CN106959731B - 沉浸式一体电脑显示器系统 - Google Patents

Abstract

一种沉浸式显示器外壳10，包括机壳12，所述机壳包含一个外墙、一个连接到外墙的内墙以及一个位于外墙与内墙之间的洞穴24，内墙设有在机壳12内定义了一个房间的一个或多个表面，机壳12包含至少一个桥接外墙和内墙以供人员出入房间的入口22，设在外墙的内部并用来将图像投射到内墙的房间侧的一个投影机系统，从而为坐在房间里的人员提供沉浸式观影体验，以及一个至少部分地位于洞穴24内的计算机系统36，所述计算机系统36与投影机系统连接从而控制投影图像。见图1。

Description

沉浸式一体电脑显示器系统

技术领域

本发明涉及一种沉浸式显示器外壳。

背景技术

在过去几十年里，显示屏技术得到了提高，其中包括LCDs(液晶显示器)取代了CRT(阴极射线管)，这使得电视机和电脑显示器的厚度显著变薄，“平面屏幕”也随即出现。为实现发光性能，平面屏幕通常含有稀土元素(镧系元素)。近来，电子显示屏的平均显示器尺寸得到大幅提升，现代电脑显示器的尺寸约为30英寸(76厘米)，现代化电视机的尺寸约为55英寸(140厘米)。

然而，随着越来越多的人有能力购买大尺寸电子显示屏，过时的电子显示屏废物也随之增加。由于这些废弃物难以回收，如果不另作它用，它们通常被运往垃圾填埋场。与此同时，由于矿产资源有限，镧系元素正变得越来越昂贵，越来越难以获取。这意味着在短期内对大多数消费者来说，大型的电子显示屏将过于昂贵。

大型电子显示屏的一个可供替代的选择是CAVE(洞穴状自动虚拟环境)——一种观看3D图像的沉浸式虚拟现实环境。典型的CAVE是一个在较大的房间内构造的房间大小的立方体，CAVE的墙外设有投影机，通过背面投影将图像投射到墙上。这可以缓解在CAVE墙附近移动人员的影子投射到墙上的问题。多人可同时共用一个CAVE。观看3D画面时，须佩戴定制的3D眼镜。

然而，由于以下原因，CAVE尚未被广泛接受。首先，为了恰当地装配投影机，CAVE外部需要较大的空间，而大多数消费者家里没有足够大的房间来容纳该设备。由于投影机、屏幕及电缆繁多，CAVE也较难组装(通常有绊倒隐患)，且设计中不含快速组装或拆除。换句话说，一般需要一个特意为使用CAVE设计的房间，而不是临时提供一个房间。此外，操作CAVE需要昂贵的定制软件，而图像从墙外投影则导致图像对比度和清晰度降低。

本发明的目的正是减少或实质上避免上述问题。

发明声明

本发明公开了一种沉浸式显示器外壳，包含一个机壳，所述机壳包含一个外墙、一个与外墙连接的内墙及位于外墙和内墙之间的洞穴，内墙具有一个或多个在机壳内界定了一个房间的表面，机壳包含至少一个桥接内墙及外墙、以供人员出入洞穴的入口，还包含一个设在外墙内部的投影机系统，用来将图像投射到内墙的洞穴侧，从而为位于房间内的人员提供一种沉浸式观影体验，以及包含一个至少部分位于洞穴内的计算机系统，所述计算机系统与投影机系统相连接并控制投影图像。

带来便利的是，该沉浸式显示器外壳设备齐全，不需要终端用户在使用前大幅度地构建或组装零部件；将计算机系统部分地纳入洞穴内亦促成了这点。例如，内墙的功能是作为一个从投影机系统显示图像的超级大屏幕，与常见的电视机及显示器(例如)相比，能最大程度地让用户沉浸在所显示的图像中，而无需大的LCD显示器。

投影机系统位于机壳内，因此本沉浸式显示器外壳尺寸受限于外墙的尺寸。因此沉浸式显示器外壳所需的面积是预先决定的，所需空间能根据预定的尺寸最小化。将图像投射到内墙的房间侧(即内墙朝内的表面)是有利的，因为与反投影相比，这样能增加图像的对比度和清晰度。

内墙在机壳的上部区域可包含一个支撑结构。所述投影机系统可由支撑结构支撑。因此投影机系统架在头顶上，大体上不会阻碍房间内人员观看内墙的视线。

支撑结构可以是一个架子。投影机系统可装配在架子上，并由此向外投射图像。

优选地，内墙包含一个大致垂直的屏幕，且投影机系统用来将图像从架子投射到屏幕上。

房间内至少设有一个附加屏幕，所述附加屏幕可设在大致垂直的屏幕与投影机系统之间。这样能让图像投射到不同的屏幕上，形成前景、背景以及可能出现的一个或多个中远距离的效果，从而加强沉浸式观影体验。

架子可包含一个远边。投影机系统可面向所述远边将图像投射到屏幕上。投影机系统可包含两个或更多投影机，其中至少一个投影机可面向所述远边安装。

投影机系统的一部分可面向架子。在这种情况下，架子可适于允许投影图像通过其中的大量通道，这样可让投影机系统将图像投射到机壳的地面。将图像投射到机壳内的地板或地面上(对于机壳没有地板的实施例)，能增强沉浸式观影体验。架子大体上不与投影图像互相影响，因此对投影图像的质量不造成影响。

