3D computer grafica e 3D stereoscopico “3DS”


Si trovano in internet molti siti che parlano di 3D, ma in pochi di questi la trattazione è svolta in modalità didattica tenendo conto dei potenziali fruitori.

Chi segue Treddi.com è sicuramente un utente che ha sempre lavorato in “3D” e quindi rimarrà perplesso di questo distinguo. Purtroppo Media, cinema, televisione, ci hanno “maleducato” al riguardo e gli spettacoli che si “guardano con gli occhialini” sono definiti in 3D!!

Il termine giusto sarebbe in stereoscopia! Ma come si capisce tale definizione non sarebbe subito comprensibile al grande pubblico.

Nello specifico per Computer Grafica 3D si intende quel  ramo della computer grafica che basa la creazione di immagini statiche o in movimento, sull'elaborazione di modelli tridimensionali da parte di un computer. Essa viene utilizzata nella creazione e postproduzione di opere o parti di opere per il cinema o la televisione, nei videogiochi, nell'architettura, nell'ingegneria, nell'arte e in svariati ambiti scientifici. La grafica computerizzata tridimensionale è una tecnica per rappresentare, mediante modelli matematici, un'immagine bidimensionale in oggetti tridimensionali. Schematicamente, il metodo di produzione della Computer Grafica 3D è composto da due elementi: una descrizione di ciò che si intende visualizzare (scena), composta di rappresentazioni matematiche di oggetti tridimensionali, detti "modelli", e un meccanismo di produzione di un'immagine 2D dalla scena, detto "motore di render" che si fa carico di tutti i calcoli necessari per la sua creazione, attraverso l'uso di algoritmi che simulano il comportamento della luce e le proprietà ottiche e fisiche degli oggetti e dei materiali.

L’effetto finale è quello di una perfetta visione prospettica che avrebbe fatto invidia al nostro Piero della Francesca, immagini geometricamente e tecnicamente perfette, da vedersi senza nessun ausilio ma fondamentalmente piatte. Noi parleremo invece di 3D Stereoscopico, che come vedremo più avanti può essere realizzato anche con le precedenti tecniche, ma fruito in modo completamente diverso.

 

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Fig .1 - Immagine in Computer Grafica 3D




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Fig.2 - Immagine in Computer Grafica 3D e in 3D Stereoscopico Anaglifo (da vedersi con gli occhialini ciano – magenta)

La Stereoscopia è una tecnica di realizzazione e visione di immagini, disegni, fotografie e filmati, atta a trasmettere una illusione di tridimensionalità, analoga a quella generata dalla visione binoculare del sistema visivo umano.

Per questo motivo occorrono particolari visori per poterne fruire e/o dispositivi ottici di ausilio (in genere occhialini che possono essere colorati o polarizzati).

Inventata nel 1832 da Sir Charles Wheatstone, utilizzando coppie di disegni similari e successivamente le prime immagini fotografiche, la stereoscopia ha trovato applicazione anche nel cinema e in svariati altri campi,  dallo studio scientifico all'intrattenimento, tra cui: l'esplorazione astronomica, la fotogrammetria, la televisione, l'informatica, i videogiochi, la telefonia mobile.

Dall'iniziale utilizzo di procedimenti chimici e strumenti ottici e meccanici, in seguito all'ampia diffusione dell'informatica, sono state successivamente sviluppate tecnologie che consentono la ripresa e la visione di immagini tridimensionali, attraverso l'utilizzo di dispositivi elettronici digitali stereoscopici e autosterescopici.


Un po' di storia

La visione binoculare e la percezione tridimensionale della realtà che circonda l'uomo, sono oggetto di interesse di diversi studiosi e artisti durante l'intero arco della storia dell'umanità. Tra i tanti a interessarsi a questo fenomeno ci sono Euclide e Leonardo Da Vinci.

Tra '500 e '600 Giovanni Battista della Porta e Jacopo Chimenti da Empoli pare abbiano realizzato i primi esperimenti di disegni "stereografici", mentre si deve al gesuita François D’Aiguillon la coniazione del termine “stereoscopique” nel 1613 per il suo lavoro Opticorum libri sex philosophis juxta ac mathematicis utiles.



