3D 8º: Sistemas de Proyección y Visionado - POLARIZACIÓN

3. POLARIZACIÓN (PASIVO)

El sistema polarizado es un sistema pasivo y, en esencia, es similar anáglifo. Ambos utilizan filtros para, aclarar u oscurecer, el par estereoscópico para que cada ojo del espectador vea su correspondiente imagen. La diferencia entre ambos estriba en la manera de hacerlo, el anáglifo utiliza filtros de colores y el polarizado lo hace tamizando las ondas de luz para que se propaguen en una única dirección. A esta alteración, mediante filtrado del rayo lumínico, se le conoce con el nombre de polarización.

La proyección 3D polarizada se demostró experimentalmente en la década de 1890, la luz de los proyectores se polarizaba utilizando prismas Nicol (inventados en 1928 por el escocés William Nicol). Estos estaban dispuestos en paquetes de hojas delgadas de vidrio, colocados en ángulo a fin de reflejar la luz de distancia de la polaridad deseada. No hay constancia del éxito de estas pruebas, hay que remontarse varias décadas más, hacia el siglo XX para encontrar la primera aplicación práctica de proyección polarizada.

3.1. Polarización Lineal

E. H. Land inventor del filtro polarizador y de la cámara instantánea Polaroid

El sistema de polarización lineal lo inventó, en 1929, Edwin H. Land quién pocos años después fundaría la famosa compañía norteamericana Polaroid.  Cuando estudiaba química en la universidad de Harvard tuvo la idea de fabricar unos filtros que sirvieran para reducir el deslumbramiento de los faros de  los coches. Lo comercializó en 1932 y las láminas que utilizaba fueron conocidas como filtro polarizador. En 1934 Land en demostró en privado el uso de sus filtros para la proyección y visualización de imágenes en relieve. En enero de 1936 tuvo lugar la primera demostración pública en una proyección de fotografías estereoscópicas en el Hotel Waldorf Astoria, de Nueva York. La reacción fue muy favorable y, como sus propiedades eran idóneas para este cometido, rápidamente se aplicaron al cine tridimensional.

Patente de Edwin H. Land para la utilización de filtros polarizadores en la proyección estereoscópica.

La primera experiencia de proyección tridimensional pública, utilizando película de cine, fue en la “Polaroid on Parade” exhibida en una instalación del Museo de Ciencia e Industria de Nueva York, en diciembre de 1936. Para este acontecimiento se utilizó película en color Kodachrome de 16mm demostrando que el filtrado polarizado no afectaba al rendimiento cromático, como era el caso del anáglifo.

Esquema del funcionamiento de un filtro polarizador lineal

El filtro polarizador lineal actúa de la siguiente manera, un rayo de luz  viaja en infinitos planos, si colocamos un filtro polarizador podemos seleccionar un solo plano o mejor dicho ‘Plano de polarización’. En el caso del ejemplo “A” si colocamos el filtro polarizador en vertical, polarizamos la luz en el plano vertical y en el ejemplo “B” la polarizamos en el horizontal. Si vamos más allá y ponemos en práctica el ejemplo “C”, es decir, primero filtramos la luz en el plano vertical y posteriormente la volvemos a filtrar en el plano horizontal, ocurrirá que el rayo de luz queda anulado o filtrado por completo.

Si este concepto lo aplicamos a la proyección estereoscópica, expuesto en el dibujo de la patente de Land, entenderemos que si el fotograma izquierdo lo proyectamos con un filtro polarizador colocado en vertical y el fotograma derecho con otro filtro polarizador colocado en horizontal, cada imagen del par estereoscópico quedará polarizada 90º una respecto a la otra. Si el espectador se coloca unas gafas polarizadas cuyo cristal izquierdo y derecho filtran la luz a su contrario, cada ojo puede ver separadamente cada imagen porque el filtro derecho anulara la imagen izquierda y dejara ver la derecha y el filtro izquierdo hará lo contrario. Una vez nuestros ojos ven individualmente cada imagen el cerebro será el encargado de fundirlas en una sola en relieve o 3D.

