ICFO

¿Cómo es posible el cine en 3-D?

¿Te has preguntado alguna vez cómo funciona el cine en 3-D? Parece ser que Marc Clotet sí que lo ha hecho. Está pregunta forma parte de un concurso que han organizado en el ICFO (Instituto de Ciencias Fotónicas, no lo puedo evitar pero este nombre siempre me recuerda al centro de investigación del Dr. Kabuto 😉 ). En este concurso había que responder con un vídeo de 3 minutos donde se explicase el concepto correspondiente, hay otras preguntas, pero yo me decidí a contestar esta.

En esta entrada intentaré presentar algún detalle más que en el vídeo no pude explicar, y de paso aprovecho para pediros que si os gusta le deis al “Me gusta” en YouTube, porqué también habrá un premio para el más “pesao” de las redes sociales 😉

Para poner en contexto os dejo con el vídeo donde Marc Clotet plantea la duda:

Como veis Marc se pregunta cómo es posible que con unas gafas cuyos cristales aparentemente no tienen diferencia es posible distinguir dos imágenes, en el siguiente vídeo le doy mi respuesta, y detrás del vídeo comentaré algún detalle más, y además os propongo algún experimento muy sencillo.

En 3 minutos no se puede explicar mucho, pero espero haber comentado lo más general (3 minutos que dura el vídeo, si se te ha hecho largo lo siento, pero es por culpa de los títulos y los créditos ;-), además no tiene música porque no se pueden infringir derechos y no quería arriesgarme)

A continuación algunas cosillas más en forma de preguntas y respuestas que creo complementan el vídeo.

¿Cómo se puede grabar una película en 3-D?

Se ha explicado cómo se puede ver una película, pero ¿y la grabación? La respuesta es obvia, se graba con 2 cámaras separadas por un cierto espacio, como la que se muestra en la siguiente imagen.

Cámara capaz de grabar películas en 3-D

Como ves tiene dos lentes, que llevarán a dos sistemas de grabación paralelos, que grabarán la misma imagen pero ligeramente desplazada. Después se podrán reproducir haciéndolas llegar al ojo correspondiente.

Si somos capaces de apreciar la distancia de los objetos es porqué realizamos una triangulación, es más, este sistema se puede utilizar en robótica, o en visión artificial para calcular distancias a objetos. Si conocemos la separación entre las cámaras y podemos calcular los ángulos que forma cada una con un objeto, podemos tener una medida de la distancia. Lo realmente complicado aquí es el reconocimiento de imágenes que se tiene que hacer para identificar el objeto en las dos imágenes.

Hay un sistema que utiliza este principio y que está muy extendido, incluso es posible que tengas uno en tu casa: el Kinect de Microsoft.

El Kinect consta de dos cámaras que utiliza para calcular distancias a objetos, para facilitar el reconocimiento utiliza una luz estructurada, pero en el rango de los infrarrojos, con lo que para nosotros es invisible. Una luz estructurada no es otra cosa que mandar un patrón, una especie de rejilla, de forma que es más fácil situarse dentro de la imagen y detectar que estamos viendo el mismo objeto con las dos cámaras.

¿Realmente es fácil generar luz polarizada circular girando a izquierdas y a derechas?

El el vídeo comento que es muy fácil generar luz polarizada circular girando en cada uno de los sentidos, aunque ya hablamos de esto en este blog en la entrada “Viendo la televisión 3-D con tu mascota” comentaré algo que tú mismo podrás comprobar la próxima vez que vayas a ver una película en 3-D.

La luz polarizada circular se produce cuando las componentes del campo eléctrico están desfasadas 90º una con respecto a la otra. Si no estuviesen desfasadas y las dos componentes se mueven al unísono hablaríamos de polarización lineal. Con cualquier otro desfase entre 0º y 90º la curva descrita sería una elipse. Como se dice en el vídeo también puede que gire hacía la izquierda (levógira) o hacía la derecha (dextrógira).

Para conseguir un desfase de 90º se utilizan láminas retardadoras, estas láminas consisten en un material que tiene distinto índice de refracción según la orientación. ¿Y esto que significa? El índice de refracción está relacionado con la velocidad de la luz cuando se propaga por dicho material, de esta forma cuando el campo eléctrico coincida con la orientación donde la luz se mueve más rápido se adelantará, y si coincide con la orientación donde va más lento se retrasará, produciéndose un desfase entre las dos componentes.

