CN114236822A - 用于呈现虚拟元素的方法 - Google Patents

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Abstract

用于呈现虚拟元素的方法。本发明涉及一种用于在车辆的至少一个显示装置（14）的显示区（12）内呈现至少一个虚拟元素（10）的方法。其中改善在显示装置（14）的显示区（12）内的虚拟元素（10）的深度感知的用于呈现虚拟元素（10）的方法可以通过如下方式来被实现：由至少一个第一虚拟子元素（20）和至少一个第二虚拟子元素（22）来构造虚拟元素（10），其中第一虚拟子元素（20）在显示区中透视地被布置在第二子元素（22）前面。

Description

用于呈现虚拟元素的方法
技术领域
本发明涉及一种用于在车辆的至少一个显示装置的显示区内呈现至少一个虚拟元素的方法，其中在显示装置的显示区内呈现三维空间，其中基于至少一个数据源来确定在所呈现的三维空间中的用于对至少一个虚拟元素的定位的三维坐标，其中该至少一个虚拟元素作为二维图像被变换到在显示装置的显示区内所呈现的三维空间中，而且其中该至少一个虚拟元素在显示装置的显示区内相对于三维空间透视准确地被呈现在驾驶员的视野内。
同时，本发明涉及一种用于呈现至少一个虚拟元素的设备，该设备具有至少一个显示装置，该显示装置带有至少一个显示区。
本发明还涉及一种车辆，该车辆具有用于呈现至少一个虚拟元素的设备。
背景技术
随着虚拟和增强现实技术和应用的不断深入发展，这些虚拟和增强现实技术和应用也进入到汽车中。增强现实（Augmented Reality，AR）是通过虚拟元素对真实世界的丰富，这些虚拟元素在三维空间中位置准确地被登记或定位并且允许实时交互。平视显示器（Head-Up-Display，HUD）提供了相对应地用透视准确的虚拟增强来使驾驶舱丰富的可能的技术实现方案。
正是在平视显示器的情况下，通过集成在仪表板中的成像单元、诸如TFT显示器来形成虚拟显示。该图像经由多个镜朝着挡风玻璃的方向被偏转，在该挡风玻璃处，光被反射到驾驶员的眼睛中。该驾驶员将该图像感知为视野中的虚拟显示。在这种系统的设计方面，光被反射到的区域在空间上受到限制，以便通过更少的光散射来实现更高的亮度。该区域被称为“EyeBox”，因为驾驶员的视野必须位于该区域内，以便能够实现对该虚拟图像的感知。
在平视显示器方面，一个主要问题在于：定位于三维空间中的虚拟3D元素必须被呈现在2维显示上。这导致这些虚拟元素部分地不能被观察者感知为周围环境的组成部分。由于虚拟图像平面的设计，作为对在道路上的周围环境的扩展的、向前延伸的线条可能会部分地不被感知为躺倒在车道上而是被感知为站立着并且向上延伸。该感知错误在下文称为斜坡效应。为了减少该斜坡效应，必须考虑人类的深度感知。
例如，DE 11 2017 006 054 T5示出了一种用于在平视显示器上呈现虚拟元素的系统。其中用于在平视显示器的显示区上呈现虚拟元素的设备具有光轴，该光轴包括不同的图像实现区域，使得在该显示区上被呈现的图像具有不同的虚拟距离，使得观察者体会到对这些虚拟元素的不同的深度感知。
缺点在于：在增加图像距离的情况下，需要用于显示设备的更大的结构空间，以便改善该深度感知。
US 2011/0102303 A1示出了一种用于呈现以转弯提示为形式的虚拟元素的方法，这些转弯提示根据距离来逐渐预告转弯机动动作。这些转弯提示例如在转弯前的为90 m、60 m和30 m的距离处作为虚拟元素被呈现在驾驶员的视野内并且在可能的情况下透视准确地被呈现。但是，在此存在发生上述斜坡效应的风险。
发明内容
现在，本发明所基于的任务在于：说明一种用于显示虚拟元素的方法、一种相对应的设备以及一种车辆，其中在显示装置的显示区内的虚拟元素的深度感知被改善。
在本发明的情况下，该任务首先通过如下方式来被解决：由至少一个第一虚拟子元素和至少一个第二虚拟子元素来构造虚拟元素，其中第一虚拟子元素在显示区中透视地被布置在第二子元素前面。
