La tecnología al servicio del espectador

El fútbol americano es el deporte más visto en los Estados Unidos. Por ejemplo, la Super Bowl 2011 tuvo una audiencia media de 111 millones de personas en todo el mundo.

El objetivo principal de este deporte -el cuál permite puntuar- es avanzar, ganar terreno. Ésto se consigue mediante el sistema de "downs".

Downs
La ofensiva de un equipo tiene 4 oportunidades o downs para avanzar 10 yardas. Si lo consiguen se obtiene de nuevo un "primer down" y otras 4 downs para avanzar otras 10 yardas. La yarda 0 de avance se sitúa en el mayor punto de avance conseguido por el portador de la pelota. Si no se consiguen avanzar 10 yardas en los 4 downs cambia la posesión de la pelota y por lo tanto es el turno del otro equipo para empezar su avance.

¿Cómo se señaliza?
En el campo la yarda primera y la yarda de down están marcadas en la banda mediante las señales que podéis ver en la siguiente imagen.

Éstas señales llamadas comúnmente "cadenas" (están atadas por una cadena de 10 yardas de longitud) se mueven cada vez que se consigue un primer down. El problema es que, al estar en la banda, con mucha frecuencia están fuera del plano de la cámara. Entonces ¿cómo saben los espectadores (los 100 millones que ven el partido por televisión...) dónde está la yarda primera y la yarda 10? y, lo más importante ¿cómo sabe si se ha conseguido un primer down antes de que termine la jugada y el árbitro lo comunique?

La respuesta como en todos estos casos se encuentra en la tecnología: unas lineas pintadas virtualmente en el campo y que siguen los movimientos de la cámara de manera que dan la sensación de estar realmente pintadas en el césped.

Linea de down pintada virtualmente en el campo

En la mayoría de los casos, al igual que con el Ojo de Halcón, una vez que se ve varias veces uno tiende a tener la sensación de que su funcionamiento debe ser sencillo pero nada más lejos de la realidad.

La tecnología
Uno de los aspectos problemáticos de los efectos generados por ordenador es la grandísima cantidad de esfuerzo que hace falta para conseguir hacer algo en apariencia simple.

Esto es un ejemplo perfecto de esto. Pintar en el campo la linea de primera y down suena simple pero, debido a la cantidad enorme de variables puede llegar a convertirse en algo imposible.

Para que esto no ocurra es necesario simplificar el trabajo reduciendo el numero de variables aleatorias al mínimo. Eso se consigue controlando todos los siguientes aspectos técnicos:

• El sistema tiene que saber la orientación del campo en todo momento de manera que pueda pintar las líneas con la perspectiva correcta.
• El sistema tiene que saber, en la misma perspectiva anterior, dónde se encuentra cada yarda.
• Dado que la cámara que retransmite puede moverse de maneras muy diversas (inclinación,pan,zoom) el sistema tiene que poder monitorizar todos los parámetros de la cámara con el fin de modificar la perspectiva de las líneas.
• Dado que la cámara puede pivotar para cualquier parte del campo con el fin de seguir la jugada el sistema tiene que ser capaz de recalcular la perspectiva a 30 fps mientras esto sucede.
• Un campo de fútbol no es plano. Es más alto por el centro con el fin de evitar acumulaciones de agua. Por lo tanto el sistema tiene que tener esto en cuenta para pintar las lineas de manera adecuada.
• Los partidos son retransmitidos desde numerosas cámaras. Por lo tanto el sistema tiene que ser capaz de calcular todo lo anterior para cada una de las cámaras.
• El sistema tiene que ser capaz de detectar a los árbitros, jugadores y pelota para no pintar las lineas por encima de ellos y que parezca realmente que está situada en el campo.
• El sistema tiene que ser capaz de detectar los anuncios de sponsors, marcador impreso en pantalla y demás rótulos con el fin de no pintar las líneas por encima de ellos.

Ejemplo del sistema en funcionamiento, desde dos cámaras distintas

La pieza clave del buen funcionamiento del sistema es el trípode de las cámaras de televisión. Estos trípodes codifican todos los movimientos de cámara, incluidos enfoque y zoom. Estos datos ayudan al sistema a entender exactamente donde está apuntando cada cámara.

