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Immer mehr Deutsche arbeiten am Computer. Zum ersten Mal hat 2001 der Anteil der
Beschäftigten, die im Job einen PC benutzen, die Marke von 50 Prozent erreicht
(Bundesverband Informationswirtschaft, Telekommunikation und neue Medien, kurz
BITKOM). Mit einem Wert von 60 Prozent liegt Deutschland heute deutlich über dem EUDurchschnitt von 50 Prozent (Eurostat). Dahinter folgen Länder wie Großbritannien (55
Prozent) und Frankreich (54 Prozent). „Die jüngsten Entwicklungen sind ein gutes Signal
für die technologische Modernisierung in Deutschland. Das gilt für Wirtschaft und
Verwaltung gleichermaßen“ (BITKOM).
Weil gleichzeitig fast alle Arbeitsplatz-Computer mit dem Internet verbunden sind,
verbessern sich auch die Voraussetzungen für den elektronischen Handel und
computergestützte Dienstleistungen. Im Jahr 2009 lag der prozentuale Anteil der
Beschäftigten, die mindestens einmal pro Woche bei ihrer täglichen Arbeit an das Internet
angeschlossene Computer nutzen, bei 46 Prozent (Vergleich 2003: 29 Prozent).
Die Europäische Statistikbehörde Eurostat hat bei ihrer Erhebung Unternehmen
berücksichtigt, die mindestens zehn Beschäftigte haben. Ausgenommen ist der
Bankensektor.
Karpal-Tunnel-Syndrom
Der wohl wichtigste Nerv der Hand, der Nervus Medianus, läuft am Handgelenk
zusammen mit allen Fingerbeugesehnen in einer Art Tunnel, dessen Dach durch ein
querverlaufendes Band gebildet wird. Der Nervus Medianus versorgt den Daumen, den
Zeige- und den Mittelfinger sowie den daumenseitigen Anteil des Ringfingers mit Gefühl,
zusätzlich hat er noch motorische Anteile zur Versorgung der Daumenballenmuskulatur.
Beim Karpal-Tunnel-Syndrom wird dieser Nerv unterhalb dieses Karpalbandes
eingeengt. Die Hauptsymptome sind Missempfindungen (Kribbeln, Taubheitsgefühl) mit
Einschlafen der Finger vom Daumen bis zum Ringfinger. Insbesondere nachts und bei
Ruhe treten Schmerzen auf.
Das Karpal Tunnel Syndrom kann sich langfristig zu einem sog. Repetitive Strain Injury
Syndrom (RSI) entwickeln. Hierbei handelt sich um Gewebeveränderungen und
Narbenbildungen, die durch kleinste Verletzungen entstehen. Diese Verletzungen führen
zunächst zu Symptomen und können bei rechtzeitiger Behandlung wieder ausheilen. Bei
chronischer Schädigung entsteht das eigentliche RSI, das einen chronischen Verlauf
zeigt. Die RSI Symptome kommen vor allem bei Menschen vor, die sehr viel mit dem
Computer arbeiten. In erster Linie sind Vielschreiber (Textverarbeitung o. ä.) betroffen.
Insbesondere Bewegungsabläufe, wie Tasten- oder Maus-Clicks, die sich wiederholen,
werden mitverantwortlich gemacht.
Nach Schurr (2007) kann man zwischen Steh-Sitz-Dynamik und Sitz-Steh-Dynamik
unterscheiden.
Sitz-Steh-Dynamik beschreibt den Wechsel vom Sitzen zum Stehen mit dem Ziel, die
einseitige Belastung der Wirbelsäule durch langes Sitzen zu vermeiden. Die Sitz-StehDynamik will also einen durch Dauersitzen geprägten Arbeitsstil durch den Wechsel
zwischen Sitzen und Stehen zugunsten von mehr Bewegung verändern.
Steh-Sitz-Dynamik dagegen beinhaltet den Wechsel vom Stehen zum Sitzen mit dem Ziel
die einseitige Belastung durch langes Stehen zu vermeiden. Steh-Sitz-Dynamik will
demnach einen durch Dauerstehen geprägten Arbeitsstil durch den Wechsel zwischen
Stehen und Sitzen zugunsten von mehr Bewegung verändern.
