Krämer, Maja (2010): 3D-TV

31. Januar 2010 17:52 –

1 Die Innovation

2 Die Technik

2.1 Wie ist der Stand der Entwicklungen?

2.1.1 Stereoskopisches Display (Shutterbrille)

2.1.2 Autostereoskopisches Display (ohne Hilfsmittel)

2.1.3 Volumen-Displays (LED)

2.1.4 Hologramm-Displays (Lasertechnik)

2.1.5 taktile 3D-Hologramme (Ultraschall)

2.2 Die Probleme

2.2.1 Stereoskopische Displays

2.2.2 Autostereoskopische Displays

2.2.3 Volumen-Displays, Hologramm-Displays, taktile 3D-Hologramme

3 Bewertungen der Ansätze

4 Mögliche Anwendungsbereiche, Chancen und Risiken

5 Änderung für den Verbraucher (mittelfristig)

6 Vorschlag für weiteres Vorgehen

1 Die Innovation

Die 3D-TV-Technologie ist Teil des Themenfeldes 3D. Dieses umfasst desweiteren die Bereiche Hologrammdruck, Rapid-Prototyping, 3D-Modelle, 3D-Software und 3D-Audio. Die Technologien hinter der Innovation 3D-TV, die jetzt schon als Nachfolgerevolution des Farbfernsehens gefeiert wird, verfolgen unterschiedliche Ansätze und werden schon bald den Konsumentenmarkt erobern. Doch nicht nur der Verbraucher wird von der Technologie profitieren, auch viele Branchen prophezeien grundlegende Veränderungen durch sie. Vorallem im Bereich der digitalen Medien ist die 3-dimensionale Darstellung (wenn auch nur im 2-dimensionalen Raum) gerade gefragter denn je. Es stellt sich also die Frage, welche Veränderungen bringt die 3D-Innovation?

2 Die Technik

2.1 Wie ist der Stand der Entwicklungen?

Derzeit gibt es fünf verschiedene technologische Ansätze, die das Gefühl räumlicher Tiefe während des Fernsehens vermitteln sollen. Dazu zählt das Stereoskopische Display (Shutterbrille), das Autostereoskopische Display (ohne Hilfsmittel), das Volumen-Display (LED), das Hologramm-Display (Lasertechnik) und die Technologie taktiler 3D-Hologramme (Ultraschall).

2.1.1 Stereoskopisches Display (Shutterbrille)

Das wohl bekannteste Prinzip für 3-dimensionales Fernsehen ist das stereoskopische Display, wofür wiederum Hilfsmittel, meist in Form einer Brille, gebraucht werden. Die Bilder werden so ausgestrahlt, dass jedes Auge ein leicht verändertes Bild bekommt. Diese Bilder werden vom Gehirn wieder zusammengeführt und dadurch mit einer räumlichen Tiefe versehen. Die bekanntesten Brillen dafür sind Anaglyphenbrillen und Shutterbrillen, wobei erstere auch als Rot-Grün-Brille bekannt ist. Die Ende der 90‘er Jahre bekanntgewordenen Shutterbrille hingegen arbeitet nicht mit unterschiedlichen Farben, sondern mit einer Flüssigkristallschicht, die entsprechend der Frequenz die linke bzw. rechte Seite abdunkelt, sodass abwechselnd jedes Auge ein separates Bild erkennt. Benötigt wird dafür eine entsprechend hohe Frequenz von mindestens 60 Hz, da die Brille gewissermaßen die Bildwiederholrate halbiert.

2.1.2 Autostereoskopisches Display (ohne Hilfsmittel)

Die ersten autostereoskopisches Displays wurden bereits Anfang 2001 vorgestellt. Verschiedene Forschungsinstitute, darunter das Frauenhofer HHI in Berlin, hatten es sich zum Ziel gesetzt auf jegliche Krücken, wie beispielsweise 3D-Brillen, zu verzichten und dennoch dem Fernsehen die räumliche Tiefe hinzuzufügen. Technologisch gesehen ähnelt der Ansatz dem stereoskopischen Display, mit dem Unterschied, dass die Parallaxe mittels eines Linsenrasters, das die Lichtpunkte verschiebt, direkt auf dem Display geschieht. Die gleichzeitig ausgestrahlten Bilder werden so vom Auge kombiniert, dass ein Bild mit räumlicher Tiefe entsteht. Die Technologie konnte bis zur Cebit 2009 so erweitert werden, dass statt 2 schon 9 Bilder ausgestrahlt werden konnten, was mehrere Betrachtungspositionen oder Betrachter ermöglicht.

