CN110119232B - 浮动图像显示系统 - Google Patents

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Abstract

根据一实施方式，浮动图像显示系统包括计算平台，该计算平台包括中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)和存储软件代码的系统存储器。该系统还包括由GPU控制的一个或多个显示屏，以及耦合到一个或多个显示屏并由CPU控制的转子。CPU执行软件代码以使用GPU在一个或多个显示屏幕上呈现出二维(2D)图形，并且使转子和一个或多个显示屏以预定的旋转速率围绕垂直轴旋转从而生成2D图形的浮动图像，其中该垂直轴平行于显示屏的显示表面。对于观看浮动图像的用户，浮动图像呈现为2D图形的三维(3D)浮动图像。

Description

浮动图像显示系统
技术领域
本发明涉及图像显示领域，具体地涉及了一种浮动图像显示系统。
背景技术
计算机技术和软件的进步使得创建具有丰富特征的虚拟角色成为可能，该虚拟角色能够模拟与虚拟角色的人类观看者的交互。当虚拟角色被显示为三维（3D）图像，明显独立于生成它的显示系统时，可以进一步增强交互的错觉。例如，虚拟角色的图像可以显示为全息图像，或者可以显示为看起来漂浮在空间中的图像。
用于显示全息或浮动图像的常规技术通常利用复杂的光学阵列来投影图像以供观看，这可能限制了实际提供此类交互式3D图像的环境和用例。因此，为了更广泛地获得与全息或浮动图像的交互的增强娱乐价值，本领域需要一种解决方案，能够使用容易获得的消费电子产品或相对简单的光学阵列以显示虚拟角色的浮动图像的成像。
发明内容
本发明提供了浮动图像显示系统，其基本上如结合至少一幅附图所示和/或所描述的那样，并且在权利要求中有更加完整的阐述。
附图说明
图1A示出了根据一个实施方式的示例性浮动图像显示系统的示意图；
图1B示出了根据一个实施方式的适合用作浮动图像显示系统的一部分的示例性输入传感器的示意图；
图2A示出了根据一个实施方式的与计算平台集成的示例性浮动图像生成器的示意图；
图2B示出了根据一个实施方式的包括图2A所示的浮动图像生成器的示例性浮动图像显示系统的示意图；
图2C示出了根据一个实施方式的图2A所示的浮动图像生成器的示例性用例；
图2D示出了根据另一实施方式的与计算平台集成的示例性浮动图像生成器的示意图；
图3示出了根据又一实施方式的与计算平台集成的示例性浮动图像生成器的示意图；
图4示出了根据另一实施方式的示例性浮动图像生成器的横截面视图；以及
图5示出了根据又一实施方式的示例性浮动图像生成器的俯视图。
具体实施方式
以下描述包含了与本公开中的实施方案有关的具体信息。本领域技术人员将认识到，本公开可以以不同于本文具体讨论的方式实施。本申请中的附图及其随附的详细描述仅针对示例性的实施方式。除非另有说明，否则附图中的相同或相应的元件可以由相同或相应的附图标记指示。此外，一般地，本申请中的附图和插图并非成比例的，并且不旨在对应实际的相对尺寸。
本申请公开了浮动图像显示系统，其克服了传统技术中的缺点和不足。在一些实施方式中，一旦旋转呈现有二维（2D）图形的一个或多个显示屏，便能够生成看起来是三维（3D）的浮动图像。在替代实施方式中，2D图形在显示屏上呈现，并且旋转以一定角度面向显示屏的镜子以生成明显的3D浮动图像。在其他实施方式中，可以利用相对简单的光学元件阵列将2D图形投影为浮动图像。因此，本申请中公开的显示解决方案能够有利地使得在各种使用情况和实施环境中显示3D浮动图像成为可能和具备实用性。
图1A示出了根据一个实施方式的示例性浮动图像显示系统100的示意图。如图1A所示，浮动图像显示系统100包括计算平台102，其交互地链接到照明系统112、音频系统114、输入传感器系统120以及浮动图像生成器140。如图1A中进一步所示，计算平台102具有作为硬件处理器的中央处理单元（CPU）104、作为存储软件代码116的非暂时性存储设备的系统存储器106、以及图形处理单元（GPU）108。图1A中还示出了由浮动图像显示系统100显示的浮动图像118、浮动图像118的观看者130a和130b（在此也称为“用户130a和130b”）、以及实现浮动图像显示系统100的浮动图像交互环境110。
应当注意，尽管图1A示出了两个用户130a和130b，但仅仅是出于阐明概念的目的。更一般地，用户130a和130b可以对应于单个用户，或者对应于多个用户或多于两个用户，其可以定位成从各种视角均可观看到浮动图像118。例如，在一些实施方式中，可以定位用户130a和130b，以便在浮动图像交互环境110中围绕浮动图像118的角度360°的假想圆上，从多个离散视角观察浮动图像118，例如以角度大约为120°分开的三个离散视角。然而，在其他实施方式中，用户130a和130b能够从围绕浮动图像118的假想圆上的任何位置的角度观看浮动图像118。
在一些实施方式中，用户130a和130b中的一个或多个可以经由浮动图像显示系统100与浮动图像118交互，其中浮动图像显示系统100包括计算平台102、照明系统112、音频系统114、输入传感器系统120以及浮动图像生成器140。换言之，在那些实施方式中，计算平台102的CPU可以被配置为执行软件代码116以便利用照明系统112、音频系统114、输入传感器系统120、GPU 108和浮动图像生成器140来创建和/或保持视觉错觉，该视觉错觉指的是响应于一个或多个用户130a和130b观看到的浮动图像118。例如，浮动图像118可以呈现响应浮动图像交互环境110中的一个或多个用户130a和130b的一个或多个语音、外型、姿势、位置或动作。
