DE102004032586B4

DE102004032586B4 - Verfahren zur Erzeugung einer dreidimensionalen Darstellung

Info

Publication number: DE102004032586B4
Application number: DE102004032586A
Authority: DE
Inventors: Jörg Dr. rer. nat. Hahn
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2004-07-06
Filing date: 2004-07-06
Publication date: 2009-09-24
Anticipated expiration: 2024-07-07
Also published as: DE102004032586A1; US20060007227A1

Abstract

Verfahren zum automatischen Erzeugen einer dreidimensionalen Darstellung eines Gegenstandes auf einem Anzeigegerät, wobei
– eine erste Abbildung des Gegenstands aus einer ersten Betrachtungsposition (BP1),
eine zweite Abbildung des Gegenstands aus einer zweiten Betrachtungsposition (BP2) und
mindestens eine weitere Abbildung des Gegenstandes aus einer weiteren Betrachtungsposition (BP(t_i)) erzeugt werden,
– wobei sich die weitere Betrachtungsposition (BP(t_i)) auf einer Kurve (20), welche die erste Betrachtungsposition (BP1) und die zweite Betrachtungsposition (BP2) verbindet,
– und die mindestens drei Abbildungen an das Anzeigegerät übermittelt und auf dem Anzeigegerät angezeigt werden,
dadurch gekennzeichnet, daß
– ein rechnerverfügbares dreidimensionales Oberflächenmodell (10) des Gegenstandes vorgegeben wird,
– die mindestens drei Abbildungen von einer Datenverarbeitungseinrichtung unter Verwendung des Oberflächenmodells (10) erzeugt und an das Anzeigegerät übermittelt werden,
– die Abbildung aus der ersten Betrachtungsposition (BP1) mindestens zweimal angezeigt wird,
– zwischen dem Anzeigen der ersten und dem der...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatischen Erzeugen einer dreidimensionalen Darstellung eines Gegenstandes auf einem Anzeigegerät.
Beispielsweise während der Konstruktion eines neuen Kraftfahrzeugs werden Konstruktionsstände anhand rechnerverfügbarer Konstruktionsmodelle des Kraftfahrzeugs auf einem Bildschirm angezeigt und begutachtet. Dieses Anzeigen und Begutachten kann bereits durchgeführt werden, bevor ein physikalisches Modell des Kraftfahrzeugs zur Verfügung steht. Eine einzelne Abbildung vom Kraftfahrzeug, die mit Hilfe eines Konstruktionsmodells erzeugt und angezeigt wird, vermag das Kraftfahrzeug nur aus einer einzigen Betrachtungsrichtung zu zeigen und vermittelt keinen ausreichenden räumlicher Eindruck.
Aus US 6,057,878 A ist ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt. Eine Anordnung von Aufnahmegeräten, z. B. eine Anordnung von Kameras, erzeugt mehrere Abbildungen eines Gegenstandes aus verschiedenen Betrachtungsrichtungen. Diese Abbildungen werden temporär zwischengespeichert und auf einem Anzeigerät dargestellt. Laufend werden neue Abbildungen des Gegenstandes erzeugt, so daß eine zeitliche Veränderung des Gegenstandes darstellbar ist.
Auch in JP 62262018 A wird ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 beschrieben. Ein Gegenstand wird aus drei verschiedenen Betrachtungsrichtungen photographiert. Die auf diese Weise erzeugten drei Abbildungen werden nacheinander auf demselben Anzeigegerät dargestellt.
In DE 221067 A wird ein Verfahren zur Erzeugung räumlicher Tiefenwahrnehmung für einäugige Beobachtung offenbart. Zwei Abbilder eines Gegenstandes werden abwechselnd auf einen Punkt projiziert. Eine Anordnung zum Realisieren des Verfahrens umfaßt zwei Objektive, zwei total reflektierende Prismen und zwei weitere bewegliche Prismen, welche die Abfolge der beiden Abbilder in dem Punkt erzeugen.
In EP 0607184 B1 wird eine Vorrichtung offenbart, die einem Betrachter zwei Darstellungen eines Gegenstandes aus zwei verschiedenen Betrachtungsrichtungen zeigt. Die beiden Darstellungen werden an derselben Stelle gezeigt. Die beiden Darstellungen werden vorzugsweise durch Projektion von zwei Punkten aus erzeugt, wobei der Abstand zwischen diesen Punkten im wesentlichen gleich dem Abstand zwischen den beiden menschlichen Augen ist. In einer Ausführungsform werden die beiden Darstellungen abwechselnd gezeigt, wobei die Wechselfrequenz so groß ist, daß ein menschlicher Betrachter den Wechsel nicht wahrnehmen kann.
Auch in DE 19900009 A1 wird ein Verfahren zur stereoskopischen Bilderzeugung offenbart. Abwechselnd werden zwei Abbildungen eines Gegenstandes auf denselben Punkt projiziert. Vorzugsweise werden die beiden Abbildungen mit einer Bildwechselfrequenz gezeigt, die zwischen 0,5 und 100 Hertz liegt.
