Ver para creer: ilusiones 3D Teach article

Traducido por Javier Aseguinolaza. Para hacer que las imágenes en dos dimensiones que vemos en la prensa y en la pantalla parezcan más reales, podemos piratear nuestro cerebro para crear la ilusión de una tercera dimensión, la profundidad. Estas actividades exploran la física que lo hace…

Imagen cortesía de stock
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Mira a tu alrededor. ¿Cuántas dimensiones puedes ver? ¿Como un ser tridimensional que vive en un mundo de tres dimensiones, sin duda que ve tres dimensiones: altura, anchura y profundidad? Pues no. De hecho, usted ve sólo dos dimensiones. Esto es porque lo que vemos es simplemente imágenes 2D, incluso de objetos 3D, proyectadas sobre el fondo de nuestros ojos. Lo que percibimos es completamente diferente: nuestros cerebros procesan las imágenes 2D en algo que parece tener no sólo la altura y la anchura, sino también profundidad – tres dimensiones. Por lo tanto, el cerebro utiliza las imágenes 2D de los ojos para crear una ilusión de 3D.

Imagen cortesía de DTR;
Origen de la imagen:
Wikimedia Commons

Las cuatro actividades de este artículo, adecuado para estudiantes de física de entre 11 y 19 años de edad, investigan cómo podemos piratear el funcionamiento del cerebro para hacer un objeto inicial que es realmente 2D – como lo son un dibujo, pintura o una película – parezca 3D.

Las actividades 1, 2 y 3 tienen una duración de cerca de 20 minutos cada uno, y la actividad 4 es de unos 30 minutos. Los materiales necesarios no son caros, pero son necesarios de antemano. Aunque este artículo cubre principalmente temas de física, también podría ser adaptado para su uso en biología.

Añadiendo otra dimensión

En primer lugar, ¿cómo hace el cerebro para permitirnos percibir los objetos verdaderamente 3D en tres dimensiones?

Utilizamos esta habilidad cada vez que hacemos algo tan simple como verter una bebida. Tape un ojo, mantenga su cabeza quieta y sus ojos al nivel de la parte superior de la copa, y luego intente verter el agua en el vaso. Es difícil. Ahora abra ambos ojos e inténtelo de nuevo. Esta vez, el cerebro recibe dos imágenes ligeramente diferentes de los mismos objetos, que utiliza para percibir la profundidad. Como resultado, usted debería ser capaz de verter el agua con precisión en el vaso.

Imagen cortesía de stock
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Podemos explotar esta capacidad del cerebro con el fin de mejorar el realismo de una imagen 2D. Hacemos esto presentando a cada uno de nuestros ojos una imagen ligeramente diferente, imitando lo que sucede cuando miramos un objeto 3D. El cerebro combina las dos imágenes, convenciéndonos de que hay profundidad en lo que es en realidad una imagen 2D.

Se utilizan tres estrategias para crear estas ilusiones 3D. La primera estrategia (cubierta en la actividad 1) dirige una imagen diferente en cada ojo usando refracción, mientras que las otras dos estrategias (actividades 2 y 3) utilizan diferentes tipos de gafas especiales. En la actividad 4, los estudiantes usan lo que han aprendido para hacer su propia imagen en 3D.

Actividad 1: Imágenes lenticulares 3D

Sus estudiantes pueden haber diseños en tarjetas postales, cubiertas de DVD o las tarjetas que usted puede encontrar en los paquetes de cereales que parecen tener un increíble sentido de la profundidad. Si es así, ya se han encontrado fotos lenticulares 3D. En la siguiente actividad vamos a investigar cómo funcionan.

Materiales

Imagen cortesía de Stannered;
Origen de la imagen:
Wikimedia Commons

Por estudiante o pareja de estudiantes:

  • Una foto lenticular 3D

Procedimiento

  1. Cubra su ojo izquierdo y mire a la foto. Luego cambie y cubra su ojo derecho y vuelva a mirar.
  2. Mire a la foto con ambos ojos, ¿Qué nota?

¿Qué ocurre?

Al ver la imagen con ambos ojos parece 3D, pero cuando se ve con un solo ojo parece 2D.

¿Cómo funciona?