架子可包含一个或多个与投影机系统对准的开口或光传送部位(例如玻璃或塑料窗)。

投影机系统可远离机壳一侧并指向机壳的另一侧。投影机系统可从机壳的内部区域指向机壳的外部区域。投影机系统可至少部分地安装在洞穴内。

这意味着投影机系统投射的图像源于靠近内墙的点。因此，与从房间里相对中心的位置投射图像的投影机系统相比，阻碍投影图像的影子投影之前，人员必须紧密地靠近内墙。投影机系统部分地位于洞穴内也减小了系统突进房间内的程度，将可供来回走动的空间最大化。

计算机系统可全部地安装在洞穴内。这样能为在房间内走动提供更大空间，也能让入口更宽阔。

机壳的下面可装配有支撑轮。优选地，支撑轮是万向的。进一步优选地，支撑轮设有可用于阻止轮子旋转的刹车。还进一步优选地，支撑轮大体安装在机壳的洞穴内，并最小程度地突出。

无需耗费时间拆卸及重新组装，支撑轮能让本沉浸式显示器外壳轻易从一个位置移动到另一位置。使用万向支撑轮可实现任何方向的自由移动，同时刹车可用来确保该沉浸式显示器外壳不自动地滚出位置。在没有地板的沉浸式显示器外壳实施例中，将支撑轮整合到机壳里意味着机壳仅由支撑轮从地面升起到最小程度。反过来这意味着在房间的完整墙面上显示的图像看起来与地面无缝地相接。

内墙的表面可包含至少一个金属表面。内墙的表面可包含至少一个曲面。

金属表面作为投影图像的屏幕尤其有效。就这一点而言，越光滑的表面越有效，因为投影机系统发射光的漫反射将越小。与平面屏幕相比，曲面能在房间内在人员的周围延伸，从而实现更好的沉浸式观影体验。

机壳可在房间内围绕观影区域大致延伸至少180o。优选地，机壳在房间内围绕观影区域大致延伸360o。进一步优选地，投影机系统在机壳内部可将图像投影到地面上。

对于位于房间内的人员，显示图像的区域填充了他们大部分的视线，从而实现更好的沉浸式观影体验。360o沉浸式显示器外壳的沉浸效果更好，其完全地填充了观影人员的视线并允许他们看见全景图的不同部分，例如通过调转。将图像投影到地面进一步增强了投影场景的沉浸效果(及现实感)。

电缆布线可将计算机系统与投影机系统连接在一起。优选地，电缆布线至少部分地位于机壳的洞穴内。

通过将电缆放置在洞穴内，沉浸式显示器外壳的地板上没有任何电缆布线。因此，人员不会被电缆布线绊倒。由于电缆没有妨碍内墙，内墙仍然是一个光滑连续的表面，将电缆布线整合在洞穴内也是有利的。

投影机系统可包含多个投影机。计算机系统可包含一个连接至投影机的图像融合处理器。处理器可使投影机将图像构件投射到内墙上。

使用多个投影机能构建一个较大的显示器(即较大的图像)，同时保持图像的高分辨率。其也能使投影机系统在不同方向显示不同的图像(即图像构件)。

这些单独的图像能通过图像融合处理器来正确地组合(或融合)，呈现一种整体的无缝图像或录像，从而增强沉浸式观影体验。

机壳可包含连接至计算机系统的一个摄像系统，用来追踪房间内的人员。优选地，计算机系统大致地根据摄像系统捕捉到的人员在房间内的位置调节投影图像。进一步优选地，计算机系统可通过摄像机系统捕捉到的特定动作由人员进行控制。

摄像机系统将信息反馈到计算机系统，从而连续地或定期地相对于房间内人员的位置和/或运动调节投影图像。这使表面视角根据(例如)人员站立或坐的情形以及根据他们在房间内的相对位置上发生变化。摄像机系统也能实现计算机系统的遥控，其中特定行动、运动或手势对应于特定的指令。例如，走出房间能触发计算机系统关闭或进入睡眠状态。

机壳可包含连接至计算机系统的一个扬声器系统。所述扬声器系统可适合于有选择地从一个或多个方向发出声音，其可对应于一个或多个显示在内墙上的投影图像的位置。

这通过产生环绕立体声来模仿真实的情形，其中声音根据不同的触发声音的人或事件产生于不同的位置。因此，通过时间和表面声音源与投影图像同步，该沉浸式显示器外壳能提供更真实及沉浸效果更好的观影体验。发出的声音也能“移动”或根据人员/物体的图像跨过屏幕来运动，从而提供更好的现实感，使其成为最高效的360o沉浸式显示器外壳。

内墙或外墙之一或两者可包含至少一个允许进入洞穴内的检修门。这便于维护和修理电缆布线及其他位于洞穴内的部件，如果需要，同时允许初始安装及升级。

内墙或外墙之一或两者都设有开口。例如，一些开口可作为排气阀让计算机系统散热。其他开口可允许周边设备连接至计算机系统(例如USB盘)、允许计算机系统的开关或按键的使用和/或允许其他设备指令的往返传输，例如平板电脑。

