Så funkar 3D

 

Med tanke på att vår värld är tredimensionell är det egentligen ganska konstigt att vi accepterar att betrakta den i två dimensioner i bild och film. Vore det ljud för våra två öron skulle vi nog ha svårt att acceptera att lyssna på musik i mono. Här är en guide till 3D så som den fungerar idag, men 3D har egentligen funnits ganska längre.

När 3D är som bäst kan det vara en stor upplevelse att titta. Teven blir som ett fönster till en annan värld och en stor projektorbild kan slå ut en hel vägg så att äventyren når ända in i hemmabiorummet. Men alla upplever det inte likadant.

En del blir åksjuka, vissa drabbas av yrsel eller illamående, några har svårt att se 3D-effekten medan andra inte berörs alls. Men är det 3D-bildens fel?

3D:ns barndom
Stereobetraktning av bilder, eller stereoskopi, har fascinerat människor sedan lång tid tillbaka. Faktum är att den första stereokameran är nästan lika gammal som den vanliga kameran. Och det är egentligen inte så konstigt.

Vitsen med att ha två ögon är ju att de tillsammans ska kunna se i tre dimensioner. Våra ögon samverkar och levererar varsin tvådimensionell bild med en liten sidoförskjutning till hjärnan som sätter ihop bilderna till en bild med djup i – en tredimensionell bild. Det är ju tack vare våra ögons sidoförskjutning som vi kan bedöma avståndet till olika saker.

Med stereoskopiska bilder kan man skapa en illusion av djup och en tredje dimension genom att visa två snarlika men något sidoförskjutna bilder, en för varje öga. Stereobetraktning fanns redan i fotografins barndom där man använde det till underhållning, för att tolka flygbilder och för att mäta avstånd.

Tekniken för att ta stereoskopiska bilder uppfanns på 1800-talet och då var stereosläden den enklaste metoden för att ta två sidoförskjutna bilder av orörliga motiv. Kameran sattes helt enkelt fast på ett stabilt stativ med en släde eller en träkloss som gav möjlighet att förflytta kameran 4 cm i sidled utan att ändra riktningen.

När det blev viktigt att båda bilderna togs samtidigt använde man istället två kameror jämte varandra, så kallade stereokameror, som riktas åt samma håll men har en viss sidoförskjutning.

 

Film i 3D fungerar egentligen likadant. All tredimensionell teknik bygger på att två snarlika men något förskjutna bilder tillsammans ger oss en tredimensionell illusion. Kruxet är knappast att fotografera eller filma utan snarare att sätta samman de två delarna till en helhet på ett vettigt sätt. Och att visa dem som en 3D-dimensionell bild.

Visa ett bildpar i 3D
På 1800-talet fanns förstås inga 3D-glasögon, men man kunde ändå se i 3D genom att titta på två parallella bilder jämte varandra, samtidigt. Det finns två sätt att se på delbilderna – parallellt eller med vindning. I båda fall handlar det om att anpassa ögonen efter bilderna istället för tvärtom.

Vid parallell visning gäller det att fokusera ögonen som om de tittade på någonting mycket långt bort så att man ser en skelögd bild av föremål som befinner sig nära. Det andra sättet är att göra tvärt om, att vinda med ögonen så att man helt enkelt ser i kors och tittar på vänster bild med höger öga och vice versa.

Båda teknikerna kräver lite övning, men går att lära sig. I båda fall förutsätts förstås att två bilder, en höger och en vänster bild, läggs upp på lagom avstånd och på rätt eller avigt håll beroende på betraktningssätt.

Ett sätt att underlätta visningen är att titta på två bilder jämte varandra i ett stereoskop. Ett stereoskop var förr oftast en öppen låda som såg till att de två delbilderna visades på lagom avstånd och med lagom förskjutning i sidled. Stereoskopet ser alltså till att varje öga ser rätt bild var för sig, ofta med hjälp av en mellanvägg.