Las fotos lenticulares 3D más simples se crean a partir de dos imágenes por separado, que se desplazan entre sí lateralmente. Tomemos como ejemplo una imagen compuesta hecha de la foto A y de la B. Ambas fotos se cortan en tiras verticales y se vuelven a ensamblar alternativamente en lo que se llama una imagen entrelazada (figura 1a), haciendo que el orden de las tiras sea A-B-A-B-A …. La imagen entrelazada se imprime sobre papel y se cubre por una lámina de plástico lenticular, que consiste en una serie de lentes delgadas y largas (figura 1b). Las lentes están alineadas con las tiras subyacentes de tal manera que la luz reflejada por tiras de A será enviada en una dirección, hacia el ojo izquierdo, y la luz reflejada por tiras de B se envían en otra dirección, al ojo derecho (figura 1c).

Figura 1: Imágenes lenticulaes 3D: ¿cómo se hacen y cómo funcionan
a) Dos imágenes separadas, A y B, se cortan en tiras y luego se vuelven a ensamblar alternativamente, para formar una imagen entrelazada. Las imágenes también se desplazan entre sí lateralmente.
b) La imagen entrelazada se imprime sobre papel y se cubre con una lámina de plástico lenticular que consiste en lentes de plástico.
c) Las lentes envían la luz reflejada por las tiras de A a uno de los ojos y de las tiras de B al otro ojo. El cerebro combina las imágenes para crear la ilusión de profundidad
Haga clic sobre la imagen para ampliarla

Imagen cortesía de Lenstar.org

En nuestro experimento, su cerebro combina las imágenes A y B de la imagen lenticular para dar una ilusión de profundidad. La ilusión funciona porque las dos imágenes están desplazadas entre sí, por lo que el cerebro combina dos imágenes diferentes – tal como lo hace cuando se mira a un objeto 3D con dos ojos. No hay tal ilusión de profundidad cuando se mira a través de un solo ojo: o bien el ojo izquierdo sólo ve la imagen A o el ojo derecho sólo ve la imagen B.

Actividad 2: anaglifos

Mientras las imágenes lenticulares 3D funcionan a simple vista, hay otras formas de crear ilusión de profundidad que requieren gafas especiales. Las primeras películas en 3D aprovecharon el color para crear la ilusión de 3D. El público llevaba gafas de cristal rojo/verde para ver una imagen proyectada compuesta por dos imágenes desplazadas: una roja y otra verde. Estas imágenes, llamadas anaglifos, todavía se utilizan ampliamente hoy en día en materiales impresos. En la siguiente actividad, los estudiantes aprenderán cómo funcionan los anaglifos.

La superficie de la fruta de la
planta de cuchillas está
cubierta de diminutos pelos
enganchados, los cuales se
aferran a los animales para
permitir la dispersión de
semillas. Estos anaglifos
fueron creados a partir de
imágenes tomadas con un
microscopio electrónico de
barrido. Use sus gafas de
color rojo / verde para
verlos. Las esporas de un
hongo patógeno del trigo
(roya amarilla) en erupción
a través de la superficie de
una hoja de trigo. Haga clic
sobre la imagen para
ampliarla

Imagen cortesía de Syngenta

Materiales

Por pareja de estudiantes:

  • Un par de gafas rojo/verde

Procedimiento

  1. Use las gafas de color rojo / verde con el filtro rojo sobre el ojo izquierdo y el filtro verde sobre el ojo derecho
  2. Mire uno de los anaglifos de abajo.

¿Qué ocurre?

El anaglifo parece tener profundidad: parece 3D.

¿Cómo funciona?

Podemos filtrar la luz en base a su color (longitud de onda). El filtro rojo de sus gafas absorbe todas las longitudes de onda de luz, aparte de rojo, mientras que el filtro verde absorbe todas las longitudes de onda aparte de la verde.

Para hacer que el anaglifo, cada una de las dos imágenes que lo componen fue tomada desde una posición ligeramente diferente antes de ser coloreada: uno en rojo y una en verde.

Cuando nos fijamos en el anaglifo con las gafas de color rojo / verde, tu ojo izquierdo recibe la imagen de color rojo y el ojo derecho, la imagen verde. La ilusión de profundidad se crea cuando el cerebro combina las dos imágenes offset.