房间的入口可包含一个或多个门。可选择地，入口可包含一个或多个拱门。尤其是在360o沉浸式显示器外壳的情况下，为了增强沉浸式观影体验，门比拱门更适用。拱门允许快速出入房间，也允许房间外的人员看见该沉浸式显示器外壳。

外墙大致为不透明的。这能阻止环境光线干扰房间内显示的图像。换句话说，外墙大致地阻止了该沉浸式显示器外壳之外的光线进入房间，保持了内墙上投影图像的图像质量。

附图说明

为了更好地理解本发明并清楚地显示其如何实施，现通过举例的方式

对附图进行说明，其中：

图1A是沉浸式显示器外壳的第一种实施例的前透视图(标示了部分

内部组件)；

图1B是图1A所示沉浸式显示器外壳的前透视图，检修门在图中已标示出；

图1C是图1A所示沉浸式显示器外壳的壳套在封闭状态下的前透视图；

图2是沉浸式显示器外壳的第二种实施例的前透视图；

图3A是沉浸式显示器外壳的第三种实施例的前透视图；

图3B是图3A所示沉浸式显示器外壳的平面图；

图3C是图3A所示沉浸式显示器外壳的仰视图；

图3D是图3A所示沉浸式显示器外壳的横截面侧视图；

图3E是图3A所示沉浸式显示器外壳的前透视图，演示了如何使用检修门；

图4A是沉浸式显示器外壳第四种实施例的前透视图；

图4B是图4A所示沉浸式显示器外壳的平面图；

图4C是图4A所示沉浸式显示器外壳的仰视图；

图4D是图4A所示沉浸式显示器外壳的横截面侧视图；

图5A是沉浸式显示外壳的第五种实施例的透视图；

图5B是图5A所示沉浸式显示器外壳的一部分的透视图；

图5C是图5A所示沉浸式显示器外壳的另一部分的透视图；

图5D是图5A所示沉浸式显示器外壳的部分的横截面侧视图。

图5E是图5A所使用的沉浸式显示器外壳的透视图；

以及图6是沉浸式显示器外壳的第六种实施例的透视图。

首选实施例的详细说明

首先参考图1A到1C，沉浸式显示器外壳的第一种实施例通常用10标示。沉浸式显示器外壳10包含一个机壳12，所述机壳包含一个外墙、一个内墙以及位于外墙与内墙间的洞穴24。

所述外墙和内墙包含相互连接在一起的两个侧墙14和16、一个顶墙18以及一个后墙20。侧墙14和16与顶墙18在后墙20的对面形成了一个前拱门22，从而允许人员100进入沉浸式显示器外壳10。墙14、16、18、20与拱门22彼此相接的外缘和顶点是圆形的。在一些实施例中，为了方便运送，机壳12由单独的两块组装而成。同样地，机壳12可被分成几部分来组装。

内墙在机壳12内定义了一个房间。如图所示，人员100站在房间的边缘以供参考。外墙大致是不透明的，从而将进入房间的外部光线(环境光)最小化。

在房间里，后墙20包含一个金属屏幕20a。屏幕20a是光滑平坦的，从而均匀地反射入射光线。

机壳12内设有架子22a。架子22a伸进远离入口22的房间内。架子22a大致是水平的。架子22a设在前拱门22的后面、后墙20的对面。内墙包含检修门26，如箭头A、B所示，所述检修门能被打开并露出洞穴24。架子22a包含一个自由边22b。自由边22b是架子22a离拱门22最远的一部分，并在本实施例中离屏幕20a最近。

机壳12包含一个壳套28。壳套28从内墙和外墙延伸，穿过拱门22。壳套28包含一个中空部，该中空部是洞穴24的组成部分。壳套28包含一个允许进入壳套28内部的铰接盖30(如图1C所示)。壳套28还包含一个能向外打开的铰接前板32。机壳12进一步包含供储物用的一组抽屉34。抽屉34也从内墙和外墙延伸并穿过拱门22，位于壳套28的对面。壳套28和抽屉34中的一个或两者均可用作附件设备的架子。

壳套28包含一个计算机系统，通常标示在36。计算机系统36包含一个计算机38及一个图像融合处理器40。在可选实施例中，计算机系统36可包含其他的部件或周边设备，包括但不限制于：无限接收机、信号传送器和/或收发器、扬声器、调制解调器以及路由器。

计算机38设有分别与周边设备连接的不同套接口(例如USB盘)以及按钮42(例如用来打开和关闭电脑38的按钮)。开口44a、44b设在壳套28的相对侧，分别地面向并远离房间。为了方便使用，电脑38排成一行，从而使其套接口和按钮42都面向开口44a、44b中的任一个。因此开口44a、44b能与电脑38连接，而无需打开铰接盖30，同时也能作为通风孔来进行空气循环。在本实施例中，朝内的开口44a(图1C)比朝外的开口44b(图1B)大。

