CZ334895A3 - Enhancement of three-dimensional display - Google Patents

Description

Zlepšení trojrozměrného zobrazo?

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu a zařízení zobrazování. .

pro trojrozměrné

Dosavadní stav techniky ·*

Třírozměrné zobrazování je pojmem, který je znám více jak jedno, století a během této doby nabyl mnoha významů.

Tyto významy se lišily od všeobecné implikace hloubky zobrazování, až po zcela zvláštní typy zobrazování, z nichž některé s sebou přinášely zcela protichůdné myšlenky a názory.

Tento pojem je například používán při popisu hloubky zobrazování, která je požadovaná při pozorování z jednoho místa, aniž by se uvažovalo o více takových pozorovacích místech.

Naproti tomu se jiné zobrazování popisuje jako trojrozměrné, u kterého se nevyskytuje hloubka vidění, ale používají se různá pozorovací místa.

2a účelem popisu a definování, bude tento pojem /'trojrozměrné zobrazování, použit jako definice zobrazování takto:

” současně obsahuje alespoň dva přilehlé zorné úhly, vycházející z míst, rozmístěných okolo společného středu nebo množiny společných středů, a to za účelem zobrazení třech zdánlivých rozměrů v rámci souvislého viditelného objemu, aniž by se přitom objevovalo více obrazů než jeden.

Většina trojrozměrných zobrazení tohoto typu je realizována pomocí prohlížeček, masek s průzorem a brýlí. Používají se jednoduché dřevěné .a skleněné přístroje z minulého století , jako například Holmesova prohlížečka( kukátko), elektronické závěrky namontované na helmě a synchronizované se změnou ♦

políček obrázků filmu, televize nebo videa.

Systém obecně funguje tak, že se zablokují pohledy na okolí nalevo od středu pozorovaného předmětu z pravého oka a pohledy na okolí napravo od středu pozorovaného předmětu z levého oka.

Nevýhody těchto zařízení spočívají jednak v problémech s jejich používáním a nošením, a jednak s omezenou velikostí zorných úhlů a nekompatibilností s individuální visuální schopností pozorovatele (idiosynkrazie).

Tyto problémy byly dlouhodobou překážkou rozříření trojrozměrného zobrazování.

— Po prohlížečkách a—polarizačních brýl4-eh-bude-pravděpodobně— na řadě soustava čoček, optická mřížka, zařízení jehož původ je datován do-nejbližší historie trojrozměrného zobrazování.

Trojrozměrná mřížka'přináší' divákovi důmyslné zařízení na' podobném principu. Mřížky ve větším či menším rozsahu izolují pohledy - na-okolí .nalevo.. od..s.tředu^př.edmětuc.z_.l.evého.u.oka „a. izoluj pohledy na okol.í napravo od středu předmětu z pravého oka.

Hlavním rozdílem mezi mřížkou, ve srovnání se systémy pozorovatele-diváka, spočívá v poloze optických zařízeních rozlišujících vidění. Mřížky byly obecně umístěny před zobrazované předměty, zatímco polarizační brýle se nosily před očima.

Uvádí se, že dánský malíř.S.A. Bois-Clair představil portrét zhotovený na principu-mřižky-již v roce.1692.-Obraz je popsán - . tak, že představuje řadu úzkých svislých pásů obrazu osoby, přičemž každý pás je od druhého oddělený svislou látkou. .

Obecné pojetí zde zahrnuté znamená, že dřevěné děliče zakrývají levé obrazové pásy pravému oku a -pravé obrazové pásy levému oku. Tato segmentace a separace dvou přesazených obrazů, jsou-li skutečně konstruovány tak dobré, že fungují, by mohla provozně vyjadřovat teorii trojrozměrné mřížky. Dále by mohla demonstrovat vlastní omezení jednoduchých systémů s mřížkou.

Prvním nedostatkem této konstrukce, o které byla 2mínka, je přítomnost mřížky jako takové. Musí dosti nápadně vystupovat, aby dostatečné blokovala každé oko ná polovinu zobrazení, přičemž je stejně viditelná jako samotný předmět zobrazení.

Z tohoto důvodu je kvalita obrazu redukována tím, že mřížka musí být v ohnisku.

Druhou nevýhodou jednoduché trojrozměrné mřížky je nedostatek optické jednotnosti. Aby byl obraz viděn plně trojrozměrně, musí být každý prvek vjemu pro odpovídající oko stejně zřetelný a jasný. To omezuje velikost obrazu a zorně úhly tak, že jsou malé a omezují se na oblast kolem středů obrazu.

V praxi to znamená, žé velké, vysoce kvalitní, trojrozměrné obrazy, které by mohla pozorovat větší skupina lidí v rámci širšího zorného úhlu, nejsou možné, a to z důvodu jednoduchého statického mřížkového uspořádání.

Soustavy čoček do značné míry zlepšují a překonávají, první vadu mřížky, ale opět jen pro malé obrazy. Zlepšení je realizováno nahrazením pevných segmentů mřížky průhlednými, * tenkými, svislými čočkovými pásy. Čočky jsou úhlové, takže ; levé obrazy jsou v ohnisku levého oka, a pravé v ohnisku pravého oka.

Zatímco většina skleněné mřížky není vidět jelikož je ·* průhledná, u. okrajů, kde se pásy stýkají tomu tak není.

Okraje a spoje obraz částečně zneprůhledňu jí.,, a .kromě tohof přináší další nechtěné jevy, například spektrální aberace (úchylky).· Navíc se. při používání jednoduché trojrozměrné mřížky stále projevují i jiná omezení.

Další částečné zlepšení přináší dynamický mřížkový systém nazvaný cyklostereoskop.

U tohoto systému se dá mřížka ze zorného pole zcela odstranit, a to tím, že se nechá otáčet okolo projekční plochy dostatečnou rychlostí, čímž se pro oko stane neviditelnou. Toto zlepšení bylo navrženo ve francouzském popisu patentu čís. 607,961 vydaném jménem Francoise Savoye dne 8.října 1942.

