Bildgeometrie bei 3D Aufnahmen und deren Wiedergabe

Um einen einwandfreien 3D Effekt zu erzielen, müssen bei der Erzeugung und Darstellung stereoskopischer Bilder bestimmte geometrische Aspekte berücksichtigt werden. Diese Aspekte gelten sowohl bei Kameraaufnahmen als auch bei digitaler Bildgestaltung am Computer. Wenn es um die Erzeugung stereoskopischer Bilder geht, wird dies im Folgenden anhand der Aufnahme mittels Kameratechnik erläutert.

Bildschirmparallaxe

Eine stereoskopische Darstellung besteht aus zwei Halbbildern, die beispielsweise auf eine Leinwand projiziert werden. (Die Kanaltrennung wird hier erklärt.) Zwischen diesen Halbbildern besteht ein horizontaler Versatz, der für die einzelnen Bildelemente unterschiedlich ausfallen kann. Um die einzelnen Elemente in den Halbbildern zu fokussieren, muss der Betrachter seine Sehachsen in unterschiedlichem Maße konvergieren. Oder einfach ausgedrückt: unterschiedlich stark nach innen schielen. Je stärker die Konvergenz, desto größer der Eindruck, ein Objekt befände sich vor der Leinwand.

Dieses Objekt besitzt dann eine positive Parallaxe. Befindet sich ein Objekt scheinbar hinter der Leinwand spricht man von negativer Parallaxe. Dort, wo sich die optischen Achsen treffen, existiert kein Versatz der Halbbilder und beide Bilder sind deckungsgleich. Der Betrachter sieht das Objekt da, wo es projiziert wird: auf der Leinwand. Diese Bildebene wird das Scheinfenster genannt. Wie beim natürlichen Sehen werden Dinge, die sich in weiter Entfernung befinden, mit paralleler Augenstellung gesehen. Eine darüber gehende Divergenz ist höchst unerwünscht, da sie zu Übelkeit und Kopfschmerzen führen kann.

Erfolgt die Signalausgabe per Computer lässt sich die Parallaxe relativ schnell und unkompliziert verändern. Meist kommen hier NVidia GeForce Grafikkarten zum Einsatz. Hier erfolgt die Anpassung der Parallaxe mit vier Kurzbefehlen: „Steuerung“ und „F3“ bis „F6“.

Deviation

Deviation, auch Querdisparation oder Disparität, nennt man die Differenz aus maximalem und minimalem Versatz der Bildpunkte zweier Stereobilder. Sie ist in üblichen Längeneinheiten messbar. Eine Angabe der Abstände ist aber wenig sinnvoll. Besser ist es diesen Versatz ins Verhältnis zur Bildbreite zu setzen. Als optimale Deviation wird für die meisten stereoskopischen Anwendungen ein Wert von 1/30 empfohlen. Ist die Darstellung sehr klein oder der Betrachter weit weg, kann dieser Wert noch etwas nach oben verändert werden. Bei stereoskopischer Aufnahme sollte der Wert unterschritten werden, da beide Halbbilder bei der Scheinfensterkorrektur nochmals auseinander gezogen werden.

Scheinfenster und Scheinfensterkorrektur

Die Bildebene, auf der die stereoskopischen Inhalte physikalisch dargestellt werden, heißt Scheinfenster. Durch diese Bildebene kann man wie durch ein Fenster hindurch in einen dreidimensionalen Raum blicken. Das Scheinfenster ist bei der Erzeugung stereoskopischer Inhalte von entscheidender Bedeutung. So existiert beispielsweise die so genannte Scheinfen­sterregel. Diese besagt, dass kein Teil des Bildes vom Rahmen des Fensters abgeschnitten werden darf. Dies bedeutet, dass die meisten Bildelemente hinter dem Scheinfenster liegen müssen und somit eine positive Parallaxe aufweisen. Aber es gibt auch Ausnahmen. Bildelemente die herausragen, ohne den Scheinfensterrahmen zu berühren. Beliebte Beispiele sind der Kolibri, der Elefantenrüssel oder der Wasserstrahl eines Feuerwehrschlauches. 

Das Scheinfenster kann man bei der stereoskopischen Darstellung nach vorn oder hinten versetzen. Zieht man linkes und rechtes Halbbild auseinander, kommt das Scheinfenster nach vorn. Rückt man beide Bilder zusammen, verschiebt man das Scheinfenster nach hinten. Die Scheinfensterkorrektur ist besonders unter 3D-Fotografen beliebt. Deren Objektive sind in der Regel parallel ausgerichtet. Würde man parallel aufgenommene Bilder einfach parallel darstellen, würden sich die Kameraachsen nicht schneiden und es entstünde gar kein Scheinfenster. Bei der Projektion werden linkes und rechtes Bild nochmals auseinander gezogen. Um Irritationen zu vermeiden, kürzen Fotografen rechten und linken Bildrand entsprechend.


Stereobasis

Als Stereobasis bezeichnet man den Abstand der Kameraobjektive bei der Aufnahme der stereoskopischen Halbbilder. Meist orientiert sich dieser am Abstand der menschlichen Augen und beträgt 65mm.

Werden Objekte im Nahbereich aufgenommen, wird der Abstand verkleinert. Bei weit entfernten Objekten kann der Abstand aber auch schon mal einen Meter betragen. Wichtig ist nur, dass die Deviation im Verhältnis zur Bildbreite unter dem Wert von 1/30 gehalten wird.

Liliputismus und Gigantismus

Bei Aufnahmen, deren Stereobasis größer als der menschliche Augenabstand ist, erscheinen die Motive perspektivisch verkleinert. Dieser Effekt heißt Liliputismus. So können beispielsweise Bergformationen wie Landschaften einer Modelleisenbahn anmuten.

Dementsprechend entsteht der so genannte Gigantismus bei stark verkleinerter Stereobasis. Dies ist zum Beispiel dann der Fall, wenn eine einzelne Blüte aus der Nähe mit verkleinerter Stereobasis abgelichtet wird.

Nah- und Fernpunkt

Die Wahl der Stereobasis ist immer auch abhängig von zwei Bildpunkten, dem Nahpunkt und dem Fernpunkt. Der Nahpunkt bezeichnet das Objekt der Szene, welches der Kamera am nächsten ist. Im Fernpunkt liegt das am weitesten von der Kamera entfernte Objekt. Hier gibt es zwei Berechnungsgrundlagen. 

3D Normal- und Fernaufnahmen: Stereobasis < Nahpunktweite / Brennweite

3D Makroaufnahmen: Stereobasis < Abstand Objekt / 20 

Diese Regeln schränken den Nahpunkt ein und sollen in erster Linie dem so genannten Bildzerfall entgegenwirken. Von Bildzerfall sprechen wir, wenn die einzelnen Elemente des Stereobildes nicht mehr als Einheit wahrgenommen werden, sondern Vorder- und Hintergrund isoliert wirken.

Orthostereoskopisch / Tautostereoskopisch

Erscheint eine stereoskopische Darstellung formrichtig, nennt man sie orthostereoskopisch. Ist sie zudem maßstabsgetreu, sprechen wir von einer tautostereoskopischen Darstellung.


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