In DE 3246047 C1 wird ein Verfahren vorgeschlagen, um auf einem Bildschirm eine räumliche Darstellung dadurch zu erzeugen, daß auf dem Bildschirm eine Abbildung erzeugt und angezeigt wird und diese Abbildung dann in wenigstens eine Richtung verschoben wird. Die Bildwechselfrequenz liegt zwischen der unteren und der oberen Wahrnehmungsgrenze des menschlichen Auge-Gehirn-Systems. Vorgeschlagen wird, von den drei Parametern Bildgröße, Horizontalposition und Vertikalposition der Abbildung wenigstens zwei Parameter periodisch zu ändern.
Eine zu niedrige Bildwechselfrequenz führt oft zu einer flimmernden Darstellung, die von einem Betrachter als störend und für die Augen belastend empfunden wird. Andererseits vermögen viele Anzeigegeräte Abbildungen nicht mit einer ausreichend hohen Bildwiederholfrequenz darzustellen, so daß ein Flimmern vermieden wird. Heute verfügbare Kathodenstrahl-Bildschirme bewältigen typischerweise eine Bildwiederholfrequenz von 85 Hertz, Flüssigkristall-Bildschirme von 60 Hertz. Fernseh-Bildschirme arbeiten mit 25 bis 30 Hertz.
In DE 19736158 A1 wird ein Verfahren zum Erzeugen eines räumlichen Bildes vorgeschlagen. Vom abzubildenden Gegenstand werden mehrere Abbildungen aus unterschiedlichen Betrachtungsrichtungen erzeugt. Diese Abbilder werden nebeneinander und vorzugsweise gleichzeitig auf eine Ebene projiziert. Mit dem Verfahren lassen sich z. B. CAD-Zeichnungen auf einem Bildschirm darstellen. Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens erfordert ein System von nebeneinander liegenden und exakt positionierten Linsen, auch bei der Anwendung für CAD-Zeichnungen. Daher ist die Vorrichtung aufwendig einzurichten und zu justieren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 zu schaffen, welches nicht erfordert, daß der darzustellende Gegenstand physikalisch vorhanden ist, und das zu einer flimmerfreien Darstellung auch bei Verwendung eines Anzeigegeräts führt, dessen maximale Bildwechselfrequenz bei bekannten Verfahren zu Flimmern führen würde.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Bei der Ausführung des Verfahrens werden mindestens drei Abbildungen des darzustellenden Gegenstandes erzeugt. Diese drei Abbildungen zeigen den Gegenstand von drei paarweise verschiedenen Betrachtungspositionen aus, nämlich aus einer ersten, einer zweiten und einer weiteren Betrachtungsposition. Während der Ausführung des Verfahrens werden diese mindestens drei Abbildungen nacheinander auf einem Anzeigegerät angezeigt, und zwar dergestalt, daß zunächst die Abbildung aus der ersten Betrachtungsposition, dann die aus der weiteren Betrachtungsposition, dann die aus der zweiten Betrachtungsposition, dann die aus der weiteren Betrachtungsposition, dann die aus der ersten Betrachtungsposition und so fort gezeigt werden. Die weitere Betrachtungsposition befindet sich auf einer Kurve, die die erste und die zweite Betrachtungsposition miteinander verbindet Diese Kurve ist z. B. ein Kreisbogen oder eine Gerade. Der jeweilige Zeitabstand zwischen dem Anzeigen einer Abbildung und dem Anzeigen der als nächstes angezeigten Abbildung wird dergestalt festge legt, daß ein Betrachter einen fließenden Übergang zwischen den drei Abbildungen wahrnimmt.
Das Modell wird ständig in Bewegung gehalten. Dadurch wird bewirkt, daß ein Betrachter Tiefe wahrnimmt und einen räumlichen Eindruck von dem Gegenstand erhält. Der Betrachter sieht den Gegenstand in Bewegung und aus Betrachtungsrichtungen, welche die Betrachtungsrichtungen binokularen Sehens umfassen. Größenverhältnisse, Wölbungen und Tiefenunterschiede werden so wahrgenommen wie beim Stereo-Sehen. Beispielsweise nimmt ein Betrachter nicht nur die ihm zugewandte Hälfte einer Kugel wahr (wie beim Blick mit einem Auge oder bei bekannten Darstellungen auf einem Computer-Bildschirm), sondern jeweils etwas mehr (abhängig vom Durchmesser der Kugel und dem Betrachtungsabstand), und zwar gerade so viel mehr wie auch beim binokularen Sehen. Daher ist die erfindungsgemäß erzeugte Darstellung dem Menschen vertraut.
Das Verfahren bildet das stereoskopische Sehen des Menschen nach, das dieser unbewußt durchführt, wenn er einen realen Gegenstand betrachtet. Die Betrachtungsposition wechselt beim Sehen eines realen Gegenstandes laufend zwischen den beiden Augen. Das Verfahren bildet dieses Sehen automatisch nach, ohne daß der Benutzer hierfür eingreifen muß. Insbesondere braucht er kein Eingabegerät laufend betätigen.
