Tecnologie per la visualizzazione 3D

La tematica riguardante la visualizzazione tridimensionale stereoscopica di sorgenti video in movimento, quali i film, e di soggetti statici, come per esempio le fotografie, è in costante progresso e abbraccia ormai differenti campi di applicazione. Il principale utilizzo che, sino ad oggi, ha permesso una notevole espansione dei sistemi di rappresentazione 3D è legato alla visione di film e all'introduzione di tecnologie e piattaforme differenti con il passare del tempo. Si parla di film a tre dimensioni già  dalla seconda decade del secolo scorso, anche se una prima diffusione su scala più ampia risale agli anni 50.
Nel corso dei decenni, fino ad arrivare alla più recenti "rivoluzioni visive", c'è stata una continua ricerca per la realizzazione di supporti che potessero migliorare la qualità  delle immagini visualizzate e ricreare in modo credibile la spazialità  e la profondità  di campo, propria delle immagini percepite dall'occhio umano. La visione stereoscopica che caratterizza la nostra specie deriva dalla capacità  degli occhi di ricevere informazioni dal mondo circostante da due punti di osservazione distinti. Le immagini provenienti da entrambi gli occhi sono successivamente elaborate dal cervello e "sommate" per definire lo spazio attorno a noi, associando dunque profondità  e spazialità  ai soggetti presenti.La visione secondo parallassi consente di esemplificare il nostro modo di osservare il mondo e di inquadrare come avviene la messa a fuoco e il posizionamento degli oggetti nello spazio.

[tit:Creare il 3D]Al di là  del campo di impiego e delle tecnologie usate, gli elementi che entrano in gioco quando si parla di 3D e immagini stereoscopiche riguardano i due componenti interessati nella catena di visione-riproduzione. Fin dal principio infatti ci si è affidati a occhiali di diversa natura e a superfici specificamente realizzate per ottenere l'effetto desiderato. Esiste comunque la possibilità  di visualizzare immagini tridimensionali senza occhiali, come dimostra la recente fotocamera Fujifilm Finepix Real 3D W1, anche se l'effetto ottenibile è sensibilmente meno apprezzabile ed è necessario un minimo sforzo visivo per osservare la spazialità  delle immagini. Ancora prima di mostrare un contenuto stereoscopico, è necessario prevedere la conversione o la registrazione di tale contenuto, tramite strumenti, software o hardware, che possano massimizzare la qualità  dell'output finale. àˆ il caso del cinema tridimensionale, o cinema 3D, dove la proiezione viene effettuata secondo specifiche tecniche e la registrazione master viene realizzata sfruttando tecnologie di ripresa dedicate. Per poter vedere correttamente le immagini stereoscopiche servono dunque determinati accorgimenti su entrambi i fronti della catena di riproduzione. Vengono perciò utilizzati proiettori specifici o schermi appositamente trattati, oltre agli occhiali che vengono forniti in dotazione agli spettatori.
Per quanto riguarda le tecniche di ripresa si adottano videocamere/cineprese munite di due obiettivi, capaci di lavorare secondo una doppia esposizione. I due gruppi ottici sono posizionati a circa 6 cm l'uno dall'altro, parametro che corrisponde alla distanza media esistente tra i due occhi di un soggetto adulto. Questo consente di catturare due riprese leggermente sfalsate e di ricreare immagini in movimento secondo la soggettiva tipica dell'apparato visivo umano.

Le tecniche di riproduzione invece, prevedono la proiezione su uno schermo dedicato di entrambi i flussi video generati, in modo contemporaneo o in modo alternato. Quest'ultima soluzione è quella adottata più recentemente e che permette di ottenere un maggiore realismo grazie all'utilizzo di occhiali a lenti polarizzate o a otturatori LCD.

[tit:Occhiali 3D – L'anaglifo]La prima generazione di occhiali per la visione stereoscopica disponibile per le masse è definita anaglifo. L'anaglifo costituisce il primo sistema, accessibile alle masse, in grado di mostrare rudimentali immagini in 3D.

