Display 3D

Attraverso la tecnologia dei display 3D e dell’utilizzo della tecnica della stereoscopia si intende ricreare all’interno di disegni, immagini, filmati o artefatti interattivi l’effetto di tridimensionalità tipica della visione binoculare del sistema visivo.

Dopo aver introdotto tale sistema e il funzionamento generale a livello meccanico dell’occhio nella sezione precedente, possiamo qui andare ad aggiungere informazioni che sono più specifiche e dedicate al concetto di profondità per poi andare a descrivere quelle che possono essere le diverse tecniche in grado di ricreare questa percezione.

A livello di letteratura un importante lavoro che affronta tutte queste tematiche è quello intitolato “Binocular Vision and Stereopsis” (Howard & Rogers, 1996) dove vengono esaminati, discussi e correlati nel dettaglio aspetti fisiologici, comportamentali e computazionali della stereoscopia.

A livello sensoriale e percettivo è importante sapere che il percorso dei segnali che avviene attraverso il nervo ottico vede arrivare alla

corteccia visiva destra l’immagine percepita sulle parti destre delle retine dei due occhi e alla corteccia visiva sinistra l’immagine percepita dalle parti sinistre delle retine (Fig. 28). Questo dettaglio è rilevante in quanto permette, anche in caso di

mancanza di un’immagine percepita da uno dei due occhi per motivi fisici come una disabilità o cecità sia temporanea che permanente, alle due parti della corteccia visiva di continuare a ricevere comunque informazioni in ingresso sulle quali effettuare le dovute elaborazioni. Punto importante di questo percorso è

quello che viene definito chiasma ottico, una struttura ovale che rappresenta il punto di unione tra il nervo ottico dell’occhio destro e il nervo ottico dell’occhio sinistro. In questo punto vi è la giunzione tra i due nervi ottici, le fibre ottiche di questi nervi si intrecciano parzialmente in modo che circa la metà delle fibre neurali passano dal nervo ottico sinistro a quello destro e viceversa.

A livello di progettazione e sviluppo, le informazioni in grado di ottenere una corretta

percezione della profondità dipendono da una serie di indizi di carattere sia monoculare che binoculari da tenere in considerazione.

A livello monoculare bisogna citare: ● prospettiva lineare ● prospettiva aerea ● occlusione ● tessitura ● ombre ● dimensione ● parallasse

A livello binoculare invece vanno tenuti in considerazione: ● disparità binoculare

● convergenza

Avendo premesso che per ottenere l'immagine stereoscopica di un oggetto occorre

fotografarlo da due punti di vista, con la distanza tra questi due che viene definita “base della ripresa, e avendo elencato gli indizi di profondità possiamo ora introdurre quelli che sono i concetti di “stereoscopia naturale” e “stereoscopia artificiale”.

Nel caso della stereoscopia naturale si può affermare che il modello ottico viene riprodotto in una scala uguale al rapporto tra la "base di ripresa" e la distanza interpupillare, mentre con una base maggiore o minore l'oggetto ripreso avrà una percezione inversamente

proporzionale alla distanza della base. In pratica avendo una distanza maggiore l’oggetto risulterà più piccolo mentre con distanza minore l’oggetto risulterà più grande con effetti diversi sulla percezione umana (Fig. 29).

Applicando tutti questi concetti alla tecnologia dei display, per poter replicare questo effetto ci si può avvalere di tre tecniche differenti dette rispettivamente attiva, passiva o

autostereoscopica (Fig. 30).

Indifferentemente dalla tecnica utilizzata per la visione, è bene ricordare che i sistemi di ripresa stereoscopici devono sempre provvedere a riprendere due sequenze distinte alla medesima distanza degli occhi umani.

Fig. 30 Tipologia di display 3D

Utilizzando la tecnologia 3D attiva, l'immagine a sinistra e quella a destra vengono visualizzate alternativamente sullo schermo e contemporaneamente le lenti degli occhiali cambiano opportunamente il loro stato tra opaco e trasparente. In questo modo per ottenere l'effetto 3D quando l'immagine a sinistra del video 3D viene visualizzata sullo schermo, la lente sinistra diventa trasparente mentre la destra opaca. Questo processo avviene in sequenza alternata variando la visualizzazione delle immagini e l’opacizzazione delle lenti permettendo a ciascun occhio di vedere un'immagine diversa che verranno poi combinate dal cervello in un unica immagine 3D.

La tecnologia 3D passiva utilizza schermi LCD dotati di FPR (Film-type Patterned Retarder) dove tutte le righe di pixel di questi schermi sono munite di un filtro polarizzatore.

Questi filtri possono essere lineari o circolari e vengono organizzati in sequenze alternate orientate diversamente (ad es. orizzontale per le righe 1, 3, 5... e verticale per le righe 2, 4, 6...).

Gli occhiali 3D passivi montano dei filtri appositi a seconda della polarizzazione dello

schermo in modo da permettere il passaggio della luce e dell’immagine corretta per ciascun occhio. La polarizzazione lineare necessità di un filtro ortogonale, mentre quella circolare utilizza filtri circolari montati in senso inverso rispetto a quelli presenti sul monitor. La sostanziale differenza tra le due polarizzazioni è che nella polarizzazione circolare, lo

spettatore può inclinare la testa senza problemi legati alla sovrapposizione delle immagini. Sulla base dello stesso principio, ma utilizzando filtri e lenti di colori complementari l'uno rispetto all'altro, una tecnica nota in passato e utilizzata poi recentemente per la creazione di immagini stereoscopiche a basso costo in Internet, in DVD, Blu-ray, CD e nella stampa. Lo standard corrente dei colori per le lenti

dell'anaglifo è costituito dall'uso del rosso, per il canale sinistro, e il ciano, per il destro con filtri delle lenti in gelatina

monocromatica (Fig. 31), etichettata rosso e blu per convenienza e costo. Seppur

l’utilizzo di questa tecnica meglio si presti ad immagini in bianco e nero, l'utilizzo del filtro ciano permette la visione di immagini colorate, con una buona resa anche delle tonalità della pelle.

La tecnologia autostereoscopica invece è legata alla registrazione e alla riproduzione di un numero di punti di vista maggiore a due. Il problema qui diventa di natura tecnica, in quanto catturare un numero di viste multiplo e poi effettuare una visualizzazione opportuna richiede hardware e software dedicato.

Un ulteriore avanzamento di tutte quelle che sono le problematiche e le tematiche alla base della stereoscopia ha permesso la definizione inoltre di ulteriori display che puntano a ricreare rappresentazioni tridimensionali, come ad esempio i Volumetric display e gli Holographic displays (Favalora, 2005).

Ognuna di queste soluzioni ha i suoi benefici e limiti che possono essere adattati alle diverse esigenze di sviluppo e fruizione, permettendo la corretta rappresentazione di contenuti stereoscopici laddove necessario, andando a creare soluzioni utilizzabili in diversi contesti per diversi scopi e in diverse modalità (Fuchs et al., 2014; H. Lee, 2013).