Stereoscopia / Olografia in 3D

1) Stereoscopia

La stereoscopia è una particolare visualizzazione che sfrutta una delle caratteristiche più significative della vista degli esseri umani:

la visione binoculare.

È attraverso la visione da due diverse prospettive (i due occhi) che il nostro cervello  ricostruisce e valuta la posizione degli oggetti nello spazio. Eliminando una delle due viste (per esempio coprendoci un occhio) non siamo più in grado di valutare la profondità nella disposizione degli oggetti nello spazio. Il risultato è una visione piatta, completamente priva di profondità.

Questo è quello che succede in tutte le visualizzazioni prodotte dall’uomo con le quali abbiamo a che fare quotidianamente: le immagini stampate nei giornali e nei manifesti, la televisione, il cinema sono esempi comuni di rappresentazioni piatte della realtà che ci circonda. A tutte manca  una fondamentale informazione: la terza dimensione.

La stereoscopia invece riporta artificialmente al nostro cervello quell’informazione: la profondità che invece manca a tutte le immagini che siamo abituati a vedere e che si può ottenere solo attraverso la visione binoculare.

Per poterlo fare è pertanto indispensabile catturare la realtà non più  attraverso una sola fotocamera (o cinepresa o telecamera) come viene abitualmente fatto dalla tecnologia tradizionale ma attraverso due fotocamere (o cineprese o telecamere), esattamente come viene fatto dai nostri occhi, semplice ed ovvio come l’uovo di Colombo.

Ma c’è un problema: come si fa a far rivedere le 2 immagini catturate dalle 2 camere ai 2 occhi separatamente?

Come si fa, in altre parole, a restituire all’occhio sinistro l’immagine ripresa dalla camera sinistra e all’occhio destro quella della camera destra?

Su questo fronte, nel corso degli anni, sono state studiate e messe a punto diverse tecniche.

Il minimo comune multiplo di tutte è l’impiego di occhiali, necessari per la separazione delle 2 immagini per i 2 occhi.

A) Una delle più diffuse è la tecnica dell’ANAGLIFO: si filtrano le due immagini con 2 colori diversi complementari tra loro (es: rosso e verde) e si stampano o si proiettano sovrapposte contemporaneamente. Il risultato è un’immagine un po’ sdoppiata e con aloni colorati ma se immaginiamo di filtrare opportunamente anche i nostri occhi Indossando degli occhiali con delle lenti speciali costituite da filtri di colore diverso  per i 2 occhi  (es: verde e rosso) ecco che otteniamo quello che vogliamo. Ogni occhio riceverà soltanto una delle 2 immagini sovrapposte in quanto ognuno dei 2 filtri impedirà la visione dell’immagine che era stata filtrata con il colore complementare. Infatti non sarà possibile vedere un’immagine precedentemente filtrata con il verde se pretenderemo di farlo, disponendo un filtro rosso tra l’occhio e l’immagine, mentre vedremo regolarmente quella filtrata precedentemente con lo stesso colore e cioè il rosso..

Così facendo riotteniamo la visione binoculare e con essa anche la terza dimensione. Lo svantaggio di questa tecnica dell’anaglifo è che i 2 filtri alterano i colori delle immagini penalizzandone la qualità delle stesse.

B) La tecnica a filtri polarizzatori risolve completamente questo problema ed i risultati sono veramente spettacolari: La visione binoculare viene perfettamente ricostruita senza nessuna alterazione cromatica. La tecnica è identica a quella dell’anaglifo ma i filtri usati sono filtri polarizzatori che sfruttano un principio fisico diverso relativo alla luce polarizzata per ottenere prima la marcatura e poi la separazione .delle 2 immagini per i 2 occhi.

Vantaggi:  perfetta corrispondenza cromatica con la realtà, occhiali dal costo molto basso.

Svantaggi: impossibilità di impiego con i mezzi tradizionali come stampa e televisione, proiezione possibile ma su speciali schermi in grado di conservare la polarizzazione (es.: argentati), leggero effetto GHOST.

