3D Vision
03 Dec, 2012
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PDFSteoroscopic vision
PRESENTATION: Stereoscopic vision is based on the creation of a 3D illusion by using 2D images. The simplest way to do it is to give the observer an anaglyph which is made up of two layers of colour, each representing a separate perspective of the same object. The layers are superimposed but each slightly shifted compared to the other to produce the effect of depth.
- Stereo 3-D Vision in Teaching Physics, Svetoslav Zabunov, Phys. Teach. 50, 163 (2012)
- Real 3-D: How Does It Work?, H. Schmitzer, D. Tierney, and T. Toepker, Phys. Teach. 47, 456 (2009)
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Las imágenes tridimensionales que son emitidas en cines o televisores 3D, funcionan de la siguiente forma: dos imágenes son generadas simultáneamente y enviadas a cada lente 3D de nuestras gafas, que las separan para que cada ojo vea una de ellas. En el cerebro se produce la fusión de estas imágenes, con sensación de profundidad. Pero es curioso que no todo el mundo puede disfrutar de este efecto. Cuando los ojos no están alineados perfectamente, la fusión que realiza el cerebro se debilita, más cuanto mayor sea el desvío ocular.
En el siguiente enlace se explica cómo entrenar a nuestros ojos para ver en 3D sin utilizar gafas. Esta forma de percibir la realidad se llama “free-viewing”. Hay que tener en cuenta como comenta Andrea que no todo el mundo puede hacerlo, las personas con estereovisión, que no pueden ver con los dos ojos al mismo tiempo, no pueden hacer estas proyecciones.
Aunque la visión de imágenes en 3D pueda parecer algo novedoso, su utilización como entretenimiento comenzó alrededor de 1840 con la invención del estereoscopio por parte de Charles Wheatstone. Este aparato permitía que dos imágenes obtenidas con ángulos ligeramente diferentes se observasen como una única imagen tridimensional, gracias a un sistema de espejos.
La mayoría de imágenes comercializadas en este sistema representaban lugares o animales exóticos, pero llegaron a usarse incluso como material didáctico y como material pornográfico.
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Pese a que el proyecto esté inacabado la materia trabajada es muy interesante, puesto a que condiciona nuestro día a día. Un experimento muy interesante, es hacer ser consciente de la diferencia de campo visual que hay entre los dos ojos, y la importancia de la reconstrucción y solapamiento de imágenes que hace nuestro cerebro para poder tener una visión en profundidad. Por eso la pérdida de visión en un ojo, hace perder la capacidad de ver en profundidad y dificulta la capacidad de calcular distancias, se puede comprobar tapando un ojo y tratar de tocar o coger cosas que estén por nuestro entorno.
La visión estereoscópica es una herramienta fundamental para realizar nuestras actividades diarias, pero…sabiais que una de cada veinte personas tiene visión plana, o que hay animales (sobre todo depredadores) que también ven en 3D, o que podemos educar nuestra visión para ver en 3D (terapia visual optométrica) basándonos en la neuroplasticidad de nuestro cerebro! Interesantísima entrevista de Punset a Susan Barry (neurobióloga) en el programa Redes (también está la transcripción de texto).
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Como se explica en la introducción, la visión estereoscópica consiste en la visión binocular de un objeto mediante dos ojos, y produce la sensación de tridimensionalidad cuando el cerebro procesa dos imágenes 2D desde puntos ligeramente distintos.
La visión tridimensional es una adaptación evolutiva y requiere que el ser vivo en cuestión disponga de dos ojos situados al frente de su cráneo. Su importancia biológica es vital para animales que se mueven mediante saltos entre ramas, para tener una noción muy aproximada de la distancia a la que se encuentra una presa, etc. Es fundamental para calcular distancias y profundidad.
Al margen de su utilidad biológica, la visión en 3D es actualmente un aliciente innegable en la industria del cine. A día de hoy, la forma más eficaz de generar una visión 3D a partir de una pantalla plana es dotando al espectador de lentes que tienen un filtro LCD, este sincroniza con la proyección para tapar un ojo u otro según convenga. Lo que ocurre es que se proyectan dos películas simultáneamente, una por ojo con frames intercalados. Cuando la pantalla proyecta la imagen correspondiente al ojo derecho, las gafas oscurecen el cristal frente al ojo izquierdo, y viceversa.
El sistema pulfritch está basado en un dato fisiológico: el cerebro tarda un poco más en procesar las imágenes oscuras que las claras. Si se pone un filtro oscuro en un solo ojo y se observa un objeto en movimiento, el cerebro tardará más tiempo en procesar las imágenes procedentes de este ojo. Por lo que si la escena que observamos está en continuo movimiento lateral, la imagen del ojo con filtro parecerá estar en una posición, o ángulo distinto, con respecto al observado directamente sin filtro, que tendrá la imagen procesada instantes antes.
