Stereoskopie

Die Lernressource behandelt das räumliche Sehen unter dem Blickwinkel der Kontruktion von eigenen stereoskopischen Bildern mit zwei selbst aufgenommenen Einzelbildern von einem Objekt.

Weil die wahrgenommenen Bilder über beide Augen Unterschiede aufweisen, ist es möglich räumliche Tiefe wahrzunehmen. Die Unterschiede entstehen durch leicht horizontal versetzte Position beider Augen. Um diese räumliche Wahrnehmung technisch zu simulieren, muss man beiden Augen unterschiedliche Bildinformationen mit genau dieser horizontal versetzten Position der Kamera liefern.

Für diese Lernressource wurde eine WebApp erstellt, die als Editor für Stereoscopie^[1] Lernenden/Studierenden bei der Erstellung von Stereoskopie-Bildern unterstützen soll. Durch die Bereitstellung oder Aufnahme von Bildern für das linke bzw. ein um den Augenabstand horizontal nach rechts verschobene Aufnahme für das rechte Auge kann man mit der WebApp Anaglyph 3D oder Stereoscopybilder erzeugen, die das räumliche Sehen als Lerngegenstand behandeln. In dieser Lernressource im Detail behandelt werden.

In dieser Lernressource wird als Lernziel ein dreidimensional wahrnehmbares Bild erzeugt (u.a. unter Verwendung eine Stereoskopie-WebApp stereoscopy4wiki^[2]. Dabei werden aus zwei getrennten Standardbildern ein einziges stereoskopischen Bild erzeugt. Der 3D-Effekt ersteht durch die leicht horizont versetzten Einzelbilder. Die räumliche Versetzung erfolgt im Augenabstand, erzeugt so die dreidimenionale Wahrnehmung, wenn diese Einzelbilder getrennt dem linken und rechten Auge als Bildinformation angeboten werden. Mit einem VR-Headset können diese 3D-Szene angezeigt werden. Alle Methoden sollten mit kostengünstiger IT-Infrastruktur repliziert werden oder mit einem Smartphone und Anwendung OpenSource Software erstellt werden können.

• (Linkes und rechtes Auge) Erstellen Sie zwei verschiedene Bilder für das linke Auge und für das rechte Auge und lernen, wie man die Bilder mit verschiedenen Methoden erstellt.
• (Positionierung der Einzelbilder) Bilder für Stereoskopiebild für das linke und rechte Auge positionieren mit Stereoscopy4Wiki-App^[2].
• die beiden Bilder in ein Bild kombinieren und eine Maske zum Bild hinzufügen (z.B. Stereoscopy4Wiki-App^[2]).
• Erweitern Sie das Konzept zur Aufnahme von 3D-Videos mit zwei Action-Cams, die mit einer parallelen Ansicht in der Entfernung Ihrer Augen montiert sind
• (Geschichte) Die geschichtliche Entwicklung der Stereoskopie behandelt die zeitliche Entwicklung und soll die Lernenden dabei unterstützten moderne 3D-Ansätze im Kontext der räumlichen Wahrnehmung nachvollziehen zu können.
• (Geometrie) Verwendung der Stereoskopie in der Geometrie und die Fehlerkorrektur in den Einzelbilder bei freihändiger horizontal verschobener Aufnahme der Einzelbilder für das rechte und linke Auge (siehe auch Querdisparation).

Stereoskopie (auch stereoskop oder stereo-Bildgebung) ist eine Technik zur Erstellung oder Verbesserung der Raumwahrnehmung in einem Bild mittels stereoskopischem Sehen^[3] Das Wort Stereoskopie entstammt der griechische Sprache στερεός' (stereos) für fest, solide' und σκοπέω (skopeō) für sehen, betrachten.^[4][5] Jedes stereoskopische Bild wird als Stereogramm bezeichnet. Ursprünglich bezeichnete Stereogramme ein paar Stereobilder, die mit einem Stereoskop betrachtet werden konnten.

Wenn Sie ein VR-Headset für Smartphones haben, stecken Sie das Smartphone ein und testen Sie die stereoskopischen Bilder in diesem Headset. Für diesen Lernressourcen wurde eine Web-App Stereoscopy4Broswer auf GitHub^[6] erstellt, um die stereoskopischen Bilder in VR-Headsets für Smartphones in einem geteilten Bildschirm mit einer immersiven Vollbildschirm-Anzeige zu testen.

Die meisten stereoskopischen Methoden präsentieren zwei Offset-Bilder getrennt zum linken und rechten Auge des Betrachters. Diese zweidimensionalen Bilder werden dann im Gehirn kombiniert und die dreidimensionale Wahrnehmung entsteht durch die Querdisparation der der beiden Augen. Diese Technik unterscheidet sich von 3D-Darstellung, wobei dabei .

