share Alike“ verfügbar.