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Kamera- und Projektionstechnik

3D - Wie geht das?

Noch wichtiger als die Ankündigung, die Hobbit-Filme mit 48 Bildern pro Sekunde zu drehen, war die, dass die Filme in 3D produziert werden. Schauen wir uns dazu kurz die Grundlagen an:

Zunächst ist 3D eigentlich der falsche Ausdruck und wird umgangssprachlich verwendet. Es werden ja bei der Filmwiedergabe keine realen dreidimensionalen Objekte erzeugt. Der korrekte Ausdruck für die Technik die im 3D-Kino verwendet wird, ist Stereoskopie.

Das Prinzip dahinter ist recht einfach, die Praxis aber sehr kompliziert. Wir wollen das Ganze hier aber nicht zu kompliziert werden lassen. Unser räumliches Sehen basiert auf drei Grundlagen:

1. Die Interokulare Distanz: Zwei Augen die in gewissem Abstand voneinander angeordnet sind (beim Menschen etwa 65 mm) und damit Objekte unter leicht unterschiedlichen Winkeln sehen.

2. Konvergenz: Betrachten wir ein Objekt, das nah oder mittelweit entfernt ist, so blicken beide Augen auf das Objekt. Da beide Augen durch die interokulare Distanz voneinander entfernt sind, bilden die beiden Sichtachsen zusammen mit dem Augenabstand ein gleichschenkliges Dreieck, dessen Spitzenwinkel der Konvergenzwinkel ist. Bei weit entfernten Objekten sind die Sichtachsen beider Augen dagegen nahezu parallel ausgerichtet, der Konvergenzwinkel geht gegen 0.

Links: Objekt in weiter Entfernung, Konvergenzwinkel nahe 0. Mitte: Objekt in mittlerer Entfernung, kleiner Konvergenzwinkel. Rechts: Objekt sehr nah, Konvergenzwinkel groß. (Bild: 3d-film.tk)

3. Akkomodation: Dies beschreibt sozusagen den "Autofokus" unserer Augen, also das automatische Scharfstellen auf Objekte in unterschiedlichen Entfernungen.

Das sind im Wesentlichen die drei Funktionen unserer Augen beim räumlichen Sehen, die dem Gehirn Informationen liefern, damit es (unter Zuhilfenahme enormer "Rechenleistung") ein räumliches Abbild unserer Umgebung liefern kann. Unser räumliches Sehen ist dabei begrenzt auf Entfernungen bis etwa 10 m. Objekte in größerer Entfernung erscheinen uns zunehmend nur noch zweidimensional.

Die Stereoskopie

Stereoskopische 3D-Filme, die eine weitgehend realistisch anmutende Abbildung des Raumes erzeugen, enttäuschen daher manchmal den Zuschauer, da eben auch hier bei Entfernungen über 10 m kein 3D-Effekt mehr zustande kommt. Dies entspricht aber am ehesten der Wirklichkeit und ist kein übertriebenes 3D, wie in vielen Animationsfilmen (z.B. SAMMYS ABENTEUR als Extrembeispiel).

Für stereoskopische Aufnahmen braucht man also "nur" zwei Kameras, die ebenso wie unsere Augen, in einem gewissen Abstand voneinander angebracht sind. Benutzt man Objektive mit einer Brennweite die ungefähr dem Sichtwinkel des menschlichen Auges entsprechen, so kann man auch mit einem Achsabstand der beiden Kameras (Interokularabstand) arbeiten, der dem Abstand der Augen entspricht, was ca. 65 mm sind. Dann erhält man ein relativ realistisches stereoskopisches 3D-Bild.

In Kinofilmen werden aber Objektive unterschiedlicher Brennweiten verwendet, die einen größeren Bildwinkel abbilden als unsere Augen (Weitwinkelobjektive) oder einen kleineren Bildwinkel (Teleobjektive). Behält man bei einem Weitwinkelobjektiv einen Interokularabstand von 65 mm bei, so wird der 3D-Effekt geringer, bei Teleobjektiven zu extrem. Bei Weitwinkelaufnahmen sollte daher der Interokularabstand vergrößert werden und bei Teleaufnahmen verkleinert. Somit ist eine mechanische Verstellung des Abstands notwendig.