Durch das Verfahren kann der Betrachter schnell die Größe und Form des Gegenstands sowie den Abstand zwischen der Betrachtungsposition und dem Gegenstand abschätzen. Der Gegenstand wird aus verschiedenen Betrachtungsrichtungen gezeigt. Der Betrachter nimmt mehr Bereiche des Oberflächenmodells und damit des Gegenstandes wahr als bei bekannten Verfahren. Die Gefahr, etwas zu übersehen, wird verringert. Dank der Erfindung werden Bereiche der Oberfläche des Gegenstands bereits anhand des Oberflächenmodells sichtbar und nicht erst anhand eines physikalischen Modells des Gegenstandes. Dadurch läßt sich das Verfahren frühzeitig in den Produktentstehungsprozeß einbinden.
Das Verfahren unterstützt insbesondere den Blick auf Details. Wird ein Detail des Gegenstandes angesehen, so generiert das Verfahren verschiedene bewegte Abbildungen mit dem Detail.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auch bei Verwendung eines Ausgabegeräts mit geringerer Bildwiederholfrequenz anwenden. Denn weil mindestens drei Abbildungen des Gegenstandes angezeigt werden, vorzugsweise sogar sehr viel mehr, unterscheiden sich jeweils zwei aufeinanderfolgende Abbildungen weniger voneinander, als wenn wie bei bekannten Verfahren nur zwei Abbildungen angezeigt werden. Weil die Unterschiede geringer sind, führt auch eine geringere Bildwiederholfrequenz zu einer flimmerfreien Darstellung des Gegenstandes auf dem Ausgabegerät. Somit lassen sich viele handelsübliche Ausgabegeräte verwenden. Es ist nicht erforderlich, spezielle Ausgabegeräte zu verwenden.
Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert außerdem nicht, daß ein Betrachter eine Stereobrille oder ein ähnliches Hilfsmittel für die dreidimensionale Darstellung verwendet oder daß Linsen vor dem Anzeigegerät positioniert werden.
Das Verfahren läßt sich z. B. zum Entwerfen von Kraftfahrzeugen, in einem graphischen dreidimensionalen Navigationssystem in einem Kraftfahrzeug, zum Erzeugen von technischen rechnerverfügbaren Illustrationen, für Werbe- und Verkaufspräsentationen, in Computerspielen mit dreidimensionalen Darstellungen oder in einem Fahrsimulator zur Ausbildung von Kraftfahrzeug-Führern, Lokführern, Schiffsführern oder Piloten anwenden. In allen diesen Anwendungen ist es wichtig, daß schnell ein realitätsnaher räumlicher Eindruck erzeugt wird.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beiliegenden Figuren näher beschrieben. Dabei zeigen:
1. die Position des Oberflächenmodells und die beiden begrenzenden Betrachtungspositionen;
2. die Kurve zwischen den beiden begrenzenden Betrachtungspositionen sowie die weiteren Betrachtungspositionen;
3. die zeitlich veränderliche aktuelle Betrachtungsposition auf der Kurve zwischen den beiden begrenzenden Betrachtungspositionen;
4. den Winkel zwischen den begrenzenden Betrachtungsrichtungen.
Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf das dreidimensionale Darstellen eines Kraftfahrzeuges. Dieses Kraftfahrzeug fungiert als der darzustellende Gegenstand.
Das Verfahren wird vorzugsweise mit einem üblichen Datenverarbeitungssystem durchgeführt, z. B. einem PC oder einer Workstation. Dieses System umfaßt

– einen Zentralprozessor zum Durchführen von Berechnungsschritten,
– eine Eingabeeinrichtung, z. B. eine Tastatur, eine Maus und/oder einen „Trackball”,
– ein Anzeigegerät
– und einen Festplattenspeicher.

Das Anzeigegerät ist z. B. ein Kathodenstrahl-Bildschirm oder ein Flüssigkristall-Bildschirm („Flachbildschirm”), ein Fernseh-Bildschirm oder auch ein digitaler Projektor, der Abbildungen auf eine Ebene, z. B. auf eine weiße Wand, projiziert. Das Anzeigegerät kann auch mehrere Bildschirme umfassen. Der Zentralprozessor ist über eine Graphikkarte und einen Datenbus mit dem Anzeigegerät verbunden. Der Zentralprozessor und die Graphikkarte erzeugen im Zusammenspiel räumliche Abbildungen des Kraftfahrzeuges aus jeweils einer Betrachtungsposition und übermitteln diese an das Anzeigegerät. Die erzeugten Abbildungen werden auf dem Anzeigegerät ausgegeben.