La otra pieza clave es el modelo virtual 3D del campo. El sistema sabe exactamente donde están localizadas las cámaras en el modelo 3D y, al contar con todos los datos de movimientos de cámara, puede orientar las líneas acorde al modelo virtual del campo.

La paleta de colores también es crítica. El sistema tiene que ser capaz de distinguir entre la hierba del campo, donde se tiene que pintar la línea, y todo lo demás (jugadores, árbitros,pelota...) donde no.

El sistema cuenta con 8 ordenadores:

• Cuatro ordenadores SGI.
• Un PC.
• 3 ordenadores especiales usados en conjunción con las cámaras de televisión

La función de estos ordenadores especiales es analizar la posición de las cámaras y luego mandar la información final de las líneas a los camiones de retransmisión de cada cadena que tenga contratado el servicio.

Dibujando la línea
Para determinar dónde ha de ser dibujada la linea el sistema utiliza la siguiente información:

• El campo virtual 3D es modelado antes del partido (particular de cada estadio) y los datos proporcionados por los trípodes de las cámaras.
• La información de vídeo de la cámara que está en el aire en cada momento (determinada de forma separada por el camión de cada televisión).
• Dos paletas de colores distintas: una representa los colores del campo que deben ser cambiados para representar la linea de primer y down y otra que representa los colores que no deben ser cambiados (colores de los uniformes de los árbitros,jugadores...) donde la línea debe ser eliminada con el fin de que parezca estar pintada en la hierba.

Una vez que el sistema determina qué pixeles tienen que ser modificados esta información, junto a la de señal de vídeo, es enviada a un ordenador que dibuja la línea 60 veces por segundo. La línea es entonces enviada a un "keyer" lineal que superpone las líneas sobre el programa de vídeo.

Obviamente este proceso requiere un tiempo en ser calculado, lo que conlleva a unos cuantos fotogramas de retraso que deben ser aplicados también en la señal de vídeo para sincronizar finalmente las líneas de primera y down en televisión.

En un día de partido se necesitan cuatro operadores para hacer funcionar el sistema.

• El spotter (encargado de dar nombres y números a los comentaristas) y un operador trabajan juntos para introducir la yarda primera antes de cada jugada. El spotter se sitúa en la cabina de prensa y el operador en el camión de producción introduciendo el número correcto.
• Otros dos operadores de la cadena de deportes trabajan juntos para hacer cualquier corrección necesaria durante el partido. Estos ajustes pueden ser, por ejemplo, cambios en las paletas de colores debido a cambios de luz con el transcurso del partido, nieve, barro...

Este es todo el proceso necesario para la creación de las líneas de primera y down para que sean vistas sin problema  por los espectadores en sus casas. Cualquier fan de fútbol americano que siga los partidos por televisión te dirá que el esfuerzo merece la pena.

Por cierto, cabe mencionar que ésta información es puramente visual. Los árbitros no se guiarán por ellas en ningún momento para decidir si una jugada consiguió un primer down o no. El método legal para comprobar cualquier duda con el avance de la pelota se realiza con las cadenas.

Espero que os haya gustado y os haya parecido entretenida e interesante.

Estereogramas

¿Cómo podemos saber si una persona ve bien en 3D o no? Que en lenguaje más técnico sería: ¿cómo podemos medir la agudeza visual estereoscópica de una persona?

Esta agudeza visual estereoscópica se define de la siguiente manera:

Si dos objetos están situados en planos de profundidad parecida, la disparidad binocular es pequeña y será difícil distinguir si los objetos están o no en el mismo plano. Si llamamos Δd a la mínima separación entre dos planos para que se perciba sensación de profundidad, y llamamos α y β a los ángulos de convergencia para cada uno de esos planos definimos la agudeza estereoscópica como la diferencia entre estos dos ángulos  δ=α-β. Si e es la separación entre los ojos, la agudeza visual estereoscópica puede calcularse como

La agudeza visual estereoscópica mide el umbral de profundidad que puede percibirse

La AV estereoscópica depende de varios factores: tipo de objeto (menor para líneas que para objetos puntiformes), la luminancia (decrece al disminuir la luminancia), la excentricidad retiniana (es menor cuanto más lejos miramos del punto central de visión), el tiempo de exposición, etc. Para condiciones normales de luminancia y visión central, el valor de agudeza visual estereoscópica para el sistema visual humano es de unos 40 segundos de arco (aproximadamente una centésima de grado), para objetos que están situados a varias decenas de metros. Para distancias grandes, deja de apreciarse profundidad mediante la visión binocular y el sistema visual utiliza entonces sólo recursos monoculares.

