Da 2D a 3D

Realtà VirtualiProf. Raffaella Folgieri, aa 2013/2014

Storia della VR

Si suole identificare l’inizio con il periscopio di Albert B. Pratt

In realtà già prima, si può parlare di VR, o meglio di immersione: racconti, libri, teatro, musica, illusionismo (fondamentale

non tecnologia ma immersione mentale) immagini nell’Arte, tradizionale e astratta illusioni anamorfiche fotografia, camera oscura stereoscopia

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illusioni anamorfiche Anamorfismo: illusione ottica. Immagine proiettata

in modo distorto e riconoscibile solo da precisa posizione

Julian Beever: artista specializzato per dipinti su edifici o marciapiedi che riproducono cavità o tridimensionalità che non esistono.

http://users.skynet.be/J.Beever/pave.htm

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l’immagine - la Camera Oscura 1515, Camera Obscura (Leonardo da Vinci): primo esempio di

studio sulla proiezione di immagini dal vero tramite lente (stenoscopia)

Importante per comprendere visione

1838, Luis Mandé Daguerre (Diorama) collabora con Niépce e nasce il dagherrotipo (opposto al calotipo). Boulevard du Temple di Parigi e prima immagine umana: un gentiluomo fermo dal lustrascarpe

1826, Joseph-Nicéphore Niépce: usa camera oscura per impressionare lastra da incisori. Dopo esposizione di 8 ore: Veduta dalla finestra di Gras (su lastra per eliografia)

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stereoscopia 1838, Sir Charles Wheatstone: stereoscopio. Complicato

meccanismo basato su un sistema di specchi per visualizzare coppie di disegni in modo da fornire sensazione di tridimensionalità.

Molti di voi avranno presente questi

1939: View-master™

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Storia della VR (1)

1916, periscopio di Albert B. Pratt 1929, Edward Link: semplice simulatore di volo

meccanico 1834: Zoetropio 1877: Praxinoscopio 1895: Fratelli Lumière. Immagini in movimento e,

successivamente (1903) il filmato 3D “l’arrivo del treno”

TV 1925, Baird (30 linee) NTSC 480, PAL 576 Ultra HiVision 4320 linee

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I Moviton (Mamil Srl – Milano)

Io avevo questi (Mamil Srl – Milano, anni ’70):

e funzionavano! (78 giri, bicchiere di alluminio) Il principio è quello del fenachistoscopio

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Storia della VR (2)

1956, Morton Heilig: Sensorama 1961, Philco engineers Comeau and Bryan: HMD

(head Mounted Display) che segue i movimenti secondo una videocamera remota

1964, General Motors Corporation: DAC (design augmented by computer) system per il design in settore automotive

1965, Ivan Sutherland introduce il concetto di display in cui l’utente può interagire con gli oggetti senza seguire le leggi della realtà fisica "It is a looking glass into a mathematical wonderland.“. Introduce kinesthetic (haptic) e visual stimuli.

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Storia della VR (3)

Intanto il mondo commerciale si interessa al virtuale:

1972, Atari: ping pong 1973, Evans and Sutherland Computer

Corp: Novoview, simula solo scenenotturne.

1976, Myron Krueger's Videoplace: usa telecamere e altri dispositivi di imput per creare un mondo virtuale controllato dai partecipanti.

1981, Silicon Graphics crea delle workstation grafiche ancora oggi utilizzate per VR. In quegli stessi anni, il MIT avvia progetti di realtà virtuale

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Storia della VR (4)Altre tappe importanti: 1984, William Gibson conia il termine Cyberspazio (racconto

Neuromancer) Altri progetti portano a sviluppo anche commerciale (1989, Autodesk;

stesso anno: powerglove della Mattel per nintendo game system) Si intensificano le ricerche sulla telepresenza e sull’uso di 3D e VR.

Nascono i primi giochi. 1992, Electronic Visualization Lab: the CAVE, sistema che permette

a 10 persone di condividere la visione di uno spazio virtuale tridimensionale.

Da allora fino ad oggi si sono intensificati gli sforzi, con applicazioni note nel cinema, nella ricerca e in tanti campi

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Origini della stereoscopia (3D)La storia, in pillole (1) Prime intuizioni: Euclide, 208 aC

ogni occhio percepisce immagine leggermente diversa da altro la combinazione porta alla tridimensionalità

1584: Leonardo da Vinci studia profondità Giovanni Battista della Porta (1538-1615) produce primo disegno

artificiale tridimensionale Jacopo Chimenti da Empoli (1554-1640) realizza disegni

accostati dimostrando comprensione della visione binoculare

1833 Sir Charles Wheatstone dimostrò che attraverso sistema di specchi e prismi si produce effetto tridimensionale affiancando due disegni leggermente differenti. Nel 1838 presenta lo stereoscopio.