In einer Studien mit 90 Probanden zwischen 20 und 75 Jahren wurden verschiedene
Eingabegeräte (Maus, Touchscreen, Blicksteuerung) anhand einer zweidimensionalen
„Zeige-Aufgabe“ hinsichtlich der Bearbeitungszeit und mentalen Beanspruchung
analysiert und bewertet. Die Aufgabe bestand darin, ausgehend von einem Startobjekt,
Zielobjekte in verschiedenen Winkel so schnell und so genau wie möglich zu pointen.
Hinsichtlich der Bearbeitungszeit konnten deutliche Alterseffekte ermittelt werden. Die
älteren Probanden benötigten signifikant mehr Zeit als die jüngeren Probanden.
Bezüglich der drei untersuchten Eingabegeräte konnte unabhängig vom Alter die
geringste Bearbeitungszeit mit dem Touchscreen erzielt werden und die Eingabe über die
Maus führte zur längsten Bearbeitungszeit. Der Effekt der Leistungssteigerung durch den
Einsatz eines alternativen Interaktionsmediums, Touchscreen und Blicksteuerung, ist in
den drei Altersgruppen unterschiedlich stark ausgeprägt. Die größte Leistungssteigerung
wurde hier bei den 60-75-Jährigen ermittelt. Durch den Einsatz eines Touchscreens
konnten die Leistungsunterschiede zwischen den drei Altersgruppen fast vollständig
kompensiert werden.
Die Folie zeigt einen Überblick über die wesentlichen Technologien für Elektronische
Informationsdisplays. Die Technologien können in drei Kategorien unterteilt werden:
Projektion, Direktsicht, und Schirmlos.
Direktsicht-Displays: Bei diesen Displays wird das vom Gerät erzeugte Licht direkt auf
einem Monitor gesehen, ohne vorher von einer Projektionsoberfläche reflektiert zu
werden. Alle CRT, LCD oder Plasmamonitore sind Direktsicht-Displays. Diese Displays
arbeiten gut in hellem Licht und haben eine größere Lichtausbeute als die
Projektionsdisplays.
Projektionsdisplays: Anders als die Direktsichtsysteme basiert das Projektionsdisplay auf
der Projektion eines Bildes auf den Schirm. Es gibt frontale und hintere
Projektionssysteme, welche sich wesentlich durch die Bildschirmtechnologie
unterscheiden. Die frontale Projektion nutzt eine reflektive Bildschirmoberfläche, während
die hintere Projektion eine transmittierende Oberfläche verwendet. Projektionsdisplays
arbeiten am besten in einer schwach beleuchteten Umgebung. Besonders die frontale
Projektion erfordert einen abgedunkelten Raum, um die optimale Betrachtungsqualität zu
erreichen.
Schirmlose Displays: Diese Displaysysteme benötigen keine spezielle Projektionsoberfläche. Stattdessen kann ein „natürliches“ Medium wie einfaches Glas oder sogar die
Netzhaut im Auge (Retina) für die Projektion verwendet werden. Schirmlose Displays
basieren entweder auf kohärenter oder nicht-kohärenter Lichtaussendung. Kohärenz ist
die Fähigkeit von Wellen stationäre Interferenzerscheinungen hervorzurufen. VRDs
(Virtual Retinal Displays) und 3D holografische Head-up Displays sind Beispiele für
schirmlose Displaysysteme.
.
TFT steht für Thin Film Transistor. Dies beschreibt die eingesetzten planaren
Schaltelemente, die aktiv die einzelnen Bildelemente ansteuern. Das Display besteht aus
einer Matrix mit vielen Bildpunkten. Jeder dieser Bildpunkte kann in einer photoelektrisch
vordefinierten Farbe Licht transmittieren. Dazu gibt es hinter der Matrix eine
Hintergrundbeleuchtung, meist mehrere Leuchtstoffröhren. Damit nun ein Bild auf der
Vorderseite der Elemente entsteht, wird eine Art ”Blende“ geöffnet, die das Licht für einen
bestimmten Bildpunkt durchlässt oder verdeckt.
Dafür werden elektrisch reagierende Flüssigkristalle verwendet, die sich in einer
bestimmten Schicht, dem sog. alignment layer (Ausrichtungsschicht) befinden. Davor und
dahinter befinden sich zwei Polarisationsfilter. Vor dem Eintreten in das alignment layer
wird das Licht im ersten Filter polarisiert, d.h. die Schwingungsrichtung der Lichtwellen
wird auf eine bestimmte Richtung fixiert. Beim Austreten aus dem alignment layer
befindet sich auf der Seite ein um 90° gedrehter Filter, der auch nur in dieser Richtung
gedrehte Lichtwellen durchlässt. Im spannungsfreien Zustand drehen die Flüssigkristalle
im alignment layer die Schwingungsrichtung des Lichts um 90°, so dass das Licht
ungehindert austreten kann (Twist).