Pero nuestro cerebro nos engaña continuamente, en un esfuerzo constante de trabajar con la ley del mínimo esfuerzo, esto es, utilizando experiencias previas para entender la escena en la que nos encontramos. Aquí un ejemplo bastante llamativo:

En esta imagen sólo participan pistas monoculares ya que es una única foto y por lo tanto no tenemos información de los dos ojos. Así caemos en la trampa inicial de pensar que el chavalito de la derecha es más alto que el profesor. Sin embargo pronto pensamos que se trata de un truco y que realmente las personas no se encuentran todas a la misma distancia.


Este truco no pasa en la vida real en el cuál encontramos a todas horas experiencias previas que nos hacen poder actuar, con mucha desenvoltura simplemente con un ojo. Imaginad el proceso de rellenar un vaso de agua de una botella con un ojo tapado. La mejor manera de hacer el experimento es sin que seamos nosotros los que coloquemos el vaso. El proceso de rellenarlo (sin apoyar la botella...) es bastante más difícil que si utilizamos los dos ojos. Sin embargo personas con ambliopía, en el que uno de los ojos no lo utilizan pueden desenvolverse perfectamente sin que ni siquiera notemos nosotros la diferencia. Esto se debe a que sabemos donde están los objetos, qué tamaño tienen... es decir: experiencias previas.

En la imagen de los dados hay cosas que no nos cuadran pero ¿por qué? por la experiencia previa. Si nos fijamos en el dado más cercano al borde inferior de la foto y vamos siguiendo los dados hacia la izquierda la perspectiva nos dice que se están alejando pero si todavía seguimos girando hacia la izquierda todavía se alejan más. ¿Cómo puede ser entonces que el dado de arriba del todo esté justo encima del dado con el que empezamos? Estas cosa sólo podemos saberlas por experiencia.


Es por tanto lógico que no podamos basarnos (o mejor dicho, no debamos) basarnos en imágenes con objetos conocidos, con perspectiva, con sombras... en definitiva, con pistas monoculares para hacer el cálculo de la agudeza visual estereoscópica.


Es aquí cuando entran en juego los estereogramas de puntos aleatorios.


Consiste en la creación de imágenes que contienen información de profundidad pero que no incluyen ninguna pista monocular que pudiera ayudar al sujeto a saber si un objeto está detrás o delante de otro. Ni sombras, ni  figuras, ni imágenes, ni tamaños... lo eliminamos todo.


Exiten dos tipos de estereogramas de puntos aleatorios: los RDS y los SIRDS


RDS


Los RDS (random dots stereogram) se componen de un par de imágenes que tendrán que ser vista, cada una de ellas por el ojo correspondiente. Aquí tenéis un ejemplo.

Par estereoscópico RDS para visión cruzada

Este lo he generado de manera que pueda ser visto cruzando los ojos (poniéndose bizco). Realmente el par estaría al revés y sería necesaria la ayuda de un estereoscopio para no tener que entrenar a la persona para verlos.
El más común de los etereoscopios para visualizar este par RDS es el Bioptor.

Estereoscopio Bioptor

Este aparato hace que no sea necesario entrenamiento ya que colocamos los pares de imágenes de puntos aleatorios, la persona mira a través de las lentes y vería el par RDS.
Sin embargo también podemos "codificar" este par RDS de otras maneras, para no tener necesidad de depender del estereoscopio anterior o de cualquier otro. Así se podría imprimir en láminas polarizadas para ver con gafas polarizadas, o en anaglifo, para ver con gafas Rojo/Cian. Os pongo aquí el mismo par estereoscópio en anaglifo para que lo podáis ver aquellos que tengáis gafas Rojo/Cian (rojo en ojo izquierdo) y que no hayáis consegido poneros bizcos para verlo.

Pero... ¿cómo funcionan? ¿cómo se generan?


