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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anordnen von Anzeigen in einem von einem Benutzer getragenen Head-mounted Display und eine entsprechend eingerichtete Vorrichtung.
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Heutzutage sind Head-mounted Displays, manchmal auch Datenbrillen genannt, bekannt. Auch Helmet-mounted Displays werden hierin den Head-mounted Displays zugerechnet. Head-mounted Displays werden von einem Benutzer auf dem Kopf getragen und ordnen vor einem oder beiden Augen des Benutzers ein oder mehrere Displays an. Diese Displays können durchsichtig oder zumindest halb-durchsichtig sein, so dass der Benutzer sowohl die reale Umwelt als auch die eingeblendete Hinweise oder Anzeigen, beispielsweise eine Geschwindigkeitsanzeige, sehen kann. Der Bereich in dem Head-mounted Displays einem Benutzer Anzeigen darstellen können wird Sichtfeld, manchmal auch Field-of-View, genannt.
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Aus dem Stand der Technik ist bekannt die Anzeigen eines Head-mounted Displays fix, manchmal auch screen stabilized oder head stabilized genannt, anzuzeigen. Sie sind dann unabhängig von der Blickrichtung des Benutzers und verbleiben auch bei Änderung der Blickrichtung am gleichen Anzeigeort. Für diese Art der Darstellung wird keine Erfassung der Blickrichtung des Benutzers benötigt, mit anderen Worten: Es ist kein Tracking der Blickrichtung erforderlich. Insbesondere bei durchsichtigen Displays kann diese Art der Darstellung für den Benutzer störend sein, da die Anzeigen wichtige Informationen der realen Umwelt überdecken können. Ein vergleichbarer Effekt tritt auch bei undurchsichtigen Displays auf, wenn auf dem Display auch Aufnahmen der Umwelt angezeigt werden. Weiterhin ist diese Art der Darstellung insbesondere für Informationen geeignet, die keinen lokalen Kontextbezug aufweisen. Ohne Tracking besteht keine Möglichkeit, Inhalte an einem festen Ort in der Umgebung (= lokaler Kontextbezug) anzuzeigen, wie beispielsweise eine Navigationsanweisung auf der Straße, den Namen eines anderen Verkehrsteilnehmers über seinem Auto, Zusatzinformationen zu einem Verkehrsschild an der Position des Schildes.
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Weiterhin ist es aus dem Stand der Technik bekannt, die Anzeigen eines Head-mounted Displays an die Blickrichtung derart anzupassen, dass sie für den Benutzer ortsfest an einer Stelle im Raum erscheinen. Bei durchsichtigen Displays scheinen die Anzeigen für einen Benutzer fest an einer Stelle der realen Umwelt zu sein. Hierzu muss die Blickrichtung des Benutzers erfasst werden und der Ort der Anzeige im Display entsprechend angepasst werden.
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Aus dem Stand der Technik ist es auch bekannt, Anzeigen kontaktanalog zu Objekten der realen Umwelt darzustellen, was manchmal auch augmented reality genannt wird. Hierzu muss zusätzlich zur Blickrichtung des Benutzers auch die Position der realen Objekte kontinuierlich erfasst werden. Auf diese Weise können Zusatzinformationen beispielsweise zu anderen Verkehrsteilnehmern oder Gebäuden angezeigt werden. In der Realisierung derartiger kontaktanaloger Anzeigen tritt beim derzeitigen Stand der Technik häufig das Problem auf, dass die Nachverfolgung der Blickrichtung sowie der Objekte mit einer für die menschliche Wahrnehmung hohen Verzögerung behaftet ist. Dies äußert sich darin, dass bei schnellen Änderungen der Blickrichtung oder der Position des nachverfolgten Objektes die Anzeige „nachzieht”. Weiterhin tritt beim derzeitigen Stand der Technik häufig das Problem auf, dass die Erfassung der Blickrichtung sowie die Bestimmung der Position der Objekte für die menschliche Wahrnehmung meist nicht genau genug ist. Kontaktanaloge Anzeigen können so „verrutscht” erscheinen. Im typischen Fall, dass der Benutzer der Fahrer eines Kraftfahrzeugs ist, werden oft unbewusst minimale (und nicht erfasste) Kopfbewegungen durchgeführt. Dies führt oft dazu, dass dargestellte Anzeigen für den Benutzer des Head-mounted Displays hin und her „zittern” oder „wackeln”. Dieses Problem wird durch auf den Fahrer übertragene Fahrzeugbewegungen bei Bodenwellen oder durch sonstige Beschleunigungskräfte verstärkt. Gerade bei Anzeigen im peripheren Sichtfeld des Benutzers kann dies für den Benutzer sehr ablenkend sein, da dort Bewegungen sehr stark wahrgenommen werden.