在靠近房间顶部位置的内墙上设有一个投影机系统。在本实施例中，投影机系统包含三个安装在前拱门22后的架子22a上的投影机46，从而使所述投影机大致地被遮蔽。三个投影机46在一条直线上以定距离间隔。投影机46中的其中一个设在架子22a的中间。其他两个投影机46以大致相同的距离设在中心投影机46的两边。每个投影机46朝向并大致与屏幕20a垂直，位于机壳12的一侧并正对机壳12的另一侧。每个投影机46对齐并正对架子的自由边22b，从而减少与屏幕20a的投影距离。这降低了人员在房间内走动时阻挡投影画面到达屏幕20a的可能性。

在一个可选实施例中，投影机系统可按一种不同的方式来布置，例如按2x2排列4个投影机。

洞穴24内设有数据电缆和电线48、50。这种方式将电缆隐藏，从而避免用户绊倒隐患。数据电缆和电线48、50将投影机46与计算机系统36连接在一起，分别传送数据和电力。数据电缆和电线48、50也将计算机系统36的各部分连接在一起。在一个可选实施例中，电缆可固定在机壳的内墙上，例如使用小线卡。

计算机38通过图像融合处理器40将图像分程传递到投影机46。图像融合处理器40处理来自计算机38的图像，并指导图像的不同部分(构件)进入不同的投影机46。因此，每个投影机46将图像投射到屏幕20a上。每个图像构件大致地与其相邻图像构件在屏幕20a上对齐从而形成合成图像。例如，图像可分成前景、中景和背景构件，图像融合处理器40在投影机之间将这些图像组合并相应地分配数据，从而在屏幕20a上形成连贯的图像。

四个轮子52连接在机壳12的底部(其中三个如图1A所示)。四个轮子52中的每一个都是万向的。四个轮子52中的两个安装在后墙20的另一端的底部。四个轮子52中的另外两个分别安装在壳套28和抽屉34的下面。四个轮子52设有一个稳定平台，沉浸式显示器外壳10能在所述平台上移动。

四个轮子52中的每一个都配有刹车，用来阻止沉浸式显示器外壳无意中从一个位置滚到(或被滚到)另外一个位置。

在使用中，用户可从前拱门22进入房间，然后启动计算机系统36和投影机46。投影机46用计算机系统36提供的图像照亮屏幕20a，例如播放拳击电脑游戏时的视频。屏幕20a大体上比平均的常规电视屏幕及显示器大，因此能为使用沉浸式显示器外壳10的人员提供沉浸式效果很强的观影体验，在本实施例中，设有现实尺寸的拳击对手和拳击场地。在一个房间的临时位置使用时，沉浸式显示器外壳10能通过解开四个轮子52上的刹车来移动，并把沉浸式显示器外壳10推/拉到另一个位置。然后重新合上刹车将沉浸式显示器外壳10固定。

在第一种实施例的某些变体中，设有第二屏幕。第二屏幕安装在一个卷轴上，使其能卷起来储存，使用灵活。第二屏幕安装在房间的顶部，与原始屏幕20a隔开并能拉下来供使用(打开屏幕)。第二屏幕由塑料或纤维织物制成，并大致为半透明的(或为大致透明的)，从而允许光线从原始屏幕20a反射。这种方式将观看的前景和后景区域分开，增强了表面现实感及图像的深度。换句话说，为观看者呈现了动态视差，从而形成三维场景的幻觉。可选择地或附加地，通过专业人员熟悉的已知技术，第二屏幕可显示立体的或自由立体的三维图像。

参照图2，沉浸式显示器外壳的第二种实施例通常标示为210。沉浸式显示器外壳210包含第一种沉浸式显示器外壳10的相似特征，并参照相同的参考序号。

在本实施例中不包含抽屉及壳套。而是将计算机系统36包含在侧墙14内的洞穴24里。开口(图中未标示)设在机壳12内的适当位置，与第一种实施例的原因类似。由于没有壳套和抽屉，沉浸式显示器外壳210的拱门22有效地设有一个较宽的入口，因此房间也较大。万向的四个轮子52设在壳套和抽屉的下面，而在第一种实施例中，轮子设在侧墙14、16的下面，拱门22的对面。

接下来参照图3A到3E，沉浸式显示器外壳的第三种实施例通常标示为310。

沉浸式显示器外壳310包含机壳312，所述机壳设有一个外墙326，一个内墙324以及位于外墙和内墙326、324之间的洞穴328。外墙和内墙326、324包含整体形成的两个侧墙314、316、顶墙318以及后墙320。侧墙314、316和顶墙318在后墙320对面形成了一个前入口322，以供人员进入沉浸式显示器外壳310。机壳312大约是半圆柱体的形状。沉浸式显示器外壳310的使用方式与第一种实施例相似。

后墙320的内表面是一个弯曲的屏幕320a。当在房间内从观看区域观看屏幕320a时，屏幕320a大体上至少180o填充了观看者的视野。如图所示，人员100站在房间的边缘(图3A)和房间外(图3D)，以供参考。

架子327设在机壳312内，从外墙326下垂并伸进房间内。架子327如图3D和3E所示。架子327在入口322后向屏幕320a延伸。架子327大体上是圆弧形状。架子327包含一个远边327a，位于架子327离入口的最远端。

