Fotografía en 3D. Introducción: Los Precursores:

Transcripción

1 Fotografía en 3D Pedro Martín Enrile Introducción: Los Precursores: La estereoscopía fue descubierta por Charles Wheatstone en Este descubrimiento provocó un gran alboroto y durante décadas, las vistas estereoscópicas maravillaron a todas las clases sociales. Se puede comparar la admiración y la sorpresa creada por los estereogramas de la época con la aparición del cine y más tarde de la televisión. En 1849, David Brewster diseñó y construyó la primera cámara fotográfica estereoscópica, con la que obtuvo las primeras fotografías en relieve. Construyó también un visor con lentes para observarlas (estereoscopio de Brewster). Posteriormente, Oliver Wendell Holmes, en 1862, construyó otro modelo de estereoscopio de mano, similar al de Brewster, pero con lentes prismadas que se hizo muy popular a finales del siglo XIX. 1

2 Percepción de un objeto en el espacio: Algunos conceptos básicos Gracias a la frontalización de los globos oculares y al desarrollo de ciertas áreas visuales que se encargan del procesamiento de la información visual (V3 y V5 para la codificación del movimiento y la estereopsis), el hombre puede disfrutar de visión estereoscópica. La visión estereoscópica es el resultado de la integración a nivel cerebral de las imágenes recogidas por la retina del ojo izquierdo y derecho simultáneamente. La percepción de relieve viene dada por la separación existente entre ambos ojos. Para una persona con visión binocular normal, cuando mira un objeto, los ejes visuales convergen sobre ese objeto y se produce una imagen simple. Sin embargo, cuando los ejes visuales se cruzan por delante o por detrás del objeto, éste se ve doble. 2

3 Un observador normal, cuando observa dos puntos P y Q en el mismo plano, los percibe a la misma distancia. Sin embargo, cuando estos dos puntos están en planos distintos, pero muy próximos entre sí, el observador los percibirá a diferente distancia. Así, la estereopsis sólo aparece cuando el observador tiene visión binocular normal y cuando los dos planos son diferentes pero próximos entre sí. Si ahora, estos puntos P y Q, situados delante de los ojos se alejan entre sí, si el observador fija al punto P, el punto Q será percibido doble. De la misma manera, si el observador fija a Q, P será percibido doble. a este fenómeno se le llama diplopía Fisiológica. Este fenómeno sería extremadamente molesto en nuestra vida cotidiana si no existieran mecanismos de adaptación cortical que hacen que esto no sea percibido. Cuando un observador fija un punto P con sus dos ojos, se puede determinar experimentalmente un volumen en el espacio (Alrededor de P) para el cual, cualquier punto situado dentro de dicho espacio, es percibido simple. A este espacio se le llama Horóptero. Todos los puntos contenidos en el espacio C son vistos simples y parecen estar situados a la misma distancia que P. Todos los puntos situados en los espacios S1 y S2 sólo son percibidos simples si están delante o detrás de P. Todos los puntos situados en D1 y D2 son percibidos dobles cuando el observador fija P. C, S1 y S2 constituyen el espacio volumétrico Horóptero. Estereogramas: Un par estereoscópico está compuesto de dos figuras análogas (Parecidas, pero no iguales), cada una de ellas percibida por un solo ojo. Esto se consigue mediante cualquier procedimiento haploscópico de separación (Estereoscopios, proyección con filtros polarizados, filtros anaglifos R/V-, diplopía fisiológica, etc). Las pequeñas diferencias entre las dos figuras análogas producen pequeñas disparidades de elementos correspondientes de cada una de las dos figuras creando la sensación de relieve. 3