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Die Aufgabe an den Fachmann ist die Verbesserung der Art der Anzeige beziehungsweise Darstellung von Anzeigen in einem Head-mounted Display.
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Die Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 und die Vorrichtung nach Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Offenbart wird ein Verfahren zum Anordnen von Anzeigen in einem von einem Benutzer getragenen Head-mounted Display, umfassend: Anzeigen einer Anzeige einer ersten Kategorie in einem ersten vorbestimmten Bereich des Sichtfeldes des Head-mounted Displays; Erfassen einer vorbestimmten Blickrichtung des Benutzers; Beenden des Anzeigens der Anzeige der ersten Kategorie in dem ersten vorbestimmten Bereich des Sichtfeldes des Head-mounted Displays, in Antwort auf das Erfassen der vorbestimmten Bewegung; Anzeigen der Anzeige der ersten Kategorie in einem zweiten vorbestimmten Bereich des Sichtfeldes des Head-mounted Displays.
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In dem Fall, dass die Anzeige im ersten vorbestimmten Bereich des Sichtfeldes an einer bestimmten Stelle unabhängig von der Blickrichtung des Benutzers angezeigt wird, anders ausgedrückt: in Bezug auf das Sichtfeld stationär, kann es vorkommen, dass für den Benutzer sich in bestimmten Blickrichtungen befindliche wichtige Informationen durch eine Anzeige im ersten Bereich überdeckt werden. Durch das offenbarte Verfahren wird es ermöglicht, dass die Anzeige diese wichtigen Informationen nicht überdeckt, indem die Anzeige in einen zweiten Bereich verschoben wird, also dort stationär angezeigt wird. Mit anderen Worten: Die Anzeige wird dorthin verschoben, wo sie den freien Blick auf Objekte des Fahrzeugs (zum Beispiel Geschwindigkeitsanzeigen) oder der Umwelt nicht verhindert. Es ist angedacht, den ersten Bereich so zu wählen, dass eine Anzeige im ersten Bereich den Blick des Benutzers in eine Blickrichtung oder einen Bereich an Blickrichtungen, die oder der den größten Teil der Zeit eingenommen wird, möglichst wenig stört, und den zweiten Bereich so zu wählen, dass eine Anzeige im zweiten Bereich den Blick des Benutzers auf ein bestimmtes Objekt möglichst wenig stört. Ist der Benutzer beispielsweise der Fahrer eines Kraftfahrzeugs kann der erste Bereich für den Blick nach vorne auf die Straße optimiert sein und die Anzeigen nicht in einem Bereich des Head-mounted Displays angeordnet sein, durch den der Benutzer auf die Straße schaut. Wenn der Benutzer hingegen in Richtung einer fest im Fahrzeug verbauten Geschwindigkeitsanzeige blickt, kann durch die Verschiebung der Anzeigen im Head-mounted Display der freie Blick auf die Geschwindigkeitsanzeige durch die Anzeige des Head-mounted Displays ermöglicht werden. Die Anzeige des Head-mounted Displays wird von dem ersten Bereich in einen zweiten Bereich verschoben, wenn erfasst wird, dass der Benutzer in Richtung der Geschwindigkeitsanzeige blickt. Ein anderes Beispiel ist der Blick des Benutzers in einen Außenspiegel eines Kraftfahrzeugs. Wenn anhand der Blickrichtung erkannt wird, dass der Fahrer in einen Außenspiegel eines Kraftfahrzeugs blickt, können im ersten Bereich angezeigte Anzeigen in einen zweiten Bereich verschoben werden, so dass der freie Blick des Fahrers auf den Außenspiegel nicht durch die Anzeige gestört wird. Der zweite Bereich kann sich im peripheren Sichtbereich des Benutzers befinden und damit, abhängig von der Dimensionierung des Sichtfeldes des Displays, in einem Randbereich des Sichtfeldes des Displays (wobei der Randbereich den Rand des Displays nicht berühren muss).
