CN1502060B - 用于曲面屏幕投影的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明总体上涉及一种装置和方法，以给予观众(17)沉浸在所投影的场景中的感觉的方式录制和在曲面屏幕(12)上投影图像。该屏幕(12)通常是一段球形圆屋顶，其大部分位于观众(17)的水平视线之下。在录制图像的过程中，摄影机镜头的纵轴基本上保持在水平方向中。在投影的过程中，投影仪镜头(32)的纵轴基本上保持在水平方向中，并且通过投影仪镜头(32)相对于胶片(40)的水平和/或垂直运动将图像定位在屏幕(12)上。图像投影为使得在观看者(10)看来基本上处于与录制过程中相对于摄影机镜头的相同位置上。

Description

用于曲面屏幕投影的装置和方法

技术领域

本发明总体上涉及一种装置和方法，以给予观众沉浸在所投影的场景中的感觉的方式录制和在曲面屏幕上投影图像。该屏幕通常是一段球形圆屋顶，其大部分位于观众的水平视线之下。对于大部分观众来讲，视线最好位于观众的中心或“最有效击球点”。当在例如主题乐园等有趣的场景中使用本发明时，观众可能相对于该部分悬空从而给予来宾在投影的场景上飞过的感觉。这些场景可以是例如山川峡谷、桔子林或松树林等地形。这些场景可以是城市的建筑或冲浪运动员乘载的海浪。本发明能够给予观众沉浸在所投影的场景中的感觉。

背景技术

曲面投影屏例如在IMAX系统中发现的圆屋顶通常已经放置在观众的前面和头顶上，其中投影场景的大部分位于观众的水平视线之上。因为本发明的目的在于产生一种位于场景之中和之上的感觉，观众对于现有的投影一个向上看的场景的技术不满意。

投影的图像可以是胶片的、录像带、数字录制或以任何其他方式录制的，或者可以是利用动画、计算机合成的图形或者任何其他方法人工创建的。如果录制在胶片上，随着承载有摄影系统的升降机，则本发明的系统给予观众这样一种感觉，他们相对于投影屏所处的位置基本上与摄影机镜头相对于正在录制的场景所处的位置相同。

当投影到屏幕上时，为了给予戏剧观众真实感，由摄影机录制在胶片 上的图像必须显示为处于与在拍成电影的过程中它们显示在摄影机镜头上的同样的相对位置和同样的相对角度(场景角度)。投影图像的视场必须基本上与由摄影机镜头观看到的图像的视场相符。例如，当从一个广场建筑物上飞过时，如同观看者直接经过它，他或她应当正好看到建筑物的顶部就好像该广场位于观看者的脚下一样。在拍摄同样的场景中，重要的是选择镜头和摄影机的位置，从而录制与观看者所看到的一样的图像。例如，如果以相对于观看者的某一个角度拍摄该建筑，它在电影上看起来将不真实；捕获后的图像的观看者将会看到位于其脚下的建筑物的侧面。该建筑物看起来是倾斜的。看起来没有处于正确的位置上。该观看者将会得到他或她正在观看投影在屏幕上的电影的感觉而没有沉浸在其中的体验。场景的拍摄及其投影的目的都在于基本上为戏剧观众的眼睛复制由观看者他或她亲身飞过该场景时已经看到的情形。因此，图像拍摄必须捕获飞过该场景的观看者的视场和视角，并且投影到屏幕上的图像必须也应当复制图像的这些视场和视角。换句话说，录制在摄影机上的真实场景中的这些目标必须投影在屏幕上，看起来处于与这些实际目标相对于观看者(摄影机镜头)和相对于该场景中的其他目标所处的相同位置上，使得在观看者看来它们是正确的。相对的尺寸应当基本上相同，并且由戏剧观看者(观看角度)看到的投影图像的相对视角应当基本上与由摄影机镜头(场景角度)看到的真实目标的相对视角相符。

现在将描述一个例子。想象远处的地平线，例如绵延的山脊，和骑在马背上刚刚冒出地平线上的一群骑马人。对于摄影机镜头，该地平线显示在眼睛的高度上。投影时为了真实地显示，马和骑马人应当位于同样的水平高度，也就是位于观看者眼睛的高度。如果它们在屏幕上降低了，在观看者看来这些马位于它们的侧部上。除非基本上完全实现该效果，观看者将不会感觉到他处于场景中，成为它的一部分。相反地，在通常的电影院中，观看者看的实质上是平面屏幕。如果在该场景中一个人物站在建筑物 的顶部，并且摄影机代替当时向下看的该人物，摄影机向下拍摄并且观看者将会看到下面的交通。他将会理解为该人物在向下看，但是观看者将不会感觉到该观看者本人位于建筑物的顶部正在向下看的真实感觉。后一种效果是本发明的目的之一。