Tento návrh poskytl účinné řešení problému viditelnosti mřížky. Stejně jako soustava čoček, přináší i cyklostereoskop jen podružné zlepšení a neřeší nic navíc z technických podmínek pojetí jednoduché mřížky. Opět se zlepšení týká pouze malých obrázků, což přináší jen částečné trojrozměrné vidění.

Mechanická omezení cyklostereoskopu byla překonána zlepšeními uvedenými v mezinárodním patentovém popisu PCT/AU92/00199 a australském patentovém popisu PL6295.

Tato zlepšení poskytují trojrozměrné zobrazení předmětu, který se dá pozorovat při širokém zorném úhlu, aniž by se muselo nosit jakékoliv pozorovací zařízení, nebo podobné osobní —roz-14-šavací—optickét-zař-ízení—___— __._„

Podstata vynálezu .

Podle jednoho aspektu tohoto vynálezu, je k dispozici mřížkově zařízení., které se používá ..u trojrozměrného . zobrazování a které zahrnuje mřížkovou, sestavu, sestavenou z množství navzájem od sebe. oddělených' tenkých latí umístěných, mezi divákem a zobrazovaným předmětem, kde tyto laťky jsou od sebe v příčném směru odděleny a mají oba rozměry, a to šířku a délku.

Podle dalšího aspektu tohoto, vynálezu, je k dispozici mřížkové zařízení, které se používá u trojrozměrného zobrazování a které zahrnuje mřížkovou sestavu., sestavenou z_ množství navzájem od sebe oddělených tenkých lati umístěných mezi divákem a zobrazovaným předmětem, kde tyto laťky jsou od sebe v příčném směru odděleny a mají oba rozměry, a to šířku a délku, přičemž zmíněné uspořádání je charakteristické tím, že prostory mezi laťkami se zužují.

U všech forem mřížkového zařízení, podle tohoto vynálezu, se může ocenit ta skutečnost, že se zařízení s mřížkou dá kdykoliv připojit k odpovídající projekční ploše nebo je od ní oddělit, nebo může být součástí programového vybavení počítače, kde se pomocí vytvořené mřížky dosáhne cílů stanovených tímto vynálezem. Alternativně se dá použít jakékoliv známé zařízení s mechanickým, elektrickým nebo tekutým krystalem, které by mohlo vytvořit mřížkové zařízení podle tohoto vynálezu.

Přehled obrázků na výkrese

Vynález bude dále popsán pomocí příkladu s odvoláním na připojené výkresy kde:

obr.l znázorňuje pohled na jednoduché provedení statické optické mřížky, * , > . obr.2(1) znázorňuje stejné provedení jako na obr.l, ale v jiném měřítku, obr.2(11) znázorňuje stejné provedení jako na obr.l, ale odlisuje se tím, že vzdálenost pozorování je větší, obr.2(111) znázorňuje stejné provedení jako na _;obr .2(I) , ale s větším zorným úhlem, obr. 2 (IV) znázorňuje stejné provedení jako na obr.2(1), '' ale liší se větší šířkou projekční plochy, obr.3 představuje další provedení s odchylkami, které se týkají podmínek provedení na obr.l a 2, obr.4 zobrazuje další provedení s větší šířkou obrazových segmentů,

.. .. cbr. 5. .zobrazuje,.provedení..s malými ..obrazovými segmenty-_f--- ~ které jsou od sebe stejnoměrně odděleny, obr.6 znázorňuje provedení, které představuje dva obrazy sousedních zorných úhlů, . obr.7 znázorňuje provedení s krátkým dopadem u zařízení s jednoduchou statickou mřížkou, . obr.8 znázorňuje provedení se dvěma sekcemi prvků mřížky, které.mají svislé prvky, obr.9 znázorňuje provedení sekce mřížky se svislou hloubkou, obr.10 znázorňuje jiné provedení tohoto vynálezu, obr. 11 znázorňuje další provedení tohoto vynálezu,’ obr.12 znázorňuje dalši provedení tohoto vynálezu, zvláště situaci, která je společná pro optické mřížkové systémy, obr.13 znázorňuje provedení jiné formy tohoto vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Tento vynález poskytuje trojrozměrnému zobrazování mnohá zlepšení, která se dají realizovat posunem optické mřížky před zobrazovaný předmět, se zřetelně od sebe rozmístěnými přilehlými zornými úhly.

Přednost se dává tomu, aby přilehlé zorné úhly byly .

zobrazenyvoddělených segmentech,a to střídavě, a_„ přemisťovány dostatečně rychle, aby přemísťování bylo pro lidské oko nepostřehnutelné.

Přemísťování' oddělených,' střídavých' obrazových segmentů je'· synchronní s přemísťujícími se prvky mřížky. Prvky mřížky jsou tvarovány., prof i lovány. a rozmístěny, tak, aby ukázaly ze všech, pozorovacích míst každý prvek a aspekt zobrazovaného předmětu.

Přilehlé zorné úhly vlevo od středů objektu .jsou odkryty pouze pro levé oko pozorovatele, zatímco současně celé ·zobrazení předmětu vpravo od středů objektu je odkryto pouze pro pravé oko pozorovatele.

Vynález umožňuje, aby byl zobrazovaný předmět viděn, trojrozměrně bez použití přístroje, z širokého úhlu a bez omezení pozorované plochy obrazu. ...

Vynález umožňuje, aby byl zobrazovaný předmět viděn trojrozměrně bez použití přístroje, z jakékoliv vzdálenosti a bez omezení pozorované plochy obrazu.

Tento vynález umožňuje, aby bylo možné z každé požadované polohy, každý prvek a aspekt zobrazení, získaný nalevo od středů objektů, plynule a úplně odkrýt pro levé oko pozorovatele a. současně plynule a úplně zakrýt každý prvek a aspekt vlevo od středu zobrazeného předmětu pro pravé oko. Současně je každý prvek a aspekt zobrazení získaný vpravo od středů objektu odkryt pro pravé oko pozorovatele. A opět současně a opět plynule a úplně, je každý prvek a aspekt vpravo od středu zobrazovaného předmětu zakryt pro levé oko.