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In dem Fall, dass die Anzeige an die Blickrichtung angepasst angezeigt wird, so dass sie für den Benutzer an einem festen Ort im Raum erscheint oder so dass sie für den Benutzer dem Ort eines erfassten Objektes zugeordnet erscheint, wird es ermöglicht, dass der Benutzer durch die Anzeige nicht abgelenkt wird. Für den Fahrer eines Kraftfahrzeugs beispielsweise wird sich eine ortsfeste Anzeige oder kontaktanaloge Anzeige typischerweise in Fahrtrichtung des Fahrtzeugs befinden. Blickt der Fahrer nun zur Seite in einen Außenspiegel verschiebt sich die Anzeige in einen peripheren Sichtbereich des Fahrers, wo Bewegungen sehr stark wahrgenommen werden. Wie oben erläutert, sind „Ziffer” oder „Wackel” Bewegungen der Anzeige im derzeitigen Stand der Technik oft nicht vermeidbar, und würden im peripheren Sichtbereich des Fahrers zu Ablenkungen führen. Durch das Verschieben der Anzeige in einen zweiten vorbestimmten Bereich des Sichtfeldes des Head-mounted Displays wird die Kontaktanalogie oder räumlich ortsfeste Darstellung aufgegeben. Durch die Vorbestimmung des zweiten Bereiches ist dieser von vornherein festgelegt und wird nicht durch die Position des Objektes in der Umwelt oder durch den Ort der ortsfesten Anzeige beeinflusst. Die Aufgabe der Kontaktanalogie oder räumlich festen Anordnung kann durch einen (graphischen) Hinweis angezeigt werden. Die Position der Anzeige im Sichtfeld des Head-mounted Displays kann nun so gewählt werden, dass ablenkende Bewegungen der Anzeige vermieden werden. Es ist eine Anordnung der Anzeige beispielsweise links oder rechts im zweiten Bereich denkbar, je nachdem ob sich das erfasste Objekt der Umwelt oder der feste Ort der Umwelt links oder rechts vom zweiten Bereich befindet. Denkbar ist auch eine Anpassung der vertikalen Position der Anzeige entsprechend einer über einen Zeitraum gemittelten vertikalen Position, in der sich eine kontaktanaloge Anzeige oder ortsfeste Anzeige befinden würde. Der zweite Bereich kann sich im peripheren Sichtbereich des Benutzers befinden und damit, abhängig von der Dimensionierung des Sichtfeldes des Displays, in einem Randbereich des Sichtfeldes des Displays (wobei der Randbereich den Rand des Displays nicht berühren muss). Alternativ ist eine stationäre Anordnung der Anzeige im zweiten Bereich denkbar. Mit anderen Worten: Die Anzeige wird im zweiten Bereich bezogen auf das Sichtfeld des Head-mounted Displays stationär beziehungsweise unabhängig von der Blickrichtung angezeigt. Der zweite Bereich kann sich im peripheren Sichtbereich des Benutzers befinden und damit, abhängig von der Dimensionierung des Sichtfeldes des Displays, in einem Randbereich des Sichtfeldes des Displays (wobei der Randbereich den Rand des Displays nicht berühren muss).
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Die Bezeichnung rechtes beziehungsweise linkes bezieht sich auf die Orientierung des Sichtfeldes beim bestimmungsgemäßen Tragen des Head-mounted Displays.
