Tiburon 19, en Regreso al Futuro II (Universal Pictures)

Cuando de pequeños veíamos las películas del futuro nos imaginábamos coches voladores, robots que limpiaran por nosotros, inmensas bibliotecas de conocimiento… y ver cómo el tiburón 3D de una película salía de la pantalla.

Pues bien, aunque aún está lejos de poder hacerse de forma cómoda, empezamos a ver los primeros productos, sobre todo de entretenimiento, que se ofrecen en 3D.

Pero, ¿cómo funciona eso? ¿Cómo es posible que nuestros ojos vean una imagen tridimensional cuando se representa en una televisión o una pantalla de cine que, obviamente, es bidimensional?

Dedicaremos este artículo a explicar los principios de estas tecnologías. Ya adelanto que no soy un experto en el campo y nunca he trabajado en un proyecto relacionado con ello, solo he leído al respecto, de modo que no profundizaremos en detalles que solo conocen los profesionales.

Paralaje

Antes de explicar los fundamentos ingenieriles de la tecnología, debemos explicar los fundamentos físicos y biológicos. Existen varios efectos que ayudan a la visión en 3D:

• 

  Esto es lo que verías, con los efectos combinados de proporción y movimiento de paralaje, si estuvieras moviendo la cabeza hacia la derecha (por eso el dibujo se mueve a la izquierda)

  El tamaño. Las cosas más lejanas se ven más pequeñas. Este es el efecto que hasta ahora había explotado la televisión, simplemente poniendo más pequeñas las cosas que querían parecer más lejanas. Este es, junto a la paralaje, el efecto más potente.
• La paralaje. Es en el que vamos a centrarnos, porque es el que intentan explotar los equipos 3D modernos.
• El enfoque del cristalino. El cristalino es básicamente una lente, que debe deformarse de forma distinta para enfocar cosas a distancia distinta. No se puede aprovechar esto para engañar al cerebro porque la tele realmente está donde está y enfocar es condición previa para ver bien.
• El difuminado atmosférico. Las cosas lejanas, en lugares y distancias donde la atmósfera no es despreciable, se ven más borrosas. Este efecto lo empezaron a utilizar los pintores renacentistas^[1] y lo siguen usando los buenos efectos especiales hoy en día.
• El movimiento de paralaje. Solo sirve para objetos en movimiento, y consiste en que si nos movemos (o se mueven los objetos, da igual), las cosas que están más cerca de nosotros se mueven relativamente un ángulo mayor que las lejanas. Este efecto también se aprovecha desde hace mucho tiempo, no es necesaria una televisión 3D para apreciarlo.

Vamos a centrarnos en la paralaje, que es lo que explotan los sistemas de 3D modernos. La base de la paralaje, que ya ha explicado Antares, es muy sencilla: si estamos observando un objeto desde dos posiciones distintas, cada una de las observaciones se realizará desde un ángulo distinto, y a partir de ese ángulo podemos calcular la distancia.

Pues bien, nosotros podemos observar el objeto desde dos posiciones distintas: desde el ojo izquierdo y desde el ojo derecho. Por ejemplo, en el siguiente dibujo vemos cómo los ojos ven una vela a distancia distinta.

Nótese que en el dibujo a1 y b1 son deliberadamente distintos, y que la recta que mide d1 no es perpendicular al frente de los ojos. Es decir, el objeto no tiene por qué estar justo enfrente de nuestros ojos para que el efecto funcione.

Cuanto mayor sea la distancia d, menor será la suma de a+b. Así por ejemplo en el dibujo de la derecha, como d2>d1, tenemos que (a2+b2)<(a1+b1).

Fijaos en que con esto no sabemos la distancia exacta, solo sabemos que d2>d1, es decir, que la segunda vela está más lejos, aunque con tiempo y aprendizaje el cerebro acaba calculando más o menos cuál es la distancia al objeto.

Si queremos aprovechar este efecto para simular un efecto 3D, podemos imaginarnos que ponemos ambos objetos en una pantalla plana, pero que de algún modo los dos ojos siguen viendo cosas distintas:

Nótese que aún no sabemos cómo hemos hecho para que el ojo izquierdo solo vea la vela I y el derecho solo la D (eso ya lo veremos más adelante). Supongamos de momento que es gracias a un conjuro mágico.