Imagen cortesía de D-Kuru;
Origen de la imagen:
Wikimedia Commons

Actividad 3: gafas polarizadas 3D

La mayor parte de las películas 3D usan gafas polarizadas para lograr la ilusión de profundidad. La siguiente actividad investiga cómo funcionan estas gafas.

Materiales

Por pareja de estudiantes:

  • Dos pares de gafas 3D polarizadas, tales como las hechas por RealD™

Procedimiento

En parejas:

Figure 2: La forma en que la
luz viaja en ondas puede ser
afectada por filtros
polarizantes
Arriba: Luz no polarizada:
normalmenteTop
normalmente, los picos y
valles de una onda de luz
apuntan en orientaciones
aleatorias alrededor del eje
de su movimiento
Parte inferior: la luz
polarizada circularmente: Los
filtros polarizadores
circulares provocan
oscilaciones de la onda para
girar alrededor de su eje de
movimiento, ya sea en un
sentido horario o sentido
antihorario, dependiendo del
tipo de filtro que se use. La
onda que se muestra aquí
está polarizada en sentido
horario
Haga clic sobre la imagen
para ampliarla

Imágenes cortesía de Bob
Mellish (arriba) y Dave3457
(abajo); Origen de la imagen:
Wikimedia Commons
  1. Ponte las gafas y mira a tu compañero.
  2. Tapa la lente izquierda y mira a tu compañero, que debe mantener ambas lentes sin cubrir ¿Qué es lo que ves?
  3. Tapa la lente derecha y mirar de nuevo a tu compañero, ¿Qué ha cambiado?

¿Qué ocurre?

Cuando miras a su pareja con ambas lentes descubiertas, las lentes de tu pareja ven transparente. Cuando cubres una de sus lentes, una de las lentes de su pareja parece oscurecerse. Si cubres tu otra lente, la lente de tu pareja parece oscurecerse.

¿Cómo funciona?

Para comprender tus observaciones, y cómo funcionan las películas 3D modernas, tenemos que recordar que la luz viaja en ondas. Podemos influir en la orientación de las oscilaciones de las ondas haciendo pasar la luz a través de un filtro de polarización circular, que hace que la oscilación de viaje en espiral (figura 2).

Las lentes de las gafas 3D contienen filtrosw1 de polarización circular. Uno polariza la luz en sentido de las agujas del reloj y el otro en sentido antihorario.

Pensemos en lo que sucede cuando miras a tu pareja con tus dos lentes descubiertas (figura 3A). Las lentes de tu pareja parecen transparentes, porque eres capaz de ver la luz que ha pasado a través de ellas: la luz polarizada en sentido horario de la lente polarizadora de tu pareja en sentido horario alcanza uno de tus ojos, mientras que la luz polarizada en sentido antihorario de la lente polarizadora antihorario de tu llega a tu otro ojo.
 

Figura 3: El experimento de oscurecimiento de lente. Las líneas azules indican que pasa luz a través de la lente horaria (CW) de tu pareja, mientras que la línea roja indica que pasa luz a través de la lente antihoraria (ACW) de tu pareja.
A) Las lentes de tu pareja parecen transparentes cuando tus dos lentes horaria (CW) y antihoraria (ACW) se descubren. La luz polarizada CW (azul)que viene de las gafas de tu pareja llega a uno de tus ojos, mientras que la luz polarizada ACW (roja) de las gafas de tu pareja llega a tu otro ojo
B) Cuando se cubre tu lente CW, la lente CW de tu pareja parece más oscura. Esto ocurre porque ya no puedes ver la luz que pasó a través de la lente polarizante CW de tu pareja
C) Cuando se cubre tu lente ACW, la lente ACW de tu pareja parece más oscura

Haga clic sobre la imagen para ampliarla
Imagen cortesía de Nicola Graf (diagrama) y D-Kuru (gafas). Origen de la imagen de la gafas: Wikimedia Commons

Ahora piensa en lo que sucede cuando se cubra la lente polarizante en sentido horario (figura 3B). La lente polarizante de tu pareja parece más oscura, porque ya no recibes la luz que ha pasado a través suyo. ¿Por qué no? Debido a que tu lente de polarización antihoraria (la única lente con la que ahora puedes ver) bloquea la luz polarizada en sentido horario. Cuando cubras tu otra lente (figura 3C), la situación se invierte y la otra lente de tu pareja parece más oscura.