为了实现处于该场景中和实际上位于建筑物的顶部的感觉，有各种选择。实现它的一种方式是通过计算机合成的图像(CGI)，这是一个数学上精深和昂贵的处理。这些图像可以全部由计算机合成，或者将捕获到胶片上的图像处理成观看的正确角度和尺寸。本发明的一个目的在于实现该结果而不需要昂贵的计算机图像修正的巨额费用。以下描述将要解决的一个问题的例子。如果观看者看到远处的一条直线，例如公路、铁路轨道或金门大桥，而当它显示在曲面屏幕上时它必须也看起来是直的或平面的。它看起来不应当是弯曲的，当向下投影到曲面屏幕上时的自然结果就是弯曲的。

解决方案的一部分是保持投影仪水平从而直线地投影到曲面屏幕上，但向下偏移镜头。这使得图像向下移动而不会产生倾斜。使得图像向下移动与此同时保持直直的地平线基本上补偿了投影仪位于观众之上这一事实。如果投影仪实际上位于观众的最有效击球点处，则不需要投影仪镜头的该位移。但是，在观众中间放置大量的IMAX型投影仪是不切实际的，因为它将干扰和减损观众的体验。如果通过将投影仪向下倾斜使得投影仪以一定的角度设定从而充满屏幕表面，观众中的一个观看者将看到反映该倾斜角度的弯曲的地平线。换句话说，地平线将象一张笑脸图谱一样弯曲，或者它将是皱着眉头的脸，这取决于投影仪、观众和屏幕的相对位置，以及该线是否位于观众的水平中心线之上或之下。通过将投影仪镜头基本上保持水平，该地平线将以直线投影到曲面上。通过向下偏移镜头将地平线或任何其他希望的线下降到某一个位置，该位置相当于由摄影机镜头观看到的并且录制在胶片上时该线的位置，从而使得该图像向下降低。通过这 种方式，在电影院中悬空在圆屋顶或其他曲面上的观看者将看到与由摄影机镜头从与摄影机镜头同样的视角看到的一样的图像，而不需要求助于计算机合成图像修正。

该曲面屏幕由带孔板最好是铝板制成，这些板通常组装成半球形状。每块板大约覆盖一英寸，在这些板之间设有黑胶带条从而保证均匀的反射率。对于该屏幕的结构和各个板相互重叠的方式有特殊考虑。如果观看者能够看到板子的边缘，在一些场景中这将被看成是屏幕上的一条黑线，减损了投影的整体真实感。因此，这些板子以板子边缘朝着远离观看者的方式设置。另外，在剪切处理的过程中，特别是用铝板材，剪切的结果是在板子中有自然的斜面。如果该斜面位于接缝的外边缘上，边缘的厚度减小，进而降低了明显的边缘问题。

投影到曲面屏幕上的航空场景最好是由IMAX15片孔48fps70mm摄影机利用Zeiss30mm超广角镜头拍摄。在优选实施例中，该摄影机和辅助设备设置在位于轮脚架中的升降机下面。为了实现给予观看者沉浸在投影场景中的感觉，随着升降机相对于地面飞去，摄影机和镜头直接地指向前面。这给出在地面上飞过的感觉，而倾斜摄影机会给出飞向目标的感觉。所拍摄的目标的角度和相对位置基本上如同由观看者、由投影系统所看到的那样进行复制。

发明内容

本发明涉及录制图像和在基本上位于观看者之下的表面上投影所录制的图像的领域。该表面通常是曲面，并且可以是一段圆屋顶内部。在录影的过程中，摄影机镜头的纵轴保持在基本上水平的方向中。在投影的过程中，投影仪镜头的纵轴保持在基本上水平的方向中，并且通过投影仪镜头相对于胶片的水平和/或垂直运动将图像定位在该表面上。该图像投影成在观看者看来基本上位于在录制的过程中相对于摄影机镜头的同一位 置上。

