3D Basics
Quelle Wikipedia:
https://de.wikipedia.org/wiki/3D
3D oder 3-D ist eine verbreitete Abkürzung für räumlich, dreidimensional oder drei Dimensionen (in der Sprachkonstruktion „in 3-D“) und ein Synonym für die räumliche Darstellung von Körpern. Es ist eine Darstellungsvariante, die meistens, aber nicht zwangsläufig aus den Raumdimensionen Länge, Breite und Höhe besteht.
Ein Objekt in 3-D darzustellen bedeutet, jeden Punkt dieses Objekts und seine Position im Raum durch einen Vektor abzubilden, dessen Komponenten die Koordinaten im dreidimensionalen Raum festlegen. Das Koordinatensystem wird dann folgendermaßen bezeichnet:
(x,y,z) – für Kartesisches Koordinatensystem
Simulation von Dreidimensionalität
Viele abbildungsspezifische Probleme und die Orientierung im Raum können durch die räumliche Wahrnehmung des Menschen gelöst werden, die darauf beruht, dass durch den Abstand der Augen zwei unterschiedliche ebene Bilder auf der Netzhaut zu einem Bild mit einer räumlichen Tiefe (Z) zusammengesetzt werden, mit deren Hilfe wir den Vordergrund vom Hintergrund unterscheiden können.
https://de.wikipedia.org/wiki/3D
3D oder 3-D ist eine verbreitete Abkürzung für räumlich, dreidimensional oder drei Dimensionen (in der Sprachkonstruktion „in 3-D“) und ein Synonym für die räumliche Darstellung von Körpern. Es ist eine Darstellungsvariante, die meistens, aber nicht zwangsläufig aus den Raumdimensionen Länge, Breite und Höhe besteht.
Ein Objekt in 3-D darzustellen bedeutet, jeden Punkt dieses Objekts und seine Position im Raum durch einen Vektor abzubilden, dessen Komponenten die Koordinaten im dreidimensionalen Raum festlegen. Das Koordinatensystem wird dann folgendermaßen bezeichnet:
(x,y,z) – für Kartesisches Koordinatensystem
Simulation von Dreidimensionalität
Viele abbildungsspezifische Probleme und die Orientierung im Raum können durch die räumliche Wahrnehmung des Menschen gelöst werden, die darauf beruht, dass durch den Abstand der Augen zwei unterschiedliche ebene Bilder auf der Netzhaut zu einem Bild mit einer räumlichen Tiefe (Z) zusammengesetzt werden, mit deren Hilfe wir den Vordergrund vom Hintergrund unterscheiden können.
- Perspektive ist die Lehre von der dreidimensionalen Darstellung, die durch die proportionale Verjüngung entfernt liegender Objekte und die vergrößerte Darstellung von Vordergrundobjekten entsteht. Das ermöglicht es mit grafischen Mitteln auf einer zweidimensionalen Fläche ein räumlich wirkendes Bild zu erzeugen.
Die 3-D-Computergrafik nutzt diese Möglichkeit, um mittels 3D-Grafiksoftware aus 3-D-Koordinaten und Helligkeitsabstufungen ein räumlich wirkendes Bild auf dem flachen Grafikbildschirm zu erzeugen.
- Ein 3-D-Bild (in der dreidimensionale Fotografie)
stereoskopisches Bild
3D-Film (dreidimensionaler Film)
Betrifft die Aufnahme und Wiedergabe von Bildern oder Filmen, die einen echten räumlichen Eindruck vermitteln, wird beispielsweise jedem Auge wie in der Wirklichkeit nur das entsprechende seitlich leicht versetzte Teilbild dargeboten, beispielsweise durch 3D-Brillen auf Basis von Anaglyphen oder Polarisation oder mittels Shuttertechnik ein stereoskopisches Bild in zwei Signalwege getrennt.
Eine andere, künstlich erzeugte Methode der dreidimensionalen Bilddarstellung wird beim Single image stereogram (SIS) angewandt.
- Dreidimensionaler Ton: die räumliche lokalisierbare Wiedergabe von Tönen, zum Beispiel durch mehrere Lautsprecher, die ähnliche Positionen einnehmen wie die Mikrofone bei der Aufnahme (Stereo, Quadrophonie, Surround Sound 5+1, 6+1) oder über Kopfhörer bei der Kunstkopf-Stereofonie.
- 3-D-Modellierung stellt eine Methode 3D-Modelle zu erstellen, die für virtuellen Realität dienen. Diese können im Rahmen der digitalen Fabrik als virtuelle Produktionsmittel zum Einsatz kommen (Roboter, Ladungsträger, Fördertechnik usw.) als auch für den privaten Gebrauch verwendet werden, da 3D-Drucken immer mehr erschwinglich wird. Auch können aus Fotos 3D-Modelle abgeleitet werden.
- 3-D-drucken oder Prototyping stellt eine Methode dar, echte 3-D-Modelle mithilfe von Materialdruckern aus 3-D-Daten zu erzeugen.
3D Brillen
(aktiv und passiv)
(aktiv und passiv)
Quelle Wikipedia:
https://de.wikipedia.org/wiki/3D-Brille
Rot-Grün-Brille / Anaglyphenverfahren (50er–70er Jahre) passiv
Beim Anaglyphen-Verfahren erfolgt die Bildtrennung durch die Verwendung von Farbfiltern. Das rechte und linke Halbbild sind hierbei in Komplementärfarben eingefärbt. Die Trennung der beiden Halbbilder erfolgt mit speziellen Anaglyphenbrillen mit entsprechend gefärbten Gläsern oder Farbfolien. Früher wurden meist Rot mit Grün oder Blau eingesetzt. Beim Ansehen des Anaglyphenbildes löscht das Rotfilter das rote Filmbild aus und das grüne Bild wird schwarz – das Grünfilter löscht das grüne Farbbild und das rote wird schwarz. Da beide Augen nun verschiedene Bilder sehen, entsteht im Gehirn wieder ein räumliches Bild.
![]()
![]()
Shutter-3D-System
Ein Shutter-3D-System benötigt zum Sehen von 3D-Bildern Shutterbrillen (auch LCD-Shutterbrillen). Diese speziellen Brillen haben Gläser, die aus zwei Flüssigkristallflächen bestehen (je eine für das linke und rechte Auge), die elektronisch zwischen durchlässig und undurchlässig umgeschaltet werden können. Damit lässt sich wahlweise das linke oder das rechte Auge abdunkeln.
Dazu wird abwechselnd das linke und rechte Bild auf einem Monitor, einem Fernsehgerät oder auf einer Leinwand angezeigt. Von der Brille wird dabei synchron nur das passende Bild zum entsprechenden Auge durchgelassen. Dies ermöglicht ein stereoskopisches Sehen, beispielsweise für die Wiedergabe von 3D-Filmen.
![]()
A pair of CrystalEyes liquid crystal shutter glasses (as used in the CAVE virtual reality system) by Dave Pape
https://de.wikipedia.org/wiki/3D-Brille
Rot-Grün-Brille / Anaglyphenverfahren (50er–70er Jahre) passiv
Beim Anaglyphen-Verfahren erfolgt die Bildtrennung durch die Verwendung von Farbfiltern. Das rechte und linke Halbbild sind hierbei in Komplementärfarben eingefärbt. Die Trennung der beiden Halbbilder erfolgt mit speziellen Anaglyphenbrillen mit entsprechend gefärbten Gläsern oder Farbfolien. Früher wurden meist Rot mit Grün oder Blau eingesetzt. Beim Ansehen des Anaglyphenbildes löscht das Rotfilter das rote Filmbild aus und das grüne Bild wird schwarz – das Grünfilter löscht das grüne Farbbild und das rote wird schwarz. Da beide Augen nun verschiedene Bilder sehen, entsteht im Gehirn wieder ein räumliches Bild.
Shutter-3D-System
Ein Shutter-3D-System benötigt zum Sehen von 3D-Bildern Shutterbrillen (auch LCD-Shutterbrillen). Diese speziellen Brillen haben Gläser, die aus zwei Flüssigkristallflächen bestehen (je eine für das linke und rechte Auge), die elektronisch zwischen durchlässig und undurchlässig umgeschaltet werden können. Damit lässt sich wahlweise das linke oder das rechte Auge abdunkeln.
Dazu wird abwechselnd das linke und rechte Bild auf einem Monitor, einem Fernsehgerät oder auf einer Leinwand angezeigt. Von der Brille wird dabei synchron nur das passende Bild zum entsprechenden Auge durchgelassen. Dies ermöglicht ein stereoskopisches Sehen, beispielsweise für die Wiedergabe von 3D-Filmen.
A pair of CrystalEyes liquid crystal shutter glasses (as used in the CAVE virtual reality system) by Dave Pape
Head-Mounted Display
Quelle Wikipedia:
https://de.wikipedia.org/wiki/Head-Mounted_Display
Ein Head-Mounted Display [ˈhedmaʊntɪd dɪˈspleɪ] (wörtlich „am Kopf befestigte Anzeige“), kurz HMD, ist ein auf dem Kopf zu tragendes visuelles Ausgabegerät. Es präsentiert Bilder entweder auf einem augennahen Bildschirm oder projiziert sie direkt auf die Netzhaut (siehe virtuelle Netzhautanzeige). Es gibt verschiedene Formen von HMD-Geräten, die je nach Ausstattung andere Namen haben.
Videobrille
Die einfachste Form eines Head-Mounted Displays ist eine Videobrille, bei der es sich um eine Brille ohne weitere Sensoren handelt. Diese Brille besteht aus einem Kopfbügel, zwei Kleinstbildschirmen, einem Kopfhörer oder Ohrstöpseln und meist zusätzlichen Sichtblenden, die es ermöglichen, Videoinformation ungestört von externen optischen Reizen zu betrachten. Videobrillen werden im privaten Bereich zum Betrachten von DVDs oder Fernsehprogrammen verwendet, ebenso für Computerspiele. Im medizinischen Bereich können die Systeme zur Angst- oder Schmerzablenkung, zum Beispiel beim Zahnarzt oder anderen ambulanten Therapien, verwendet werden.
Virtual Reality-Headset
(auch kurz VR-Headset, auch VR- oder Virtual-Reality-Brille und VR- oder Virtual-Reality-Helm genannt)
![]()
VR-Brille
Ein Virtual-Reality-Headset hat zusätzlich noch Sensoren zur Bewegungserfassung des Kopfes. Damit kann die Anzeige der berechneten Grafik an die Bewegungen des Nutzers angepasst werden. Als weitere Eingabegeräte können Datenhandschuhe oder eine 3D-Maus zum Einsatz kommen. Einige Systeme verwenden auch berührungslose Steuerung mittels Gestenerkennung, die mit Techniken des maschinellen Sehens arbeiten können.
Einsatz:
Quelle:
https://de.wikipedia.org/wiki/Virtual-Reality-Headset
Sie kommen meist bei Computer- und Simulationsspielen zum Einsatz und sollen den Spielern ein möglichst realistisches Spielgefühl (Immersion) vermitteln. Dies soll durch zwei Linsen für die Augen, die dem Spieler simulieren, in einer Welt zu sein, sowie einer Halterung, die dafür sorgt, dass sich bei einer Kopfbewegung auch das Headset einschließlich der Displayfläche für die virtuelle Realität mitbewegt und der Benutzer sich so um 360 Grad umsehen kann, erreicht werden. Neben Computerspielen werden Virtual-Reality-Headsets auch verwendet, um 360-Grad-Videos abzuspielen und als Simulationen und digitale Werkzeuge in der Industrie, Wissenschaft und Kunst.
![]()
https://arvr.google.com/cardboard/
AR-Brille
Die Augmented-Reality-Brille (auch Datenbrille genannt) projiziert virtuell Informationen vor die Augen des Brillenträgers, während er weiterhin visuell nicht von der Außenwelt abgeschirmt ist. Von Brille zu Brille unterschiedlich, können Internetseiten angezeigt (Display bei Google Glass), aber auch „Hologramme“, d. h. 3D-Grafiken in das Sichtfeld projiziert werden (z. B. mit der Microsoft HoloLens). Ferner werden auch EyeTaps, Head-up-Displays und Kontaktlinsen eingesetzt. Eine besondere Variante stellen Systeme dar, die dazu verwendet werden, künstliche Hologramme zu erzeugen, wie z. B. die Microsoft HoloLens.
Helmet-Mounted Display
Eine Sonderform des HMDs ist das Helmet-Mounted Display. Hier ist das HMD Teil eines Helms, beispielsweise eines Helms für Piloten.
Durch die körperliche Nähe wirken die Bildflächen von Head-Mounted Displays erheblich größer als die frei stehender Bildschirme und decken im Extremfall sogar das gesamte Sichtfeld des Benutzers ab. Da das Display durch die Kopfhalterung allen Kopfbewegungen des Trägers folgt, bekommt er das Gefühl, sich direkt in der vom Computer erzeugten Bildlandschaft zu bewegen. Einige Head-Mounted Displays schotten ihren Träger von anderen visuellen Eindrücken der Umgebung ab und lassen ihn dadurch vollständig in eine virtuelle Realität eintauchen. Andere überblenden äußere und computererzeugte Bilder und lassen ihren Träger dadurch künstliche Objekte der erweiterten Realität als Teil der greifbaren Welt wahrnehmen.
Head-Mounted Displays können prinzipiell als komfortabler Bildschirmersatz dienen und ermöglichen beispielsweise das Ansehen und Bearbeiten von Videomaterial bei extrem großen Bildausmaßen. Indem sie den Benutzer in die virtuelle Realität eintauchen lassen, können sie angehende Piloten und Panzerfahrer die komplexe Fahrzeugbedienung und Mediziner riskante Operationstechniken am Computer einüben lassen und bieten Spielern von 3D-Computerspielen die bislang größtmögliche Form an Realismus. Die halbdurchsichtige erweiterte Realität bietet die Möglichkeit, alle Arten von Informationen direkt in die Umgebung einzublenden, angefangen bei touristischen Informationen zu Sehenswürdigkeiten über Richtungsanweisungen im Straßenverkehr bis hin zum nächsten Arbeitsschritt bei der Heizungsmontage; kombiniert mit anderen Systemen kann der Sehsinn um Wärmewahrnehmung oder den „Röntgenblick“ erweitert werden.
https://de.wikipedia.org/wiki/Head-Mounted_Display
Ein Head-Mounted Display [ˈhedmaʊntɪd dɪˈspleɪ] (wörtlich „am Kopf befestigte Anzeige“), kurz HMD, ist ein auf dem Kopf zu tragendes visuelles Ausgabegerät. Es präsentiert Bilder entweder auf einem augennahen Bildschirm oder projiziert sie direkt auf die Netzhaut (siehe virtuelle Netzhautanzeige). Es gibt verschiedene Formen von HMD-Geräten, die je nach Ausstattung andere Namen haben.
