CN101010708A - 呈现虚拟风景的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明的主题是一种显示三维虚拟场景的方法，其中让观众(1)看来有三维印象且连续的可视场景单元(5，5a，5b，5b’，5b”)在连续的、至少部分透明的平面上产生。本发明的范围还包括一种装置，它包含几个连续的、至少部分透明的显示或图像平面(4，4a，4b，4b’，4c，4c’，4d，4d’)以及用来在这些平面上产生可视形式场景单元的设备(7，7’，8)。

Description

呈现虚拟风景的方法和装置

本发明的主题是根据权利要求1的前序部分的一种方法，和根据权利要求5的前序部分的一种装置，用于为一名或多名观众显示三维虚拟场景。

为观众显示虚拟场景的现有技术的不同装置是已知的。一种这样的装置是由剧院中的舞台装饰品构成的场景，其中若干装饰性单元描绘风景的具体单元-例如树、房间、甚至云，通常以人工方式形成并且经常仅仅以暗指的方式形成，它们被物理地放置舞台上离观众不同的距离处。在这种情况下，观众通常产生一种相当概略的三维虚拟世界的精神图像，例如是表演所发生的空间的精神图像。

另一种相似的表现方法涉及动画片的过时技术，现在实际上使用其它的方法-例如数字技术来实现，这里场面的背景特别地使用摄影技术来把几个装饰性单元布置成“在彼此之上的”并且经常彼此相对移动。

其它类型显示虚拟场景的方法，例如一种不同于物理真实性的场景，已经提出了很多年了，它们的主要原理是不同的单元实际上物理存在这一事实。这样，仅仅由不同单元形成的总图像是一个虚拟的图像。这种物理实现方式的缺陷特别在于：修改单个单元是相当困难的。此外，这些物理单元通常需要支撑结构以维持它们的正确定位。

同样地，某些显示虚拟场景的现有技术的装置也是已知的，其中观众所看到的虚拟现实仅仅形成在观众的大脑中。这种类别被认为包括不同的立体画面，观众戴着特殊的护目镜用他的/她的双眼观看来自不同源的画面，并且这些画面然后在观众的大脑中被合成一个三维图像。现在，这样的虚拟显示也能使用数字技术来实现，但是为了给观众呈现三维感觉，需要特殊的投影设备以把不同的图像直接投影到观众眼睛上或者投影到能分别由双眼观看的装置。

本发明目的一方面是一种允许安置物理产生的单元的手段，并且另一方面是由观众握持的观看装置。因此，本发明的目的是用完全虚拟的单元来代替上述的单元，给观众提供三维图像而不需要任何专用的观看装置。

为了达到这些目的，根据本发明研究出一种方法及其相应的装置，其特点在附加的权利要求中描述。因此，根据本发明的方法的特征在于，连续的可视的场景单元形成在连续的、至少部分透明的平面上和/或这些平面之间的空间中以使这些连续的图像让观众看起是虚拟场景的三维表现。

相似地，根据本发明的装置的特征在于，该组成包含几个连续排列的并且至少部分透明的显示或图像平面，以致于使该系统包括用来在这些平面上和/或它们之间产生可视形式场景单元的装置。

下面参考附图以举例的方式对本发明的一些更好的实施例做详细的说明，这里：

图1是包含离观众一定距离的、在其上形成有可视草图的图像平面的一个总体装置的透视图，

图2示出了另一个略微不同的空间装置的一部分，和

图3是一个空间装置的透视图，其中根据本发明的图像平面被编辑成基本上连续的墙壁/天花板结构的单元中。

图1示出如何用可视觉察觉的图像平面3阵列形成观众1观看的三维空间结构2。图像阵列3包括物理上相互分离的平面4a、4b、4c、4b’、4c’，形成视觉组成的图像在所述平面上能被投影给观众1观看。根据本发明，分离的可视草图5、5a、5b以一种它们处于与观众1之间不同距离的方式被投影到图像平面4a、4b、4c、4b’、4c’上，以使观众1由此把图像平面阵列3自然地看成三维。因为场景不以观众所看见的形式真实存在，所以观众眼睛所见的并且是由他的/她的大脑形成的三维视图呈现虚拟场景。除这个虚拟场景之外，空间2可以让虚拟细节以相似的方式(没有单独画出)产生出。此外，空间2自然可以包含物理存在的图像，例如在此图中所示的这件艺术品6。

在本上下文中，观众1特别是指在空间2中物理存在的一个人或多个人。相似的，应该注意到这里使用的术语“平面”被认为还包括除了可以在其上形成图像的印象的纯粹平坦表面以外的表面。因此，这个术语也包括曲面，独立的全息图或者它们的部分，具有至少一定几何厚度的投影对象，例如烟幕和其它可以在其上形成各个单独的可视草图5、5a、5b的这种三维空间2的单元。