El grave inconveniente de emplear filtros polarizadores, es que provocan perdidas de luz en la proyección y además no pueden utilizarse las tradicionales pantallas blancas, la explicación es simple, cuando la luz rebota sobre una superficie blanca las imágenes que refleja se despolarizan. Por este motivo, en su lugar, deben utilizarse pantallas plateadas para que no interfieran a la polarización y reflejan hacia las gafas del espectador las imágenes correctamente polarizadas.

Foto del rodaje de  “Nozze vagabonde” la cámara 3D es la de la derecha y la de 35mm la de la izquierda. Plano detalle de la cámara estereoscópica de 63mm de Gualtierotti

 La primera proyección polarizada comercial fue la película italiana en relieve “Nozze vagabonde” (1936), de Guido Brignone, aunque hay fuentes que difieren y dicen que se utilizó un sistema diferente al polarizado. Sin entrar en pólemica, lo interesante fue que esta producción fue presentada en la Sociedad Italiana Estereocinematográfica en 1936. Ella era parte de la producción junto con los estudios Cinee-Caesar. La película fue registrada utilizando un sistema muy novedoso, ideado por Gualtiero Gualtierotti, que empleaba una película especial de 63mm de ancho, en la cual se impresionaban juntos el par estereoscópico (imagino que en un sistema SBS o Imagen con Imagen). También se rodó a la vez una versión sobre película normal de 35mm, que no era tridimensional, y esta fue la  que se estrenó comercialmente.

 Cartel de la película y fotograma de 35mm del sistema en relieve alemán Zeiss-Ikon

El sistema en relieve alemán Raumfilm-System Zeiss-Ikon también adoptó la polarización para la proyección del cortometraje comercial de una promoción de seguros “Zum greifen nah!” (1936). Esta película fue presentada en Berlín, en el cine UFA Palast, el 17 de mayo de 1937. Lo curioso del caso, era que este sistema estereoscópico, inventado por Vierlin y Fritz, también utilizaba una única cámara de cine. Frente al objetivo se acoplaba un conversor estereoscópico cuya función era separar los dos imágenes, con la distancia interaxial correcta, y rotarlas 90º sobre un fotograma estándar de 35mm de cine. Un conversor similar se utilizaba durante la proyección para recuperar el par estéreo en la orientación correcta y polarizaba cada imagen en dos planos diferentes de 90º.  Tanto en el caso alemán como en el italiano las películas eran en blanco y negro.

La ventaja del sistema de polarización sobre el  anáglifo era que permitían proyecciones estereoscópicas de películas en color. La primera película en 3D y en color fue un documental“Dresden Reichsgartenschau” rodado con el procedimiento dicromático UFAcolor y con el sistema 3D Zeiss-Ikon. Fue presentado, en 1937, en la Sociedad Alemana de Técnicos Cinematográficos en unas jornadas sobre la proyección polarizada en 3D en la enseñanza. 

Cartel anuncio del pabellón Chrysler y poster de la película exhibida en 3D 

De vuelta a Estados Unidos, el sistema de polarización fue utilizado en la feria Universal de Nueva York de 1939, para el mediometraje, en blanco y negro, que se exhibía en el pabellón de la compañía Chrysler “In tune with tomorrow” (1939), de John Norling, donde se mostraba como se ensamblaba un coche Plymouth. Fue rodado utilizando las cámaras y el rig estereoscópico diseñado por J. Norling.

Gafas de cartón, troqueladas simulando la silueta de un Plymouth, con los filtros polarizadores grapados en la apertura de los faros

La película tuvo tanto éxito que al año siguiente se proyectó una nueva versión, ahora en color, retitulada “New Dimensions”. La compañía RKO la recuperó en 1953 bajo el nuevo nombre de “Motor Rhythm”.

En 1950 la industria de Hollywood, ante la competencia cada vez mayor de la televisión, adoptó el cine en relieve para las películas de ficción. Tras el éxito de la película en color y en 3D “Bwana devil” (1952), de Arch oboler, rodada con el procedimiento Natural Vision que utilizaba proyección polarizada y gafas de cartón. El cine estereoscópico tuvo un auge popular nunca logrado hasta esa fecha. Muchas películas comerciales se rodaron en relieve y la  tentativa duró tan solo un año par ver su declive pero, década tras década, siguieron apareciendo sucesivas oleadas de películas 3D con tecnología polarizada para todos los fieles seguidores de la cinematografía estereoscópica.