Mit dem Eingabegerät löst ein Benutzer die Durchführung des Verfahrens aus und beendet es wieder. Er kann weiterhin Parameter des Verfahrens vorgeben und auch während der Durchführung des Verfahrens verändern. Möglich ist aber auch, daß das Verfahren nach Auslösung vollautomatisch ohne jeden Benutzereingriff mit den vorgegebenen Parametern abläuft. Abgesehen von diesen Eingaben läuft das Verfahren vollautomatisch ab, ohne daß weitere Benutzereingaben in den Ablauf eingreifen.
In dem Festplattenspeicher ist ein rechnerverfügbares dreidimensionales Oberflächenmodell 10 des darzustellenden Kraftfahrzeuges abgespeichert. 1 zeigt dieses Oberflächenmodell 10 sowie die erste Betrachtungsposition BP1 und die zweite Betrachtungsposition BP2.
Dieses Oberflächenmodell 10 beschreibt wenigstens näherungsweise die Oberfläche des Kraftfahrzeuges einschließlich aller Wölbungen, Vertiefungen, Texturen u. ä. Insbesondere beschreibt es die äußere Kontur der Karosserie, die Außenansicht der Türen und Fenster sowie die Zierleisten. Das Oberflächenmodell 10 beschreibt aber nicht den inneren Aufbau des Kraftfahrzeugs. Das Oberflächenmodell 10 wird z. B. aus einem Konstruktionsmodell (CAD-Modell) generiert. Das Oberflächenmodell 10 läßt sich statt dessen durch Abtasten eines physikalischen Exemplars oder physikalischen Modells generieren, falls ein solches bereits verfügbar ist. Der Zentralprozessor hat Lesezugriff auf dieses Oberflächenmodell 10. Das Oberflächenmodell 10 wird im Verlaufe des Verfahrens ausgewertet, um Abbildungen des Kraftfahrzeugs zu erzeugen, wird aber vorzugsweise nicht verändert.
Vorzugsweise wird die Oberfläche des Gegenstandes im Oberflächenmodell 10 durch viele kleine Flächenelemente, z. B. Dreiecke oder Vierecke, approximiert. Diese Flächenelemente entstehen z. B. durch eine Vernetzung des Oberflächenmodells 10 oder der Oberfläche des Konstruktionsmodells. Eine derartige Vernetzung ist aus der Methode der Finiten Elemente bekannt. Die Methode der Finiten Elemente wird z. B. in „Dubbel – Taschenbuch für den Maschinenbau”, 20. Auflage, Springer-Verlag, 2001, C 48 bis C 50, beschrieben. Im Oberflächenmodell 10 wird eine bestimmte Menge von Punkten festgelegt, die Knotenpunkte heißen. Als Finite Elemente werden diejenigen Flächenelemente bezeichnet, deren Geometrien durch diese Knotenpunkte definiert werden.
Zum Oberflächenmodell 10 gehört mindestens ein dreidimensionales kartesisches Koordinatensystem 11.
Automatisch wird ein Referenzpunkt RP auf der Oberfläche des Kraftfahrzeugs ausgewählt. Der Referenzpunkt RP ist demnach ein Punkt des Oberflächenmodells 10. Der Benutzer gibt einen mittleren Betrachtungsabstand d und eine mittlere Betrachtungsrichtung BR_m auf das Oberflächenmodell 10 vor. Die zu erzeugende Darstellung soll den Gegenstand aus der vorgegebenen mittleren Betrachtungsrichtung BR_m mit dem vorgegebenen mittleren Betrachtungsabstand d zeigen. Den Betrachtungsabstand d und die mittlere Betrachtungsrichtung BR_m gibt der Benutzer z. B. dadurch vor, daß er je einen Wert über die Tastatur oder per Maus und einem virtuellen Schieberegler eingibt. Oder er verändert alte Werte für den mittleren Betrachtungsabstand d und die mittlere Betrachtungsrichtung BR_m, z. B. indem er eine bereits angezeigte Abbildung des Gegenstandes dreht oder verschiebt oder vergrößert („zoomt”) oder verkleinert.
Automatisch werden eine erste Betrachtungsposition BP1 und eine zweite Betrachtungsposition BP2 relativ zum Oberflächenmodell 10 bestimmt. Diese beiden Betrachtungspositionen sind durch je drei Koordinaten im Koordinatensystem des Oberflächenmodells 10 bestimmt. Sowohl BP1 als auch BP2 werden vorzugsweise so bestimmt, daß sie vom Referenzpunkt RP des Oberflächenmodells 10 den vorgegebenen mittleren Betrachtungsabstand d aufweisen. Möglich ist aber auch, daß sie verschiedene Abstände zu RP aufweisen.
BP1 und BP2 werden weiterhin so bestimmt, daß der Abstand a zwischen BP1 und BP2 gleich dem Augenabstand zwischen den beiden Augen eines erwachsenen Menschen ist. Dieser Augenabstand und somit der Abstand a zwischen BP1 und BP2 beträgt ca. 6,5 cm. Der Abstand a ist im Falle eines Kraftfahrzeugs als dem darzustellenden Gegenstand sehr klein im Vergleich zum mittleren Betrachtungsabstand d, der z. B. zwei Meter beträgt. Ist der Gegenstand aber z. B. ein medizintechnisches Gerät, das einem Menschen implantiert werden kann, oder ein anderes Mikrosystem-Bauteil, so kann a größer als d sein. Vorzugsweise bleibt der Abstand a während des gesamten Verfahrens konstant. Der Benutzer kann aber den Abstand a durch Eingaben z. B. über die Tastatur oder den virtuellen Schieberegler verändern.