2.1.3 Volumen-Displays (LED)

Das Prinzip des Volumen-Displays verfolgt nicht, wie (Auto-) Stereoskopie, den Ansatz Räumlichkeit vorzutäuschen, sondern sie und damit Objekte im Raum tatsächlich zu erzeugen. Mittels LEDs werden Voxel erzeugt, die die Pixel des 2-dimensionalen Raums ersetzen. Voxel sind separat ansteuerbar und können damit sichtbar oder unsichtbar sein. Dies geschieht durch Aussenden wählbarer Frequenzen im sichtbaren Lichtspektrum, wodurch alle Voxel zusammengenommen ein Objekt im Raum bilden, das eine echte räumliche Tiefe besitzt. Volumen-Displays sind seit Anfang des Jahrtausends bekannt, werden meist jedoch als Präsentationsform, Kunst oder Spiel verwendet, da die Technik noch nicht für professionellere Anwendungen geeignet ist.

2.1.4 Hologramm-Displays (Lasertechnik)

Hologramm-Displays wurden der Öffentlichkeit erstmals im Juni 2008 vorgestellt. Forscher der Universität von Südkalifornien entwickelten das aus einem Spiegel und Projektor bestehende Hologrammdisplay unter der Prämisse, dass mehreren Betrachtern gleichzeitig die Räumlichkeit suggeriert werden soll. Die Trägheit der Augen nutzten sie dabei als Ausgangspunkt ihrer Forschung. Der auf einem rotierenden Teller montierte Spiegel ist im 45 Grad Winkel angebracht und wird von einem sich an der Decke befindenden DLP-Projektor (Digital Light Processing Projektor) angestrahlt. Aufgrund der schnellen Rotation mit ca. 200 Umdrehungen/Sekunde entsteht für jeden Betrachter im Raum ein 3-dimensionales Objekt.

2.1.5 Taktile 3D-Hologramme (Ultraschall)

Die aus Mischformen entstandene Technologie taktiler 3D-Hologramme wurde erstmals auf der Siggraph 2009 von Forschern der Universität Tokio vorgestellt. Ziel war es nicht nur Hologramme zu erzeugen, sondern sie auch fühlbar werden zu lassen. Als Grundlage dafür nutzten sie holografische Projektionsschirme und das Ultrasound Tactile Display, welches bereits auf der Siggraph 2008 präsentiert wurde. 324 Ultraschall-Wandler sorgen durch eine spezielle Anordnung für die Überlagerung der Wellen, die wiederum Druck ausüben wenn sie auf ein Hinderniss, z.B. einen Finger, treffen. Der Druck konnte zu diesem Zeitpunkt bereits bis zu 1,6 gf, was 0,0157 Newton entspricht, betragen. Um den Druck an der richtigen Position zu platzieren, wird der Finger mit einem reflektierenden Infrarot-Marker ausgestattet. Die Infrarotsignale werden anschließend von einer Kamera erfasst und anschließend zur Positionsbestimmung ausgewertet. Auf diese Weise gelang es bereits fühlbaren Regen und einen über die Hand laufenden Elefanten zu suggerieren.

2.2 Die Probleme

Derzeitig versprechen die großen Hersteller wie Sony oder Philips das 2010 der große Hype um das 3-dimensionale Fernsehen ausbrechen wird. Dennoch gibt es Probleme die zwar bekannt, aber noch nicht vollständig gelöst werden konnten.

2.2.1 Stereoskopische Displays

Auflösung: Die flimmerfreie Darstellung ist auf den gebräuchlichen TFT-Displays nicht möglich, da sie keine Bildwiederholrate von über 60Hz schaffen, was die Shutterbrille in den letzten Jahren uninteressant werden ließ. Derzeit haben lediglich die Hersteller Viewsonic und Samsung einen 120-Hz-Monitor auf den Markt gebracht, der eine entsprechend flüssige Darstellung erlaubt. Selbst mit ausreichender Auflösung wird häufig von Problemen wie Ermüdung der Augen oder Übelkeit berichtet.

Helligkeit: Shutterbrillen sorgen durch das abwechselnde Verdecken der Augen nicht nur für die halbe Bildwiederholrate, sondern auch für die halbe Helligkeit. Eine entsprechende Leuchtstärke des Displays ist deswegen Voraussetzung für ein angenehmes Sehen. Bei zu starker Helligkeit und hoher Geschwindigkeit der Szenen, verschmieren die Bilder allerdings, was die Qualität wiederum beeinflusst.