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Origini della stereoscopia (3D)La storia, in pillole (2) 1844 Brewster (caleidoscopio: Kalos + eidos + scopos)

migliora lo stereoscopio. Oliver Wendell Holmes, americano, realizza una versione

economica in alluminio, con immagini montate su cartonicino

La View Master è l’azienda più importante per la commercializzazione del prodotto

… ma quali sono le tecniche che permettono la stereoscopia?

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Tecnica 1: anaglifia (1)

Dal greco anàglyphos (sopra + incidere): immagine ottenuta da sovrapposizione di due

fotogrammi colorati con due diversi colori rosso per immagine destra e verde per sinistra osservando immagine con lenti di analogo colore ogni

occhio vede solo l’immagine ad esso corrispondente la tecnica permette che le due immagini siano nello stesso

fotogramma è sufficiente un solo canale per le informazioni (es.

TV)

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Tecnica 1: anaglifia (2)

Provate diverse coppie di colori (complementari) Rosso-verde funziona bene con immagini stampate,

ma tende a far percepire immagine gialla Nel cinema primi esperimenti con giallo-blu, ma si

aggiungeva l’effetto ghost Rosso-ciano (sinistro), con ciano = verde + blu

combina tutti e tre i colori primari. Lenti colorate funzionano come filtri e si ha discreta

rappresentazione colori e visione neutra immagini BN

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Effetto GHOST

alone attorno alle immagini una delle immagini, o entrambe, viene percepita

dall’altro occhio o da entrambi può essere causato da eccessiva sfasatura delle due immagini mancata capacità del filtro colorato degli occhiali

anaglifici (o polarizzati o dello schermo polarizzato) a distinguere le immagini

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Tecnica 2: effetto Pulfrich Carl Pulfich nel 1922 parla di illusione ottica conseguente

a luce che raggiunge un occhio più attenuata rispetto all’altro

Stimolazione della retina origina stimolazione dopo lieve ritardo (latenza) inversamente proporzionale a intensità dello stimolo. Se si interviene su intensità luminosa, variandone

differenza, si ottiene latenza differente Per esempio ponendo lente scura davanti ad un occhio Si origina illusione stereoscopica Più alta è velocità, più un oggetto sembra avvicinarsi o

allontanarsi da osservatore (secondo direzione movimento)

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Tecnica 3: luce polarizzata

Due proiettori inviano su schermo due immagini

Ogni proiettore dotato di filtro polarizzante (i due segnali

luminosi sono polarizzati ortogonalmente l’uno all’altro)

Utente dotato di occhiali polarizzanti

uno dei due fasci luminosi viene filtrato

ogni occhio vede solo uno dei segnali

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Tecnica 3: occhiali LCD

Si basa sull’uso di occhiali con filtri a cristalli liquidi

(LCD)

alimentati a pile

lavorano in sincronia con il proiettore

più pesanti

due filtri, uno per occhio, sincronizzati con segnale

infrarosso generato dal sistema di proiezione

alternativamente oscura un LCD che agisce come

otturatore (shutter)

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Il cinema stereoscopico Il cinema ha adottato per primo la stereoscopia Fratelli Lumiere “L’arrivée du train en gare de La Ciotat”, 1903:

gli spettatori, presi dal panico, pensavano che il treno stesse per investirli.

Rivoluzione: IMAX-3D® diversi sistemi di proiezione:

anaglifo, con luce polarizzata, con occhiali a cristalli liquidi.

IMAX 3D: Il proiettore, a due lenti, manda a turno l’immagine dell’occhio destro e di quello sinistro sullo schermo, con frequenza 96 volte al secondo.

IMAX Solido: usa sistema stereoscopico a singolo proiettore da 48 fotogrammi al secondo (24 per ogni occhio)

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La televisione stereoscopica (1) Anni ’20, Baird: esperimenti con disco di

Nipkow Segnali due canali stereoscopici tramessi

alternatamente nel tempo (grazie diposizione fori disco di Nipkow)

Disco di Nipkow: analizzatore metallico con fori disposti a spirale in posizioni man mano più esterne. Le immagini sono analizzate riga dopo riga (scansione di righe). Dispositivo elettrico dall’altra parte trasforma variazioni di luminosità dei fori in impulsi elettrici.