图1是表示投影表面、投影仪和观看者的相对位置的侧视图。

图2是图1中的主要元件的平面图。

图3是现有技术中的IMAX电影院的正视图。

图4是表示由倾斜的投影仪投影的地平线的透视图。

图5是表示由具有偏移镜头的水平投影仪投影的地平线的透视图。

附图说明

图6是表示相对于胶片偏移投影仪镜头的效果的透视图。

图7是镜头系统和折射光线的侧视图。

图8是表示投影表面、投影仪和观看者的相对位置的另一个实施例的侧视图。

图9是图8中的另一个实施例的顶视图。

图10是表示投影表面、投影仪和观看者的相对位置的另一个实施例的侧视图。

图11是图10中的另一个实施例的顶视图。

图12是圆屋顶形状的投影表面的侧视图。

图13是圆屋顶形状的投影表面的顶视图。

图14是圆屋顶形状的投影表面的后视图。

图15A是表示搭接的投影表面板的平面图。

图15B是沿着图15A中的直线15B的剖面图。

图16是表示搭接的投影表面板的圆屋顶形状的投影表面的侧视图。

图17是表示搭接的投影表面板的现有技术中的圆屋顶形状的投影表面的顶视图。

具体实施方式

在本发明的一个实施例中，投影屏是圆屋顶的一部分，其大部分通常位于观众的水平视线之下。在图1中表示包括本发明的该系统的主要部 件。一个或多个观看者10相对于曲面投影屏12定位。在所描述的优选实施例中，这些观看者相对于屏幕12就坐和悬空。观看者10可以以多种样式设置，例如图2中所描述的例子，其表示处于三组16中的几排14(a，b，c)观看者。这三组16构成通常由17表示的观众看台。在组16中的每个小盒子代表一个观看者10。这些排和组可以以不同的构造设置，并且排和组的数量可以改变。对于多数观众来讲，最优化的视线是位于观众的中心或“最有效击球点”处。在电影工业中这是通用的惯例，根据观众和投影屏的相对大小进行选择使得观众的数量最大化并且同时为每个观看者提供可以接受的视觉感受。在本发明的优选实施例中，观众相对于屏幕12悬空着，使得大部分投影场景位于观众的水平视线以下。

选择观众座位的构造使得对观看者10的视线干扰最小化。在流行的现有技术的电影院例如知名的IMAX电影院中，图3中观众席的地板18从电影院的后面向前面朝下倾斜。IMAX投影仪20位于观众席22的附近，并且沿着投影轴24投影到IMAX投影屏26上，后者通常位于观众22的头顶上。与之相反，在本发明的电影院中，独特地设置观众的倾斜情况。最上面一排14a位于紧接在其下面的那一排的前面。中间的一排14b位于最下面一排14c的前面。在另一个实施例中，可以增加额外的排数，其中每下一排进一步位于下面并且位于紧靠其的上一排的后面。这种定位减少了在他们观看屏幕12时观看者10之间的视觉干扰。

在该优选实施例中，投影仪28通常放置在观看者10的上面。投影仪具有镜头系统32，将在下面对其进行讨论。在确定投影仪的位置时必须考虑投影仪镜头相对于屏幕的角度和观众的位置。投影仪镜头的最优化的光学位置是球状曲面投影屏12的中心30。但是，由于可能影响为该会场所选择的观众座位布局，因此它可能不是优选的。在优选实施例中，投影仪和它的镜头系统32移动到中心30上大约9英尺处，从而允许有三排观看者10位于其下面。利用位于屏幕中心30上面的投影仪28和镜头32，图像相应地升高到中心线34之上。在图1中，它被描写成投影基准36，也称之为投影的中心线。因此，为了使观看者10感觉到仿佛他或她处于与摄影机的录制镜头相对于所捕获的场景同样的位置中，然后图像必须向下移动从而抵消投影仪的升高。应当通过使得投影仪向下倾斜将图像向下 投影从而使得画面充满该屏幕12来实现。但是，该倾斜导致显示的图像不真实，如图4中所示。投影仪28的倾斜将使得地平线38以及其他水平线和边缘看起来是弯曲的。不水平的那些线也将会受到影响从而改变角度，例如应当看起来平行的线可能显示出来是分叉的，并且得到的图像将不会逼真地显示。因此，在该优选实施例中，图5中所描述的，投影仪28沿着它的纵轴和横轴都基本上保持水平的方位，并且地平线38显示为完全的水平，而其他线和边缘保持它们正确的角度方位。为了在曲面投影屏12上将投影图像降低，投影仪28的镜头32相对于穿过投影仪移动的胶片的水平中心线下降。镜头保持在垂直平面中并且不倾斜。如上面讨论的，倾斜镜头将会扭曲图像。将镜头向下偏移，位于投影的中心线36以下，使得图像下降，但由镜头射出的光线的相对角度不受影响。因此，当镜头向下偏移时水平光线保持水平或者任何其他方向。该方法消除了由于倾斜引起的不受欢迎的影响。相对于投影的中心线36在其他方向中偏移镜头32将会在该方向偏移所投影的图像。当然，除了胶片，可以使用像素平面或能够与计算机合成图像相兼容的其它系统产生待投影的图像。在这种情况中，镜头32将相对于像素平面或其他图像产生系统的中心线下降。