显示装置的显示区可以是在中间区域或在驾驶舱区域、例如在车辆的组合仪表中的显示器。替选地或附加地，显示装置的显示区可以被设计成平视显示器。平视显示器应被理解成如下显示区，在该显示区的情况下，驾驶员可以保持其头部姿势或视线方向，因为信息被投影到他的视野中、例如被投影到车辆的挡风玻璃上。
所呈现的三维空间可以优选地描述沿行驶方向位于车辆之外的区域。在平视显示器的情况下，显示装置的显示区或三维空间能等同于透过挡风玻璃的视野。那么，该三维空间因此是在车辆前方位于驾驶员或副驾驶员的视野内的空间。相对应的针对虚拟元素所计算的三维坐标例如可以是笛卡尔坐标。
对于计算这些坐标所需的数据源可以是不同类型的。优选地，这些数据源是车辆数据或导航数据，这些车辆数据或导航数据通过车辆的定位传感装置、诸如GPS、转速传感器或摄像机来被记录。
虚拟元素可以是不同的图像元素和/或按键，这些图像元素和/或按键被呈现在显示装置的显示区内。虚拟元素可具有与车辆数据的关联和/或取决于车辆的驾驶特性。这些数据例如可以来自现有的驾驶辅助系统。但是，也可设想的是：所呈现的虚拟元素对于车辆的驾驶特性来说不重要。
这些虚拟子元素放在一起得到整个虚拟元素。通过划分虚拟元素，能够不一样地设计这些子元素，以便使深度感知对于观察者或车辆的驾驶员来说尽可能逼真。
本发明的其它优选的设计方案从其余的、在从属权利要求中提到的特征中得到。
为此，在按照本发明的方法的第一设计方案中规定：第一虚拟子元素和第二虚拟子元素以深度伸展来被呈现，使得虚拟元素随着距离增加而更小且更高地被呈现在显示装置的显示区内。在透视呈现的情况下，在背景中呈现的元素通常小于在前景中的元素。即，在显示区中呈现的、例如应该表示车道的边缘的线条可以透视地被呈现，使得通过其来呈现该线条的虚拟子元素逐渐缩小它们的尺寸。那么不会发生斜坡效应，因为对于驾驶员来说形成该线条延伸到图像平面中的印象。
在按照本发明的方法的另一有利的设计方案中规定：第一虚拟子元素和第二虚拟子元素具有纹理梯度。以这种方式，在这些虚拟子元素的情况下，在背景中更远的子元素可以被配备与在前景中更远的虚拟子元素不同的纹理。因此，可以生成更逼真的深度感知。
替选地或附加地，在按照本发明的方法的另一设计方案中规定：第一虚拟子元素和第二虚拟子元素具有锐度梯度。类似于上述实施方案，在背景中更远的虚拟子元素可具有比在前景中更远的虚拟子元素更高的模糊度，由此可以生成对于车辆的驾驶员来说更逼真的深度感知。根据三维对象的距离，在距离小的情况下也可能合理的是：在前景中更近的对象具有比在背景中更远的三维对象更低的锐度。两种设计方案的组合同样是可能的。为此，需要至少三个虚拟子元素，其中前面的虚拟子元素和后面的虚拟子元素分别具有比中间的虚拟子元素更高的模糊度。
同样替选地或附加地，在本发明的另一设计方案中规定：第一虚拟元素和第二虚拟元素具有亮度梯度。相对应地在背景中更远的虚拟子元素可具有比在前景中更远的虚拟子元素更低的亮度，以便将该深度感知对于车辆的驾驶员来说设计得更逼真。
在按照本发明的方法的另一设计方案中，设置至少一个第三虚拟子元素。第三虚拟子元素在显示区内透视地被布置在第二子元素后面。第一虚拟子元素具有距第二虚拟子元素的第一间距，其中第二虚拟子元素具有距第三虚拟子元素的第二间距。第一间距大于第二间距。这些虚拟子元素透视地在背景中越远，它们就彼此被移动得越近，以便改善车辆的驾驶员的深度感知。
在本发明的一个优选的设计方案中，根据虚拟元素的对于车辆的驾驶员来说的视觉质量来检查对虚拟元素的几何准确的呈现的质量。
此外，按照本发明的方法的一个特别优选的设计方案规定：如果虚拟元素的视觉质量达到预先确定的极限值，则降低对虚拟元素的几何准确的呈现的质量。根据观察者的视角，透视准确的呈现可能导致：在虚拟子元素之间的间距变小，使得这些虚拟子元素不再能被感知并且子对象在主观感知中重叠。