Es ist notwendig, die auf dem Bildschirm dargestellten Informationen in einer Größe und
Qualität anzubieten, die ein leichtes, beschwerdefreies Erkennen ermöglichen. Dies ist für
Zeichen, die unter einem Sehwinkel zwischen mindestens 16„ bis höchstens 31„
erscheinen, erfüllt. Ein Sehwinkel von mindestens 22„ ist gegeben, wenn die Höhe der
Großbuchstaben in [mm] ohne Oberlänge dem vorgesehenen Sehabstand dividiert durch
155 entspricht.
Die Schrifthöhe sollte jedoch auch nicht größer als der Sehabstand dividiert durch 110
sein, weil sonst ein flüssiges Lesen sehr erschwert wird (Schrifthöhe höchstens ca. 4,5
mm bei Sehabstand 500 mm, entsprechend einem Sehwinkel von höchstens 31„). Bei
einem Sehabstand von 500 mm sind Schrifthöhen von 3,0 mm bis 4,0 mm
erstrebenswert.
In einer Studien mit 90 Probanden zwischen 20 und 75 Jahren wurden verschiedene
Schriftgrößen altersdifferenziert sowie im Bezug zur Sehfähigkeit der Probanden
analysiert.
Eine Reiz-Reaktionsaufgabe basierend auf unterschiedlich groß dargestellten
Landoltringen musste von den 75 Probanden zwischen 20 und 75 Jahren bearbeitet
werden. Die Reaktionszeit, die Anzahl korrekt erkannter Landoltringe sowie die Anzahl
„falscher Alarme“ wurden als abhängige Variablen aufgenommen.
Hinsichtlich der Anzahl richtig erkannter Landoltringe bzw. „falscher Alarme“ lag eine sehr
geringe Varianz zwischen den Probanden vor. Die Aufgabe wurde unabhängig vom Alter
der Probanden überdurchschnittlich gut gelöst. Bezüglich der benötigten Reaktionszeit
lag ein signifikanter Schriftgrößeneffekt vor. Je größer der Landoltring desto schneller
wurde dieser erkannt. Eine signifikante Wechselwirkung konnte zwischen der
Schriftgröße und der Altersgruppe gezeigt werden. Interessant ist, dass die Probanden
der Altersgruppe 60-75a unter Verwendung der Schriftgrößen 16‟ und 22‟ ähnliche
Reaktionszeiten erzielten als die Probanden der Altersgruppe 40-59a mit der jeweils
kleineren Schriftgröße (12‟ und 16‟). Durch Vergrößerung der Schrift erzielen ältere
Probanden demnach ähnliche Reaktionszeiten wie die Jüngeren.
Bei bestimmten Augenerkrankungen kann die Negativ-Darstellung die Lesbarkeit der
dargestellten Informationen für die betroffenen Benutzer verbessern. Zu diesen
Erkrankungen gehören Retinitis Pigmentosa und Makuladegeneration. Retinitis
Pigmentosa ist eine Netzhautdegeneration, bei der die Photorezeptoren zerstört werden,
Makuladegeneration umfasst eine Gruppe von Erkrankungen des menschlichen Auges,
welche die Makula lutea („der Punkt des schärfsten Sehens“, „Gelber Fleck“) der
Netzhaut betreffen und mit einem allmählichen Funktionsverlust des dort befindlichen
Gewebes einhergehen. Durch diese Erkrankungen kann es zur Erhöhung der
Blendungsempfindlichkeit, zur Abnahme des Kontrastempfindens und zur Abnahme der
Adaptionsfähigkeit kommen. Die Negativ-Darstellung reduziert die physiologische
Blendung, da im Auge weniger Streulicht entsteht. Zeichen scheinen bei negativer
Polarität größer, und sind somit für Sehbehinderte besser zu lesen. Ein weiterer Vorteil ist
die Reduktion des Flimmerns. Die Flimmerempfindlichkeit ist im peripheren Gesichtsfeld
deutlich höher als im zentralen, d.h. Augenerkrankungen mit einer Schädigung des
zentralen Gesichtsfeldes erhöhen das Problem des Flimmerns.