Si despreciamos todos los efectos que decíamos antes de tamaño, distorsión atmosférica y foco, en el primer dibujo el ojo izquierdo sigue viendo la vela igual. ¿Por qué? Porque lo importante para esta discusión es el ángulo con que ve la vela. Obviamente lo mismo aplica para el ojo derecho respecto a la vela D. Así, para el cerebro, que simplemente mide los ángulos y deduce, la vela sigue estando a la distancia d1.

Si nos fijamos ahora en el segundo dibujo, vemos que ocurre lo mismo. Como ahora las velas I y D están más separadas, al cerebro le parece que la vela está más alejada, a una distancia d2.

Nótese que es importante, imprescindible, que cada ojo vea solo su propia vela. No vale con poner una foto de la vela en la posición I y otra foto en la posición D, porque entonces el cerebro simplemente verá dos velas, en esas posiciones.

Casi lo tenemos. Casi, casi. Salvo por lo del conjuro mágico, claro. ¿Cómo podemos hacer que cada ojo vea una imagen distinta?

A eso dedicaremos el resto del artículo, pero antes quiero incidir en eso: si conseguimos que cada ojo vea una imagen distinta, ya solo tenemos que presentarle a cada ojo lo que queremos y con unos cálculos cuidadosos podremos conseguir el efecto 3D. ¿Sí? Si no lo tienes claro, repásalo, porque asumiremos de ahora en adelante que esto es lo único que nos falta.

Mientras preparaba este artículo he aprendido que este proceso se llama diplopía fisiológica. Toma palabro. Supongo que a todo el mundo le resulta obvio que este efecto es muy efectivo cuando los objetos están relativamente cerca, hasta unos cuantos metros de distancia. Cuanto más lejos estén los objetos menor es la diferencia del ángulo entre una profundidad y otra y por lo tanto menor precisión tenemos al deducir la profundidad. Por eso, cuando vemos un avión en el cielo, sin más referencias, nos cuesta mucho deducir a qué distancia está.

Barrera de paralaje

Probablemente el primer intento de lograr imágenes 3D fueron esas pegatinas que había para los niños, con personajes de dibujos animados y cosas así, que tenían como rayitas. No sé cuál era su nombre técnico. Si las mirabas de frente y a la distancia adecuada, parecía que tenían profundidad. No he conseguido encontrar ninguna foto de ellas, así que no os las puedo enseñar, pero espero que todo el mundo las recuerde. Dani nos ha pasado una fotografía de una postal de este tipo, que él tenía guardada en algún baúl, donde se ven las rayitas (pica para verla en grande y apreciar el detalle).

Postal con el efecto 3D de rayitas y detalle (Dani)

Lo que hacían era poner unos plásticos triangulares delante de las imágenes, de modo que cada ojo solo viera una cara del triángulo. En esa cara se dibujaba lo que se quería que viera ese ojo y listo.

En el dibujo vemos una versión con triángulos muy grandes. En la práctica tienen que ser mucho más pequeños, de forma que la vela ocuparía varios de los triángulos, pero espero que se entienda.

En las caras que-van-de-arriba-izquierda-hacia-abajo-derecha dibujamos la vela I, de modo que el ojo derecho no la ve. Del mismo modo, en las cara que-van-de-abajo-izquierda-hacia-arriba-derecha dibujamos la vela D, para que no la vea el ojo izquierdo.

En realidad, ópticamente es un poco más complicado (pero más sencillo de fabricar), con lentes de plástico en vez de con simples triángulos donde se dibuja, pero la idea era básicamente esa. La Wikipedia tiene una imagen muy buena con las lentes, así que no tiene sentido que intente hacer yo otra que seguro que será peor:

Barrera de paralaje con lentes (Donomione, dominio público)

Bueno… como primera aproximación… vale… pero las imágenes eran estáticas, caras… Hacer una película a base de esta tecnología era imposible.

Hologramas

Cuando me puse a escribir este artículo sabía que necesitaba contar algo sobre los hologramas. Aunque no existen televisiones que exploten el efecto de holograma, me gustaría contar por qué. El problema es que, aparte de que se hacen con un láser, poco más sabía yo sobre los hologramas. Así que le pedí a Pedro que escribiera un par de párrafos al respecto… pero me debió entender mal y en vez de un par de párrafos en El Cedazo escribió un par de artículos en El Tamiz Aquí veremos una explicación rápida y poco rigurosa, así que, si quieres entender la base física, tendrás que leer sus artículos aquí y aquí.