4 Carta estereoscópica G de Javal (1896) Cuando un observador fusiona la figura de arriba, percibe 3 figuras, siendo la figura central la binocular y la vista en relieve. Si esta figura se fusiona mediante un estereoscopio, sólo se percibe una figura en relieve. Par de fotografías estereoscópicas: Se podría decir que ésta es la presentación más clásica de la fotografía estereoscópica. Para visionar los pares estereoscópicos, se suele utilizar cualquier tipo de estereoscopio, siendo el más común el tipo Brewster-Holmes. Anaglifos: En este sistema de presentación se utilizan dos filtros de colores Rojo y Verde (En algunas ocasiones se utiliza el Azul o el Cian). Para crear este tipo de imágenes, partiendo del par estereoscópico y con la ayuda de un programa de edición de imágenes se aplica a cada una de ellas un filtro de color; por ejemplo, a la imagen correspondiente al ojo izquierdo, el Rojo y a la imagen correspondiente al ojo derecho el Verde. Después, se superponen las imágenes modificadas. El resultado es una imagen en la que al visionarla con las gafas R/V se tiene la sensación de relieve, ya que con cada ojo sólo se puede ver un color. 4

5 La imagen presentada por ejemplo en rojo no es vista por el ojo que tiene un filtro del mismo color, pero si que ve la otra imagen en azul o verde. Este sistema, es muy popular debido a su bajo coste y se emplea sobre todo en publicaciones y monitores de ordenador. Normalmente se sitúa el filtro rojo en el ojo izquierdo, y el azul en el ojo derecho. Los puntos en contra son: Alteración de los colores Pérdida de luminosidad Cansancio visual después de un uso prolongado. (?) Polarizados: Este sistema de presentación de imágenes está reservado normalmente a sistemas de proyección. Es necesario disponer de dos proyectores de diapositivas (o multimedia si se trabaja con fotografía digital) a los que se les ha adaptado a cada uno de ellos un filtro polarizador cuyos ejes son perpendiculares entre sí. Cada imagen del par estereoscópico es colocada en un proyector y se proyectan de forma simultánea sobre una pantalla. Los espectadores necesitan usar gafas con cristales polarizados a los mismos ejes que los proyectores, de tal manera que cada ojo sólo podrá ver una de las dos imágenes Estereogramas de puntos aleatorios (RDS o EPA): Fundamentos Como se ha dicho antes, un estereograma es un par de imágenes análogas, que al ser fusionadas, dan la ilusión de relieve. Pero la percepción estereoscópica de este par de imágenes no hace aparecer una nueva forma. El primero en desarrollar este tipo de estereogramas fue el Dr. Béla Julesz1 en el año En los RDS cada parte del estereograma está constituida por puntos dispuestos aparentemente al azar. En visión monocular, el observador percibe un conjunto de puntos aparentemente desordenados, pero en condiciones binoculares, de ese conjunto de puntos surge una determinada forma que sobresale del fondo. (Un círculo en la figura de abajo) Para crear un estereograma de este tipo se empieza por definir el fondo y la forma en las dos partes del estereograma, introduciendo un desfase o desajuste entre el fondo y la forma. 1 Budapest, Hungría el New Jersey, EEUU

6 Después, tanto el fondo como la forma son recubiertos por dos tramas distintas, pero del mismo tipo, para que el camuflaje sea perfecto. Así, en visión monocular es imposible distinguir la forma del fondo, pero cuando las dos partes del estereograma son fusionadas, el conjunto de puntos de la forma es percibido a una profundidad diferente del conjunto de puntos que constituyen el fondo. (Ver siguiente figura) Autoestereogramas: Después de estos estereogramas, surgieron los Autoestereogramas o Estereogramas de Imagen Única (S.I.S. -Single Image Stereogram- o S.I.R.D.S -Single Image Random Dot Stereogram), en los que ya no hacen falta las dos imágenes de puntos aleatorios. En éstos, es necesario hacer la divergencia (o convergencia) necesaria para conseguir fusionar los puntos correspondientes para poder percibir la imagen en 3D. El primero en crear este tipo de estereogramas fue Christofer W. Tyler2, en Para desarrollar los S.I.R.D.S. combinó el efecto del papel pintado, descubierto por Brewster poco después del descubrimiento de la estereopsis y los estereogramas de puntos aleatorios de Béla Julesz. 2 Discípulo de de Béla Julesz. Trabajron juntos en los laboratorios Bell (EEUU) 6

