6. – 7. Schuljahr

Daniel Jaud

Eine einfache 3D-Brille im Physikunterricht

Bau und Anwendungsmöglichkeiten

Anregungen
Die Bedeutung der 3D-Optik in unserem Alltag wächst. Viele Filme werden mittlerweile in 3D präsentiert [1], um dem Betrachter das Gefühl zu vermitteln, in eine noch realistischere Welt einzutauchen. Moderne 3D-Fernseher bringen dieses Vergnügen auch in unsere Wohnzimmer und damit noch weiter in den Alltag der Schülerinnen und Schüler. 1) Eingesetzt werden dabei vor allem 3D-Brillen mit Polarisationsfolien.
Im Unterricht hat die 3D-Optik allerdings bisher einen eher geringen Stellenwert, trotz ihrer vielfältigen (auch fächerübergreifenden) Anwendungsbereiche. Der Themenkomplex lässt sich jedoch gut in den Lehrplan integrieren und ausbauen: Sobald die Schülerinnen und Schüler sich mit der additiven Farbmischung auseinandergesetzt haben, kann man den Bau (s. Bauanleitung ), die Technik und die Verwendung von 3D-Brillen im Unterricht behandeln.
Dabei kann man auch auf verschiedene digitale Hilfsmittel zurückgreifen, die zur Generierung sowohl von 3D-Graphen (s. [2] – [3]), als auch von 3D-Videoclips dienen können. So ermöglicht man den Schülerinnen und Schülern nicht nur eine attraktive Anwendung der vorher behandelten Inhalte (additive Farbmischung, Polarisationsfilter), sondern fördert auch die Digitalisierung des Unterrichts sowie die Medienkompetenz der Jugendlichen.
Grundlagen des stereoskopischen Sehens
Obwohl Lichtstrahlen, die von einem Objekt ausgehen, auf unserer zweidimensionalen Netzhaut abgebildet werden, können wir die Welt dreidimensional wahrnehmen. Der Grund dafür liegt im sog. stereoskopischen Sehen (von altgriech.: stereos=fest, skopein = beobachten): Unser leicht versetztes Augenpaar nimmt ein Objekt binokular aus zwei leicht unterschiedlichen Blickwinkeln wahr (s. Abb. 1 ).
Dabei fixieren sich die beiden Augen zunächst auf den sogenannten Fixationspunkt [4] (Punkt F in Abb. 1). Punkte, die weiter (W) oder näher (N) entfernt liegen als der Fixationspunkt, werden unter abweichenden Winkeln auf die Netzhaut der beiden Augen abgebildet (Nl, Wl, Wr und Nr s. Abb.  1). Aufgrund der Abweichungen der Abbildungswinkel errechnet unser Gehirn (durch die Überlagerung der Informationen des linken und rechten Auges) ein dreidimensionales Bild, das uns einen räumlichen Eindruck von der Größe, Tiefe und Entfernung des Objekts vermittelt.
Befindet sich das betrachtete Objekt in weiter Ferne, so unterscheiden sich die Abbildungswinkel (Positionen) auf der Netzhaut praktisch nicht mehr voneinander. In diesem Fall können wir das Objekt auch nicht mehr als dreidimensional wahrnehmen, d.h., es wirkt für uns wie ein zweidimensionales Bild.
Funktionsweise des Anaglyphenverfahrens
Das sog. Anaglyphenverfahren ist eine klassische Methode zur Erstellung und Betrachtung von zweidimensionalen Abbildungen, die mithilfe einer 3D-Brille ein dreidimensionales Bild erzeugen. Die Einfachheit dieses Verfahrens ermöglicht es, unter Verwendung einer geeigneten Software [2] oder einer Handy-App [3], im Unterricht 3D-Graphen zu erstellen. Dabei bietet die Verwendung von Handys den Vorteil, dass die meisten Schülerinnen und Schüler heutzutage ein Smartphone besitzen und dessen eingebaute Kamera sowie die kostenlose App [3] einfach nutzen können.
Beim Anaglyphenverfahren wird der klassische Sehprozess imitiert: Von einem Objekt werden zunächst zwei leicht versetzte Bilder, z.B. mit einer Digitalkamera oder dem Smartphone, aufgenommen (s. Abb. 2 ). Um für das spätere 3D-Bild eine möglichst gute 3D-Wirkung zu erhalten, sind bei der Aufnahme folgende Punkte zu beachten:
  • Die Kamera sollte für die beiden Bilder jeweils in der gleichen Höhe und Weite zum Objekt positioniert werden.
  • Für den Abstand (in x-Richtung) der beiden Kameraeinstellungen Kl und Kr empehlt es sich, den (durchschnittlichen) Augenabstand einzustellen, d.h. 2x ≈ 7 cm bei erwachsenen Personen und 2x  6 cm bei Kindern (in...

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