C) La tecnica ad occhiali LCD ATTIVI. Questa tecnologia risolve completamente anche l’effetto GHOST; tramite un apposito sensore (es.: infrarossi o radiofrequenza), risultano sincronizzati con le proiezioni dei 2 film Sinistro e Destro che avvengono alternandosi regolarmente.

1 fotogramma  SX ad uno DX (SX-DX-SX-DX…) il risultato è che l’occhiale attivo, mentre viene

proiettato il fotogramma SX,  rende trasparente la lente SX ed oscura completamente la lente

DX, per poi fare l’esatto opposto alla proiezione del successivo fotogramma DX e cosi via.

Questo è il miglior modo possibile oggi di riprodurre una immagine stereoscopica e viene adottato anche in alcune sale cinematografiche

Vantaggi: completa scomparsa dell’effetto GHOST, perfetta aderenza cromatica alla realtà, si può impiegare uno schermo tradizionale.

Svantaggi: occhiali costosi, proiettori speciali e non impiegabile in stampa e televisione anche se i grandi produttori cominciano a proporre apparecchi TV adatti allo scopo.

Alcune risposte concrete rispetto ai quesiti più comuni dell'Utente:

1) Distanza Minima e massima possibile tra il proiettore e lo schermo:

Vi sono le stesse limitazioni esistenti in una proiezione frontale tradizionale, quindi dipendenti da lunghezza focale dell’obiettivo impiegato e dimensioni dello schermo di proiezione.

Ad esempio per uno schermo con base 3 metri si possono avere distanze di proiezione comprese tra un minimo di 3 metri (ottica grandangolare 1:1) ad un massimo di 24 metri (ottica tele 8:1) o addirittura 30 metri o più con l’impiego di ottiche speciali. Naturalmente raddoppiando la dimensione dello schermo raddoppiano anche le distanze di proiezione.

2) Dimensioni dello schermo:

Anche in questo caso le regole sono le stesse di una proiezione frontale; l’unica limitazione esistente deriva dalla luminosità dei proiettori utilizzati. Con proiettori di 12.000 ANSI lumen  si può arrivare a dimensioni di circa 5/6 metri di base. L’uso di proiettori speciali permette dimensioni di proiezione superiori.

3) Condizioni di luce: buio totale o ...?

Come per le proiezioni standard è possibile avere proiezioni in ambienti luminosi. Naturalmente sarà necessario aumentare la luminosità dei proiettori (o diminuire la dimensione dello schermo) in funzione della luce ambiente.

4) Angolo di visibilità: 180° ?

Teoricamente una stereoscopia è visibile anche a 180° anche se è praticamente impossibile disporre gli spettatori in un arco di

180°...... diciamo che in un arco di 120° qualsiasi spettatore riceve lo stesso effetto stereoscopico.

5) Incidenza del costo filmato per una realizzazione di circa 40”- 60” in relazione al noleggio del sistema HW ? 

Per una realizzazione di circa 1 minuto il costo è circa di € 15.000 più il costo di noleggio HW.

6) Obbligo degli occhiali forniti sempre da noi ?

SI

7) Il Cliente potrebbe preparare il filmato in proprio ?

NO, la preparazione del filmato su scenografia e storyboard del Cliente è di nostra esclusiva competenza per la certezza del

risultato.

8) Solo noleggio o anche vendita del sistema con relativo/i filmati ?

Tutto il sistema HW + filmati può essere sia noleggiato che in vendita come ad esempio nei musei.

2) Olografia 3D

Teorizzata nel 1947 dal fisico ungherese Dennis Gabor, Premio Nobel, deve le sue prime applicazioni pratiche all’avvento del laser negli anni 60. Attraverso  l’olografia è possibile registrare su normali pellicole fotografiche informazioni tali  per cui sarà possibile “rivedere” il soggetto  nelle sue  3 dimensioni “fluttuante nello spazio”.  Oggi il significato di OLOGRAFIA si è allargato a tutte quelle applicazioni che permettono di rappresentare un qualsiasi oggetto  nello spazio libero senza  l’ausilio di schermi.

Con il termine olografia vengono oggi indicate diverse tecnologie tutte accomunate da un unico obiettivo: la rappresentazione tridimensionale di una immagine nello spazio ottenuta senza la necessità di indossare occhiali speciali.