还应注意，尽管图1A描绘了照明系统112、音频系统114、输入传感器系统120和浮动图像生成器140，均通信地耦合到计算平台102，但是并不与计算平台102有结构性的集成，图中的表示仅仅是示例性的。在其他实施方式中，照明系统112、音频系统114、输入传感器系统120和浮动图像生成器140中的一个、多个或全部在结构上与计算平台102集成。因此，在各种实施方式中，除了包括有CPU 104、存储软件代码116的系统存储器106和GPU 108之外，计算平台102还可以包括照明系统112、音频系统114、输入传感器系统120和浮动图像生成器140中的一个或多个。
照明系统112可以包括与计算平台102完全地集成的照明元件；可以包括由计算平台102控制但远离计算平台102的照明元件，诸如安装在浮动图像交互环境110中的天花板、墙壁或地板上或其附近的照明元件；或者在包括远程照明元件的同时可以包括与计算平台102部分集成的照明元件。例如，照明系统112可以包括多个光源，并且可以被配置为提供不同强度和多种颜色的光。例如，照明系统112可以包括小型聚光灯，其配置成提供定向的照明，能够被打开或关闭，或者选择性地调暗和调亮。
类似地，音频系统114可以与计算平台102完全地集成，可以包括由计算平台102控制但远离计算平台102的元件，例如音频扬声器，诸如安装在浮动图像交互环境110中的天花板、墙壁或地板上或其附近的元件；或者在包括远程音频元件的同时可以包括与计算平台102部分集成的元件。在一个实施方式中，音频系统114可以是会场宽频音响系统，例如剧院的具有杜比®高清（HD）质量的环绕声系统。此外，音频系统114可以包括能够通过音频系统114回放的存储音频记录的库。
在一些实施方式中，照明系统112和音频系统114可以与浮动图像生成器140和GPU108的输出同步，以便在浮动图像交互环境110内产生沉浸式的多媒体体验。应当注意，下面将参考图1B更详细地描述输入传感器系统120，而下面参考图2A、图2B、图2C、图2D、图3、图4和图5则对浮动图像生成器140的各种实施方式进行描述。
浮动图像交互环境110可以对应于例如各种休闲、娱乐或教育场所。举几个例子，这些场所的示例包括主题公园、购物中心、酒店、娱乐商城、医院或博物馆。或者，浮动图像交互环境110可以对应于例如办公楼、医院、大学或旅馆商务中心内的电话会议场所。当浮动图像交互环境110的实施环境是电话会议场所时，例如，用户130a和130b可以对应于电话会议中的本地参与者，而浮动图像118可以提供电话会议中一个或多个远程参与者的交互式的、明显的3D图像。
图1B示出了图1A中的输入传感器系统120的更详细的示例性实施方式。如图1B所示，输入传感器系统120包括多个传感器122、麦克风124、模数转换器（ADC）126以及定位模块128。如图1B中进一步所示，输入传感器系统120的传感器122可包括射频识别（RFID）传感器122a、面部识别（FR）传感器122b、自动语音识别（ASR）传感器122c、物体识别（OR）传感器122d、位置和/或速率（P/R）传感器122e、以及一个或多个照相机122f。
应当注意，示出的包括在输入传感器系统120的传感器122中的特定传感器仅仅是示例性的，并且在其他实施方式中，输入传感器系统120的传感器122可包括比RFID传感器122a、FR传感器122b、ASR传感器122c、OR传感器122d、P/R传感器122e以及照相机122f更多或更少的传感器。RFID传感器122a、FR传感器122b、ASR传感器122c、OR传感器122d，均可以使用本领域中已知的任何合适的传感器来实现相应的功能。例如，P/R传感器122e可以是霍尔效应传感器、光学编码器、或是电位计或是发光二极管（LED）以及光传感器。
例如，一个或多个照相机122f可以包括一个或多个静物照相机和/或一个或多个摄像机。麦克风124可包括固定和/或移动麦克风。例如，麦克风124的固定麦克风可以以围绕浮动图像118的360°阵列分布，以增强对由一个或多个用户130a和130b所产生的声音（例如语音）的定向感测。
在一些实施方式中，麦克风124的一个或多个移动麦克风可与浮动图像产生器140的转子同步旋转。在那些实施方式中，P/R传感器122e可以与麦克风124结合使用，以识别使用麦克风124所接收感测到的声音的方向。麦克风124无论是采用固定的、移动的还是两者均有，均可以被配置为包括声波导管以进一步增强其方向灵敏度。
如图1B所示，在一些实施方式中，来自P/R传感器122e的数据和/或由ADC 126从麦克风124检测到的声音产生的数据均由定位模块128处理，以识别由麦克风124接收的声音的各个源的距离和/或方向。在那些实施方式中，来自定位模块128的输出可以被提供给ASR传感器122c，以增强ASR传感器122c区分一个或多个用户130a和130b发出的有目的性的语音、噪声和环境声响的性能。结果是，通过浮动图像118对用户130a和130b中的一个或多个的语音和/或动作的明显适当的声学和/或视觉响应，浮动图像118交互性的有利错觉可以得到进一步支持。
图2A示出了根据一个实施方式的与计算平台202集成的示例性浮动图像生成器240的示意图。如图2A所示，浮动图像生成器240包括具有集成计算平台202的底座242，其位于表面250上，表面250可以是浮动图像交互环境110内的地板，或浮动图像交互环境110内的另一基本平行于地板的水平表面。
