3D-Techniken im Überblick: So funktionieren active Shutter, Polarisation & Co.

von Pascal Poschenrieder am , 17:01 Uhr

3D ist in aller Munde, nachdem Avatar der Technik endlich zum Durchbruch verholfen hat. Dreidimensionale Filme gibt es inzwischen nicht mehr nur im Kino. Jeder große TV-Hersteller hat Geräte fürs Wohnzimmer im Angebot. Wir erklären, wie die Tiefendarstellung in den eigenen vier Wänden funktioniert und zeigen die Stärken und Schwächen der unterschiedlichen Techniken auf.

Ohne dreidimensionale Wahrnehmung wären wir aufgeschmissen. Denn was wir als selbstverständlich betrachten, würde ohne 3D-Sehen zum großen Problem. Wir könnten keine Abstände abschätzen und uns dadurch nicht richtig im Raum orientieren. Selbst die einfachsten Dinge wie das Greifen einer Gabel und das Aufpieksen eines Steaks vom Teller wäre fast ein Ding der Unmöglichkeit. Auch Geschwindigkeiten könnten wir ohne dritte Dimension nur sehr schwer erfassen. Einen Ball einfach aus der Luft fangen? Wer ein Auge schließt und das versucht, weiß sofort, wie wichtig unsere dreidimensionale Auffassung ist.

Doch zum Glück sehen wir in drei Dimensionen. Unsere Augen erfassen Bilder aus unterschiedlichen Blickwinkeln. Aus der Differenz der beiden Eindrücke errechnet unser Gehirn die Entfernung. Je nach dem, ob sich der Winkel zwischen den zwei Bildern eines Objektes stärker oder schwächer unterscheidet, ist es nah oder weit entfernt. Und diese Tiefenwahrnehmung ist für uns glücklicherweise so normal, dass wir alles ohne räumliche Tiefe als unrealistisch empfinden. So merken wir auch beim Fernsehen sofort, dass es sich beim TV-Schirm nicht etwa um ein Fenster zu einer anderen Realität, sondern eben nur um ein zweidimensionales Display handelt. Deshalb haben die TV-Hersteller schon um die Jahrtausendwende mit der Entwicklung dreidimensionaler Fernseher begonnen, die vor knapp einem Jahr endlich in großen Stückzahlen Marktreife erlangt haben. Mittlerweile gibt es von jedem namhaften Konzern mindestens ein Modell. Perfekt ist allerdings noch keines von ihnen. Die unterschiedlichen Techniken zum Erzeugen des Tiefeneffekts haben alle ihre Vor- und Nachteile.

Voraussetzungen für den 3D-Genuss

Um überhaupt Filme mit dritter Dimension ansehen zu können, muss die Heimkino-Ausrüstung mehrere Voraussetzungen erfüllen. Die wohl wichtigste heißt HDMI 1.4a [1]. Sie sorgt dafür, dass 3D-Blu-ray-Player, AV-Receiver, Fernseher und Beamer sich untereinander verstehen und das dreidimensionale Bildmaterial vom Abspiel- bis zum Ausgabegerät nicht verloren geht. Fehlt einem Gerät in der Wiedergabekette HDMI 1.4a, gibt es selbst bei passendem Blu-ray-Player und TV keinen 3D-Effekt zu sehen.

Für den echten 3D-Genuss braucht es nicht nur einen kompatiblen TV, sondern auch einen passenden Blu-ray-Player. Während in anderen europäischen Ländern bereits TV-Sendungen in 3D übertragen werden, kommen wir hierzulande nur via Blu-ray zu dreidimensionalen Bildern. 3D-Blu-ray-Spieler [2] sind noch etwas teurer als ihre 2D-Pendants und derzeit ab 180 Euro erhältlich – mit einer Ausnahme: Der Philips BDP7500 [3] wechselt bereits für 137 Euro den Besitzer.

3D-Blu-ray-Player für knapp 140 Euro: Der Philips BDP7500 versorgt Fernseher mit dreidimensionalen Bildsignalen. [4]
3D-Blu-ray-Player für knapp 140 Euro: Der Philips BDP7500 versorgt Fernseher mit dreidimensionalen Bildsignalen.

