DE102016102868A1

DE102016102868A1 - System zur Darstellung von Objekten in einem virtuellen dreidimensionalen Bildraum

Info

Publication number: DE102016102868A1
Application number: DE102016102868.1A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-02-18
Filing date: 2016-02-18
Publication date: 2017-08-24

Abstract

System 17 zur Darstellung von Objekten 18 in einem virtuellen dreidimensionalen Bildraum, umfassend – eine Projektionseinrichtung 1 mit wenigstens einer Projektionsfläche 16 und wenigstens einem Projektor 2 zur Ausbildung eines Projektionsraumes; – eine Synchronisierungseinrichtung 4, vorzugsweise eine Shutterbrille, zur synchronisierten Bereitstellung der darzustellenden Objekte 18 für wenigstens einen die Synchronisierungseinrichtung 4 nutzenden Betrachter 15, umfassend wenigstens zwei Kameras zur Bestimmung der Blickrichtung, des Augenabstandes und/oder der Adaption der Augen 10 des wenigstens einen Betrachters 15; – eine Eingabeeinrichtung 6 zur Eingabe von Steuerbefehlen durch den wenigstens einen Betrachter 15; – eine Trackingeinrichtung 3 zur Bestimmung der Position von im Projektionsraum angeordneten Objekten, insbesondere der Position des Kopfes des wenigstens einen Betrachters 15 in dem Projektionsraum mittels wenigstens drei Kameras zur Erfassung von an der Synchronisierungseinrichtung 4, der Eingabeeinrichtung 6 und/oder dem wenigstens einen Betrachter 15 angeordneten Positionsverfolgungsmitteln 5, 7; und – eine Datenverarbeitungseinrichtung 19 – zum Austausch von Informationen und/oder Steuerbefehlen zwischen der Projektionseinrichtung 1, der Synchronisierungseinrichtung 4, der Trackingeinrichtung 3 und/oder der Eingabeeinrichtung 6, und – zur Verarbeitung von zu den darzustellenden Objekten 18 gehörigen Daten.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Darstellung von Objekten in einem virtuellen dreidimensionalen Bildraum, umfassend:

– eine Projektionseinrichtung mit wenigstens einer Projektionsfläche und wenigstens einem Projektor zur Ausbildung eines Projektionsraumes:
– eine Synchronisierungseinrichtung, vorzugsweise eine Shutterbrille, zur synchronisierten Bereitstellung der darzustellenden Objekte für wenigstens einen die Synchronisierungseinrichtung nutzenden Betrachter, umfassend wenigstens zwei Kameras zur Bestimmung der Blickrichtung, des Augenabstandes und/oder der Adaption der Augen des wenigstens einen Betrachters;
– eine Eingabeeinrichtung zur Eingabe von Steuerbefehlen durch den wenigstens einen Betrachter;
– eine Trackingeinrichtung zur Bestimmung der Position von im Projektionsraum angeordneten Objekten, insbesondere der Position des Kopfes des wenigstens einen Betrachters in dem Projektionsraum mittels wenigstens drei Kameras zur Erfassung von an der Synchronisierungseinrichtung, der Eingabeeinrichtung und/oder dem wenigstens einen Betrachter angeordneten Positionsverfolgungsmitteln; und
– eine Datenverarbeitungseinrichtung
– zum Austausch von Informationen und/oder Steuerbefehlen zwischen der Projektionseinrichtung, der Synchronisierungseinrichtung, der Trackingeinrichtung und/oder der Eingabeeinrichtung, und
– zur Verarbeitung von zu den darzustellenden Objekten gehörigen Daten.

Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, zur statischen visuellen Darstellung von dreidimensionalen Daten verschiedene Stereo-3D-Verfahren zu verwenden. Bei derartigen konventionellen Verfahren ist der räumliche Bildeindruck jedoch nur effekthaft, da Blickwinkel, Standpunkt und Bewegung durch die bildgebende Technologie vorgegeben werden. Ein Betrachter bleibt dabei stets außerhalb der Szenerie der visuellen Darstellung und nimmt keine realen Raumdimensionen wahr. Ferner existiert auch keine Möglichkeit für den Betrachter, auf direktem Weg mit den dreidimensionalen Daten beziehungsweise der visuellen Darstellung derselben in perspektivisch korrekter Weise zu interagieren.