Tento vynález dále umožňuje to, že minimální úhel požadovaný pro získání viditelně rozdílných obrazů se může měnit. Tato změna nemá omezení, pokud jde o maximální možné přesunutí u přírůstku vzdálenosti objektu pro optimální trojrozměrný efekt. Změna se realizuje bez omezení plochy zobrazení, která je k dispozici každému oku.

Tento vynález dále umožňuje zobrazení svislých, trojrozměrných obrazů současně s vodorovnými trojrozměrnými obrazy, a to bez omezení. ’

Tento vynález dále poskytuje v rámci zobrazovaného předmětu ohniskové roviny, které umožňují, aby byl obraz současně t

zaostřený. Pokud se vyžaduje něco jiného, mohou se ohniskové roviny kombinovat. podle, podmínek neomezeně. - Tento vynález dále poskytuje zlepšení, které dovoluje zdánlivě bezešvé spojení jednotlivých obrazů,- a to jak trojrozměrných, tak i dvourozměrných; Toto zlepšení umožňuje'⁴* zobrazení v nestandardním formátu ( na široké, velkéj zakřivené a jiné projekční ploše určené pro zvláštní účely), pro zvýšení realistického vjemu, nebo pro poskytnutí jiného zvláštního efektu. ⁵

Tvar a..rozmístění mřižkových segmentů jsou-pro úspěch tohoto-—vynálezu velmi důležité a budou popsány následovně:

Známá mřížková technologie

Je všeobecně známo, že se před zobrazovaný předmět může postavit šablona mřížky, zahrnující přilehlé zorné úhly, a tím vytvořit dojem trojrozměrného obrazu.

Až dosud byl tento efekt omezen pro použití mimo televizi, počítače, monitory videa a jiné formy zobrazování, které se obecně používají.'' ’ '

Zlepšení, která byla do systému· trojrozměrného zobrazování s mřížkou zahrnuta, obsahují přizpůsobené soustavy čoček,obvykle ve formě objektivu, a dynamické mřížkové uspořádání.

Žádný z těchto dvou přístupů neuspokojuje požadavky na aplikace obecných systému zobrazování.

V případě objektivů, čoček a soustav čoček, je hlavním nedostatkem citlivost ohniska (fokálního bodu), která omezuje pozorování na malý oblouk okolo středu- Praktické použití vyžaduje nadměrně velké a nákladné projekční plochy, které by poskytovaly přiměřený zorný úhel i pro malý počet návštěvníků

Setrvačné síly a jiné nekompatibilnosti mechanických mřižkových systémů—s-elektronickými— projekčními—plochamijsounevýhodné pro systémy podobné cyklostereoskopu. Některé z těchtopřekážek se dají překonat- nebo alespoň.minimalizovat pomocí zlepšení' uvedených’v‘‘máz'inářdďnímpdpi’šůpatěňťu '' ‘.........

PCT/AU92/00199 a australském popisu patentu PL6295.

Zlepšení poskytují, trojrozměrné·, zobrazení...předmětu.,který...........

může být pozorován z širokého-úhlu a z velké vzdálenosti ve vztahu.k.velikosti: obrazu.

Tato zlepšení se hodí pro,využití výhod fyziognomie běžného lidského vnímání.

Tak například tendence oka zaostřit se na-zobrazovaný předmět, vede ke zvýšení kvality vnímání,, bez ohledu na.defekty způsobené mřížkou, kter á.. byl a , před, předmět .postavena. ..

Schopnost mozku udržet si- částečný vizuální-vjem-a přidávat - ho k předchozímu vjemu a vytvářet tak tzv. komulativní poznávání, pomáhá vnímat zobrazení pomocí mřížkového systému, je-li parciální nebo sekvenční.

Normální pohyb oka může podstatně přispět, k vodorovnému snímání obrazu; což je pro konstrukce takové mřížky podstatné.

Zlepšení uvedená v mezinárodním popisu patentu PCT/AU92/00199 a v australském popisu patentu PL6295 společně s přirozenou tolerancí a kompenzací lidského vidění, poskytuje velmi pružný systém, který jak se ukazuje, je .schopen uspokojivě pracovat za hranicí technického optima. .

Toto uptimum určuje kvalitu trojrozměrného zobrazování.

Stejně tak definuje omezení velikosti obrazu, zorné úhly, vzdálenost pozorování, aplikace, počet diváků, kompatibilitu s lidským viděním a obvyklé technické vybavení.

Pro účely tohoto vynálezu, se technická optima uplatní když:

i) všechny zobrazované předměty nalevo od středů objektu jsou zobrazovány při maximálním úhlu možné divergence od všech předmětů zobrazení vpravo od středů předmětů pro každý přírůstek vzdálenosti předmětu, ii) všechny zobrazované předměty'nalevo od středů předmětu jsou vidět pouze levým okem, a to úplně, zatímco zobrazované předměty vpravo od jejich středů jsou vidět pouze pravým okem, a rovněž úplně. ~

Tato kritéria jsou nekompatibilní s jednoduchými statickými mřížkami. Proto byla vyvinuta zlepšená dynamická mřížka, která je podstatným přínosem pro získání požadovaného standardu, je-li použita s dalším zařízením podle tohoto vynálezu.

Zařízení s jednoduchou statickou mřížkou.

'NapřiTožénýčh výkresech jsoů použity následující symboly:

poloha levého oka poloha pravého oka ^a2 ^a3 ^a-, ^as ^ae b b b b b b

2 3 Λ 5 6 c c c c c d

segmenty obrazu pozorované levým okem segmenty obrazu pozorované pravým okem segmenty mřížky šířka obrazu vzdálenost pozorování vzdálenost mřížky od projekční plochy

Na obr.l je znázorněna jednoduchá statická, optická mřížka,

A poloha levého oka L je od polohy pravého oka R ve vzdálenosti očních panenek.t.j. .6,35 cm.