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In einer Weiterbildung überschneiden sich der erste und der zweite vorbestimmte Bereich nicht. Beide Bereiche sind somit getrennt voneinander und gegebenenfalls auch voneinander entfernt, so dass zwischen ihren nächsten Stellen ein Abstand ist.
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In einer Weiterbildung ist der erste Bereich symmetrisch zu einer vertikalen Mittelachse des Sichtfeldes des Head-mounted Displays und diese Achse ist zumindest teilweise umfasst. Eine Mittelachse ist insbesondere eine vertikale Achse und insbesondere die vertikale Symmetrieachse bei zur Vertikalen symmetrischen Sichtfeldern. Hierin wird vorausgesetzt, dass das Head-mounted Display entsprechend seinem bestimmungsgemäßen Gebrauch orientiert ist. Weiterhin kann die Mittelachse auch beispielsweise eine vertikale Achse durch den Schwerpunkt des Sichtfeldes bezeichnen.
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In einer anderen Weiterbildung ist der zweite Bereich links beziehungsweise rechts einer vertikalen Mittelachse des Sichtfeldes des Head-mounted Displays angeordnet und berührt die Mittelachse des Sichtfeldes des Head-mounted Displays nicht. Hierin bedeutet nicht berühren, dass der Umfang eines Bereiches nicht die Mittelachse oder den Umfang eines anderen Bereiches schneidet oder überlagert. Bei dieser Anordnung des zweiten Bereiches kann die zentrale Sicht des Benutzers freigehalten werden und der Blick auf beispielsweise Instrumente oder in den Außenspiegel ermöglicht werden.
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In einer Fortbildung berührt der zweite Bereich den linken beziehungsweise rechten Rand des Sichtfeldes nicht; und zwischen dem linken beziehungsweise rechten Rand des Sichtfeldes und dem zweiten Bereich wird ein dritter Bereich angeordnet. Das Verfahren der Fortbildung umfasst ferner: Anzeigen einer Anzeige einer zweiten Kategorie in dem dritten Bereich des Sichtfeldes des Head-up Displays; Wobei die Anzeige insbesondere eine einfarbige Füllung des dritten Bereiches mit einer Signalfarbe umfasst. Es kann somit am linken beziehungsweise rechten Rand des Sichtfeldes des Head-mounted Displays insbesondere ein Streifen und weiter insbesondere ein vergleichsweise schmaler Streifen, angeordnet werden, der dann einfarbig leuchtet, wenn aus dieser Richtung (links oder rechts) eine Gefahr droht. Diese Art der Anzeige ist beispielsweise für Warnungen eines Systems, das den toten Winkel eines Fahrzeugs beobachtet und vor Kollisionen warnt, geeignet. In Abhängigkeit der Richtung, aus der die Kollision droht, kann in eben dieser Richtung dem Benutzer graphisch, beispielsweise durch Einfärben des dritten Bereiches mit der Signalfarbe rot und einem eventuellen Blinken, die Gefahr angezeigt werden. Anders ausgedrückt: Der Benutzer bedient sich eines Fortbewegungsmittels und das Verfahren umfasst ferner: Bestimmen, dass sich die Warnung auf eine Gefahr auf der linken beziehungsweise rechten Seite des Fortbewegungsmittels bezieht, insbesondere auf eine Kollisionsgefahr; Wobei das Anzeigen der Anzeige der zweiten Kategorie in Antwort auf das Bestimmen durchgeführt wird, dass sich die Warnung auf eine Gefahr auf der linken beziehungsweise rechten Seite des Fortbewegungsmittels bezieht.
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Ein Fortbewegungsmittel kann ganz allgemein ein Fahrzeug, ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein PKW oder LKW, ein Flugzeug oder Schiff sein.
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In einer Weiterbildung umfasst das Verfahren das Anzeigen einer Anzeige einer dritten Kategorie in einem vierten Bereich des Sichtfeldes des Head-mounted Displays; Beibehalten des Anzeigens der Anzeige der dritten Kategorie in dem vierten Bereich des Sichtfeldes, in Antwort auf das Erfassen der vorbestimmten Blickrichtung. Auf diese Weise können beispielsweise Warnungen, die stets im zentralen Sichtbereich des Fahrers erscheinen sollen, auch bei Abwendung des Blickes des Fahrers von der Straße in einem zentralen Sichtbereich angezeigt werden und so die Aufmerksamkeit des Fahrers schnell auf sich ziehen.