Generación del patrón de interferencia y réplica (LP, cc-by-sa)

La base de la holografía es la interferencia y la difracción. Cuando estudias la propagación de ondas, uno de los puntos más importantes en que se hace hincapié es en que se puede analizar todo el fenómeno como si cada punto excitado por una onda fuera a su vez el generador de una nueva minionda, y la propagación fuera la suma de todas esas contribuciones de todos y cada uno de los puntos excitados.

Fíjate en los dibujos de al lado, sacados de la Wikipedia.

En el primer dibujo tenemos 2 ondas, una, la que viene plana desde la izquierda y otra la que se “refleja” en la bola blanca. Al interferir, forman un cierto patrón de interferencia. Fijaos que no es que un muro negro impida el paso de la onda y por ello tengamos valles y picos de interferencia. No, no. Los valles y picos ya están ahí, por culpa de la interferencia. Con la línea negra representamos dónde hay valles y dónde hay picos (en esa línea vertical dada). Pero insisto, no hay ningún muro ahí. Esto sería la grabación del holograma: registramos dónde hay picos y dónde valles.

En la segunda imagen, ahora sí, la raya negra es un muro, que es iluminado desde atrás por un haz de ondas (pero ya no está la bola blanca). Como es un muro con agujeritos, solo deja pasar esa onda por esos agujeritos.

La gracia, como decíamos antes, es que se puede estudiar la propagación de una onda como si cada punto excitado por la onda fuera a su vez una fuente de una nueva onda. Por lo tanto, no hay diferencia teórica entre la onda que hay en el primer dibujo de la raya hacia la derecha y la onda que hay en el segundo dibujo desde el muro hacia la derecha. Luego al ojo que hay dibujado le llegan las mismas ondas; luego él sigue viendo la bola blanca.

Fijaos en cómo el ojo, que está en esa determinada posición, recibe esa onda, pero si estuviera en otra posición recibiría otra distinta. 3D resuelto. Bueno, luego en la práctica hay muchos temas de ingeniería que resolver, porque estamos hablando de distancias micrométricas, pero la base ya está ahí.

¿Podemos aprovechar esto de forma práctica? Pues hoy en día, solo limitadamente. Para que todo esto funcione, el haz de luz que ilumina a la bola blanca debe ser monocromático (típicamente un láser), lo que limita todas nuestra grabaciones a un solo color. Además, el proceso de grabación debe hacerse en una cámara oscura, para evitar que otras luces no-monocromáticas molesten, de modo que las dotes creativas del director de la película se ven muy limitadas. Y por si fuera poco, el proceso es complicado y caro, así que grabar 150.000 fotogramas así para cada copia de una película no parece abordable. Por eso se usan hologramas para autentificar tarjetas de crédito, licencias de software, billetes grandes y cosas así. Pero si algún día se consigue reducir el coste, el efecto es impresionante, y creo que los temas de monocromía podrían resolverse (por ejemplo, combinando tres colores distintos, como en las teles actuales).

Si queréis profundizar un poco más, os remito a los artículos de Pedro, que son no solo más rigurosos científicamente, sino más completos, llenos de referencias históricas, con distinción entre los “hologramas de verdad” y “hologramas de Benton”, con curiosidades sobre la paloma holográfica de VISA, con un impresionante vídeo de un holograma “de verdad”, etcétera.

Gafas anaglifo

Pesadilla final, la muerte de Freddy (New Line Cinema)

Pongámonos en situación. 1991. Pesadilla Final: La muerte de Freddy.^[2]

Al entrar al cine te daban unas horrorosas gafas de cartón que en vez de cristales tenían un plástico trasparente rojo en el ojo izquierdo y azul en el derecho (o al revés, no me acuerdo). En una determinada escena del final de la película, en que la protagonista se duerme para derrotar a Freddy Krueger, te ponías las gafas (iguales a las que se ponía la protagonista) y veías toda la escena en 3D, las garras de Freddy salían de la pantalla y casi te rajaban a ti. El no-va-más del terror.

Gafas 3D de la película (John Alan Elson, cc-by-sa)

A todos nos habían dicho que con esas gafas la peli se veía en 3D, así que muchos nos poníamos las gafas al entrar al cine, consiguiendo únicamente marearnos hasta que nos creímos que nos habían engañado y nos quitamos las gafas. Cuando por fin llegaba la famosa escena, que por lo visto costó rodar casi tanto como el resto de la película, el efecto era acojonante.