在图3E中，侧墙314、316能作为检修门被打开并进入洞穴328内，如箭头C、D所示。后墙320包含也能以类似方式打开的检修门(图中未标示)，大体上无需改变屏幕320a。

洞穴328设有包含一个计算机332、一个图像融合处理器334以及一个扬声器系统的计算机系统330。计算机332朝向内墙324的较低端，扬声器系统与计算机332相邻。扬声器系统包含围绕内墙324以定距设置的扬声器336。开口338通过机壳312的较低面设置，从而改善计算机系统330周围的空气循环。

带有三个投影机340的投影机系统设在架子327上，将图像投射到弯曲屏幕320a上。投影机340在架子327周围放射状地以定距间隔。投影机340中的其中一个位于架子327的中心，并朝向入口322对面的屏幕320a。其他的投影机340大致等距地在中心投影机340的两旁间隔排列。本实施例中的投影机340对齐到屏幕320a的面法线。

投影机340大致与架子327的远边327a对齐。投影机340全部用来投射图像，从而将屏幕320a完全覆盖。投影机340沿发散线朝外，从入口322指向后墙320。

每个投影机340都由计算机332控制并投射图像构件，所述图像构件大体上与相邻图像构件在屏幕320a上对齐，从而呈现全景图。这是通过图像融合处理器334以第一种实施例中所述的类似方式来实现的。对齐的图像包含某些重复部分。计算机332使投影机340与扬声器336同步，因此正在使用沉浸式显示器外壳310的人员能听到连贯的投射图像和声音。

架子327上安装有摄像机系统。摄像机系统设有供两种不同目的使用的摄像机。第一种目的是录像，第二种目的是捕捉动作。使用摄像机来捕捉动作的系统的例子包括

以及Leap

在动作捕捉摄像机的使用过程中，错误会随着时间累积。例如，由于沉浸式显示器外壳内的障碍物、来自除了投影机之外光源的光线干扰或用户在房间内的定位或位置妨碍了精确的追踪，动作捕捉摄像机会停止捕捉用户的动作。通过比较捕捉到的图像以及确定用户的实际位置和动作，视频摄像机用来纠正动作捕捉摄像机的错误。

在一些实施例中，以动作捕捉为目的的摄像机与一个惯性运动单元连接(即串联工作)。制造商Yei、Sixense、Invensense或Notiom可提供合适的动作捕捉技术。所述惯性运动单元可设在一个小巧耐用的输入设备里。

这支持手部运动(或其他运动)的精确追踪。由于用户能将指令输入到所述耐用设备里，这也避免了对多种输入设备的需求，例如

及键盘。

摄像机系统包含三个摄像机342，与摄像机340相邻设置。在本实施例中，一个摄像机用来追踪用户的动作，其他两个摄像机用来录像。如图3A及3D所示，摄像机340在入口322的周围大致地与架子327一样的定距间隔开。各个342摄像机都能捕捉房间内大致发生的事件。

为了从不同角度观察人员，摄像机342有视野重叠区。数据电缆及电线344设在洞穴328内并把投影机340、摄像机342以及计算机系统330的不同部件相互连接。

计算机系统330处理来自摄像机342的录音，从而确定动作或手势，例如由人员作出的动作或手势。如果检测到一个特定的动作/手势，计算机系统330启动对应的预定程序反应。例如，当人员在房间走动，计算机系统330(大体上实时地)改变投影图像，从而模仿对应的视角改变。因此，摄像机系统用作一个光反馈系统，改善正在使用沉浸式显示器外壳310人员体验的现实感。

带有刹车的三个万向轮348设在机壳312的底部。万向轮348中的两个安装在后墙320的另一端的底部，第三个万向轮安装在后墙320的下面，且为了稳定性，安装在其他两个万向轮348之间的大致中间位置。现在参照图4A到4D，沉浸式显示器外壳的第四种实施例通常标示为410。沉浸式显示器外壳410包含一个机壳412，所述机壳包含外墙414、顶墙416以及为了通风穿过顶墙416的开口416a。外墙414大致为圆柱形的形状。机壳412也包含一个在机壳412内定义了一个房间的内墙418。

洞穴412设在内墙和外墙418、414之间。内墙418以360o的方式围绕站立在机壳内的人员(见图4A)。外墙414包含可在箭头E和F方向移动的门414a、414b，从而能进出机壳412。在一些实施例中，为了运送方便，机壳412由大致为半圆柱体形状的两部分组装而成。

沉浸式显示器外壳410包含一个计算机系统、投影机424以及摄像机426。内墙418包含一个屏幕418a，其显示来自投影机424的图像。屏幕418a设在背向并足够远地远离顶墙的开口416a，因此环境光大体上不会降低在屏幕418a上的投影图像的清晰度。摄像机426排列成一个全景摄像机阵列。摄像机426与第三种实施例中所描述的类似，其中两个摄像机作为动作捕捉摄像机。

投影机424和摄像机426设在支撑墙432上(与第三种实施例中的架子类似)在可选实施例中，投影机424可牢固地固定在支撑墙432的预定位置上，或悬挂在内墙418上.