Bei allen gängigen 3D-Darstellungstechniken sind derzeit noch spezielle Brillen notwendig. Es ist zwar auch möglich, dreidimensionale Bilder ohne weitere Hilfsmittel anzuzeigen, allerdings ist diese Technik noch teuer und nicht massentauglich. Daher kommt sie kaum zu Einsatz. Aber auch die 3D-Brillen sind nicht ganz billig. Man sollte sich vor dem TV-Kauf über die Zusatzkosten informieren und diese einkalkulieren. Für die üblichen Modelle sind etwa 100 Euro fällig.

Alle derzeit verfügbaren Modelle kommen nicht ohne 3D-Brillen aus. Das abgebildete Shutter-Modell von Samsung ist mit einem Preis von rund 65 Euro vergleichsweise günstig. [5]
Alle derzeit verfügbaren Modelle kommen nicht ohne 3D-Brillen aus. Das abgebildete Shutter-Modell von Samsung [6] ist mit einem Preis von rund 65 Euro vergleichsweise günstig.

Bei Fernsehern heißt der Standard Shutter [7]-Brille. Damit diese Technik funktioniert, benötigen die TV-Geräte eine Bildwiederholrate von 200 Hz. Ohne die hohe Bildrate würden die räumlichen Bilder stark ruckeln. Das war beispielsweise bei den ersten 3D-Shutter-Brillen für Computer der Fall, die es kurz vor der Jahrtausendwende erstmals zu kaufen gab. Wer also einen 3D-TV mit Shutter-Technik und ohne 200-Hz-Display sieht, sollte die Finger davon lassen. Allerdings ist nicht jeder Fernseher mit der hohen Bildrate [8] automatisch für die Darstellung dreidimensionaler Inhalte geeignet. Er benötigt zusätzlich ein Infrarot- oder Funkmodul zur Kommunikation mit den Brillen. Ohne diese wäre eine Synchronisation von Shutter-Sehhilfe und TV-Display nicht möglich.

Shutter-Technik

Fast alle verfügbaren 3D-Fernseher [9] setzen auf die Shutter-Technik, was übersetzt Verschlusstechnik heißt. Beispiele sind Panasonics Serie VT20E [10], Samsungs Baureihen C7790 [11] und C8790 [12] sowie Sonys LX905 [13]-Modelle. Dabei werden die für die Tiefenwahrnehmung notwendigen zwei Bilder nacheinander auf dem Screen angezeigt. Eine Brille mit Gläsern aus zwei LC-Displays mit fehlender Hintergrundbeleuchtung sorgt dafür, dass das jeweilige Bild nur im richtigen Auge landet. Dazu dunkeln die Panels nacheinander ab, wodurch nur das jeweils richtige Auge freie Sicht auf dem TV hat. Das geschieht fünfzig Mal in der Sekunde und dank der Infrarot- oder Funk-Synchronisation zwischen Fernseher und Brille gleichzeitig. Im Normalfall fällt es dem Zuseher gar nicht auf. Er hat einfach das Gefühl, als würde er ein flüssiges 3D-Bild sehen.

Der Panasonic TX-P50VT20E bietet dank schnell schaltendem Plasma-Display von allen von uns getesteten Fernsehern das beste 3D-Bild. [14]
Der Panasonic TX-P50VT20E bietet dank schnell schaltendem Plasma-Display von allen von uns getesteten Fernsehern das beste 3D-Bild.

Der große Vorteil dieser Technik liegt im Preis. Die Hersteller können für ihre 3D-TVs die bestehende Technik nutzen und sparen sich neue Produktionsstätten. Sie müssen lediglich etwas an der Software schrauben, einen Infrarot-Übertrager integrieren und Brillen fertigen. Außerdem bietet die Shutter-Technik große Blickwinkel, wodurch sie sich ideal fürs Wohnzimmer eignet, in dem auch mal mehrere Leute aus verschiedenen Positionen auf den Fernseher blicken.

Allerdings sind die Brillen reativ teuer und nicht wartungsfrei. Die LC-Panels kosten im Vergleich zu Sehhilfen mit polarisierenden Gläsern mehr. Zudem verbrauchen die LCDs Strom. Daher sind die Shutter-Brillen meist mit Batterien und in einigen Fällen auch mit Akkus ausgestattet. Hinzu kommen IR-Empfänger und Synchronisationselektronik. Das macht den Aufbau vergleichsweise schwer und sperrig.

