CN1443422A - 为空间可变平面的投影确定当前投影数据的方法和装置 - Google Patents

Abstract

在为空间可变平面的投影确定投影数据的方法和装置中，在第一计算单元中确定变化数据，该数据表明空间可变平面从初态到终态的变化。把变化数据传输给第二计算单元并传输给第三计算单元，二者分别与第一计算单元连接。在第二计算单元中在应用变化数据和第一个事先存储的投影数据的情况下为空间可变平面的第一投影确定第一个当前投影数据。在第三计算单元中在应用变化数据和第二个事先存储的投影数据的情况下为空间可变平面的第二投影确定第二个当前投影数据。

Description

为空间可变平面的投影确定 当前投影数据的方法和装置

本发明涉及为空间可变平面的投影确定当前投影数据的方法和装置。

通常在3D投影系统、例如“虚拟真实”系统(VR系统)或“视觉模拟”系统(VS系统)中确定如此数据，以便三维表示图像或连续图像。

从[1]中已知并且在图2中描述了如此的3D投影系统。

3D投影系统200具有一个多节点结构，二个专用计算机210、220同整个系统连接。

二个专用计算机210、220经过以太网络数据线230彼此连接。此外二个专用计算210、220与各一个投影单元240、250连接。

为了在用户和3D投影系统200之间实施相互作用第一专用计算机210与一个终端设备、即鼠标260、和一个位置跟踪系统270连接。

位置跟踪系统270用于，用户在一个真实环境或世界中的动作输入3D投影系统200的虚拟世界中。因此位置跟踪系统270可以直观理解为在用户的真实世界和3D投影系统200的虚拟世界之间的接口。

在3D投影系统200的多节点结构中第一专用计算机210履行控制和监控任务，例如同步三维图像数据，在第一专用计算机210和第二专用计算220中确定这些数据并且把这些数据传输给各自与专用计算机连接的投影单元250、260用于同步投影。

该3D投影系统200为了确定三维图像数据应用软件程序“Lightning”[2]。在Linux操作系统[3]下执行该程序，该操作系统安装在专用计算机210、220中。

软件程序“Lightning”把一个程序库执行者[4]用于三维图像数据的显像。

在3D投影系统200的多节点结构中第一专用计算机附加于三维图像的确定还承担3D投影系统的控制和监控。由于这个原因在3D投影系统200中在第一专用计算机上对计算能力的要求比在第二专用计算机上的要求高。

或者这导致，在应用二个同样的专用计算机210、220的情况下二者工作负荷显著不同(不对称)。可是在这种情况下至少一个专用计算机210、220的工作是不见效的。

或者应用二个特殊的、匹配于各自所需计算能力的专用计算机210、220。可是对于这些特殊匹配的专用计算机210、220购置费用和维护费用是较高的。

因此本发明基于这个问题，给出一种方法和一个装置，以该方法和装置可以简单并低成本地确定3D投影的投影数据。

通过根据各自独立的权利要求的方法和装置解决该问题。

在为空间可变平面的投影确定当前投影数据的方法中，在第一计算单元中确定变化数据，该数据表明空间可变平面从初态到终态的变化。变化数据传输给第二计算单元并传输给第三计算单元，二者分别与第一计算单元连接。在第二计算单元中在应用变化数据和第一个事先存储的投影数据的情况下为空间可变平面的第一投影确定第一个当前投影数据。在第三计算单元中在应用变化数据和第二个事先存储的投影数据的情况下为空间可变平面的第二投影确定第二个当前投影数据。

为空间可见平面的投影确定当前投影数据的装置具有一个第一计算单元，如此建立该计算单元，即可以确定变化数据，该数据表明空间可变平面从初态到终态的变化，并且把该变化数据传输给第二计算单元并传输给第三计算单元，二者分别与第一计算单元连接。

如此建立第二计算单元，即在应用变化数据和第一个事先存储的投影数据的情况下可以为空间可变平面的第一投影确定第一个当前投影数据。如此建立第三计算单元，即在应用变化数据和第二个事先存储的投影数据的情况下可以为空间可变平面的第二投影确定第二个当前投影数据。

