MIT: Lichtfeld-Projektionssystem für neue Brillenfreie 3D-Displays

Aktuelle “brillenfreie” 3D-Displays – also Displays, die auch ohne Verwendung eines Hilfsmittels wie einer Shutter- oder Polarisationsbrille einen 3D-Effekt vermitteln – bestehen üblicherweise aus einer Vielzahl an verschiedenen Komponenten. Sie sind dadurch nicht nur sehr komplex, sondern auch verhältnismäßig sperrig, Energie-Ineffizient, und kostspielig. Im Rahmen der SIGGRAPH 2014 Konferenz stellten Gordon Wetzstein und Matthew Hirsch von der MIT Camera Culture Gruppe einen neuen Aufbau für brillenfreies 3D vor, der auf Videoprojektoren und optischem Design aus Kepler-Fernrohren basiert. Die neue Methode für “Compressive Light Field Projection” nutzt im Grunde nur eine einzige elektronische Komponente ohne mechanisch bewegte Teile.
Der vorgestellte Prototyp besteht aus heutzutage leicht und relativ günstig erhältlicher Optik und Elektronik, und dadurch den Weg für brillenfreie 3D-Displays im großen Maßstab – bis hin zum Heimkinosystem und darüber hinaus – ebnen.

Das von einem Lichtfeld-Projektor erzeugte Sichtfeld ist generell durch die Projektor-Optik limitiert. Um dieses Sichtfeld zu erweitern, und Beobachtern brillenfreie 3D-Eindrücke zu ermöglichen, nutzt das vorgestellte System zusätzlich einen sogenannten “Keplerian Angle-Expanding Screen” (zu deutsch etwa “Keplerscher Winkel-Erweiterungs-Schirm”). Der “Angle Expander” im Prototypen besteht aus einer Kombination zweier Linsenraster-Platten (Stichwort Lentikulardruck) mit unterschiedlichen Brennweiten.

Der beschriebene Prototyp-Aufbau (im Bild unten) erzeugt mit einem einzigen Gerät den Eindruck von räumlicher Tiefe und Parallaxe, der ohne spezielle Brillen erlebt werden kann. Auch wenn der aktuelle Prototyp nur mit relativ geringer Auflösung und Schwarz-Weiß-Bildern funktioniert, demonstriert er doch eindrücklich, dass 3D-Bildprojektion mit nur einem Gerät ohne bewegliche Teile möglich ist. Das Design ist zudem “auf deutlich größere Dimensionen skalierbar”.

Prototyp für ein Lichtfeld-Projektionssystem. Der Projektor (rechts) emittiert ein 4D Lichtfeld mit schmalem Sichtfeld, das nur innerhalb des Projektor-Objektivs variiert (b, Nikkor 35mm f/1.4 AI-s). Dieser Winkelbereich wird durch den Schirm (links) für Beobachter erweitert, die sich auf der anderen Seite des Schirms befinden. Der Schirm (a) besteht aus passiven Pixeln, die wie in einem Kepler-Teleskop jeweils den Winkel des einfallenden Lichts vergrößern. Der Projektor benötigt, abgesehen von der Einstellung des Brennweite auf den Schirm, keine spezielle Kalibrierung.

Hier sind zwei Beispiel-Animationen von Lichtfeldern, die vom Prototypen aufgenommen wurden:

Ebenfalls interessant: Die Video-Präsentation der dazugehörigen Publikation:

A compressive approach to light field synthesis with projection devices. We propose a novel, passive screen design that is combined with high-speed light field projection and nonnegative light field factorization. We demonstrate that the projector can alternatively achieve super-resolved and high dynamic range 2D image display when used with a conventional screen.

Nähere Infos: M. Hirsch, G. Wetzstein, R. Raskar. 2014. A Compressive Light Field Projection System. ACM Proc. of SIGGRAPH (Transactions on Graphics 33, 4)

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