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Magister 3D Diseño de cámara estereoscópica real y virtual

Diseño cámara estereoscópica


• Líneas:

• Para el diseño de las cámaras hemos tenido en cuantos parámetros presentes en la visión humana y se ha estudiado las diferentes partes que la componenvisión humana y se ha estudiado las diferentes partes que la componen.

• Se ha emulado su funcionamiento para el diseño de la cámaras estereoscópicas

• Se han parametrizado los datos e implementado el diseño.


• Se han estudiado a fondo los fundamentos del sistema de visión humano, y cómo el cerebro es capaz de distinguir objetos próximos a él de los que están más lejosobjetos próximos a él de los que están más lejos.

• 1. La córnea. (homólogo estéreo): Sistema captador.1. La córnea. (homólogo estéreo): Sistema captador.

• 2. Iris. (homólogo estéreo): Diafragma.

• 3. Cristalino. (homólogo estéreo): Enfoque

(h ól é )• 4.Retina. (homólogo estéreo): CCD

• 5. Músculos oculares. (homólogo estéreo): posi‐

cionamiento cámaras.


i i l í d i d i ió• Fisiología de un sistema de visión (funcionamiento)

– 1. En primer lugar, los músculos oculares dirigen el eje óptico hacia el b d fobjeto que deseamos enfocar.

– 2. El cristalino se acomoda para enfocar el objeto correctamente.

– 3. La luz procedente del objeto pasa a través de la pupila y se proyecta en la retina (FÓVEA).

– 4. Las células fotosensibles envían la información al cerebro a través del nervio óptico.

– 5. Al recibir el cerebro las imágenes de ambos ojos, compone una sola dotada de profundidad.

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• El mecanismo de visión humano y la Estereoscopía

– Separación inter‐ocular en un adulto, es de unos 65 mm.

– La sensación de profundidad depende de la disparidad DIO (Distancia interocular).

• A mayor DIO mayor disparidad y mejor captación de la profundidad en objetos lejanos.

• A menor DIO menor disparidad y mejor captación de la profundidad en objetos cercanos

– El cerebro crea sensación de profundidad (estereopsis) : fusión.


• El mecanismo de visión humano y la Estereoscopía

• Convergencia: punto en el cual intersecan los ejes ópticos.

• En puntos muy alejados los ejes ópticos son casi paralelos

• La divergencia nunca se debe producirLa divergencia nunca se debe producir

• A partir de ciertas distancias no se distingue la profundidad– Depende de las personas

E t l 60 100– Entre los 60 y 100m

• Acomodación: enfoque óptico de un punto

• Fusión: proceso conjunto de acomodar un punto y hacer

converger los ejes ópticos en él.


• Imagen estéreo

• Llamaremos imagen estéreo a la fusión de la imagen del ojo derecho con la imagen del ojo izquierdo.

• Cada una de los dos elementos que componen la imagen estéreo recibe el

nombre de campo.


• Parámetros estéreo

• Paralelaje (Paralax) = disparidad retinal.

– Distancia entre las dos proyecciones de un punto en el plano de proyección.

– Depende de DIO y d (distancia a la pantalla de proyección)

A más DIO más paralax


• Parámetros estéreo

Ti d P l l j (P l )• Tipos de Paralelaje (Paralax):

– Paralelaje horizontalParalelaje horizontal

– Paralelaje vertical (no debe producirse)


Problemas a tener en cuenta


• Problemas a tener en cuenta

– Relación acomodación/convergencia

– Imágenes congruentes

– Bordes

– Imágenes cruzadas

– Paralelaje vertical

– Distancia del observador


• Relación Acomodación/Convergencia

– Punto de enfoque ≠ Punto de convergencia– Acomodación en la pantalla– Puede estar por delante o por detrás

• No hay problema para puntos con 0 paralax• Se utilizan músculos diferentes pero con la experiencia se enlazan los dos

movimientosmovimientos

• Produce– Dificultades en la fusión– Incomodidad


• Imágenes congruentes

L d i á d b t• Las dos imágenes deben tener

– Igual brillo

– Igual intensidad

– Igual contraste

• Deben mostrar la misma escena

• Problema con los cursoresProblema con los cursores

– Deberían duplicarse

• Provoca

– Dificultades en la fusión


• Bordes

Las imágenes que no están totalmente contenidas en la pantalla dan problemas

Imágenes con paralelaje negativo:– El paralelaje indica que el objeto está delante de la pantalla

– El corte con el borde indica que está detrás

Imágenes con paralelaje positivo:– Son más tolerantes al recorte vertical que al horizontal


• Imágenes cruzadas

Este efecto se produce cuando un ojo ve una imagen que no le corresponde

Se produce el efecto de imagen fantasma o ghosting.