根据本发明的装置直观具有一个对称结构，由此得出该对称结构，即第二计算单元和第三计算单元彼此分别实施相应的方法步骤。

这导致第二和第三计算单元的对称并因此有效的工作负荷。

本发明的另一个特别优点在于，可以通过商业硬件元件、例如通过商业PC实现本发明的元件。

因此简单并低成本地实现本发明。此外在如此实现的情况下产生低的维护费用。

另一个优点在于，例如通过附加的第二和/或第三计算单元可以简单并灵活地扩展根据本发明的装置，也就是说可以定标。

此外本发明具有特别的优点，其独立于计算机平台并且以简单方式能够一体化在任意已知的投影系统和/或显像系统中、例如“Lightning”、“Vega”和“Division”。此外由此实现的新投影系统和/或显像系统的购置费用显著低于原始系统。

该装置特别适合于实施根本发明的方法或其如下阐述的改进。

从属权利要求中得出本发明的优选改进。

进一步描述的改进不仅涉及该方法而且也涉及该装置。

不仅可以软件而且也可以硬件、例如在应用特殊电路的情况下、实现本发明和进一步描述的改进。

此外通过计算机可读的存储介体能够实现本发明或进一步描述的改进，在该存储介体上存储本发明或改进执行的计算机程序。

也可以通过计算机程序产品实现本发明和/或每个进一步描述的改进，该计算机程序产品具有一个存储介体，在该存储介体上存储本发明或改进执行的计算机程序。

本发明此外具有特别的优点，以特别简单的方式可以扩展或者定标本发明并因此可以十分灵活使用本发明。在一个扩展中该装置配备多个第二和/或第三计算单元，每一个计算单元与第一计算单元连接。

通过仅仅把变化数据传输给第二和第三计算单元和接下来在第二和第三计算单元中分别从变化数据中再现表明空间可变的平面的数据代替确定表明空间可变平面的数据，在第二和第三计算单元中显著降低传输数据量和在计算单元中所需的计算能力。

因此在本发明的一个扩展中在应用标准硬件元件的情况下能够实现该装置。如此例如可以分别通过商业PC实现第一计算单元、第二计算单元和第三计算单元。

在一个扩展中在第二和第三计算单元中存储第一个当前投影数据和第二个当前投影数据。在另外的后面投影中原当前投影数据是事先存储的投影数据。在这种情况下递推实施该方法。

根据本发明的装置特别适合于例如在虚拟真实系统和/或视觉模拟系统中投影三维图像(3D图像)或由3D图像形成的连续图像的投影系统。

在这种情况下空间可变平面包含在3D图像中，通过虚拟真实系统/和或视觉模拟系统产生该图像。

本发明对如此投影系统的改进具有用于第一个投影的第一投影单元和用于第二个投影的第二投影单元，其中第一投影单元与第二计算单元连接，第二投影单元与第三计算单元连接。

如果例如通过把同步信息从第一计算单元分别传输给第二和第三计算单元同步投影单元的投影，则当然实现高质量的空间可变平面投影。

通过广播机理特别简单实现同步，在该机理中第一计算单元把广播信息传输给第二和第三计算单元。

如果第一投影数据的确定和第二投影数据的确定也同步，则得出投影的进一步改善。为此第一计算单元把第一同步信息传输给第二计算单元并且把第二同步信息传输给第三计算单元。在应用第一和第二同步信息的情况下同步确定第一和第二投影数据。

通过广播机理也能够简单实现该同步。

如果通过画面记录器表明空间可变的平面，则在本发明的一个扩展中当然特别简单地实现空间可变平面的已知投影方法的一体化。

在这种情况下从空间可变平面在初态中的画面记录器与空间可变平面在终态中的画面记录器相比的变化中确定变化。

在3D连续图像的3D图像投影时空间可变平面分别包含在3D连续图像的一个3D图像中。在这种情况下为3D连续图像的每个3D图像确定画面记录器。

在本发明的一个改进中实施初始化，其中表明在初始状态中的空间可变平面的初始化数据传输给第二和第三计算单元。在第二计算单元中在应用初始化数据的情况下确定第一初始化投影数据以及在第三计算单元中在应用初始化数据的情况下确定第二初始化投影数据。

