Tecnologia 3D, ecco come funziona

Forse, quando inforcate i vostri occhialini e vi recate al cinema per vedere un film in 3D come Avatar o TRON: Legacy, non ve ne rendete conto, ma lo spettacolo a cui state per assistere è frutto di una teoria scientifica: la cosiddetta visione binoculare o stereopsi. Una teoria precisa quanto antica: infatti risale addirittura al 1838 e il primo a descriverla fu il fisico e inventore britannico Sir Charles Wheatstone. Lui, per primo, ideò lo stereoscopio, uno strumento ottico che permetteva di visualizzare immagini tridimensionali (all’epoca soltanto statiche). Da allora, è stata percorsa molta strada e la tecnologia tridimensionale viene oggi utilizzata non solo per i film, ma anche per i videogiochi e addirittura per gli show televisivi. Ma l’incredibile mondo alieno di Pandora nasce proprio da qui. Ecco come.

Gli occhi e il cervello

In termine tecnico, la visione in 3D dell’occhio umano viene chiamata “stereoscopia”. La percezione della profondità degli oggetti, infatti, è in realtà un’elaborazione data dal nostro cervello ed è permessa proprio dal fatto che i due occhi siano posizionati ad una distanza di circa 50-75 mm. In questo modo, entrambi osservano la stessa scena, ma da due prospettive diverse. Per convincersene, basta fare un semplice esperimento che chiunque di noi avrà provato da bambino: tenere in mano una penna o una matita a pochi centimetri dagli occhi e vederla muovere chiudendo un occhio per volta.

Sovrapponendo le due immagini, il cervello è in grado di valutare la distanza, la profondità e la posizione dell’oggetto mirato. E’ proprio questa strategia che si cerca di replicare con gli occhialini e i proiettori dei moderni apparati tridimensionali: dare singolarmente a ciascuno dei due occhi una prospettiva diversa della stessa immagine. Il resto del lavoro è svolto dal nostro cervello, che automaticamente elabora gli angoli, la matematica e la geometria per sincronizzare le due immagini. Fin qui, tutto facile: ma far sì che una macchina da presa replichi l’effetto dato dall’occhio umano è in realtà un compito tutt’altro che semplice.

3D al cinema

A tentare per la prima volta l’esperimento della tridimensionalità artificiale è stato proprio il dorato mondo di Hollywood, con i suoi ricchi budget e il suo coraggio nell’intraprendere nuove sfide tecnologiche. I metodi utilizzati negli ultimi decenni sono stati essenzialmente due: l’anaglifo e gli occhiali polarizzati.

Anaglifo è un termine complicato per riferirsi ai vecchi occhiali dalle lenti rosse e blu. Sullo schermo viene proiettata un’immagine di colore rosso sulla paste sinistra e una di colore blu sulla parte destra: attraverso il filtro delle lenti, ogni occhio può così ricevere solo l’immagine ad esso destinata e inviarla al cervello per la successiva elaborazione. E’ possibile utilizzare anche altri colori, ma solo a patto che siano sufficientemente distinti da essere separati sullo schermo. Questa tecnologia, però, era alquanto primitiva: da un lato non permetteva di utilizzare l’intero spettro dei colori, dall’altro portava alla fusione indesiderata delle due immagini distinte.

Oggi si utilizzano i più complessi e costosi occhiali polarizzati, che sfruttano il fatto che la luce possa essere, appunto, polarizzata, ovvero orientata secondo diversi angoli. Utilizzando un doppio proiettore, si può riprodurre un’immagine in direzione orizzontale e una in direzione verticale. Lo spettatore, a sua volta, è dotato di un paio di occhiali con lenti anch’esse polarizzate, cosicchè ogni occhio riceva solo la polarizzazione corrispondente. Il problema è che per vedere bene questo tipo di 3D, è necessario che la testa rimanga ferma, per non distorcere le onde che raggiungono l’occhio.

Per superare anche questo inconveniente, oggi alla polarità standard è stata sostituita la cosiddetta polarità rotazionale. In pratica, le due immagini sono proiettate tramite due rotazioni diverse, una in senso orario e l’altra in senso antiorario, e poi separate dalle relative lenti. In questo modo, anche girando la testa, si può comunque apprezzare il film nel migliore dei modi.

I televisori di casa nostra

La stessa tecnologia dei proiettori delle sale cinematografiche può essere utilizzata negli home theater, ma il costo è ovviamente molto elevato. In più, a differenza degli schermi nelle sale, quello della televisione non è argentato, quindi ha una riflessione della luce allo spettatore molto peggiore. Per la visione domestica, si utilizzano comunque due tipi di 3D: attivo e passivo.