7 Alternativo (Gafas de conmutación): Este sistema se utiliza únicamente en monitores de ordenador, TV y cines 3D de última generación. Con este sistema se presentan en secuencia y alternativamente las imágenes izquierda y derecha, sincronizadamente con unas gafas dotadas con obturadores de cristal líquido (Liquid Crystal Shutter glasses -LCS- o Liquid Crystal Display glasses -LCD-), de forma que cada ojo ve solamente su imagen correspondiente. Cuando se muestra la imagen del ojo derecho, las gafas obturan el ojo izquierdo impidiendo que éste vea la imagen y viceversa, cuando se muestra la imagen correspondiente al ojo izquierdo, las gafas obturan el ojo derecho. Cuando este proceso se realiza a una frecuencia alta (120 Hz), el parpadeo es imperceptible y se crea la ilusión tridimensional. Imagen OI Imagen OD Imagen estéreo sin las gafas de conmutación. 7

8 Pantallas Autoestereo: Una pantalla 3D, o pantalla tridimensional, es una pantalla capaz de mostrar imágenes tanto estáticas como dinámicas, con sensación real de volumen, sin necesidad de utilizar ningún tipo de elemento delante de los ojos (gafas rojo-verde, polarizadas, etc), y sin perder además nada de la calidad o colorido de la imagen original (no es un holograma). Todas ellas emplean variantes del sistema lenticular, es decir, microlentes dispuestas paralela y verticalmente sobre la pantalla del monitor, que generan una cierta desviación a partir de dos o más imágenes (normalmente entre 2 y 8). Las imágenes mostradas en las pantallas 3D, salen de la pantalla, con gran realismo. Las láminas lenticulares son láminas de plástico con una serie de microlentes verticales semicilíndricas que se colocan sobre el monitor. La hoja lenticular se diseña de tal forma que la luz paralela que llega a la hoja es enfocada sobre los pixeles de la pantalla. Cada lente se encarga de la información de la parte de la imagen que se encuentra detrás de ella y dirige la luz en diferentes direcciones. De este modo aparece distintas imágenes en función de la posición desde donde se mire al lenticular. Los lenticulares se pueden utilizar también con un monitor u otro dispositivo de visualización 2D para producir una imagen tridimensional dinámica. Dispositivos Volumétricos: Son todos aquellos dispositivos que son capaces de mostrar imágenes tridimensionales dentro de un volumen. Como las imágenes volumétricas ocupan físicamente un espacio 3D, se muestran automáticamente a uno o varios observadores deforma tridimensional y el objeto presentado puede ser visto desde todos los puntos de vista. Los dispositivos volumétricos permiten que las imágenes puedan ser vistas por varios observadores al mismo tiempo y desde cualquier orientación. 8

9 Existen diferentes tipos de dispositivos volumétricos como los de volumen dinámico, de espejo oscilante, de espejo varifocal, el sistema Felix 3D o el Perspecta Spatial 3D que en este resumen sobre fotografía estereoscópica no voy a desarrollar. La Toma Fotográfica: Nociones básicas Para la toma de pares estereoscópicos podemos utilizar una sola cámara o dos cámaras iguales cuyo mecanismo de obturación esté sincronizado. 1. Una sola cámara: a) Cámaras de doble objetivo: Estas cámaras tienen dos objetivos cuya separación entre ejes ópticos es aproximadamente nuestra distancia interpupilar (64 mm aprox.). Cuando se toma la fotografía, se obtienen simultáneamente los dos fotogramas correspondientes al ojo derecho (OD) y al ojo izquierdo (OI). Entre las décadas de 1940 a 1960 varios fabricantes disponían de varios modelos, como la Kodak Stereo de 1954 o la cámara rusa Lomo Sputnik fabricada hasta Debido al desuso de este tipo de cámaras, pocas marcas siguen fabricando este tipo de cámaras, aunque algunas como Loreo disponen todavía de algún modelo, así como divisores de haz para colocar en las cámaras réflex convencionales. Dispositivo de espejos de Asahi Pentax para fotografía 3D 9