El secreto está en que, aunque las imágenes están creadas generando puntos aleatorios la imagen derecha e izquierda están creadas de una manera muy inteligente. La imagen derecha es exactamente igual que la izquierda pero desplazando horizontalmente una zona. Al mover esta zona se quedarán huecos que, para no hacer que ayuden en la identificación de la figura desplazada se rellenan con más puntos. Ni que decir tiene que la imagen puede ser todo lo compleja que queramos, con una distinta profundidad en cada punto. Sin embargo para esto es necesario un software informático, no basta con desplazar los puntos de manera "artesanal".


Así por lo tanto si vemos alternativamente superpuestas las dos imágenes del estereograma anterior...

Pulsad en la imagen para ver la animación

El "truco" está entonces en imprimir estos test para visualizarlos a una distancia, normalmente 40 cm y, para esa distancia calcular el desplazamiento que tenemos que hacerle a la figura para que corresponda, a esa distancia, con un ángulo determinado. Podemos hacer muchos, siendo cada vez la separación menor y así saber que, si una persona no detecta profundidad en la carta que corresponde a 80" de arco y si en la de 100" de arco esta será su agudeza visual estereoscópica. Recordad que a menor valor quiere decir que estamos siendo capaces de distinguir planos que están más cerca unos de otros (es mejor tener 40" que 60", por ejemplo).


SIRDS


Del inglés (Single Image Random Dots Stereogram), también llamados "Autoestereogramas". Tienen la ventaja de que son sólo una imagen y por lo tanto no se necesita de un estereoscopio para verlas, por lo que pueden verse en tamaños mucho más grandes, y tienen la desventaja de que hace falta entrenamiento para verlos. Es por esto que no podemos utilizarlos para evaluar la visión estereoscópica de un sujeto (es muy probable que no lo vea, no por un problema de visión binocular, sino por no saber mirar).


Los más conocidos de este tipo son los llamados "Magic Eye" (Ojo mágico) y que fueron comercializados por primera vez a principios de los años 90 del siglo pasado. Éstos utilizan una textura colorida o de alguna imagen en mosaico, la cuál desplazar punto a punto para crear la ilusión.


Los más comunes por su mayor facilidad para verlos son los "divergentes", es decir, hace falta relajar la vista para que los ojos converjan por detrás de la imagen y así se aprecie la ilusión.


Poniendo "ojo mágico" en cualquier buscador aparecen SIRDSs a patadas. Aquí tenéis un ejemplo facilito.

No escribo qué es lo que tiene que verse para que os esforcéis en verlo. 


Cómo verlos


La manera más fácil para aprender a verlos es acercarse a la imagen (en este caso al monitor). Tenéis que dejar la vista relajada. Obviamente veréis la imagen borrosa. No le prestéis atención a nada, imaginad que estáis mirando a un objeto lejano. Dejando en todo momento la vista relajada empezad a alejaros de la imagen poco a poco, muy poco a poco y siempre con la mirada relajada. Cuando veáis la imagen empieza a enfocarse pararos y esperad a que aparezca la ilusión. Si no sale a la primera intentad varias veces. Una vez que se empiezan a ver los primeros no hace falta ir alejándose para verlo.


Aquí tenéis uno creado por mi para la ocasión.

Pinchad en la imagen para ver a tamaño completo

Cómo funcionan


La mejor manera de intentar explicar el funcionamiento de estos autoestreogramas es apoyándonos en la siguiente imagen.

Si observamos estos puntos relajando la vista de manera que las columnas de puntos se fusionen una con la de al lado veréis que hay un punto que sobresale más que los demás.

En esta imagen, repitiendo el procedimiento de la de arriba observaréis que un punto parece estar fuera de la pantalla y otro de ellos estar dentro. 


El por qué de este efecto se puede ver aquí

Es por esto que, dependiendo de hacia donde se desplacen los puntos harán que se vean más hacia delante o más hacia detrás.


Pues bien, este procedimiento, muchísimos más puntos, más pequeños y desplazándolos con un software matemático según un mapa de profundidad como el siguiente, obtenemos estos estereogramas.