Visa bildparet som en 3D-bild
Stereoskop och ögonvindning fungerar med stillbilder, men med film blir det betydligt svårare. Tekniken att visa höger och vänster bild separat jämte varandra fungerar visserligen även för film, men det blir ganska svårt och opraktiskt att spela upp dubbel film på detta sätt.

Nästa steg i utvecklingen blev därför att lägga samman de två bilderna till en bild, men färga dem olika så att man skulle kunna separera dem vid visningen med hjälp av färgfilter. Tekniken kallas för anaglyfisk och innebar från början att man färgade de vänstra och de högra bilderna röda respektive gröna.

Så länge spelfilmen var svartvit spelade inte färgerna någon roll. Den pålagda färgen togs bort av de färgfilter som 3D-glasögonen hade. Resultatet av den grönröda filmen betraktad genom ett par anaglyfiska 3D-glasögon blev därför en svartvit film i 3D.

För färgbilder och färgfilm visade sig dock den rödgröna röran vara förödande för färgåtergivningen. Röd och cyan är då en lämpligare kombination som ligger mitt emot varandra i färgskalan och möts i vitt istället för gult som rött och grönt. Så genom att färga vänster delbild röd och höger delbild cyan och titta på dessa genom anaglyfiska 3D-glas med ett rött och ett cyanfärgat filter går det även att se färgfilm i 3D. Andra motstående färger som grön och magenta går förstås lika bra, bara film och 3D-glas överensstämmer färgmässigt.

Den anaglyfiska 3D-tekniken har dock sina begränsningar och påverkar färgåtergivningen negativt. Därför ger dagens 3D-återgivningstekniker avsevärt mycket bättre resultat sett till färgåtergivning och kontrast. Men visst finns det kompromisser även här.

Aktiv 3D ställer störst krav
Den aktiva 3D-tekniken innebär på att höger och vänster delbild visas var för sig, en åt gången. Tekniken bygger på att bilderna visas växelvis i snabb takt och att ett par aktiva 3D-glasögon stänger vänster öga när höger bild visas så att bara höger öga ser höger bild och tvärtom.

Tekniken är ganska komplicerad och kräver att 3D-glasögonens släckning av höger respektive vänster bild synkroniseras med 3D-bildvisaren för att rätt öga ska se rätt bild. Synkningen kan ske med infrarött ljus (IR) eller med radioteknik (RF).

Med 3D-material i högsta kvalitet har den aktiva 3D-tekniken fördelen av att kunna återge 3D i lika hög kvalitet som vanlig film tack vare den dubblerade bildfrekvensen. Men det innebär även att teven eller projektorn som ska visa 3D-materialet måste klara att spela upp innehållet med dubbel hastighet. En 24p-film består nämligen av dubbla uppsättningar bilder, alltså 2 x 24p och för att materialet ska visas med samma kvalitet som i 2D krävs därför att det visas med 48 bilder per sekund – 24 vänster- och 24 högerbilder.

I praktiken har den aktiva 3D-tekniken även några negativa sidor som det arbetas på att minimera eller eliminera. En sådan är att bilden blir ganska mörk när bara ett öga ”ser” åt gången, men det går att kompensera genom att höja ljusstyrkan vid 3D-visningen. En annan är den överhörning eller cross talk som kan upplevas som flimmer vid snabba bildväxlingar på grund av att höger och vänster bild ”läcker igenom” till fel öga.

Även detta går att åtgärda med snabbare bilduppdateringar, snabbare 3D-glas eller 3D-glas med kortare ”öppettider”. I praktiken handlar det om bilduppdateringsfrekvenser på 120, 240 eller 480 Hz för att bild och 3D-glas verkligen ska hinna växla och visa rätt bild för respektive öga utan att föregående bild lyser igenom. Men det innebär i sin tur att bilden blir ännu mörkare och kräver ännu mer kompensationsljus.

Andra negativa sidor med de aktiva 3D-glasögonen är att synkningen kräver IR- eller RF-kontakt mellan glasögon och bildvisare och att 3D-glasögonen blir komplicerade och ganska dyra att tillverka. Den aktiva tekniken med att släcka höger och vänster sida individuellt kräver även att 3D-glasögonen drivs med batterier som måste laddas. Dessutom har olika tillverkare egna lösningar som inte fungerar ihop med andra tillverkares utrustning. Men även detta förbättras successivt.

