Periodismo Para Pensar
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Publicaciones La visión estereoscópica. Historia de la estereoscopia. Fotografía estereoscópica. Sistemas de representación |
. Brevísima historia del cine español | .
Fotografía
y Video . Cine . Semiótica |
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De manera natural nuestro mecanismo de visión es estéreo, es decir, somos
capaces de apreciar, a través de la visión binocular, las diferentes
distancias y volúmenes en el entorno que nos rodea. Nuestros ojos, debido
a su separación, obtienen dos imágenes con pequeñas diferencias entre
ellas, a lo que denominamos disparidad. Nuestro cerebro procesa las
diferencias entre ambas imágenes y las interpreta de forma que percibimos
la sensación de profundidad, lejanía o cercanía de los objetos que nos
rodean. Este proceso se denomina estereopsis. La distancia
interpupilar más habitual es de 65 mm, pero puede variar desde los 45 a
los 75 mm.
En la estereopsis intervienen diversos mecanismos. Cuando observamos objetos muy lejanos, los ejes ópticos de nuestros ojos son paralelos. Cuando observamos un objeto cercano, nuestros ojos giran para que los ejes ópticos estén alineados sobre él, es decir, convergen. A su vez se produce la acomodación o enfoque para ver nítidamente el objeto. Este proceso conjunto se llama fusión. No todo el mundo tiene la misma capacidad de fusionar un par de imágenes en una sola tridimensional. Alrededor de un 5% de la población tiene problemas de fusión. La agudeza estereoscópica es la capacidad de discernir, mediante la estereopsis, detalles situados en planos diferentes y a una distancia mínima. Hay una distancia límite a partir de la cual no somos capaces de apreciar la separación de planos, y que varía de unas persona a otras. Así, la distancia límite a la que dejamos de percibir la sensación estereoscópica puede variar desde unos 60 metros hasta cientos de metros. Un factor que interviene directamente en esta capacidad es la separación interocular. A mayor separación entre los ojos, mayor es la distancia a la que apreciamos el efecto de relieve. Esto se aplica por ejemplo en los prismáticos, en los que, mediante prismas, se consigue una separación interocular efectiva mayor que la normal, con lo que se consigue apreciar en relieve objetos distantes que en condiciones normales no seríamos capaces de separar del entorno. También se aplica en la fotografía aérea, en la que se obtienen pares estereoscópicos con separaciones de cientos de metros y en los que es posible apreciar claramente el relieve del terreno, lo que con la visión normal y desde gran altura sería imposible. El efecto obtenido con una separación interocular mayor que la habitual es el de que los objetos parecen más pequeños de lo normal (liliputismo), y la técnica se denomina hiperestereoscopia. El efecto contrario se consigue con la hipoestereoscopia, es decir, con la reducción de la distancia interocular, imprescindible para obtener imágenes estereoscópicas de pequeños objetos (macrofotografías), o incluso obtenidas por medio de microscopios HISTORIA DE LA ESTEREOSCOPIA También el famoso astrónomo Kepler llevó a cabo estudios sobre la estereoscopia. Curiosamente la estereoscopia precedió a la fotografía. Fue un físico escocés, Sir Charles Wheatstone, quién en Junio de 1838 describió primero con cierto rigor el fenómeno de la visión tridimensional y construyó luego un aparato con el que se podían apreciar en relieve dibujos geométricos: el Estereoscopio.
Autorretrato estereoscópico de Don Santiago Ramón y Cajal.
También en el arte algunos pintores han usado la representación estereoscópica. Por ejemplo, Salvador Dalí utilizó un dispositivo de espejos similar al de Wheatstone para mostrar algunos de sus trabajos. Pueden verse actualmente en el museo de Figueras.
En los años noventa, los avances de la informática permiten presentar imágenes 3D en monitores de ordenador y utilizarlas para presentaciones en CAD, Medicina, cartografía y otras muchas aplicaciones. Los ordenadores permiten además generar espectaculares imágenes de síntesis en relieve, para aplicaciones científicas, industriales o de entretenimiento. Recientemente la NASA ha utilizado la estereoscopia como una herramienta para ver en 3D y analizar las imágenes de Marte enviadas por la sonda Pathfinder PRINCIPIOS BÁSICOS DE LA FOTOGRAFÍA ESTEREOSCÓPICALa fotografía estereoscópica, también denominada abreviadamente fotografía 3D, intenta reproducir la sensación de profundidad de la visión estereoscópica natural. Si obtenemos dos fotografías con una separación adecuada, correspondientes a la visión que se obtendría con cada ojo, y se observan con un visor apropiado, es posible recrear la sensación de profundidad, de la cual carecen las fotografías convencionales.