So ist aus der DE 10 2007 057 208 A1 beispielsweise ein Verfahren zum Darstellen von Bildobjekten in einem virtuellen dreidimensionalen Bildraum bekannt, bei welchem die Blickrichtung eines Betrachters erfasst und für die Darstellung der Bildobjekte sowie für Interaktionen mit den Bildobjekten berücksichtigt wird. Dabei kommt jedoch lediglich eine autostereoskopische Anzeigeeinrichtung zum Einsatz, welche zum einen lediglich ein eingeschränktes räumliches Gefühl für einen Betrachter vermittelt und zum anderen weitere Probleme wie beispielsweise einen durch einen Betrachter erzeugten Schattenwurf mitsichbringt. Zudem werden dabei lediglich Bewegungen der Augen des Betrachters, nicht jedoch Bewegungen des Kopfes des Betrachters erfasst.
Weiterhin ist aus der DE 101 34 430 A1 ein Projektionssystem zur Darstellung virtueller Welten und Objekte bekannt, welches eine Kombination von Bodenprojektion und Rundprojektion mit zusätzlichem Tracking eines Betrachters beinhaltet. Als nachteilig ist hierbei jedoch die Verwendung eines optischen Infrarot-Ortungssystems anzusehen, welches hinsichtlich Genauigkeit und Geschwindigkeit Nachteile mit sich bringt.
Die GB 2 451 461 A offenbart des Weiteren ein kamerabasiertes Trackingsystem, bei welchem eine Positionsmarke am Kopf eines Betrachters befestigt wird, um den Betrachter auf diese Weise zu lokalisieren oder aber die Augen des Betrachters zur Erfassung der Blickrichtung mittels zwei Kameras zu verfolgen. Ferner wird zur Interaktion mit einer virtuellen Umgebung die Verwendung eines oder mehrerer Eingabemittel vorgeschlagen, die ein Betrachter in seiner Hand beziehungsweise in seinen Händen hält. Als nachteilig ist auch hier anzusehen, dass lediglich eine stereoskopische Anzeigeeinrichtung zum Einsatz kommt, welche keine vollständige Immersion des Betrachters in eine virtuelle Welt ermöglicht.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein System zur Darstellung von Objekten in einem virtuellen dreidimensionalen Bildraum bereitzustellen, welches das Gefühl einer Immersion für einen Betrachter weiter verbessert und die aus dem Stand der Technik vorbekannten Nachteile vermeidet.
Zur technischen Lösung wird mit der vorliegenden Erfindung ein System zur Darstellung von Objekten in einem virtuellen dreidimensionalen Bildraum vorgeschlagen, umfassend eine Projektionseinrichtung mit wenigstens einer Projektionsfläche und wenigstens einem Projektor zur Ausbildung eines Projektionsraumes;

– eine Synchronisierungseinrichtung, vorzugsweise eine Shutterbrille, zur synchronisierten Bereitstellung der darzustellenden Objekte für wenigstens einen die Synchronisierungseinrichtung nutzenden Betrachter, umfassend wenigstens zwei Kameras zur Bestimmung der Blickrichtung, des Augenabstandes und/oder der Adaption der Augen des wenigstens einen Betrachters;
– eine Eingabeeinrichtung zur Eingabe von Steuerbefehlen durch den wenigstens einen Betrachter, eine Trackingeinrichtung zur Bestimmung der Position von im Projektionsraum angeordneten Objekten, insbesondere der Position des Kopfes des wenigstens einen Betrachters in dem Projektionsraum mittels wenigstens drei Kameras zur Erfassung von an der Synchronisierungseinrichtung, der Eingabeeinrichtung und/oder dem wenigstens einen Betrachter angeordneten Positionsverfolgungsmitteln; und
– eine Datenverarbeitungseinrichtung zum Austausch von Informationen und/oder Steuerbefehlen zwischen der Projektionseinrichtung, der Synchronisierungseinrichtung, der Trackingeinrichtung und/oder der Eingabeeinrichtung, und zur Verarbeitung von zu den darzustellenden Objekten gehörigen Daten,
welches dadurch gekennzeichnet ist, dass
– die Datenverarbeitungseinrichtung Mittel zur Berechnung der darzustellenden Objekte aufweist, welche zur Gewährleistung der stereoskopischen Darstellung von Objekten aus jedem Betrachtungswinkel den Betrachtungswinkel entsprechend einer von der Trackingeinrichtung bestimmten Lage der Augen des wenigstens einen Betrachters berücksichtigen.