Vorzugsweise zeigt die zu erzeugende Darstellung das Kraftfahrzeug, wie es auf einer ebenen Fläche steht. Die beiden Betrachtungspositionen BP1 und BP2 werden so gewählt, daß sie sich in Augenhöhe über der ebenen Fläche befinden. Die Augenhöhe eines erwachsenen Menschen („50%-Durchschnittsmann”) beträgt 1,70 m.
1 zeigt die Position des Oberflächenmodells 10 mit dem Referenzpunkt RP und die beiden begrenzenden Betrachtungspositionen BP1 und BP2 relativ zueinander. BP1, BP2 und RP bilden die Eckpunkte eines gleichschenkligen Dreiecks. In 1 ist der Abstand a zur Verdeutlichung stark übertrieben im Vergleich zum mittleren Betrachtungsabstand d gezeigt. Außerdem ist in 1 das Koordinatensystem 11 des Oberflächenmodells 10 angedeutet.
Eine Kurve 20 zwischen den beiden begrenzenden Betrachtungspositionen BP1 und BP2 wird erzeugt. 2 zeigt beispielhaft diese Kurve 20. Die Kurve 20 wird durch eine Parameterdarstellung beschrieben und in dem Datenverarbeitungssystem repräsentiert. Diese Parameterdarstellung definiert die Menge der Punkte, die zur Kurve 20 gehören. Die Parameterdarstellung hat vorzugsweise die Form {s(r)|rε[a, b]}
Hierbei ist s(r) = [x(r), y(r), z(r)] ein Vektor, der die Position eines Punktes im dreidimensionalen Koordinatensystem 11 beschreibt. [a, b] ist ein Intervall. Die Parameterdarstellung wird so gewählt, daß s(a) die Position von BP1 und s(b) die von BP2 beschreibt.
Die Kurve 20 ist beispielsweise die Gerade von BP1 nach BP2. Dann hat die Funktion s(r) die Form
Die Kurve 20 ist vorzugsweise ein Kreissegment in derjenigen Ebene, die durch RP, BP1 und BP2 aufgespannt wird. Alle Punkte auf der Kurve 20 haben dann denselben Abstand d von RP. In dieser Ausführungsform hat die Funktion s(r) die Form r → s(r) = RP + (BP1 – RP)·cos(r) + d·V2·sin(r),
Hierbei ist V2 ein Vektor, der auf die Länge 1 normiert ist und der Lotvektor des Differenzvektors BP2 – RP auf dem Differenzvektor BP1 – RP ist. V2 wird gemäß der Rechenvorschrift
berechnet, wobei
d = ||BP1 – RP|| = ||BP2 – RP||, denn BP1 und BP2 liegen auf einem Kreissegment mit dem Mittelpunkt RP.
(BP2 – RP)·(BP1 – RP) ist das Skalarprodukt der beiden Differenzvektoren.
Der Winkel r liegt zwischen 0 und α, wobei α der Winkel zwischen (BP2 – RP) und (BP1 – RP) ist. Demnach ist das Intervall [a, b] gleich [0, α], und es gilt r ∈ [0, α].
Mit Hilfe des Oberflächenmodells 10 werden verschiedene Abbildungen des Gegenstandes aus verschiedenen Betrachtungspositionen erzeugt und auf dem Anzeigegerät angezeigt. Alle diese Betrachtungspositionen liegen auf der Kurve 20 zwischen BP1 und BP2. Die Betrachtungspositionen auf der Kurve 20 führen zu Abbildungen des Kraftfahrzeugs aus Betrachtungsrichtungen, die um die mittlere Betrachtungsrichtung BR_m variieren. In einer Abbildung des Kraftfahrzeugs aus einer Betrachtungsrichtung werden nur diejenigen Bereiche der Oberfläche des Kraftfahrzeugs gezeigt, die aus dieser Betrachtungsrichtung sichtbar sind.
Die verschiedenen Abbildungen werden nacheinander so gezeigt, daß ein Betrachter einen Film flimmerfrei und ruckfrei wahrnimmt. In dieser Abfolge wird das Kraftfahrzeug bevorzugt laufend in einer drehenden periodischen Hin- und Herbewegung gezeigt, was im Folgenden genauer beschrieben wird.
Vorgegeben wird eine Periodendauer T. Im Verlaufe einer Periode der Dauer T wandert in der gezeigten Abfolge die aktuelle Betrachtungsposition von BP1 nach BP2 und wieder zurück von BP2 nach BP1. Zwischen dem Anfangszeitpunkt eines Anzeigens der Abbildung aus BP1 und dem des darauffolgenden Anzeigens aus BP1 verstreicht genau die Periodendauer T. Die Hin- und Herbewegung ist gleichartig. Daher verstreicht zwischen dem Beginn des Anzeigens der ersten Abbildung aus BP1 und dem Beginn des darauffolgenden Anzeigens der zweiten Abbildung aus BP2 die Zeitspanne Z = T/2.
