Stereoskopische Ansichten von der Welt oder „Himmlische Körper in 3D“ von Ralf Fackiner post@anralf.de Teil 1: Grundlagen Noch von dieser Welt: Mono-Blick auf meinen Wohnort (links hinter dem Busch!)

Teil 1: - Erstellen, Bearbeiten und Betrachten von digitalen Fotos in Kreuzblickmontage - Leistung von Auge und Gehirn - Anwendungen ACHTUNG: Die Präsentation ist in der Erprobungsphase. Daher keine öffentliche Weitergabe! Nur zur Durchsicht an Einzelpersonen. Danke! Alle Bilder -soweit nicht anders vermerkt - Copyright Ralf Fackiner 2003 Dieser Teil gehört zu einer größeren Präsentation, die astronomische Anwendungen einschließt.

Wir haben manches doppelt, z. B. OHREN! Warum? Ein Grund: Wenn wir auf dem linken Ohr liegen, können wir noch mit dem rechten hören. Ebenso wichtig: Wenn wir wissen wollen, wo der Störenfried steckt, ist das mit zwei Ohren schneller zu schaffen. Dabei bilden Ohren/Gehirn ein Präzissionsmessinstrument!

Vom Schallerzeuger kommend trifft die Schallwelle etwas eher auf das rechte als das linke Ohr. Können wir den Unterschied wahrnehmen, brauchen wir nur noch die Richtung feststellen, in der sich kein hörbarer Unterschied mehr ergibt. Längerer Schallweg Weicht die Entfernung nur um 2cm ab, hören wir bereits einen Laufzeitunterschied! Gibt es keine Differenz, schauen wir dem „Feind“ (fast) direkt ins Auge!

Dabei errechnet sich Erstaunliches: Für 2 cm Wegdifferenz benötigt der Schall lediglich t (Sekunden): Rechnung: 340 m in 1 s (Schall in Luft durchschnittlich) und da es nur um 2 cm geht (1/50 m) t = 1 s : 340 : 50 = 1/17ooo Sekunde! Das ist viel genauer, als so manche Stoppuhr mit ihren 1/100 Sekunden-Ablesung!

Nun haben wir ja auch zwei Augen! Damit wir immer mal eines zudrücken können! Oder gibt es andere Gründe? Vielleicht etwas mit den Ohren Vergleichbares? Vor Ihnen liegt eine Schraube. Zwei Fotos geben die beiden Bilder wieder, die das linke und das rechte Auge sehen -sie sind verschieden! Die Kombination Augen - Gehirn hat u.a. eine erstaunliche Fähigkeit entwickelt, geringste Unterschiede zwischen zwei Bildern zu erkennen und daraus Informationen über die Anordnung von Körpern im Raum zu gewinnen. Frage: Welches der beiden Bilder entsteht im linken Auge?

Zwei Fotos geben die beiden Bilder wieder, die das linke und das rechte Auge sehen. Das ist hier gut zu entscheiden! Denn ein Auge sieht auf die Fläche des Schraubenkopfes. Und das kann nur das RECHTE sein! Und das sieht das linke Auge! Ansicht von rechts!

JEDES Auge sieht SEIN Bild. Und die sind in der Regel verschieden. Diesen regelmäßigen Körper kennen Sie bestimmt. Es ist ein PENTAGONDODEKAEDER mit ... Flächen. Welches Bild gehört nun zum rechten Auge? LINKES Auge RECHTES Auge.

Wollen wir einen Gegenstand natürlich-räumlich abbilden, müssen wir die Bilder beider Augen konservieren. Und diese Bilder sind in der Regel verschieden! Umgekehrt gilt: Wollen wir einen Gegenstand auf einer Abbildung natürlich-räumlich sehen, müssen wir dem Gehirn wieder die beiden Bilder liefern, aus denen es die Informationen für den Raum zurück gewinnt.

Es folgen zunächst Informationen zur Frage: Wie gewinnen wir nun die beiden unterschiedlichen Bilder? Anschließend wird besprochen: Wie präsentieren wir sie wieder unseren Augen?

