Los secretos de la estereoscopía

Transcripción

1 Los secretos de la estereoscopía ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR EN INGENIERÍA INFORMÁTICA (ETSII) MASTER EN INFORMÁTICA GRÁFICA, JUEGOS Y REALIDAD VIRTUAL Marcos García marcos.garcía@urjc.es

2 Historia Siglo II: Claudius Galenus Siglo III: Euclides Siglo XV: Leonardo da Vinci Siglo XVII: François d'aguilon -> Opticorum Libri Sex philosophis juxta ac mathematicis utiles 1833: Sir Charles Wheatstone primer estereoscopio 1849: Sir David Brewster crea un estereoscopio que funciona con fotografías

3 Historia 1858: Joseph d Almeida primer sistema anaglifo. 1885: Etienne Jules Marey aplica el estero a sus imágenes en movimiento 1903: L Arrivée du train, primer corto en 3D de los hermanos Lumiere 1915: Primer corto comercial. 1922: Primera película 3D: The Power of Love.

4 Historia 1922: Prizma Color y Teleview 1935: Propaganda Nazi 1936: Se aplican los filtros polares al mundo del 3D : Bwana Devil, Dial M for Murder 1982: Se emite un programa de TV en 3D 1986: IMAX 2010: Se emite un evento deportivo. Se venden televisores 3D de forma masiva.

5 RV

6 Podemos confiar en nuestros sentidos?

7 Cómo percibimos la profundidad?

8 Fundamentos de la visión estéreo Nuestros ojos captan dos imágenes desde dos puntos de vista distintos Depende de la separación intraocular (DIO) Entre 45-75mm (65mm es lo habitual) Disparidad o divergencia: entre las dos imágenes existen diferencias en la dirección horizontal Son interpretadas como una única imagen, información de la distancia (fusión y estereopsis) La sensación de profundidad depende de la disparidad y la disparidad de la DIO A mayor DIO mayor disparidad, mejor captación de la profundidad en objetos lejanos

9 Pequeño experimento Los ojos convergen en el pulgar. El fondo se ve doble Los ojos convergen en el fondo. El pulgar se ve doble

10 Fundamentos de la visión estéreo Convergencia: punto en el cual intersecan los ejes ópticos Punto de divergencia 0 En puntos muy alejados los ejes ópticos son casi paralelos La divergencia nunca se produce A partir de ciertas distancias no se distingue la profundidad Depende de las personas Entre los 60 y 100m Acomodación: enfoque óptico de un punto Fusión: proceso conjunto de acomodar un punto y hacer converger los ejes ópticos en él

11 Imagen estéreo Llamaremos imagen estéreo a la fusión de la imagen del ojo derecho con la imagen del ojo izquierdo Cada una de los dos elementos que componen la imagen estéreo recibe el nombre de campo

12 Parámetros estéreo Distancia intraocular (DIO) Distancia al centro de proyección (d) Paralaje (Paralax) Depende de los factores anteriores Traslación horizontal de la imagen HIT Plano de proyección d Cámara Izquierda Cámara Derecha DIO

13 Paralaje Paralax: distancia entre las dos proyecciones de un punto en el plano de proyección Disparidad: distancia entre las dos proyecciones de un punto en las retinas Paralax Disparidad Fusión Estéreopsis Depende de La distancia intraocular A más DIO más paralax

14 Paralaje Tipos de paralaje Según el eje paralaje horizontal paralaje vertical (no debe producirse) Según la distancia Cero paralaje: El punto se encuentra sobre el plano de proyección. (ZPS: Zero Parallax Setting) Paralaje positivo. El punto se encuentra detrás del plano de proyección. Divergente: no debe producirse Paralaje negativo

15 Paralaje paralaje Positivo Cero paralaje paralaje Negativo

16 Horizontal Image Translation Traslación horizontal de los campos del par estéreo Parámetro de ajuste (tunning) HIT paralax HIT no depende de la distancia

17 Problemas a tener en cuenta Relación acomodación/convergencia Imágenes congruentes Bordes Imágenes cruzadas Paralaje vertical y divergente

18 Relación acomodación/convergencia Punto de enfoque Punto de convergencia Acomodación en la pantalla Puede estar por delante o por detrás No hay problema para puntos con 0 paralax Produce Dificultades en la fusión Incomodidad Convergencia Acomodación

19 Relación acomodación/convergencia El efecto depende de: La persona En niños y gente que trabaja con imágenes estéreo e problema es menor Depende de la escena que visualicemos Del tamaño de la pantalla (mejor cuanto más grande) De la distancia al plano de proyección (mejor cuanto mayor) Del tipo de paralaje (mejor el paralaje positivo)

20 Relación acomodación/convergencia Se intenta que el paralaje no exceda los 1 5º Max paralax Max paralax = 2*d*tan (1 5º/2) d 1 5º

21 Imágenes congruentes Las dos imágenes deben tener Congruente brillo Igual intensidad Igual contraste Deben mostrar la misma escena Provoca Dificultades en la fusión

22 Bordes Las imágenes que no están totalmente contenidas en la pantalla dan problemas Imágenes con paralaje negativo El paralaje indica que el objeto está delante de la pantalla El corte con el borde indica que está detrás Son más tolerantes al recorte horizontal que al vertical El paralaje positivo no es un problema

23 Paralaje vertical o/y divergente Nunca debe de producirse Provoca Dificultades en la fusión Incomodidad (incluso malestar) Obliga al ojo a realizar un movimiento no natural Se produce por Movimientos del usuario Utilización de algoritmos equivocados