图1以例子的形式示出：作为草图单元5、5a的虚拟场景包含在当观众1观看时互相相邻的平面4a、4b、4c上使用投影机7投影的树。相似的，通过例子示出：一个或多个投影平面-例如根据图1的装置中最靠近观众的平面4c具有这样的实现方式，以致于使草图单元5b当形成为图像之时在其上可见，例如在至少部分透明的LCD显示器上可见。在图1中，由粗框8示出LCD显示器技术上的差异，其代表了LCD显示器的显示控制所需要的同样已知的现有技术。相似的，图1示出还可以投影到这种图像平面4c’上，该图像平面4c’同样地能够示出可视草图5b’，所述可视草图5b’是由另一个投影机7’做出的投影或者是另一个示图5b”的等效物，该等效物在这里所述的这种情况下在位于以另一种方式示出的示图5b’之上的图像平面4c’上是可见的。

代替或者对投影机7、7’和/或电子显示器8的附加，当然可以使用任何其它的方法来在表面上引入草图作为虚拟图形或图像。在本上下文中，术语“表面”也指其它的至少部分透明的、适合形成可视草图的媒介，例如，镜子、烟雾、液晶屏和其它这样的设备，在上面可视草图单元图形能穿过外部影响7、7’、8以这样一种方式形成，使得它们从观众的角度来看在几个连续平面上是可视的，如前所述，所述连续平面称为一种既可以是平面又可以是其它形状的显示装置。除了在至少部分透明表面上形成这种草图之外，三维印象能在本发明的框架内通过放置物理存在物-即在离观众不同距离处的平面4a、4b、4c的空间10之间中的突出的确实的场景单元9来实现，如在图2中更详细的说明。

图2进一步示出了一种装置，其中至少一个平面单元4具有双壁结构4d。可以在位于这种结构的空间末端的壁4d’、4d”之间引入一种合适的媒介11，例如烟雾、适合地着色的液晶或者固体的网状结构，允许单元4的结构或者其产生的印象被完全地改变。这样一种单元允许在空间2产生例如人工夜间气氛，而其它的虚拟场景单元5……5b”保持与基调基本上相同或者针对基调适当地加以调整。在这种情况下，夜间气氛可以依靠一副有月亮，星光灿烂的天空或者投影到表面上的相似的画面(没有画出)来进一步增强，反之使用例如通过从用作天花板结构的空间10中吹烟雾来产生一种天空中有云的虚拟图像。

根据本发明的一个实施例的装置是这样的，其中观众所观察到的虚拟场景的性质通过对这些平面引入一种或多种外部影响而受到影响。除了上述提到的LCD显示器这种已知的现有技术，该外部影响的一个例子是用来控制显示和/或投影表面透明度的可变的磁场或电场。相似地，通过改变墙或者天花板单元的透明度就使外部阳光自动改变空间2中的环境这样的方式，使用例如紫外线照射，就能够影响该表面的性质。其它外部影响的例子有例如温度或者甚至物理张力的变化，这种物理张力采用某些类型的玻璃结构改变光的折射率并且这样还改变投影到它们上的虚拟场景的外观。

除上述的投影机7、7’之外或者代替上述的投影机7、7’，把虚拟场景单元5...5b”转换为可视形式的设备也可以包括物理形成在投影表面的图形，所述图形的可见性可以被单独激活或者改变它的外观。在这种情况下，所述激活最好包括投影到投影表面，或者支撑这种表面的单元，光，电荷或为了产生期望的印象而被集中或修改的类似外部影响。产生或改变期望的印象也可以包括镜子的使用，最好用一种改变半透明镜子的性质的方式来使用，例如，以这样一种方式-即，使投影到镜子上或在镜子上可见的图像5……5b”处于以不同的方式显示的不同的情形中和/或处于在不同的位置。

根据本发明的图像平面4……4d最好是至少部分投影表面，合适的使得包含该表面的单元最好由自动清洗玻璃、镜子或者类似的由塑料和/或已知现有的至少部分透明的显示设备构成的基本上平面结构制成。于是，可以使用这种结构来形成例如在图3中所示的容纳一名或多名观众1的空间布置。然后，图3所示的空间单元合适的是一个基本封闭的空间，其中观众1可以进入其中，例如使用电梯装置12来进入，以这种方式使他/她最好位于在所有的方向延伸的封闭空间单元的中央，并且给予观众1完全三维的印象。

然后，这样一种空间单元或空间2可以容纳大家知道的现有技术活动，例如被不同的虚拟场景环绕的自助餐厅、游泳池等等。这些虚拟场景从对图像平面编辑而形成，为了清楚起见图3中仅仅示出了其中之一。符号A……D标明空间2的地板上的不同部分，其中壁一天花板结构可以例如表现采用虚拟场景及其补充结构形式的不同季节和现象。