¿Cómo lo lograba?

Como delante del ojo izquierdo tenías un plástico rojo, todo lo que fuera rojo ese ojo no lo veía. Así que la vela D la pintan de color rojo, y, el ojo izquierdo ya no la ve. Análogo razonamiento respecto al azul para el otro ojo.

Aquí te dejamos una foto con estas tinturas, para que si es que eres capaz de encontrar algunas gafas es este estilo pruebes tú mismo (en su día las regalaban hasta con las cajas de cereales). Creo que Photoshop, Gimp y otros programas de tratamiento de imágenes tienen procedimientos para crear estas imágenes a partir de dos imágenes separadas.

Fotografía de Marte compuesta en 3D, misión Mars Pathfinder (NASA, dominio público)

Si has podido hacer el experimento, o si lo recuerdas de aquella época, o si simplemente le echas un poco de imaginación, te darás cuenta de que con esta técnica los colores quedan muy distorsionados. No es solo que con el ojo izquierdo no se vean los rojos, es que casi no se ven los naranjas ni los marrones, y además algo parecido ocurre con los verdes y violetas en el ojo derecho, así que al final no ves bien ningún color. Al final, para 3 ó 4 minutos que duraba la escena en cuestión vale, pero para más tiempo… a mí me mareaban. Y además, si se te ocurría apartar la vista de la pantalla, el mundo que veías era muy, muy feo.

Existieron versiones con distintos colores, como rojo/cian, amarillo/añil, violeta/verde y cosas así (siempre colores complementarios), pero el principio de funcionamiento y sus defectos eran los mismos.

Gafas polarizadas

Gafas 3D polarizadas (Pixmania)

La versión más extendida hoy en día se basa en cristales polarizados.

Por si no lo sabías, las radiaciones electromagnéticas, la luz entre ellas, tienen polarización. Las polarizaciones más intuitivas para nosotros son la horizontal y la vertical, aunque también existen otras (por ejemplo clockwise y counterclockwise; como-el-reloj y contra-el-reloj^[3] ). La gracia es que se puede construir un cristal de forma que permita pasar completamente una polarización pero impida el paso a su opuesta.

Bien, pues aprovechemos este efecto:

La imagen que queremos ver en el ojo izquierdo la transmitimos con polarización vertical. Luego ponemos unas gafas con cristales distintos en cada ojo: el del ojo izquierdo deja pasar la luz vertical y el del ojo derecho deja pasar la luz horizontal. Ya hemos conseguido que la vela I se vea solo en el ojo izquierdo. Si hacemos lo propio con la vela D, ya tenemos la emulación de la paralaje.

Las ventajas de este método son dos:

• La mayor parte de la luz que recibimos en nuestra vida diaria (del Sol, de las bombillas, de las teles normales…) es no polarizada. Mejor dicho, lleva parte de ambas polarizaciones. Por lo tanto, si la haces pasar por un cristal vertical, simplemente se perderá la mitad de la luz. Así que si apartas la vista de la pantalla para mirar otra cosa, como esa otra cosa probablemente será luz sin polarizar, simplemente se verá oscurecida, como a través de unas gafas de sol, pero se verá.
• La polarización es independiente del color. Así, podemos hacer la película 3D sin el horroroso efecto decolorante de las gafas azul-rojo.

La única desventaja de este método es que las gafas son aún incompatibles casi siempre con gafas correctoras (para entendernos: de miopes, hipermétropes y cosas así). Hasta hace unos meses eran pesadas, incómodas, grandes, molestas… pero en los últimos meses han dado un salto espectacular.

Gafas alternas o de obturador

Gafas SSG-2200AR de obturador LCD de Samsung (Samsung)

Existe otro mecanismo más. Ya sabemos que la televisión no es una imagen continua, sino que son un montón de fotografías que se ponen una detrás de otra (unas 25 veces por segundo), dándonos sensación de continuidad.