24 Imágenes cruzadas Este efecto se produce cuando un ojo ve una imagen que no le corresponde Se produce el efecto de imagen fantasma o ghosting Se debe a problemas tecnológicos Problemas con los filtros (movimientos del espectador) Problemas de sincronización con los dispositivos Problemas de latencia de la pantalla o los proyectores

25 Ortoesterografía Buscar imágenes isomorfas con el mundo real Requiere conocer la posición del usuario Imposible si hay mas de un espectador

26 Como mejorar las sensaciones del usuario No buscar la ortoesterografía Controlar el paralaje Central el objeto principal en el plano de proyección Alejar al espectador de la pantalla Situación respecto la pantalla

27 Como mejorar las sensaciones del usuario Estresar la perspectiva

28 Efecto ventana

29 Efecto ventana

30 Tipos de dispositivos Dispositivos activos Muestran alternativamente los campos de una imagen estéreo Requieren mecanismos de sincronización costosos Los proyectores son baratos Dispositivos pasivos Las dos imágenes son mostradas a la vez No requieren mecanismos de sincronización Los proyectores son caros

31 Tipos de dispositivos Anaglifo HMD Proyectores Pasivos: 2 proyectores Filtros: Polares Cromáticos Activos: más de 200Hz Señal de sincronización infrarroja.

32 Tipos de dispositivos

33 Tipos de dispositivos red-green pure red pure green monochrome red-blue pure red pure blue monochrome red-cyan anachrome mirachrome Trioscopic pure red dark red dark red+lens pure green pure cyan (green+blue) cyan (green+blue+some red) cyan (green+blue+some red) pure magenta (red+blue) color (poor reds, good greens) color (poor reds) color (poor reds) color (better reds, oranges and wider range of blues than red/cyan) INFICOLOR complex magenta complex green color (almost full and pleasant natural colors with excellent skin tones perception) ColorCode 3D amber (red+green+neutral grey) pure dark blue (+optional lens) color (almost full-color perception) magenta-cyan magenta (red+blue) cyan (green+blue) color (better than redcyan) Infitec white (Red 629 nm, Green 532 nm, Blue 446 nm) white (Red 615 nm, Green 518 nm, Blue 432 nm) color (full color)

34 Tipos de dispositivos Televisiones actuales: Pasivos: 2 leds por color y punto. Cromáticos. Activos: frecuencias superiores a 200Hz Monitores auto estereoscópicos: Sistema pasivo sin gafas Sistemas volumétricos [X,X]

35 Formatos Líneas entrelazadas Above-below Syde-by-side Red-Cyan Quadbuffer Otros (White line code)

36 Líneas entrelazadas Se utilizan la líneas pares para un campo y las líneas impares para el otro campo Problemas Reduce la definición vertical (menos puntos por columna)

37 Above-below Se divide el área de renderizado verticalmente Debe introducirse como parámetro el tamaño de la línea de separación de campos Problema Pérdida de resolución horizontal

38 Above-below (II)

39 Syde-by-side Se divide le área de renderizado horizontalmente colocando un campo al lado del otro Debe introducirse como parámetro el tamaño de la línea de separación de campos Problema Pérdida de resolución vertical

40 Syde-by-side (II)

41 Red-Cyan Un campo se pinta con tonalidades de rojo y el otro con tonalidades de cian Problemas Suele darse el fenómeno de ghosting Se pierde congruencia entre los campos de la imagen estéreo

42 Quadbuffer Extensión del doblebuffer para estéreo Se utilizan dos buffers para cada campo Problemas Necesita sincronización hardware Necesita una tarjeta con velocidades de refresco altas

43 Implementación Implementación para sistemas con dos planos de proyección (HMD) Implementaciones para sistemas con uno único Toe-in Off-axis

44 Implementación para sistemas con dos planos de proyección Proyección sobre dos cámaras Separadas una distancia DIO Con la misma orientación Parámetros Distancia intraocular (DIO) Cámara Izquierda Cámara Derecha DIO

45 Toe-in Proyección sobre dos cámaras Separadas una distancia DIO Orientadas hacia el centro del plano de proyección Orientación Parámetros Distancia intraocular (DIO) Distancia al plano de proyección (d) Este método introduce paralaje vertical 2d 90º arctan( ) DIO DIO/2 β DIO d α Plano de proyección

46 Toe-in DIO Plano de proyección

47 Off-axis Centro de proyección estéreo (SCOP) w tan( / 2) h a 2 arctan( ) h tan( / 2) 2d w 2 arctan( 2d ) h w d d h w SCOP SCOP

48 Off-axis Centro de proyección del campo izquierdo (LCOP) w/2+dio/2 d LCOP q DIO r t ) 2 2) / tan( arctan( ) 2 arctan( 2)) / tan( ' arctan( ) 2 2) / tan( arctan( ) 2 arctan( 2 2) / tan( 2) / tan( ' d DIO a d DIO w a d DIO a d DIO w h DIO a h DIO w a r q q q t t

49 Off-axis Off-axis

50 Off-axis Proyección sobre dos cámaras Separadas una distancia DIO Con la misma orientación Parámetros Distancia intraocular (DIO) Distancia al plano de proyección (d) Ángulo de apertura vertical ( ) o tamaño de la pantalla Relación altura (h) anchura (w), aspect-ratio (a=w/h)

51 Off-axis Creación del frustrum en opengl

52 Off-axis Creación del frustrum en opengl

53 Dudas???

54 Bibliografía Virtual Reality Technology (Second Edition) Grigore C. Burdea, Philippe Coiffet Ed. Wiley-IEEE Press, o/stereo-handbook.pdf on/stereorender/ Calculating Stereo Pairs 3D Stereo OpenGL example A portable rear projection stereoscopic display html