Die Erfindung macht dabei insbesondere von der Erkenntnis Gebrauch, dass bei Ergänzung einer konventionellen Darstellung dreidimensionaler Daten um eine vierte Dimension der Zeit ein Betrachter die Möglichkeit erhält, als Teil einer virtuellen Szenerie darzustellende Daten im richtigen Verhältnis zu sich selbst wahrzunehmen, da sich die virtuellen Objekte im Rahmen des Bewegungsradius des Betrachters von verschiedenen Seiten zeigen lassen. Das Hinzufügen der Zeit als vierte Dimension ist notwendig, da sich jeder Mensch andauernd in Bewegung befindet und das Sehen von Entfernungen und Räumlichkeiten stets durch die Wahrnehmung unterschiedlicher Perspektiven sowie durch die Staffelung von Objekten bei Bewegung eines Menschen beeinflusst wird. Ein sich bewegender Betrachter hat demnach zu einem ersten Zeitpunkt eine andere Wahrnehmung als zu einem zweiten Zeitpunkt, wobei erst durch Kombination dieser unterschiedlichen Wahrnehmungen zu verschiedenen Zeitpunkten für den Betrachter ein räumliches Bild beziehungsweise ein Verständnis desselben generiert wird. Auf diese Weise wird es selbst Menschen mit räumlicher Sehschwäche ermöglicht, einen räumlichen Eindruck zu gewinnen.
Das erfindungsgemäße System umfasst eine Projektionseinrichtung mit wenigstens einer Projektionsfläche und wenigstens einem Projektor zur Ausbildung eines Projektionsraumes. Prinzipiell können hierfür jegliche bildgebenden Geräte genutzt werden, sofern diese derart dimensioniert sind, dass das periphere Gesichtsfeld, eines Betrachters ausgefüllt ist, da so ein für eine notwendige Immersion benötigter Gesamteindruck erzielt werden kann. Aufgrund einer nicht ausreichenden Trapezkorrektur bei aus dem Stand der Technik bekannten Kurzdistanzprojektoren ist erfindungsgemäß die Verwendung von individuell angefertigten Prismen vorgesehen, um eine horizontale Verzerrung darzustellender Objekte ohne den Verlust von Bildpunkten auszugleichen. Bei Verwendung von Projektoren kommt pro genutzter Projektionsfläche wenigstens ein Projektor zum Einsatz, wobei eine separate Ausgabe von Einzelbildern abwechselnd notwendig ist, um ein sogenanntes Shuttersystem bereitzustellen. Alternativ ist auch der Einsatz von zwei Projektoren pro Projektionsfläche möglich, wobei eine Ausgabe von separaten Einzelbildnern für jeweils ein Auge eines Betrachters abwechselnd durch den jeweiligen für dieses Auge vorgesehenen Projektor erfolgt. Die Verwendung eines Shuttersystems hat gegenüber einem polarisationsgefilterten System insbesondere den Vorteil, dass bei einer Rollbewegung des Kopfes der Stereoversatz für linkes und rechtes Auge eines Betrachters stets korrekt wiedergegeben wird und keine Verdrehung desselben wie bei Verwendung von Polfilterbrillen bei polarisationsgefilterten Systemen erfolgt.
Um ein jeweils für das linke beziehungsweise rechte Auge eines Betrachters darzustellende Objekt wiederzugeben ist eine Synchronisierungseinrichtung, vorzugsweise in Form einer Shutterbrille, vorgesehen, welche zur synchronisierten Bereitstellung der darzustellenden Objekte für einen Betrachter vorgesehen ist.
Durch diese Synchronisierungseinrichtung wird es ermöglicht, dass ein Betrachter jeweils abwechselnd mit seinem linken und seinem rechten Auge das darzustellende Objekt sieht.
Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass zur Ausbildung eines Projektionsraumes auch mehrere Projektionseinrichtungen in beliebiger Weise nebeneinander angeordnet werden können, wobei sich der Bildinhalt von den darzustellenden Videoprojektionen an den Bildkanten der einzelnen Projektionseinrichtungen nahtlos aneinander fügt. Die Projektionsauflösung für eine Projektionseinrichtung kann durch entsprechende Erhöhung der Projektorenanzahl nahezu unbeschränkt hoch realisiert werden.