2.2.2 Autostereoskopische Displays

Sweet Spots: Um bei autostereoskopischen Technologien ein optimales Ergebnis zu erzielen, muss sich der Betrachter an einem Sweet Spot befinden, seinen Kopf also an der Stelle platzieren wo die gleichzeitig ausgestrahlten Bilder am schärfsten wahrgenommen werden können. Andernfalls werden nur unscharfe Bilder erkannt. Zwar gibt es bereits Displays mit mehreren Sweet Spots, sodass auch mehr als ein Betrachter in Frage kommt, um das Stillsitzen wird jedoch keiner von ihnen herumkommen. Mittels Head-Tracking, wobei Sensoren die Augenposition des Betrachters erkennen, kann an jedes Auge stets das richtige Bild geliefert werden. Nachteilig ist jedoch, dass derzeit nur ein Betrachter in frage kommt und zusätzliche Hardware benötigt wird um die Sichtzonen anhand der Augenposition dynamisch zu verändern.

Tiefe: Gerade die autostereoskopischen Displays haben noch ein Problem mit der Tiefe. Zwar lässt sich ein räumlicher Effekt generieren, überzeugend ist das Ergebnis jedoch noch nicht.

2.2.3 Volumen-Displays, Hologramm-Displays, taktile 3D-Hologramme

Probleme bei Volumen-Displays, Hologramm-Displays und taktilen 3D-Hologrammen werden nicht gesondert aufgeführt, da die Entwicklungen in einem so frühen Stadium sind, dass noch nicht von einem Einsatz im Bereich Fernsehen gesprochen werden kann. Die zumeist auf Messen vorgestellten Ansätze dienen lediglich dazu abzusehen welche Richtungen die Forschung einschlägt und was in ferner Zukunft Realität sein könnte.

3 Bewertungen der Ansätze

Die auf Stereoskopie beruhenden Technologien gehören bereits jetzt zu den am weitesten verbreitenden Möglichkeiten Räumlichkeit zu suggerieren. Zwar wird mit der Shutterbrille immer eine Barriere zwischen Betrachter und virtueller Welt bestehen, doch sollte aufgrund der Neuartigkeit des erlebbaren Fernsehens mit einer hohen Akzeptanz der Käuferschaft zu rechnen sein. Erkennbar wird die Akzeptanz bereits daran, dass 3D-Filme mehr Zuschauer denn je in die Kinos locken, obwohl im Vergleich zu konventionellen Kinofilmen bis zu 3 ,- € mehr ausgegeben werden müssen. Absatztechnisch prognostizieren Firmen wie beispielsweise Philips, dürfte es erstmal schwierig werden, da ein Großteil der technikinteressierten Haushalte gerade erst auf HDTV umgestiegen sind. Eine aktuelle Insight-Media-Studie hingegen belegt, das bis 2014 rund 40 Millionen 3D-Displays weltweit in privaten Haushalten aufzufinden sein werden.

Die Technologie der autostereoskopischen Displays entspricht schon deutlich mehr den Interessen der Betrachter sich einer räumlichen TV-Welt zu nähern. Ohne störende Hilfsmittel kann der Zuschauer mit der Welt seiner Wahl verschmelzen und so beispielsweise seinen Lieblingsschauspielern gefühlt näher kommen. Technische Probleme und der derzeitige Vorreiter Stereoskopie sorgten jedoch dafür, dass im April 2009 selbst Innovationspionier Philips in der eigens aufgebauten Abteilung für autostereoskopische Displays alle Aktivitäten einstellen ließ. Marketingchef Björn Teuwsen prognostizierte, dass Autostereoskopie die zweite Begeisterungswelle in Sachen 3D-TV auslösen und damit den bis dahin erreichten Standard der Stereoskopie ablösen wird.

Volumendisplays die im Gegensatz zu den (auto-) stereoskopischen Ansätzen echte 3-dimensionale Bilder erzeugen können bereits jetzt zur Darstellung von einzelnen Objekten und damit beispielsweise für Produktpräsentationen genutzt werden. Das der räumliche Effekt nicht vorgetäuscht wird, macht die Ansicht deutlich glaubhafter. Bis jetzt sind jedoch keine Entwicklungen in Richtung TV bekannt, sodass abzuwarten bleibt ob Filme jemals mit dieser Technologie in Wohnzimmern Einzug halten werden. Deutlich interessanter als die (auto-) stereoskopische Räumlichkeit wäre es allemal.

