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Luci, telecamere, azione per la visualizzazione 3D avanzata

La tecnologia 3D ultrarealistica è un passo più avanti grazie al progetto PROLIGHT-IAPP, finanziato dall’UE, a beneficio di tutti, dagli architetti ai medici.
Luci, telecamere, azione per la visualizzazione 3D avanzata
La visualizzazione 3D permette a tanti diversi specialisti, dagli artisti agli scienziati, di rappresentare e manipolare virtualmente il loro lavoro. Rimane però difficile raggiungere una presentazione altamente realistica. Davanti a schermi stereoscopici (con occhiali) che mostrano due immagini 2D (con disparità orizzontali a sinistra e destra), lo spettatore continua a vedere la stessa scena anche quando si sposta. Gli schermi autostereoscopici, anche se permettono agli utenti di fare a meno degli occhiali e generano alcuni cambiamenti della scena, in movimento rivelano i bordi tra coppie di immagini. Aumentando la densità visuale con proiezioni di luce di campo si risolve il problema, a costo però di un volume molto alto di dati, necessario per ricreare un aspetto realistico.

Il progetto PROLIGHT-IAPP, finanziato dall’UE, si è occupato del problema di catturare, analizzare, modellare, comprimere e rendere scene del mondo reale in modo efficiente. Lo ha fatto sfruttando i moderni metodi di elaborazione del segnale, integrati da una conoscenza della luce e delle proprietà del campo luminoso, ricreando una scena visiva su larga scala e ultra realistica.

Ottenere una visualizzazione 3D reale a piena parallasse

Per percepire il mondo in 3D si usano una serie di segnali visivi. Come spiega il coordinatore del progetto, il professor Atanas Gotchev, “Prima, entrambi gli occhi vedono prospettive leggermente diverse con disparità retiniche elaborate dal cervello per comprendere la profondità della scena. In secondo luogo, entrambi gli occhi mettono a fuoco l’oggetto di interesse e le informazioni di come cambia la lunghezza delle lenti focali forma il segnale. Quando le persone si spostano cambia la prospettiva della vista e il relativo movimento degli oggetti visualizzati in relazione allo sfondo dipende dalla distanza. Ci sono anche altri segnali come prospettive, ombre, dimensioni relative ecc. che possono essere visti da un solo occhio.”

Quando questi segnali lavorano insieme, si ottiene una “piena parallasse”, dove gli spettatori percepiscono simultaneamente la prospettiva corretta, la messa a fuoco corretta e la parallasse di movimento quando si spostano in senso orizzontale e verticale. Gli schermi a campo luminoso possono ottenerla attraverso una gamma abbastanza densa di raggi di luce, che colpiscono le retine allo stesso modo in cui lo fanno i raggi di oggetti reali.

Per essere in grado di generare una gamma di raggi tanto densa, PROLIGHT-IAPP doveva prima catturare informazioni sulla posizione e la direzione del raggio di luce e generare la struttura e la geometria della scena. Lo ha fatto sperimentando con combinazioni di impostazioni di cattura di vari dispositivi di rilevazione. Questi comprendevano una fila di telecamere che catturavano il cambiamento di parallasse orizzontale e verticale, combinazioni di telecamere e sensori del tempo di volo (che misurano le distanze tra la telecamera e gli oggetti), creando mappe di consistenza e profondità e aperture codificate che usano maschere per raccogliere informazioni sulla scena sulla base della conoscenza di messa a fuoco e sfocatura.

Come riassume il prof. Gotchev, “Abbiamo dimostrato che possiamo ricostruire completamente il campo luminoso continuo a partire da una serie di telecamere sparse e riprodurre tutti i raggi necessari usando nuovi metodi di fotografia computazionale e approssimazione del campo luminoso”. L’equipe ha cercato anche di quantificare la parallasse di movimento della testa e ha scoperto che quando ai soggetti di prova erano mostrati motivi sinusoidali di profondità diversa, in stereo e mono, le persone distinguevano i cambiamenti di profondità con un’efficacia due volte maggiore quando era presente la parallasse di movimento (che permette di vedere prospettive diverse quando si muove la testa).

Benefici per i cittadini europei nell’era digitale

Per adesso, nonostante il know-how sia disponibile, la prossima generazione di display ultra-realistici è fuori portata a causa del prezzo dei componenti, come per esempio i proiettori ad alta velocità. Nell’attesa, PROLIGHT-IAPP ha sviluppato una parte dell’hardware necessario e un nuovo metodo di calibrazione del display, una cosa importante se si pensa ai 70 milioni di raggi in un display a campo luminoso attuale e i 5 miliardi circa di raggi necessari per una piena parallasse.

Spiegando le forze motrici di questa nuova tecnologia digitale, il prof. Gotchev dice: “La fotografia che sfrutta il campo luminoso è la prossima grande sfida dei media audiovisivi e ha le potenzialità per cambiare il modo in cui le persone consumano e interagiscono con le informazioni visive.” In linea con l’“Agenda digitale per l’Europa”, che auspica un mercato unico per lo scambio digitale di contenuti e servizi, queste tecnologie visive vanno a vantaggio anche della ricerca e delle applicazioni scientifiche, i medici per esempio saranno in grado di rappresentare parti anatomiche per una migliore prevenzione e cura delle malattie, e per l’istruzione. Il professore continua spiegando che “La fotografia a campo luminoso è anche di vitale importanza in settori in cui la presenza umana è rischiosa o impossibile, per esempio in caso di disastri naturali. Inoltre, è utile per visualizzare dati altrimenti considerati astratti, come per esempio i megadati.”

Argomenti

Life Sciences

Keywords

PROLIGHT-IAPP, visualizzazione 3D, proiezioni del campo luce, proprietà della luce, piena parallase, parallase di movimento, banda di visualizzazione, tecnologie digitali, visualizzazione ultrarealistica