DE1497686A1

DE1497686A1 - Method and arrangement for generating a visual impression of the vehicle environment for use in vehicle simulators and the like.

Info

Publication number: DE1497686A1
Application number: DE19661497686
Authority: DE
Inventors: Roessger Dr-Ing Edgar; Wernicke Dipl-Ing Joachim; Bernotat Dr-Ing Rainer
Original assignee: VERKEHRSFORSCHUNG MBH GES
Current assignee: VERKEHRSFORSCHUNG MBH GES
Priority date: 1966-02-23
Filing date: 1966-02-23
Publication date: 1970-11-12

Description

Verfahren und Anordnung zur Erzeugung eines Sichteindrucks der Fahrzeugumwelt zur Verwen- dung in Fahrzeugsimulatoren und dergleichen FUr Forschungs-, Entwicklungs- und Schulungszwecke ist eine Vielzahl von Fahrzeugsimulatoren im Einsatz. Diese Simulatoren bilden das Fahrzeug in seinem Aufbau, seinem Bewegungsverhalten, seinen Anzeigen und Bedienelementen mehr oder weniger vollständig nach. Beispiele sind Simulatoren für Kraftfahrzeuge,- Schiffsbrücken, Führerstand von Schienenfahrzeugen, Flugzeuge und Raumfahrzeuge. Method and arrangement for generating a visual impression of the vehicle environment for use in vehicle simulators and the like . A large number of vehicle simulators are used for research, development and training purposes. These simulators more or less completely simulate the vehicle in terms of its structure, its movement behavior, its displays and operating elements. Examples are simulators for motor vehicles, ship bridges, driver's cabs for rail vehicles, aircraft and space vehicles.

Ein wichtiger Teil davon ist die Simulation des optischen Eindrucks der Umwelt außerhalb des Fahrzeuges, wie ihn der Mensch im tatsächlichen Fahrzeug erlebt. Hierzu werden bisher folgende Verfahren angewandt: 1. Projektion eines im Echtbetrieb aufgenommenen Films. Der Nachteil bei diesem Verfahren besteht darin, daß die Umwelt aus einem sich bewegenden Echtfahrzeug aufgenommen wurde und die Simulation damit gezwungen ist, demselben Programm zu folgen. Die Anwendung ist damit stark eingeschränkt.An important part of this is the simulation of the visual impression the environment outside the vehicle, as seen by people in the actual vehicle experienced. So far, the following methods have been used for this purpose: 1. Projection of an im Real operation recorded film. The disadvantage of this method is that that the environment was recorded from a moving real vehicle and the Simulation is thus forced to follow the same program. The application is thus severely restricted.

2. Projektion eines der Natür nachgebildeten 3-dimensionalen Modells auf einen Bildschirm vor dem Fahrzeugsimulator. Die Relativbewegung zwischen Modell und 'Projektionseinrichtung wird über Signale vom Fahrzeugsimulator angesteuert und kann somit den echten Verhältnissen im Rahmen des Modell-Kamera-Bewegungsbereiches folgen. +) Das geschilderte Verfahren hat den grundsätzlichen Nachteil, daß für einen großen translatorischen Bewegungsbereich des simulierten Fahrzeuges das abgetastete Modell einen entsprechend großen räumlichen Umfang haben muß. Das Verfahren wird damit aufwendig. Eine Verlagerung zu anderen Orten wird wegen des Geräteumfangs sehr schwer. Ein schneller Wechsel des Modells, wie er z.B. für Anflugübungen auf verschiedenen Verkehrsflughafen wünschenswert ist, wird sehr aufwendig und ist daher in der Praxis bis heute nicht eingeführt.2. Projection of a 3-dimensional model reproduced from nature on a screen in front of the vehicle simulator. The relative movement between models and 'Projection device is controlled by signals from the vehicle simulator and can thus reflect the real conditions within the scope of the model camera movement range follow. +) The method described has the fundamental disadvantage that for a large translational range of motion of the simulated vehicle the scanned Model must have a correspondingly large spatial scope. The procedure will so expensive. Relocation to other locations is due to the size of the equipment very difficult. A quick change of the model, e.g. for approach exercises different airport is desirable, is very expensive and is therefore not yet introduced in practice.