Trasmissioni stereoscopiche nel ’53 in BN e successivamente nel 1981 a colori

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La televisione stereoscopica (2)Problemi: Non tutta la gamma dei colori è riproducibile (per filtraggio necessario per

separare componenti rosso-ciano) L’immagine trasmessa è la somma delle due immagini e poi ri-separata dagli

occhiali. Possibile effetto ghost Problemi legati al sistema di diffusione:

NTSC (composito) in USA o Giappone PAL (in Europa). Entrambi i sistemi ricavano da informazioni di colore RGB un segnale di

luminanza (che permette compatibilità con televisori BN) e due segnali differenza di colore componenti fortemente limitati in banda prima di venir multiplati con la

luminanza. Minor fedeltà di riproduzione del colore rispetto alla luminanza è accettabile per sistema psicovisivo umano, sensibile soprattutto a informazione di luminanza (recettori retinici separati: bastoncelli e coni).

In anaglifi a, invece, segnali di crominanza hanno ruolo importante: non solo per l’informazione di colore, ma per la differenza (anche in luminanza) fra le due immagini, diretta ai due occhi.

Dunque un segnale composito (NTSC o PAL), che degrada le componenti di crominanza, è poco adatto a contenere immagini anaglife.

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La televisione stereoscopica (3) Per distribuzione digitale: sistemi basati su codifica

MPEG-2. DVB, Digital Video Broadcasting, standard alla base

della tv digitale satellite e terrestre, e DVD, Digital Versatile Disc, prevedono informazioni di crominanza filtrate e compresse di più rispetto a quelle di luminanza

Opportune scelte di parametri di codifica e uso di fattori di compressione non troppo elevati permettono di limitare la perdità di qualità del segnale anaglifo dovuta alla codifica

Effetto Pulfrich applicato per la produzione di programmi televisivi: Rai: serie di cartoni animati giapponesi, 1978

(Dolce Remì)

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La televisione stereoscopica (4)

Uso di questa tecnica limitato dal fatto che il soggetto o la telecamera, o entrambi, devono muoversi

Vantaggi della tecnica: possibilità di essere distribuibile con i canali televisivi convenzionali, visualizzabile su tutti i tipi di schermo e compoatibile con utenti non interessati alla stereovisione o privi di occhiali

L'anaglifia consente effetto tridimensionale anche nel caso di scene prive di movimento, ma impone di indossare gli occhiali

I risultati migliori si ottengono utilizzando sistemi di riproduzione polarizzatori, shutter o schermi autostereoscopici.

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Gallerie di immagini e filmati stereoscopici

http://www.3d-movie-gallery.com/ http://www.3d-mania.de/

tanti altri…

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Vari tipi di immagini stereoscopiche Anaglifi e Filtri Polarizzanti

quelli che abbiamo già visto Autostereogrammi, o SIS (Single Image Stereogram): un'unica

immagine che svela, al di sotto di un pattern, un’immagine sottostante. Si dividono in:

SIRDS (Single Image Random Dot Stereogram), con pattern puntiforme

SIRTS (Single Image Random Text Stereogram), con pattern composto da testo ASCII

SITS (Single Image Texture Stereogram), con texture

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Vedere un autostereogramma

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SIRDS (Single Image Random Dot Stereogram)

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SIRTS (Single Image Random Text Stereogram)

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SITS (Single Image Texture Stereogram)

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Cosa c’è dietro un’autostereogramma?

Non ci addentreremo in trattati teorici. Una spiegazione semplice, da cui trarremo spunto, è qui:

http://pmassio.altervista.org/stereoinfo.htm

L’esperimento proposto nella pagina segnalata è lo stesso che potete fare con la penna posta davanti ai vostri occhi.

Spiega il perché riusciamo a vedere gli autostereogrammmi

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Autostereogramma animato

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Autostereogramma animato: come fare?

Creare una depth mask animata Con vari sw (es. GIMP)

Depth mask è a livelli di grigio, con sfondo nero e lo/gli oggetti che vanno dal bianco (parte più vicina) al grigio scuro (parte più lontana)

Si possono usare anche sw di rendering

Solitamente è richiesto un file AVI

Sovrapporre la texture desiderata

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Autostereogramma a mano: si può?

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Una curiosità

Da 2D a 3D:

http://www.youtube.com/watch?v=VuoljANz4EA&feature=player_embedded