Zur Erfassung sämtlicher sich im Projektionsraum befindender Objekte, wie beispielsweise einem Betrachter selbst, ist gemäß der vorliegenden Erfindung eine Trackingeinrichtung zur Bestimmung der Position von im Projektionsraum angeordneten Objekten, insbesondere der Position des Kopfes des wenigstens einem Betrachters in dem Projektionsraum mittels wenigstens drei Kameras zur Erfassung eines an dem wenigstens einen Betrachter angeordneten Positionsverfolgungsmittels, und/oder zur Bestimmung der Blickrichtung, des Augenabstandes und/oder der Adaption der Augen des wenigstens einem Betrachters mittels wenigstens zwei Kameras vorgesehen. Für die Trackingeinrichtung können dabei vorzugsweise Infrarotkameras mit integrierten, ringförmig um eine Linse angeordneten Infrarot-LEDs vorgesehen sein, durch welche eine Erfassung des Positionsverfolgungsmittels, welches an dem Betrachter angeordnet ist, ermöglicht wird. Das Positionsverfolgungsmittel ist dementsprechend mit Reflexionsmarkern versehen, welche von den Infrarotkameras erfassbar sind. Durch eine Beschränkung der Bildinformation auf den Infrarotlichtanteil wird erreicht, dass die Infrarotkameras lediglich das von der Infrarotkamerabeleuchtung ausgesendete Infrarotlicht erfassen, welches von den Reflexionsmarkern reflektiert beziehungsweise ausgesendet wird.
Erfindungsgemäß ist weiter eine Eingabeeinrichtung zur Eingabe von Steuerbefehlen durch den wenigstens einen Betrachter vorgesehen, mittels welcher eine Interaktion mit den darzustellenden Objekten erzielt werden kann.
Zum Austausch von Informationen und/oder Steuerbefehlen zwischen der Projektionseinrichtung, der Synchronisierungseinrichtung, der Trackingeinrichtung und/oder der Eingabeeinrichtung sowie zur Verarbeitung von zu den darzustellenden Objekten gehörigen Daten ist des Weiteren eine Datenverarbeitungseinrichtung vorgesehen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Projektor der Projektionseinrichtung Mittel für eine Erhöhung der Wiedergabefrequenz der dazustellenden Objekte zur Erhöhung der Anzahl der gleichzeitig im System vorgesehenen Betrachter aufweisen. Auf diese Weise kann eine Bildprojektion für Außenstehende beziehungsweise neben dem Haupt-Betrachter vorgesehene Betrachter erzielt werden, wobei eine geometrischperspektivische, korrekte stereoskopische Darstellung ermöglicht wird. Ein erster Betrachter sieht dabei die Bilder, die synchron zu seiner geöffneten Shutterbrille beziehungsweise Synchronisierungseinrichtung dargestellt werden und welche resultierend aus seiner Position errechnet wurden. Dementsprechend sieht ein weiterer Betrachter die zeitlich versetzt und für seine Position errechneten Bilder durch seine entsprechend synchron geöffnete Shutterbrille beziehungsweise Synchronisierungseinrichtung.
In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, dass das Positionsverfolgungsmittel der Trackingeinrichtung zur Bestimmung der Position des wenigstens einen Betrachters durch die Trackingeinrichtung in Höhe des Kopfes des wenigstens einen Betrachters angeordnet ist, insbesondere an der Synchronisierungseinrichtung. Auf diese Weise ist eine Anpassung des positions- und rotationsabhängigen stereoskopischen Bildversatzes in Form einer variablen Deviation möglich, so dass der für die räumliche Wahrnehmung erforderliche Stereoversatz der dargestellten Bildinhalte in der gleichen Lage der Augen des Betrachters abgebildet wird. Dadurch ist eine stereoskopische Darstellung aus jedem Betrachtungswinkel gewährleistet und es entsteht kein falscher Bildeindruck durch Lageveränderungen des Kopfes des wenigstens einen Betrachters.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des endungsgemäßen Systems sind die wenigstens drei Kameras der Trackingeinrichtung zur Bestimmung der Position von den im Projektionsraum angeordneten Objekten als 3D-Objektscanner ausgebildet. Dadurch wird es ermöglicht, alle im Projektionsraum angeordneten Objekte in Echtzeit zu erfassen und die auf diese Weise gewonnen Daten zum Perspektivausgleich der Bildinhalte für die Projektionseinrichtung zu verwenden, wobei eine Auswertung der mittels 3D-Objektscanner erfassten Objekte und die Berechnung des Perspektivausgleichs in der Datenverarbeitungseinrichtung erfolgen.