Die Brillen schalten zwar mit 50 Mal in der Sekunde nicht gerade langsam, doch trotzdem kommt es durch Verzögerungen zu unerwünschten Effekten. So treten beispielsweise Geisterbilder auf, wenn die Brille schon umgeschaltet hat, während auf dem Panel noch das Bild für das andere Auge nachleuchtet. Hinzu kommt ein störendes Flimmern, wenn sich helle Elemente im Raum befinden. Diese erscheinen dann besonders in den Augenwinkeln als stark flimmernd. Außerdem dunkeln die Gläser das Bild ab, da sie je ein Auge abschotten.

3D via Polarisation

Polarisation [15] heißt so viel wie Ausrichtung. Die Bildquelle polarisiert das Licht für das eine Auge horizontal, das für das andere vertikal. Dadurch kann es jeweils nur ein passend ausgerichtetes Brillenglas passieren. Die Polarisationstechnik wird hauptsächlich in Kinos eingesetzt, wo zwei Projektoren die Bilder für linkes und rechtes Auge mit jeweils unterschiedlicher Polarisation übereinander auf die Leinwand werfen. Bei derzeit erhältlichen TV-Geräten wie dem LD950 [16] von LG [17] sitzt vor den Bildpunkten ein fester Filter, der das Licht des einen horizontal, das des anderen vertikal polarisiert. Ebenfalls denkbar wäre ein zusätzliches LC-Panel vor dem Screen, das durch ein aktives Drehen von Flüssigkristallen die Polarisationsrichtung von Pixeln wie bei der Shutter-Technik mehrmals pro Sekunde ändert. Dazu wären lediglich ein Weglassen der vordersten Polarisationsschicht von Standard-LCDs und eine Synchronisation der beiden LCDs notwendig.

LG bietet mit dem LD950 als erster Hersteller einen bezahlbaren 3D-Fernseher mit Polarisationstechnik an. [18]
LG bietet mit dem LD950 als erster Hersteller einen bezahlbaren 3D-Fernseher mit Polarisationstechnik an.

Der größte Vorteil der Polarisationstechnik besteht in den Brillen. Sie benötigen lediglich zwei normale Gläser, die mit einer Polarisationsschicht versehen sind. Dadurch sind sie leicht und kommen ohne Energieversorgung aus. Außerdem ist der 3D-Effekt auch hier nicht blickwinkelabhängig. Auch störende Nebeneffekte wie ein Flimmern, Geisterbilder oder eine Abdunkelung treten hier nicht auf.

Wenn man allerdings einen Fernseher mit Polarisationstechnik bauen möchte, wird es schwierig. Denn im Gegensatz zum Kino, wo einfach mit zwei Projektoren die Bilder für rechtes und linkes Auge übereinandergelegt werden, sind hier Tricks notwendig. Derzeitige Geräte teilen das Display spaltenweise auf die beiden Sehorgane auf und bringen Filterreihen auf. Das ist relativ teuer und hat eine Halbierung der Auflösung zur Folge. Letztere ließe sich mit Hilfe der modifizierten LCD-Schicht vor dem eigentlichen Bildschirm vermeiden, dann wäre die Produktion allerdings noch teurer und es würden wieder Geisterbilder und andere Nebeneffekte auftreten.

Rot-Grün-3D mit Anaglyphen

Die immer noch mit Abstand bekanntesten 3D-Brillen besitzen verschiedenfarbige Gläser und nutzen die Anaglyphen [19]-Technik. Hier funktioniert die Darstellung im Prinzip wie mit der Polarisationsmethode im Kino. Der Fernseher zeigt gleichzeitig zwei Bilder an. Das eine ist grünlich gefärbt, das andere rötlich. Die Brillen sorgen wieder dafür, dass das jeweilige Auge nur das passende Bild zu sehen bekommt. Häufig kommen auch andere Farben wie Blau zum Einsatz, das Prinzip bleibt aber das Gleiche.

Rot-Grün-Brillen sind zwar spottbillig, dementsprechend schlecht ist aber auch das Bild. [20]
Rot-Grün-Brillen sind zwar spottbillig, dementsprechend schlecht ist aber auch das Bild.

Die positiven Seiten der Rot-Grün-Technik kennt jeder. Der Effekt funktioniert mit jedem normalen Fernseher, und die Brillen gibt es in der TV-Zeitschrift.

Allerdings sorgen letztere für einen unschönen Farbstich und auf Dauer für Kopfschmerzen – oder bei machen Zusehern sogar für Übelkeit.