此外，浮动图像生成器240包括转子244、显示屏246，转子244包括可选的磁体260，显示屏246包括可选的一个或多个感应线圈262并且具有固定在其上的可选的防窥屏（privacy screen）266，并且浮动图像生成器240可以进一步包括围绕底座242、转子244和显示屏246的遮蔽百叶窗（masking shutter）258。图2A中还示出了基本平行于表面250的水平轴252和基本垂直于表面250的垂直轴254、转子244和显示屏246的旋转方向256、以及在显示屏246上呈现的2D图形248。
浮动图像生成器240通常对应于图1A中的浮动图像生成器140，并且其中的特征可以共享本公开的任一对应特征的任何特性。此外，计算平台202通常对应于图1A中的计算平台102，并且其中的特征可以共享本公开的任一对应特征的任何特性。因此，尽管在图2A中未明确示出，但计算平台202仍包括分别对应于CPU 104、GPU 108和存储软件代码116的系统存储器106的特征。此外，与计算平台102类似，计算平台202可以被配置为控制或在其中集成照明系统112、音频系统114和输入传感器系统120中的一个或多个。
结合图1A和图2A，根据图2A所示的示例性实施方式，显示屏246由计算平台102/202的GPU 108控制，而耦合到显示屏246的转子244由计算平台102/202的CPU 104控制。计算平台102/202的CPU 104被配置为执行软件代码116以便使用GPU 108在显示屏246上呈现2D图形248。
CPU 104还被配置为执行软件代码116以便使得转子244和显示屏246围绕垂直轴254以预定的旋转速率旋转，该垂直轴254平行于显示屏246的显示表面，该预定的旋转速率可以是大约每秒一十或数十次旋转，例如每秒大约四十次旋转，以产生2D图形248的浮动图像118。作为由浮动图像生成器140/240执行而生成的浮动图像结果，对于观看浮动图像118的用户130a和130b，浮动图像118呈现出2D图形248的3D浮动图像。
在一些实施方式中，显示屏246可例如为液晶显示器（LCD）屏。此外，在一些实施方式中，显示屏246可以由包括作为浮动图像生成器140/240的一部分的移动通信设备提供，该移动通信设备耦合到转子244，并且被配置为以预定的旋转速率与显示屏246一起旋转。例如，显示屏246可以是智能手机或平板电脑的一部分。应当注意，当实施方案中的显示屏246是诸如智能电话或平板电脑的移动通信设备的一部分时，一个或多个麦克风124以及包括输入传感器系统120的照相机122f的传感器122可以是内置于移动通信设备中的特征。
在图2A所示的实施方式中，可以利用各种特征和/或技术来减轻由浮动图像生成器140/240生成的浮动图像118的闪烁和/或模糊问题。例如，可选的防窥屏266可以固定到显示屏246的显示表面，以便在预定视角之外限制观看显示屏246。这样的防窥屏可以采用固定到显示屏246的百叶窗结构的形式，或者采取覆盖显示屏246的显示表面的防窥膜的形式。
可选地或另外地，当实施方案中的显示屏246是LCD屏时，CPU 104可以被配置为执行软件代码116，用于以预定的选通速率选通LCD背光的频率、强度和占空比中的一个或多个。选通可以通过减少人眼和大脑整合关于空间特征的视觉信息的时间窗来减轻运动模糊。防窥膜限制显示屏246的视角，从而限制每单位时间呈现给眼睛的空间上不同的图像的数量。
尽管在一些实施方式中，可选的防窥屏266可以是用于减轻闪烁和/或模糊问题的有利或期望的特征，但是在一些其他实施方式中，优选地可省略可选的防窥屏266。例如，当实施方案是将真实体积图像（例如旋转表面）显示为浮动图像118时，防窥屏可以优先省略。作为具体示例，当2D图形248在显示屏246上呈现为2D圆圈时，浮动图像生成器240旋转显示屏246将导致浮动图像118作为实际3D球体呈现给用户130a和130b。类似地，当2D图形248在显示屏246上呈现为2D三角形时，浮动图像生成器240旋转显示屏246将导致浮动图像118作为3D圆锥呈现给用户130a和130b。
应当注意，CPU 104可以执行软件代码116以使转子244和显示屏246以变化的旋转速率或以基本恒定的预定旋转速率绕垂直轴254旋转。还应注意，旋转方向256可以相对于水平轴252的平面处于逆时针方向，如图2A所示，或者相对于该平面沿顺时针方向旋转。此外，需要强调的是，防窥屏266所允许的每个视角、转子244的旋转速率、当实施方案采用LCD屏时背光占空比和显示屏246的频率、浮动图像显示系统100的图像刷新率、以及这些参数的组合可以预先确定，以优化用户130a和130b的观看体验。
在一些实施方式中，在转子244和显示屏246围绕垂直轴254旋转的一个或多个整数旋转期间，显示屏246可以呈现出相同的2D图形248。在那些实施方式中，无论用户130a和130b在相对于浮动图像118的任何位置，他们中的每一个都将从相同的视角观看到浮动图像118。
然而，在其他实施方式中，当转子244和显示屏246旋转时，CPU 104可以执行软件代码116以使用GPU 108对2D图形248进行调制，以便生成分别适合于每个用户130a和130b的位置的浮动图像118的多个视角。例如，定位在面向浮动图像118的前侧并且在该位置静止的用户130a将始终从正面视角观看到浮动图像118。反过来，定位在面向浮动图像118的后侧并且在该位置静止的用户130b将始终从后方观看到浮动图像118。