Poloha očí L a R směřuje k projekční ploše AB, která jé ' široká 38,1 cm, vzdálenost.pozorování je 76,2 cm. Segmenty mřížky c, c_x -c rozddělují pozorovací oblouky od polohy L a R na obrazové segmenty , b_x, a_z, b_a, &₃, b₃, a₄, b₄, a_s, b_s, a , b , . Pohled z polohy levého oka R (?) je omezen pouze na segmenty obrazu a^ - a^. Pohled z polohy pravého oka L(?) je. omezen pouze na segmenty obrazu b_x - b₆.

Segmenty mřížky oddělují—a~izolujíviděný obraz z polohy Lvýhradně do polohy L stejně tak.segmenty oddělují a izolují ' , viděný obraz z polohy R výhradně do- polohy R.

Šířka a poloha segmentů mřížky dovoluje pozorovat neomezeně' z polohy L segmenty obrazu a - a .

........Podobně-dovoluje šířka- -a- poloha--segmentů- mřižky ..pozorovat ......

neomezeně z polohy R segmenty obrazu b_x - b_g.

Toto uspořádání předvádí zobrazovaný předmět segmentovaný a . oddělený do střídavých svislých pruhů za účelem úplnéhoia odděleného pozorování ze dvou poloh, aniž by se omezovala celková plocha kteréhokoliv obrazového segmentu.

U tohoto jednoduchého, statického, optického zařízení, budou ..sekce mřížky nacházející se .v ohnisku viditelné.

‘ Sekce mřížky 's menší šířkou než ΐ_χ-— c-, se mohou umístit.

dále od zobrazovaného předmětu na projekční ploše AB s identickým efektem na segmenty mřížky v poloze c až c .

Obraz širší jako 31,8 cm, se vzdáleností pozorování 76,2 cm, je typický pro video monitor, pro pozorování dat a textu, ačkoliv šířkou projekční plochy může být jakákoliv šířka, a vzdálenost pozorování jakákoliv vzdálenost, při které se dá zobrazovaný předmět ještě rozeznat.

Z toho lze vidět, že v rámci jistých omezení normálního vidění, může být projekční plocha, jakkoliv široká, umístěna ve vzdálenosti, při které se segmenty mřížky se správnou šířkou mohou umístit tak, aby zcela a výhradně separovaly pohled pravého a levého oka na střídající se segmenty zobrazeného předmětu o stejné šířce a ploše.

Podobně platí, že projekční plocha může být umístěna v libovolné vzdálenosti nebo pod úhlem, kdy je zobrazovaný předmět ještě rozeznatelný, a kdy jsou segmenty mřížky správném šířky umístěny tak, aby zcela a výhradně separovaly pohled pravého a levého oka na střídající sé segmenty zobrazeného předmětu o stejné šířce a ploše.

Obr.2 ukazuje, , že tyto podmínky platí pro každé jednoduché, statické zařízení s mřížkou tohoto typu.

Na obr.2 (I) je znázorněno jednoduché uspořádání podle obr.l, ale v jiném měřítku. U tohoto uspořádání jsou.polohy očí L a E orientovány směrem k segmentům obrazu a_x, b_±, a₂, b₂ na projekční-ploše AB, která je-63^5 cm.- široká a vzdálenost? pozorování e činí 152 cm. Tato situace by mohla být typickou $ pro sledování domácí televize. ?

Na obr.2 (II) je znázorněno podobné uspořádání jako na - * $ obr.2 (I), ale liší se mnohem větší vzdálenost pozorování. Zde jsou polohy očí L.a R orientovány směrem k segmentům a₃, b^, a^, » b_a na projekční ploše CD, široké 63,5 cm, při vzdálenosti pozorování e 304 cm.

-------Na. .obr...2—(-IXI-)— je. -znázorněno podobné -uspořádání -jako -na- - --------------Φ obr.2 (I), ale liší se tím, že má mnohem větší zorný úhel. Zde . jsou polohy očí 'L a R orientovány směrem k segmentům a , b , a ,

5 6 b_g, na projekční ploše EF, široké 63,5 cm a zorným úhlem 45°.

Na obr.2 (IV) je znázorněno podobné uspořádání jako na obr.2 (I) , ale liší se tím, že má větší šířku projekční plochy. Zde jsou polohy očí L a R orientovány směrem k segmentům a_?( ίζ, a_a, b_s na projekční ploše GH, široké 152,4 cm.

Toto uspořádání je vhodné pro televizní obrazovku s vysokou rozlišovací schopností.

Jak vyplývá ze všechuvedených příkladům mohou být sekce mřížek umístěn do míst, kde střídající se segmenty obrazu jsou pro odpovídající oči zcela a stejnoměrně odděleny, kdy každé oko vidí pouze své segmenty obrazu, a to úplně a stejně. Jak je zřejmé, tyto podmínky platí pro všechny velikosti obrazu, vzdálenosti pozorování a zorné úhly.

Obr.3 zobrazuje odchylku od podmínek na obr.l a 2, kde sekce mřížky umístěné u c a c separují pohledy z polohy očí L a R na segmenty obrazu a, b, a_i, b^, pouze částečně. Naproti tomu, segmenty mřížky umístěné u c₂ a c , odděluji pohledy z polohy očí L a R úplně a výlučně.

Obr.4 ukazuje, že čím širší jsou segmenty obrazu, které mají být vůčipravému a levému. oku—odděleny—tím dálemusí- být odprojekční plochy, aby odpovídající oko získalo úplný, stejný, oddělený a.výjimečný obraz.

Obr.5 ukazuje, že velmi malé segmenty obrazu mohoubýt odděleny stejnoměrně a úplně, a tím i možnost úplného, odděleného a výjimečného pozorování.příslušným okem, jsou-li.. sekce mřížky blízko nebo velmi blízko u segmentů obrazu·. Zde se segmenty obrazu a^, b^, a₌, pozorují z polohy L a R, kdy· tato segmenty mají šířku 1,52 cm a vzdálenost pozorování_;e je 274 cm. Je je vidět, mohou být sekce mřížky c, c_x a c₂ umístěny blíže, velmi blízko, nebo téměř shodně se segmenty, obrazu a_x, b^ a a^ na projekční plose AB.

Polohy očí L a R. při vzdálenosti pozorování e = 136 cm, zorném úhlu vůči projekční ploše 45°, vyžadují téměř identické polohy segmentů mřížky pro oddělené a výlučné vjemy odpovídajících segmentů obrazu a^, b^, a_, pravým a levým okem získané z polohy L a R.

Polohy očí L a R při vzdálenosti pozorování e₂= 42,4 cm od segmentů obrazu a^ , b_q , a^ na projekční ploše AB, vyžadují pro separaci výlučných vjemů pravého a levého oka, umístění segmentu mřížky téměř identické s polohou segmentů pro polohu levého a pravého oka L a R.

Z toho lze vidět, že tam, kde jsou střídající se segmenty obrazu malé, mohou se segmenty mřížky umístit velmi blízko před segmenty obrazu, pro získání úplných, zcela oddělených a výlučných pohledů pravého a levého oka na oddělené a střídající se segmenty obrazu z velké vzdálenosti pozorování a při širokých zorných úhlech .

Dále platí, že čím menší jsou.,segmenty obrazu, tím menší musí být segmenty mřížky a pružnost při volbě polohy pozorování. Na obr.5 lze vidět, že zobrazené uspořádání se může uplatnit u každého podobného uspořádání, včetně různé vzdálenosti pozorování, nebo jiných zorných úhlů, ze kterých jsou segmenty obrazu ještě vidět. Rovněž platí, že při použití, malých a velmi malých segmentů obrazu, neexistuje žádné omezení týkající se polohy pozorování přes odpovídající malé segmenty mřížky, kde jsou k dispozici, v rámci možnosti lidské rozlišovací schopnosti při pozorování, úplnosti, úplné oddělitelnost a výlučnosti,, odpovídající a střídající - / ' se segmenty vnímané levým a pravým okem.

Dále je možné umístit malé segmenty mřížky blíže k zobrazovanému predmetu tak, že oči vidí úplně a výlučně stejný počet segmentů obrazu při velkém zorném úhlu a různé vzdálenosti pozorování.

r

Podstatné pro všechna tato uspořádání je to, že šířka ' a plocha segmentů' obrazu je stejná, á stejná je i šířka ———a . plocha-segmen tů -mř-í-žky-;--------- ---------^- —--------------·----------------—

Tento požadavek je v rozporu s možností uspořádání jednoduché statické mřížky pro trojrozměrné zobrazování.

Rozmístění odpovídajících viditelných prvků a množství přilehlých zorných úhlů okolo společného středu obsažené v obrazech, se zvyšuje od středu obrazu. ”

Na obr.6 jsou dva obrazy, s přilehlými zornými úhly okolo společného středu, ó stejné výšce a šířce zobrazené na projekční ploše. IL je zobrazovaný předmět získaný vlevo od středu objektu, IR je zobrazovaný předmět získaný vpravo od středu objektu’

U tohoto uspořádání mohou být střední svislé čáry obrazu c, , c₌ a č₃ navzájem směrově vyrovnány (do jedné čáry) zcela náhodně .

U střední čáry c a c , které jsou náhodně vyrovnány s.c₂ a c₃, budou se všechny prvky obrazu odsazené od geometrických svislých středů obrazu odchylovat podle úhlu odchylky mezi oběma obrazy, podle vzdálenosti prvku obrazu od střední čáry a ve směru středu obrazu od společného středu.objektu.

Na obr.6 je e prvkem obrazu obrazu IL což je obraz získaný nalevo od středu objektu.

Vzdálenost d mezi prvkem obrazu e a svislým středem obrazu cT^cj/T^bud e vět š í ne ž v zd ál en ost d_χ me zi prvkem obra z ue —asvislým středem obrazu c-₂, c₃·

Podobně bude vzdálenost d větší, než vzdálenost d₂. stejně tak budou vzdálenosti d₂ a d₃ dohromady větší, než vzdálenosti d a d .

Je vidět, že odpovídající prvky obrazu zobrazovaného předmětu, které mají přilehlé zorné úhly okolo společného středu, nemohou být směrově vyrovnány tak, aby se shodovaly ve více jak jedné poloze, kde nesoulad v poloze nevyrovnaných bodů se zvětšuje od středu obrazu současně se zvětšující se odchylkou mezi středy obrazu.

Z toho lze vidět, že není možné umístit mřížky se stejnou šířkou segmentu před střídající se segmenty zobrazovaných předmětů, které mají dva přilehlé úhly kolem společného středu, tak, že segmenty mřížky oddělují obraz získaný nalevo od středu objektu levým okem a obraz získaný napravo od středu objektu pravým okem, v každém případě výlučně a v každém případě tak, že všechny segmenty obrazu jsou úplně vidět odpovídajícím okem.

Zřejmě je možné u jednoduché statické mřížky umístit segmenty mřížky nestejné délky tak, že segmenty obrazu obsahující zobrazovaný předmět získaný nalevo od středů objektu jsou vidět úplně a výlučně levým okem, zatímco segmenty obrazu obsahující zobrazovaný předmět získaný napravo od středů objektu jsou vidět úplně a výlučně pravým okem.

Při tomto uspořádání jsou segmenty viditelné pouze z.jedné polohy pozorování, takže není možné realizovat úplné a výlučné separaci při pozorování z jakékoliv polohy.

Obr.7 ukazuje další selhání jednoduché statické mřížky použité u zobrazení předmětu, u kterého jsou znatelně rozdílné přilehlé zorné úhly.

Jestliže mají segmenty mřížky stejnou šířku může umístění před zobrazovaný předmět, který má přilehlé zorné úhly, získaný při širokých odchylkách od společného' středu, mít za následek, že každé oko budě vidět pravý i levý obraz současně.

Na obr.7 odděluje' segment mřížky c, umístěný mezi segmenty obrazu a_x a b₂, úplně a výlučně polohy levého a pravého oka L a R do odpovídajících segmentů obrazu a a^ pro L a‘b pro R.