图6表示相对于穿过投影仪(图中没有示出)移动的电影片40偏移投影仪镜头或镜头系统32的效果。在该描述中，光源42位于胶片40的附近并且位于胶片40与镜头32正对的一侧上。随着镜头32的轴向中心线44相对于胶片40的中心线46偏移，投影的画面48在与镜头32相同的偏移方向中偏移。如图6中所描述的，画面48从它的非偏移位置50偏移到偏移位置52。画面偏移的量与镜头偏移的量成比例，并且可以利用已知的镜头函数计算出来。例如，对于图7中所示的标准的蔡斯镜头30mm160FOV F2镜头系统，和对于本发明的优选实施例的相对尺寸，镜头系统32相对于胶片40移动0.38英寸将导致画面在屏幕12上偏移大约9英尺。在图7中，当镜头系统32的中心线与胶片中心线46一致时，来自胶片中心线的光线穿过镜头中心线44。当镜头中心线44相对于胶片偏移时，描述为向下或朝向图7中的底部偏移，胶片中心线46显示在相对位置46’处，并且来自胶片中心线的光线沿着由镜头系统的光学特征限定的 路径54向下折射。不同的镜头系统将具有不同的光学特征，并且光折射将与图7中所表述的不同。同样地，如果为屏幕尺寸选择不同的尺寸，或者如果屏幕形状改变，或者如果投影仪和镜头相对于屏幕靠近或远离移动，或者其他条件改变，则画面偏移的量将与优选实施例中发生的不同。在新条件下重新计算总的画面偏移量，并且利用各结构的相对位置的试验将允许设计者为所选择的条件对画面偏移进行最优化。如果投影仪放置在观众的下面或侧面，则镜头向上面或向侧面移动从而补偿投影仪相对于观众视线的中心线的位移。

下面是图7中所述的镜头中胶片位置相对于镜头位置的数学表达式的一个例子。如果变量“y”是胶片宽度或高度，“K”是常量，并且变量“a”是来自镜头的光线的出射角，则

a＝y/(0.016K)

这表示直线的胶片尺寸基本上正比于镜头的出射角。例如，在胶片上测量的直径为2.74英寸的图像将充满180°的投影角。偏移镜头的技术在现有技术中是已知的，并且有时在传统的平面屏幕电影院中使用了。但是，以前从来没有实现在大部分位于观众下面的曲面屏幕上的图像投影。

应当注意到在该优选实施例中，曲面投影屏12是球形圆屋顶的一部分。但是，该形状也可以是其他弯曲形状，例如近似的球形、抛物线形或类似的。

在本发明的电影院中，投影仪优选地位于屏幕12的水平中心线34之上，和最顶排观看者10之上。在该优选实施例中，选择投影仪和观看者的位置选择使得观看的容量最大化。根据所要投影的显示的类型，例如，驾驶气球、宇宙飞船飞行等，对于投影仪和观看者可能需要不同的位置。图8和9分别是投影仪28位于屏幕12的中心线34上的正视图和俯视图，其中观看者10位于投影仪28的下面和两侧。图10和11分别是投影仪28位于屏幕12的中心线34以下的正视图和俯视图。观看者10位于投影仪28的下面、上面和两侧。在另一个实施例中，投影仪棚位于远离观众并且具有镜头系统32的投影仪头可以通过轨道来回移动到位置上。可以使用水压升降机将投影仪头从地板区域升高到电影院中。可以选择多种设计使得投影仪28、镜头系统32和胶片运输设备对可利用的观看区域的侵 扰最小化。当放置在其他位置上时，例如位于中心线34以下，进行光学调整从而补偿和考虑屏幕、观众和投影仪的相对位置。