根据一些实施方式，并且为了减小显示屏246的旋转惯性，可以通过显示屏246与底座242的感应耦合来提供用于为显示屏246供电的电力。可选地，转子244可以包括多个磁体，例如可以是稀土磁体，而显示屏246可以包括一个或多个感应线圈262。在那些替代实施方式中，磁体260和一个或多个感应线圈262可以作为发电机工作，用于向底座242中的显示屏246和/或计算平台102/202提供电力。
在一些用例中，对独立于浮动图像生成器140/240在空间中漂浮的浮动图像118的错觉进行增强是有利的或符合人们所期望的。当实施那些用例时，浮动图像生成器104/240还可以包括遮蔽百叶窗258。围绕底座242、转子244和显示屏246的遮蔽百叶窗258可以实现为液晶百叶窗，诸如聚合物分散的液晶；或实现为“智能玻璃”百叶窗。在那些实施方式中，旋转显示屏246以生成浮动图像118的同时，可以由计算平台102/202控制遮蔽百叶窗258以保持其不透明，以便遮挡底座242、转子244和显示屏246。随后可以通过计算平台102/202控制遮蔽百叶窗258从不透明转变为透明，仿佛在空间中自发生成一般，显示出浮动图像118。
可选地，在一些实施方式中，遮蔽百叶窗258可包括呈套管形式的不透明护罩，其被配置为上下滑动以分别遮蔽和显现浮动图像118。可移动的不透明套管可以作为开关进行打开/关闭的操作，使得当浮动图像生成器140/240关闭并且其元件对于用户130a和130b中的一个或多个可见时，不透明套管能够遮蔽这些元件。
在一个实施方式中，用户130a和130b中的一个可以通过向下拉动不透明套管来打开浮动图像生成器240，从而激活开始旋转转子244和显示屏246的开关。不透明套管可以在被不透明套管下面的弹簧向下拉动时被延迟，导致轻微的机械延迟，这允许在用户不会将2D图形248看作静止图像的情况下，使转子244和显示屏246旋转起来。
图2B示出了根据一个实施方式的包括浮动图像生成器240的示例性浮动图像显示系统200的示意图。应当注意，图2B中参考标号与图2A中在先描述的那些相同参考标号的特征分别对应，并且这些特征可以共享上述那些对应特征的任何特性。图2B中还示出了位于浮动图像交互环境210中的位置231a和231b、用户230、可穿戴浮动图像跟踪传感器235以及无线通信链路237。还应注意，图2A中所示的2D图形248在图2B中则从两个不同的视角249a和249b示出，分别对应于用户230从位置231a和231b的观看浮动图像118的视角。
浮动图像显示系统200通常对应于图1A中的浮动图像显示系统100，并且其中的特征可以共享本公开的任一对应特征的任何特性。此外，除了上面参考图1A描述的系统特征之外，在一些实施方式中，如图2B所示，浮动图像显示系统100/200可以包括一个或多个可穿戴浮动图像跟踪传感器235。
可穿戴浮动图像跟踪传感器235可以是具有六自由度的跟踪传感器，例如，由用户230穿戴的头戴式跟踪传感器。图中示出，可穿戴浮动图像跟踪传感器235通过集成输入传感器系统120经由例如无线通信链路237与计算平台102/202通信。当用户230在浮动图像交互环境110/210内移动时，例如从位置231a移动到位置231b，可穿戴浮动图像跟踪传感器235使得能够生成分别适合于从位置231a和231b观看浮动图像118的视角。例如，可穿戴浮动图像跟踪传感器235使得用户230能够在用户230处于位置231a时从视角249a观看浮动图像118，并且当用户位于位置231b时能够有利地从适当的不同视角249b观看浮动图像118。
图2C示出了根据一个实施方式的图2A所示的浮动图像生成器240的示意性用例。图2C示出了在由用户230a使用的第一浮动图像交互环境210a中设置的第一浮动图像生成器240a，以及在由用户230b使用并且远离第一浮动图像交互环境210a的第二浮动图像交互环境210b中设置的第二浮动图像生成器240b。
第一浮动图像交互环境210a和第二浮动图像交互环境210b通常对应于图1A中的浮动图像交互环境110，并且其中对应的特征可以共享本公开的任一对应特征的任何特性。此外，应注意，图2C中参考标号与图2A中在先描述的那些相同参考标号的特征分别对应，并且可以共享上述那些对应特征的任何特性。
图2C中还示出了可以采用例如智能电话或平板电脑的形式的第一智能设备251a和第二智能设备251b，以及通讯链路257。图中示出，智能设备251a包括摄像机253a和麦克风255a，而智能设备251b包括摄像机253b和麦克风255b。
如上所述，在一些实施方式中，浮动图像交互环境110/210a/210b可以对应于例如办公楼、医院、大学或旅馆商务中心内的电话会议场所。当浮动图像交互环境210a/210b的实施环境是电话会议场所时，例如（下文中称为“本地电话会议场所210a”和“远程电话会议场所210b”），用户230a可以对应于电话会议中的本地参与者，而用户230b则对应于电话会议中的远程参与者。
根据图2C中所示的示例性实施方式，本地用户230a的视频和语音数据由本地电话会议场所210a处的智能设备251a的视频摄像机253a和麦克风255a捕获，并且通过通讯链路257将其发送到远程电话会议场所210b的浮动图像发生器140/240b。音频数据可以由音频系统114广播给远程用户230b，而本地用户230a的2D图形248b呈现在浮动图像生成器240b的显示屏246上。结果是，如上所述，由于浮动图像生成器240b的转子244和显示屏246的旋转，浮动图像118为远程用户230b显示出本地用户230a的3D交互式浮动图像。
