Zukunftswelten 12.06.2009, 19:41 Uhr

Im Rausch des räumlichen Sehens  

Bewegtbilder mit neuen Verfahren dreidimensional darzustellen, ohne dass Betrachter Spezialbrillen tragen müssen, daran arbeiten viele Forscher weltweit. Schwerpunkte sind dabei Systeme für die gesamte Kino- und Fernsehproduktionskette. Im Forschungsfeld „Autostereoskopie“ erhalten Displays Tiefenwirkung für mehrere Betrachter. Aber auch an holografischen 3-D-Projektionen in Echtzeit wird geforscht. VDI nachrichten, Berlin, 12. 6. 09, rb

Ein Fernsehabend im Jahr 2025: Der Berliner Forscher Ralf Schäfer zappt zwischen einem Hollywoodschinken, der um 2015 in 3-D gedreht wurde, und einer Tierdoku hin und her. Während eine Herde Giraffen gestochen scharf dreidimensional auf ihn zuläuft, erinnert er sich, wie noch vor rund 15 Jahren Zuschauer im Kino Spezialbrillen trugen.

Damals waren viele US-Kinos schon mit 3-D-Projektoren ausgestattet, die dem linken und dem rechten Auge der bebrillten Zuschauer jeweils eine andere Ansicht des Films zuspielten. Das Gehirn nahm die optische Täuschung als räumliche Illusion wahr. Damals stieß Hollywood den 3-D-Rausch an. Es fehlte allerdings die gesamte Produktionskette dahinter bis hin zu den Displays für den Massenmarkt.

2025 ist dies Schnee von gestern: Autostereoskopische 3-D-TV-Displays und Bildschirme für das Arbeiten und Spielen am PC, für Spielekonsolen und Handys sind gang und gäbe.

Ob Videokonferenzen in Echtzeit mit dreidimensional dargestellten Gesprächspartnern, Navigationssysteme, die je nach Gefahrensituation blitzschnell Informationen dreidimensional einblenden, oder 3-D-Fernseher: Seit jeher fasziniert an räumlichen Darstellungen die höhere Unmittelbarkeit der Bilder, das „Mittendrinsein im Geschehen“.

Aktuell hat Hollywood die Dreidimensionalität für sich entdeckt. In den nächsten beiden Jahren kommen mehrere Dutzend 3-D-Filme ins Kino. Sie sollen die Kinokassen kräftig zum Klingeln bringen. „2 € mehr pro Kinoerlebnis sind schon drin“, sagt Ralf Schäfer. Der Leiter für Image Processing (Bildverarbeitung) am Berliner Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut (HHI) ist überzeugt, dass die Begeisterung für räumliche Bilder nach den Kinos den Massenmarkt an TV-Geräten in Wohnzimmern und an Spielerechnern in Kinderzimmern erfasst. „Zwar rechne ich nicht damit, dass öffentlich-rechtliche Sender in den nächsten zehn Jahren in 3-D senden, aber es wird in naher Zukunft Spartenkanäle mit 3-D-Inhalten über Satellit geben.“

Bis dahin ist viel zu tun: Schäfer forscht seit rund 20 Jahren mit einem Team von rund 30 Spezialisten am HHI an der dritten Dimension. Nachrichtentechniker, Informatiker, Physiker und Spezialisten für Signalverarbeitung beackern in mehreren deutschen und europäischen Forschungsprojekten die vielfältigen technischen Voraussetzungen neuer Systeme.

Was bisher nur mit Stereobrillen funktioniert – dem linken und rechten Auge möglichst separat eine Ansicht freigeben und so Tiefenwirkung erzeugen -, können jetzt schon sehr teure Displays. Allerdings nur für einen einzigen Betrachter. Wie Displays aussehen, über die mehrere Betrachter die dritte Dimension erleben, daran wird am HHI ebenso geforscht wie an der gesamten Produktionskette, die dahinter steht.

„Die Bildaufnahme wird total entkoppelt von der Bildwiedergabetechnologie“, beschreibt Schäfer die Grundvoraussetzung für eine dreidimensionale Zukunft in rund zehn Jahren. Heute werden die meisten 3-D-Filme mit zwei identischen, parallel ausgerichteten Kameras mit einem Abstand von 65 mm aufgenommen, der in etwa dem Augenabstand entspricht. Sie liefern damit zwei Ansichten, für das linke und das rechte Auge. Für künftige Aufnahmesysteme favorisiert der Forscher zwei bis vier Kameras und Sensoren. Sie sammeln neben den reinen Video- auch Tiefeninformationen über die Anordnung der Objekte im Raum.

Auch Displayforschung hat am HHI einen hohen Stellenwert. Der Vorführraum für die autostereoskopischen Bildschirme im 9. Stock des HHI ist nüchtern, der Effekt mit gestochen scharfen dreidimensionalen Bildern beeindruckend. Auf einem Spezialdisplay mit einem Linsenraster läuft eine Endlosschleife eines Cross-Motorradrennens.