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In einer Weiterbildung ist die Anzeige der ersten Kategorie eine Anzeige, die vom Fahrer eines Kraftfahrzeugs nicht immer wahrgenommen werden muss, insbesondere Navigationshinweise, Fahrspurhinweise, Hinweise zu Geschwindigkeitsbegrenzungen oder die Anzeige der aktuell gefahrenen Geschwindigkeit.
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In einer anderen Weiterbildung ist die Anzeige der dritten Kategorie eine Anzeige, die von einem Fahrer eines Kraftfahrzeugs auch bei Bewegungen des Kopfes wahrgenommen werden soll, insbesondere Warnungen zu möglichen Kollisionen des Kraftfahrzeugs mit anderen Verkehrsteilnehmern oder Objekten.
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Es kann zusätzlich vorgesehen sein, dass eine Drehung des Kopfes des Fahrers erkannt wird und die Anzeige so ausgerichtet wird, dass sie für den Benutzer weiterhin aufrecht stehend erscheint, anders formuliert, „richtig herum”. Somit wird eine Drehung des Kopfes um die Blickrichtung ausgeglichen. Dies kann beispielsweise vorteilhaft sein, wenn ein Fahrer eines Kraftfahrzeugs als Benutzer des Head-mounted Displays seinen Kopf dreht, um einen sehr nahe Ampel erkennen zu können. Die Anzeigen im Sichtfeld werden dann gleichermaßen gedreht, um weiterhin im Bezug zur Umwelt aufrecht zu erscheinen.
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Offenbart wird ebenfalls eine Vorrichtung, umfassend ein Head-mounted Display, Mittel zur Erfassung der Blickrichtung eines Benutzers und elektronische Rechenmittel, wobei die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, eines der oben offenbarten Verfahren auszuführen. Mittel zur Erfassung der Blickrichtung, manchmal auch Tracker genannt, sind im Stand der Technik bekannt. Diese Mittel können beispielsweise ein sogenannter Head-Tracker, aber auch ein Eye-Tracker sein. Die Mittel können in das Head-mounted Display integriert sein oder durch eine auf den Benutzer gerichtete Kamera und entsprechende Bildverarbeitung realisiert werden oder durch eine Kombination dieser Möglichkeiten. Denkbar ist auch der Einsatz von auf akustischen oder elektromagnetischen Phänomenen beruhenden Erfassungsmittel, wie im Stand der Technik bekannt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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1a zeigt die schematische Aufteilung des Sichtfeldes eines Head-mounted Displays in einer ersten Konfiguration gemäß einer ersten Ausführungsform.
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1a zeigt die schematische Aufteilung des Sichtfeldes eines Head-mounted Displays in einer zweiten Konfiguration gemäß der ersten Ausführungsform.
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2 zeigt den schematischen Aufbau einer Vorrichtung zum Anordnen von Anzeigen in einem von einem Benutzer getragenen Head-mounted Display gemäß einer weiteren Ausführungsform.
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Gleiche Bezugszeichen beziehen sich auf entsprechende Elemente über die Figuren hinweg.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DES AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
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1 zeigt die schematische Aufteilung des Sichtfeldes 1 eines Head-mounted Displays gemäß einer ersten Ausführungsform. Das Sichtfeld 1 ist in mehrere Bereiche unterteilt. In dem ersten Bereich 2 werden stationäre Anzeigen einer ersten Kategorie für den Fahrer eines typischen Limousinen-PKWs, angezeigt. Beispielhaft wird in 1a ein erkanntes Geschwindigkeitslimit 8 angezeigt, hier 50 km/h. Die Darstellung des Geschwindigkeitslimits in dem Bereich 2 ist für einen Blick des Fahrers nach vorne auf die Straße optimiert. Für den Fahrer verdeckt die Anzeige 8 des Geschwindigkeitslimits nicht die vor ihm liegende Straße, sondern nur seine Sicht auf die Motorhabe.