La maggior parte di queste tecnologie deve ricorrere ad uno “schermo” particolare per ottenere la visualizzazione di un soggetto esattamente come succede  nel caso delle proiezioni tradizionali su schermi piani di immagini piatte. Questi “schermi” sono “volumetrici” non piani, per poter visualizzare un soggetto con tutte e 3 le sue dimensioni.

E’ quindi necessario un volume delimitato: lo schermo 3D entro il quale rappresentare il soggetto.

Questi “schermi solidi” possono essere più o meno invisibili indipendentemente dalla tecnologia impiegata ma comunque necessitano di uno spazio/volume riservato in ogni caso non accessibile né tantomeno attraversabile,  entro il quale “proiettare” l’immagine 3D.

Esistono tecnologie che usano addirittura schermi piani per simulare un oggetto tridimensionale. Questi schermi disposti a 45° davanti allo spettatore, sono costituiti da pellicole speciali  che hanno la particolarità di essere trasparenti per lo spettatore ma comunque in grado di “fissare” un’immagine opportunamente proiettata su di essi.

Il risultato è che lo spettatore vede “materializzarsi” su questo schermo speciale, un oggetto o persona fisica opportunamente ripresa e proiettata in tutta la Sua fisicità. Essendo tale  schermo trasparente si potrà anche vedere l’ambiente esistente al di là dello schermo stesso, dando allo spettatore la sensazione che l’oggetto che sta vedendo, sia effettivamente “sospeso” nello spazio di fronte a lui; in questo caso però l’immagine non è attraversabile dallo spettatore ma risulta confinata in uno spazio inaccessibile per l’osservatore.

Il minimo comune denominatore  di tutte queste tecnologie prevede la proiezione di una immagine 3D su di un supporto invisibile.

A) - Una nuova tecnologia olografica a schermo gassoso nata da poco negli USA ed ancora sconosciuta ai molti, utilizza un sistema per la proiezione dell’ologramma costituito da una lamina di aria e micro particelle (diametro < 10 µm) di acqua nebulizzata mediante una serie di trasduttori ad ultrasuoni.

Invisibile e trasparente quindi non solido ma gassoso.

L’immagine olografica ottenibile su tale supporto risulta eterea e suggestivamente fluttuante (non vivida e reale come quella di un monitor) e naturalmente attraversabile da uno spettatore scomponendosi e ricomponendosi “magicamente” dopo il suo passaggio.

Questa tecnologia è stata  scelta ed applicata per la realizzazione del percorso multimediale della Domus di Giulio Polibio a Pompei.

Fanno parte di questo percorso 2 sistemi olografici distinti (primi ed unici attualmente in Italia); il primo sistema genera l’ologramma della ricostruzione virtuale del proprietario della Domus di 2000 anni fa (Giulio Polibio) ed il secondo quello di una donna incinta ritrovata anche lei nella casa durante gli scavi. 

Questo è un caso particolarmente felice di scelta corretta della tecnologia da impiegare perché le particolari caratteristiche dello schermo gassoso restituiscono ologrammi impalpabili, incorporei, eterei, un po’ fluttuanti, praticamente mai due volte uguali a se stessi contribuendo a rendere ancora più suggestivi, impressionanti e convincenti  le “materializzazioni” dei personaggi che materiali non sono.

In questo grafico, il sistema di generazione ologrammi (come quello di Giulio Polibio) è costituito da:

ZOOM

Un sistema di comando remoto e di scelta tra 4 lingue: italiano, inglese, francese, spagnolo.

Player multimediale in grado di riprodurre un video (mpeg2) con colonna sonora ed inviare comandi programmati di accensione/spegnimento a video proiettore e generatore di schermo gassoso con rilevatore di presenza.

Generatore di schermo gassoso x produrre un’area di proiezione di dimensioni adatte ad una figura umana in grandezza naturale. Una piccolissima quantità/ora di acqua (equivalente a quella emessa dal respiro di una persona) contenuta in un piccolo serbatoio
con autonomia di almeno sette giorni e quindi senza alcun allacciamento alla rete idrica.