Die Periodendauer T liegt vorzugsweise zwischen 2 sec und 2 min, kann aber auch beliebig anders vorgegeben werden. Zu verschiedenen Zeitpunkten t = t_0, t_1, t_2, ... werden jeweils eine Betrachtungsposition BP(t) auf der Kurve 20 und anschließend eine Abbildung Abb(t) des Kraftfahrzeugs aus der Betrachtungsposition BP(t) erzeugt. Vorzugsweise variiert die Betrachtungsposition BP(t) mit wachsendem t sinusförmig auf der Kurve 20 zwischen den begrenzenden Betrachtungspositionen BP1 und BP2 hin und her.
Aus der Periodendauer T resultiert eine Winkelgeschwindigkeit ω = 2π/T. Die Betrachtungsposition BP(t) zum Zeitpunkt t wird bei sinusförmiger Variation gemäß der Berechnungsvorschrift
berechnet, wobei s = s(r) die Funktion der Parameterdarstellung der Kurve 20 ist.
Die hieraus resultierende Betrachtungsrichtung BR(t) variiert ebenfalls sinusförmig, nämlich gemäß der Rechenvorschrift BR(t) = RP – BP(t).
Hierbei ist RP der Referenzpunkt des Oberflächenmodells 10. Die mittlere Betrachtungsrichtung BR_m ist gleich BR(0).
3 veranschaulicht die Bestimmung der Betrachtungsposition BP(t_i) zum Zeitpunkt t_i. Im linken Teil wird eine Sinuskurve gezeigt. Zu einem Zeitpunkt t_i wird der Wert sin(ω·t_i) berechnet. Gemäß der Berechnungsvorschrift
wird als Berechnungsposition BP(t_i) ein Punkt auf der Kurve 20 ausgewählt. Die Abbildung Abb(t_i) zum Zeitpunkt t_i zeigt das Kraftfahrzeug aus der Betrachtungsrichtung BR(t_i) und wird mit Hilfe des Oberflächenmodells 10 erzeugt.
Vorzugsweise wird eine zeitlich konstante Bildwechselfrequenz f bestimmt, was im Folgenden beschrieben wird. Diese Bildwechselfrequenz f legt fest, wie viele Abbildungen pro Sekunde erzeugt und angezeigt werden. Die oben erwähnten Zeitpunkte t_0, t_1, t_2, ... werden in dieser Ausführungsform so bestimmt, daß gilt: t_i = t_0 + i/f für i = 0, 1, 2, ... Während einer Periodendauer T werden insgesamt T·f Abbildungen erzeugt und angezeigt.
Die Bildwechselfrequenz f wird einerseits so bestimmt, daß ein Betrachter einen fließenden Übergang zwischen den Abbildungen Abb(t_0), Abb(t_1), Abb(t_2), ... wahrnimmt. Diese Anforderung wird erfüllt, wenn f mindestens 25 Hz beträgt. Andererseits wird sie so bestimmt, daß der Zentralprozessor und das Anzeigegerät die Bildwechselfrequenz einhalten können.
Das Anzeigegerät weist gerätebedingt eine maximale Bildwechselfrequenz f_Anz auf und vermag pro Sekunde nur f_Anz Abbildungen anzuzeigen. Heute verfügbare Kathodenstrahl-Bildschirme bewältigen typischerweise eine Bildwechselfrequenz von f_Anz = 85 Hertz, Flüssigkristall-Bildschirme von f_Anz = 60 Hertz. Fernseh-Bildschirme arbeiten mit f_Anz = 25 bis 30 Hertz. Die Bildwechselfrequenz f ist daher kleiner oder gleich f_Anz.
Das Datenverarbeitungssystem mit Zentralprozessor, Graphikkarte und Datenbus weist ebenfalls systembedingt eine maximale Bildwechselfrequenz f_DV auf. Diese hängt insbesondere von der Rechenleistung und Taktung des Zentralprozessors und der Graphikkarte, der Übertragungsrate des Datenbusses und vom Oberflächenmodell 10 ab. Die erreichbare maximale Bildwechselfrequenz f_DV wird oft als „frames per second” bezeichnet. Die Bildwechselfrequenz f wird so gewählt, daß sie kleiner oder gleich f_DV ist. Eine Abwandlung dieser Ausführungsform ermöglicht es, die räumliche Darstellung auch dann zu erzeugen, wenn f_DV kleiner als 25 Hz ist. Dieselbe Abbildung wird mehrfach hintereinander gezeigt, nämlich vorzugsweise [25/f_DV] + 1 – mal, wobei [x] die größte natürliche Zahl ist, die kleiner als x ist. Die Bewegung wird entsprechend verlangsamt wahrgenommen.