Mapa de profundidad: Zonas más blancas al frente, zonas más oscuras al fondo

Existen otros autoestereogramas llamados "flotantes". Estos se componen de imágenes grandes, creadas de la misma manera que los diagramas de puntos gordos que he puesto más arriba. Imaginad que pusiésemos una imagen de la Luna, por ejemplo, en el sitio donde tenemos los puntos gordos. Conseguiríamos así que una Luna apareciese delante de las demás y otra más atrás que cualquier otra. Normalmente, este tipo de estereogramas se suelen mezclar con los otros. Un ejemplo sería el siguiente autoestereograma:

Los árboles del fondo serían los "flotantes" mientras que el estereograma típico se encuentra debajo de la textura

De momento esto es todo por ahora. Espero que os haya parecido interesante.

Parón en las entradas

Hola a todos.

Querría disculparme por estas semanas sin nuevas entradas en el blog pero me enfrento a los últimos exámenes de la carrera y no tengo el tiempo necesario para dedicárselo a la redacción de una nueva entrada.

Espero que sigan pendientes a nuevas actualizaciones y espero que se produzcan pronto.

¡Nos vemos enseguida!

Ojos del mundo animal

Vamos a hacer un repaso por distintos ojos que podemos encontrar en la naturaleza desde un punto de vista anatómico y óptico. Podéis ver la estructura del ojo humano aquí

Ojo de vaca

Estructuras análogas a las del ojo humano.

Podemos ver en la figura la cornea (quitada de su posición anatómica), un diafragma o iris en la misma posición que el del ojo humano y a continuación el cristalino, utilizado para la acomodación al igual que en la especie humana.

Ojo de conejo

Ópticamente muy parecido al ojo humano

Cuenta con cornea, iris, cristalino y cuerpo vitreo al igual que el ojo humano en el mismo orden para el paso de la luz.

Ojo de mosca

Los ojos de las moscas están formados por una miles de hexágonos funcionando cada uno como micro-corneas

Detrás de cada una de estas lentes se encuentran los fotorreceptores y a partir de ahí empieza ya la vía hasta el cerebro. La agudeza visual de las moscas es de alrededor de 0,01 (100  veces menor que mínima esperada para un ojo humano

Ojo de algunos peces

Estructuralmente compuesto de los mismos elementos ópticos (cornea, iris y cristalino) pero con diferencias como la posición y anclaje del músculo encargado de la acomodación y la existencia de un ligamento suspensor orientado hacia atrás.

Ojo del Nautilus

Los ojos de estos pequeños peces funcionan simplemente con una retina y una estructura anatómica que le brinda un pequeño agujero.

De esta manera esta apertura funciona como una cámara estenopeica dando una imagen invertida en el plano de la retina de este animal. No cuenta con ningún otra estructura óptica aparte del agujero estenopeico.

Ojo de Anablep

Un increíble ejemplo de adaptación al medio. Llamado comúnmente el pez cuatro ojos es capaz de ver simultáneamente por debajo y por encima del agua. Realmente sólo tiene dos ojos pero internamente están formados cada uno por dos sistemas ópticos que proyectan a dos partes de la retina de este animal claramente diferenciadas y encargadas cada una de ellas al procesado de la parte interior del agua (retina superior) y la parte superior del agua (retina inferior).

Esta especialización le permite estar alerta de posibles ataques tanto de aves como de otros peces.

Otros animales acuáticos cuentan con ojos llamados "tubulares" que les permiten un campo visual muy superior al humano y sobre todo una luminosidad increíblemente alta, lo que es muy necesario en peces que habitan aguas profundas en las cuales no hay prácticamente luz.

Ojo de águila

Con un tamaño similar al del ojo humano (siendo mucho más pequeñas) son los animales con mejor vista del reino animal.

Como se pueden observar en las figuras superiores la parte de atrás del ojo del águila es más plana y más grande que la del ojo humano dándole al águila una imagen más grande de la que el ojo humano puede darnos.

Además, recordemos que la concentración de conos en la fóvea humana es de unos 200.000 por milímetro cuadrado mientras que en el águila es de alrededor de 1 millón por milímetro, lo que claramente condiciona la resolución de uno y de otro.

Eficiencia lumínica de los sistemas de proyección estereoscópicos

Hoy he publicado un artículo sobre tecnología 3D para cines en la popular y recomendadísima web www.cine3d.com. Os dejo un enlace directo a la noticia para que podáis leerla. Para mi ha sido un placer participar en esta web y espero que se vuelva a repetir.

Saludos y volvemos la semana que viene con "Ojos del mundo animal".