Abhängigkeit der Leuchtdichte von der Blickrichtung:
Wenn die Leuchtdichte für die betrachtete seitliche verschobene Sichtsituation um mehr
als 10% im Vergleich zu der normalen Blickposition senkrecht zur Bildebene abnimmt,
dann spricht man von einem anisotropischen Bildschirm.
Versuch zur Erkennungsleistung mit TFT-Bildschirmen:
Ziel der Studie von Ziefle (2004) war es, den Einfluss der Anisotropie eines TFTBildschirms auf die Erkennungsleistung junger Erwachsener zu untersuchen.
Die 28 Probanden (10 Männer, 18 Frauen) zwischen 19 und 30 Jahren (M=23) mussten
eine visuelle Suchaufgabe bearbeiten, bei der ihnen Objekte (ähnlich zu Landoltringen)
präsentiert wurden, und die Probanden für jedes Objekt entscheiden mussten, ob dieses
nach oben, unten, rechts oder links geöffnet war.
Der Betrachtungswinkel wurde zwischen 0° und 50° variiert sowie die Zielgröße. Die
Erkennungszeit sowie die Fehlerrate wurden als abhängige Variablen aufgenommen.
Aufgrund der negativen Auswirkung der Anisotropie steigt die Erkennungszeit für den
TFT-Bildschirm mit 50° Betrachtungswinkel.
Experimentelle Studien zur Doppelmonitoranordnung. Die Aufgabe der Probanden
bestand in der Diskrimination von Zielobjekten, sog. ZiSo„s (ähnlich wie Landoltringe,
jedoch quadratisch).
Studie 1: Vergleich horizontale Doppelmonitoranordnung (zwei versus ein Monitor)
In dieser Studie wurde die Leistung bei der simultanen Überwachung von zwei Monitoren
bei horizontaler Anordnung (jeweils 50° links und rechts vom Betrachter) im Vergleich zur
Arbeit an nur einem Monitor analysiert. Das Erkennen von Zielobjekten auf einem
Bildschirm führt zu signifikant schnellerer Bearbeitung als das Erkennen von Zielobjekten
an zwei horizontal angeordneten Bildschirmen. Bezüglich der Bearbeitungsgenauigkeit
lagen keine signifikanten Unterschiede vor.
Studie 2: Vergleich vertikale Doppelmonitoranordnung (oben oder unten angeordnet)
Der Einfluss des Blickwinkel wird durch den Vergleich zwischen der oberen und unteren
Bildschirmposition erfasst. Am unteren Bildschirm konnte die Aufgabe von den
Probanden signifikant schneller gelöst werden als am oberen Bildschirm. Hinsichtlich
Bearbeitungsgenauigkeit hatte der Blickwinkel keinen Einfluss.
In dieser Studie wurde die Produktivitätssteigerung durch den Einsatz mehrere
Bildschirme mit insgesamt 67 Probanden untersucht. Als Szenario wurde das
Zusammenführen von Kommentaren bei der Erstellung einer Veröffentlichung gewählt.
Die Aufgabe der Probanden bestand darin, bestimmte Korrekturvorschläge zu
übernehmen und diese korrekt in den eigenen Text einzubauen. Alle Gruppen führten
diese Aufgabe an einem 19-Zoll-Monitor als Referenzaufgabe durch. Im Anschluss wurde
dann dieselbe Aufgabe entweder an demselben Arbeitsplatz (Gruppe 1: 19 Probanden),
an einem Arbeitsplatz mit einem 22-Zoll-Widescreen-Monitor (Gruppe 2: 24 Probanden)
oder an einem Arbeitsplatz mit drei zusammengeschalteten 19-Zoll-Bildschirmen (Gruppe
3: 24 Probanden) bearbeitet.
Als Maß für die erzielte Produktivität wurde der Leistungsquotient aus erzielten Punkten
(richtige Antworten minus Fehler) pro Zeiteinheit berechnet. Dieser dient als Grundlage
für die Berechnung der prozentualen Steiderung der Produktivität durch größere oder
mehrere Bildschirme. In Gruppe 1 erhöht sich der mittlere Leistungsquotient von Aufgabe
1 zu Aufgabe 2 um 1,8%. Um Lerneffekte auszuschließen wurden nur die Unterschiede
der Leistungsquotienten bezogen auf Aufgabe 2 betrachtet und das Produktivitätsniveau
von Gruppe 1 als Basis verwendet. Für Gruppe 2 ergibt sich eine Produktivitätssteigerung
um 8,3% und für Gruppe 3 eine Erhöhung um 35,5%. Demnach kann eine größere
Bildschirmfläche zu einem deutlichen Produktivitätszuwachs führen.