Aufnahmen mit einer normalen Kamera Ein Zielpunkt X Man fotografiert zwei Bilder nacheinander mit etwas seitlichem Versatz, so etwa 7cm (Augenabstand). Waagerecht halten! Das ergibt dann zwei Bilder auf dem Film, die -gemeinsam betrachtet- das Stereobild ergeben.

Meine echten Stereokameras FED Kleinbild Sputnik 6x6 Format Betrachter für 6x6

Zwei Bilder auf einem Negativ - Strahlenteiler Die im Augenabstand aufgenommenen Bilder werden nebeneinander auf den Film projiziert. Sie können anschließend z.B. mit dem Strahlenteiler wieder betrachtet oder ausgedruckt werden. Anordnung parallel.

Meine Stereo-Aiptek 2 x 1,3 Mpixel Viele fotografieren heute mit Digitalkameras. Im Prinzip hat sich dadurch bei der Aufnahmetechnik nichts geändert. Man kann wieder beide Fotos gleichzeitig machen, z. B. mit zwei gekoppelten Fotoapparaten Meine Stereo-Aiptek 2 x 1,3 Mpixel

Man aber auch mit einer Kamera auskommen, und die Fotos nacheinander machen. Wobei es eine wichtige Einschränkung gibt! Und das könnte sein? So bleiben bitte! Ich hab´s gleich! Beim zweiten Foto ist er weg!

Kurz zur Wiedergabe der Bilder OHNE Computer! 2 Folien einfügen

Entwickeln und Bearbeiten der Fotos, die mit einer Kamera gemacht wurden. Es gibt Programme, die (fast) alles automatisch können - siehe CRANAG * Hier zunächst eine kurze Beschreibung für die Kreuzblickmontage mit einem der üblichen Bildbearbeitungsprogramme: ULEAD iPhoto Express4 - für alle, die erstmal ohne weiteren Aufwand beginnen wollen. 1. Beide Einzelbilder laden, dann HEFTEN oder Einfügen (linkes nach rechts bei Kreuzblickmontage) 2. Gleiche Neigung? Nein? DREHEN! * später im Anhang

3. Untere Kante anpassen VERSCHIEBEN 4. Seitlich angleichen SCHNEIDEN VERSCHIEBEN

5. Größendifferenzen ausgleichen stürzende Linien beseitigen VERZERREN 6. Konfektionieren = Letzter Schnitt - Abmessungen festlegen - Rahmen Beim Rahmen: Scheinfensterebene des Raumbildes festlegen, um Objekte mehr oder weniger aus der Ebene des Rahmens heraus treten zu lassen. Siehe dazu Beispiele im Anhang

Wiedergabe der Stereos Druck Dias: 1. Betrachter 2. Projektion Computer: 1. Monitor - Kreuzblick - Parallel - Anaglyphen rot/cyan rot/grün - Shutterbrillen Das steht hier im Vordergrund! Anaglyphen folgen gegen Ende.

Anleitung für die Betrachtung mit dem Kreuzblick „Schielen - nach Innen“ Beim Lesen halten wir Text so etwa 20 - 30 cm entfernt. Die Augen blicken auf einen Punkt, schielen nach innen. Gleichzeitig fokussieren wir auf diesen Nahpunkt. Das ist auch die Stellung der Augen beim „Kreuzblick“. Das Ziel (Bild) rückt weiter weg, es wird weniger stark fokussiert, evtl. aber mehr geschielt, wenn das Bild groß und nahe ist. Das ist aber ungewohnt! Daher ist meist etwas Übung notwendig. Anfangs nicht zu nahe sitzen und gleichzeitig sehr große Abbildungen betrachten. Evtl. wird noch etwas mehr geschielt, wenn man nahe sitzt.