10 b) Dos tomas consecutivas: Con este sistema utilizaremos nuestra cámara habitual para tomar el par estereoscópico. Para ello, es necesario tomar la primera foto, por ejemplo la correspondiente al OI y luego desplazaremos la cámara hacia la derecha lo necesario para tomar la foto correspondiente al OD. Para realizar la toma con precisión, es imprescindible una regla deslizante y un trípode para montar la cámara. 2. Dos cámaras: Se usarán dos cámaras iguales montadas sobre una regla cuyo mecanismo de obturación esté sincronizado. La separación de las dos cámaras podrá ser fijo a variable, dependiendo del modelo de la regla (O de la habilidad manual para hacer bricolaje del fotógrafo) 3. Escáner plano: Podemos utilizar el escáner plano para tomar las dos fotografías estereoscópicas de objetos pequeños. La fotografía correspondiente al OD la haremos situando el objeto en el lado izquierdo del escáner y la fotografía correspondiente al OI situando el objeto en el lado derecho del escáner Una vez tenemos los dos escáners, se procesan como se quiera con un programa de edición de imágenes. Par estereoscópico o anaglifo. 10

11 Como norma general, los ejes ópticos de las dos cámaras deberán estar paralelos entre sí en el momento de la toma fotográfica. Solo cuando queramos fotografiar objetos muy cercanos, o usemos teleobjetivos los ejes ópticos de los objetivos de las cámaras deberán converger entre sí. Cuando esto ocurra, se deberá tener mucho cuidado en el encuadre, ya que éste será crítico para obtener un buen par estereoscópico. Algunos cálculos: Para la toma de pares estereoscópicos debe haber una separación determinada entre las dos cámaras, o si se utiliza una sola cámara, entre la primera fotografía y la segunda. Hablaremos de distancia interaxial (di) a la distancia entre los dos ejes ópticos de los objetivos de cada cámara. Podemos utilizar los siguientes sistemas para determinar esta distancia interaxial: 1. Sin cálculo: a) Burdo: Simplemente, tomamos la 1ª fotografía correspondiente al OI, damos un paso lateralmente a la derecha y tomamos la 2ª fotografía correspondiente al OD procurando mantener el mismo encuadre. b) Algo más fino: Mirando a través del ocular con el OI tomamos la 1ª fotografía. Luego hacemos la misma fotografía mirando con el OD a través del ocular. (Estaremos tomando dos fotos a nuestra Distancia Interpupilar -DIP-) 11

12 2. Con cálculo: a) Por triangulación (Semejanza de triánguos): Utilizaremos la siguiente expresión matemática: DIP= Distancia Interpupilar= 64 mm=0,064 m di= Distancia Interaxial. L= Distancia al objeto. K= Distancia virtual a la que se quiere observar. Con esta expresión buscamos qué distancia di debemos separar las dos cámaras para tener la sensación de relieve que tendríamos si el objeto que fotografiamos estuviera a la distancia K (Por ejemplo a 3 m) b) Regla del 3%: Calcularemos el 3% de la distancia al objeto a fotografiar. Esta regla sale de la expresión del apartado a), suponiendo: DIP= 60 mm K= 2m Es decir, con esta regla buscamos el efecto estéreo que tendríamos si el objeto lo observáramos a 2 m de distancia. c) En función de la distancia focal (fc) del objetivo de la cámara: Si deseamos que las fotografías estereoscópicas tengan la misma profundidad con la que vemos normalmente, independientemente del objetivo que utilicemos en la cámara, la siguiente expresión nos dará la distancia Interaxial. di= Distancia Interaxial. DIP= Distancia Interpupilar fo= Distancia focal equivalente a la visión del ojo humano fc= Distancia focal del objetivo de la cámara Ejemplo: Quiero fotografiar una escena cuyo primer plano está situado a 4,5 m. Qué distancia interaxial deberá haber entre las dos tomas para obtener el par estereoscópico, suponiendo que mi cámara dispone de un objetivo de 35 mm de focal, la distancia interpupilar es de 64 mm y la distancia virtual a la que se quiere observar es de 2 m. DIP= 64 mm L= 4,5 m fc= 35 mm K= 2 m De la expresión a), la di =14,4 cm. Por la regla del 3%, la di =13,5 cm. De la expresión c), la di =9,14 cm. Si ahora consideramos la DIP= 60 mm De la expresión a), la di =13,5 cm. Por la regla del 3%, la di =13,5 cm. De la expresión c), la di =8,6 cm. 12