Wenn ein Auge ein Objekt (z.B. A im Bild links) fokussiert, dann fallen die Abbildungen
auf zentrale Punkte in der sogenannten Sehgrube (Fovea Centralis) der Netzhaut (Punkte
a1 und a2). Ein weiter entferntes (oder näheres) Objekt (B) erzeugt Abbildungen auf,
gegenüber den korrespondierenden Netzhautstellen versetzten (disparaten), Punkten
(Punkte b1 und b2). Der seitliche Versatz wird Disparität genannt.
Im rechten Bild ist die Darstellung eines Drahtwürfels auf die beiden Augen dargestellt.
Aus den Bildunterschieden wird im Sehzentrum ein räumlicher Eindruck erzeugt. An
dieser Stelle sei noch erwähnt, dass die Bilder im Auge auf Grund des Linsensystems
immer „seitenverkehrt“ dargestellt werden. Eine Umrechnung auf das „tatsächliche“ Bild
erfolgt rein kognitiv.
Als Querdisparation bezeichnet man die Verschiedenheit der Bilder auf der rechten und
der linken Netzhaut, die durch den Augenabstand (beim Menschen etwa 6,5 cm)
entsteht. Das Sehsystem besitzt die Fähigkeit, aus der Verschiedenheit dieser
zweidimensionalen Bilder Informationen für das räumliche Sehen zu gewinnen. Das
Ergebnis bezeichnet man als stereoskopisches Sehen.
Den theoretischen Punkt-Horopter bildet die Gesamtheit der Punkte, die bei einer festen
Augenstellung in beiden Augen auf korrespondierende Stellen der Netzhaut abgebildet
werden. Sofern korrespondierende Netzhautstellen durch identische Winkel gegen die
Blickachse des Auges definiert sind, besteht der Horopter aus einem Kreissegment.
Empirisch weichen korrespondierende Punkte jedoch von der Definition der
Winkelgleichheit ab, was zu einem weniger gekrümmten empirischen Horopters führt.
Punkte bzw. Objekte, die auf der Fläche des Horopters oder in geringem Abstand dazu
liegen, werden einfach wahrgenommen (fusioniert), solche, die sich davor oder dahinter
befinden, werden doppelt gesehen. Diese Doppelbilder werden in der Regel unterdrückt.
Man unterscheidet zwischen gekreuzter Querdisparation und nicht gekreuzter
Querdisparation.
Von gekreuzter Querdisparation spricht man, wenn Objekte vor dem Horopter liegen und
somit auf den äußeren Randbereich der Netzhaut fallen: Punkt B wird im linken Auge
links von der Fovea und im rechten Auge rechts von der Fovea abgebildet.
Von ungekreuzter Querdisparation spricht man, wenn Objekte hinter dem Horopter
liegen und somit auf den inneren Randbereich der Netzhaut fallen: Punkt C wird im
linken Auge rechts von der Sehgrube und im rechten Auge links von der Sehgrube
abgebildet.
Bei der künstlichen Stereoskopie werden dem Betrachter zwei Bilder aus
unterschiedlichen Sichtpositionen gezeigt. Das natürliche Sehen unterschiedlicher Bilder
mit zwei Augen wird so also nachgebildet. Die verschiedenen Techniken zur
stereoskopischen Darstellung haben dementsprechend auch entweder zwei separate
Bildbereiche oder funktionieren zeitmultiplex.
Werden dem Betrachter Fotos gezeigt, so muss schon bei der Aufnahme der Bilder der
Abstand und Winkel der Kameras beachtet werden.
Bei der Darstellung von 3D-Szenen, die erst vom Computer berechnet werden, kann der
Abstand der virtuellen Kameras, der Winkel der Kameras und die Perspektive der
generierten Bilder bestimmt werden.
Das Darstellen zwei unterschiedlicher Bilder ist allen stereoskopischen Anzeigesystemen
inhärent. Erste Systeme, so genannte Stereoskope, gab es bereits im 18. Jahrhundert. Es
wurden zwei Photographien, aufgenommen aus zwei Blickrichtungen, benötigt. Mit dem
Stereoskop konnte der Betrachter die stereoskopischen Halbbilder betrachten. Dabei
wurde dem linken Auge das linke Halbbild und dem rechten Auge das rechte Halbbild
präsentiert. Durch das Zusammenbringen der zwei Halbbilder wird kognitiv ein
Tiefeneindruck erzeugt.