Para obtener un par estéreo pueden emplearse diferentes procedimientos.
Con una sola cámara podemos obtener las dos imágenes, en dos tiempos,
desplazando la cámara una distancia similar a la de separación de los
ojos, unos 65 mm. Naturalmente, el sujeto no debe moverse entre las dos
tomas, por lo cual este procedimiento sólo sirve para fotografiar objetos
inmóviles. Si queremos obtener fotografías 3D en movimiento debemos
emplear una cámara estéreo especial, una cámara convencional dotada de un
accesorio especial con espejos o bien dos cámaras disparadas
sincronizadamente.
LA VISIÓN DE FOTOGRAFÍAS ESTEREOSCÓPICAS El principal problema es la forma de observar las fotografías, de manera que cada ojo vea solamente la imagen que le corresponde. Los visores o estereoscopios permiten una visión casi perfecta pero individual. Los sistemas empleados en la proyección de películas y diapositivas permiten ver imágenes tridimensionales a un grupo numeroso de personas, pero les obliga a portar gafas especiales. Existen sistemas de visión libre, como el lenticular, que permiten ver fotografías en papel, pero su calidad no es demasiado buena. Todo esto ha relegado siempre la fotografía 3D al campo de los profesionales que precisan de ella, al cine, con muy poca incidencia, y al aficionado como una mera curiosidad. Existen diversos sistemas de visualización. Actualmente se dispone de medios técnicos suficientes para presentar imágenes 3D de gran calidad Sistema de representación de imágenes estereoscópicasPara poder observar correctamente una imagen estereoscópica, cada ojo debe ver solamente la imagen que le corresponde. Para ello se han ideado diversos sistemas:Visión Libre Paralela
Los ojos observan cada uno su imagen correspondiente, manteniendo sus ejes ópticos paralelos, es decir, como si mirásemos al infinito. Sólo puede usarse este método con imágenes no superiores a 65 milímetros entre sus centros. Es el método usado para ver las imágenes de los libros con estereogramas de puntos aleatorios ("ojo mágico").
Las imágenes se observan cruzando los ejes ópticos de los ojos. El par estéreo se presenta invertido, es decir, la imagen derecha está situada a la izquierda y viceversa. Podemos ayudarnos mirando un lápiz situado entre nuestros ojos y las imágenes. Este método debe usarse con imágenes de dimensiones superiores a 65 milímetros entre sus centros, aunque la imagen virtual aparece más pequeña.
Se utilizan filtros de colores complementarios, como rojo-azul, rojo-verde o ámbar-azul. La imagen presentada por ejemplo en rojo no es vista por el ojo que tiene un filtro del mismo color, pero sí que ve la otra imagen en azul o verde. Este sistema, por su bajo costo, se emplea sobre todo en publicaciones, así como también en monitores de ordenador y en el cine. Presenta el problema de la alteración de los colores, pérdida de luminosidad y cansancio visual después de un uso prolongado. Normalmente se sitúa el filtro rojo en el ojo izquierdo, y el azul en el ojo derecho. Existen dos sistemas muy similares en ámbar-azul: el sistema SpaceSpex de 3DTV Corporation (Naranja-Azul) y el ColorCode 3-D, empleado ya en alguna película formato Imax y comercializado también en algún DVD en 3D. Este sistema es bastante eficaz, pero el filtro azul del ojo derecho es demasiado oscuro para una visión cómoda. En general el sistema anaglifo no es cómodo para usarlo durante un tiempo prolongado..
Para conseguir gafas anáglifas rojo-azul convencionales vea las páginas de servicios en http://www.stereoscopy.com
Se utiliza luz polarizada para separar las imágenes izquierda y derecha. El sistema de polarización no altera los colores, aunque hay una cierta pérdida de luminosidad. Se usa tanto en proyección de cine 3D como en monitores de ordenador mediante pantallas de polarización alternativa. Hoy día es el sistema más económico para una calidad de imagen aceptable.
Para conseguir gafas de polarización convencionales vea las páginas de servicios en http://www.stereoscopy.com
Con este sistema se presentan en secuencia y alternativamente las imágenes izquierda y derecha, sincronizadamente con unas gafas dotadas con obturadores de cristal líquido (denominadas LCS, Liquid Crystal Shutter glasses o LCD, Liquid Crystal Display glasses), de forma que cada ojo ve solamente su imagen correspondiente. A una frecuencia elevada, el parpadeo es imperceptible. Se utiliza en monitores de ordenador, TV y cines 3D de última generación.