基本上与此同时，远程用户230b的视频和语音数据可以由远程电话会议场所210b处的智能设备251b的摄像机253b和麦克风255b捕获，并且可以通过通讯链路257将其发送到本地电话会议场所210a处的浮动图像生成器140/240a。音频数据可以由音频系统114广播给本地用户230a，而远程用户230b的2D图形248a呈现在浮动图像生成器240a的显示屏246上。结果是，如上所述，由于浮动图像生成器240a的转子244和显示屏246的旋转，浮动图像118为本地用户230a显示出远程用户230b的3D交互式浮动图像。
图2D示出了根据另一实施方式的与计算平台202集成的示例性浮动图像生成器240的示意图。应当注意，图2D中参考标号与图2A中在先描述的那些相同参考标号的特征分别对应，并且可以共享上述那些对应特征的任何特性。
浮动图像生成器240通常对应于图1A和图2A中的浮动图像生成器140/240，并且那些特征可以共享本公开的任何相应特征的特性。因此，尽管图2D中未示出，但是浮动图像生成器240可以例如参考上面图2A所述，包括有磁体260和一个或多个感应线圈262。
浮动图像生成器240与浮动图像生成器240的不同之处在于浮动图像生成器240包括有两个显示屏：第一显示屏246a和第二显示屏246b。如图2D所示，第一显示屏246a和第二显示屏246b背对背地设置并且相互耦合到转子244以便以预定的旋转速率一致地旋转。此外，如图2D进一步所示，第一显示屏246a和第二显示屏246b中的每一个均能够在其上呈现出2D图形248。第一显示屏246a和第二显示屏246b中的每一个通常对应于如上所述的显示屏246，并且可以共享上述对应特征的任何特性。
尽管图中示出，第一显示屏246a和第二显示屏246b中的每一个能够在其上呈现2D图形248，但是在一些实施方式中，第一显示屏246a和第二显示屏246b可以示出2D图形248的不同的各自视角。换言之，可以在第一显示屏246a上呈现2D图形248的第一视角，而在第二显示屏246b上呈现2D图形248不同的第二视角。例如，CPU 104可以执行软件代码116以利用GPU 108在第一显示屏246a上呈现2D图形248的特定视角，同时在第二显示屏246b上基本上同时呈现2D图形248的180°相对视角。
图2D中示出的示例性背对背显示屏，可以用于进一步使得能够生成分别适合于浮动图像交互环境110中的每个用户130a和130b的位置的多个视角的浮动图像118。例如，用户130a可以定位成从特定视角观看浮动图像118并且在该位置静止时也将始终从该视角观看到浮动图像118。反过来，用户130b可以定位成从任何不同视角观看浮动图像118并且在该位置静止时也将始终从该不同视角观看到浮动图像118。
应注意，图2D中示出的示例性背对背显示屏还有利地增加了浮动图像118的亮度。还应注意，背对背的第一显示屏246a和第二显示屏246b的使用，使得在图2D的实施方案中使用的预定旋转速率大约是图2A、图2B和图2C的实施方案中使用的预定旋转速率的一半。换言之，在图2D所示的实施方式中，转子244、第一显示屏246a和第二显示屏246b可以以大约每秒20转的预定旋转速率旋转。
图3示出了根据又一实施方式的与计算平台302集成的示例性浮动图像生成器340的示意图。如图3所示，浮动图像生成器340包括具有集成计算平台302的底座342，其位于表面350上，表面350可以是浮动图像交互环境310内的地板，或浮动图像交互环境310内的另一基本平行于地板的水平表面。
另外，浮动图像生成器340包括具有固定在其上的可选的防窥屏366的显示屏346、以一定角度面对显示屏346的平面镜368、耦合到平面镜368的转子344以及转子支撑结构364。应注意，在一个实施方案中，平面镜368可设置为与显示屏346的显示表面成约45°角。
在一些实施方式中，如图3所示，浮动图像生成器340还可包括围绕底座342、平面镜368、转子344、转子支撑结构364和显示屏346的遮蔽百叶窗358。图3中还示出了基本平行于表面350的水平轴352和基本垂直于表面350的垂直轴354、转子344和平面镜368的旋转方向356、以及在显示屏346上呈现的2D图形348（2D图形348从图3所示的视角不可见）。
浮动图像生成器340通常对应于图1A中的浮动图像生成器140，并且其中的特征可以共享本公开的任一对应特征的任何特性。另外，计算平台302通常对应于图1A、图2A、图2B和图2D中的计算平台102/202，并且其中的特征可以共享本公开的任何对应特征的特性。因此，尽管在图3中未明确示出，但是计算平台302包括有分别对应于CPU 104、GPU 108和存储软件代码116的系统存储器106的特征。此外，与计算平台102/202类似，计算平台302可以被配置为控制或在其中集成照明系统112、音频系统114和输入传感器系统120中的一个或多个。
显示屏346、2D图形348和防窥屏366分别对应于图2A中的显示屏246、2D图形248和防窥屏266，并且这些特征可以共享本公开的任一对应特征的任何特性。因此，尽管从图3所示的视角不可见，但在显示屏346上呈现的2D图形348可具有类似于图2A中的2D图形248的外观。
参考图1A、图2A和图3的组合，根据图3所示的示例性实施方式，由计算平台102/202/302的GPU 108控制显示屏246/346，而计算平台102/202/302的CPU 104控制耦合到平面镜368的转子344。计算平台102/202/302的CPU 104被配置为执行软件代码116以使用GPU108在显示屏246/346上呈现出2D图形248/348。