Die durch Spiegelung und Projezierung funktionierenden Hologramm-Displays zeigen ähnlich wie Volumendisplays noch kaum Entwicklungen in Richtung 3D-Fernsehen. Zwar wurde die Technologie als neuartiges Fernsehen vorgestellt, die Entwicklung steckt allerdings noch in Kinderschuhen weswegen eine Beurteilung der „Fernsehtauglichkeit“ noch nicht möglich ist. Vorstellbar wäre es jedoch, da auch heute schon der Beamer in privaten Haushalten keine Besonderheit mehr ist und der Weg zu einem DLP-Projektor nicht weit wäre.

Das Highlight der großen 3D-TV-Bewegung bilden sicherlich taktile 3D-Hologramme. Trotz aller Bemühungen eine real erscheinende Welt zu kreieren konnten bisher nur die optischen (maximal noch akustischen Sinne) angesprochen werden. Dem Ausspruch „Die Welt begreifen“ kommt mit dieser Technologie nun eine völlig neue Bedeutung zu. Objekte sind fühlbar und damit deutlich realistischer. Allerdings steht auch hier die Frage aus, wann die Entwicklungen Marktreife erlangen. Ob das Fernsehen zum Anfassen wirklich kommen wird scheint für die Entwickler außer Frage zu stehen. Zumindest sind jährlich auf der Siggraph, einer internationalen Konferenz und Ausstellung für Computergrafiken und interaktive Technik, Weiterentwicklungen zu begutachten, die vielleicht schon bald eine genauere Prophezeiung zulassen.

4 Mögliche Anwendungsbereiche, Chancen und Risiken

Die Anwendungsgebiete der 3D-Technologie decken mittelfristig gesehen kaum einen breiteren Bereich als das Fernsehen selbst ab. Lediglich die Computerspielsparte, die Werbung und das Internet samt Social-Community-Networks werden sich die 3D-Technolgien zusätzlich zu nutze machen können. Langfristig gesehen wird die Außenwerbung von der Autostereoskopie profitieren, da beispielsweise Plakate durch 3D-Displays ersetzt werden könnten. In der Architektur könnten Baupläne begehbar werden, was die Vorstellung eines umfangreichen Bauprojekts erheblich vereinfachen würde. Museen könnten die Vergangenheit wieder auferstehen lassen, die Besucher in die Geschichte eintauchen lassen oder auch wertvolle Ausstellungsstücke nur projezieren um ihren Schutz besser zu gewährleisten. Im medizinischen Bereich wären detaillierte individuelle Körperansichten möglich was bei komplizierten Operationen hilfreich sein könnte. Auf ähnliche Weise könnten 3D-Ansichten mit Hilfe dieser Techniken für die Forschung von Vorteil sein. Für Schulen wäre beispielsweise ein anschaulicherer Unterricht möglich, sodass schnelleres Verstehen und somit Lernen denkbar wären. Fahrschüler könnten sich realistischer auf ihre Prüfung vorbereiten. Verpackungstechniker könnten Produkte anschaulicher entwerfen, begutachten und präsentieren.

Die Möglichkeiten scheinen in der Hinsicht unendlich, es ist jedoch eine Frage der Zeit bis die Technologien problemlos funktionieren und zudem erschwinglich werden.

Aber auch die Risiken sollten in dem Zusammenhang nicht unterschätzt werden. Sie ergeben sich zumeist aus der Aufmerksamkeit und dem Vertrauen, das in die 3D-Bilder gesteckt wird. Im Straßenverkehr könnte es durch die ungewöhnliche Art der Werbung zur Ablenkung der Aufmerksamkeit kommen, was fatale Folgen haben könnte. In der Medizin könnten fehlerhafte Darstellungen falsche Einschätzungen herbeiführen, die unerkannt blieben, da die realistische Darstellung vertrauenswürdig erscheint. Auch Manipulationen wären kaum ausgeschlossen, sodass zwingend darauf hingewiesen werden müsste, dass ein Abbild der Realität durchaus fehlerhaft sein kann. Ein drittes Risiko-Beispiel ließe sich im Bereich der Social-Community-Networks finden, bei denen virtuelle Freundschaften durch eine 3-dimensionale Abbildung der Person noch echter wirken könnten, wodurch die Gefahr bestände dass Menschen den Bezug zur Realität verlieren würden und ein echter Kontakt zu Mitmenschen nicht mehr als erforderlich eingestuft werden würde.