Vorzugsweise weist die Datenverarbeitungseinrichtung Mittel zur Vermeidung einer Diplopie von darzustellenden Objekten auf, insbesondere durch Erfassung von Augenabstand und/oder Konvergenz der Augen des wenigstens einen Betrachters mittels der Trackingeinrichtung und einer entsprechenden Anpassung der dazustellenden Objekte durch die Datenverarbeitungseinrichtung. Dazu werden die Blickrichtung, der Augenabstand und/oder die Adaption der Augen des wenigstens einen Betrachters mittels der wenigstens zwei Kameras der Trackingeinrichtung erfasst, welche vorzugsweise an der als Shutterbrille ausgebildeten Synchronisierungseinrichtung angeordnet sind. Dadurch können die Konvergenzwinkeldaten der Augen erfasst und der Fokuspunkt der Augen des wenigstens einem Betrachters bestimmt werden. Auf diese Weise kann mittels der Datenverarbeitungseinrichtung eine Anpassung der betrachteten Objekte vorgenommen werden, so dass die daraus gewonnene Darstellung Doppelbilder von Objekten verhindert, welche insbesondere im Nahbereich des Betrachters auftreten und Unbehaglichkeit auslösende Irritationen hervorrufen.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, dass die Datenverarbeitungseinrichtung Mittel zur Reduzierung der sogenannten „Visual Indicated Motion Sickness” aufweist, wobei bei bewegten Objekten beziehungsweise Bildinhalten ein primärer Bildinhalt im peripheren Gesichtsfeld des wenigstens einen Betrachters ausgetauscht wird, wodurch bewegte Objekte beziehungsweise Bildinhalte lediglich auf einen kleinen Bereich des Wahrnehmungszentrums des wenigstens einem Betrachters beschränkt sind. Dazu wird mittels der wenigstens zwei Kameras der Trackingeinrichtung festgestellt, ob eine Weitung der Pupillen des wenigstens einen Betrachters vorliegt. Ist dies der Fall, so wird während einer Phase der Bewegung des darzustellenden Objektes beziehungsweise Bildinhaltes der Bildinhalt im peripheren Gesichtsfeld des wenigstens einen Betrachters ausgetauscht. Demnach sieht der wenigstens eine Betrachter im peripheren Gesichtsfeld nun eine neutrale, nicht bewegte Struktur, die auf der Projektionsebene erscheint. Dadurch wird ein fester Bezug des wenigstens einen Betrachters zum realen Raum geschaffen und die Wahrnehmungsdiskrepanz dadurch deutlich verringert. Sofern es wieder zum Bewegungsstillstand des wenigstens einen Betrachters kommt, blendet sich der Bildinhalt im peripheren Gesichtsfeld wieder ein. Besonders vorzugsweise ist eine manuelle Zuschaltung dieser Funktion vorgesehen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist ferner vorgesehen, dass die Eingabeeinrichtung ein vorzugsweise ringförmig ausgebildetes virtuelles Menü zur Übermittlung von Steuerbefehlen durch eine Hand des wenigstens einen Betrachters aufweist. Auf diese Weise wird eine klassische, zweidimensionale Interaktion – wie sie von Computern bekannt ist – vermieden. Bei dem erfindungsgemäßen System ist der Benutzer die einzige räumliche Konstante zu sich selbst und agiert dabei immer in einem räumlichen Umfeld. Daher ist es zweckmäßig, das Interface, mit welchem der Benutzer Befehle und Funktionen aufruft, am Benutzer selbst zu verorten. Das Interface wird dazu am Eingabegerät eingeblendet, welches der wenigstens eine Benutzer in seiner Hand hält, und beinhaltet alle zur Bedienung des erfindungsgemäßen Systems notwendigen Funktionen, welche mittels Symbolen im virtuellen Raum ringförmig um die Hand des wenigstens einen Betrachters angeordnet sind. Die einzelnen Funktionen sind dabei über eine oder mehrere Funktionstasten am Eingabegerät aufrufbar, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass dieses Interface in verschiedenen Ebenen aufgebaut ist und durch Erweiterung auch Unterfunktionen erreichbar sind, welche nicht auf der ersten, ringförmig ausgebildeten Ebene sichtbar sind.