Las ventajas de poder proyectar películas a todo color hicieron que la proyección polarizada fuera el procedimiento más utilizado a lo largo de mediados del Siglo XX. Fue empleado tanto en proyección dual como en película de formato único, donde las dos imágenes estaban registradas sobre la misma película, con la ventaja de no tener que sincronizar los proyectores. El problema de este formato fue que en la mayoría de las ocasiones había que sacrificar la mitad de la resolución de la imagen.

El sistema más famoso y de mayor calidad que ha perdurado hasta nuestros días, ha sido el IMAX 3D o su hermano OMNIMAX 3D. Pero el éxito progresivo del cine digital ha puesto contra las cuerdas a la película fotoquímica y ha comenzado su lento declive. La compañía Eastman Kodak que la inventó, allá por el siglo XIX, ahora está en quiebra. El futuro para compañías como Fuji, que la sigue fabricando, no es nada alentador.

3.2. Polarización Circular

La evolución de la tecnología digital, como ya hemos visto, ha traído mejoras considerables en los sistemas de proyección en relieve. El éxito arrollador de “Avatar” (2009) de James Cameron, ha impulsado el sistema Digital 3D hacia una claridad tridimensional que ha creado escuela, demanda una nueva y mejorada manera de proyección casi perfecta. Sistemas como Dolby 3D con filtros super-anaglifos Infitec, el XpanD con el uso de gafas activas pusieron en entredicho la calidad del viejo proceso de polarización lineal. Desde su nacimiento,  tuvo el grave inconveniente que cuando el espectador giraba o inclinaba la cabeza la polarización fallaba y la fusión de una imagen tridimensional se desvanecía descubriéndose en la pantalla una borrosa doble imagen. Los espectadores tenían que estar lo más quietos posibles para evitarlo. Para remediarlo el sistema evolucionó al adoptar una técnica mejorada conocida como polarización circular.

3.2.1 RealD

La compañía RealD nació en la década del 2000 y emplea tecnología de proyección digital. El sistema utiliza como novedad la polarización circular, en lugar de la lineal,  porque es inmune a la despolarización por los movimientos de cabeza del espectador. La ventaja del sistema digital es que utiliza un único proyector, lo que simplifica el proceso, y por lo tanto no se tiene que sincronizar las dos imágenes del par estéreo. Tiene el inconveniente de que el uso de filtros provoca una apreciable perdida de brillo en la imagen.

Pantalla ZScrenn de cristal liquido que se coloca delante del objetivo de proyección y que permite polarizar alternadamente las imágenes

En el proyector se utiliza un dispositivo electro-óptico de cristal líquido modulador llamado ZScrenn que se coloca delante del objetivo de proyección. Las imágenes se proyectan alternadamente a 48ips por segundo (24 para el ojo derecho y 24 para el izquierdo) y este filtro polariza circularmente cada imagen alternadamente de dos maneras diferentes.

Esquema del funcionamiento de un filtro polarizador circular

Las del ojo derecho en el sentido de las agujas del reloj “A” y las del izquierdo en sentido antihorario “B”. Cada fotograma se proyecta tres veces para cada ojo (144 veces por segundo) para reducir el parpadeo. La pantalla es plateada para mantener la polarización de la luz cuando las imágenes se reflejan sobre ella.

Gafas RealD polarizadas circularmente

El espectador lleva unas gafas con filtros de polarización circular que aseguran que cada ojo vea solamente su fotograma correspondiente.

3.2.2. MasterImage

Logo de la compañía y dispositivo polarizador

La compañía MasterImage, igual como RealD,  nació también en la década del 2000 y utiliza la tecnología de polarización circular en la proyección. La diferencia entre un sistema y otro difiere en el dispositivo independiente que se coloca delante del objetivo del proyector.  La parte superior de la unidad está compuesta de varios filtros, con diferente polarización circular, colocados en un disco que gira a 4320rpm. Con su rotación y sincronización continúa con la imagen, consigue que el fotograma izquierdo y el derecho se polaricen adecuadamente. Como en el RealD el espectador debe colocarse las  gafas de polarización circular con la combinación adecuada de los dos filtros para percibir la imagen en 3D. Esta solución es muy simple pero tiene el inconveniente de que el filtro rotatorio es muy ruidoso.