Tiefenwahrnemung ohne Brillen: Autostereoskopie

3D ohne lästige Brillen, das ist definitiv die Königsdisziplin und noch Zukunftsmusik. Nicht ganz, denn die dafür nötigen autostereoskopischen [21] Display gibt es schon. Sie setzen auf zwei unterschiedliche Techniken. Die eine nutzt eine Kamera, die die Augen des Betrachters verfolgt und den Blickwinkel des dargestellten Bildes dementsprechend anpasst. Die andere arbeitet nach dem Prinzip von Wackelbildern [22]. Über jeder Pixelspalte des Panels ist eine so genannte Parallaxenbarriere [23] angebracht. Dabei handelt es sich um eine durchsichtige Schicht vor dem Panel, die mit Schlitzen versehen ist. Über jeweils zwei Pixelspalten befindet sich ein Schlitz. Er sorgt dafür, dass das eine Auge aus seinem Blickwinkel nur die erste Reihe an Bildpunkten, das andere nur die zweite sieht. Diese Technik findet beispielsweise bei der ab März nächsten Jahres erhältlichen Spielkonsole Nintendo 3DS [24] Verwendung.

Wer von weiter links auf die Anzeige blickt, liest eine Zehn statt einer Neun ab. Nach diesem Prinzip funktionieren Parallaxen-Barrieren. [25]
Wer von weiter links auf die Anzeige blickt, liest eine Zehn statt einer Neun ab. Nach diesem Prinzip funktionieren Parallaxen-Barrieren.

In Form von einer Lenticular [26]-Linsenschicht gibt es noch eine zweite Methode einer Schicht, die das Licht von Pixeln gezielt in eine Richtung leitet. Hier kommen keine Schlitze, sondern Erhebungen zum Einsatz. Für professionelle Anwendungen findet eine Kombination aus Blickwinkelerfassung und Parallaxentechnik Verwendung. Dabei wird die Parallaxenschicht mit der Kopfbewegung mit verschoben, wodurch deutlich höhere Blickwinkel realisiert werden. Das Friedrich-Hertz-Institut der Frauenhofer-Stiftung hat mit dem Free2C_digital [27] beispielsweise ein System entwickelt, das so funktioniert.

Dank Head-Tracking bieten die Free2C-digital-Display höhere Blickwinkel. [28]
Dank Head-Tracking bieten die Free2C-digital-Display höhere Blickwinkel.

Das beste an der Autostereoskopie ist das Wegfallen lästiger Brillen. Außerdem gibt es hier Farbverälschungen genauso wenig wie Geisterbilder oder eine Abdunkelung des Bildes.

Doch leider sind Geräte auf Prallaxen-Basis gerade mit großen Diagonalen recht teuer. Hinzu kommt auch hier eine Halbierung der Pixelzahl. Um das zu kompensieren, besitzt die Nintendo 3DS beispielsweise einen Screen mit 800 mal 320 Bildpunkten, also 400 mal 320 Pixeln für jedes Auge. Um große TV-Geräte mit zweifacher Full-HD-Auflösung zu fertigen, ist ein enormer Aufwand nötig, der hohe Kosten verursacht.

Außerdem ist der Effekt stark blickwinkelabhängig. Wer seinen Kopf bei einem normalen Parallaxen-Display nur wenige Zentimeter zur Seite bewegt, zerstört den 3D-Effekt. Die Kombination mit der Augenverfolgung mittels Kamera sorgt zwar für höhere Winkel, ist aber noch teurer und beseitigt das Problem trotzdem nicht vollständig. Außerdem funktioniert sie nicht für beliebig viele Personen. Ein reines Augen-Tracking ohne Spezialdisplay sorgt zwar für dreidimensionale Blickwinkel, aber nicht für einen Tiefeneindruck.

Fazit

Die von uns getesteten 3D-Fernseher auf Basis der Shutter-Technik funktionieren allesamt bereits recht ordentlich. Perfekt ist der Tiefeneffekt aber noch lange nicht. Lästige Brillen und störende Nebeneffekte verhageln den Filmgenuss. Aber auch die Darstellung der dritten Dimension mittels Polarisation & Co. hat noch Probleme. Außerdem sind alle 3D-Geräte noch vergleichsweise teuer.