在图中描述本发明的实施例并且进一步详细阐述本发明的实施例。

图1指出了根据第一实施例的VR系统简图；

图2指出了根据现技术状况的3D投影系统简图；

图3指出了具有在3D投影时执行的方法步骤的简图；

图4指出了具有适合于根据第一和第二实施例的3D投影系统的软件结构简图；

图5指出了根据第二实施例的3D投影系统简图。

图1指出了具有用于3D画面显像的交联计算机结构100的“虚拟真实”系统(VR系统)。

在这个交联的计算机结构100中控制计算机(主机)110与一个输入/输出单元120和四个投影计算机(从属)130、131、132、133连接。

每个投影计算机130、131、132、133进一步与一个投影仪141、141、142、143连接。各一个投影计算机130、131、132、133和一个与投影计算机130、131、132、133连接的投影仪141、141、142、143一起形成投影单元。

各二个这样的投影单元在一个投影屏150、151上投影3D图像。与此相应该VR系统具有二个如此的投影屏150、151。

一个数据网160、通过该数据网连接交联的计算机结构100的元件、是一个商业以太网络。控制计算机110和投影计算机130、131、132、133分别配备以太网网络卡和相应以太网软件。

不仅控制计算机110而且投影计算机130、131、132、133也是商业Intel Pentium III PCs，投影计算机130、131、132、133分别附加配备一个3D图形卡。

在控制计算机110上和在投影计算机130、131、132、133上分别安装“Linux”操作系统[3]。投影仪141、141、142、143是商业LCD或DLP投影仪。

在控制计算机110上安装一个虚拟真实应用软件，在这种情况下应用软件是“Vega”[5]和3D图形库“SGI Performer”2.3版。

在每个投影计算机130、131、132、133同样安装3D图形库“SGIPerformer”2.3版。

此外在控制计算机110和投影计算机130、131、132、133上分别安装可执行的软件，以该软件可以在显像3D画面时执行下面描述的方法步骤。

在图3中描述了具有在显像3D画面时的方法步骤的简图。

通过软件执行方法步骤301、310、315、320和330，该软件安装在控制计算机110上。分别在所有投影计算机130、131、132、133上通过在那里安装的软件执行方法步骤350、351、355、360和365。

对于一个投影计算机130、131、132、133示范描述方法步骤350、351、355、360和365。可是这些方法步骤相应地在所有另外投影计算机350、351、355、360和365上执行。

通过一个所谓的画面记录器描述在VR系统100中在3D图像中的所有空间信息，该画面记录器在[6]中说明。

箭头、通过该箭头方法步骤彼此连接、说明分别连接的方法步骤的时间顺序。

在控制计算机110的初始化方法步骤301和投影计算机130、131、132、133的初始化方法步骤350中初始化VR系统。

对此在控制计算机110中在使用应用阮件“vega”的情况下确定一个3D初始化图像并且传输给投影计算机130、131、132、133。

此外在初始化VR系统时确定成像参数，其在用户的真实世界和VR系统100的虚拟世界之间建立交互连接。

在应用成像参数的情况下用户在真实世界中实施的动作作为相应的连续图像输入VR系统100的虚拟世界。

在方法步骤310中，在控制计算机110中处理用户的输入。对此用户在真实世界中的动作输入VR系统100的虚拟世界中。接下来控制计算机110在方法步骤315中确定一个当前的3D图像。

在方法步骤320中确定当前3D图像与时间先前、在控制计算机中确定并存储的3D图像相比的变化。

这是通过确定在当前3D图像中的画面记录器与在时间先前的3D图像中画面记录器相比的变化实现的。

对此直观确定在当前画面记录中和时间先前的画面记录器之间的差别(变化数据)。

在方法步骤325中变化数据传输给投影计算机130、131、132、133。

在方法步骤330中控制计算机110控制并监控投影计算机130、131、132、133的同步，下面特别描述投影计算机的同步。

接下来控制计算机可以再度处理用户的新动作，其中象描述的一样再度执行方法步骤310、315、320、325、330。

在方法步骤351中投影计算机130、131、132、133接收变化数据(参见方法步骤325)。

在方法步骤355中，在投影计算机130、131、132、133中在应用变化数据和时间先前3D图像的画面记录器的情况下“再现”当前的画面记录器。

在方法步骤360中在应用3D图形库“SGI Performer”2.3版[4]的情况下从再现的画面记录器中确定投影数据。

在方法步骤365中投影数据传输给投影仪140、141、142、143并投影。对此在所有投影计算机130、131、132、133中同步实现到各自投影仪140、141、142、143的传输。

