Caleidoscópio
19/04/2018

Você já se perguntou por que nós, humanos, bem como a maioria dos animais (pelo menos os vertebrados), temos dois olhos? Um não basta? E se eu te disser que a resposta não só é incrivelmente simples como também se relaciona à astronomia e aos filmes 3D?

Ter dois olhos pode parecer desnecessário, à primeira vista (sem trocadilhos!). Por exemplo: olhar para as coisas com um dos seus olhos coberto não afeta certas propriedades dos objetos que você enxerga, como as suas cores. “Ótimo”, você pensa, “um é o bastante” - mas um experimento bem simples pode mostrar que isso não é bem verdade.

Tome uma folha de papel em branco e desenhe um pequeno ponto nela. Então, levante-a à altura dos seus olhos e, mantendo um deles fechado, tente tocar o ponto com o seu indicador vindo verticalmente, de cima (como se fosse uma garra daqueles brinquedos de parque de diversão, onde te desafiam a “pescar” algum bicho de pelúcia). Você logo perceberá que a tarefa não é tão trivial quanto parece. O que tal experimento mostra é que você precisa de dois olhos se você quer ter uma percepção nítida da profundidade. Olhar para o mundo com um único olho o faria parecer plano, mais ou menos como um filme comum, 2D (em que você tem uma sensação de profundidade limitada, baseada apenas na perspectiva e nos padrões de luz e sombra). Mas, afinal, por que razão um segundo olho faz tanta diferença

Figura 1: visão monocular (um olho). Você só sabe que a fonte luminosa está na reta s, o que não é o bastante para distinguir entre A, B e C.

A explicação tem a ver com Biologia, Física e, principalmente, Geometria. De fato, quando um fóton (uma partícula de luz) atinge a sua retina, a única informação que ele carrega sobre a localização de sua origem é a direção: a forma como ele colide com suas células sensitivas é suficiente para o seu cérebro saber se ele veio de frente ou num ângulo de 45 graus ou qualquer outra coisa (o que só funciona porque o cérebro “sabe” que a luz viaja em linha reta). Noutras palavras, seu cérebro pode garantir que o ponto que você vê está em uma reta bem específica, e um olho é o suficiente para isso. O problema é: assim como o ponto que você realmente observa, muitos outros (infinitos, aliás!) estão exatamente na mesma reta, o que faz ser impossível distinguir entre eles apenas com a noção da direção. Melhor explicando: feixes de luz vindo de qualquer desses pontos atingiriam a sua retina exatamente da mesma forma, então como você pode afirmar qual deles é a verdadeira fonte da luz que você recebe?

Figura 2: visão binocular (dois olhos). Você sabe que a fonte está tanto na reta s quanto na reta t, então ela deve estar em A, e não em qualquer outro ponto.

E é aí que entra o papel do segundo olho. Através do mesmo mecanismo, seu cérebro agora pode garantir que a fonte de luz (o ponto que você observa) está, também, numa outra linha reta. E, como nos diz a Geometria Euclidiana, o lugar onde duas retas se encontram é um ponto específico(*). Tcharam! O ponto está determinado e agora você tem certeza da sua posição no espaço tridimensional, o que inclui a distância até você - daí a noção de profundidade passa a fazer sentido. Isso é tecnicamente chamado visão estereoscópica ou, em palavras simples: visão 3D.

(*) Se duas linhas retas se cruzam, elas se cruzam num único ponto. Essa ideia intuitiva é uma das "verdades absolutas" dentro da chamada Geometria Euclidiana, formalizada pelo matemático grego Euclides. Veja os exemplos abaixo: as retas a e b se cruzam no ponto P; as retas c e d são paralelas e não se cruzam. Há ainda uma outra forma de as retas não se cruzarem, que é quando elas não estão no mesmo plano. Pense em duas arestas ("lados") de um cubo, que não pertençam à mesma face.

Essa é uma visão simplificada do fenômeno, a qual funciona bem nas escalas de distância do dia-a-dia. Mas agora imagine que o ponto A está localizado a 150.000.000 quilômetros de distância. Neste caso, a separação entre seus olhos (que não ultrapassa 10 cm) se torna imensuravelmente pequena. Para uma fonte luminosa tão distante, seus olhos funcionam como se fossem apenas um, já que estão muito próximos um do outro. Pense em termos da Fig. 2: se as retas s e t se cruzassem num ponto muito afastado, você teria a impressão de elas serem paralelas, e ficaria difícil estimar com precisão o local dessa interseção. Assim, voltamos ao problema da visão monocular: você não consegue saber a distância do ponto P.

Isso é tipicamente o que ocorre quando olhamos para o céu: as coisas estão muito distantes, e a noção de profundidade acaba se perdendo. Você já olhou para duas estrelas à noite e se perguntou qual das duas está mais próxima de nós? Difícil, não? Impossível, na verdade, pelo menos a olho nu - e agora você sabe o porquê. Mesmo com um telescópio, foi só em 1838 que os astrônomos conseguiram usar geometria para estimar a distância absoluta de certas estrelas. Além disso, os dois pontos de vista separados não eram dois olhos, mas sim dois pontos na órbita da Terra - o afélio e o periélio, distando 300 milhões de quilômetros um do outro.

Se não se pode “sentir” a profundidade com um único olho, você pode imaginar que o mesmo se aplica a uma única lente ou, mais precisamente, uma única câmera. Uma câmera funciona basicamente como o olho humano. É por isso que um filme gravado com uma câmera comum parece, de certa forma, plano - como dissemos antes, você pode ter uma noção da profundidade, baseada nas sombras e perspectiva, mas isso é notoriamente diferente do que você vê na vida real. Então, se você quer fazer que um filme pareça tão realista quanto o mundo que nos cerca - ao menos no que se refere à visão estereoscópica -, você precisa, primeiramente, gravá-lo com duas lentes separadas. Sim, é isso que os diretores dos filmes 3D usam! (Há ainda o problema de fazer você ver duas imagens separadamente, o que traz à tona aqueles óculos especiais, com muita Física envolvida, mas isso é assunto para outro texto…)

Figura 3: câmera utilizada em fotografia ou filmagem 3-D. Créditos: Bilby

Agora, uma breve retomada. Partimos do questionamento: ter dois olhos é, realmente, importante? Um simples experimento mostrou que, com um único olho, é difícil ter uma noção de profundidade, pelo menos em uma situação específica. Investigando a forma como o nosso olho recebe a luz dos objetos e interpreta essa informação, concluímos que, de fato, ter dois pontos de vista é algo fundamental para saber as distâncias que nos separam dos objetos. Vimos, depois, que essa mesma ideia geométrica se aplica no cinema e até em problemas de astronomia.

Fantástico, não? É disso que a Ciência trata: reunir diferentes fenômenos, que podem parecer totalmente desconectados, e explicá-los através dos mesmos princípios básicos. É isso que a torna tão bela - pelo menos na minha opinião. Então, mantenha seus (dois) olhos abertos e não pare de aprender!

Agradeço ao prof. Dr. Luiz Vitor de Souza, do IFSC/USP, pela revisão final ao texto.



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