CPU 104还被配置为执行软件代码116，以使得转子344和平面镜368围绕着垂直于显示屏246/346的显示表面的垂直轴354以预定的旋转速率旋转，该预定的旋转速率可以是大约每秒一十或数十次旋转，例如每秒大约四十次旋转，以产生2D图形248/348的基本上无闪烁的浮动图像118。作为由浮动图像生成器140/340执行生成的浮动图像结果，对于观看浮动图像118的用户130a和130b而言，浮动图像118看起来像是2D图形248/348的3D浮动图像。
如上所述，在一些实施方式中，显示屏246/346例如可以是LCD屏。此外，在一些实施方式中，显示屏246/346可以由包括作为浮动图像生成器140/340的一部分的移动通信设备提供。例如，显示屏246/346可以是智能手机或平板电脑的一部分。应注意，当实施方案中的显示屏246/346是诸如智能电话或平板电脑的移动通信设备的一部分时，一个或多个麦克风124和包括输入传感器系统120的照相机122f的传感器122可以是内置于移动通信设备中的特征。
在图3所示的实施方式中，可以利用各种特征和/或技术来减轻由浮动图像生成器140/340生成的浮动图像118的闪烁和/或模糊问题。例如，可选的防窥屏266/366可以固定到显示屏246/346的显示表面，以便在预定视角之外限制观看显示屏246/346。如上所述，这种防窥屏可以采用固定到显示屏246/346的百叶窗式结构的形式，或者采用覆盖显示屏246/346的显示表面的防窥膜的形式。可选地或另外地，当实施方案中的显示屏246/346是LCD屏时，CPU 104可以被配置为执行软件代码116，用于以预定的选通速率选通LCD背光的频率、强度和占空比中的一个或多个。
如上所述，选通可以通过减少人眼和大脑整合关于空间特征的视觉信息的时间窗来减轻运动模糊。防窥膜限制显示屏246的视角，从而限制每单位时间呈现给眼睛的空间上不同的图像的数量。
当实施的方案利用的是旋转平面镜而不是旋转显示器时，CPU 104将执行软件代码116以使GPU 108以与平面镜368的旋转同步地旋转呈现的2D图形348，以便将浮动图像118保持在直立位置。由于2D图形348的旋转，可以生成额外的运动模糊效果。与图2A、图2B、图2C和图2D所示的实施方式的情况相比，用于减少图3的实施方式中的模糊的特征和/或技术可导致用于观看浮动图像118的视角更窄。
应注意，CPU 104可以执行软件代码116以使转子344和平面镜368以变化的旋转速率或以基本恒定的预定旋转速率绕垂直轴354旋转。还应注意，旋转方向356可以相对于水平轴352的平面处于逆时针方向，如图3所示，或者相对于该平面沿顺时针方向旋转。此外，需要强调的是，防窥屏266/366所允许的每个视角、转子344的旋转速率、当实施方案采用LCD屏时背光占空比和显示屏246/346的频率、浮动图像显示系统100的图像刷新率、以及这些参数的组合可以预先确定，以优化用户130a和130B的观看体验。
在一些实施方式中，在转子344和平面镜368围绕垂直轴354旋转的一个或多个整数旋转期间，显示屏346会呈现出相同的2D图形248/348。在那些实施方式中，无论用户130a和130b在相对于浮动图像118的任何位置，他们中的每一个都将从相同的视角观看到浮动图像118。
然而，在其他实施方式中，当转子344和平面镜368旋转时，CPU 104可以执行软件代码116以使用GPU 108对2D图形248/348进行调制，以便生成分别适合于每个用户130a和130b的位置的浮动图像118的多个视角。例如，定位在面向浮动图像118的前侧并且在该位置静止的用户130a将始终从正面视角观看到浮动图像118。反过来，定位在面向浮动图像118的后侧并且在该位置静止的用户130b将始终从后方观看到浮动图像118。
如上所述。在一些用例中，对独立于浮动图像生成器140/340在空间中漂浮的浮动图像118的错觉进行增强是有利的或符合人们所期望的。当实施那些用例时，浮动图像生成器104/340还可以包括遮蔽百叶窗358。围绕底座342、转子344、旋转支撑结构364、平面镜368以及显示屏246/346的遮蔽百叶窗358可以实现为液晶百叶窗，诸如聚合物分散的液晶；或实现为“智能玻璃”百叶窗。在那些实施方式中，旋转平面镜368以生成浮动图像118的同时，可以由计算平台102/302控制遮蔽百叶窗358以保持其不透明，以便遮挡底座342、转子344、旋转支撑结构364、平面镜368以及显示屏246/346。随后可以通过计算平台102/302控制遮蔽百叶窗358从不透明转变为透明，仿佛在空间中自发生成一般，显示出浮动图像118。
图4示出了根据另一实施方式的示例性浮动图像生成器440的横截面视图。如图4所示，浮动图像生成器440包括其上呈现2D图形448的显示屏446（2D图形448从图4所示的视角不可见）。另外，如图4中进一步所示，浮动图像生成器440包括浮动图像生成光学系统470，其配置为生成2D图形448的浮动图像418。图4中还示出了由于在其上呈现2D图形448而由显示屏446发射出的光488。
根据图4所示的示例性实施方式，浮动图像生成光学系统470包括偏振分束器472、四分之一波片474以及面向显示屏446的平面镜476。偏振分束器472可以位于显示屏446和平面镜476之间，而四分之一波片474可以位于偏振分束器472和平面镜476之间。
浮动图像418和浮动图像生成器440通常对应于图1A中的浮动图像118和浮动图像生成器140，并且其中的特征可以共享本公开的任一对应特征的任何特性。此外，显示屏446和2D图形448通常分别对应于图2A和图3中的显示屏246/346和2D图形248/348，并且其中的特征可以共享本公开的任何对应特征的特性。