13 Cuando trabajamos con dos cámaras para tomar los pares estereoscópicos de forma simultánea, puede darse el caso que la distancia interaxial sea demasiado grande, aún cuando las dos cámaras están una junto a la otra. Para estos casos, mediante un sencillo cálculo, podemos saber cual sería la distancia focal equivalente para que al observar el estereograma, no se produzca una apariencia exagerada, principalmente en los primeros planos. f = Distancia focal del objetivo de la cámara DIP= Distancia interpupilar di= Distancia Interaxial. Ejemplo: DIP=64 m.m. di=140 m.m. Aplicando la fórmula de arriba, obtenemos que para conseguir un efecto estereoscópico sin exageraciones, la distancia focal a utilizar es 22,86 mm (23 mm aprox.). Así la focal que más se aproxima sería un f=24 mm. (O la óptica con la focal más parecida que dispongamos) 13

14 Procedimiento para crear Anaglifos con Photoshop: 1. Tomar la 1ª fotografía. (Por ejemplo la correspondiente al OI) 2. Tomar la 2ª fotografía con el desplazamiento adecuado respecto de la primera. (Por ejemplo la correspondiente al OD) 3. Volcar ambas fotografías al ordenador. (Si se trabaja con película convencional, revelar y luego digitalizar las imágenes) 4. Abrir la imágenes con Photoshop. 5. Ajustar niveles si fuese necesario. 6. Aumentar en ambas imágenes la saturación hasta un valor de 60: Imagen- AjustesTono/Saturación. 7. Convertir la Imagen derecha a Cian: Imagen-Ajustes-Niveles-Seleccionar el Canal Rojo y cambiar el segundo item a 0-Click Ok 8. Convertir la Imagen izquierda a Rojo: Imagen-Ajustes-Niveles-Seleccionar el Canal Verde y cambiar el segundo item a 0. Hacer lo mismo con el canal Azul-Click Ok 9. Seleccionar la imagen D- Selección-Todo y copiarla al portapapeles. 10.Crear un nuevo documento. Fondo Transparente. 11.Copiar la imagen D en el nuevo documento. 12.Seleccionar la imagen I y copiarla en el portapapeles (Como se hizo en el punto 9) 13.Seleccionar el nuevo documento y crear una nueva capa. Pegar en esta nueva capa la imagen I. Cambiar el modo de fusión a Trama. 14.Desplazar las dos capas entre si para lograr el efecto deseado (Con las gafas R/V puestas) 14.1.Para desplazar las capas horizontal o verticalmente, seleccionar la herramienta Mover y utilizar las flechas de cursor,,, Para corregir el ángulo, rotar la capa, Activar la capa-edición-transformarrotar- Intro. 15. En Capas- Acoplar imagen 16.Guardar el archivo. Utilización de software específico: En la actualidad se puede encontrar con facilidad software específico para crear diferentes tipos de estereogramas y para diferentes sistemas operativos. Como ejemplo se podrían citar los siguientes programas: Programa Plataforma 3D Maker Mac OS y Windows Anaglyph Maker Windows Plascolin Linux Algunos recursos en la red: