Untersuchungen zur ergonomischen Gestaltung von VR-Systemen

Diplomarbeit „Untersuchungen zur ergonomischen Gestaltung von VR-Systemen“ von Andreas Pusch, FHF 2003/2004
Bildumschaltungen kann demzufolge, allerdings zum Preis der Hinzunahme eines weiteren
Projektors, verzichtet werden. Dabei trägt der betrachtende Benutzer mit Sonnenbrillen
vergleichbare, filtertragende Augengläser, die völlig ohne weitere Steuerelektronik
(abgesehen von möglichen zusätzlichen Trackingsensoren) auskommen. Die Brille wird damit
leicht, robust, ist einfach zu pflegen und darüber hinaus im Verhältnis deutlich
kostengünstiger.
Doch wie funktioniert die Polarisation prinzipiell, worin unterscheiden sich lineare und
zirkulare Polarisation und wo wird welche Art der Bildtrennung bevorzugt? Den Antworten
auf diese Fragen wird sich der nun folgende Abschnitt widmen.
Lineare Polarisation
Für die Polarisation von Licht macht man sich dessen transversale Eigenschaften zunutze
[40]. D.h. man bedient sich spezifischer Effekte, die aufgrund der senkrecht zueinander
orientierten elektrischen (überwiegender Effektor) und magnetischen Lichtkomponenten
innerhalb von bestimmten Materialien auftreten. Diese Materialen müssen anisotroper, also
physikalisch asymmetrischer Natur sein, was eine unterschiedlich Beeinflussung von
ordentlichem und außerordentlichem Lichtstrahl bewirkt, die in ihren Polarisationsebenen
jeweils senkrecht aufeinander stehen. Prinzipiell kommen für lineare Polarisationsvorgänge
folgende grundsätzliche optophysikalische Mechanismen zum Tragen [41]:
• Dichroismus (selektive Absorption verschiedener Feldkomponenten)
• Reflexion
• Streuung
• Doppelbrechung
Dadurch erhält das Licht senkrecht zu seiner Ausbreitungsrichtung außerdem eine
schwingungsbezogene Vorzugsrichtung. Das von einer Lichtquelle idealtypischerweise
ausgesandte unpolarisierte Licht (genauer: Licht mit regellos verteilten, chaotischen
Polarisationsrichtungen) kann dadurch in eine definierte Schwingungsebene gebracht werden.
Für reale Anwendungszwecke werden dazu zwei Prismen so gegeneinander justiert, dass der
ordentliche Strahl an deren Grenzfläche totalreflektiert und an einer entsprechenden
Rahmenbeschichtung absorbiert, der polarisierte außerordentliche Strahl jedoch
durchgelassen wird [42]. Je nach Stellung eines solchen Filters (Polarisator) kann die
Polarisationsausrichtung verändert werden. Benutzt man nun als Analysator einen zweiten,
gleichartigen Filter hinter dem Polarisator, kann die auf der optischen Achse hinter ihm
geltenden Vorzugsrichtung des Lichtes bestimmt werden. Dabei gilt, dass im Idealfall bei
einer relativen Verdrehung von 90° des Analysators gegen den Polarisator eine Auslöschung
des Lichtes erreicht wird, wohingegen bei paralleler Orientierung das Licht mit maximaler
Intensität passieren kann.
Diese Effekte können nun für die 3D-Einzelbildseparation in der Form genutzt werden, dass
entsprechende lineare Polarisationsfilter vor den jeweiligen Projektoren um 90° verschieden
installiert werden. Es gibt darüber hinaus die Möglichkeit der Einbringung eines Lambda-
Halbe-Plättchens (Phasenverschiebungsplättchen, Verschiebung um halbe Wellenlänge)
hinter einen der somit gleich orientierbaren Einzelfilter (z.B. beim Einsatz von Projektoren,
die bereits eine interne lineare Polarisierung vornehmen). Durch eine Orientierung von 45°
des Plättchens zur Durchlassrichtung des zugehörigen linearen Polfilters, kann man dessen
polarisiertes Licht um 90° drehen. Negativer Nebeneffekt ist hierbei allerdings die
Rotationsdispersion, die zu winkelabhängigen Farbverschiebungen führt. [43]
In jedem Fall müssen die Fitlergläser der passiven Stereobrille zum Betrachten der VR eine
zum o.g. Analysatorenprinzip analoge Orientierung erfahren. Dadurch erreicht man trotz der
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