Ähnlich funktionieren auch heutige stereoskopische Monitore. Der Unterschied ist
lediglich, dass die Bilder nicht statische Photographien sondern Abbildungen auf dem
Display sind. Auch die haploskopische Trennung, also das Zuführen der jeweiligen
Halbbilder zu den Augen, funktioniert bei stereoskopischen Monitoren anders als bei den
historischen Stereoskopen. Für die haploskopische Trennung kommen heute neben der
separaten Darstellung auf zwei Monitoren z.B. über Spiegelsysteme Multiplexverfahren
zum Einsatz. So wird bei Shutterbrillen ein Monitorbild zeitlich abwechselnd dem linken
und rechten Augen zugeführt, bei autosteroskopischen Monitoren wird das Bild eines
Monitors räumlich alternierend für linkes und rechtes Auge dargestellt.
Auf der linken Seite der Abbildung ist das Prinzip der alternierenden Halbbilddarstellung
bei autostereoskopischen Monitoren zu sehen. Die Bilder für das linke und das rechte
Auge werden schon im Computer verzahnt, so dass nur das integrierte Bild an den
Monitor übertragen wird.
Auf der rechten Seite der Abbildung ist die Funktionsweise der Prismenmaske
dargestellt. Die Prismen sind so ausgerichtet, dass alternierende Pixelspalten jeweils an
das linke und das rechte Auge abgelenkt werden. Befinden sich die Augen des
Betrachters nun innerhalb des so genannten Sweet-Spots, also innerhalb des Bereiches
zu dem das Licht abgelenkt wird, so erhält jedes Auge das für es bestimmte Bild und ein
räumlicher Eindruck entsteht.
Bei der Verzahnung von linkem und rechtem Halbbild gehen allerdings auch
Informationen verloren. Praktisch wird die horizontale Auflösung der Bilder halbiert. Dies
führt insbesondere bei der Textdarstellung zu verzerrenden Kanten. Auch bei der
Raumwahrnehmung kommt es durch die praktische Halbierung der horizontalen
Auflösung zu einer Verminderung der Tiefenauflösung.
Volumetrische Displays ermöglichen die Darstellung eines Objektes oder einer Szene in
drei Dimensionen, sodass diese aus allen Blickwinkeln betrachtet werden können.
Volumetrische Displays basieren auf millionen von 3D-Pixeln, Voxel (Volume + Pixel)
genannt, welche das Licht entweder absorbieren oder emittieren. Das dreidimensionale
Bild entsteht i.d.R. durch die Projektion der Voxel auf einen rotierenden oder in der Tiefe
zeitlich versetzen Schirm. Es wird ein röntgenartiges räumliches Abbild der zugespielten
Bilddaten erzeugt.
Perspecta
Ein dreidimensionales Bild, das innerhalb einer Halbkugel aus Glas dargestellt wird, setzt
sich aus 200 radial versetzten zweidimensionalen Einzelbildern zusammen. Diese
werden von einem Projektor, der 4000 Bilder pro Sekunde produziert, innerhalb der Kugel
auf einen rotierenden Schirm in Form einer Kunststoffscheibe mit matter Oberfläche
projiziert. Für das menschliche Auge wirkt das Bild so dreidimensional. Im Gegensatz zu
herkömmlichen Verfahren benötigt der Betrachter bei Perspecta keine 3D-Brillen und ist
nicht auf eine bestimmten Blickwinkel festgelegt.
Ein Farbbild aus einem Beamer wird auf hintereinander gestaffelte Glasplatten projiziert.
Als Grundmaterial dienen 20 normale TFT-Display-Panels, die jetzt aber nur als einzelne
Mattscheiben fungieren. 19 dieser Scheiben sind lichtdurchlässig, nur eine wirkt jeweils
als Mattscheibe. Das 3D-Bild wird nun scheibchenweise aufgebaut, immer auf einem
anderen TFT-Panel. 20 dieser Panels hintereinander ergeben eine räumliche Tiefe von
rund zehn Zentimetern. Der Monitor dient quasi als „Sichtkörper“. Das Bild liefert ein recht
leistungsstarker Beamer auf Digital Light Processing (DLP) Basis mit einer Leistung von
rund 800 Watt. Die Leistung muss so groß sein, weil TFT-Panels nur wenig Licht
durchlassen. Für die Farbe ist nur der Beamer zuständig. Damit keine Übergänge
zwischen den einzelnen Scheiben sichtbar werden, sorgt ein spezieller Algorithmus für
eine Kantenglättung im 3D-Bereich.