Prvek obrazu e^ objevující se v segmentu obrazu a_i, která je vidět z levé polohy oka L, nemá odpovídající prvek obrazu v segmentu obrazu b_x, který by byl vidět pravým okem.

Prvky obrazu e^ a e₂ se objevují na segmentu obrazu a^ díky větší vzdálenosti od střední čáry obrazu v porovnání s velikostí vzdálenosti e₌ od středu čáry c. Je to typický příklad tak zvaného dvojího odrazu (zobrazení) v částečném trojrozměrném zobrazování.

Následující zlepšení tato omezení překonají.

Následující jednotlivá zlepšení známé technologie se mohou.

_ _ ............- -Íí· áplikovať vkómbíhaci s každým jednotlivým zlepšením vzhledem k požadované konečné optické a trojrozměrné kvalitě.

První zlepšení se týká použití svislého rozměru u dynamických segmentů mřížky.

Dynamické segmenty mřížky se svislým rozměrem

Přesouvání sekce mřížky před střídající se segmenty zobrazovaného předmětu, obsahujícího viditelně odlišné přilehlé zorné úhly, zprůměrovává blokovací efekt každého segmentu mřížky na jeho dráze. Je-li rychlost přemisťování dostatečně velká a tím je sekce mřížky pro oko neviditelná, segmenty mřížky zmizí a vyvolají vjem zobrazovaného předmětu, který je celkovým.

- 16 výsledkem průměrného blokovacího efektu každého segmentu mřížky na jeho dráze pohybu.

Umístění mřížky blízko nebo-velmi blízko u segmentů obrazu omezuje rozsah vidění oka kolem mřížky, čímž vyvolává v mřížce efekt svislé hloubky nebo rozměru ,tzv. tunelové vidění.

Zlepšuje to efektivnost, se kterou prvky mřížky přesně oddělují levý a pravý segment obrazu do odpovídajícího oka. Jestliže je ’ vyvinut tlak na separování směrem vpravo-vlevo tím, že se omezí vzdálenost mřížky od projekční plochy, potom se efektivnost mřížky může zvýšit zvětšením hloubky mřížek.

Zvětšením fyzických rozměrů každého segmentu mřížky pomocí svislé složky vystupující z oka ve směru zobrazeného předmětu, ____vytváří .efekt, tunelové-vidění mezi/každými dvěma segmenty .

mřížky, který, může úplně oddělit obrazy každého segmentu obrazu přicházející do odpovídajícího oka v případě, že je.

svislé prodloužení, dostatečně dlouhé...........- - ........ .. *.

Obr. 8 znázorňuje dvě sekce prvků mřížky G a G__, kdy každá obsahuje svislé prvky vystupující od pozorovatele dopředu směrem k projekční ploše a kde G je blíže k ploše než G-. .

Jak lze vidět, svisle vybíhající sekce mřížky G^ oddělují jak levé tak pravé pohledy z L a Ř úplně a výlučně zatímco, vertikálně vybíhající G^ nikoliv.

...... ·· Hloubka a šířka sekcí mřížky se--dá odhadnout-podle-šířky-.....segmentů obrazu a požadované poloze mřížky vůči projekční ploše. ϊ

Mají-li sekce mřížky stejnou hloubku a šířku a stejnou' šířku | a výšku jako sekce obrazu, pak se mohou sekce mří.žky, které mají svislou hloubku, umístit do jakékoliv vzdálenosti od ΐ segmentů obrazu, z důvodu úplné segmentace a separace segmentů j obrazu pro odpovídající oko, ale za předpokladu, že segmenty . ' mřížky mají jak odpovídající hloubku, tak i šířku.

Sekce mřížky s odpovídající hloubkou a šířkou pro segmenty obrazu, které mají znatelně rozdílné přilehlé zorné úhly, se J mohou zcela umístit do jednotlivých obrazů přicházejících do očí, kde vyvolávají trojrozměrný obraz.

Přesouvání prvků mřížky synchronizované s přesouváním segmentů obrazu, vyvolá trojrozměrný obraz, ve kterém segmenty mřížky nelze vidět za předpokladu, že rychlost přesouvání je dostatečně velká.

Zvětšování zorného úhlu u trojrozměrného zobrazování, pomocí dynamických sekcí mřížky se svislou hloubkou

Zvyšování svislé hloubky dynamických sekcí mřížky z důvodu získání trojrozměrného obrazu, zmenšuje zorný úhel pod kterým se dá zobrazovaný předmět vidět, pokud nejsou sekce mřížky se svislou hloubkou tvarovány tak, aby se maximalizoval zorný úhel.

Obr.9 znázorňuje uspořádání sekcí mřížky se svislou hloubkou a kuželovitým tvarem, které by umožnilo pozorování s. širokým zorným úhlem. Takový kuželovitý tvar může být rovnostranný nebo rovnoramenný a jeho velikost bude záviset ’ t

na požadovaném zorném úhlu, na velikosti obrazu a segmentů obrazu a na vzdálenosti pozorování.

Mohla by se dát přednost tomu, aby tvary mřížky byly snadno nastavitelné pro různé situace.

Jestliže kuželovité okraje jsou obráceny k pozorovateli, mohou sě šékčé šě svislóu~hloubkou zužovat jiným směrem, například tehdy, je-li projekční plocha zakřivená. Segmenty mřížky mohou být i oválné, namísto ostrých okrajů, nebo mohou mít kosočtverečný tvar, což záleží na požadavcích na pozorování i

Přesouvání prvků mřížky se svislou hloubkou tak, aby se všechny segmenty obrazu zcela zpřístupnily příslušnému oku

Obr.10 ukazuje, že při jakékoliv poloze mřížky, části segmentů obrazu nemohou být vidět, což má za následek jen částečné vidění zobrazeného předmětu. Platí to zvláště tehdy, jestliže segmenty mřížky mají svislou hloubku.

Možnosti úplného pozorování každého segmentu obrazu lze dosáhnout pomocí každé ze dvou dále uvedených metod.

