Wie können wir räumlich sehen?

Der Mensch nimmt seine Umwelt zu einem großen Teil mit den Augen wahr. Er kann abschätzen, wie weit entfernt Dinge liegen, welche Position sie zueinander haben und vieles mehr. Das menschliche Gehirn verlässt sich dabei auf Eigenschaften der Perspektive und eigene Erfahrungen.

Räumliche Wahrnehmung entsteht durch die Interpretation von Bildinformationen, die mit den Augen aufgenommen und im Gehirn verarbeitet werden. Die Mechanismen, mit denen unser Gehirn den Seheindruck aus den Bildern auf der Netzhaut gewinnt, beruhen auf dem monokularen (einäugigen) und dem binokularen (zweiäugigen) Sehen. Das monokulare Sehen sorgt dafür, dass wir bereits beim Betrachten einer zweidimensionalen Abbildung – wie etwa einer Fotografie oder beim Blick mit nur einem Auge – eine Wahrnehmung von Tiefe haben. Unser Gehirn nutzt dabei unter anderem Erfahrungen des Sehens sowie perspektivische und optische Effekte.

Lineare Perspektive

Monokulares Sehen: Größe und Position

Wer schon mal ein Landschaftsbild gemalt hat, könnte bewusst oder unbewusst die sogenannte lineare Perspektive verwendet haben. Linien, die in der Realität parallel sind, scheinen am Horizont zusammenzulaufen. Betrachten wir das Bild einer Straße, deren Ränder sich immer mehr verengen, interpretiert das Gehirn dies automatisch als einen in die Ferne führenden Weg.

Ein weiterer monokularer Effekt ist, dass Objekte, die nah am Horizont liegen, von unserem Gehirn als weiter weg interpretiert werden, als solche, die deutlich darunter oder darüber liegen. Daher wirkt der Mond, wenn er knapp über dem Horizont steht oft größer, als wenn er höher am Himmel zu sehen ist. Denn unser Gehirn schätzt ihn im ersten Fall als besonders weit entfernt ein und vermittelt uns den Eindruck, dass der Mond in Wirklichkeit größer sein muss als ein gleich großes Objekt an einer anderen Stelle.

Mond am Horizont

Bei vielen bekannten Objekten wissen wir bereits, welche von ihnen etwa in der gleichen Größenordnung liegen, zum Beispiel Bäume, Häuser und Straßenlaternen. Da die relative Größe auf einem zweidimensionalen Abbild im Verhältnis zur Entfernung zwischen Beobachter und Objekt steht, vergleicht das menschliche Gehirn die Objekte im Sehfeld miteinander und greift dabei auf bisherige Erfahrungen zurück. Danach müssen sich ähnlich große Objekte, die auch im aktuellen Abbild gleich groß sind, in etwa derselben Entfernung befinden.

Unsere Erfahrung hilft uns außerdem dabei, Gegenstände, die im Hintergrund nur teilweise zu sehen sind, tatsächlich als verdeckt wahrzunehmen und nicht etwa als abgeschnitten oder durchtrennt. Dieser Mechanismus wird zum Beispiel im Theater mit versetzt stehenden Kulissen genutzt, um den Eindruck von Tiefe zu verstärken.

Licht und Schatten

Der Lichteinfall ist ein weiterer Faktor, der die räumliche Wahrnehmung beim monokularen Sehen bestimmt. Räumliche Körper haben eine bestimmte Helligkeitsverteilung auf ihrer Oberfläche, Erhöhungen und Vertiefungen werfen zusätzlich Schatten. Um Innen- und Außenwölbungen ohne Widerspruch zu unterscheiden, muss das Gehirn die Position der Lichtquelle kennen. Der Mensch nimmt dabei vorzugsweise Licht von oben an, da die Sonne unsere natürliche Lichtquelle ist. Entsprechende Schattierungen auf einer Zeichnung lassen die dargestellten Gegenstände somit plastischer erscheinen.

Bei der Abschätzung der Entfernung orientieren wir uns ebenfalls am Licht. Da Staubartikel in der Luft das Licht trüben, erscheinen weit entfernte Objekte unschärfer und bläulich eingefärbt. Dieser Effekt ist auf Fotografien ebenso erkennbar wie in der dreidimensionalen Wirklichkeit.

Blick auf die Flasche

Binokulares Sehen

Beim binokularen Sehen wird der Seheindruck aus den leicht unterschiedlichen Bildern zusammengesetzt, die unsere Augen liefern. Einer der stärksten Effekte beim binokularen Sehen ist die Parallaxe. Sie beruht darauf, dass die Augen ein nahes Objekt aus deutlich anderen Perspektiven abbilden. Daher scheint unser Daumen zu „springen“, wenn wir ihn nah vors Gesicht halten und abwechselnd mit dem einem und dem anderen Auge betrachten. Ein weit entferntes Objekt dagegen hat von den beiden Positionen der Augen aus gesehen etwa die gleiche Position.

Zum binokularen Sehen gehört weiterhin die sogenannte Konvergenz. Beim Betrachten eines Objekts liegt der Brennpunkt der beiden Augen am selben Punkt, die zwei Blicklinien bilden einen Winkel. Dieser Winkel ist bei nahen Objekten größer als bei weit entfernten. Damit das Bild auf der Netzhaut immer scharf bleibt, müssen sich die Augenlinsen in der Regel stärker krümmen, je näher das Objekt liegt. Das geschieht über spezielle Muskeln an den Linsen, das Gehirn registriert deren Kontraktion und kann so Informationen über die Tiefe des Abbilds gewinnen.

Dreidimensionale Bilder im Film

Die Kombination aller Mechanismen des monokularen und binokularen Sehens erzeugt einen räumlichen, dreidimensionalen Seheindruck. Nur mit dem monokularen Sehen, zum Beispiel beim Betrachten eines Fotos oder eines klassischen Films, sind vollständig räumliche Eindrücke jedoch nicht möglich. Um in einem 3D-Film einen vergleichbaren Seheindruck zu schaffen wie in der Wirklichkeit, müssen deshalb zwei unterschiedliche Abbilder vom rechten und linken Auge wahrgenommen werden. Entsprechend benötigt man für die Wiedergabe Bilder, die mit zwei Optiken an unterschiedlichen Standpunkten aufgezeichnet wurden.