Fast in Echtzeit reagiert das Kamerasystem, das im Display integriert ist, um nach einem kurzen Wegschauen die Augenposition wieder zu erfassen. Bruchteile von Sekunden braucht die Bildverarbeitungseinheit, die für die Augenposition die geometrische Position errechnet und abhängig davon Licht in die Richtung lenkt, so dass das dreidimensionale Bild für den Betrachter scharf ist.

Noch beeindruckender wird es, wenn man ein gegenläufiges Zahnrad, das vor der Nase schwebt, mit dem Finger zur Seite schieben kann, ohne das Display zu berühren. Eine Kameraeinheit erkennt Finger und Gesten in Echtzeit. Während heute berührungsempfindliche Displays die IT- und Unterhaltungselektronik überschwemmen, setzen Klaus Hopf und sein Team auf „Displays und berührungslose Interaktion“.

Der Projektmanager für Interaktive Medien am HHI sieht die berührungslose Schnittstelle zwischen Mensch und Computer bereits im Operationssaal. Vor allem soll die räumliche Darstellung Nutzern helfen, sich besser zu orientieren und Wichtiges von Unwichtigem zu unterscheiden – wie beim 3-D-Cockpit als Navigationshilfe.

Alle autostereoskopischen Displays am HHI sind derzeit auf einen einzigen Betrachter ausgerichtet, der sich kaum bewegt. „Wir arbeiten momentan an Prototypen von 3-D-Systemen für mehrere Betrachter“, sagt Hopf. Auch hier spielen das exakte Erfassen (Tracking) der Augenpositionen, die Entwicklung von Bildverarbeitungssoftware und vieles mehr eine große Rolle.

TV-Hersteller Philips setzt dagegen nicht aufs Tracking der Augenposition. Hier beamt der Fernseher selbst über winzige Linsen vor dem Bildschirm neun oder mehr verschiedene Ansichten einer Szene ins Wohnzimmer. Damit soll sichergestellt sein, dass immer zwei Ansichten die Augen erreichen, selbst wenn sich die Zuschauer bewegen. Das Manko: Wenn der Fernseher immer viele Ansichten erzeugen muss, sinkt die Auflösung um ein Drittel. Fernsehgeräte mit weit höherer Auflösung sind noch unverhältnismäßig teuer. Hopf: „Die eierlegende Wollmilchsau unter den Displays gibt es noch nicht.“

Einen anderen Ansatz auf dem Weg zur Dreidimensionalität verfolgt das Unternehmen Seereal. Die Dresdner zeigen mithilfe eines Prototypen erste farbige Echtzeit-Hologramme: Vor dem Display erscheint ein Abbild als Lichtwolke. Seereal hat Unmengen Patente darauf, wie die Informationen auf ein kleines Betrachtungsfenster je Zuschauerauge limitiert und kleine Subhologramme erstellt werden.

Beim hauseigenen Prototypen sind die Farben noch flau; das dreidimensionale Bild flimmert. „Zusammen mit Displaypartnern in Japan und Südkorea arbeiten wir an neuartigen Displays, um die Helligkeit und den Kontrast zu verbessern“, sagt Hagen Stolle. Der Technikchef von Seereal, sein 20-köpfiges Team und weitere Forschungspartner setzen u. a. auf eine zweite Schicht, die auf das Display „geklebt“ wird.

Sie besteht aus aktiven optischen Ablenkelementen. Das sind kleine Zellen mit Flüssigkeit. Wird Spannung angelegt, kann das von hinten kommende Licht in verschiedene Richtungen geschickt werden. „Electrowetting“ heißt dieses neue Verfahren im Fachjargon. Ziel ist es, dass eine Kamera die Augenposition misst, die Koordinaten an diese neue Komponente schickt und sich diese dann exakt auf die Augen des Betrachters ausrichtet – auch wenn er sich bewegt. Stolle: „Dadurch können wir die Informationen für das Betrachtungsfenster, in dem das dreidimensionale Bild optimal zu sehen ist, enorm reduzieren und es durch Software in einem relativ großen Bereich bewegen lassen.“ Das Hologramm werde den Augen der Zuschauer hinterhergeführt. „Wenn wir die richtigen Partner finden, könnten kleine holografische Displays bereits in zwei Jahren auf dem Markt sein“, ist Stolle überzeugt.

Doch mit der 3-D-Euphorie sind weitere Herausforderungen verbunden: „Die wichtigste Eigenschaft von 3-D ist, dass man auf 2-D umschalten kann“, räumt Schäfer ein. Rund 10 % der Menschen können kein 3-D sehen, nicht alle wollten dies, und schon gar nicht den ganzen Tag. HHI-Forscher Klaus Schenke ist deshalb überzeugt, dass künftige Fernbedienungen ähnlich dem Farbsättigungsregler einen für die Tiefe haben: „Man muss räumliche Effekte individuell abschwächen oder verstärken können, je nachdem, wie weit man vom TV entfernt sitzt oder wie man es mag.“

NIKOLA WOHLLAIB

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