Questo sistema ebbe diffusione negli anni 50 e, ancora oggi, è possibile imbattersi in questo tipo di occhiali. Di per sà©, il dispositivo di visione non incorpora alcuna tecnologia attiva, ma solamente due lenti opportunamente colorate per poter rispondere a un certo tipo di immagini codificate all'origine. Nel dettaglio, le sequenze video o le fotografie pensate per l'uso con occhiali anaglifi sono state precedentemente filtrate secondo due colori diversi, che vengono poi discriminati tramite gli occhiali, che dispongono di un filtraggio complementare.
La scomposizione cromatica adottata in questo sistema di visualizzazione provoca un forte decadimento qualitativo e il "ghosting" delle immagini.

Perciò a entrambi gli occhi viene impedita la visione di una specifica gamma cromatica, diversa per ciascuno, come può facilmente essere compreso osservando le due "lenti" di colore diverso utilizzate per questi apparati. Nel complesso questo sistema si dimostrò rivoluzionario per l'epoca di introduzione, anche se appaiono molto evidenti i limiti imposti, quali una ridotta qualità  generale, una perdita di chiarezza e definizione dei colori, oltre a un marcato effetto "ghosting", relativo allo sdoppiamento delle immagini visualizzate.

[tit:Micropol: la svolta]Per trovare una netta evoluzione in termini di qualità  e percezione spaziale, bisogna "saltare" all'anno 2007, con l'introduzione degli occhiali micro-polarizzati, definiti anche micropol.
Questo sistema sfrutta lenti polarizzate in abbinamento a una particolare superficie micropolarizzata.

Le due immagini distinte percepite dagli occhi vengono successicamente ricostruite dal nostro cervello.

In questo caso le lenti adottate sono del medesimo colore e non vengono introdotte modifiche cromatiche dei soggetti riprodotti. La qualità  dei colori e delle sfumature rimane inalterata. Il funzionamento di questi occhiali è radicalmente diverso dai precedenti e prevede la proiezione di immagini in rapida sequenza su di uno schermo riflettente, appositamente trattato o tramite un display munito di un film micropolarizzato.

[tit:Micropol: pregi e difetti]I due flussi di immagini generati raggiungono l'osservatore che potrà  però recepire solo metà  dei fotogrammi con ciascun occhio. Gli occhiali micropol sfruttano lenti polarizzate che sono orientate in modo ortogonale l'una rispetta all'altra e si occupano di bloccare le immagini in modo alternato.
Le linee effettivamente riconosciute dal cervello sono la metà  di quelle realmente impiegate, ciò provoca una drastica riduzione della qualità .

In questo modo, l'occhio destro potrà  percepire solamente i fotogrammi pari e quelli sinistro solo quelli dispari. Il risultato che si ottiene è particolarmente interessante e la qualità  generale è discreta. Anche questi dispositivi impongono notevoli limitazioni, soprattutto per quanto riguarda il punto di osservazione. àˆ infatti necessario rimanere perpendicolari alla superficie di riproduzione, con un ridotto angolo di visione lungo l'asse verticale.
Nel dettaglio il videogame Mirror's Edge (EA / Dice). E' possibile notare come l'aumento delle frequenza di riproduzione consenta di visualizzare un numero maggiore di dettagli.

Non solo, i fotogrammi realmente percepiti dal cervello sono la metà  di quelli trasmessi, dato che per creare le necessarie informazioni per la ricostruzione dell'immagine 3D è necessario sommare i dati di due frame consecutivi. In questo modo si dimezza effettivamente la risoluzione e si riduce la qualità  complessiva.

[tit:Il 3D oggi]Arrivando ai giorni nostri, si sono fatti ulteriori passi avanti nella rappresentazione 3D, passando dagli occhiali micropol di tipo passivo, a nuovi dispositivi attivi. Il sistema dell'oscuramento alternato ricalca quello degli occhiali micro-polarizzati e prevede l'occlusione visiva di ciascun occhio in modo alternato. Le due immagini generate vengono visualizzate in modo sequenziale e sono recepite dall'osservatore alternativamente. Gli occhiali si occupano di impedire la visione a ciascun occhio e operano in modo sincrono con l'intero apparato di riproduzione. Proprio per questo, tali dispositivi vengono definiti "attivi", particolare che costituisce il vero e proprio punto di rottura con i precedenti sistemi.
Gli otturatori digitali dialogano con la piattaforma che genera le immagini tramite uno specifico ricevitore senza fili. Gli occhiali di questo tipo fanno parte dell'intera catena di riproduzione e aboliscono i difetti principali dei precedenti sistemi. Lo schermo e gli occhiali sono costantemente sincronizzati e non è perciò indispensabile stare di fronte al piano di proiezione o al pannello del display. In secondo luogo, le tecnologie più recenti prevedono una frequenza di aggiornamento nettamente superiore al passato, con almeno 120 Hz. Ciò significa che ciascun occhio riceve immagini con una cadenza di 60 volte al secondo, un refresh più che adeguato per non perdere dettagli e fluidità  delle sequenze riproposte.