Weiter ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Eingabeeinrichtung Mittel zur Eingabe von Sprachbefehlen und zur Auswertung eingegebener Sprachbefehle aufweist. Dazu ist vorgesehen, dass die Eingabeeinrichtung ein Mikrofon zur Aufnahme von Sprachbefehlen des wenigstens einen Betrachters aufweist, welche durch die Eingabeeinrichtung ausgewertet werden und zur Umsetzung der Befehle an die Datenverarbeitungseinrichtung übertragen werden. Für eine akustische Rückmeldung an den wenigstens einen Betrachter durch die Eingabeeinrichtung kann vorgesehen sein, dass diese Mittel zur Ausgabe von Audiosignalen zwecks Bestätigung eingegangener Sprachbefehle aufweist.
In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, dass die Datenverarbeitungseinrichtung Mittel zur objekthaften Dateidarstellung und -verwaltung aufweist, wobei Objekte in räumlich prägnanten Strukturen vor dem wenigstens einen Betrachter im virtuellen dreidimensionalen Raum angeordnet sind. Der wenigstens eine Betrachter kann sich hierbei um diese Strukturen herumbewegen und mit dem Eingabegerät oder mittels einer Gestenerkennung durch eine Berührung eines oder mehrerer Objekte im virtuellen dreidimensionalen Raum eine Interaktion initiieren. Dabei wird der Zugang zu untergeordneten Strukturen, welche von übergeordneten Strukturen aus zu erreichen sind, über besonders markierte Objekte angezeigt, so dass diese für den wenigstens einen Betrachter in seinem äußeren Umfeld sichtbar und somit auch direkt erreichbar sind. Dabei ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass Objekte als immer sichtbar markiert werden können, so dass ein Objekt selbst dann sichtbar ist, wenn sich der wenigstens eine Betrachter viele Stufen tiefer in den untergeordneten Strukturen eines Objektes befindet. Vorzugsweise ist ferner vorgesehen, dass zur Verbesserung von Orientierung und Übersichtlichkeit chronologische Sortierungen sowie Sortierungen von einer hohen Anzahl von Objekten in einer zweidimensional angeordneten Ebene vor dem wenigstens einen Betrachter erfolgen, welcher die in dieser Ebene angeordneten Objekte frei im Raum positionieren kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, dass die Datenverarbeitungseinrichtung Mittel zur Kollisionserkennung des wenigstens einen Betrachters, welcher sich im virtuellen dreidimensionalen Bildraum befindet, mit ebenfalls im virtuellen dreidimensionalen Bildraum befindlichen Objekten aufweist. Bei dem erfindungsgemäßen System hat der wenigstens eine Betrachter die Möglichkeit, sich auf virtuelle Objekte frei zu zubewegen, wodurch es ermöglicht wird, dass er frei im Raum angeordnete Objekte wie beispielsweise Wände eines Gebäudes, welches im virtuellen dreidimensionalen Raum dargestellt ist, durchdringen kann, da es keine physische Barriere gibt. Ein derartiges Durchdringen ist jedoch gegebenenfalls nicht erwünscht. Die erfindungsgemäße vorgesehene Kollisionserkennung veranlasst, dass sich die gesamte im virtuellen dreidimensionalen Raum dargestellte Szenerie von dem wenigstens einen Betrachter wegschiebt, sobald sich eine Kollision des wenigstens einen Betrachters mit einem als nicht durchdringbar gekennzeichneten Objekt im virtuellen dreidimensionalen Raum ereignet. Die reale Position des wenigstens einen Betrachters wird dabei mittels der Trackingeinrichtung bestimmt, wobei anschließend eine Übertragung der Positionsdaten an die Datenverarbeitungseinrichtung erfolgt. Die erfindungsgemäße Kollisionserkennung erfolgt in alle Raumrichtungen, auch nach unten, so dass es möglich ist, dass der wenigstens eine Betrachter im virtuellen dreidimensionalen Raum auch Treppen oder Rampen hinauf aufsteigen kann. Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass durch die Projektionseinrichtung eine Warnstruktur auf den realen Projektionsflächen dargestellt wird, da das erfindungsgemäße System sowohl die genaue Lage der realen Projektionsflächen als auch die Position des wenigstens einen Betrachters kennt.