3.2.3. Technicolor 3D

Esquema del sitema de proyección en 3D polarizado en pelícua de 35mm. 

El grupo Thomson/Technicolor ofrece otra alternativa al formato digital, utilizando un sistema retro similar a los viejos formatos 3D, en película fotoquímica, como Spacevison, Arrivision, Optimax III, McNabb, entre otros. El par estereoscópico está imbricado en un fotograma estándar de 35mm en formato Arriba/Abajo (Over/Under).

Para la proyección se utiliza una óptica especial o conversor que permite proyectar los dos fotogramas polarizados circularmente sobre la típica pantalla plateada. Este dispositivo también puede emplearse en dispositivos digitales si la imagen es codificada con el sistema arriba y abajo (imagino que con perdidas de resolución y su no compatibilidad con los sistemas de proyección alternados). La compañía Panavisión ofrece un formato similar para película de 35mm, que ya vimos con anterioridad,  pero empleando la proyección filtros de interferencia tipo Infitec.

3.2.4. La polarización circular para uso doméstico

La aplicación doméstica de la polarización no tardó mucho en ser aplicada a las pantallas de ordenador o de televisión. En 2003, Keigo Iizuka de la Universidad de Toronto en Canadá creó unas hojas de celofán de 35 micrones  de espesor que cuando se colocaban delante de la pantalla,  permitían polarizar la luz de los pixels. Para poder ver la imagen en 3D era necesario utilizar unas gafas también polarizadas.

  Portátiles Acer y Fujitsu dos modelos con pantalla 3D con polarización circular

En 2009, la compañía taiwanesa Acer comercializó un portátil de la serie Aspire AS-5738DG que llevaba pantalla con polarización circular. En 2011 Fujitsu lanzó su  portátil AH572 con esta misma tecnología.

 Televisor LG CINEMA 3D y VIZIO de tecnología pasiva con polarización circular

Ese mismo año, la compañía coreana LG y la norteamericana Vizio introdujeron las primeras pantallas de televisión con polarización circular. La ventaja de este sistema era que no emplea las costosas gafas de cristal líquido utilizadas en los sistemas activos que eran fáciles de romper y había que recargar. Además  no necesitaban  de unidad inalámbrica de sincronización con las gafas con el televisor. El televisor tampoco necesitaba tener altas frecuencias de refresco del sistema activo. Todo ello hace que el precio sea mucho más económico y que incluso pueda utilizarse cualquier modelo de gafas de polarización circular, incluso las del cine de un euro.

Esquema del funcionamiento del sistema de polarización circular en un televisor

La tecnología empleada es muy sencilla, de la imagen derecha, por ejemplo, se eligen las líneas impares y de la imagen izquierda las pares. Esta operación reduce a la mitad la resolución del par estéreo, esto se hace así para poder imbricar las dos señales, izquierda y derecha, en líneas alternas en la pantalla LCD. Esta imagen compuesta es filtrada por un panel especial LCD que polariza linealmente todas las líneas de la fusión de los dos fotogramas. Cada línea está perfectamente alineada con su correspondiente banda de polarización circular para que por ejemplo las líneas impares se polaricen en el sentido de las agujas del reloj, y las pares en el sentido contrario. Si nos colocamos unas gafas pasivas de polarización circular el cristal izquierdo oscurece las líneas de la imagen derecha y el cristal derecho oscurece las líneas de la imagen izquierda. De este modo cada ojo ve su correspondiente imagen y el cerebro la funde en 3D. 

La polémica está servida ante las dos tecnologías pasiva y activa. Existen sus detractores y defensores. Yo tengo un televisor de tecnología activa para visionado de material en 3D, pero para la edición prefiero el pasivo porque las gafas son más cómodas. Para gusto los colores. Si alguien está interesado en un televisor en 3D y no sabe que tecnología escoger, debe pensar en el uso que le va a dar. Si realmente no es un fanático del 3D y va a ver películas muy de cuando, en cuando, lo mejor es un televisor pasivo que es más barato, además conseguir múltiples gafas no resulta caro. Si por el contrario es un fan de la calidad, apreciara más un televisor con tecnología activa que le ofrecerá toda la resolución completa de la imagen.

José Pastor

Próximo capítulo: “4. Autoestereoscopia, el 3D sin gafas”