投影仪、镜头系统、屏幕和观众的位置的匹配对于实现本发明的多个目的非常重要。一个目的是提供一种录制和投影系统，其不需要复杂的图像后期制作操作，例如以软件为基础的计算机图像处理，来补偿首先由于录制然后由于投影而产生的变形。必须注意和调谐摄影和投影系统的光学特征使得它们一同工作而不需要明显的变更。

在该优选实施例中，摄影机和投影仪的镜头相匹配，使得投影图像的视场基本上与所录制的图像的视场相匹配，直到在曲面屏幕上能够看到所投影的图像。录影的摄影机保持在水平位置中，并且投影仪28类似地保持水平。图像投影到屏幕12上使得观看者10中的观众的最有效击球点位于摄影机相对于所录制的场景的位置。当投影时，投影仪镜头的偏移、屏幕的尺寸和相对于观看者10中的观众的位置的组合使得地平线对于观看者看起来位于与真实场景显示在录制摄影机的镜头前面(实景角度)的基本上同样的位置和基本上同样的视角(观看角度)。在本发明中，当观看者在屏幕上所看到的基本上是在录制的过程中由摄影机镜头看到的内容，并且地平线和观看角度基本上相同时能够实现真实感。作为一个例子，可以接受的投影仪28将是Tmax牌的15-70mm48fps投影仪。还可以从IMAX公司购买到能兼容的摄影机。能够使用的摄影机的另一个例子是由GeoffWilliamson构建的Wilcam摄影机。

投影镜头32是具有白场镜头的特定种类的超广角镜头用于15-70mm格式。Imax和Iwerks具有这种用途的新的最好镜头。用于本申请的镜头是特殊设计的。在优选实施例中，利用Zeiss 30mm Distagon镜头拍摄图像。镜头的失真曲线紧密地匹配，使得通过电影院中的相等角度的台阶复制拍摄环境中的一系列相等角度的台阶。假定具有1.207的角度放大率，在这种情况中优选地满足下面的参考点：

摄影机半角       20.00°  30.00°  45.00°  50.00°  56.10°  70.05°  74.18°

胶片位置mm(y)    10.58    15.71    22.97    25.25    27.91    33.38    34.80

投影半角(θ)     24.14°  36.21°  54.32°  60.35°  67.71°  84.55°  89.54°

描述这些点的两个多项式(y单位：毫米，θ单位：度)是：

y＝44.21(0.01θ)-6.345(0.01θ)³-0.394(0.01θ)⁵

θ＝(2.260)y+(184E-6)y³-(4940E-14)y⁷

这些参考值(或曲率)最好应当满足在观看的中心60°上+1.0％内。在该优选实施例中允许从60°至90°的高达+2.0％的变化。只要图像质量对于最后的观看者没有负面的影响这些数值可以变更。变化必须是逐渐的使得屏幕图像不会看来其尺寸突然地增大或减小。在该优选实施例中，变化的最大速率可以是0.5％/5°。

利用投影系统使得拍摄系统最佳化因此图像处理的后期制作将降低到最小程度。本发明不仅包括投影系统，而且还包括相兼容的录制系统。就好像倾斜投影仪使得直线看起来是弯曲的，利用倾斜的摄影机拍摄同样导致失真。如上面所描述的，一个目的是将摄影机镜头看到的一切进行复制。但是，除非摄影机处于正确的定位中，否则所录制的图像将不会真实并且所投影的图像将不会向戏剧观看者传递沉浸在真实场景中的感觉。例如，如果利用位于地平线下面向下倾斜的摄影机镜头录制该场景，导致的失真将会减损戏剧观看者头脑中的沉浸在其中的感觉。将会产生上面提到的倾斜的马的印象。需要在一个位置录制地平线使得它然后能够以一条直线投影在接近于观看者的眼睛的高度上，在远处的地平线的情况中，因为这是在现实生活中观看者感觉到的地平线应当所在的位置。如果摄影机将地平线拍摄得比它更高或更低，戏剧观看者将感受到一个错误的透视图。换句话说，该过程是拍摄成电影并且进行投影使得远端的地平线基本上位于观众的中间。当图像投影到圆屋顶上时，所有录制的目标则看起来是水平的并且在现实世界中具有平行侧边的目标看起来具有同样的平行侧边。当然，当摄影机镜头/观看者朝向大的目标例如山脉移动时，山顶看起来位于摄影机镜头/观看者的眼睛高度之上。由摄影机镜头/观看者看到的山顶的相对位置在投影图像中必须保持为由戏剧观看者所看到。如对于本领域普通技术人员所已知的，当从远距离看时，包括地平线的所有自然场景看起来大概接近于眼睛的高度上。有些时候地平线由于一个目标例如山脉而变模糊。

