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Fokussierung: Neues Display für 'echtes' 3-D-Sehen?

Herkömmliche 3-D-Brillen sind anstrengend für die Augen, denn die räumliche Szene muss mit starrem Fokus betrachtet werden. Das soll ein neues Verfahren nun ändern.
Blick durch die 3-D-Brille

Das wahrscheinlich größte Manko aktueller Virtual-Reality-Brillen ist die Tatsache, dass der Benutzer immer auf die Bildfläche der beiden Monitore scharf stellen muss, egal wie weit entfernt das betrachtete Objekt in der dargestellten Szene ist. Das ermüdet die Augen stark und führt dazu, dass die meisten Menschen eine solche 3-D-Brille nach kurzer Zeit entnervt absetzen.

Verschiedene Forschergruppen sind angetreten, das zu ändern. Ein Verfahren, das natürliches Fokussieren trotz VR-Brille ermöglichen soll, stellen nun Wei Cui und Liang Gao von der University of Illinois in Urbana-Champaign vor. Wie sie in "Optics Letters" erläutern, stellen sie dazu die Szene in mehreren Tiefenebenen dar, auf die der Betrachter scharf stellen kann. Fokussiert er auf eine Ebene, erscheinen die übrigen unscharf – genau wie in der Realität, wo beispielsweise der Vordergrund verschwimmt, wenn wir auf einen entfernten Gegenstand blicken.

In ihrem Ansatz erzeugen sie das Bild zunächst auf einem einzelnen handelsüblichen 2-D-Display, allerdings unterteilen sie dessen Bildschirmfläche in regelmäßige Felder, eines für jede Tiefenebene. Jedes Feld zeigt das Bild, das der Benutzer sieht, wenn er auf diese Tiefenebene scharf stellt.

Skizze des Verfahrens | Jede gewünschte Tiefenebene (hier als Flaggen dargestellt) wird in einem Viertel des Ausgangsbilds dargestellt. Die Spatial Multiplexing Unit (SMU) verschiebt die Bild zur Blickachse hin und in die gewünschte Tiefe. In der Realität stellt jedes der vier Felder dasselbe Bild dar, allerdings mit jeweils unterschiedlichem Fokus.

Das Licht des Displays schicken sie anschließend durch ein Linsensystem auf einen so genannten räumlichen Lichtmodulator, in ihrem Fall ein LCD-Chip, der die Phase der eintreffenden Lichtwellen so manipuliert, dass er zum einen alle Felder in Blickrichtung übereinanderlagert und sie zum anderen virtuell in die gewünschte Tiefe verschiebt. Das Ergebnis dieses Prozesses wird dem Betrachter dann ins Auge projiziert.

Die Inhalte der einzelnen Felder haben die Forscher so berechnet, dass sie in der späteren Überlagerung einen kontinuierlichen Tiefeneindruck ermöglichen, der Benutzer kann also auch auf gar nicht existente Tiefenebenen dazwischen scharf stellen. So genügen womöglich bereits vier Ebenen für einen akzeptablen 3-D-Eindruck. Die Anzahl der Ebenen so gering wie möglich zu halten, ist wichtig, da jede weitere Ebene die zur Verfügung stehende Auflösung des ursprünglichen Displays verringert.

Cui und Gao sind nicht die Ersten, die mit solchen Mehrebenen-Displays experimentieren. Allen Varianten ist gemein, dass das Auge beim Fokussieren exakt denselben Reizen folgen kann wie in der Realität. Einen konkreten Vorteil ihres Ansatzes sehen sie in der Tatsache, dass alle Ebenen gleichzeitig im Ausgangsbild vorhanden sind. Möglich ist es nämlich auch, die Tiefenebenen in hoher Frequenz nacheinander anzuzeigen – so schnell, dass der Benutzer das Hin- und Herschalten nicht bemerkt. Dadurch kann zwar die volle Auflösung des ursprünglichen Displays genutzt werden, für die Darstellung von Videos sind aber die erreichbaren Schaltgeschwindigkeiten nicht ausreichend. In ihrem Fall jedoch können auch bewegte Bilder abgespielt werden, zudem nutzen sie den vollen Kontrastumfang. Für ein farbiges Bild muss allerdings jedes Feld wiederum dreigeteilt und in die Primärfarben zerlegt werden. Auch das kostet Auflösung.

Die nötigen Komponenten würden sich in einem tragbaren Gerät verbauen lassen, meinen Cui und Gao und geben sich darum zuversichtlich, dass ihr OMNI-Display (Optical Mapping Near-Eye Display) zu einer neuen Generation von 3-D-Brillen führen wird. Ein Patent auf die Technik ist jedenfalls bereits angemeldet.

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