Podemos aprovechar algo así para darle fotogramas distintos a cada ojo. En vez de emitir 25 fotogramas por segundo, emitimos 50: uno para el ojo derecho, uno para el izquierdo, otro para el derecho, otro para el izquierdo, otro y otro… Usamos unas gafas que pueden abrirse y cerrarse, y luego usamos una señal de sincronismo para que el cristal izquierdo se abra en los fotogramas pares y el derecho en los impares.^[4]

Sus ventajas e inconvenientes son los mismos que para las gafas polarizadas (salvo que además estas gafas necesitan alimentación para su electrónica, pero vamos, con el tamaño de la electrónica y baterías de hoy en día, eso no es nada), así que supongo que lo que se impondrá será lo que más barato resulte de fabricar (tanto gafas como el sistema de proyección). Creo que de momento en el cine van ganando las polarizadas y en las teles las obturadas, pero es un mercado que no sigo de cerca, así que seguramente alguien pueda dar más información.

Batallita [por Macluskey]: La primera película (más bien documental, duraba unos veinte minutos) de este tipo que se hizo fue realizada por Fujitsu para la Exposición Universal de Sevilla de 1992. La película en sí era bastante bodrio, con teatro kabuki japonés hecho con marionetas y cosas así, pero la sensación de 3D era realmente impactante, lo mejor que haya visto nunca. Decían que había costado producirla mil millones de pesetas de la época (6 millones de euros), pues habían tenido que crear toda la tecnología y utilizar un superordenador Fujitsu de la época para procesar las imágenes de cada ojo. Fue (junto con el pabellón de Canadá) la sensación de la Expo92 (sí, la de Curro), lo que mayores colas tenía siempre… Por cierto, también en la Expo92, en el Pabellón del Medio Ambiente (los sevillanos siempre bromeaban con dónde estaba el otro medio), se proyectaba otro documental muy espectacular que requería gafas polarizadas, sobre todo cuando un tipo que recogía chapapote movía el artefacto que usaba y te ponía los pantalones perdidos de petróleo… Pero esto no era novedad. Ya habíamos podido ver alguna película comercial que necesitaba de gafas polarizadas a mediados de los ochenta… Fin de la Batallita.

Nintendo 3DS

Nintendo 3DS (Nintendo)

El caso es que de un modo u otro, parece que tenemos que ponernos unas gafas delante de la cara… pues no.

Nintendo acaba-de-sacar al mercado o sacará-en-breve o está-sacando-ahora-mismo (depende de la fecha en que publiquemos esto) una nueva versión de su consola, con efecto 3D sin gafas: la Nintendo 3DS.

¿Cómo? Pues parece ser que volviendo a la prehistoria: con las lentes de plástico de la barrera de paralaje. Solo que claro, no son plásticos como los de 1980, sino como los de este siglo. Al parecer existen compuestos que, cuando se les aplica corriente, pueden formar aquellas lentes que veíamos al principio, de modo que ya se puede controlar electrónicamente su forma. No estoy seguro de si realmente modifican esas lentes o si simplemente tiene las lentes fijas y solo cambian la imagen de detrás, pero vamos, la idea es la misma: llevar imágenes distintas a cada ojo.

Parece ser que la limitación de esta tecnología es que hay que estar frente a la pantalla y a una distancia determinada para que el efecto sea el adecuado (aunque al parecer permite un pequeño ajuste). Eso no es suficiente para una televisión, que quieres poder ver desde todo el salón, pero no es impedimento para una videoconsola portátil que siempre vas a tener frente a ti y a 35-40cm de distancia.

Desgraciadamente, el efecto 3D se pierde al grabar con una cámara o tomar una fotografía, de modo que es imposible verlo más que en directo, pero parece ser que quienes lo han probado están asombrados de lo bien logrado que está.

Y también parece que otros fabricantes están pensando en lo mismo (o incluso mejorado), así que quizá no falte tanto para aquella escena de Star Wars…

Ajedrez en 3D de Star Wars (Lucasfilm)

1. Velázquez lo llevó a la perfección. Si no lo crees, ve corriendo al Museo del Prado de Madrid y fíjate bien en Las Meninas. [↩]
2. Macluskey cuenta que tan atrás como en 1965 o así ya emitieron por la tele (la tele, solo había una: lo que hoy es la 1 de TVE) una peli con este efecto. [↩]
3. Si tienes más curiosidad, hace poco surgió en el foro una pregunta al respecto. [↩]
4. Ese abrir y cerrar no es mecánico, que sería demasiado lento, sino electrónico, con un sistema parecido al de las pantallas LCD: al darle corriente a determinados compuestos, dejan pasar o no la luz. [↩]

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