Puede obtener unas gafas LCS en las siguientes direcciones: Stereographics
Un HMD es un casco estereoscópico que porta dos pantallas y los sistemas ópticos para cada ojo, de forma que la imagen se genera en el propio dispositivo. Su principal uso hasta ahora ha sido la Realidad Virtual, a un costo prohibitivo y de forma experimental, aunque al bajar de precio aparecen otras aplicaciones lúdicas, como los videojuegos.
Principales fabricantes de HMD's: i-O Display Systems, gafas HMD (Head
Mounted Display)
Se están desarrollando prototipos de monitores que no precisan gafas especiales para su visualización. Todos ellos emplean variantes del sistema lenticular, es decir, microlentes dispuestas paralela y verticalmente sobre la pantalla del monitor, que generan una cierta desviación a partir de dos o más imágenes (normalmente de 2 a 8).
Algunos ejemplos en: Dimension Technologies Inc., monitores
3D sin gafas.
El llamado Efecto Pulfrich fue descubierto por el médico alemán Carl Pulfrich en 1922. El fenómeno es la percepción de un efecto estereoscópico cuando se observa una imagen en movimiento horizontal sobre un plano y con un filtro oscuro situado delante de uno de los ojos. Debido a la menor luminosidad que percibe el ojo con el filtro, la imagen llega al cerebro con un retardo de unas centésimas de segundo. Por tanto, en la estereopsis el cerebro percibe la misma imagen pero con una pequeña diferencia de posición horizontal, lo que genera el efecto estereoscópico. No es propiamente un sistema de visualización estéreo, ya que no se parte de un par de imágenes sino de una única imagen 2D animada. Sin embargo pueden obtenerse efectos estereoscópicos muy espectaculares filmando con una única cámara en movimiento. Se han ideado incluso sistemas para generar el movimiento de las imágenes sin mover la cámara (CircleScan 4D). Diversas cadenas de televisión han presentado en alguna ocasión filmaciones preparadas para efecto Pulfrich.
El sistema ChromaDepth™ de ChromaTek Inc. se basa en la desviación que
producen los diferentes colores del espectro. En un prisma, la luz se
desvía ligeramente dependiendo de su longitud de onda: más desviación en
el rojo, menos en el azul. La información de profundidad se codifica por
colores. Las gafas especialmente diseñadas para ver éstas imágenes
disponen de unos cristales transparentes con microprismas. Cuando la
imagen, denominada CyberHologram™, se observa con las gafas HoloPlay™
(para imágenes de ordenador) o C3D™ (para imágenes impresas), la imagen 2D
se convierte en tridimensional. La desventaja de este sistema es la
pérdida de información cromática, pero la ventaja sobre el anáglifo es que
las imágenes pueden verse también en 2D. Aplicaciones de la estereoscopia Actualmente diversos campos científicos y técnicos se benefician de la
estereoscopia. Por citar algunos:
Una de las aplicaciones prácticas más antigua es la visualización y
medición del relieve terrestre mediante fotografías aéreas. Si un avión
toma dos fotografías de una zona de terreno con una cierta distancia
calculada entre ellas, se obtiene un estereo-par, que posteriormente puede
verse en relieve con un estereoscopio especial. Si las tomas se realizan
con la adecuada precisión, permiten calcular elevaciones en el terreno,
para lo cual se emplean los estereo-comparadores. En la actualidad, en
fotogrametría, esta labor se puede realizar con gran precisión y con
visión estéreo gracias a estaciones y software especialmente diseñados,
como los de
Intergraph y Zeiss. A partir de
datos del terreno pueden también generarse imágenes 3D simuladas mediante
software específico, por ejemplo para representar el relieve submarino
(ver USGS, United States Geological Survey).
Otro ejemplo es el trabajo topográfico realizado en Febrero del 2000 desde
el transbordador espacial Endeavour, dentro del
proyecto SRTM, que permite
obtener mapas tridimensionales de una resolución extraordinaria.