在该优选实施例中，对于录制该电影的摄影机，选择标准的IMAX镜头。但是，可以使用其它镜头，例如由Iwerks，Nikon等制造的。对于投影仪镜头，也可以选择IMAX镜头，但是可以选择从Iwerks，Nikon等购买。所选择的投影仪是以每秒钟48帧工作的IMAX高速投影仪，但是也可以使用其它品牌的例如从Iwerks购买的，并且能够以其他帧速率工作。但是，由于所产生的图像质量而选择每秒钟48帧的速度。优选的胶片是15片孔，70mm的胶片。

对于本发明的该优选实施例所选择的投影屏12具有独特的特征。图12表示屏幕12的侧视图。图13和14分别是俯视和后视图。在该优选实施例中，屏幕12实质上是具有大约480英寸半径的一段球体。它具有一个可以选择的圆柱段56为观看者10隐藏结构运输元件。屏幕12受到支承结构58的支承，可以是能够支承所选择的屏幕尺寸、形状和重量的任何结构。图12表示可以选择的剪切块60，它可以是能够为其他运输元件或结构提供空间的任何结构。屏幕12的顶边缘62如图所示。

圆屋顶屏幕或者作为一段球体的屏幕通常由相互搭接的带孔金属片或板64制成。不是每块板子64都贴有图案。根据屏幕12的尺寸和曲率，板子的尺寸可以改变。这些板子具有孔66用来降低重量。这些板子通常由例如铝等金属制成，可以涂一层反射表面。这些板子64相互搭接并且一同紧固在筋骨68上从而形成屏幕12的整个表面。使用扣件70将板子56固定到筋骨68上。由于从板子上去掉了反射材料，因此孔66降低了板子表面的反射率。当这些板子在筋骨68的连接点处相互搭接时，一部分孔66将覆盖在下面板子的反射表面上，从而增加该面积的反射率。为了消除这种反射率的增大(将在屏幕12上产生亮斑)，例如黑胶带等低反射率材料72设置在板子64的相互叠加的部分之间。从例如Spitz公司能够商业购买到根据前面的原理制成的圆屋顶的投影屏。

但是，搭接的方向最好相对于标准结构做些改变。在该优选实施例中，在圆屋顶的顶部开始并且向下施工来搭接或缝合板子64，使得下一块板子的顶边缘位于紧邻在它上面的板子的顶上。在图16中给予了描述。在本发明的投影系统中，观众主要向下观看场景，这种搭接板子的方法降低了能够看得见的边缘的亮度，否则其看起来象是直线穿过屏幕。在过去的 投影系统中，没有尝试使得观众沉浸在场景中，而这是本发明的一个目的，板子边缘的亮度不象在本发明中是一个决定性的因素。虽然在与图16中所示方向相反中的标准结构搭接技术可以运用在本发明中，但它转移了观看者沉浸在所投影的场景中的感觉。在明亮的场景中该问题变得特别值得注意。另外，在该优选实施例中，这些边缘都是斜面的从而降低了边缘效应。

另外，在该优选实施例中，搭接方向的改变取决于观众是否向上或向下看这部分屏幕。同样地，这些板子可以从一侧向另一侧搭接使得边缘效应最小化，这也可能产生穿过屏幕的垂直线，特别是在圆屋顶屏幕的外侧部分中。图17表示现有技术中的圆屋顶的板子搭接模式。

在该优选实施例中，圆屋顶构造成圆屋顶底部的材料比顶部的更重，从而保护圆屋顶免于可能例如由坐在圆屋顶的底部上的一名观众落到表面上的物体。在该优选实施例中，遍及大部分屏幕12的板子64是大约0.040英寸厚，但位于屏幕12的底部的是0.060英寸厚。

能够将屏幕延伸到观众的脚下和他们的后面。如在该优选实施例中构建的，由于来自镜头的图像在它的最低点垂直地向下投影，这引起另外的光学问题。

利用本领域中的已知原理，上面描述的装置和技术可以适用于3D录制和投影。可以使用两个摄影机和两个投影仪来录制并且然后投影两个图像，一个基本上由观看者的左眼看而另一个基本上由右眼看，从而实现立体感的效果和三维的感觉。本发明的原理将适用于每个摄影机和投影仪。对于在本发明的优选实施例中使用的大规格的胶片，可以使用IMAX 3D摄影机。该摄影机是一种具有固定为相距一定距离的两个片路和两个镜头的设备。同样适用于投影仪。该3D版本包括具有成对的镜头组件的一个固定在另一个上面的两个片路。