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, dass die Datenverarbeitungseinrichtung ein im virtuellen dreidimensionalen Bildraum angeordnetes Mittel zur Identifikation der Position des wenigstens einen Betrachters innerhalb des virtuellen dreidimensionalen Bildraums, vorzugsweise in Form einer den wenigstens einen Betrachter umgebenden Struktur, aufweist. Neben der Möglichkeit des wenigstens einen Betrachters, sich durch reale physische Bewegungen innerhalb der virtuellen Szenerie zu bewegen, besteht ferner die Möglichkeit, sich mit der Eingabeeinrichtung als Steuerinstrument frei durch den virtuellen dreidimensionalen Bildraum zu navigieren. In Szenerien mit einer geringen räumlichen Ausbreitung oder in Bodennähe hat der Betrachter demnach keine generellen Schwierigkeiten, seine räumliche Position zu verstehen, da er – wie in der realen Welt – einen unmittelbaren Bezug zu seiner Umwelt hat. Bei Ausführung einer Bewegung seitens des wenigstens einen Betrachters verändert sich demnach seine Perspektive auf die ihn umgebenden Objekte stark. Bewegt sich der wenigstens eine Betrachter stattdessen jedoch in einer großen Struktur, beispielsweise innerhalb eines Stadionkessels, verliert er diese Art von Bezug, da die Perspektivänderungen im Rahmen der physischen Bewegungsmöglichkeiten des wenigstens einen Betrachters kaum wahrnehmbar sind. Dadurch entstehen insbesondere Irritationen in Bezug auf Größen, Abstände, Proportionen und Geschwindigkeiten von Objekten im virtuellen dreidimensionalen Raum. Durch die erfindungsgemäße Bereitstellung eines Mittels zur Identifikation der Position des wenigstens einen Betrachters innerhalb des virtuellen dreidimensionalen Bildraums, insbesondere durch ein virtuelles Vehikel, welches eine dem Betrachter umgebende Struktur mit Bodenfläche und Seitenbegrenzungen darstellt, werden derartige Irritationen beseitigt. Das virtuelle Vehikel kann durch Eingaben über das Eingabegerät gesteuert und durch den virtuellen dreidimensionalen Raum bewegt werden, wobei sich der wenigstens eine Betrachter ferner zudem innerhalb dieses Vehikels physisch bis zur jeweiligen räumlichen Begrenzung des Vehikels bewegen kann. An den Seitenbegrenzungen des virtuellen Vehikels kommt die erfindungsgemäße Kollisionserkennung erneut zum Einsatz und verhindert ein Verlassen des Vehikels durch den wenigstens einen Betrachter im virtuellen dreidimensionalen Raum.
In einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist ferner vorgesehen, dass die Datenverarbeitungseinrichtung Mittel zur Navigation von einem definierbaren Startpunkt zu einem definierbaren Zielpunkt innerhalb des virtuellen dreidimensionalen Bildraums aufweist. Dazu wird mittels der Eingabeeinrichtung ein im virtuellen dreidimensionalen Raum befindlicher Zielpunkt markiert, indem beispielsweise mit der Eingabeeinrichtung auf ein entfernt liegendes Objekt gezeigt wird. Am Schnittpunkt dieses Zeigevektors und dem markierten Objekt wird daraufhin eine Zielmarkierung erzeugt, welche durch Eingabe über die Eingabeeinrichtung als Zielpunkt festgelegt werden kann. Anschließend erfolgt systemseitig die Berechnung des idealen Weges zu diesem Zielpunkt und eine entsprechende Bewegung des wenigstens einen Betrachters im virtuellen dreidimensionalen Raum. Unter Bezugnahme auf die erfindungsgemäße Kollisionserkennung kann dabei vorgesehen sein, dass entweder eine Umgehung von nicht zur durchdringenden Objekten erfolgt, oder aber zur Ermöglichung einer möglichst schnellen Navigation im virtuellen dreidimensionalen Raum angeordnete Objekte durchdrungen werden dürfen.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist die Navigation zu dem Zielpunkt im virtuellen dreidimensionalen Bildraum derart vorgesehen, dass der Zielpunkt über das Eingabegerät auf einem virtuellen Lage- beziehungsweise Übersichtsplan festlegbar ist. Dabei besteht für den wenigstens einen Betrachter die Möglichkeit, einen virtuellen Bildschirm innerhalb der Szenerie zu aktivieren, welcher Übersichtsdarstellungen wie Lagepläne, Grundrisse, Schnitte, Ansichten, Isometrien und dergleichen anzeigt, welche nach Bedarf aufgerufen werden können. Mit Hilfe der Eingabeeinrichtung kann der wenigstens eine Betrachter des erfindungsgemäßen Systems eine gewünschte Zielpunktposition dabei beispielsweise direkt in einem Lageplan markieren. Nach entsprechender Eingabe mittels der Eingabeeinrichtung wird dieser markierte Zielpunkt fixiert, so dass anschließend die erfindungsgemäße Berechnung des idealen Weges vom aktuellen Benutzerstandpunkt zu dem Zielpunkt in der Szenerie und die Bewegung zum Zielpunkt ausgeführt werden können.