En el siguiente vídeo se visualiza lo explicado anteriormente:

Así que ya te puedes imaginar cómo se genera la luz polarizada circular, bastará con incidir con una luz polarizada lineal a una de estas láminas que desfasan las componentes del campo eléctrico, y elegir esta lámina para que el desfase que introduzca sea de 90º. Pues bien esto es lo que hacen las gafas que nos dejan en los cines 3-D. Constan de un polarizador lineal y una lámina retardadora orientadas entre si a 45º en un ojo y a -45º en el otro. De esta forma tendremos luz polarizada circular levógira en un ojo y luz polarizada circular dextrógira en el otro.

El mismo sistema vale tanto para generar luz polarizada circular como para detectarla. Para generar tendremos que hacer pasar la luz primero por el polarizador lineal y después por la lámina, y para detectarla al revés.

Por eso aquí te propongo un experimento que puedes hacer con tus gafas de ver películas en 3-D. Ponte las gafas y colócate frente a un espejo, mirándote fijamente a los ojos cierra alternativamente uno u otro. Verás que se oscurecen los cristales alternativamente. Divertido ¿no?  Las gafas en la dirección desde tus ojos al espejo polarizan la luz circularmente, y desde es el espejo a tus ojo la detectan (bloqueando la que no gira en el sentido que quiere cada cristal).

¿Y las televisiones en 3-D?

Las televisiones 3-D funcionan exactamente igual, pero en este caso es aún más sencillo.

Casi todas las pantallas planas actuales utilizan dispositivos de cristal líquido. (LCD, Liquid Crystal Display). Para formar la imagen cada pixel está formado por un polarizador lineal a la entrada y un polarizador lineal a la salida. Entre estos dos polarizadores se coloca una celda de cristal líquido que podríamos asimilar a una lámina retardadora que retarda más o menos en función de la tensión eléctrica que le apliquemos. De esta forma podremos hacer coincidir la orientación del polarizador de entrada con el de la salida, con lo que veremos un pixel brillante, o hacer que la polarización sea totalmente cruzada a la de la salida con lo que veremos un pixel negro. Y por supuesto en medio hay una amplia gama de grises. Quien dice grises dice niveles de rojo, azul o verde para tener televisores en color 😉

Lo primero que se deduce de esto es que la luz que proviene de nuestras pantallas LCD está polarizada linealmente, así que podéis hacer un experimento si tenéis una gafas de sol polarizadas. Si miráis vuestro móvil con unas gafas de sol polarizadas podréis observar que hay una orientación en que no podéis ver la pantalla, ya que la orientación de la polarización de salida de la pantalla y la de vuestras gafas serán perpendiculares.

También podréis hacer la prueba con las gafas de ver el cine en 3-D, pero tendréis que darles la vuelta (con la patilla hacia delante) ya que tendremos que enfrentar el polarizador lineal antes que la lámina retardadora.

Hemos visto que a la salida de nuestra televisión tenemos ya luz polarizada lineal. Solo nos queda polarizarla circularmente. Como hemos explicado antes solamente tendremos que añadir una capa más a la televisión que sea una lámina retardadora. Para tener la posibilidad de dos imágenes, lo que se hace es alternar la líneas de píxeles con una lámina orientada a 45º en una fila y en la siguiente a -45º. Así podremos emitir dos imágenes distintas en la misma pantalla y cada una estará polarizada como debe. (Patente de LG que utiliza este principio). Fácil ¿no?

A alguien se le podría ocurrir que bastaría con que las líneas de píxeles estuviesen polarizados linealmente uno en vertical y otro en horizontal, y poner en las gafas polarizadores lineales orientados de esta misma forma. Y tendría razón. Así también se podría ver el cine en 3-D o la televisión. Pero no podrías inclinar la cabeza ni un poco ya que se te mezclarían las imágenes o incluso las podrías intercambiar si te tumbas en el sofá a ver la peli. 😉

Aunque la entrada me ha quedado un poco técnica me gustaría que participará en el Quincuagésimo Primer Carnaval de Física (Abril de 2014) alojado en del Carnaval de la Física cuyo blog anfitrión es ::ZTFNews.”, dedicada al April Fools’ day. Aunque nada de lo que cuento es una broma, haciendo el vídeo me he echado unas risas.

¿Nos seguimos leyendo?

@guardiolajavi