贯穿整个说明书已经提到了一种圆屋顶的投影表面。这不应当理解为将投影表面的几何形状限定为半球形状。该表面可以根据其他几何形状例如椭圆形的一部分或其他曲面进行弯曲。投影仪的镜头光学系统和/或摄影机镜头应当满足将正确的图像投影到弯曲表面上。本发明也可以适用于平面屏幕。

根据几个优选实施例已经阐述了本发明。但是，本发明的全部范围不应当受到所描述的实施例的限制，而是由下面的权利要求书予以限定。

Claims (21)

1.一种用于在曲面屏幕上投影图像的投影系统，包括：

图像投影仪；

该图像包括地平线；

该投影仪具有一个投影中心线；

投影仪上的镜头；

该镜头具有与投影中心线相平行的轴向中心线；

投影图像的一个或多个观看者的观众看台；

该观众看台具有观看位置；

投影仪位于投影中心线和观看位置之上；

投影中心线和镜头的轴向中心线是水平的；和

镜头的轴向中心线在不倾斜投影仪的情况下在所述投影中心线之下定位成足以使曲面屏幕上的地平线位于观看位置上的观看者的眼睛的高度上，所述投影中心线和所述镜头的轴向中心线保持水平。

2.根据权利要求1的投影系统，其特征在于投影中心线和镜头的轴向中心线是垂直对齐的。

3.根据权利要求1的投影系统，其特征在于观看位置具有中心区域。

4.根据权利要求3的投影系统，其特征在于观看者位于中心区域中。

5.根据权利要求3的投影系统，其特征在于投影仪位于离开中心区域的位置上。

6.根据权利要求1的投影系统，进一步包括：

当该曲面位于观看投影的位置中时，曲面上具有一个最高的部分；

形成曲面的一部分的至少两块板子，每块板子具有一个顶边缘和底边缘，每块板子的顶边缘比同一块板子上的底边缘更靠近该曲面上的最高部分；

所述至少两块板子中的每一块具有面对处于观看位置中的观看者的内表面；

所述至少两块板子中的每一块的内表面具有反射部分；

所述至少两块板子中的一块的顶边缘定位为至少搭接所述至少两块板子中的另一块的底边缘的一部分和至少搭接所述至少两块板子中的另一块的内表面的一部分，从而限定出搭接部分。

7.根据权利要求1的投影系统，其特征在于该曲面上的地平线是水平的。

8.根据权利要求1的投影系统，其特征在于在平面图中投影仪镜头的正面位于观看位置的前面。

9.根据权利要求1的投影系统，其特征在于投影仪镜头的正面位于观众看台的前面。

10.根据权利要求1的投影系统，其特征在于投影仪镜头将图像投影到曲面屏幕的水平中心线以上的大约38度，并且向下基本到位于曲面屏幕的水平中心线以下的90度。

11.一种用于在观看者的头脑中产生飞过具有地平线的自然场景的真实感觉的方法，包括步骤：

利用摄影机和镜头在胶片上录制该自然场景；

在录制的过程中，保持摄影机和镜头的纵轴和横轴水平；

在录制的过程中，保持地平线水平并且在垂直方向上在胶片上处于恒定的位置上；

利用投影仪和镜头在曲面的内表面上显示所录制的场景；

将投影仪相对于观看位置放置，该观看位置相对于该曲面定位，其中投影仪的纵轴和横轴水平，该投影仪位于投影中心线和观看位置之上，投影仪的镜头具有与投影中心线相平行的轴向中心线；

投影仪镜头的轴向中心线在不倾斜投影仪的情况下定位在投影仪中的胶片的中心线之下并距离投影仪中的胶片的中心线一定的距离，足以将投影的地平线定位在位于观看位置上的观看者的眼睛高度上，与此同时保持投影仪镜头的轴向中心线水平；和