[tit:La soluzione nVidia]Tra le proposte 3D più convincenti a disposizione degli utenti domestici si fa notare quella di nVidia, con la propria soluzione 3D Vision. Si tratta di occhiali attivi ergonomici e dal design moderno. Il sistema comprende un ricevitore USB da collegare al personal computer e che si occupa di sincronizzare gli occhiali con il display a 120 Hz.
Con il proprio G51J 3D, Asus propone tutto l'hardware necessario al gaming 3D in un'unica soluzione.

Il dialogo tra i due dispositivi è reso possibile grazie al sistema senza fili a infrarossi, gli occhiali incorporano infatti un ricevitore e una batteria ricaricabile via USB, con autonomia di circa 40 ore, secondo il produttore. La taratura e il controllo del dispositivo vengono effettuati tramite l'unico pannello di controllo dei driver nVidia, in modo molto semplice e trasparente all'utente. Per completare la catena di riproduzione è necessario, come detto, possedere un display o un videoproiettore capace di mostrare 120 fotogrammi al secondo, oltre a una GPU nVidia tra quelle selezionate (i requisiti per 3D Vision sono disponibili a questa pagina). Molti titoli di recente introduzione sono compatibili con questa tecnologia, mentre per la riproduzione di video e foto, nVidia propone i propri player software dedicati.
Il particolare ci permette di osservare la connessione USB degli occhiali, che serve solo per la ricarica, oltre al piccolo ricevitore a infrarossi del kit 3D Vision.

Il risultato ottenuto è sicuramente superiore ai tradizionali occhiali passivi e permette di osservare scenari (foto, giochi e film) in modo completamente nuovo. I soggetti in primo piano e quelli disposti lungo le parallassi successive sono nettamente distinguibili, la percezione della profondità  spaziale è netta.

In accordo con nVidia, diversi produttori hanno presentato e presenteranno dispositivi compatibili, dai monitor per gamer, ai videoproiettori per il cinema domestico 3D, ai notebook. Analogamente al mondo PC esistono dispositivi in grado di catturare immagini stereoscopiche, come fotocamere compatte, e di mostrare programmi TV appositamente selezionati (come le più recenti TV 3D).

[tit:Il cinema 3D a casa propria]Sul fronte delle innovazioni relativo agli apparecchi di riproduzione, molti produttori si stanno "avventurando" nella commercializzazione di TV e videoproiettori 3D. Tra questi, solo per citarne alcuni, Acer, LG, Nec, Panasonic, Samsung e Sony.
Sony KDL-40HX800

Samsung TV LED 3D UE55C8000XP

Il campo d'impiego più quotato è certamente quello domestico, dove vengono proposte innovative TV con retroilluminazione LED, in abbinamento agli occhiali per la visione stereoscopica. Si tratta di apparati attualmente molto costosi e perciò destinati solo ad alcune fasce d'utenza e agli appassionati di tecnologie, disposti a spendere qualcosa in più per assicurarsi l'ultimo ritrovato tecnologico. I nuovi dispositivi offrono una visione immersiva dei contenuti HD appositamente studiati e consentono la visione da parte di più persone, utilizzando appositi ricevitori/trasmettitori e gli occhiali attivi di ultima generazione.
Oltre al campo relativo all'intrattenimento, alcuni produttori, come per esempio Nec, propongono le proprie soluzioni per la proiezione 3D, anche per ambienti professionali e per chi lavora con le immagini e le presentazioni itineranti. àˆ il caso dei videoproiettori NP115, NP210 e NP216, compatte unità  DLP compatibili con gli occhiali del produttore (NP01GL DLP-Link 3D Glasses), distribuiti in appositi kit, o singolarmente. L'attrattiva di questo sistema di visualizzazione è forte e i campi di applicazioni sono diversi, dalla progettazione CAD/CAM e CAE, alla modellazione, alla simulazione 3D.