Licht ist eine elektromagnetische Strahlung im Wellenlängenbereich von ca. 380
bis 780 nm, die im Auge zu visuellen Reizen führt. Strahler, die wenigstens
teilweise in dem genannten Spektralbereich Energie aussenden, werden daher als
Lichtquellen bezeichnet. Licht setzt sich aus unterschiedlichen Farben zusammen,
die wiederum bestimmten Wellenlängen zuzuordnen sind. Dabei ist das Auge
nicht für alle Farben gleich empfindlich. Die größte Empfindlichkeit liegt für
Tagsehen im gelb/grünen Farbbereich bei ca. 550 nm Wellenlänge.
Lichtstrom und Lichtstärke bezeichnen die Strahlung, die von einer Lichtquelle ausgeht,
einmal allgemein in alle Richtungen (Lichtstrom), zum anderen in einen bestimmten
Raumbereich (Lichtstärke). Häufig interessiert man sich außerdem für die Helligkeit, die
dann eine bestimmte Fläche erhellt, hierfür verwendet man die Größe
Beleuchtungsstärke. Für radialsymmetrisch strahlende Körper gilt bei senkrechtem
Auffallen der Strahlung E = I / r², wenn r die Entfernung zwischen strahlendem und
empfangendem Körper wiedergibt. Durch Veränderung der Entfernung kann also recht
einfach die Beleuchtungsstärke variiert werden. Die Lichtstärke (Candela) ist die von
einer Lichtquelle in einem bestimmten Raumwinkel abgegebene sichtbare Strahlung. Sie
gehört zu den SI-Basiseinheiten. Der Raumwinkel (Steradiant) ist das Maß für die Größe
des kegel- oder pyramidenförmigen Raumes, den die Lichtstrahlen einschließen. Er
berechnet sich aus dem Verhältnis der senkrecht durchstrahlten Fläche zum Quadrat des
Abstands zwischen dieser Fläche und dem Ausgangspunkt der Strahlung; = A/r2. Die
Leuchtdichte (Candela/Quadratmeter) ist die Energie, die als sichtbares Licht ins Auge
dringt. Sie resultiert aus der Reflexion einer beleuchteten Fläche oder aus der Lichtstärke
eines selbstleuchtenden Körpers. Eine kleine Fläche, die eine bestimmte Lichtstärke
erzeugt, muss also notwendigerweise heller sein (eine höhere Leuchtdichte besitzen), als
eine größere Fläche gleicher Lichtstärke.
Die Beleuchtungsstärke (Lux = Lumen/Quadratmeter) entspricht dem Verhältnis des auf
einer bestimmten Fläche (oft die Arbeitsfläche) auftreffenden Lichtstroms zu der Größe
dieser Fläche. Fällt ein Lichtstrom von 1 Lumen auf 1 m2 Fläche, so entspricht das einer
Beleuchtungsstärke von 1 Lux (lx). Der Reflexionsgrad ist das Verhältnis vom
reflektierten zum auffallenden Lichtstrom. Er gibt die Eigenschaften von Oberflächen
wieder, auftretende Lichtstrahlen zu reflektieren.
Die Beleuchtungsstärke ist eine empfängerseitige Größe. Sie ist unabhängig vom
Reflexionsgrad der beleuchteten Fläche.
Die nach der Flächenbeleuchtungsformel errechnete Beleuchtungsstärke ist als
Mittelwert aufzufassen, da im Allgemeinen der Lichtstrom nicht gleichmäßig über die
Fläche verteilt ist. E kann für große Verhältnisse von r² zu A auch aus der Lichtstärke I
und dem Abstand r zwischen Lichtquelle und beleuchtetem Punkt berechnet werden.
Wenn das Verhältnis von Abstand zur Lichtquelle zur Ausdehnung der Lichtquelle größer
5 ist, gilt E=I/ r².
Oftmals steht die beleuchtete Fläche nicht senkrecht unter der Lichtquelle. In diesem Fall
ist die resultierende Leuchtstärke E abhängig vom Winkel der betrachteten Fläche zur
Lichtquelle und der Anbringungshöhe r.