同步

在图1的VR系统100中实现二次同步。

分别通过所谓的广播机理执行二个同步，该机理在[7]中描述。

在该广播机理中控制计算机110把广播消息传输给投影计算机130、131、132、133以便同步在投影计算机130、131、132、133中的计算机动作。

这个传输的广播消息相当于直观的同步脉冲，通过该同步脉冲同步计算机动作。

在第一同步中控制计算机110同步把变化数据传输给投影计算机130、131、132、133。

在投影计算机130、131、132、133中分别确定当前的画面记录器并且确定相应的投影数据用于3D图像的投影。投影数据存储在投影计算机130、131、132、133的特殊存储器中。

在投影计算机130、131、132、133中一确定投影数据，各自投影计算机130、131、132、133就给控制计算机传输消息。由此投影计算机130、131、132、133告知控制计算机，其准备好接下来的投影。

控制计算机110从所有投影计算机130、131、132、133一获得报告，控制计算机就同步接下来的投影(第二同步)。

同样通过广播消息实现第二同步，该广播消息从控制计算机100传输给投影计算机130、131、132、133。

控制计算机110直观要求投影计算机130、131、132、133，把投影数据从特殊存储器中同时传输给投影仪投影。

在图4中分别通过具有分级装置层的层结构描述控制计算机的软件结构401和投影计算机402的软件结构。

下面代表投影计算机描述的层结构象描述的一样在所有投影计算机中实现。

如此层结构的层理解为软件模块，其提供其上一层的业务。对此层的软件模块可以使用其上一层的业务。

每个层提供一个API(应用程序接口)使用，其为可支配的业务定义输入数据的可支配业务和格式。

控制计算机的如此软件结构401具有第一个、最上面的层、应用层410。应用层410是到用户接口410。

隶属于第一层410的第二层411是VR系统。在那里产生、管理3D数据并且数据作为画面记录器移交给SGI Performer 2.3版用于显像。

在隶属于第二层411的第三层412中确定变化数据，其表明在二个时间连续的画面中画面记录器的变化，并且变化数据传递给在投影计算机中的对应层420。

在最深层、第四层413中存储3D图形库“SGI Performer”2.3版的数据。在该层中实现显像。

投影计算机402的软件结构包含二个层。

在第一层420中接收变化数据，其表明在二个时间连续的画面中画面记录器的变化，并且变化数据传送给“SGI Performer”2.3版。

在隶属于第一层的第二层421中存储3D图形库“SGI Performer”2.3版的数据。

使控制计算机的软件结构的第三层412与投影计算机的软件结构的第一层420连接的连接箭头430说明，在这二个层之间交换数据，该数据由控制计算机传输给投影计算机。

第二实施例：VR系统

图5指出了具有用于3D画面显像的交联计算机结构的第二“虚拟真实”系统(VR系统)500。

在该交联的计算机结构中控制计算机(主机)501与根据第一实施例的六个投影单元510、511、512、513、514、515连接。

根据第一实施例投影单元510、511、512、513、514、515中的二个分别在投影屏520上投影3D图像。

彼此连接、半圆形布置在这种情况下必须的三个投影屏521、522、523并且因此使用户能够“环视”。

根据第一实施例实现数据网530、通过该数据网连接交联的计算机结构的元件、控制计算机501、投影计算机510、511、512、513、514、515、投影仪560、561、562、563、564、565。

根据第一实施例实现控制计算机501和投影计算机510、511、512、513、514、515的软件。

相应在根据第二实施例的VR系统500中执行在图3中描述并且在第一实施例的范围内说明的方法步骤。

在本文献的范围内引用如下出版物：

[1]prospektblatt “personal Immersion”，Arbeitswirschaftund Organisation(IAO)的Frauenhofer学院，Stuttgart06/2000；

[2]关于“Lightning”的产品信息，在http：//www.cenit.de/d/data/cae/vr/lightingl.htm下在13.07.2000可以得到；

