Skyggeteater i 3D

Dybdesyn

De fleste forbinder dybdesyn med at vi har to øyne som avbilder omgivelsene fra litt forskjellig vinkel. Når disse to bildene smelter sammen et sted i synssenteret i hjernen, fremstår verden rundt oss som tredimensjonal, dvs. vi får en fornemmelse av hva som er nært og hva som er lengre unna. Dette kalles stereoskopisk syn. Selv om dette er en viktig faktor for dybdesyn, så er det en rekke andre faktorer som også har betydning for vår tolking av en romlig verden:

• Størrelsesforhold og perspektiv
  Relativ størrelse hos kjente gjenstander, parallelle linjers forsvinningspunkter, relativ høyde i forhold til horisonten og perspektiv.
• Lys og skygge
  Hvordan skyggene faller i forhold til lyskilden.
• Atmosfærisk perspektiv
  Inntrykk av farger: Jo mer synet av et fjell går over i blått, jo lengre borte er det.
• Parallakse
  Hvordan det som er nært og fjernt beveger seg i forhold til hverandre når vi forflytter oss.
• Blokkering
  Hvordan nære gjenstander hindrer utsikten til fjerne gjenstander.
• Stereoskopisk syn
  Hvordan hjernen kombinerer inntrykkene fra høyre og venstre øye til et tredimensjonalt bilde.

I vårt 3D-skyggeteater skal vi utnytte det stereoskopiske synet. Vi må imidlertid være klar over at siden teateret vårt mangler de fleste andre faktorene for å se tredimensjonalt, vil det kreve litt ekstra trening hos publikum å få fram den fulle dybdeeffekten.

Stereoskopiske bildepar

Allerede Leonardo da Vinci (1452–1519) var klar over at maleriene hans aldri kunne gi det samme inntrykket til en observatør som det virkelige objektet, fordi begge øynene så eksakt det samme bildet (Wheatstone, 1838). Dette til tross for at Leonardo var en mester med perspektiv.

Charles Wheatstone (1802–1875). På 1800-tallet gjenoppdaget og utdypet den engelske fysikeren Charles Wheatstone (1802–1875) dette i sin artikkel fra 1838 (Wheatstone, 1838), hvor han beskriver hvordan vi får et inntrykk av dybde når de to øynene ser to litt forskjellige bilder av den romlige gjenstanden som betraktes.

Wheatstone lagde enkle stereoskopiske strektegninger (heretter kalt stereoskopiske bildepar) sett fra litt forskjellige vinkler.

For å kunne studere den tredimensjonale virkningen av tegningene, laget han instrumenter, stereoskoper, som gjorde det lettere for ham å oppnå at høyre og venstre øye så hvert sitt bilde. Et slikt instrument er vist på tegningen under. Ved å se inn i speilene A’ og A med henholdsvis venstre og høyre øye, vil venstre øye se bildet montert i rammen E’ og høyre øye se bildet i rammen E. Betrakter vi de stereoskopiske tegningene over, så vil vi oppdage at tegningen til venstre skal sees av det høyre øye, og tegningen til høyre skal sees av venstre øye for å gi dybdevirkning.

For å kunne studere den tredimensjonale virkningen av tegningene, laget Wheatstone instrumenter, stereoskoper, som gjorde det lettere for ham å oppnå at høyre og venstre øye så hvert sitt bilde. Et slikt instrument er vist på tegningen.
Opp gjennom årene er det utviklet ulike teknikker for å gjøre det lettere for øynene våre å se hvert sitt bilde av et stereoskopisk bildepar. En av de tidligste metodene var å benytte tegninger i ulike farger for så å benytte briller med fargede filter (se neste avsnitt). Dagens 3D-kinoer utnytter lysets polarisasjonsegenskaper og krever at vi bruker briller med polariserte glass.

Anaglyf teknikk – bruk av komplementære farger

Anaglyf teknikk utnytter at en cyanfarget (himmelblå) strek ser svart ut gjennom et rødt filter, men blir usynlig gjennom et cyanfarget filter. Tilsvarende ser en rød strek svart ut gjennom et cyanfarget filter, men blir usynlig gjennom et rødt filter (se tegning under). Dette er egenskaper ved de to komplementære fargene cyan og rødt.

En cyanfarget strek ser svart ut gjennom et rødt filter, men blir usynlig gjennom et cyanfarget filter. En rød strek ser svart ut gjennom et cyanfarget filter, men blir usynlig gjennom et rødt filter

Vi fargelegger bildene som vi ønsker at høyre og venstre øye skal se med hver sin komplementære farge, og benyttet briller med røde og cyanfargede filter. Dermed vil øynene se hvert sitt bilde til tross for at de to bildene legges oppå hverandre. 