Das größte Problem ist jedoch nicht die Technik. Es fehlen schlichtweg die Inhalte. Derzeit gibt es nur eine Handvoll dreidimensionaler Filme auf Blu-ray, und von 3D-Fernsehübertragungen können wir zumindest in Deutschland momentan nur träumen. Daher sollten sich Filmfans derzeit lieber einen guten 2D-TV kaufen und noch warten. Wenn Sie dann wirklich mal die dritten Dimension genießen wollen, gibt es ja immer noch das Kino. Am besten klappt der Effekt aber, wenn man einfach vor die Tür geht, anstatt sich vor die Glotze zu setzen. Hier ist alles hochauflösend, dreidimensional und frei von störenden Nebeneffekten.

Artikel von CNET.de: https://www.cnet.de

URL zum Artikel: https://www.cnet.de/41536108/3d-techniken-im-ueberblick-so-funktionieren-active-shutter-polarisation-co/

URLs in this post:

[1] HDMI 1.4a: https://www.cnet.de/blogs/alpha/tv/41207498/hdmi_1_4_spezifikation+vierfache+full_hd_aufloesung_+3d+und+ethernet.htm

[2] 3D-Blu-ray-Spieler: https://www.cnet.de/digital-lifestyle/trends-technik/41527132/3d_faehige+blu_ray_player+im+ueberblick+diese+geraete+kommen+2010.htm

[3] Philips BDP7500: https://www.cnet.de/tests/entertainment/41529570/philips+bdp7500+blu_ray_player+mit+toller+formatunterstuetzung.htm

[4] Image: https://www.cnet.de/i/story_media/41536108/philips-player.jpg

[5] Image: https://www.cnet.de/i/story_media/41536108/shutter-brille.jpg

[6] Samsung: http://www.cnet.de/unternehmen/samsung/

[7] Shutter: http://de.wikipedia.org/wiki/Verschluss_%28Kamera%29

[8] Fernseher mit der hohen Bildrate: https://www.cnet.de/digital-lifestyle/kaufberatung/41528433/alle+lcd_fernseher+mit+200+hz+im+ueberblick+das+bringt+die+hohe+bildrate.htm

[9] alle verfügbaren 3D-Fernseher: https://www.cnet.de/digital-lifestyle/kaufberatung/41533131/verfuegbare+3d_fernseher+im+vergleich+kino_action+mit+tiefeneffekt+fuer+zu+hause.htm

[10] VT20E: https://www.cnet.de/tests/tv/41532517/panasonic+viera+tx_p50vt20e+ueberragender+3d_tv+fuer+dunkle+wohnzimmer.htm

[11] C7790: https://www.cnet.de/tests/tv/41535836/samsung+ps50c7790+preiswerter+3d_tv+mit+vielen+extras+und+gutem+bild.htm

[12] C8790: https://www.cnet.de/tests/tv/41532153/samsung+ue55c8790+ueberwaeltigender+led_tv+mit+vielen+extras+und+3d_bild.htm

[13] LX905: https://www.cnet.de/tests/tv/41534741/sony+bravia+kdl60lx905+3d_fernseher+fuer+sport_+aber+nicht+fuer+film_fans.htm

[14] Image: https://www.cnet.de/i/story_media/41536108/panasonic-shutter.jpg

[15] Polarisation: http://de.wikipedia.org/wiki/Polarisation

[16] LD950: http://www.lg.com/de/tv-heimkino-blu-ray/tv/LG-lcd-tv-47LD950.jsp

[17] LG: http://www.cnet.de/unternehmen/lg/

[18] Image: https://www.cnet.de/i/story_media/41536108/lg-polarisation.jpg

[19] Anaglyphen: http://de.wikipedia.org/wiki/Anaglyphen

[20] Image: https://www.cnet.de/i/story_media/41536108/rotgruen-brille.jpg

[21] autostereoskopischen: http://de.wikipedia.org/wiki/Autostereoskopie

[22] Wackelbildern: http://de.wikipedia.org/wiki/Wackelbild

[23] Parallaxenbarriere: http://de.wikipedia.org/wiki/Parallaxe

[24] Nintendo 3DS: https://www.cnet.de/galerie/41535453/nintendo+3ds+mobil+spielen+in+drei+dimensionen.htm

[25] Image: https://www.cnet.de/i/story_media/41536108/paralaxenfehler.jpg

[26] Lenticular: http://de.wikipedia.org/wiki/Lenticular

[27] Free2C_digital: http://www.hhi.fraunhofer.de/de/abteilungen-am-hhi/interaktive-medien-human-factors/uebersicht/free2c_digital-displays/

[28] Image: https://www.cnet.de/i/story_media/41536108/free2c-digital.jpg