Am Beispiel eines für den Kreuzblick montierten Stereobildes, der Pergola in Tazacorte, soll das Betrachten erklärt werden. Zunächst die Anleitung lesen, dann evtl. nochmal hierher zurück gehen. Anschließend das erste und die weiteren Beispiele zum Einüben nutzen. Man erkennt: Die rechte Hälfte zeigt das Bild, das vom linken Auge gesehen wird und die linke Seite des Doppelbildes gehört dem rechten Auge.

Setzen wir uns vor den Monitor - in Armlängenabstand oder etwas weiter entfernt! Beide Augen offen lassen, Bild fokussieren. Den Zeigefinger soweit entfernt halten, dass er -unscharf- in der Mitte der Einzelbilder erscheint, später etwas zum unteren Rand ziehen.

Finger so lassen und nun auf die Fingerspitze fokussieren - wir sollten nun die Fingerspitze scharf sehen. In diesem Moment erscheint automatisch ein drittes Bild - Meist nicht stabil, es kommt und geht. Die äußeren Bilder sind unscharf und kleiner. Wir müssen versuchen, das mittlere, das Raumbild stabil zu halten = ÜBEN! - das Raumbild !

Und jetzt mal am Stereobild versuchen. Gleiche Schritte! Damit es leichter fällt, wird der gesamte Hintergrund abgedunkelt. Zur Erinnerung läuft die Anleitung nochmal langsam mit. Sie können natürlich nochmal zwei Seiten zurück gehen, um sich die beiden Schritte zum Raumbild einzuprägen.

1. Zeigefinger so weit von den Augen entfernt halten, dass er unscharf in der Mitte beider Bilder erscheint. Augen auf Bild fokussieren! 2. Augen auf die Fingerspitze fokussieren - 3. Bild (Raumbild) erscheint. WEITER? 3. Fingerspitze nach unten wegziehen.

Tricks zum besseren Betrachten: Nimmt man die Hände zur Hilfe, kann man die beiden äußeren Bilder abdecken. Man sieht jetzt nur noch das Raumbild! Ist das Bild zum Monitorgehäuse passend gerahmt, hier reicht bereits der helle Hintergrund, verschwinden die Randbilder völlig - die Augen können sie ja auch (fast) nicht mehr sehen. Den Rest erledigt das Gehirn.

Hilfsmittel Sehr viel angenehmer und mit besserer Bildqualität, läßt sich eine Stereofolge am Monitor bzw. in der Projektion - hier ist es eigentlich unerläßlich - beobachten, wenn man die beiden Bilder links und rechts ausblendet. Das macht man mit einer BLENDE - natürlich! Jedes Auge sieht nur sein Bild! Klappen lassen die Einstellung auf Augenabstand und Bildgröße zu. Das falsche Bild wird ausgeblendet!

Es kommen jetzt zwei weiter Übungsbilder Es kommen jetzt zwei weiter Übungsbilder. Versuchen Sie wenigstens bei einem, die Hände zum Ausblenden der beiden seitlichen Bilder zu benutzen. Viel Erfolg! Bitte nach dem ersten Bild Taste drücken.

Noch ein Übungsbeispiel

Beim Parallelblick werden die Bilder nicht getauscht Beim Parallelblick werden die Bilder nicht getauscht. Man kann eine Trennwand zwischen Augen und Bild/Monitor einbauen, damit jedes Auge wieder nur sein Bild sieht. Ein Nachteil ist die lange Trennwand! Betrachter mit Linsen und Trennwand. Problem: Stark nach außen Schielen ist schwer!

Wheatstone-Apparat Quelle: christoph-zang_de --- Meine Facharbeit.htm 90°Winkelspiegel Linkes Bild Rechtes Bild zum linken Auge --- rechten Auge Wheatstone-Apparat Quelle: christoph-zang_de --- Meine Facharbeit.htm

Aus drei Einzelbildern werden zwei Raumbilder - ein Beispiel. Internetfund -c- Quelle wird gesucht!