Der Winkel zwischen zwei aufeinanderfolgenden Betrachtungsrichtungen BR(t_i) und BR(t_i + 1) ist in diesem Ausführungsbeispiel zeitlich veränderlich, was durch Nachvollziehen von 3 deutlich wird. Möglich ist, eine obere Schranke für den maximalen Winkel Δα zwischen zwei aufeinanderfolgenden Betrachtungsrichtungen vorzugeben. Aus dieser vorgegebenen oberen Schranke läßt sich wie folgt eine untere Schranke für f ableiten: Sei α der Winkel zwischen den begrenzenden Betrachtungsrichtungen BR1 und BR2. 4 illustriert diesen Winkel α.
Wegen
ist
Also gilt
Die untere Schranke für f ist also (π·α)/(T·Δα).
Möglich ist, daß diese untere Schranke für f bereits größer ist als die Bildwechselfrequenz f_Anz des Anzeigegeräts oder die Bildwechselfrequenz f_DV des Datenverarbeitungssystems, d. h. daß (π·α)/(T·Δα) > f_Anz oder (π·α)/(T·Δα) > f_DV. In diesem Fall wird die Periodendauer verlängert, vorzugsweise auf
Diese Ausgestaltung stellt sicher, daß die vorgegebene Schranke Δα eingehalten wird.
Ein Betrachter kann über das Eingabegerät folgende Parameter des Verfahrens ändern, während die Abbildungen gezeigt werden:

– den mittleren Betrachtungsabstand d,
– die mittlere Betrachtungsrichtung BR_m,
– eine obere Schranke für den maximalen Winkel Δα zwischen zwei aufeinanderfolgenden Betrachtungsrichtungen und
– die minimale Periodendauer T oder die halbe minimale Periodendauer Z.

Die Änderung wirkt sich bevorzugt sofort auf das Verfahren aus. Falls d oder BR_m geändert werden, wird eine neue Parameterdarstellung der Kurve 20 berechnet und verwendet. Beispielsweise wird der Abstand d abhängig von Eingaben des Betrachters kontinuierlich verringert, was zu einer stetigen Vergrößerung des Kraftfahrzeugs in den Abbildungen führt. Wird die Periodendauer T verkleinert, so erscheint die Hin- und Herbewegung schneller als zuvor. Durch eine Vergrößerung der Bildwechselfrequenz f innerhalb der zulässigen Grenzen kann der Betrachter ein eventuelles Flimmern der Darstellung vermeiden.

In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird mit Hilfe der Abfolge von Abbildungen Abb(t_0), Abb(t_1), Abb(t_2), ... des Kraftfahrzeugs eine rechnerverfügbare Film-Datei erzeugt und abgespeichert. Diese Film-Datei wird in einem Datenformat für rechnerverfügbare Filme erzeugt. Um später die Darstellung erneut anzuzeigen, werden nur die Film-Datei sowie ein Abspielprogramm benötigt, aber nicht das Oberflächenmodell 10. Das Abspielprogramm liest die Film-Datei ein und spielt auf einem Anzeigegerät die Darstellung als Film ab. Die Film-Datei erfordert in der Regel wesentlich weniger Speicherplatz als das Oberflächenmodell 10. Das Abspielprogramm stellt geringere Anforderungen an das Datenverarbeitungssystem als das Verfahren zur Erzeugung der dreidimensionalen Darstellung. Bezugszeichenliste

Zeichen	Bedeutung
10	Oberflächenmodell des darzustellenden Gegenstandes
11	Koordinatensystem des Oberflächenmodells 10
20	Kurve zwischen den beiden Betrachtungspositionen BP1 und BP2
a	Abstand zwischen den beiden Betrachtungspositionen BP1 und BP2
α	Winkel zwischen den begrenzenden Betrachtungsrichtungen
Abb(t)	zum Zeitpunkt t erzeugte Abbildung aus der Betrachtungsposition BP(t)
BP1	erste begrenzende Betrachtungsposition
BP2	zweite begrenzende Betrachtungsposition
BP(t)	Betrachtungsposition zum Zeitpunkt t
BR_m	mittlere Betrachtungsposition
BR(t)	Betrachtungsrichtung zum Zeitpunkt t
d	mittlerer Betrachtungsabstand zwischen Referenzpunkt RP und Betrachtungsposition
f	Bildwechselfrequenz
f_Anz	maximale Bildwechselfrequenz des Anzeigegerät
f_DV	maximale Bildwechselfrequenz des Datenverarbeitungssystems
t_0, t_1, t_2, ...	Zeitpunkte, an denen je eine Abbildung erzeugt und angezeigt wird
Z	Zeitspanne; halbe Periodendauer

Claims