Anaglyfe filterbriller.
Figuren under viser en tegning av en kirke hvor bildet vi ønsker å se med det høyre øyet, er farget rødt, og bildet vi ønsker å se med det venstre øye, er cyanfarget. For å oppnå den ønskede virkningen må vi dermed bruke et cyanfarget filter foran det høyre øye, slik at den røde kirken blir tegnet med svarte streker og den cyanfargede blir usynlig. Tilsvarende plasserer vi et rødt filter foran det venstre øyet slik at den cyanfargede kirken blir svart, mens den røde blir usynlig. Siden bildene danner et stereoskopisk bildepar, vil hjernen tolke tegningen som tredimensjonal.

Denne tegningen vil vi tolke som en tredimensjonal kirke hvis vi ser med anaglyfe filterbriller.

Anaglyfe filterbriller kan kjøpes fra en rekke firmaer eller lages ved hjelp av papp og fargete plastikkark (Rossing 2012). Vi kan også ta stereoskopiske bildepar med et vanlig kamera og lage anaglyfe bilder ved hjelp av gratisprogrammet Anabuilder.

3D-skyggeteater

I 2013 oppdaget vi ved Vitensenteret i Trondheim at vi kunne lage anaglyfe skygger ved å benytte to kraftige lyskilder med henholdsvis rødt og blått LED-lys (helst cyan, men blått fungerer greit). Selv om vi kan benytte kraftige LED-lykter med fargefilter, er det best å bruke kraftige røde og blå lysdioder. I tillegg til å gi et rent farget lys gir de også svært skarpe skygger.

Plasser de to lyskildene et par cm fra hverandre som vist på figuren under. Et laken (gjennomsiktig lerret) henges opp ca. 2–3 meter foran lyskildene. Dersom vi holder opp gjenstander mellom lyskildene og lakenet, oppstår det fargede skygger i rødt, blått og sort. Det blir røde skygger der gjenstanden dekker for det blå lyset, blå skygger der gjenstanden dekker for det røde lyset og sorte skygger der gjenstanden skygger for begge lyskildene. De delene av lakenet som belyses av begge kildene får en magentafarget blandingsfarge av rødt og blått lys. Publikum som sitter på den andre siden av lakenet med anaglyfe briller, vil med litt tilvenning kunne se skyggeteateret utspille seg i 3D. Gjenstander av gjennomsiktig plast egner seg spesielt godt for å lage 3D-skyggeteater.

To kraftige lyskilder med rødt og blått LED-lys vil gi fargede skygger. Det blir røde skygger der gjenstanden dekker for det blå lyset.

Ved å øke avstanden mellom lyskildene vil dybdevirkningen bli større, men samtidig mer krevende for publikum. Avhengig av om den røde og blå lyskilden er plassert til høyre eller venstre, vil skyggeteateret foregå på «framsiden» eller på «baksiden» av lakenet.

Her ser du de fargede skyggene av et stettglass i plast og en petriskål. Det er dessverre svært vanskelig å få gjengitt fargene godt på et fotografi. Resultatet sett med anaglyfe briller blir derfor langt bedre når vi betrakter skyggene direkte på lakenet enn når vi ser dem gjengitt på et fotografi.

3D-skyggebilder i lite format for eksperimenter kan også oppnås ved å benytte ei RGBH-lykt. Vi oppnår noe av den samme virkningen ved å vise de fargede skyggene opp mot et lerret eller en hvit vegg. I dette tilfellet tennes bare den røde og den blå lysdioden på RGBH-lykta. Elever i faget teknologi i praksis eller teknologi og forskningslære kan selv lage utstyret som skal til for å lage 3D-skyggeteater i stort format. For nærmere opplysninger ta kontakt med artikkelforfatteren.

Referanser

Nils Kr. Rossing (2012). Illusjoner – du tror det ikke når du har sett det, ViT forlag.
Charles Wheatstone, Contributions to the Physiology of Vision. – Part the First. On some remarkable, and hitherto unobserved, Phenomena of Binocular Vision. Philosophical Transaction of the Royal Society of London, Vol. 128, pp. 371–394. www.stereoscopy.com/library/wheatstone-paper1838.html
Anabuilder: anabuilder.free.fr/welcomeEN.html (program for å lage anaglyfe fotografier)