Kinokameras mit Objektiven sind in aller Regel zu groß als dass man sie mit einem Abstand der optischen Achsen von 65 mm oder gar noch weniger nebeneinander montieren kann, daher muss man sich hier eines technischen Tricks bedienen: Es wird ein halbdurchlässiger Spiegel vor einer Kamera im 45°-Winkel angeordnet. Diese Kamera blickt geradeaus durch den Spiegel, die zweite Kamera blickt von oben in den Spiegel, der auch als Strahlteiler (beam splitter) bezeichnet wird, da er eben eine Hälfte des auf ihn einfallenden Lichts passieren lässt und die andere reflektiert.

Schemazeichnung einer Kameraanordnung für linkes und rechtes Auge im 90°-Winkel und halbdurchlässigem Spiegel als Strahlteiler (Bild: HDTV-forum.ch)

Diese Anordnung von zwei Kameras und dem Spiegel muss natürlich mechanisch äußerst stabil in einem Gerüst erfolgen, dem sogenannten Spiegel- bzw. Mirror-Rig. Bei den Hobbit-Dreharbeiten werden dabei Rigs der Firma 3ality eingesetzt.

3D-Mirror-Rig TS5 von 3ality mit zwei RED Epic-Kameras für Handheld-Shots (Aufnahmen aus der Hand) wie es auch bei den Hobbit-Dreharbeiten eingesetzt wird (Bild: tonacitran.com)

3D-Rigs

Für die Hobbit-Dreharbeiten stehen insgesamt 17 verschiedene 3D-Rigs zur Verfügung (in unterschiedlichen Konfigurationen, z.B. am Kamerakran, auf dem Dolly, also Wagen auf Schienen, Freihand, Steadicam, usw.). Für jedes Rig werden zwei Kameras benötigt, also 34 Kameras um alle Rigs zu bestücken. Bleiben noch 14 Kameras übrig von den 48 RED Epics, die Peter Jackson gekauft hat. Einige sind sicher als Ersatz da, manche werden möglicherweise auch für 2D-Aufnahmen verwendet, z.B. Landschaftsaufnahmen von weiter entfernten Landschaften, hier wäre eine stereoskopische Aufnahme nicht notwendig, da der Mensch, wie schon erwähnt, bei Entfernungen über etwa 10 m sowieso nicht mehr dreidimensional sieht.

Die Kameras sind so auf den Rigs angebracht, dass sie über Servomotoren bewegt werden können, zum Einen um den Interokularabstand verstellen zu können, zum anderen kann auch ein Konvergenzwinkel eingestellt werden, d.h. die optischen Achsen der beiden Kameras blicken nicht parallel geradeaus sondern können nach innen geschwenkt werden, so dass sie sich an einem Punkt, dem sogenannten Konvergenzpunkt treffen, genauso wie die Konvergenz bei unseren Augen im Nahbereich funktioniert.

Konvergenzpunkt bei stereoskopischer 3D-Aufnahme mit zwei Kameras (Bild: SlashCam.de)

Die Konvergenz

Bei stereoskopischem 3D hat der Konvergenzpunkt folgende Bedeutung: Objekte, die sich näher als der Konvergenzpunkt vor der Kamera befinden treten später quasi aus der Leinwand heraus (sogenannte Pop-Out-Effekte), Objekte die weiter weg sind erscheinen in der Tiefe, also hinter der Leinwandebene. Solche Pop-Out-Effekte sind ohne Frage spektakulär, sollten aber mit Bedacht und nicht zu häufig eingesetzt werden, sonst verkommt ein Film zum reinen Effektspektakel, das von der eigentlichen Handlung nur ablenkt.

Der Interokularabstand und der Konvergenzwinkel werden wie schon erwähnt über Servormotoren verstellt, die in der Regel über Funk ferngesteuert werden. Ebenso müssen die Fokussierung der beiden Kameras, die Blendeneinstellung und evtl. die Zoomstellung (falls es sich um Zoomobjektive handelt, diese werden aber bei Kinofilmen eher selten eingesetzt) motorisch angetrieben und fernbedient werden. Beide Kameras bzw. deren Objektive müssen hier sehr exakt synchron zusammenarbeiten, damit die Bilder für das linke und rechte Auge gleich scharf sind, die gleiche Belichtung zeigen und auch keine weiteren Fehler wie z.b. Höhenversatz oder Verdrehung gegeneinander aufweisen. Daher müssen Kameras, Objektive und Rigs miteinander speziell eingemessen und eingestellt werden. Alleine dadurch kann man schon viele Fehler bei der stereoskopischen Aufnahme vermeiden, die dem Zuschauer im Kino Probleme bereiten können. Einen Einblick in die diversen Fehlermöglichkeiten bietet z.B. dieses Dokument.

... bald geht es hier weiter ...

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