Nyare generationer 3D-glasögon får allt snabbare bildväxlingar och släpper även igenom mer ljus, är lättare att bära och har batterier som räcker längre, finns redan ute eller är på väg. Dessutom har tevetillverkarna enats om en standard för 3D-glasögon som gör att man ska kunna använda sina egna 3D-glas även med andra tillverkares 3D-bildvisare. Men vi är inte riktigt där än. Standardiserade aktiva 3D-glas väntas komma under 2012 och omfatta 3D-teve av 2011 års modeller eller senare.
Den passiva 3D-tekniken påminner en del om den anaglyfiska där höger och vänster bild blandas samman till en bild vid visningen. Men istället för färg är det polarisation som separerar de två delbilderna åt. Det betyder att man kan titta på passiv 3D med betydligt mycket enklare 3D-glas. Allt som krävs är 3D-glas med rätt polarisation för höger och vänster öga.

Det är även den passiva tekniken du hittar på 3D-biografer, men där använder man bioprojektorer med dubbla bildpaneler som visar höger respektive vänster bild genom var sitt polarisationsfilter.

Den passiva 3D-tekniken kommer nu starkt som ett lite enklare och billigare alternativ bland 3D-teve och i viss mån även 3D-projektorer för hemmabio. Men det handlar inte om dubblerade bildvisare utan om en uppdelning av bilden i en vänster och en höger del. Detta innebär i praktiken en kompromiss där upplösningen halveras i 3D-läge. Bilden delas nämligen upp med radsprång så att varannan rad innehåller höger respektive vänster bild samtidigt.

Fördelen med den passiva tekniken är framförallt att 3D-glasögonen är billiga men också att det inte krävs någon synkning och att problemen med överhörning är mycket mindre. Den passiva tekniken dämpar heller inte ljusåtergivningen lika mycket som den aktiva. Till nackdelarna hör istället tajtare betraktningsvinklar och halverad upplösning, åtminstone i tevesammanhang.

Ett annat problem i projektorsammanhang är att en vanlig vit duk oftast inte klarar att reflektera ljuset med bibehållen polarisation. På bio går det dock bra och det finns även hemmabiodukar som klarar att reflektera den polariserade bilden så att 3D-bilden inte försvinner på vägen. Men det gäller alltså att använda en duk som klarar att reflektera polariserat ljus.

Glasögonfri 3D-teknik

Jodå, det går numera även att visa 3D-bild på en teve utan att det krävs speciella 3D-glasögon. Tekniken kallas för full parallax och bygger på att ett extra ytskikt, som kan tändas och släckas i parallella delområden, delar upp bilden i en höger och en vänster bild för respektive öga. Det går även att visa 2D-bilder på dessa skärmar genom att inte använda sig av parallax-skiktet.

Fördelarna är förstås uppenbara – det krävs inga 3D-glasögon alls. Tekniken är dock ganska ung och har fortfarande en del nackdelar som antagligen kommer att växa bort eller minimeras med tiden. Idag lider dock tekniken av begränsad betrakningsvinkel och det är även svårare att visa utstickande 3D-djup framför skärmen.

Detta gör sammantaget att tekniken ännu passar bäst på mindre bildskärmar som kameror, surfplattor och liknande som bara betraktas av en tittare åt gången. För att det ska fungera hjälpligt på medelstora teveapparater används speciella avkännare eller visare som talar om var betraktaren bör stå eller anpassar bilden efter betraktarens position. På större teveskärmar är det fortfarande svårt att få till en 3D-visning som fungerar bra över hela ytan.

På lite sikt kommer nog den glasögonfria tekniken att bli så bra att vi antagligen kan glömma 3D-glasögon helt och se på 3D lika enkelt som vi idag ser på 2D.

Se även 3D-materialet

Denna artikel är publicerad i Hemmabio nr 11, 2011.