Imagen cortesía de libraryman;
Origen de la imagen: Flickr

Las películas en 3D para las que se diseñaron tus gafas se filman utilizando dos cámaras montadas de manera que la distancia entre las lentes de las cámaras sea más o menos igual a la que hay de promedio entre los ojos humanos. Durante la película, las dos imágenes en movimiento se polarizan circularmente en direcciones opuestas y se proyectan sobre una pantalla. Sus gafas 3D se aseguran de que tu ojo izquierdo recibe una imagen, y el ojo derecho la otra. Las dos imágenes en movimiento se proyectan alternativamente a una velocidad imperceptiblemente alta de 144 veces por segundo. El cerebro combina las imágenes que recibe de ambos ojos para crear la ilusión de profundidad.

Actividad 4: Hacer tu propia imagen 3D

Una vez que los estudiantes han comprendido los principios de la formación de imágenes en 3D, pueden hacer su propio anaglifo utilizando una cámara digital y un ordenador (figura 4).

Materiales

  • Una cámara digital
  • Un trípode u otro tipo de soporte para la cámara (ej: una pila de libros)
  • Un par de gafas rojo / verde
  • Un programa capaz de hacer un anaglifo, tal como el Anaglyph Workshopw2.
Hacer un anaglifo: la foto 2
se debería hacer desde una
posición ligeramente a la
derecha de la foto 1. Las dos
imágenes se introducen en el
anaglifo utilizando el
programa. Haga clic sobre la
imagen para ampliarla

Imagen cortesía de Nicola Graf

Procedimiento

  1. Elige un tema fijo.
  2. Saca una foto.
  3. Muévete a la derecha unos 6 cm (aproximadamente la distancia entre tus ojos), asegurándote que la cámara se mantiene al mismo nivel. Saca una segunda foto.
  4. Sigue las instrucciones del programa que hayas seleccionado para colorear y superponer las dos fotografías. Ahora tienes un anaglifo.
  5. Mira tu anaglifo a través de las gafas rojo / verde, bien en el monitor del ordenador o en una hoja impresa. Puede que necesites repetir el proceso unas pocas veces, ajustando la distancia que te desplazas antes de sacar la segunda foto, para refinar el efecto 3D.

Nota: si tienes un smart phone, puedes simplificar el procedimiento usando una aplicación (ej: 3D Photo Maker) para hacer tu anaglifo directamente, utilizando imágenes tomadas con la cámara de tu teléfono.

Agradecimientos

Las actividades descritas en este artículo fueron ideadas por Alison Alexander, Cerian Angharard, Frances Green y Ruth Wiltsher, que son todos ellos coordinadores de la red de físicos-profesores del Instituto de Física del Reino Unido (IOP)w3. Estas y otras actividades eran originalmente parte de un conjunto de actividades denominadas “Luces, cámaras, imágenes» que se utilizó en un taller para la red del profesor del IOP.

Las hojas para todas las actividades de “Luces, cámaras, imágenes”w3 se pueden descargar del website de Talk Physics.

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Web References

Resources

Author(s)

Andrew Browne es un graduado en biología molecular y cellular de la Universidad de Bath, Reino Unido. Actualmente trabaja para Science in School, con sede en el Laboratorio Europeo de biología Molecular en Heidelberg, Alemania.


Review

El uso de las ilusiones 3D en los medios de comunicación visual es cada vez más popular. Pero, ¿cómo ocurre eso de ver una imagen 2D en 3D? y ¿cómo podemos crear nuestras propias ilusiones 3D? Estos temas y muchos más se responden en este novedoso artículo. Lo bueno es que no se limita a dar explicaciones, sino que además proporciona una serie de actividades para ayudar a los estudiantes a entender lo que está pasando. Es muy útil como una forma de vincular la teoría con aplicaciones de la vida real.

Conveniente para profesores de física (óptica) y de ciencia en general, este artículo sería también una buena lectura de fondo para biología (visión) y para profesores de arte.


Paul Xuereb, Malta




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