Auch hier scheint die Liste endlos, wobei derartige Risiken vermutlich erst bei ausgereiften Techniken auftauchen würden.

5 Änderung für den Verbraucher (mittelfristig)

Auf den Verbraucher kommt zukünftig eine Welt zu, die realer scheint als sie ist. Dies wird sich besonders im Bereich des Fernsehens und der trendbewussten Social-Community-Networks bemerkbar machen. Realistische wirkende Objekte die in bekannte Muster eingeordnet werden können, wecken Vertrauen und sorgen für die Integration des Rezipienten. Der Verbraucher kann in eine beliebige Welt eintauchen und sie erleben ohne dafür das Sofa verlassen zu müssen, ähnlich wie es heute schon bei Computerspielen der Fall ist.

Eine saubere Trennung von Virtuellem und real Erlebtem könnte dadurch schwieriger werden.

Den Faktor Aufmerksamkeit wird sich die Werbung zu nutze machen, was letztlich nicht nur im TV, oder der Außenwerbung sondern auch im Internet möglich ist. Durch erwähntes Vertrauen in realistische Abbilder entstehen Emotionen, die Firmen beispielsweise für Kundenakquise und -bindung nutzen könnten. Der Verbraucher wird also noch stärker umworben als jetzt schon und wird, zumindest solange die Technologie neu ist, lenkbarer sein, was den Unternehmen zu gute kommt. Durch den Einsatz der 3D-Technologien lassen sich viele Informationen (z.B. über ein Produkt) besser bzw. unbemerkt verpacken. Der Verbraucher wird dadurch ob er er nun möchte oder nicht mehr erfahren und besser verstehen, da Zusatzinformationen auf einer separaten Ebene untergebracht werden können. Räumliches Sehen ist für den Verbraucher so vertraut, dass selbst ursprünglich abstrakte Objekte 3-dimensional dargestellt, für ihn deutlicher intuitiver werden. So ließen sich beispielsweise Navigationsmöglichkeiten im Internet optimieren was die Informationsbeschaffung nicht nur effizienter sondern auch interessanter gestalten würde.

6 Vorschlag für weiteres Vorgehen

Aufgrund der bisher erlangten Kenntnisse kann auf eine weitere Recherche verzichtet werden. Zwar ist das Thema 3D momentan von hoher Aktualität und wird auch zukunftsweisend sein, doch scheint die Technik noch zu jung, als das in den nächsten Jahren größere Entwicklungen geschehen würden. Lediglich das Prinzip der Stereoskopie scheint ausgereift genug, dass bereits Mitte des Jahre 2010 die ersten marktfähigen Geräte erscheinen. Die Hersteller schweigen jedoch über den exakten Erscheinungstermin genauso wie über die Kosten einer solchen Anschaffung. Da viele Haushalte erst letztes Jahr auf HDTV umgestiegen sind, bleibt zudem weiterhin fraglich wie lange es tatsächlich dauern wird bis die Shutterbrille die Wohnzimmer erobern wird.

Da selbst der Hersteller Philips der Autostereoskopie-Entwicklung vorerst den Rücken zugekehrt hat und wie die meisten Konkurrenten jetzt auf die Stereoskopie setzt, ist nicht absehbar wann diese verbesserte Form des 3-dimensionalen Fernsehens die Brillen unnötig werden lässt. Zudem ist nicht vollständig geklärt ob der Hersteller den neuen Markt aufgrund zu vieler technischer Probleme oder aus rein betriebswirtschaftlicher Sicht verlassen hat, so wie es der Marketingchef Teuwsen selbst behauptet. Jegliche Entwicklungen die darüber hinaus gehen werden vermutlich erst noch später die Marktreife erlangen, zumindest was den TV-Bereich angeht. Es wäre jedoch denkbar, dass beispielsweise (taktile) Hologramm-Displays zunächst in anderen Bereichen zu finden sein werden (z.B. im Museum), bis sie später auch für den Konsumentenmarkt ausgereift sind. Insgesamt also eine interessante Innovation, die jedoch aufgrund ihrer langjährigen Entwicklungs- und Einführungszeit noch nicht vollständig erforscht und erfasst werden kann.