La gran ventaja de esta técnica es que las imágenes pueden verse de manera normal si no se utilizan los filtros; pero tiene un inconveniente, y es que requiere que todo el tiempo exista movimiento lateral y en el mismo sentido. Si no, no se percibirá el retraso interpretativo por parte del cerebro, del ojo filtrado respecto al ojo directo.
Existe otra forma muy básica (aunque para nada sencilla) de crear efectos 3D y es con los dibujos. Muchas obras (por ejemplo los dibujos arquitectónicos) se basan en “engañar” al cerebro haciéndole pensar que está viendo una imagen en tres dimensiones cuando realmente lo que tiene delante no es más que un papel plano. Esto se consigue gracias a la perspectiva, un truco en el que se basan muchos artistas para jugar con nosotros. Un claro ejemplo son las obras del artista Stefan Pabst, cuyos dibujos parece que saltan del papel. En el siguiente enlace podéis encontrar el proceso de realización de una de ellas, sin embargo tiene muchas más, cada cual más espectacular.
Según unos estudios una de cada veinte personas, ve el mundo plano sin ser conscientes de esta cadencia. No pueden ver el mundo con pronfudidad estereoscópica como le sucedió a la neuróloga estadounidense Susan Barry autora del libro “Fixing My Gaze: A Scientist’s Journey into Seeing in Three Dimensions” donde describe el proceso neurológico y adaptativo gracias al cual pudo recuperar la visión binocular. En el siguiente enlace se puede disfrutar de una entrevista realizada por Eduard Punset a Susan Barry sobre como le cambió la vida recuperar la visión. estereoscópica.
La percepción de profundidad se produce gracias a la interpretación que el cerebro hace de las dos imágenes que le llegan por cada uno de los ojos. En su afán por plasmar las imágenes tal cual la percibe, el hombre ha pasado de emplear técnicas de pintura, a la visión 3D basa en la visión estereoscópica del ser humano. En el siguiente artículo explican cómo aplicar los sistemas de visión estereoscópica en las enseñanzas técnicas.
Creo que es fácil realizar actividades con los alumnos en los que explicar conceptos como la profundidad o la visión estereoscópica y sin necesidad de un gran desembolso de material. Encontré este vídeo en el que se ve como hacer muy fácilmente unas gafas de visión 3D que se podría hacer con el alumnado para que puedan comprobar la diferencia al visualizar imágenes con y sin gafas.
Si los humanos tenemos percepción de la profundidad, y por lo tanto visión en 3D, es porque tenemos dos ojos. Además, estos están más o menos separados (dependiendo del tamaño de tu nariz). Esta separación provoca que en cada ojo tengamos una imagen ligeramente distinta y nuestro cerebro triangula está información para que nosotros sepamos qué objetos están más cerca y cuales más lejos, creando la visión tridimensional.
Para recrear una imagen en tres dimensiones en el cerebro humano, se necesita la integración de la información recogida por los dos ojos. En el siguiente artículo, se habla de una interesantísima investigación en la que unos científicos quieren comprobar si los ojos de las sepias funcionan de igual forma, y como se ajustan a la profundidad. Para ello, colocaron gafas de visión 3D en los animales y les proyectaron imágenes de camarones. El resultado fue que las sepias interaccionaban con el “camarón 3D”, mostrando una gran capacidad para calcular la distancia. Falta aún por esclarecer cuál es el mecanismo neuronal subyacente, pues los investigadores creen que las sepias usan un algoritmo diferente al de los humanos para su visión estereoscópica.
Aunque la visualización en 3D está cada vez más de moda, en películas o juegos de realidad virtual, un porcentaje de la población (hasta un 8%) no puede disfrutarlo ya que no consiguen suporponer las dos imágenes y crear una imagen 3D. Esta afección se denomina estereoceguera, y es causada mayormente por probemas de estrabismo/ojo vago. En este artículo desarrolla la problemática de ser estereociego en la era 3D. Considero interesante que los docentes consideremos que nuestros alumnos pueden padecerlo, así como el daltonismo, a la hora de preparar nuestras clases.
Como nuestros ojos están separados, la visión de una escena 3D es distinta para cada uno de ellos. Esto se puede experimentar viendo un objeto como un lápiz o un dedo delante de nosotros, y cerrando cada ojo, su posición relativa a los objetos del fondo variará. La variación será distinta dependiendo de a qué distancia se encuentre (mucho más acusada si el objeto está cerca de nosotros). Nuestro cerebro utiliza este fenómeno para producir la sensación de profundidad, lo cual se conoce como estereopsis. Para saber más sobre la estereopsis se puede consultar el siguiente artículo: The Analysis of Stereopsis, Gian F. Poggio and Tomaso Poggio
Annual Review of Neuroscience 1984 7:1, 379-412.
