15: 3D Ausgabegeräte

Question 1

Was sind die wichtigsten Anforderungen an 3D-Displays?

Answer 1

• Großes Sichtfeld → möglichst das gesamte Sichtfeld der Augen abdecken
• Hohe Bildauflösung → Subpixel sollten nicht erkennbar sein → Distanz vom Screen
• Hohe Abtastrate → Flimmern vermeiden

Question 2

Erklären und skizzieren Sie das Grundprinzip der stereoskopischen Darstellung.

Answer 2

• Prinzip → Erzeugen von Bildern mit Eindruck von Tiefe (obwohl physikalisch keine Tiefe vorhanden ist)
• Disparität → Unterschied zweier zusammengehörender Bildpunkte zwischen linkem und rechtem Auge (“Abstand” auf der Netzhaut)
• Parallaxe → Abstand zweier zusammengehörender Bildpunkte auf der Fokusebene
• Ergebnis → Gehirn wandelt Disparität und Parallaxe in einen 3D-Tiefeneindruck um
• Funktionsweise (Stereo)
  
  • Getrenntes Bild pro Auge → Separationstechnik für getrennte Wahrnehmung pro Auge notwendig

Question 3

Nennen Sie Separationstechniken für die Dartstellung von 3D-Inhalten.

Answer 3

• Zeitmultiplex
• Polarisation
• Frequenzbasiert
• Autostereoskopisch

Question 4

Erklären Sie die Funktionsweise der Separationstechnik „Zeitmultiplex“. Nennen Sie Vor- und Nachteile.

Answer 4

• Display zeigt abwechselnd das Bild des linken bzw. rechten Auges
• Aktive Shutterbrille mit LC-Panels verdunkelt synchron dazu das jeweils andere Auge
• Synchronisation der Shutterbrille mit Videosignal drahtlos oder über Kabel
• Vorteil → Volle Auflösung des 3D Materials
• Nachteile → Hohe Kosten, Helligkeitsverlust, Gewicht der Brillen, Ghosting (beim Überlappen)

Question 5

Erklären Sie die Funktionsweise der Separationstechnik „Polarisierung“. Nennen Sie Vor- und Nachteile.

Answer 5

• Bilder für linkes und rechtes Auge werden gleichzeitig dargestellt
• Trennung der Bilder durch Polarisation
• Passive Shutterbrille → Trennung der Bilder mit Polarisationsfilter
• Vorteile → Günstige Brillen, Leichte Brillen (keine Stromversorgung), volle Auflösung pro Auge, volle Bildwiederholrate (FPS)
• Nachteile → Kopfbewegungen stören die Polarisation, Helligkeitsverlust

Question 6

Erklären Sie die Funktionsweise der Separationstechnik „Frequenzbasiert“.

Answer 6

Farbanaglyphische Darstellung → Teilbilder werden überlagert und durch Farbfrequenz getrennt (z.B. rot-blau)

Question 7

Erklären Sie das Grundprinzip Autostereoskopischer Displays und Nennen sie verschiedene Arten.

Answer 7

• Keine Hilfsmittel (Brillen) erforderlich
• Funktioniert über ein Trackingsystem
• Benutzer kann bewegen ohne 3D-Effekt zu verlieren
• Arten
  
  • Stereobildpaar mit Linsen-oder Prismenraster
  • Volumetrisches Display („echt 3D“)
  • Integral Imaging Display

Question 8

Erklären Sie drei Projektionssysteme.

Answer 8

• Powerwall
  
  • Vertikale Projektionswand mit mehreren Projektionssegmente (Edge Blending)
  • Rückprojektion
• Cave (Cave automatic virtual environment)
  
  • Projektionswände zur Projektion einer 3D-Illusionswelt/VR
  • Rückprojektion
  • Problem → Interreflektion (Wände reflektieren Licht auf andere Wände → geringer Kontrast
• Responsive Workbench
  
  • Projektionstische und „L-Systeme“ (größeres Interaktionsvolumen) mit verstellbarer Projektionsfläche

Question 9

Erklären Sie drei Displaysysteme für XR.

Answer 9

• Multiview-Systeme
  
  • Problem → Unterschiedliche Sichten auf ein Objekt bei mehreren Personen
  • Lösung → z.B. shuttered LC Projektoren
• Head-Coupled Display
  
  • Display im Raum schwenkbar (an Aufhängung montiert) → passt den Bildschirmausschnitt an die Position des Kopfes an
  • Geringe Störanfälligkeit → aber wenig immersiv (Sichtfeld nicht komplett abgedeckt
• Head-Mounted Display
  
  • Display wird am Kopf getragen (in der nähe der Augen) → Abdeckung des gesamten Sichtfelds → folgt Körperbewegungen
  • sehr immersiv (VR + AR)

Question 10

Welche verschiedenen Möglichkeiten der physischen 3D-Ausgabe gibt es?

Answer 10

• 3D-Druck mit Pulver
• 3D-Druck mittels geschmolzenen Materialen
• 3D-Druck mit flüssigen Materialien (Lithographie)