支撑墙432大致为环形。支撑墙432从外墙414的顶部一个内曲边大致垂直地依靠，并大致水平地由此向房间内延伸，从而形成一个架子。换句话说，支撑墙432是一个面向内墙418的悬臂支架。投影机424在支撑墙432周围以大约30°增量等距间隔。摄像机426设在支撑墙432上，大致地每90°一个。

支撑墙432包含一个圆周边432a。圆周边432a是支撑墙432离中心的沉浸式显示器外壳410最远的位置。投影机424中的一些大致水平地安装在支撑墙432上，将图像投射到内墙418上。这些投影机424从机壳412的内区域到机壳412的外区域正对所述圆周边432a，例如从支撑墙432向外墙414。

其他的投影机424大致垂直地设在支撑墙432上，面向支撑墙432，从而将图像投射到机壳412内的地面上。穿过支撑墙432的开口(图中未标示)设在与垂直安装的投影机424对齐的位置，从而使投影图像没有任何部分被遮蔽。

在可选实施例中，支撑墙432包含大致透明或半透明的部分来实现同样的目的。

在本实施例中，洞穴420内设有四个计算机428。计算机428中的每一个都连接至并控制三个投影机424和摄像机426，即共12个投影机424和4个摄像机426。洞穴420内的数据电缆和电线422将每台计算机428与其投影机424及摄像机426连接，并将不同的计算机428相互连接。

计算机系统包含一个扬声器430。扬声器430围绕内墙418的根部沿圆周延伸。计算机428控制扬声器430，从而使声音起源于对应的图像可见的内墙418区域。换句话说，如果一个图像的指定元素在屏幕418a周围相对于其起始位置移动，扬声器430配合发出与所述元素同步的声音(如果声音与所述元素相关联)。例如，在进行拳击电脑游戏时，裁判员的口头指令出自有裁判员图像的内墙418的区域。

机壳412的底部设有四个开口434，以90°间隔为每个计算机428设置。四个万向轮436也设在机壳412的底部，功能如其他实施例中所述。万向轮436大体上位于洞穴420内，以最小程度从机壳412的底部突出。因此，机壳412的离地间隙最小，投影图像看起来与地面几乎无缝地连接。

在使用中，计算机系统、投影机424、摄像机426以及扬声器430都相互同步，从而使得投射到屏幕418a上的图像以全景图像围绕人员，发出的声音也与显示的图像时空配合。换句话说，无论在房间内面向哪种方向，观看者都能观看到投影图像的完整画面(顶墙开口416a除外)，以及听到从房间内不同区域发出的模拟现实的声音。

现在参照图5A到5E，沉浸式显示器外壳的第五种实施例通常标示为510。所述沉浸式显示器外壳510包含第四种沉浸式显示器外壳的类似特征，为了便于参考引用，使用相同的序号。

与第四种实施例类似，沉浸式显示器外壳510包含机壳412，一个顶墙416和开口416a、一个内墙418以及屏幕418a和洞穴420，等等。除了第四种实施例的特征，沉浸式显示器外壳510还包含一个3D显示系统512。显示系统512在申请人授权的专利GB2517069中进行了详细的描述，本文附上公开文本以供参考。在本实施例中，显示系统512包含将三维图像投射到一个三维显示空间上的投影机，进一步将图像显示在三维显示空间后的一个或多个屏幕上，其中至少一个是半透明的。通过在相对较小的物理空间内创造大型虚拟世界的幻觉，这种方式为使用者创造了拥有高级沉浸式效果的虚拟现实环境。

在图5A到5D所示的例子中，显示系统512设在顶墙416的开口416a内。显示系统512通过四个机械结构514安装。机械结构514与开口416a的外围连接，并围绕显示系统512等距布置。机械结构514可以是条状框架，例如，将沉浸式显示器外壳510的不同部件连接在一起并改善沉浸式显示器外壳510的结构整体性。3D显示器系统512包含大量粒子(通常用虚线标示为516)以及一个投影机系统518(见图5D)。大量的粒子516用作屏幕或显示空间。投影机系统518包含多个投影机。大量的粒子516被投影机系统518照亮，显示3D图像520。大量的粒子可由水组成，在此情况下，机壳412内可设有烟雾器和水箱(图中未标示)，以产生大量粒子。计算机系统522与投影机系统518连接并控制投影的图像。计算机系统522可设在洞穴420内，如上述实施例一样。电缆523将计算机系统与投影机系统518连接。

沉浸式显示器外壳包含一个嵌套在机壳412内的第二机壳524。机壳412、524通过机械结构514连接在一起。第二机壳524的上部524a位于洞穴420内。上部524a设有轮子和轨道(图中未标示)，允许第二机壳524相对于外机壳412移动。第二机壳524的外部与内墙418隔开。

投影机系统518的另一部分用来将图像投射到第二机壳524上，因此所述第二机壳的功能是作为沉浸式显示器外壳510的另一个屏幕。第二机壳514大致是透明的。这让在第二机壳后面(相对于用户)的表面反射的光线(即来自内墙418的屏幕418a的光线)能被看见。