Za prvé, přesunem segmentů mřížky po nepřetržité dráze ekvivalentu délky do přinejmenším vodorovné šířky každého segmentu mřížky, přičemž všechny segmenty mřížky mají stejnou šířku. Přesun by měl být plynulý, v jednom směru, nebo by měl kmitat.

Za druhé, přesunem segmentů mřížky, který lze chápat jako změnu mezi pevnými polohami, jako například polohami na elektrooptickém displeji, jakým může být panel displeje z tekutých krystalů, nebo podobné setrvačné volné prostředky vytváření dynamické optické mřížky.

V .druhém, případě., .kde se.sekce mřížky přesouvají mezi pevnými polohami je důležité, aby vzdálenost přesunu byla ekvivalentní šířce sekcí mřížky, a aby každý jednotlivý pohyb segmentů mřížky, v rámci celkového přesunu, nebyl větší než délka nejšíršího kusu zobrazovaného předmětu, zakrytého pro pozorování mřížkou, a to v kterékoliv poloze, při pozorování z požadovaného místa pozorování maximálního úhlu ze středu·, obrazu. r”

Tam kdé je počet kroků, kterých mohou segmenty mřížky při jakémkoliv dokončení celkové dráhy přesunu dosáhnout, omezen vybavovací rychlostí (refresh rate) ', potom'dalším - alternativním řešením je změnit polohy mřížky rychlostí, při kterých nejsou vidět, nebo změnit šířku segmentu jejim pevně stanoveným zvyšováním, nebo sestupným poměrem, a to podle počtu pohybů v úplném cyklu, tak jak je to znázorněno na obr.11.

Tam kde je během celého přesuncvscíhc cyklu měněn tvar nebo poloha mřížky, musí se střídající se segmenty zobrazeného předmětu za mřížkou měnit současně a přesně stejným způsobem.

Dynamické čtyřiceti-pěti stupňové segmenty se svislou hloubkou

Na obr.12 je znázorněna situace, společná systémům s optickou mřížkou, u kterých může pevné pozorovací místo umístěné okolo poloh L a R, protože je pevné, mít za následek pouze částečný nebo sekvenční obraz zobrazovaného předmětu, ' pozorovaného z tohoto místa.

Tam kde přesun segmentů mřížky během přesunovacího cyklu míjí pevné místo, například polohu oka nebo místo mezi očima, bude obraz z toho místa konstantní. Může to mít za následek to, že z této polohy bude vidět jen pravý nebo levý obraz, nebo levý a pravý, a to sekvenčně, nebo žádný obraz plochy zobrazeného předmětu.

Řešení tohoto problému poskytuje mřížkové uspořádání, při kterém jsou segmenty mřížky umístěny pod úhlem 45° vůči vodorovnému přesunu před střídající se segmenty zobrazeného předmětu, které mají stejnou velikost a nastavení úhlu jako segmenty mřížky a jsou rovněž přesouvány synchronizované se segmenty mřížky rychlostí, při které je přesun pro oči neviditelný, a to.vše z důvodu poskytnout simultání, svislý á ’ vodorovný rozklad nebo kmitání zobrazeného předmětu. Toto uspořádání, včetně svislého rozkladu předmětu, rovněž umožňuje vyvolání trojrozměrného zobrazení, zahrnující jak vodorovnou tak i svislou separaci.

Obr.13 znázorňuje uspořádání, které demonstruje fakt, že ~kazďý'poKIéď’”bběma očima z kterékoliv polohy, bude současně obsahovat jak levý¹vjem levého oka a pravý vjem pravého oka, a za žádných okolností nebude kterékoliv oko omezeno na částečný nebo sekvenční vjem.

Za všech okolností mohou být tato opatření realizována systémem mřížek umístěných před zobrazovaný předmět, který obsahuje znatelně rozdílné přilehlé zorné úhly a kde se mřížky přesouvají rychlostí, která je dostatečně velká, aby mřížky nebyly vidět.

Alternativně může být tento systém mřížek zahrnut do vrstvené projekční plochy, kde segment obrazu vykonává funkci mřížek a zobrazeného předmětu, a to střídavě nebo současně.

Shrnuto, tato uspořádání poskytují trojrozměrného

Ť zobrazování s maximálním úhlem odchylky pro každý přírůstek vzdálenosti prostřednictvím kombinace znaků tohoto vynálezu, která zahrnuje:

1. Přesun segmentů mřížky před synchronním přesunem střídajících se segmentů obrazu, které mají.o poznání rozdílné přilehlé zorné úhly okolo společných středů, přičemž vše probíhá při rychlosti, která činí přenos pro oko neviditelným.

2. Segmenty mřížky mohou být umístěny blízko nebo velmi blízko k segmentům obrazu, nebo mají svislou hloubku, která jé dostatečná k tomu, aby pro příslušné oko separovaly dva ·'

7..přilehlé zorné .úhly., _a to-výlučně a úplně. ... -------.7.

3. Segmenty mřížky mají kuželovitý tvar, a to za účelem poskytovat maximální zorný úhel ve všech.směrech.

4. Segmenty mřížky a obrazu mění během přesunů svůj tvař’.a. polohu tak, že žádný segment mřížky nebo obrazu neopakuje svoji polohu v žádném úplném cyklu.

5. Segmenty mřížky jsou umístěny pod úhlem 45°, aby poskytly současně jak svislý, tak i vodorovný rozklad, a střídání.... zobrazeného předmětu, rovněž se objevujícího.ve střídajících, se segmentech' se 45“. 6'. - Segmenty mří žky a obrazu- vždy-zachovávají-stejné------------- - - odpovídající oblasti na projekční ploše a stejný odpovídající tvar v každém okamžiku kteréhokoliv přesunu.

Zabezpečení neomezeného zaostřování v rámci trojrozměrného zobrazování

Skutečné objekty nemají ohniskové body (ohniska), normální vidění zahrnuje vědomé zaostřování očí na neustále se měnící polohy objektu.