Bild für das linke Auge	Bild für das rechte Auge

Die Ausrichtung der Einzelbilder ist ggf. notwendig, wenn die Einzelbilder freihändig mit eine einzelnen Kamera und einer horizontalen Verschiebung der Einzelbilder entstanden sind. Die folgende Animation zeigt, die Positionierung der Einzelbilder für einen einzeln Punkt an der Vorderkante des Tisches vorgenommen wird. Durch einen festen Bezugspunkt in beiden Einzelbilder an der gleichen Stelle liegt, werden die Einzelbilder ausgerichtt.

Wählen Sie als Punkt, der deckungsgleich in beiden Bildern gewählt wurde,

• einmal eine Punkt im Vordergrund des Bildes (z.B. Ecke des Holztisches) und
• in einem zweiten stereoskopischen Bild eine Bezugspunkt in Hintergrund (z.B. einen Baum in Hintergrund, den Sie in beiden Bilder gut identfizieren können)

Betrachten Sie dann die beiden stereoskopischen Bilder in einem VR-Headset und als Anaglyph-3D-Bild. Welche Unterschiede können Sie in der räumlichen Wahrnehmung der Objekte erkennen und welche Konsequenzen ziehen Sie daraus für die Wahl des Bezugspunktes.

In dem folgenden Beispiel wird das Stereoskopiebild in einem VR-Headset angezeigt, in dem ein Smartphone als Bildschirm einlegt wird. Der geteilt Bildschirm (Splitscreen) sorgt für die getrennten Bilder für das rechte und linke Auge.

• (3D-Modellierung) Analysieren Sie, wie die 3D-Modellierung mit AR.js und Aframe das Prinzip der Stereoskopie nutzt, um eine 3D-Ansicht für eine Szene zu erzeugen.
• (Positionierung der Einzelbilder für die Augen) Schließen Sie schnell nacheinander das rechte und das linke Auge mit einem Zeigefinger oder Stift im Blickfeld. Vergleichen Sie die Bilder, die Sie mit nur einem Auge sehen. Können Sie für Objekte in unterschiedliche Entfernungen identifizieren, wie die sich in Position in Abhängigkeit von der Entfernung bewegen. Erklären Sie, warum die Evolution die Augen mehr auf einer Seite des Kopfes "platziert" hat, und damit eine schlechtere Rundumsicht zu haben (vergleiche Position der Augen bei Fluchttieren z.B. Pferden oder Tieren, die Beute jagen z.B. Eulen).
• (LibreOffice Draw - LR-Maske) Starten Sie die LibreOffice Demo-Datei mit der LR-Maske (linke Augenmaske) und positionieren Sie die beiden Bilder für das linke Auge unter den linken Bereich und das Bild für das rechte Auge auf der rechten Seite des LibreOffice-Draw-Bildes.
• (Stereoskopie mit 2 Satelliten) Untersuchen Sie im Kontext der Fernerkundung, wie zwei in einem festen Abstand die Erde umkreisende Satelliten zur Erdbeobachtung für die Stereoskopie und Photogrammetrie eingesetzt werden können (z.B. TerraSAR-X und TanDEM-X^[7]). Welche technischen Aspekte sind dabei zu beachten, um aus zwei räumliche versetzten Bildinformationen ein digitales Höhenmodell zu generieren?

• Raumwahrnehmung
• Anaglyph 3D
• 3D-Modellierung
• Photogrammetrie
• Fluchtpunktperspektive
• Räumliches Sehen

1. ↑ Bert Niehaus (2025) Editor for Stereoscopy - Github Repository: https://www.github.com/niebert/editor4stereoscopy - WebApp URL: https://niebert.github.io/editor4stereoscopy (created 2025-04-01, accessed 2025-04-01)
2. ↑ ^{a b c} Bert Niehaus (2021) Stereoscopy WebApp - Github-WebApp https://niebert.github.io/editor4stereoscopy/ - Repository: https://www.github.com/niebert/editor4stereoscopy (accessed 2024/06/24)
3. ↑ Der Logische Ansatz, 3D-Bilder zu sehen. www.vision3d.com von Optometrists Network. 2009-08-21
4. ↑ στερεός Tufts.edu, Henry George Liddell, Robert Scott, A Greek-English Lexicon', auf Perseus Digital Library
5. ↑ σκοπέω, Henry George Liddell, Robert Scott, A Greek-English Lexicon, on Perseus Digital Library
6. ↑ Bert Niehaus (2024) Stereoscopy4Broswer - Web-App für Wikiversity-Lernressource - URL: https://niebert.github.io/stereoscopy4browser/ - Repository: https://github.com/niebert/stereoscopy4browser - Letzter Zugriff: 2024-11-30
7. ↑ Faller, N., Weber, M., & GmbH, I. (2007, July). TerraSAR-X and TanDEM-X: Revolution in spaceborne radar. In 2007 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium (pp. 4924-4928). IEEE.