So funktioniert 3D auf dem Handy

Als James Cameron im Dezember 2009 den Science-Fiction-Film "Avatar - Aufbruch nach Pandora" in die Kinos brachte, erlangte der 3-D-Film buchstäblich eine neue Dimension. Die realen Szenen, die sich mit animierten Sequenzen mischen, wurden mit einem speziell für diesen Film entwickelten 3-D-Kamerasystem gedreht, einer Kombination aus Sony-HD-Kameras mit Fujinon-Objektiven.

Für die Animationssequenzen wurden menschliche Bewegungen im Motion-Capture-Verfahren aufgezeichnet und digitalisiert. Dadurch verschmolzen die animierten mit den realen Szenen zu einem bis dahin ein-maligen 3-D-Erlebnis. Seitdem sind 3-D-Filme endgültig nicht mehr aus dem Kino wegzudenken. Auch die Geräte für die heimischen Wohn- und Kinderzimmer profitieren von dem Trend.

Stereoskopie

Der Kern des 3-D-Films liegt in der stereoskopischen Aufnahme: Die mit zwei Objektiven aufgezeichneten Bilder einer Stereokamera haben etwa den gleichen Versatz wie die Bilder, die unser rechtes und unser linkes Auges sehen. Das kann man leicht ausprobieren: Fixiert man ein Objekt und schließt abwechselnd das rechte und das linke Auge, scheint es leicht hin- und herzuspringen. Zudem nimmt jedes Auge unterschiedliche Details aus der Umgebung des Objektes wahr. Diese Informationen aus den verschiedenen Abbildern liefern unserem Gehirn den Tiefeneindruck und das räumliche Empfinden.

Shutter-Technik

Viele Kinos zeigen mittlerweile regelmäßig 3-D-Filme im normalen Programm. Aber nicht alle verwenden die gleiche Projektionstechnik. Die früher übliche rotgrüne Farbfilterbrille, die aus der farbanaglyphischen Projektion roter und grüner Bilder ein dreidimensionales Bild erzeugte, wurde schon lange durch bessere Verfahren abgelöst. Für kleinere Kinos ist die Shutter-Technik eine gute Option. Bei diesem Verfahren verdoppelt der Projektor die normale Frequenz und sendet im Wechsel die Bilder für das rechte und das linke Auge. Die Zuschauer tragen eine Shutterbrille, bei der sich im entsprechenden Rhythmus abwechselnd das rechte und das linke LCD-Glas verdunkeln, sodass das rechte Auge immer das rechte Bild und das linke Auge nur das linke Bild sieht.

Der Zuschauer nimmt die Verdunklungsphase der Shutterbrille nicht wahr, sondern nur das aus den Einzelbildern zusammenfließende 3-D-Bild. Ein Signalgeber über der Leinwand synchronisiert die Verdunklung der Shutterbrillen mit dem Projektor. Im Gegensatz zu anderen Verfahren spielen Position und Kopfhaltung innerhalb gewisser Grenzen hier keine große Rolle, der 3-D-Effekt ist gleichbleibend gut. Shutterbrillen sind zwar teuer, ersparen dem Betreiber aber die Investition in einen zweiten Projektor und eine metallisierte Leinwand, wie sie das Polarisierungsfilterverfahren voraussetzt.

Polarisationsfilter-Technik

Die gegenüber der Shutterbrille leichtere und günstigere Polfilterbrille wird häufig als Einmalbrille an die Kinobesucher ausgegeben. Durch Polarisierungsfilter erhält das Licht eine feste Schwingungsrichtung. Der Polfilter des Projektors für das rechte Bild ist gegenüber dem für das linke Bild um 90 Grad versetzt. Der gleiche Versatz liegt zwischen den beiden Filtern in der Brille, sodass jeder nur jeweils das polarisierte Licht des entsprechenden Projektors zum Auge durchlässt. Eine Silberleinwand verhindert, dass das Licht durch die Reflexion wieder gestreut wird und sorgt dafür, dass die unterschiedlichen Schwingungsrichtungen erhalten bleiben. Neigt der Zuschauer allerdings seinen Kopf seitlich ab, trifft das Licht nicht mehr im richtigen Winkel auf die Brillenfilter und der Zuschauer sieht zusätzliche Geisterbilder.

Unempfindlicher gegen diesen Effekt ist die noch jüngere Real-D-Technik, bei der ein zirkulierender Filter vor dem Projektor die Bilder abwechselnd polarisiert - für das eine Auge im Uhrzeigersinn, für das andere Auge dagegen. Ein zweiter Projektor ist nicht nötig. Die Betreiber müssen für Real-D allerdings eine Lizenz erwerben.

Parallaxenbarriere

"3-D ohne Brille!" - sowohl Spielkonsolenhersteller Nintendo als auch LG als erster 3-D-Smartphone-Lieferant auf dem deutschen Markt bewarben ihre Produktneuheit quasi allein mit dieser Sensationsaussage. Staunende Gesichter vor einem kleinen Gerät, von dem der Spot nur die Rückseite zeigt. Denn vorführen lässt sich die Sensation im normalen Fernsehen nicht. Wie funktioniert nun aber 3-D ohne Brille?

Die beiden Bilder der Stereoaufnahme werden zunächst gestaucht und dann zu einem einzigen Bild zusammengesetzt, das somit wieder die ursprüngliche Breite hat. Bei der Komposition wechseln sich spaltenweise Pixel für das rechte Auge mit Pixeln für das linke Auge ab. Darüber wird bei Aktivierung des 3-D-Bildschirms mit etwas Abstand eine Parallaxenbarriere aus schwarzen Streifen installiert, sodass beim Blick durch diese Barriere jedes Auge nur die zu seinem Bild gehörigen Streifen sieht (siehe untere Abbildung im rechten Kasten). Die schwarz überdeckten Partien nimmt das Auge nicht wahr.Die Parallaxenbarriere erscheint bei Nutzung des 3-D-Modus im zweiten LCD-Bildschirm, der über dem normalen liegt und nur die Streifen abbildet.

Das 3-D-Sehen durch eine Parallaxenbarriere setzt enge Grenzen für Entfernung und Winkel des Betrachters zum Bildschirm. Da sich diese Größen für ein elektronisches Gerät, das der Benutzer vor sich trägt oder sogar beidhändig bedient, recht zuverlässig auf die Entfernung einer Unterarmlänge bei einem Winkel von 90 Grad festlegen lässt, ist die Technik ideal für Handhelds, zu denen sowohl Smartphones als auch Spielkonsolen gehören.

Wie geht's weiter?

Die erste tragbare Stereokamera wurde bereits 1894 von dem Franzosen Jules Richard konstruiert. Die ersten Filme in 3-D kamen in den 1920er-Jahren in die Kinos. Während die Aufnahme bis heute nicht zuletzt durch Cameron perfektioniert wurde, bleibt die Projektion eine Herausforderung.