因而，本发明规定：在这种情况下，为了更高的视觉质量而放弃百分之100的几何准确性。在这种情况下，这意味着：不是使这些子对象之间的间距在线条的整个长度内保持恒定，而是随着在三维空间中的距离的增加而将这些间距恰好增加到这些间距保持能被感知到而且这些间距的减小在整个长度内也保持能被感知到的程度。
上述任务还由一种按照本发明的设备通过如下方式来解决：该显示装置被设计为执行按照本发明的方法。上述关于按照本发明的方法的实施方案相对应地也适用于按照本发明的设备。
该设备例如可以是导航系统，该导航系统能够按照本发明的设备来实现对接触模拟的元素的图形输出。
上述任务还由一种按照本发明的具有用于呈现至少一个虚拟元素的设备的车辆来解决，其中该设备按照本发明来被设计。上述关于按照本发明的设备的实施方案相对应地也适用于按照本发明的车辆。
只要在个别情况下不另作解释，本发明的在本申请中提到的不同的实施方式就能有利地彼此结合。
附图说明
随后，本发明在实施例中依据所属的附图来被阐述。其中：
图1示意性示出了从现有技术中公知的对接触模拟的虚拟元素的呈现；以及
图2示意性示出了按照本发明的方法的实施例的对接触模拟的虚拟元素的呈现。
具体实施方式
图1示出了在显示装置14的显示区12中对虚拟元素10的在现有技术中常见的呈现。在此，在显示装置14的显示区12中呈现三维空间16。在该实施方案中，该显示装置是平视显示器。基于至少一个数据源，确定在所呈现的三维空间16中的用于对至少一个虚拟元素10的定位的三维坐标。
接着，虚拟元素10作为二维图像18被变换到在显示装置14的显示区12中呈现的三维空间16中。然后，虚拟元素10在显示装置14的显示区12中相对于三维空间16透视准确地被呈现在驾驶员的视野内。在当前示例中，两个虚拟元素10以线条为形式作为行车道的边界来被显示。
在对透视准确地呈现的元素进行呈现的情况下，主要问题在于：定位于三维空间16中的虚拟元素10必须被呈现在2维显示区12上。这导致这些虚拟元素10部分地不能被观察者感知为周围环境的组成部分。这样，在图1中意图将周围环境扩展在道路上躺倒的、向前延伸的线条，以使行车道可视化。然而，由于虚拟图像平面的设计，这些线条部分地不能被感知为躺倒在车道上，而是由于斜坡效应而被感知为站立着并且向上延伸。
图2示出了按照本发明的方法的实施例的图示，其中避免了现有技术中的缺点。原则上可能会通过立体成像器来改善深度感知。借助于立体成像器可能会针对两只眼睛生成两个单独的图像。由此，感知到3D图像。不过，在立体显示器的情况下发生调节辐辏冲突，该调节辐辏冲突例如可能导致头痛。该效果例如常常在3D电影院被观察到。
在图2中将虚拟元素10划分成虚拟子元素20、22、24。在此，第一虚拟子元素20透视地布置在第二虚拟子元素22前面，其中第三虚拟子元素24透视地布置在第二虚拟子元素22后面。在该呈现中，还设置其它虚拟子元素。
通过将虚拟元素10划分成虚拟子元素20、22、24，虚拟子元素20、22、24例如可以配备纹理梯度，这些纹理梯度能够改善这些虚拟元素的深度感知。在此，第一虚拟子元素20具有距第二虚拟子元素22的第一间距26。第二虚拟子元素22具有距第三虚拟子元素24的第二间距28。第一间距26大于第二间距28。因此，两个虚拟子元素在背景中透视地布置得越远，在这些虚拟子元素之间的间距就越小，由此深度感知被改善。
然而，根据观察者的视角，透视准确的呈现也可能导致：在虚拟子元素20、22、24之间的间距26、28变小，使得这些虚拟子元素不再能被感知并且这些虚拟子元素20、22、24在主观感知中重叠。因而，在该方法的该实施例中规定：在这种情况下，为了更高的视觉质量而放弃百分之100的几何准确性。在这种情况下，这意味着：不是使这些子对象之间的间距26、28在线条的整个长度内保持恒定，而是随着在三维空间16中的距离的增加而将这些间距恰好增加到这些间距26、28保持能被感知到而且这些间距26、28的减小在整个长度内也保持能被感知到的程度。