Quello attivo è il più usato e sfrutta i famosi occhiali in stile RoboCop. Gli occhiali sono sincronizzati con la televisione e aprono e chiudono degli otturatori di fronte ai due occhi. In questo modo, solo un occhio alla volta riesce a vedere le immagini. Ma, poichè i televisori 3D sono in grado di proiettare l’immagine in velocità doppia, ciò che si vede attraverso gli occhiali è un movimento fluido e non a scatti.

Meno comune e più simile a quella cinematografica è la tecnologia passiva. Questi TV hanno uno spesso schermo lenticolare, formato da una serie di lenti d’ingrandimento a strisce che danno a ciascun occhio una prospettiva leggermente diversa. In sostanza, ogni occhio vede solo metà schermo alla volta (metà dei pixel vengono ingranditi e inviati all’occhio destro e metà a quello sinistro).

Ciak, si gira: ma come?

Fin qui abbiamo visto come l’immagine in tre dimensioni venga proiettata e vista dall’occhio umano. Ma come viene realizzata? In pratica, i registi hanno bisogno di riprendere la stessa scena in due versioni, da due angolazioni diversa: quelle dei nostri occhi. L’operazione si realizza tramite una triangolazione della distanza tra le due telecamere, che devono essere messe a fuoco sullo stesso oggetto, ma anche zoomare e muoversi alla stessa velocità, per consentire la sincronizzazione delle due immagini. Per fare questo, le due macchine da presa sono montate affiancate.

Più complicata è la resa tridimensionale dei primi piani, perchè le due videocamere devono essere estremamente vicine per mimare l’angolo degli occhi. Per risolvere questo problema, i registi utilizzano dei minuscoli specchi, che riflettono l’immagine ripresa da una delle due macchine da presa all’altra. Ovviamente tali specchi devono essere privi di imperfezioni, graffi o sporcizia.

Nel caso dei film realizzati interamente al computer, come Toy Story 3, invece, gli animatori creano direttamente due versioni dello stesso fotogramma, una dalla prospettiva di ogni occhio. In questo caso, è molto più semplice ottenere delle immagini perfettamente sincronizzate e provvedere all’eventuale correzione in post-produzione di qualsiasi errore. Il problema è che questa tecnica richiede molto tempo e olio di gomito per raggiungere la perfezione.

Questa stessa tecnica è utilizzata per i videogame in 3D, che però aggiungono ulteriori complicazioni. Se i film e gli show televisivi sono infatti pre-registrati da una prospettiva fissa, i videogiochi permettono di cambiare la prospettiva spostando il personaggio che si comanda sullo schermo. Perciò gli animatori sono costretti ad un lavoro enorme per creare oggetti che possano essere visti in tre dimensioni da una serie di angolazioni diverse, a seconda del punto dal quale il giocatore si stia muovendo e stia osservando.

Il futuro

Ovviamente, come accade per qualsiasi tecnologia relativamente nuova, anche nel caso del 3D restano da risolvere alcuni problemi. Il principale è la fondamentale suddivisione a metà di ogni immagine: gli schermi lenticolari inviano metà dell’immagine a ciascun occhio, gli otturatori bloccano fisicamente un occhio alla volta e gli occhiali polarizzati filtrano metà della luce da ciascun occhio.

L’occhio umano necessita di circa 50 fotogrammi al secondo per percepire un movimento in modo continuo: dunque, nel caso di un video in tre dimensioni, la velocità di proiezione dev’essere almeno doppia, per evitare il nauseante effetto a scatti. Oggi, questo tipo di velocità è stata comunque raggiunta non solo nelle sale cinematografiche o nei televisori, ma anche da parecchi prodotti di largo consumo, come iPod, laptop, videocamere, macchine fotografiche, eccetera.

Ma non è finita: nel futuro potremmo assistere a una tecnologia tridimensionale che non richiede l’uso di alcun occhiale, la cosiddetta autostereoscopia. Uno dei dispositivi che utilizza questa innovativa tecnica è il Nintendo 3DS, l’ultima nata tra le console portatili della società giapponese. Con l’utilizzo della telecamera frontale e di uno schermo lenticolare, è in grado di riconoscere la posizione degli occhi dello spettatore e di spostare l’immagine in modo che la possiamo visualizzare correttamente in 3D indipendentemente dal punto da cui stiamo guardando. Insomma, il 3D ha davvero mosso solo i primi passi.