第二外壳524包含一个门526。与第二机壳524类似，门526大致是透明的。门526可在箭头G的方向上滑动来打开门526，再返回关上门526。基于与其他轮子436的同样的原因，万向轮530设在第二机壳524的下面。

尽管在本实施例中第二机壳524大致是圆柱形状，在可选实施例中其形状可能不同。

摄像机528通过电缆523连接至计算机系统522，从而监测用户的位置及与投影图像的互动。摄像机528与第三和第四实施例中所述情形类似。摄像机528提供的反馈允许计算机系统522相应地更新图像，从而给用户实时提供更真实的观影体验。摄像机528位于沉浸式显示器外壳510的不同区域。摄像机528阵列从不同角度记录并捕捉沉浸式显示器外壳510内的运动。大量的粒子和第二机壳不会遮挡面向屏幕方向的摄像机的任何录像。

在本实施例中，摄像机528以两层(或排列)来安装。这种方式能记录沉浸式显示器外壳内部的全景录像。反过来，如果需要系统维护，工程师可远程看见沉浸式显示器外壳510的状况，从而指导用户如何修复或修理故障，而无需亲自达到现场。

沉浸式显示器外壳510内设有三个屏幕，由于增加了投影图像(或全景图)的视深，沉浸式观影体验得到极大的增强。这是通过将背景影像投射到内墙屏幕418a上，将中景影像投射到第二机壳524上以及将前景影像投射到大量的粒子屏幕516上来实现的。与单个屏幕相比，这种方式制造了一种更接近地复制了图像深度和视角的多层效果。

3D立体声音响系统进一步增强了沉浸式观影体验。在本实施例中，沉浸式显示器外壳510设有多个扬声器。每个投影机518都设有扬声器。如果大量粒子屏幕516上显示有画面，与该画面相对应的任何声音都将通过相应的扬声器发出，从而模仿声音的位置和强度，仿佛在临近位置发出一样。同样地，如果第二机壳524上显示有画面，或在更远的内墙418上显示有画面，相应的扬声器将发出声音，听起来声音是从比图像的视觉位置更远的地方发出(其可超过沉浸式显示器外壳510的视深)。

如果屏幕间的图像转换朝向、围绕或远离用户(及其组合)，声音也相应地在扬声器之间转移。无论何种人员或物体相对于用户进行靠进、盘旋或后退(或其他视觉运动的组合)，视觉现实感均得到改善。

在使用中，计算机系统522建立景象的3D模型及与沉浸式显示器外壳510对应的坐标系。摄像机528捕捉用户的动作并通过计算机将该动作与景象内的图像同步。当计算如何相对于用户运动进行图像更新时，用户被指定一个坐标值作为虚拟数字，形成参考系。摄像机528使虚拟数字的坐标系在计算机系统522中保持最新。

如图5E所示，3D图像(或模型)536、532、534在离用户不同的距离显示。每个3D图像都由多个2D图像构件(或图像网格)构成，并相对于用户具有坐标。这些坐标与沉浸式显示器外壳510中的位置相对应，等同于大量粒子516(所呈现的图像的位置)和第二机壳524(所呈现的图像的位置)，呈现多层效果。

特别是对于显示在大量粒子516上的3D图像536，其相关坐标将对应于用户与3D图像536之间的现实世界距离。换句话说，3D图像坐标值与成果图像在现实世界的位置之间有一定的关系。用户的虚拟数字到其他图像的相对位置影响了现实世界所显示的图像。其他的3D图像532、534以及内墙418的屏幕418a上显示的图像可能需要进一步的修改，从而以用户的视角来调整这些特征的感知位置。

参照图6，沉浸式显示器外壳的第六种实施例通常标示为610。本实施例的特征与第四或第五种实施例类似，外墙612定义了一个大致为圆柱形的空间。但是，与那些实施例不同的是，外墙612本身不是圆柱形状。而是在沉浸式显示器外壳的侧边设有缝隙，所述缝隙被一个易弯曲的屏幕614覆盖。屏幕614围绕沉浸式显示器外壳610的大部分圆周延伸。

屏幕614将沉浸式显示器外壳分成上下两部分610a、610b。由于外墙612可由金属制成，使用易弯曲的屏幕能降低沉浸式显示器外壳的整体重量，便于运送。

易弯曲的屏幕614从沉浸式显示器外壳610的上下部分插入。易弯曲的屏幕614构成了内墙(图中未标示)的一部分，并作为投射图像用的显示屏幕。外墙612的垂直部分612a牢固地将上部610a控制在下部610b之上。垂直部分612a的朝内部分构成了带有易弯曲屏幕614的内墙的一部分。

如第四或第五种实施例所述，计算机系统、投影机系统以及支撑架位于外墙612内的一个洞穴里(图中未标示)。

尽管以上已对几个实施例进行了描述，其他的实施例仍然在附加的权利要求的设想范围内。关于其中一个实施例的特征描述可与一个或多个可选实施例相结合。例如，第一个和第二个实施例是弯曲的沉浸式显示器外壳，或第三种实施例可以是相对平面形状的沉浸式显示器外壳。