这样，A部分(图3中没有示出它的壁)可以描绘一副夏天的场景，其中甚至可以包括其中有动物和植物的动物园单元。在B部分，可以描绘同样的或不同的场景在秋天时的情况。相同地，在C部分，通过投影到表面4a……4c的冬季条件人工地维持、支撑一副有冻树、雪堆等的冬天场景或者描绘其它方面，其中一些可以有真实的冻结单元，而D部分表现有关春天的环境。

二者择一地，或者作为补充，不同的部分可以类似地描绘不同的地理区域。除了一年的四季之外，图3中的空间2还能描绘一天的不同时间，以使绕着该空间移动的合适的照明单元13可以既像“太阳”又像“月亮”那样运动，此处可见的天体的性质可以改变，不仅仅相对于它的亮度，还可以根据将要显示的一天中的时刻或一年中的月份通过改变投影平面4a……4d中一个的透明度使之从不透明到透明来改变。

尽管附图主要例举了观众的视野被划分成几部分这样的实施例，但是显然本发明的范围也包括这样的装置，其中视野以其它方式划分或者视野没有被可视划分而形成一个连续区域。其它的实施例也被包括在根据本发明的附加权利要求的框架中的装置的范围内。应该注意到以上所用的“场景”这个概念不仅仅包括地理风景还包括其它可被广泛感觉的这种可见物实体，其中对于为观众产生的印象而言，三维视图的样子是非常重要的。相似地，根据本发明的概括的装置也允许在一个或多个平面或表面上显示不同于场景的主体，例如描绘动物的细节、关于主题正被显示的实际信息或者甚至商业广告。

Claims (10)

1、一种为一名或多名观众(1)显示三维虚拟场景的方法，其特征在于连续的可视的场景单元(5，5a，5b，5b’，5b”)在连续的、至少部分透明的平面(4，4a，4b，4b’，4c，4c’，4d，4d’)上和/或这些平面之间的空间(10)中产生，采用使这些连续的图像让观众(1)看起是虚拟场景的三维印象的方式产生。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于连续的场景单元(5，5a，5b，5b’，5b”)被通过在一个或多个平面(4，4a，4b，4b’，4c，4c’，4d，4d’)上反射或投影场景单元图像而形成。

3、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于连续的场景单元(5，5a，5b，5b’，5b”)通过把物理形式的场景单元(9，11)放到位于离观众(1)不同距离处的平面(4，4a，4b，4b’，4c，4c’，4d，4d’)之间的空间(10)而形成。

4、如权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于可视虚拟场景的性质通过使平面(4，4a，4b，4b’，4c，4c’，4d，4d’)受到外部影响而受到影响，所述外部影响例如最好是可变电场(8)、辐射、温度变化和/或引起要改变的主体平面的至少一个特性或参数发生改变的物理张力。

5、一种显示三维虚拟场景的装置，其特征在于该装置包括几个连续的、至少部分透明的显示或图像平面(4，4a，4b，4b’，4c，4c’，4d，4d’)，以及用于在这些平面(4，4a，4b，4b’，4c，4c’，4d，4d’)上和/或在它们之间以可视形式产生可视觉察觉的场景单元(5，5a，5b，5b’，5b”)的设备(7，7’，8)。

6、如权利要求5所述的装置，其特征在于以可视形式产生场景单元的设备包括投影机(7，7’)或者包括允许场景单元(5，5a，5b，5b’，5b”)的画面或图像能够被投影到部分透明平面(4，4a，4b，4b’，4c，4c’，4d，4d’)的适当点上-最好是投影表面上的设备。

7、如权利要求5或6所述的装置，其特征在于以可视形式产生场景单元的设备包括物理形成在一个或多个显示和/或投影表面(4，4a，4b，4b’，4c，4c’，4d，4d’)上的图形(8)，所述表面的可见性可以通过集中或改变光、电荷或扩展到对这种表面(4，4a，4b，4b’，4c，4c’，4d，4d’)的支撑单元相似的外部影响，或者同样可以通过改变物理特性-例如张力，或者包含投影和/或显示表面的单元的显示控制信号，来加以激活或者改变它的外观。

8、如权利要求5至7之一所述的装置，其特征在于至少一个显示和投影设备(4c)是一个至少部分透明的电控制的显示装置(8)，最好是液晶显示器。

9、如权利要求5至8之一所述的装置，其特征在于图形表面是合适的投影表面，以致于使包含这种表面(4，4a，4b，4b’，4c，4c’，4d，4d’)的单元最好是自动清洗玻璃、镜子或者类似的由塑料和/或包含液晶显示器(8)的显示结构构成的基本上平面的结构。

10、如权利要求5至9之一所述的装置，其特征在于空间单元一直用包括图像平面的一个或多个单元形成，最好以一种使一名或多名观众(1)能被容纳在该单元之中的方式形成。

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