[3]关于“Linux”的产品信息，在http：//www.linux.org/info/index.html下在13.07.2000可得到

[4]关于“Performer”的产品信息，在http：//www.sgi.com/software/performer/下在13.07.2000可得到；

[5]关于“Vega”的产品信息，在http：//www.multigen.com/products/pdf_files/Vega72dpi.pdf下在13.07.2000可得到；

[6]关于“画面记录器”的产品信息，在http：//www.sgi.com/software/performer/presentations/perfwpclr.pdf下在13.07.20000可得到；

[7]W.Richard Stevens，UNIX Netzwork Programming，seite192，prentice Hall，1990。

Claims (16)

1.为空间可变平面的投影确定当前投影数据的方法，

-在该方法中在第一计算单元中确定变化数据，该数据表明空间可变平面从初态到终态的变化，

-在该方法中变化数据传输给第二计算单元并传输给第三计算单元，二者分别与第一第一计算单元连接，

-在该方法中在第二计算单元中在应用变化数据和第一个事先存储的投影数据的情况下为空间可变平面的第一投影确定第一个当前投影数据，

-在该方法中在第三计算单元中在应用变化数据和第二个事先存储的投影数据的情况下为空间可变平面的第二投影确定第二个当前投影数据。

2.按照权利要求1的方法，在该方法中存储第一个当前投影数据和/或第二个当前投影数据。

3.按照权利要求1或2的方法，在该方法中第一计算单元把第一同步信息传输给第二计算单元并把第二同步信息传输给第三计算单元，以这二个同步信息同步确定第一和第二投影数据。

4.按照权利要求1至3之一的方法，在该方法中第一计算单元把第三同步信息传输给第二计算单元并把第四同步信息传输给第三计算单元，以这二个同步信息同步第一和第二投影。

5.按照权利要求3或4的方法，在该方法中同步信息是广播机理的广播信息。

6.按照权利要求1至5之一的方法，在该方法中，实施初始化，其中在初始化状态中表明空间可变平面的初始化数据传输给第二和第三计算单元并在第二计算单元中在应用初始化数据的情况下确定第一个初始化投影数据以及在第三计算单元中在应用初始化数据的情况下确定第二初始化投影数据。

7.按照权利要求1至以6之一的方法，在该方法中通过画面记录器说明空间可变面。

8.按照权利要求7的方法，在该方法中从空间可变平面在初态中的画面记录器到空间可变平面在终态中的画面记录器的变化中确定变化。

9.按照权利要求1至8之一的方法，在该方法中，空间可变平面包含在3D图像的初态中和/或空间可变平面包含在3D图像的终态中。

10.按照权利要求9的方法，用于3D连续图像的3D图像的投影，其中为3D连续图像的每个3D图像确定画面记录器。

11.按照权利要求10的方法，用在虚拟真实系统的范围内和/或用在视觉模拟系统的范围内，其中在应用虚拟真实系统和/或视觉模拟系统的情况下产生图像。

12.为空间可变平面的投影确定当前投影数据的装置，

-具有一个第一计算单元，如此建立该第一计算单元，即确定变化数据，该数据表明空间可变平面从初态到终态的变化，并且把变化数据传输给第二计算单元并且传输给第三计算单元，二者分别与第一计算单元连接，

-具有第二计算单元，如此建立该第二计算单元，即在应用变化数据和第一个事先存储的投影数据的情况下为空间可变平面的第一投影确定第一个当前投影数据，

-具有第三计算单元，如此建立该第二计算单元，即在应用变化数据和第二个事先存储的投影数据的情况下为空间可变平面的第二投影确定第二个当前投影数据。

13.按照权利要求12的装置，具有多个第二和/或第三计算单元，每一个计算单元与第一计算单元连接。

14.按照权利要求12或13的装置，在该装置中第一计算单元、第二计算单元和第三计算单元分别是一个PC。

15.按照权利要求12至14之一的装置，

-具有一个第一投影单元，其与第二计算单元连接并且产生第一投影，

-具有一个第二投影单元，其与第三计算单元连接并且产生第二投影。

16.按照权利要求12至15之一的装置，在该装置中第一和第二投影同步。

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