+Beispiele sind die Sichtflugsimulationsanlagen der Firma Redifon (England), General Precision, Link Division (USA) und Ryan (USA) Die Erfindung schlägt den angeführten Verfahren gegenuber eine wesentliche Verbesserung vor. Sie verwendet nach Figur 1 als Vorlage ein Aufsichtbild (1) der Umwelt. Das Bild (1) oder die Projektion (2) des Bildes wird erfindungsgemäß an einer gekr(immten, spiegelnden Fläche (3) reflektiert und erfahrt dabei eine Änderung der Perspektive einmal dadurch, daß das Bild oder die Projektion des Bildes in Schrägsicht betrachtet wird und zum anderen dadurch, @daß eine geeignet gewählte Krümmung der spiegelnden Fläche eine scheinbare Ausdehnung der Vorlage bewirkt. Das dergestalt hinter der gekrummten und spiegelnden Fläche (3) entstehende virtuelle Bild wird durch eine Übertragungseinrichtung (4) auf den Bildschirm (5) geworfen, auf dem es durch den Menschen im Simulator betrachtet werden kann (6).+ Examples are the visual flight simulation systems from Redifon (England), General Precision, Link Division (USA) and Ryan (USA) the The invention proposes a substantial improvement over the cited method before. According to FIG. 1, it uses a top view image (1) of the environment as a template. That Image (1) or the projection (2) of the image is according to the invention on a curved, reflective surface (3) and experiences a change in perspective once in that the image or the projection of the image is viewed from an oblique perspective is and on the other hand by @ that a suitably chosen curvature of the reflective Area causes an apparent expansion of the original. That kind of thing behind the curved and reflective surface (3) resulting virtual image is through a Transmission device (4) thrown onto the screen (5) on which it is transmitted by the People can be viewed in the simulator (6).

Durch die scheinbare Ausdehnung der Bildvorlage entsteht ein Eindruck der Tiefe, wie er bei den bisher verwendeten Verfahren nur durch eine große tatsächliche Ausdehnung der Vorlage erreicht werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren enthält weiterhin die Möglichkeit, die für den Tiefeneindruck notwendige scheinbare Ausdehnung der Bildvorlage nicht nur durch eine spiegelnde Fläche (3 ), sondern auch durch geeignete Aufteilung der Krummungen auf die Vorlage (1), die Projektionsfläche (2), die spiegelnde Fläche (3) und den Bildschirm (5) zu erzeugen.The apparent expansion of the original image creates an impression the depth, as it is with the methods used so far, only through a great actual Expansion of the template can be achieved. The inventive method contains furthermore the possibility of the apparent expansion necessary for the impression of depth the original image not only through a reflective surface (3), but also through suitable distribution of the curvatures on the template (1), the projection surface (2), to generate the reflective surface (3) and the screen (5).

Die bei der Simulation von Fahrzeugbewegungen sich ändernden Anblicke der Umwelt werden durch Relativbewegungen der Eiemente (1), (2), (3), (4) und (5) in Figur 1 zueinander bewirkt, d.h. im einzelnen durch die damit bewirkten Maßstabsänderungen über die Änderung des Abbildungsmaßstabes von der Bildvorlage (1) auf die Projektion (2) und die Blickwinkeländerung durch eine Änderung des Aufnahmewinkels der Projektionseinrichtung (4) bezuglich der spiegelnden Fläche (3).The changing sights when simulating vehicle movements the environment are caused by relative movements of the elements (1), (2), (3), (4) and (5) in Figure 1 caused to each other, i.e. in detail by the resulting changes in scale on changing the image scale from the original image (1) to the projection (2) and the change in the viewing angle due to a change in the recording angle of the projection device (4) with respect to the reflective surface (3).

Die Figur 2 zeigt beispielhaft die Aufsichtbildvorlage 2a sowie das entsprechende perspektivische Bild 2b, wie es durch das erfindungsgemäße Verfahren mit geeigneten Anordnungen erzeugt wird.FIG. 2 shows, by way of example, the original plan view image 2a and the corresponding perspective image 2b, as it is generated by the method according to the invention with suitable arrangements.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausfuhrungsbeispiels (Mondlandesimulator) näher erläutert. Figur 3 zeigt das grobe Schema. Der Fahrzeugsimulator (10) steuert den Sichtflugsimulator (11) mit seinem Projektor (12) so, daß jederzeit das entsprechende Bild auf dem Sichtschirm (13) zu sehen ist. . Figur 4 zeigt das Ausführungsbeispiel einer Anordnung zur Sichtsimulation. Der Bildschirm ist in der Figur 4 weggelassen. Das von der Quelle (1) erzeugte Licht wird über die Kondensorlinse (2) auf die Bildvorlage (3) geworfen. Ein lichtstarker Ausschnitt der Vorlage (3) wird über die veränderliche Abbildungsoptik (4) (Vario-Optik) und den Spiegel (5) auf die Fläche (6) projiziert. Das Bild auf der Fläche (6) spiegelt sich in der Verzeichnungsoptik (7), einem Kugelspiegel. Ein Ausschnitt des gespiegelten Bildes wird Uber die Umlenkspiegel (8) von der Fernsehkamera (9) aufgenommen.The invention is explained below using an exemplary embodiment (lunar landing simulator) explained in more detail. Figure 3 shows the rough scheme. The vehicle simulator (10) controls the visual flight simulator (11) with its projector (12) so that at any time the appropriate image can be seen on the viewing screen (13). . Figure 4 shows the embodiment of a Arrangement for visual simulation. The screen is omitted in FIG. That Light generated by the source (1) is transmitted to the original image via the condenser lens (2) (3) thrown. A bright section of the template (3) is over the changeable Imaging optics (4) (vario optics) and the mirror (5) are projected onto the surface (6). The image on the surface (6) is reflected in the distortion optics (7), a spherical mirror. A section of the mirrored image is obtained from the television camera via the deflecting mirror (8) (9) added.