因此，尽管从图4所示的视角不可见，但是在显示屏446上呈现的2D图形448可具有类似于图2A中的2D图形248的外观。此外，尽管在图4中未明确示出，但是显示屏246/346/446由对应于图1A中的计算平台102的计算平台控制，并且包括分别对应于CPU 104、GPU108和存储软件代码116的系统存储器106的特征。此外，与计算平台102类似，控制显示屏246/346/446的计算平台还可以被配置为控制或在其中集成照明系统112、音频系统114和输入传感器系统120中的一个或多个。
根据图4中所示的示例性实施方式，2D图形448可以呈椭圆偏振的，导致显示屏246/346/446发射的光488为椭圆偏振光。由显示屏246/346/446发射的光488穿过偏振分束器472，偏振分束器472可以配置成基本上保持光488的偏振。随后，光488在从平面镜476反射之前穿过四分之一波片474。
当实施方案中，光488在四分之一波片474的方向上通过偏振分束器472之后呈椭圆偏振，四分之一波片474将使光488变成圆偏振（右圆偏振或左圆偏振），并且来自平面镜476的反射将使光488反转其圆偏振的方向。随后，反射光488再次通过四分之一波片474和偏振分束器472，并且可以作为2D图形248/348/448的浮动图像118/418从浮动图像生成光学系统470发射。应注意，根据图4中所示的实施方式，2D图形248/348/448的浮动图像118/418基本上可以比在显示屏246/346/446上呈现的2D图形248/348/448更亮，例如，大约高出三倍的亮度。
图5示出了根据又一实施方式的示例性浮动图像生成器540的俯视图。如图5所示，浮动图像生成器540包括其上呈现出2D图形548的显示屏546（2D图形548从图5所示的视角不可见）。此外，如图5中进一步所示，浮动图像生成器540包括浮动图像生成光学系统570，其配置成生成2D图形548的浮动图像518。图5中还示出了由于在其上呈现2D图形548而由显示屏546发射的光590。
根据图5中所示的示例性实施方式，浮动图像生成光学系统570包括面向显示屏546的第一平面镜578a、第二平面镜578b和第三平面镜548c。应注意，在图5的示例性实施方式中，第一平面镜578a基本上平行于显示屏546的显示表面，第二平面镜578b则与显示屏546成约为45°角，并且第三平面镜578c成一定角度设置，以便与第二平面镜578b基本垂直。换言之，第三平面镜578c相对于第二平面镜578b的角度成大约45°。此外，浮动图像生成光学系统570包括第一凹面镜582a、第二凹面镜582b和第三凹面镜582c，用于投射由相应的第一平面镜578a、第二平面镜578b和第三平面镜578c反射的各个图像592a、592b和592c。
浮动图像518和浮动图像生成器540通常对应于图1A中的浮动图像118和浮动图像生成器140，并且其中的特征可以共享本公开的任一对应特征的任何特性。此外，显示屏546和2D图形548一般分别对应于图2A、图3和图4中的显示屏246/346/446和2D图形248/348/448，并且其中的特征可以共享本公开的任何对应特征的特性。
因此，尽管从图5所示的视角不可见，但是在显示屏546上呈现的2D图形548可具有类似于图2A中的2D图形248的外观。此外，尽管在图5中未明确示出，但显示屏246/346/446/546由对应于图1A中的计算平台102的计算平台控制，并且包括分别对应于CPU 104、GPU108和存储软件代码116系统存储器106的特征。此外，与计算平台102类似，控制显示屏246/346/446/546的计算平台还可以被配置为控制或在其中集成照明系统112、音频系统114和输入传感器系统120中的一个或多个。
在一些实施方式中，第一平面镜578a、第二平面镜578b和第三平面镜578c可以定位成从大约一个焦距的距离面对显示屏246/346/446/546。此外，第一凹面镜582a、第二凹面镜582b和第三凹面镜582c可以位于显示屏246/346/446/546的上方，并且可以与显示屏246/346/446/546分开大约两个焦距的距离。第一平面镜578a、第二平面镜578b和第三平面镜578c以及第一凹面镜582a、第二凹面镜582b和第三凹面镜582c被配置为生成2D图形248/348/448/548的浮动图像118/518。此外，由浮动图像生成光学系统570生成的浮动图像118/518对于观看浮动图像118/518的用户130a和130b来说，呈现为对应于由相应的第一平面镜578a、第二平面镜578b和第三平面镜578c反射的图像592a、592b和592c的三个离散视角示出。
因此，本申请公开了浮动图像显示系统的各种实施方式。在一些公开的实施方式中，在其上呈现出2D图形的一个或多个显示屏被旋转以生成看起来像是3D的浮动图像。在替代实施方式中，2D图形在显示屏上呈现，并且旋转以一定角度面向显示屏的镜子以生成明显3D浮动图像。而在其他实施方式中，利用相对简单的光学元件阵列将2D图形投影为浮动图像。因此，本申请中公开的显示解决方案能够有利地使得在各种使用情况和实施环境中显示浮动图像成为可能和具有实用性。
从以上描述中可以明显看出，在不脱离这些概念的范围的情况下，可以使用各种技术来实现本申请中描述的概念。此外，虽然参考某些实施方式已经具体描述了概念，但是本领域普通技术人员将认识到，在不脱离这些概念的范围的情况下，可以在形式和细节上进行改变。如此一来，所描述的实施方式在所有方面均被认为是说明性的而非限制性的。还应当理解，本申请并不限于本文描述的特定实施方式，而是在不脱离本公开的范围的情况下，许多变型、修改和替换也是可能的。