De forma similar a la fotografía aérea, NASA ha obtenido numerosas
vistas tridimensionales de fotografías de la Tierra obtenidas desde
satélites, (ver http://www.jpl.nasa.gov)
así como también de otros planetas de nuestro Sistema Solar. Las
extraordinarias imágenes estéreo de la superficie de Marte obtenidas por
la sonda Pathfinder
de la NASA son otro ejemplo de aplicaciones para el estudio de otros
planetas. La toma de imágenes en estéreo no solo sirvió para ver la
superficie de Marte en 3D, sino para calcular distancias y tamaños de las
rocas y conducir con más seguridad el vehículo. Sobre el sistema de toma
de imágenes en estéreo, el IMP (Imager for Mars Pathfinder) en
http://mars.jpl.nasa.gov/mpf/sci_desc.html#IMP. Pueden verse
fotografías en anáglifo en la dirección del Jet Propulsion Laboratory
http://mpfwww.jpl.nasa.gov/mpf/anaglyph-arc.html y en
http://mpfwww.jpl.nasa.gov/parker/anaglyph.html. También en la
Planetary Society existe una galería de
imágenes de Marte y pueden verse muchas de ellas en estéreo (la mayor
parte corresponden al mes de julio del 97 y están en formato anáglifo).
Es una poderosa herramienta para diseño y visualización de prototipos,
por ejemplo en la industria
automovilística. Chrysler, Ford, Opel, Renault, Volvo y otros
fabricantes ya usan estas técnicas, con un importante ahorro en tiempo y
dinero durante el desarrollo. Los más importantes paquetes y estaciones de
diseño por ordenador, como IBM, HP, DEC, Sun o Silicon Graphics , soportan
actualmente la visualización estereoscópica mediante gafas LCS, como las
de Stereographics o VRex.
Es uno de los campos en los que la estereoscopia proporciona más ayuda para la enseñanza, la interpretación de imágenes para el diagnóstico o como ayuda en las intervenciones. No es una novedad que lupas y microscopios de precisión cuentan con visión estéreo desde hace tiempo. Firmas como Zeiss u Olympus disponen de diversos modelos según las aplicaciones. Si a un microscopio estéreo se le conectan dos cámaras de vídeo, se puede ofrecer una presentación 3D en un monitor o pantalla grande de vídeo, así como grabar las imágenes 3D. En el campo de la microcirugía ofrece grandes posibilidades. Zeiss cuenta ya con sistemas de microcirugía tridimensional, como el MediLive 3D (ver en Zeiss, alemania), del que ya existen referencias sobre sus ventajas aplicado a la oftalmología. También VRex cuenta con un sistema de microcirugía orientado a la endodoncia. Estos sistemas usan un multiplexor para entrelazar las imágenes izquierda y derecha, y la visualización tridimensional se consigue con gafas de cristal líquido (LCS). También la endoscopia cuenta con una gran ayuda en la estereoscopia. El sistema Endolive de Zeiss es un ejemplo de ello. Una ventaja de este sistema es que todo el equipo quirúrgico puede observar en una gran pantalla y en 3D una intervención si está dotado de gafas para la visión estereoscópica. Además las imágenes tridimensionales pueden grabarse en un vídeo convencional para estudiarlas posteriormente o emplearlas en la docencia. En la enseñanza tiene evidentes aplicaciones en la visualización de muestras y en la creación de programas multimedia de anatomía virtual. También se usa para visualizar imágenes o modelos del interior del cuerpo humano, bien artificiales, bien generados a partir de imágenes reales obtenidas por medio de TAC (Tomografía Asistida por Computador) o RMN (Resonancia Magnética Nuclear). Técnicas como la radiografía estereoscópica permiten situar claramente cuerpos extraños o anomalías en el interior del paciente. Asimismo se le encontrado aplicaciones para el diagnóstico de enfermedades oculares, (un ejemplo en Kasha Software, Inc.), o para distraer a los pacientes en odontología, (!) utilizando un HMD (Head Mounted Display), un sistema diseñado inicialmente para realidad virtual. Ejemplos de aplicaciones de la estereoscopia en realidad virtual
aplicada a la Medicina en Silicon Graphics.
En ingeniería molecular, sin la visualización estéreo en estaciones de
diseño sería muy difícil crear nuevas moléculas complejas.Puede ver
moléculas en estéreo en el Departamento de Química de la
Widener
University.
Sistemas de video-cámaras estéreo permiten operar en entornos
peligrosos u hostiles con la máxima precisión.
La técnica denominada Realidad Virtual básicamente es una interacción usuario-ordenador en la que se generan las imágenes estereoscópicas en tiempo real, introduciendo al espectador en un escenario 3D artificial. Por citar algunas, se encuentran las siguientes aplicaciones,
Aunque la Realidad Virtual es un tema que excede por sí solo el propósito y la capacidad de estas páginas, se irá incorporando información en la medida de lo posible. Del cálculo exacto de los parámetros de visión estereoscópica depende mucho el realismo del entorno virtual en todas estas aplicaciones. Como ejemplo, visite las interesantes páginas con aplicaciones de la Realidad Virtual en Silicon Graphics y ejemplos de cálculo e implementación en IBM. |
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