Se debe a:

– Problemas de sincronización con los dispositivosp

– Problemas de latencia de la pantalla o los proyectores


• Paralelaje vertical

Distancia en el eje vertical de las dos proyecciones de un punto en el plano de proyección

Nunca debe de producirse

Provoca:

– Dificultades en la fusión

– Incomodidad (incluso malestar)

– Obliga al ojo a realizar un movimiento no natural


• El efecto depende de:

– Depende de la escena que visualicemos

– Del tamaño de la pantalla (mejor cuanto más grande)p ( j g )

– De la distancia al plano de proyección (mejor cuanto mayor)

– Del tipo de paralelaje (mejor el paralelaje positivo).

Se intenta que el paralelaje no exceda de los 1’5º;

Max. paralax = 2*d*tan (1’5º/2) (d es la distancia a la pantalla de proyección)


Configuraciones posibles de las cámaras


• Configuración de ejes paralelos

Se alinean los ejes de las lentes de las cámaras de modo que los ejes ópticos de ambas funcionen de forma paralela. La convergencia de las imágenes se consigue al mover ligeramente las cámaras o con el traslado horizontal g gde las imágenes y con un recorte de las imágenes tratadas si es necesario.


• Parámetros de ejes paralelos

La disparidad se incrementará con la separación de las cámaras, B, y con la distancia focal (λ ).

Para puntos en el infinito respecto al eje Z, la disparidad tiende a cero.

Sólo puede usarse con imágenes no superiores a 65 milímetros entre sus centros

Disparidad vertical = distorsiones graves.


• Configuración ejes convergentesEn la configuración de ejes convergentes o cruzados, las cámaras se encuentran

li t t d l t l t d d l j ó ti dligeramente rotadas la una respecto a la otra, de modo que los ejes ópticos de ambas cámaras interseccionan en un punto convergente y así toman importancia la separación de la base de la cámara (B) y

El á l d i (b) d l l d á• El ángulo de convergencia (b) de los planos de cámara:


• Parámetros ejes convergentes

Para la proyección de perspectiva nos da las coordenadas xl e yl para la

cámara izquierda:

De modo similar, las coordenadas del plano de la cámara para la cámara derecha se encuentran en:


• Simulación cámara estereoscópica: ejes convergentes

A partir de las ecuaciones descritas se ha simulado el diseñado de las cámaras reales y virtuales para generar tanto contenido estereoscópico sintético como real.como real.

Utilizando software de modelado 3D se han programado las cámaras con la configuración de ejes convergentes.


• Simulación cámara estereoscópica: ejes convergentes

Diferentes convergencias. Sensación de profundidad o acercamiento.


• Resultados cámara estereoscópica virtual• Ojo izquierdo

• Ojo Derecho• Ojo Derecho


• Resultados cámara estereoscópica real• Ojo izquierdo

• Ojo Derecho• Ojo Derecho


• Desarrollo de plugins (código)

• Desarrollo de programación de plugins para las cámaras virtuales en software de 3D (Lightwave). Diseño zona de confort estereoscópico.

• Desarrollo de código para posicionamiento de las cámaras virtuales en software de postproducción (combustión). Diseño zona de confort p p ( )estereoscópico.


• Resultados composición imagen real y sintéticaOjo izquierdo Ojo Derecho

Se ha conseguido una sincronía en todos los ejes de la imagen real estereoscópica y laestereoscópica sintéticaestereoscópica sintética.

Para visualizar los resultados se requiere de un proyector estereoscópico activo. Enlos laboratorios audiovisuales disponemos de un sistema activo de visiónestereoscópica.p

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