Videobrille
Die einfachste Form eines Head-Mounted Displays ist eine Videobrille, bei der es sich um eine Brille ohne weitere Sensoren handelt. Diese Brille besteht aus einem Kopfbügel, zwei Kleinstbildschirmen, einem Kopfhörer oder Ohrstöpseln und meist zusätzlichen Sichtblenden, die es ermöglichen, Videoinformation ungestört von externen optischen Reizen zu betrachten. Videobrillen werden im privaten Bereich zum Betrachten von DVDs oder Fernsehprogrammen verwendet, ebenso für Computerspiele. Im medizinischen Bereich können die Systeme zur Angst- oder Schmerzablenkung, zum Beispiel beim Zahnarzt oder anderen ambulanten Therapien, verwendet werden.
Virtual Reality-Headset
(auch kurz VR-Headset, auch VR- oder Virtual-Reality-Brille und VR- oder Virtual-Reality-Helm genannt)
VR-Brille
Ein Virtual-Reality-Headset hat zusätzlich noch Sensoren zur Bewegungserfassung des Kopfes. Damit kann die Anzeige der berechneten Grafik an die Bewegungen des Nutzers angepasst werden. Als weitere Eingabegeräte können Datenhandschuhe oder eine 3D-Maus zum Einsatz kommen. Einige Systeme verwenden auch berührungslose Steuerung mittels Gestenerkennung, die mit Techniken des maschinellen Sehens arbeiten können.
Einsatz:
Quelle:
https://de.wikipedia.org/wiki/Virtual-Reality-Headset
Sie kommen meist bei Computer- und Simulationsspielen zum Einsatz und sollen den Spielern ein möglichst realistisches Spielgefühl (Immersion) vermitteln. Dies soll durch zwei Linsen für die Augen, die dem Spieler simulieren, in einer Welt zu sein, sowie einer Halterung, die dafür sorgt, dass sich bei einer Kopfbewegung auch das Headset einschließlich der Displayfläche für die virtuelle Realität mitbewegt und der Benutzer sich so um 360 Grad umsehen kann, erreicht werden. Neben Computerspielen werden Virtual-Reality-Headsets auch verwendet, um 360-Grad-Videos abzuspielen und als Simulationen und digitale Werkzeuge in der Industrie, Wissenschaft und Kunst.
https://arvr.google.com/cardboard/
AR-Brille
Die Augmented-Reality-Brille (auch Datenbrille genannt) projiziert virtuell Informationen vor die Augen des Brillenträgers, während er weiterhin visuell nicht von der Außenwelt abgeschirmt ist. Von Brille zu Brille unterschiedlich, können Internetseiten angezeigt (Display bei Google Glass), aber auch „Hologramme“, d. h. 3D-Grafiken in das Sichtfeld projiziert werden (z. B. mit der Microsoft HoloLens). Ferner werden auch EyeTaps, Head-up-Displays und Kontaktlinsen eingesetzt. Eine besondere Variante stellen Systeme dar, die dazu verwendet werden, künstliche Hologramme zu erzeugen, wie z. B. die Microsoft HoloLens.
Helmet-Mounted Display
Eine Sonderform des HMDs ist das Helmet-Mounted Display. Hier ist das HMD Teil eines Helms, beispielsweise eines Helms für Piloten.
Durch die körperliche Nähe wirken die Bildflächen von Head-Mounted Displays erheblich größer als die frei stehender Bildschirme und decken im Extremfall sogar das gesamte Sichtfeld des Benutzers ab. Da das Display durch die Kopfhalterung allen Kopfbewegungen des Trägers folgt, bekommt er das Gefühl, sich direkt in der vom Computer erzeugten Bildlandschaft zu bewegen. Einige Head-Mounted Displays schotten ihren Träger von anderen visuellen Eindrücken der Umgebung ab und lassen ihn dadurch vollständig in eine virtuelle Realität eintauchen. Andere überblenden äußere und computererzeugte Bilder und lassen ihren Träger dadurch künstliche Objekte der erweiterten Realität als Teil der greifbaren Welt wahrnehmen.