Verfahren zum automatischen Erzeugen einer dreidimensionalen Darstellung eines Gegenstandes auf einem Anzeigegerät, wobei – eine erste Abbildung des Gegenstands aus einer ersten Betrachtungsposition (BP1), eine zweite Abbildung des Gegenstands aus einer zweiten Betrachtungsposition (BP2) und mindestens eine weitere Abbildung des Gegenstandes aus einer weiteren Betrachtungsposition (BP(t_i)) erzeugt werden, – wobei sich die weitere Betrachtungsposition (BP(t_i)) auf einer Kurve (20), welche die erste Betrachtungsposition (BP1) und die zweite Betrachtungsposition (BP2) verbindet, – und die mindestens drei Abbildungen an das Anzeigegerät übermittelt und auf dem Anzeigegerät angezeigt werden, dadurch gekennzeichnet, daß – ein rechnerverfügbares dreidimensionales Oberflächenmodell (10) des Gegenstandes vorgegeben wird, – die mindestens drei Abbildungen von einer Datenverarbeitungseinrichtung unter Verwendung des Oberflächenmodells (10) erzeugt und an das Anzeigegerät übermittelt werden, – die Abbildung aus der ersten Betrachtungsposition (BP1) mindestens zweimal angezeigt wird, – zwischen dem Anzeigen der ersten und dem der zweiten Abbildung sowie zwischen dem Anzeigen der zweiten und dem der ersten Abbildung jedesmal die mindestens eine weitere Abbildung angezeigt wird – und der jeweilige Zeitabstand zwischen dem Anzeigen einer Abbildung und dem der als nächstes angezeigten Abbildung dergestalt festgelegt wird, daß ein Betrachter einen fließenden Übergang zwischen den mindestens drei Abbildungen wahrnimmt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß – die jeweiligen Winkel zwischen den Betrachtungspositionen (BP1, BP2, BP(t_i), ...) und die Bildwechselfrequenzen (f) dergestalt festgelegt werden, – daß der Betrachter eine Drehbewegung abwechselnd in eine Drehrichtung und in die entgegengesetzte Drehrichtung wahrnimmt, – wobei die Winkelgeschwindigkeit (ω) der Drehbewegung kleiner oder gleich einer vorgegebenen oberen Schranke ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß – eine Abfolge von Betrachtungspositionen, die hintereinander auf der Kurve (20) liegen, ausgewählt wird, – eine Abfolge von weiteren Abbildungen erzeugt wird, wobei für jede Betrachtungsposition der Abfolge eine weitere Abbildung des Gegenstandes von der Datenverarbeitungseinrichtung erzeugt und an das Anzeigegerät übermittelt wird, – zwischen dem Anzeigen der ersten und dem der zweiten Abbildung die Abbildungs-Abfolge angezeigt wird – und zwischen dem Anzeigen der zweiten und dem der ersten Abbildung die Abbildungs-Abfolge in umgekehrter Reihenfolge angezeigt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeigen der ersten Abbildung, der Abbildungs-Abfolge, der zweiten Abbildung und der Abbildungs-Abfolge in umgekehrter Reihenfolge in periodischer Wiederholung durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungen dergestalt erzeugt und angezeigt werden, – daß zwischen dem Beginn des Anzeigens der ersten Abbildung und dem Beginn des darauffolgenden Anzeigens der zweiten Abbildung eine vorgegebene Zeitspanne (Z) verstreicht – und zwischen dem Beginn des Anzeigens der zweiten Abbildung und dem Beginn des darauffolgenden Anzeigens der ersten Abbildung die vorgegebene Zeitspanne (Z) verstreicht.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine maximale Bildwechselfrequenz (f) des Verfahrens vorgegeben wird und so viele Abbildungen erzeugt und angezeigt werden, daß die Anzahl der Abbildungen, die insgesamt während eines Zeitraums, dessen Länge gleich der Zeitspanne (Z) ist, erzeugt und angezeigt werden, kleiner oder gleich dem Produkt aus der vorgegebenen Zeitspanne (Z) und der maximalen Bildwechselfrequenz (f) ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Bildwechselfrequenz (f) des Verfahrens so vorgegeben wird, daß sie – kleiner oder gleich einer vorgegebenen maximalen Bildwechselfrequenz (f_Anz) des Anzeigegeräts und – kleiner oder gleich einer vorgegebenen maximalen Bildwechselfrequenz (f_DV) der Datenverarbeitungseinrichtung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß – die erste Betrachtungsposition (BP1) und die zweite Betrachtungsposition (BP2) den gleichen Abstand (d) vom Gegenstand aufweisen – und jede weitere Betrachtungsposition sich auf einem Kreisbogen zwischen der ersten Betrachtungsposition (BP1) und der zweiten Betrachtungsposition (BP2) befindet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, welches als Computerprogramm-Produkt, das direkt in den internen Speicher eines Computers geladen werden kann und Softwareabschnitte umfaßt, mit denen das Verfahren ausgeführt werden kann, wenn das Produkt auf einem Computer läuft.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, das auf einem von einem Computer lesbaren Medium gespeichert ist und das von einem Computer lesbare Programm-Mittel aufweist, die den Computer veranlassen, das Verfahren auszuführen.