3D-Wahrnehmung - Universität Ulm

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4.1 Lineare Perspektive Projiziert man eine dreidimensionale Szene auf eine zweidimensionale Bildfläche, so erhalten wir einen einfachen geometrischen Effekt, die sog. lineare Perspektive. Parallele Linien scheinen mit zunehmender Distanz immer mehr zu konvergieren und im Fluchtpunkt, der sich meistens am Horizont befindet, aufeinandertreffen (z.B. Eisenbahnschienen). Abb. 16: Lineare Perspektive 4.2 Perspektivische Verkürzung Durch die perspektivische Projektion (Zentralprojektion) werden vom Betrachter entfernte Objekte kleiner dargestellt als nähere. Das zugrundeliegende Verhältnis zwischen Größe und Entfernung erlaubt die Abschätzung der Distanz zum Objekt sofern der Betrachter die Größe des Objektes kennt und umgekehrt. Sind jedoch weder Größe noch Entfernung zum Objekt bekannt, ist es nicht möglich die projektive Mehrdeutigkeit aufzulösen. 5. AUSWIRKUNGEN DER BEWEGUNG AUF DIE 3D-WAHRNEHMUNG: BEWEGUNGSINDUZIERTE 4 TIEFEN- KRITERIEN Bei Bewegungen handelt es sich um wahrgenommene Änderungen im Bild. Dabei werden Bildteile verschoben, eine örtliche und zeitliche Auswertung der Änderung im Bild ist notwendig. Nicht als Bewegung des Objektes wahrgenommen werden, sollen beispielsweise hingegen Verdunkelung oder Erhellung des Objektes oder das Absuchen der Szene mit einem Scheinwerfer. Ebenfalls ein wichtiger Punkt bei der Wahrnehmung von Bewegung ist das Abstimmen mit vorhandenen Informationen über die eigene Bewegung, so dass Eigenbewegung und Bewegung des betrachteten Objektes unterschieden werden können. Ein bekanntes Beispiel ist jenes, wo dem Betrachter eines sich langsam bewegenden Zuges ohne Beachtung der restlichen Umwelt nicht sofort offensichtlich erscheint, ob sich der 4 Tiefenkritierien, die aus der Bewegung des Beobachters oder der Bewegung von Objekten in der Umwelt hervorgehen (z.B. Bewegungsparallaxe). betrachtete oder der Zug in dem der Betrachter sitzt in Bewegung ist. Durch die Bewegung gelangt der Betrachter zu einer Reihe von leicht unterschiedlichen Bildern. Aus dieser Abfolge von Bildern wird ein räumlicher Eindruck geschaffen, wobei zwei Hauptmechanismen wirksam werden: 5.1 Die Bewegungsparallaxe Das Konzept der Parallaxe ist für die Täuschung des Gehirns wichtig, eine 2D-Szene für dreidimensional zu halten, mit dem man einfache, aber überzeugende 3D-Darstellung erzeugen kann. 5.1.1 Definition der Parallaxe Parallaxe ist das Phänomen, nach dem sich ein Objekt in bestimmter Entfernung vom Betrachter schneller zu bewegen scheint als ein weiter entferntes Objekt mit gleicher Geschwindigkeit. Ein Beispiel aus dem täglichen Leben kann dies verdeutlichen. Beim Fahren auf der Autobahn schaut man aus dem Seitenfenster. Es fällt auf, dass die Bäume gleich neben der Fahrbahn ziemlich schnell vorüberziehen, während weiter entfernte Berge sich kaum zu bewegen scheinen. Diese wahrgenommene Geschwindigkeitsdifferenz wird der Parallaxeneffekt genannt. Abb. 17: Das Phänomen der Bewegungsparallaxe 5.1.2 Entstehung der Parallaxe Die geometrische Analyse in Abbildung 18 zeigt den Grund für die Parallaxe. In dieser Abbildung haben wir zwei Punkte, einen näher zum Auge (weiß) und einen weiter entfernt (schwarz). Angenommen, beide Punkte bewegen sich die gleiche Strecke von links nach rechts. Die wahrgenommene Bewegung ist die Bewegung der von der Netzhaut aufgenommenen Punkte, welche von der Geometrie der einfallenden Lichtstrahlen bestimmt wird. Wie man mit Hilfe der Abbildung 18 unschwer erkennen kann, ist die wahrgenommene Geschwindigkeit um so größer, je näher der Punkt dem Auge ist. Mit anderen Worten, die wahrgenommene Bewegung verhält sich umgekehrt zur Distanz vom Auge.
Abb. 18: Analyse der Parallaxe 5.1.3 Bedeutung der Parallaxe Die Parallaxe ist von Bedeutung, weil sie dem Betrachter visuell suggeriert, dass die Objekte unterschiedlich weit entfernt sind und auf diese Weise die Illusion dreidimensionaler Tiefe hervorruft. Wir sind in unserem täglichen Leben so an das Sehen und Erleben von Parallaxen gewöhnt, dass jede der Parallaxe ähnliche Bewegung leicht als Parallaxe interpretiert wird und ein Gefühl von Tiefe entstehen lässt. 5.2 Der kinetische Tiefeneffekt Dieser Spezialfall der Bewegungsparallaxe entsteht dort, wo sich ein Objekt durch den Raum bewegt oder an der Stelle rotiert. Auch hier gibt uns die Abfolge der wahrgenommenen Bewegungen und Formen des Objekts Informationen über seine räumliche Gestalt und seine Position im Raum. Beispiel: Sehen wir einen Zug exakt von vorne, so fehlen uns wichtige Informationen über die räumliche Beschaffenheit des Zugs (z.B. die Länge). Bewegt sich aber der Zug neben uns vorbei, so kann die räumliche Ausdehnung und Gestalt des Zuges etwa eingeschätzt werden. Abb. 19: Der kinetische Tiefeneffekt 6. 3D-WAHRNEHMUNG MIT HILFE VON ANAGLYPHENBRILLEN Es gibt eine große Anzahl verschiedener Möglichkeiten, Bilder dreidimensional, also mit räumlicher Wirkung, darzustellen. Für die meisten dieser Verfahren werden verschiedene Brillen benötigt. 6.1 Arten von Anaglyphenbrillen Die rot/grüne und die rot/blaue Anaglyphenbrille ist besonders geeignet zur Betrachtung spezieller gedruckter Bilder (Anaglyphe 5 ). Auch zur plastischen Darstellung von Anaglyphen- Bildern auf Monitoren oder mit Video-Beamern geeignet. Abb. 20: rot-grüne und rot-blaue Anaglyphenbrille Die rot/cyan-Brille löst nach und nach die Verfahren rot/grün und rot/blau ab. Sie ermöglicht eine bessere Farb-Darstellung als die beiden anderen Techniken. Abb. 21: rot-cyan Anaglyphenbrille 5 Ein in Komplementärfarben etwas seitlich verschoben übereinander gedrucktes und projiziertes Bild, das beim Betrachten durch eine Farbfilterbrille (Anaglyphenbrille) mit gleichen Komplementärfarben räumlich erscheint.
Seite 1 und 2: Hauptseminar: Modelling & Rendering
Seite 3 und 4: 2.5 Visuelle Wahrnehmung von Punkte
Seite 5: Abb. 12: Schattenprojektion auf ein

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