Head-Mounted Displays können prinzipiell als komfortabler Bildschirmersatz dienen und ermöglichen beispielsweise das Ansehen und Bearbeiten von Videomaterial bei extrem großen Bildausmaßen. Indem sie den Benutzer in die virtuelle Realität eintauchen lassen, können sie angehende Piloten und Panzerfahrer die komplexe Fahrzeugbedienung und Mediziner riskante Operationstechniken am Computer einüben lassen und bieten Spielern von 3D-Computerspielen die bislang größtmögliche Form an Realismus. Die halbdurchsichtige erweiterte Realität bietet die Möglichkeit, alle Arten von Informationen direkt in die Umgebung einzublenden, angefangen bei touristischen Informationen zu Sehenswürdigkeiten über Richtungsanweisungen im Straßenverkehr bis hin zum nächsten Arbeitsschritt bei der Heizungsmontage; kombiniert mit anderen Systemen kann der Sehsinn um Wärmewahrnehmung oder den „Röntgenblick“ erweitert werden.
Quellen & weiterführende Infos
https://de.wikipedia.org/wiki/Head-Mounted_Display
https://de.wikipedia.org/wiki/Virtual-Reality-Headset
https://de.wikipedia.org/wiki/Head-Mounted_Display
https://de.wikipedia.org/wiki/Virtual-Reality-Headset
CAD –
computer-aided design
CAD von engl. computer-aided design, zu Deutsch rechnerunterstütztes Konstruieren bezeichnet die Unterstützung von konstruktiven Aufgaben mittels EDV zur Herstellung eines Produkts (Beispielsweise Auto, Flugzeug, Bauwerk, Kleidung).
In einem weiteren Sinn versteht man darunter sämtliche rechnerunterstützten Tätigkeiten in einem Konstruktionsprozess, einschließlich der geometrischen Modellierung, des Berechnens, des Simulierens und sonstiger Informationsgewinnung und Informationsbereitstellung, von der Konzeptentwicklung bis zur Übergabe an die Herstellung bzw. Fertigung (Arbeitsvorbereitung).
Ein besonderer Vorteil des 3D-CAD ist die Möglichkeit, von den Objekten eine Abbildung aus beliebiger Richtung zu erzeugen.
Der 3D-Drucker ermöglicht den auch im Hobbybereich angewendeten Übergang vom virtuellen Modell zum realen Objekt.
CAD ist ein Teil der sogenannten CAx-Technologien, zu denen auch die Computerunterstützte Fertigung zählt (Computer-aided manufacturing (CAM)) oder die computerunterstützte Qualitätssicherung (Computer-aided quality (CAQ)).
Genutzt wird CAD in fast allen Zweigen der Technik: Architektur, Bauingenieurwesen, Maschinenbau, Elektrotechnik und all deren Fachrichtungen und gegenseitige Kombinationen bis hin zur Zahntechnik.
In einem weiteren Sinn versteht man darunter sämtliche rechnerunterstützten Tätigkeiten in einem Konstruktionsprozess, einschließlich der geometrischen Modellierung, des Berechnens, des Simulierens und sonstiger Informationsgewinnung und Informationsbereitstellung, von der Konzeptentwicklung bis zur Übergabe an die Herstellung bzw. Fertigung (Arbeitsvorbereitung).
Ein besonderer Vorteil des 3D-CAD ist die Möglichkeit, von den Objekten eine Abbildung aus beliebiger Richtung zu erzeugen.
Der 3D-Drucker ermöglicht den auch im Hobbybereich angewendeten Übergang vom virtuellen Modell zum realen Objekt.
CAD ist ein Teil der sogenannten CAx-Technologien, zu denen auch die Computerunterstützte Fertigung zählt (Computer-aided manufacturing (CAM)) oder die computerunterstützte Qualitätssicherung (Computer-aided quality (CAQ)).
Genutzt wird CAD in fast allen Zweigen der Technik: Architektur, Bauingenieurwesen, Maschinenbau, Elektrotechnik und all deren Fachrichtungen und gegenseitige Kombinationen bis hin zur Zahntechnik.
︎︎︎︎︎