Was das Auge so leistet! Einige Beispiele für die Leistungsfähigkeit von Auge und Gehirn. Beispiele für Stereogramme werden ergänzt

Textstereogramm - dieses ist schwierig- Je enger die Worte stehen, desto näher scheinen sie zu stehen. Quelle: http://www.uni-kl.de/AG-Leopold/Archiv

Die drei Reihen erscheinen in der Tiefe gestaffelt Die drei Reihen erscheinen in der Tiefe gestaffelt. Welche liegt vorn, welche im Hintergrund? Zusammenhang?

Anwendung: Stereogramm Copyright bei

Erklärung Stereogramm -2- Quelle: http://www. uni-kl

Abweichungen feststellen Solche Prüfungen finden sich gelegentlich in Begabungs- oder Intelligenztests. 1.Zeile: r und o Man soll in kurzer Zeit bestimmte Buchstabenkombinationen finden oder, wie hier, Abweichungen zwischen zwei Buchstabenfeldern finden. Hier gibt es - wie immer - drei Abweichungen. 4. Zeile: e und a 7. Zeile: h und t

Abweichungen bei Bildern feststellen. Original und Fälschung am Beispiel zweier Briefmarken. Das Original liegt unten links. Die zu prüfende Marke legen wir daneben. Und nun: Bitte suchen! Turmspitze Baumspitze

Hier haben sich 3 Fehler eingeschlichen Hier haben sich 3 Fehler eingeschlichen! Leicht bis sehr schwer zu finden. Aber ... Lösung? Weiter? 1. Farbfehler 2. Formfehler 3. Positionsfehler* ... legt man die Bilder als Stereo nebeneinander, erscheinen die Fehler sofort! *sehr gering!

Beim letzten Beispiel haben wir gesehen: Das Auge kann sehr kleine Differenzen wahrnehmen, wenn es sich um Form- oder Positionsfehler handelt. Wo liegt die Grenzgröße? Herr Schnauzer hat sich einen Zaun machen lassen. Endabnahme! Was habt ihr denn da für einen Mist gemacht, die Latten sind ja nicht gleichmäßig angebracht! Was Sie nicht alles sehen! Wo denn ??? Das zeigt ich euch schon an den ersten fünf Latten! Weiter?

Hat er recht. Wenn ja, wie groß ist der Fehler Hat er recht? Wenn ja, wie groß ist der Fehler? Und in welcher Entfernung hat er gestanden, wenn er „normal“ gute Augen hat? Können Sie eine Abweichung feststellen? Die Latten sind 15 cm breit.

Stark vergrößert kann man an der Pixellinie auszählen: Abstände in Pixel

Nur für Fortgeschrittene! Herr Schnautzer hatte Recht: Der Abstand zwischen der 3. und 4. Latte war geringer! Und er hat gute Augen! So kann man es nachprüfen: Die Bretterenden „absägen“ , verschieben und wieder anhalten. Hier stimmt es nicht mehr! Noch soll aber noch berechnet werden, welche Empfindlichkeit das Team Auge/Gehirn in solchen Fällen aufzuweisen hat!

Welche Mindestverschiebung muss also vorhanden sein, damit man sie bemerkt und somit ein räumlicher Eindruck erzeugt wird? Beispiel (Meine derzeitige Hard- und Software): Der Monitor hat ein Auflösung von 72 dpi. Beim 17zöller sind das 500 Pixel auf 20 cm = 0,4mm pro Pixel. Sitzt man z. B. 1m entfernt und kann gerade eben noch die Unregelmäßigkeit der Zaunlatten feststellen, rechnet man mit Winkelfunktion oder Kreisbogen den Sehwinkel für 1 Pixel aus und erhält: Ein Pixel erscheint unter knapp 1,5 Winkelminuten. Wird der Abstand des Betrachters vom Zaun größer oder der ´Fehler´ der Handwerker kleiner, ist nichts mehr zu bemerken. Es sei denn, man hat die Augen eines Adlers. (Hat der so große Augen, oder ... )

Da diese Größe immer wieder eine wichtige Rolle spielt, hier nochmal ein Beispiel: Links sind Linien im Abstand von 1 Pixel gezogen. Also die dünnsten Linien, die möglich sind. Sonst entsteht eine geschlossenen Fläche. Rücken Sie nun so weit vom Monitor bis die Linien nicht mehr getrennt und das Rechteck als graue Fläche erscheint. Leider weis ich nicht welche Größe Ihr Monitor hat und welche Auflösung! Bitte selbst ausmessen und abzählen!