Claims (18)

1.一种浮动图像显示系统，包括：
计算平台，包括中央处理单元（CPU）和存储软件代码的系统存储器；
至少一个显示器；
耦合至所述至少一个显示器的转子；和
围绕所述至少一个显示器的遮蔽百叶窗，所述遮蔽百叶窗是不透明的以在所述转子不旋转所述至少一个显示器时遮挡所述至少一个显示器；
所述CPU配置为执行软件代码以：
在至少一个显示器上呈现出二维（2D）图形；以及
旋转与至少一个显示器连接的转子，转子被配置为围绕与所述至少一个显示器的显示表面平行的垂直轴以预定的旋转速率旋转所述至少一个显示器，以显示由2D图形组成的三维（3D）浮动图像；并且
在与至少一个显示器连接的转子旋转之后，将遮蔽百叶窗从不透明转变为透明，以在至少一个显示器上显示由2D 图形组成的3D浮动图像，并且在转子旋转的同时，所述至少一个显示器利用所述转子围绕所述垂直轴旋转，其中遮蔽百叶窗在转子旋转时保持透明；
其中，所述CPU被配置为在由于耦合至所述至少一个显示器的转子的旋转而在至少一个显示器上呈现出由2D图形组成的3D浮动图像之后，遮蔽百叶窗由不透明转变为透明。
2.根据权利要求1所述的浮动图像显示系统，还包括防窥屏，其固定到所述至少一个显示器的显示表面，其中，通过限制每单位时间呈现给用户的空间上不同的图像的数量，在一预定视角之外所述防窥屏限制对所述至少一个显示器的观看。
3.根据权利要求1所述的浮动图像显示系统，其中，在用户围绕浮动图像显示系统进行360°观看的同时，可透过所述遮蔽百叶窗观看所述至少一个显示器。
4.根据权利要求1所述的浮动图像显示系统，其中，所述CPU配置为执行软件代码，以预定的选通速率选通所述显示器的背光的频率、强度和占空比中的至少一个，从而减轻浮动图像的模糊。
5.根据权利要求1所述的浮动图像显示系统，其中，所述CPU被配置为改变转子的预定转速。
6.根据权利要求1所述的浮动图像显示系统，还包括分布在 360º阵列中的麦克风。
7.根据权利要求1所述的浮动图像显示系统，还包括可穿戴浮动图像跟踪传感器，其配置为与计算平台进行无线通信；所述浮动图像显示系统配置为当用户佩戴浮动图像跟踪传感器时利用浮动图像跟踪传感器确定用户的位置，以使用户能够从适合于用户相对于3D浮动图像的位置的视角观看3D浮动图像。
8.根据权利要求1所述的浮动图像显示系统，其中，所述至少一个显示器包括背对背设置的第一显示器和第二显示器。
9.根据权利要求8所述的浮动图像显示系统，其中，在所述至少一个显示器上呈现2D图形包括在第一显示器上呈现2D图形的第一视角和在第二显示器上呈现2D图形的第二视角。
10.根据权利要求6所述的浮动图像显示系统，其中，所述麦克风检测声源的距离和方向以确定用户的位置。
11.一种由浮动图像显示系统使用的方法，所述浮动图像显示系统包括：
计算平台，包括中央处理单元（CPU）和存储软件代码的系统存储器；
至少一个显示器；
耦合至所述至少一个显示器的转子；以及
围绕所述至少一个显示器的遮蔽百叶窗，所述遮蔽百叶窗是不透明的以在所述转子不旋转所述至少一个显示器时遮挡所述至少一个显示器；
所述方法包括：
通过CPU执行软件代码，在至少一个显示器上呈现二维（2D）图形；
通过CPU执行软件代码并利用所述转子，至少一个显示器围绕与所述至少一个显示器的显示表面平行的垂直轴以预定的旋转速率旋转，以显示由2D图形组成的三维（3D）浮动图像；以及
在与至少一个显示器耦合的转子旋转之后，通过CPU执行软件代码，将遮蔽百叶窗从不透明转变为透明，以在至少一个显示器上显示由2D 图形组成的3D浮动图像，并且在转子旋转的同时，所述至少一个显示器利用所述转子围绕所述垂直轴旋转，其中遮蔽百叶窗在转子旋转时保持透明；
其中，由于耦合至所述至少一个显示器的转子的旋转而在至少一个显示器上呈现出由2D图形组成的3D浮动图像之后，遮蔽百叶窗由不透明转变为透明。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述浮动图像显示系统还包括防窥屏，其固定到所述至少一个显示器的显示表面，并且其中，所述方法还包括：
利用所述防窥屏，通过限制每单位时间呈现给用户的空间上不同的图像的数量，在一预定视角之外对所述至少一个显示器的观看。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，在用户围绕浮动图像显示系统进行360°观看的同时，可透过所述遮蔽百叶窗观看所述至少一个显示器。
14.根据权利要求11所述的方法，还包括，以预定的选通速率选通所述显示器的背光的频率、强度和占空比中的至少一个，从而减轻浮动图像的模糊。
15.根据权利要求11所述的方法，还包括，改变转子的预定转速。
16.根据权利要求11所述的方法，所述浮动图像显示系统还包括分布在 360º阵列中的麦克风，并且其中所述方法还包括，检测声源的距离和方向以确定用户的位置。
17.根据权利要求11所述的方法，所述浮动图像显示系统还包括可穿戴浮动图像跟踪传感器，其配置为与计算平台进行无线通信；并且所述方法还包括：
当用户佩戴浮动图像跟踪传感器时，利用浮动图像跟踪传感器确定用户的位置，以使用户能够从适合于用户相对于3D浮动图像的位置的视角观看3D浮动图像。
18.根据权利要求11所述的方法，其中所述浮动图像显示系统还包括背对背设置的第一显示器和第二显示器，并且其中在所述至少一个显示器上呈现2D图形包括在第一显示器上呈现2D图形的第一视角和在第二显示器上呈现2D图形的第二视角。
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