例如，机壳可由金属和/或循环再用的材料制成。内墙可以全部是金属的，而不是金属涂层。内墙与外墙之间的洞穴可以是任意形状，机壳可包含地板与地面毗连的一个底层墙，以实现图像从内墙到地面的无缝转换。计算机系统可包含多个设备，包括但不限于电视机硬件和游戏机(及相关硬件)，例如

和/或

可使用VR摄像机替代全景摄像机阵列。

动作捕捉摄像机和组合使用的视屏录像摄像机的数量可不同，例如一对一。计算机上安装的软件可替代图像融合处理器。其他外围设备，例如跑步机，也可整合到该沉浸式显示器外壳里。在已知实施例中，可按任意组合在不同的对应位置设有任意数量的计算机、投影机、摄像机、开口及轮子。

可使用组合的数据电缆和电线。计算机系统可通过智能手机或平板电脑或其他设备实现遥控。

以上所述实施例仅通过举例方式提供，各种改变及修改对本领域的技术人员是显而易见的，并没有脱离本发明的附加权利要求所定义的范围。

Claims (19)

1.一种沉浸式显示器外壳，包括一个机壳，所述机壳包含一个不透明的外墙和内墙，外墙包含侧墙、顶墙、支撑墙以及后墙，侧墙与顶墙在后墙的对面形成了一个前拱门；机壳包含与外墙连接的内墙以及位于外墙和内墙之间的洞穴，内墙设有一个或多个表面，所述一个或多个表面在机壳内定义了一个房间；机壳包含至少一个桥接外墙和内墙以供人员进出房间的入口，房间的入口包含一个或多个拱门；投影机系统牢固地固定在支撑墙的预订位置上，并用来将图像投射到内墙的房间侧；计算机系统至少部分地位于洞穴内，所述计算机系统与投影机系统连接，从而控制投影图像，电缆将计算机系统与投影机系统连接在一起，电缆位于机壳的洞穴内或与机壳的洞穴相邻，其中投影机系统从机壳的内区域一侧指向机壳的外区域另一侧，且至少部分地位于洞穴内，不透明的外墙将射向屏幕的环境光最小化；内墙包含一个设在机壳上部的支撑投影系统的支撑结构和一个大致垂直的屏幕，其中支撑结构为一个架子，架子包含一个远边，投影机系统至少朝向所述远边将图像投射到屏幕上，投影系统安装在架子上投射图像到屏幕上，架子适于允许投射图像通过其中的大量通道，从而使投影机系统在房间内将图像投射到地面。

2.根据权利要求1所述的沉浸式显示器外壳，其中在房间里设有至少一个附加屏幕，设在大致垂直的屏幕与投影系统之间。

3.根据权利要求1-2任一项所述的沉浸式显示器外壳，其中计算机系统完全地位于洞穴内。

4.根据权利要求1-2任一项所述的沉浸式显示器外壳，其包括位于机壳下面的撑轮。

5.根据权利要求4所述的沉浸式显示器外壳，其中支撑轮是万向轮。

6.根据权利要求5所述的沉浸式显示器外壳，其中支撑轮包含用于阻止轮子旋转的刹车。

7.根据权利要求5-6任一项所述的沉浸式显示器外壳，其中支撑轮大体上安装在机壳内，并以最低程度从洞穴突出。

8.根据权利要求1或2或6所述的沉浸式显示器外壳，其中内墙的一个或多个表面包含至少一个金属表面。

9.根据权利要求1或2或6所述的沉浸式显示器外壳，其中内墙的一个或多个表面包含至少一个弯曲面。

10.根据权利要求1或2或6所述的沉浸式显示器外壳，其中机壳围绕房间的观看区域大致地至少按180°延伸。

11.根据权利要求9所述的沉浸式显示器外壳，其中机壳围绕房间的观看区域大致地至少按360°延伸。

12.根据权利要求1或2或6所述的沉浸式显示器外壳，其中投影机系统包含多个投影机，计算机系统包含一个与投影机连接的图像融合处理器，所述图像融合处理器使得投影机投射结合在内墙上的图像构件。

13.根据权利要求1或2或6所述的沉浸式显示器外壳，其中机壳包含一个与计算机系统连接的摄像机系统，用于追踪房间内的人员。

14.根据权利要求13所述的沉浸式显示器外壳，其中计算机系统将投影图像调节至与摄像机系统捕捉到的房间内人员的位置大体上相对应的位置。

15.根据权利要求14所述的沉浸式显示器外壳，其中计算机系统通过摄像机系统捕捉到的特定动作由人员进行控制。

16.根据权利要求14或15所述的沉浸式显示器外壳，其中机壳包含一个与计算机系统连接的扬声器系统，所述扬声器系统用于选择性地将声音对应于内墙上显示的一个或多个投影图像的位置从一个或多个方向发出。

17.根据权利要求16所述的沉浸式显示器外壳，其中内墙和外墙中的一个或两个包含至少一个允许进入洞穴内的检修门。

18.根据权利要求17所述的沉浸式显示器外壳，其中开口设在内墙和外墙中的一个或两个上。

19.根据权利要求18所述的沉浸式显示器外壳，其中至少一个入口设有一个门。

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