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Der Fahrer wird fortlaufend über eine Kamera, auch Head-Tracker genannt, im vorderen Abschnitt des Fahrzeugs aufgenommen. Wird mithilfe von entsprechender Verarbeitung der Aufnahmen der Kamera erkannt, dass der Fahrer in den Außenspiegel seines Fahrzeugs blickt, wird die Anzeige 8 in den zweiten Bereich 3 verschoben, wie in 1b gezeigt. Die Anzeige 8 könnte ansonsten den Blick des Fahrers auf den Außenspiegel teilweise verdecken und so dazu führen, dass sich neben dem Fahrzeug befindliche andere Verkehrsteilnehmer übersehen werden. Alternativ könnte die Anzeige 8 auch in den zweiten Bereich 4 verschoben werden. Es ist angedacht, die Anzeige 8 in den Bereich 3 zu verschieben, wenn der Fahrer in den rechten Außenspiegel blickt und in den Bereich 4, wenn er in den linken Außenspiegel blickt. Generell ist aber auch eine umgekehrte Zuordnung möglich, also eine Verschiebung in den Bereich 3, wenn der Fahrer in den linken Außenspiegel blickt und entsprechend in den Bereich 4 für den rechten Außenspiegel.
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Die dritten Bereiche 5 und 6 werden dazu verwendet, im peripheren Blickfeld des Fahrers zusätzliche Warnungen mit lokal spezifischem Kontextbezug anzuzeigen. Ein Beispiel hierfür ist eine Kollisionswarnung rechts oder links des Fahrzeugs. Ist das Fahrzeug auf Kollisionskurs mit einem anderen Verkehrsteilnehmer und diese Gefahr besteht auf der linken Seite des Fahrzeugs, so wird der Bereich 5 rot eingefärbt, wie in 1b gezeigt (in 1b durch Schraffierung dargestellt). Gleiches ist auch für den rechten Bereich 6 möglich.
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Warnungen, die stets im zentralen Blickfeld des Fahrers erscheinen sollen, werden im vierten Bereich 7 angezeigt.
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2 zeigt den schematischen Aufbau einer Vorrichtung zum Anordnen von Anzeigen in einem von einem Benutzer getragenen Head-mounted Display gemäß einer weiteren Ausführungsform. Das Anzeigenerzeugungs-Modul 9 erzeugt die anzuzeigenden Darstellungen, also beispielsweise das Geschwindigkeitslimit-Symbol 8 nach 1a und 1b. Über das Anzeigenmanagement-Modul 10 wird festgelegt, wo und wie die Anzeige angezeigt wird, und zwar unter Berücksichtigung der erkannten Blickrichtung durch das Blickrichtungserkennungsmodul 12. Zunächst werden dazu die Anzeigen bestimmten Bereichen zugeordnet. Diese Zuordnung kann danach erfolgen, ob die Anzeige stets im zentralen Blickfeld des Fahrers sein soll (Zuordnung zu Bereich 7 in 1a), ob die Anzeige nicht die sofortige Aufmerksamkeit erfordert und bei bestimmten Blickrichtungen in einen anderen Bereich vorteilhaft verschoben werden kann (Zuordnung zu Bereich 2/3 in 1a) oder im peripheren Blickfeld erscheinen soll (Zuordnung zu Bereich 5/6 in 1a). Abhängig von dem Eintritt weiterer Bedingungen, zum Beispiel dem Erfassen der bestimmten Blickrichtung, oder dem Erfassen einer Gefahr werden die Anzeigen dann gegebenenfalls neu zugeordnet, entsprechend dem mit Bezug auf 1a und 1b und davor beschriebenen Verfahren. Die Module 9 und 10 sind als entsprechend programmierte elektronische Recheneinheiten ausgeführt. Das Anzeigenmanagement-Modul 10 steuert schließlich das Head-mounted Display 11 an.