Las imágenes anaglifos, que son la misma imagen desplazada ligeramente y filtradas por un color. Estas imágenes se observarán con unas gafas, con un color diferente en cada ojo; estos dos colores son con los que se han filtrado las dos imágenes anaglifos (una con cada color). Un sistema para ver con más precisión y nitidez en 3D a partir de fotogramas 2D es el estereoscopio común o el estereoscopio de espejos. Se utilizan dos fotografías desplazadas ligeramente (sin necesidad de filtrar el color). Este sistema se utiliza mucho en Fotogrametría utilizando los pares estereoscópicos.
Me gustaría añadir la existencia, a partir de los años 90, un tipo de estereogramas que consistían en imágenes planas entremezcladas. De esta manera, a simple vista no se podían ver el objeto 3D oculto, sino que era necesario desenfocar la imagen en el que éste se encontraba. La técnica más conocida para realizarlo consistía en pegar la cara a la imagen, tras lo cual se tendría que ir alejando poco a poco, mientras se mantenía la mirada fijada en un punto cualquiera del centro de la misma. Existe alguna página donde se permite crear estos estereogramas, como este creador de estereogramas.
La estereopsis es el fenómeno dentro de la percepción visual por el cual, a partir de dos imágenes ligeramente diferentes del mundo físico proyectadas en la retina de cada ojo, el cerebro es capaz de recomponer una tridimensional. ¿Cómo se valora la estereopsis? Ya sea por una patología visual o por un mal funcionamiento del cerebro, las personas con mala visión estereoscópica deben ser convenientemente diagnosticadas (existen diversos tests específicos para ello) con el fin de valorar las diversas opciones de tratamiento, puesto que se trata de una importante anomalía visual. Los estereogramas o tests de este tipo más usuales son:
Test de Limus
Se utilizan unas gafas polarizadas para percibir unos objetos que poseen cierta profundidad. Esta prueba está formada, a su vez, por tres tests:
Test de la mosca. Muestra la imagen de una mosca con unas alas translúcidas y se pide al niño que trate de atrapar dicha imagen con objeto de determinar el grado de profundidad de su visión y si hay o no estereopsis.
Test de círculos. Es una lámina con nueve rombos numerados de diferentes tamaños. Cada uno de ellos contiene cuatro círculos de los cuales solo uno se muestra elevado. El niño debe señalar cuál es el círculo que sobresale sobre el resto.
Test de animales. Tiene tres niveles y en cada uno de ellos hay una fila de animales, pero solo uno de ellos está en relieve. El niño debe identificar cuál de ellos es.
Test de Randot
En este test para saber si el niño ve en 3D se utilizan las gafas polarizadas y el paciente observa una serie de imágenes en las que debe descubrir figuras geométricas ocultas. También tiene diferentes niveles.
Test E
En este test de ambliopía también se utilizan gafas polarizadas. El paciente debe observar una serie de imágenes de la letra E y tiene que indicar en cada una de ellas hacia qué lado se dirigen las líneas de la letra.
Test de Dolman
En este caso se trata de dos varillas que poseen idéntico diámetro y están separadas a una cierta distancia. El paciente que realiza este test de visión binocular tiene que mover una de ellas para que queden equidistantes.
Test TNO
Consiste en una serie de láminas que muestran diferentes objetos. El niño, usando unas gafas polarizadas, debe indicar qué objetos ve, ya que hay figuras que sólo pueden ser identificadas cuando los ojos tienen la capacidad de trabajar de forma coordinada.
Cuando mis abuelos regresaron de Argentina, sobre el 1970, trajeron todos sus recuerdos, y entre ellos figuraban dos visores estereoscópicos y varias fotografías que se colocan en los visores y se visualizan en 3D. A mi hermana y a mi nos parecía fascinante esta manera de ver las fotografías, y ahora me doy cuenta de que le visor estereoscópico es un invento del 1849!!
Un tema muy interesante para los alumnos saber como funciona y en que consiste el 3D. La estereoscopía es el fenómeno por el cual se representa un objeto ante nosotros de forma tridimensional mediante el uso de imágenes dobles que simulan las percibidas de forma fisiológica por cada uno de nuestros ojos. Además de por los aplicaciones en el campo del ocio, tiene otras como por ejemplo como una herramienta de utilidad en el campo de la anatomía a la hora de mostrar de forma simulada estructuras anatómicas con su volumen y profundidad reales.
Este experimento con gafas de dos colores puede resultar muy educativo en el aula para la profundidad en 3D, pues la visión estereoscópica se basa en la disparidad binocular, donde cada ojo recibe una imagen ligeramente diferente. Esto es lo que le permite al cerebro percibir la profundidad.