Sie können nun, nach dem Rechenbeispiel zuvor, das Auflösungsvermögen ihrer Augen (linkes, rechtes, beider) bestimmen und vergleichen. Der Begriff Auflösungsvermögen erklärt sich jetzt sehr gut, weil das graue Rechteck schließlich in Linien aufgelöst wird, wenn Sie näher rücken. Ist die Entfernung zu groß, die Differenzen zwischen den Bildern zu gering, ist der räumliche Eindruck durch die Verschiebung zwischen den Bildern nicht mehr gegeben. Entweder gehen wir dichter an das/die Objekte heran oder wir ziehen einfach die Augen auseinander. Wir vergrößern die Basis. Beim normalen Augenabstand endet das räumliche Sehen bei etwa 200 m. Dann werden andere Erfahrungswerte (Schatten, Größen, Helligkeiten) herangezogen.

Basis von rund 60m (Abstand zwischen den Kamerastandorten) bewirkt räumliches Sehen noch in vielen km Entfernung.

Und schon sind wir bei einer Anwendung aus der Astronomie Und schon sind wir bei einer Anwendung aus der Astronomie. Wir sehen hier zwei Fotos des gleichen Sternfeldes. Das rechte entstand einige Tage nach dem linken Foto. Gibt es Änderungen? Haben sich Sterne bewegt? Sind vielleicht Kometen am Himmel oder ein auffällig Veränderlicher? Versuchen Sie mal solche Ereignisse aufzuspüren! Lösungen?

Ich habe hier zwei Saturnfotos so ausgewählt, dass sie für Ihre Augen so wirken, als sei der Standort von links nach rechts verändert worden oder der Saturn habe sich .. C: Nasa

NUR MIT ANAGLYPHEN- Brille ANAGLYPHENDARSTELLUNG Ein Auge sieht nur ein rotes Bild, das andere z. B. nur ein grünes (hier cyan). Das wird möglich, indem man durch eine Brille mit passenden Farbgläsern schaut. NUR MIT ANAGLYPHEN- Brille Das Mondfoto setzt sich aus zwei verschiedenen Fotos zusammen, die in rot bzw. cyan geheftet wurden. von: http://www.mondatlas.de/stereoskopie/stereoskopie.html

Meine beiden Saturnbilder habe ich eingefärbt und dann als Anaglyphenbild geheftet.

Wie erzeugt man Anaglyphen? 1. Selbst Zeichnen 2. Zwei Fotos - eines in rot umwandeln, das andere in grün/blau/cyan und dann verschoben übeereinander legen. 3. Per Programm, das die beiden Teilbilder selbst passend einfärbt und verschiebt montiert. Es gibt einige, sogar einige Free- oder Sharewareprogramm.

Was kann so ein Programm? Viel! Stereopaar laden, dann Anaglyphen farbig oder Anaglyphen mono cyan/rot oder Grün/rot oder blau/rot oder Montage für Shutterbrille oder Parallelblick bzw. Kreuzblick und das bildschirmfüllend, vertauscht, Vollbild usw. Die Darstellungsart wird so einfachst gewechselt.

(Meine) frühen Begegnungen mit 3D-Abbildungen Einer der ersten 3D-Comics: Mighty Mouse erschien ab 1950 heute sehr teure Sammler-Rarität. Habe ich mit Begeisterung gelesen. Ist leider verschollen! Geometrie besser verstehen! Räumliches Verständnis: Anaglyphe Konstruktionen - Mucke Raumzeichnungen.

Zur Einstimmung auf Teil 2: Himmlische Körper in Stereo! Die astrophysikalischenObservatorien auf La Palma (rechts Herschel)