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Figg. 3-4 – Stereoscopio modello “David Brewster”



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Figg. 5/6 – Stereoscopio modello “statunitense”


Durante la prima metà dell'800 Sir Charles Wheatstone realizza i primi esperimenti stereoscopici con coppie di disegni affiancati così da poter riprodurre due immagini leggermente differenti come quelle percepite dall'occhio umano. Nel 1838 lo scienziato britannico pubblica un trattato sulla visione binoculare, dovuta al differente posizionamento delle due immagini percepite da ogni occhio. Illustra il testo con le sue coppie di disegni stereoscopici: i primi stereogrammi.


Per la visualizzazione di questi primi disegni "stereografici", Wheatstone utilizza uno strumento ottico basato su sistema di specchi e prismi, che indirizza correttamente le immagini destinate all'occhio destro e sinistro: lo stereoscopio a specchi. Guardando queste immagini bidimensionali, era così possibile sperimentare l'illusione della profondità tridimensionale. Wheatstone propone di chiamare lo strumento “Stereoscope”. L'invenzione di Wheatstone risale al 1832 ma il brevetto solamente al 1838.

Nel 1838 Wheatstone presenta il primo stereoscopio così realizzato alla Royal Society di Londra. Lo stereoscopio di Wheatstone non riscontra però un grande successo, poiché complesso e ingombrante, si dovrà infatti attendere il 1849 quando Sir David Brewster realizza un più leggero e maneggevole stereoscopio: si tratta di un "binocolino" dotato di lenti attraverso cui guardare una coppia di fotografie.

È del 1852 l'invenzione della fotocamera binoculare (anche conosciuta come fotocamera stereoscopica o stereo camera), per opera di J.B. Dancer, un ottico di Manchester.

Nel 1858 lo stereoscopio di Brewster viene presentato all'Esposizione Universale di Londra, suscitando l'interesse della regina Vittoria che ne volle subito uno per sé.
Visto l'enorme interesse riscosso dall'oggetto, dapprima la ditta parigina Duboscq & Soleil, poi svariate altre ditte, soprattutto inglesi, francesi e americane, produrranno in serie lo stereoscopio Brewster, che diviene a breve un enorme successo presso la borghesia europea e americana. Negli Stati Uniti Oliver Wendell Holmes realizza infatti una versione più economica dello stereoscopio di Brewster.

Col tempo alle fotografie in bianco e nero su cartoncino, si affiancheranno fotografie colorate a mano stampate su carta sottile e, successivamente, stampe fotografiche su lastre di vetro (delle diapositive ante litteram), sovente anch'esse colorate, che conferiscono maggiore profondità alle immagini stereoscopiche.
A fine ottocento per lo stereoscopio inizierà una fase di declino, destino condiviso con la lanterna magica, causato principalmente dalla nascita del cinema.




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Figg. 7/8/9 - Alcuni stereoscopi del '900: View-Master, Stereoscope Lestrade e Tru-Vue

Nel XX secolo la stereoscopia si sviluppa in diverse direzioni. Lo stereoscopio ottocentesco che utilizza stereogrammi su carta scompare quasi completamente dalla scena (sopravvive sotto forma di giocattolo economico), al suo posto si sviluppa lo stereoscopio che si serve di diapositive su pellicola fotografica, e che ha come pionieri il Tru-Vue e, soprattutto, il View-Master.


Agli inizi del XX secolo si cercano inoltre strade per la visione stereoscopica senza l'ausilio di alcun dispositivo ottico supplementare, quali lo stereoscopio o gli occhiali, attraverso dei sistemi autostereoscopici che sfruttino la barriera di parallasse e lo schermo lenticolare. Parallelamente alla nascita e all'ascesa del cinema, si fa strada il cinema stereoscopico, che a fasi alterne sperimenta varie tecnologie e sistemi. La stereoscopia trova inoltre applicazioni nei fumetti (attraverso l'anaglifo), nella televisione, e in numerosi altri campi.