在该实施例中，附加地规定：这些虚拟子元素20、24、28和/或虚拟元素10整体具有深度伸展，使得虚拟元素10可以随着距离增加而更小且更高地被呈现在显示装置14的显示区12内。还规定：这些虚拟子元素20、24、28和/或虚拟元素10整体配备有锐度梯度，该锐度梯度能够实现：虚拟元素10透视地离得越远，这些虚拟元素就越扩散地被呈现。还规定：这些虚拟子元素20、24、28和/或虚拟元素10整体具有亮度梯度，该亮度梯度能够实现：虚拟元素10透视地离得越远，这些虚拟元素就越暗地被呈现。
附图标记列表
10 虚拟元素
12 显示区
14 显示装置
16 三维空间
18 二维图像
20 第一虚拟子元素
22 第二虚拟子元素
24 第三虚拟子元素
26 第一间距
28 第二间距。

Claims (10)

1.一种用于在车辆的至少一个显示装置（14）的显示区（12）内呈现至少一个虚拟元素（10）的方法，其中在所述显示装置（14）的显示区（12）内呈现三维空间（16），其中基于至少一个数据源来确定在所呈现的三维空间（16）中的用于对至少一个虚拟元素（10）的定位的三维坐标，其中所述至少一个虚拟元素（10）作为二维图像（18）被变换到在所述显示装置（14）的显示区（12）内所呈现的三维空间（16）中，而且其中所述至少一个虚拟元素（10）在所述显示装置（14）的显示区（12）内相对于所述三维空间（16）透视准确地被呈现在驾驶员的视野内，其特征在于，由至少一个第一虚拟子元素（20）和至少一个第二虚拟子元素（22）来构造所述虚拟元素（10），其中所述第一虚拟子元素（20）在所述显示区中透视地被布置在所述第二子元素（22）前面。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一虚拟子元素（20）和所述第二虚拟子元素（22）以深度伸展来被呈现，使得所述虚拟元素（10）随着距离增加而更小且更高地被呈现在所述显示装置（14）的显示区（12）内。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一虚拟子元素（20）和所述第二虚拟子元素（22）具有纹理梯度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一虚拟子元素（20）和所述第二虚拟子元素（22）具有锐度梯度。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一虚拟子元素（20）和所述第二虚拟子元素（22）具有亮度梯度。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，设置至少一个第三虚拟子元素（24）；所述第三虚拟子元素（24）在所述显示区（12）内透视地被布置在所述第二虚拟子元素（22）后面；所述第一虚拟子元素（20）具有距所述第二虚拟子元素（22）的第一间距；所述第二虚拟子元素（22）具有距所述第三虚拟子元素（24）的第二间距；而且所述第一间距（26）大于所述第二间距（28）。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，根据所述虚拟元素（10）的对于所述车辆的驾驶员来说的视觉质量来检查对所述虚拟元素（10）的几何准确的呈现的质量。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，如果所述虚拟元素（10）的视觉质量达到预先确定的极限值，则降低对所述虚拟元素（10）的几何准确的呈现的质量。
9.一种用于呈现至少一个虚拟元素（10）的设备，所述设备具有至少一个显示装置（14），所述显示装置带有至少一个显示区（12），其特征在于，所述显示装置（14）被设计为执行根据权利要求1至8中任一项所述的方法。
10.一种车辆，其具有用于呈现至少一个虚拟元素（10）的设备，其特征在于，所述设备根据权利要求9来被设计。
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