摄影机和投影仪的镜头相匹配使得投影图像的视场与所录制图像的视场相符，达到在该曲面上能够看到投影图像的程度。

12.根据权利要求11的方法，还包括步骤：

当该曲面位于观看投影的位置中时，曲面上具有一个最高的部分；

提供形成曲面的一部分的至少两块板子，每块板子具有一个顶边缘和底边缘，每块板子的顶边缘比同一块板子上的底边缘更靠近该曲面上的最高部分；

所述至少两块板子中的每一块具有面对处于观看位置中的观看者的内表面；

所述至少两块板子中的每一块的内表面具有反射部分；

所述至少两块板子中的一块的顶边缘定位为至少搭接所述至少两块板子中的另一块的底边缘的一部分和至少搭接所述至少两块板子中的另一块的内表面的一部分，从而限定出搭接部分。

13.根据权利要求12的方法，其特征在于该板子包括至少一个孔。

14.根据权利要求13的方法，进一步包括步骤：在搭接部分在板子之间放置一个部件，该部件具有比板子的反射部分更低的反射率。

15.根据权利要求12的方法，其特征在于该板子包括多个孔。

16.根据权利要求15的方法，进一步包括步骤：在搭接部分在板子之间放置一个部件，该部件具有比板子的反射部分更低的反射率。

17.一种用于录制图像并且在曲面上投影所录制的图像的方法，所投影的图像从位于空间中的某一观看点进行观看，包括步骤：

利用摄影机和镜头在胶片上录制图像，该镜头具有最靠近图像的前表面，从镜头的前表面的中心测量，图像位于垂直和水平场景角度中；

在录制的过程中，保持摄影机和镜头的纵轴和横轴水平；

利用投影仪和镜头将所录制的图像投影到曲面上，该投影仪位于投影中心线和观看点之上，投影仪的镜头具有与投影中心线相平行的轴向中心线；

相对于曲面定位该投影仪，其中投影仪的纵轴和横轴水平；

投影仪镜头的轴向中心线在不倾斜投影仪的情况下定位在投影仪中的胶片的中心线之下并距离投影仪中的胶片的中心线一定的距离，足以将投影的地平线定位在位于观看位置上的观看者的眼睛高度上，与此同时保持投影仪镜头的轴向中心线水平，

将图像投影到曲面上，从观看点测量，所投影的图像位于水平和垂直视角上；和

水平和垂直场景角度与水平和垂直视角相互匹配。

18.根据权利要求17的方法，其特征在于该曲面具有正曲率半径的一侧，具有正曲率半径的这一侧定位为朝向投影仪。

19.一种用于在观看者的头脑中产生飞过自然场景的真实感觉的方法，包括步骤：

利用投影仪和镜头为在看台上的观看者在曲面的内表面上显示录制的场景，该投影仪具有一个投影中心线，投影仪的镜头具有与投影中心线相平行的轴向中心线；

该投影仪位于看台之上，其中投影仪的纵轴和横轴是水平的；

所述投影仪镜头的轴向中心线在不倾斜投影仪的情况下定位在所述投影仪中的胶片的中心线之下并距离投影仪中的胶片的中心线一定的距离，使得所投影的地平线定位在位于看台上的观看者的眼睛的高度上，与此同时保持投影仪镜头的轴向中心线水平；和

摄影机和投影仪的镜头相匹配使得所投影的图像的视场与所录制的图像的视场相匹配，达到在该曲面上能够看到所投影的图像的程度。

20.根据权利要求19的方法，其特征在于利用摄影机和镜头将录制的场景录制在胶片上，在录制的过程中，摄影机和镜头的纵轴和横轴保持水平，并且在录制的过程中，地平线保持为水平的并且在垂直方向中保持在胶片上的相同的位置上。

21.一种用于将录制的场景的图像投影到曲面上的方法，从位于空间中的一个观看点观看投影的图像，利用摄影机和镜头已经将该场景录制在胶片上，该镜头具有最靠近场景的前表面，从镜头的前表面的中心测量，该场景位于水平和垂直场景角度中，所述方法包括步骤：

利用投影仪和镜头将所录制的图像投影到曲面的内表面上；

曲面定位成使得它朝向投影仪；

相对于该曲面定位投影仪，其中投影仪的纵轴和横轴是水平的，该投影仪位于投影中心线和观看点之上，投影仪的镜头具有与投影中心线相平行的轴向中心线；

投影仪镜头的轴向中心线定位在投影仪中的胶片的中心线之下并距离投影仪中的胶片的中心线一定的距离，足以将投影的地平线定位在位于观看位置上的观看者的眼睛高度上，与此同时保持投影仪镜头的轴向中心线水平，

从观看点来测量，所投影的图像处于水平和垂直观看角度中；和

水平和垂直场景角度与水平和垂直观看角度相匹配。

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