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— 3D Welt: Panorama, Übersicht —

Was sind überhaupt Panoramen?

Bilder im Hochformat werden für Portraits und Türme verwendet, das Breitformat wird für Landschaften eingesetzt. Dann gibt es die Weitwinkelaufnahmen, welche mehr von der Umgebung abbilden.

Als Panoramen werden Bilder bezeichnet, die sehr weitwinklige Aufnahmen zeigen, 120° oder mehr. Mehr bedeutet 180° oder sogar 360°. Bei einer 360° Aufnahme muss man sich den rechten Bildrand mit dem linken verbunden vorstellen.

Traditionel werden Bilder auf ebenen Flächen, einer Fotografie, eines Ausdrucks oder auf dem Bildschirm dargestellt. In Museen trifft man mitunter auf riesige Fotografien oder Mahlereien, welche auf der Innenseite eines runden Raumes angebracht sind, in dessen Mitte man sich befindet. Man sieht das ganze Panorama, indem man sich um seine eigene Achse dreht. Man befindet sich innerhalb eines zylindrischen Panoramas und der Eindruck ist überwältigend.

Dehnt sich das Panorama von den Wänden bis zur domförmigen Decke aus, befindet man sich in einem (hemi-) spherischen Panorama und der Eindruck verstärkt sich. Manchmal werden Filme in kugelförmigen Räumen gezeigt und dafür (fälschlicherweise) mit «3D» geworben.

Mit dem kostenlosen Programm QuickTime von Apple, welches auch für PC verfügbar ist, kann man zylindrische Panoramen in einem Fenster interaktiv verschieben und anstatt sich selbst zu drehen, verschiebt sich der Ausschnitt im Anzeigefenster. Man kann bis zu einem gewissen Grade in die Szene ein- oder auszoomen.

Seit der Version 5 unterstützt QuickTime auch kubische Panoramen. Hier muss man sich innerhalb eines Würfels oder einer Kugel vorstellen, denn man kann den Ausschnitt nicht nur seitlich, sondern auch in der Höhe verstellen.

Panoramen kann man aus Aufnahmen mit einem Fotoapparat erstellen. Dies wird hier gestreift. Wir konzentrieren und jedoch auf das Erstellen von Panoramen mit dem Raytracingprogramm Bryce.

Ja – und die gute Nachricht ist: Alles was zum Erstellen von Panoramen benötigt wird, sind einige frei erhältliche, kostenlose Programme.

Die verwendete Szene

Anstatt mit einer Kamera eine Bilderserie aufzunehmen, welche zu einem Panorama zusamengefügt werden, wurde in Bryce eine einfache Szene erstellt. Dank der Einfachheit sind die Vorgänge leicht nachvollziehbar.

Der linke Bildteil zeigt eine Ansicht von oben, der rechte eine von der rechten Seite.

Die Szene besteht aus einem braunen Zylinder im Zentrum, über welchem die Kamera steht. Darunter befindet sich auf einer unendlichen, grauen Fläche ein türkisfarbenes Quadrat. Vorne (Norden) schwebt ein roter Kegel, rechts davon (im Osten) ein blauer Würfel, im Süden (hinter der Kamera) eine grüne Pyramide und im Westen eine gelbe Kugel. Weiter sind am Boden drei schmale, lange, rote Rechtecke im Winkel von 120° hingelegt. Im Nordosten befinden sich zwei aufgestellte Flächen, welche den 45° Winkel anzeigen. Schließlich befindet sich im Zenit ein violetter Ring.

Die folgenden vier Bilder sind Darstellungen der selben Szene mit einem Fischaugen-Objektiv. Genau genommen wurde eine Kugel mit 100% Reflexion zwischen die Kamera und die Szene gestellt. Wer für seine Fotokamera kein Fischauge hat, behilft sich mit einer möglichst perfektern Kugel. In Bryce kann eine ideale, fehlerfreie Kugel vor ein perfektes, unsichtbares Objektiv gestellt werden. Es wurde zusätzlich eine Maske gerendert, welche für den schwarzen Rand benutzt wurde.

Aufnahme der Szene mit einem Fischauge.

Solche Fischaugen-Aufnahmen können – richtig entzerrt – für die Erstellung von Panoramen benutzt werden.

Verzerrung – Die flache Welt

Man kennt es von der Weltkarte. Die Erde ist eine Kugel und die Kontinente können nur auf einer Kugel – einem Globus – mit den richtigen Größenverhältnissen abgebildet werden. Je nach der gewählten Projektion werden die Umrisse verschieden verzerrt, die Insel Grönland erscheint größer als der Kontinent Afrika.

Ein Streifenpanorama kann einigermaßen richtig auf einem Zylinder wiedergegeben werden. Ein sphärisches Panorama muss in eine Kugel projiziert werden.

Eine Fotografie und auch ein Render stellt ein rekltlineares (flaches) Abbild eines Kugelausschnittes dar. Das rektlineare Bild muss in ein zylindrisches oder äquirektanguläres (sphärisches) Bild umgerechnet werden.

Das folgende Bild zeigt eine Aufnahmeserie der Beispielszene. Die Kamera hat einen Blickwinkel von 120° und eine quadratische (nicht rechteckige) Linse. Drei Streifen wurden aufgenommen: Zenit, Horizont und Nadir. Die Kamera wurde für jeden Streifen horizontal um je 90° gedreht. Damit ergeben sich Überschneidungen, welche später helfen, das Panorama zusammenzufügen – «stitchen» (to stitch = nähen).

Zenit (Himmel): Nord, Ost, Süd, West; Horizont: N, O, S, W; Nadir (Boden): N, O, S , W.

Aus den 12 rektlinearen Bildern kriegt man kein Panorama hin. Für das folgende Bild wurden die mittleren vier Bilder in eine zylindrische Projektion umgerechnet.

Ganz links und ganz rechts: Süden; dann von links: West, Nord, Ost.

Dieses zylindrische Panorama erscheint auf dem flachen Bildschirm verzerrt. Man beachte die Seiten des türkisfarbenen Quadrats am Boden. Dieses Bild muss auf der Innenfläche eines Zylinders abgebildet werden.

Im nächsten Bild wurden alle 12 Einzelbilder äquirektangulär (sphärisch) zusammengefügt.

Zum oberen Streifenpanorama kommen hier Zenit und Nadir hinzu.

Dieses sphärische Panorama ist noch wunderlicher verzerrt als das zylindrische weiter oben. Der Ring im Zenit ist zu einer geraden Linie verkommen. Dieses Bild muss an die Innenseite einer Kugel projiziert werden.

Das untere Bild zeigt links das zylindrische und rechts das sphärische Panorama auf die richtigen Ebenen projiziert.

Links zylindrisch, rechts sphärisch.

Damit haben wir eine grobe Vorstellung der Sache und der Probleme, die sich ergeben, wenn ein Bild, welches die ganze Umgebung zeigt, auf einer ebenen Fläche dargestellt wird.