Un videoproiettore ad alta luminosità (4500 ansi lumen) adatto a riprodurre il video proveniente dal lettore multimediale.

Sistema di amplificazione sonora non riportato in figura.

B) - Un altra tecnologia innovativa incentrata su un sistema speciale di lenti che riesce a far “materializzare” l’immagine davanti allo spettatore senza l’aiuto di schermi di qualsiasi tipo; l’effetto è spettacolare e l’ immagine viene vista direttamente davanti (e non dietro al sistema) alla platea che in questo caso ha anche la possibilità di avvicinarsi ed attraversarla.

LA PRODUZIONE OLOGRAFICA 3D

Abbiamo visto come i sistemi olografici in fondo siano costituiti da una “normale proiezione” su uno schermo non normale ma “invisibile” ma se si tratta in fondo di una normale proiezione, sorge subito spontanea una domanda:

E’ ipotizzabile produrre una olografia come se fosse un normale film?

La risposta è SI  ma con la necessità di rispettare delle regole fondamentali indispensabili per completare l’inganno sensoriale a cui dobbiamo sottoporre lo spettatore.

Fondamentalmente sono 2:

- Tutti i soggetti DEVONO essere rigorosamente creati o ripresi su fondo completamente e totalmente NERO

- Tutti i soggetti DEVONO essere rigorosamente creati o ripresi in “3D” e cioè fatti muovere ad arte per esaltarne le caratteristiche di

  tridimensionalità

Per il punto 1 risulta evidente che il fondo NERO è indispensabile in presenza di un fondo visibile di qualsiasi tipo; il risultato in proiezione sarebbe un rettangolo (il fondo) con il soggetto all’interno. Esattamente come nel caso di una normale proiezione video.  Risulterebbe quindi vanificata l’invisibilità dello schermo e con essa la magia olografica, nel caso di fondo nero invece quello che vedremo proiettato sarà SOLTANTO il soggetto; il resto dello schermo continuerà ad essere invisibile essendoci proiettato il NERO cioè nulla.

Per il punto 2 risulta invece evidente che qualsiasi artificio usato intelligentemente con l’intento di esaltare la tridimensionalità del soggetto, ad esempio piccole, disinvolte rotazioni tese a mostrare i lati del soggetto  (la sua terza dimensione), contribuirà a completare l’inganno sensoriale a cui è sottoposto lo spettatore, convincendolo di essere proprio di fronte al soggetto materializzato nello spazio di fronte a lui.

In definitiva - tenendo sempre ben presenti le 2 regole sopracitate, le produzioni olografiche possono essere concretizzate  seguendo tutte le fasi ed i criteri che normalmente ispirano le produzioni video più tradizionali.

Qui di seguito indichiamo schematicamente e a titolo esemplificativo tutte le fasi produttive che hanno caratterizzato la realizzazione dell’ologramma di Polibio

1.       Ideazione

2.       Scelta del mezzo di visualizzazione olografica (schermo gassoso) e del metodo per la realizzazione del personaggio Polibio

        (realizzazione virtuale 3D e non ripresa di personaggio reale)

3.       Progetto multimediale (sistemi di controllo e di proiezione e loro dimensionamento)

4.       Realizzazione sceneggiatura (creazione testo monologo, individuazione azioni e durate)

5.       Studio e modellazione 3D del personaggio virtuale Polibio

6.       Animazione del personaggio con impiego di motion-capture ( i gesti di una persona reale con indosso sensori in grado di

        catturarne  i movimenti, vengono trasferiti ed adattati al personaggio virtuale)

7.       Scelta della voce di Polibio

8.       Speakeraggio del monologo di Polibio da parte di un attore teatrale

9.       Sincronizzazione labiale del monologo (mimica facciale e movimento labbra del personaggio virtuale in sincronia con le

        parole)

10.    Postproduzione audio (livelli sonori, effetti)

11.    Rendering  di tutti i movimenti del personaggio (calcolo per trasformare tutti i movimenti del personaggio in una sequenza

       di fotogrammi )

12.    Postproduzione video (color correction e finalizzazione del film con relativa colonna sonora)

13.    Testing e correzioni finali