Zabezpečení takového zaostřování může být realizováno u trojrozměrného zobrazování předmětů, popsaného dříve, pomocí následujících prostředků:

Změnou ohniskové vzdálenosti, v rámci celkového pole zobrazování, od objektů umístěných nejblíže u akvizičního (sběrného) bodu k objektům dále od akvizičního bodu, Ohniskové body se mohou měnit plynule se změnou políček obrazu, nebo mají nastavenou změnu nebo se mění jakýmkoliv zamýšleným způsobem.

Jelikož je zobrazování předmětů vyvoláno uměle a nikoliv zaznamenáno ze skutečností, mohou se ohniskové roviny nastavit nebo se mohou plynule měnit podle chtěného· výsledku.

Mělo by se ocenit, že přilehlým zorným úhlům existujícím v rámci zobrazeného předmětu zůstává stejná velikost, že objekty v rámci zobrazení si ponechávají stejnou velikost, i když se nacházejí v obtížných ohniskových polohách.

v praxi to znamená, že tento jev se dá realizovat automatickým měněním ohniska kamery se změnami okének tak, že objektiv snímá během záznamu způsobem dozadu a dopředu, a to plynule v rámci zorného pole. .

Bezešvé spojování obrazů

Spojování různých obrazů na projekční ploše má známé potíže, které jsou způsobeny především nestejným osvětlením ' vždy viditelných okrajů obrazů, které se prakticky nedají před pozo ro váni m z á krýt.

U zařízení zahrnujícím systém mřížky, která se objevuje před zobrazovaným předmětem, je jednoduchou záležitostí zajistit, aby okraje obrazu byly vždy umístěny tak, aby ležely za * mřížkou, za kterou by nebyly vidět.

Mělo by se ocenit, že v rámci tohoto vynálezu lze použít nebo aplikovat jakoukoliv formu mechanického a/nebo elektrického a/nebo elektronického zařízení, aby se tento vynález mohl realizovat. Uspořádání s mřížkou, podle tohoto vynálezu, může být realizováno jakýmkoliv mechanickým zařízením, elektrickým zařízením, projekčním zařízením s tekutým krystalem, zařízením aktivovaným počítačem, například programem počítače generovaným pro vytvoření systému mřížky v rámci projekční plochy nebo televizní obrazovky, ale vždy tak, aby bylo zajištěno fungujícím uspořádání mezi zobrazovaným předmětem a pozorovatelem.

Rovněž se dá ocenit, že se dají realizovat různá zlepšení modifikace tohoto vynálezu, aniž by se narušil rozsah vynálezu definovaný přiloženými nároky. _z

Claims (12)

1. PATENTOVÉ NÁR Ο'Κ Y

   Zařízení pro pozorování zobrazovaného předmětu, které umožňuje, že se zobrazovaný předmět divákovi jeví ja]|o £ ft 1’ trojrozměrný, přičemž zahrnuje mřížku, která je tvořekiŽ množstvím od sebe oddělených latěk, umístěných mezi | divákem a zobrazovaným předmětem, zmíněné laťky jsou odděleny v příčném směru a mají rozměry: šířku, délku a hloubku.
2. 2. Zařízení podle nároku 1, vyznaču*, jící se tím, že mezery mezi zmíněnými laťkami se zužují.

   i,
3. 3. Zařízení podle nároku 1,vyznačující se tím, že mezery mezi laťkami se zužují tak, aby divákovi zajistily pozorování při maximálním zorném úhlu v jakémkoliv směru.'' ’
4. 4. Zařízení podle nároku 1,vyznačující se tím, že jsou k dispozici prostředky pro pohyb a přesun zmíněných latěk a mezer, mezi sebou.
5. 5. Zařízení podle nároku 1,vyznačující se tím, ''ze' zmíněné laťky a mezery mezi nimi jsou umístěny pod úhlem, aby poskytovaly současně svislé a vodorovné rozložení a střídání zobrazovaného předmětu.
6. 6. Zařízení podle nároku 1,vyznačuj ící sé tím, že zahrnuje prostředky přo pohyb a přesun zmíněných latěk, kdy tyto laťky a mezery jsou umístěny pod úhlem , aby poskytovaly současně svislé a vodorovné rozložení rozložení nebo střídání zobrazovaného předmětu, a kde segmenty mřížky vytvořené od sebe oddělenými laťkami'a mezerami a . segmenty zobrazovaného předmětu'zabírají odpovídající plochy na projekční ploše v každém bodě přesunu zmíněné mřížky.
7. 7. Zařízení podle nároku 1,vyznačující se tím, že zobrazovaný předmět se objevuje na projekční ploše \
8. 8. Zařízení podle nároku 1,vyznačující se tím, že zobrazovaný předmět se objevuje na povrchu projekční plochy, zmíněná mřížka má navzájem od sebe oddělené laťky, mezi kterými jsou mezery, přičemž toto uspořádání mřížek se objeví na povrchu projekční plochy mezí zobrazovaným předmětem a divákem a je realizováno softwarem počítače.
9. 9. Zařízení podle nároku 1,vyznačuj ící se tím, že, zobrazovaný předmět je segmentovaným předmětem s alespoň dvěma oddělenými zornými úhly okolo společného středu.
10. 10. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tim, že má prostředky pro přesun zmíněných latí a mezer mezi sebou, a to jak svisle tak i příčně z měnících se bodů ve vztahu k segmentovanému zobrazovanému předmětu, včetně alespoň dvou oddělených zorných úhlů okolo společného, středu.
11. 11. Zařízení podle nároku 1, vy z na č u j-íc-í set í m, že mřížka má množství od sebe oddělených latěk, mezi * kterými jsou mezery, a které jsou rozmístěné a tvarované tak, že mají šířku a hloubku, dále má prostředky pro přesouvání zmíněných latěk a mezer mezi nimi, a to v příčném a svislém směru z měnících se bodů ve vztahu k segmentovanému zobrazovanému předmětu, který má alespoň dva od sebe oddělené zorné úhly okolo společného středu.
12. 12. Zářízení podle nároku 1,vyznačující se tím, že má prostředky pro přesun latěk -a mezer mezi nimi ve svislém a příčném směru.