Die Vorwärts- und Seitwärtsbewegung des Fahrzeuges Uber Grund wird durch die Bewegung der Bildvorlage (3) in den zugeordneten X-Y-Richtungen nachgebildet. Die Vertikalbewegung des Fahrzeuges steuert die Vario-Optik (4) derart, daß das auf die Fläche (6) projizierte Bild den der Flughöhe zugeordneten Maßstab hat.The forward and sideways movement of the vehicle is above ground reproduced by the movement of the original image (3) in the assigned X-Y directions. The vertical movement of the vehicle controls the vario optics (4) in such a way that the The image projected onto the surface (6) has the scale assigned to the flight altitude.

Damit sind alle 3 translatorischen Freiheitsgrade in den Grenzen des Aufbaus und der Lichtstärke der durchleuchteten Vorlage frei. Die 3 rotatärischen Freiheitsgrade werden durch den Fahrzeugbewegungen zugeordnete Drehbewegungen der Spiegel (8) -bzw. der Fernsehkamera (9) erreicht. Die Anordnung erlaubt in sehr einfacher Weise eine zusätzliche Einprojektion des Sternhimmels. Die Gesamtlänge der Anordnung nach Figur 4 liegt bei ca. 1,50 Meter.This means that all 3 translational degrees of freedom are within the limits of the Structure and the light intensity of the transilluminated original freely. The 3 rotary Degrees of freedom are determined by the rotational movements assigned to the vehicle movements Mirror (8) or reached by the television camera (9). The arrangement allows in a lot simply an additional projection of the starry sky. The total length the arrangement according to Figure 4 is about 1.50 meters.

Wie aus der beschriebenen Anordnung ersichtlich, bieten Verfahren und Anordnung folgende Verbesserungen: 1. Geringer technischer Aufwand sowie relativ kleine Abmaße und damit eine leichte Transportierbarkeit im Vergleich zu den bisher bekannten Verfahren 2. Einfache und leichte Herstellung der Bildvorlagen (Photos, Zeichnungen) 3. Leichte Auswechselbarkeit der Bildvorlagen und damit die Möglichkeit, die Sichtsimulation in sehr kurzer Zeit auf andere Fahrzeugbewegungsräume zu verlegen.As can be seen from the arrangement described, methods offer and arrangement the following improvements: 1. Little technical effort and relative small dimensions and thus easy transportability compared to the previous ones known methods 2. Simple and easy production of the image templates (photos, Drawings) 3. Easy interchangeability of the picture templates and thus the possibility of to relocate the visual simulation to other vehicle movement areas in a very short time.

Claims

Claims 1. A method and arrangement for generating a visual impression of the vehicle environment for use in vehicle simulators, characterized in that a plan view of the environment is used as a picture before: days, which is presented to humans after suitable deformation in the projector on a screen, and in that the change in perspective corresponding to the vehicle movement takes place by changing the viewing angle of the original image or its projection.

2. The method and arrangement according to claim 1, characterized in that suitable by curved surfaces in the projection path to the screen (image template, projection surfaces, reflective surfaces, screen) the image is distorted in such a way that that an apparent expansion of the original image arises and the image created unites gets a stronger impression of depth.

3. Arrangement according to claim 2, characterized in that that the projection of the original image. but: a curved mirror from a television camera recorded and transferred to a screen.

4. Arrangement according to claim 2, characterized in that according to Figure 1, the projection of an original image (1) on a surface (2) but a spherical mirror (3) centric to the projection axis recorded by a television camera (4) and broadcast on a screen (5) on which it appears to humans (ö) as an environmental image.