Der Lichtstrom einer Lichtquelle wird im Allgemeinen nicht gleichmäßig in alle
Raumrichtungen abgestrahlt. Die von einer Lichtquelle in eine bestimmte Raumrichtung ε
abgegebene sichtbare Strahlung Φ bezogen auf den dabei durchfluteten Raumwinkel Ω
wird Lichtstärke I genannt. Die Einheit ist Candela [cd=lm/sr].
Die Energie, die als sichtbares Licht in das Auge dringt, wird durch die Leuchtdichte L
beschrieben und in der Einheit [cd/m2] gemessen. Die Leuchtdichte stellt die objektive
physikalische Größe dar, die ein subjektiven Helligkeitsempfindens hervorruft. Sie
resultiert aus der Reflexion einer beleuchteten Fläche oder aus der Lichtstärke eines
selbstleuchtenden Körpers und ist definiert als Lichtstärke I
bezogen auf den senkrecht zur Betrachtungsrichtung projizierten Teil A der betrachteten
Fläche A0.
Mit Ausnahme des sog. Lambertstrahlers ist die Leuchtdichte vom Betrachtungswinkel
abhängig. Der Lambertstrahler stellt den Idealfall konstanter Leuchtdichte über dem
Raumwinkel dar. Das Verhältnis aus richtungsabhängiger Lichtstärke und projizierter
Fläche (senkrecht zum Lichtstärkevektor) ist für alle Richtungen gleich.
Die Leuchtdichte der Raumoberfläche lässt sich für vollkommen gestreut reflektierende
Oberflächen (Näherung Lambertstrahler) mit Hilfe der Beleuchtungsstärke E, dem
Reflexionsgrad ρ, dem Abstand r zwischen Auge und beleuchteter Fläche und der
beleuchteten Fläche A berechnen.
Für die Darstellung von Objekten ist es wichtig zu wissen, bis zu welchem
Minimalabstand zwei Sehobjekte noch getrennt wahrgenommen werden können.
Dieses Auflösungsvermögen des Sehapparats wird als Sehschärfe (Visus) bezeichnet
und wird als Reziprokwert der individuellen angularen Sehschärfe ausgedrückt. Die
individuelle angulare Sehschärfe ist definiert durch den kleinsten Winkel (in
Bogenminuten), unter dem das Auge ein Detail (Objekt) gerade wahrnehmen kann.
Neben den physikalischen Eigenschaften des Auges wird die Sehschärfe durch
zentralnervöse Faktoren beeinflusst. So hat insbesondere die Formwahrnehmung
erheblichen Einfluss auf die Erkennungsleistung. Die Sehschärfe ist nicht nur vom
anatomischen Auflösungsraster der Netzhaut abhängig; sie lässt sich auch nicht
allein anhand des Durchmessers der Rezeptoren berechnen. Die wesentlichen
Einflussfaktoren der Sehschärfe sind das betrachtete Objekt, der Ort der
Abbildung auf der Netzhaut, die Gesichtsfeldleuchtdichte und der
Leuchtdichtequotient.
Zwei Sehobjekte unterschiedlicher Leuchtdichte können nur dann vom Auge als
getrennt wahrgenommen werden, wenn der Leuchtdichteunterschied einen
Mindestwert überschreitet. Das gleiche gilt für die Sichtbarkeit gegenüber dem
Umfeld. Der Leuchtdichteunterschied (Kontrast) zwischen Sehobjekt und Umfeld
wird mit dem Leuchtdichtequotienten beschrieben. Er errechnet sich als Verhältnis
der Infeld- zur Umfeldleuchtdichte. Die Sehschärfe steigt sowohl mit der
Umfeldleuchtdichte als auch mit dem Leuchtdichteunterschied zwischen Infeld
und Umfeld. Es wird aber auch
deutlich, dass schon bei geringer Umfeldleuchtdichte sehr kleine
Leuchtdichteunterschiede zum Anwachsen der Sehschärfe ausreichen.
Die Anpassung des Auges an die Leuchtdichten im Gesichtsfeld geschieht durch
photochemische und physiologische Anpassung der Netzhaut sowie eine Änderung der
Pupillenöffnung. Diese Fähigkeit des Auges wird Adaptation genannt und beeinflusst in
starkem Maße sämtliche Sehfunktionen. Der zeitliche Verlauf der Adaptation hängt
wesentlich von den Leuchtdichten am Anfang und am Ende der Adaptation ab. Eine
Änderung von hell nach dunkel wird als Dunkeladaptation bezeichnet, im umgekehrten
Fall spricht man von Helladaptation.