In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist eine Navigation zu dem Zielpunkt im virtuellen dreidimensionalen Bildraum vorgesehen, wobei der Zielpunkt mittels einem externen Eingabegerät festlegbar ist und das externe Eingabegerät zwecks Datenübertragung mit der Datenverarbeitungseinrichtung verbindbar ist. Diese Art der erweiterten Navigation innerhalb des virtuellen dreidimensionalen Raumes wird dabei mit Hilfe von beispielsweise Touchscreen-Eingabegeräten wie etwa einem Tablet-PC oder einem Smartphone realisiert. Eine Übersichtsdarstellung der Szenerie wird dabei auf dem Bildschirm des Touchscreen-Eingabegerätes abgebildet, so dass durch Berührung des Touchscreen-Eingabegerätes durch den wenigstens einen Betrachter eine gewünschte Zielpunktposition, beispielsweise in der Übersichtsdarstellung, markiert und anschließend der ideale Weg vom aktuellen Benutzerstandpunkt aus zu dieser Position berechnet werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems weist die Datenverarbeitungseinrichtung Mittel zur Detektion eines von dem wenigstens einen Projektor der Projektionseinrichtung erzeugten Schattenwurfs des wenigstens einen Betrachters auf, wobei die Position des wenigstens einen Betrachters in Relation zu Projektionseinrichtung mittels der Trackingeinrichtung bestimmbar ist. Dazu wird zunächst mittels der Trackingeinrichtung die Position des wenigstens einen Betrachters bestimmt, indem die an dem wenigstens einen Betrachter angeordneten Positionsverfolgungsmittel erfasst werden. Aufgrund dieser Positionsinformation über den wenigstens einen Betrachter und die Kenntnis des erfindungsgemäßen Systems über die Position des wenigstens einen Projektors der Projektionseinrichtung wird es der Datenverarbeitungseinrichtung ermöglicht, die Darstellung von Objekten in dem virtuellen dreidimensionalen Bildraum derart anzupassen, dass ein Schattenwurf durch den wenigstens einen Betrachter vermieden werden kann. Dies wird insbesondere dadurch ermöglicht, dass erfindungsgemäß wenigstens zwei Projektoren der Projektionseinrichtung im Projektionsraum derart angeordnet sind, so dass ein sich im Projektionsraum befindender Betrachter lediglich maximal einen Schattenwurf vor einem der wenigstens zwei Projektoren verursachen kann, so dass dieser Schattenwurf durch entsprechende Anpassung der auszugebenden Bildinhalte des anderen Bildprojektors eliminiert werden kann.
Vorteilhafterweise ist ferner vorgesehen, dass eine mittels der Eingabeeinrichtung ausgelöste Bewegung und/oder Rotation in Bezug auf die reale Position des Betrachters erfolgt. Dazu wird durch das Trackingsystem die Position des wenigstens einen Betrachters kontinuierlich in Echtzeit festgestellt, so dass sich die Rotationsachse des virtuellen Projektionsraumes stets im Zentrum des Betrachters befindet. Erfolgt nun eine Drehung des virtuellen Projektionsraumes in der Szenerie durch Betätigung der Eingabeeinrichtung, so stellt sich diese für den wenigstens einen Betrachter korrekt als Rotation um die eigene Achse dar. Die Position der Eingabeeinrichtung, welche beispielsweise in der Hand des wenigstens einem Betrachters gehalten wird, im Raum ist in Bezug zum wenigstens einen Betrachter nicht relevant, sondern stattdessen lediglich die Ausrichtung des wenigstens einen Betrachters selbst. Auf diese Weise können durch Betätigung der Eingabeeinrichtung hervorgerufene und unerwünschte Seitwärtsbewegungen vermieden werden, da die Rotationseinrichtung des virtuellen Projektionsraumes sich stets bei dem wenigstens einen Betrachter selbst und nicht an einer Position im Projektionsraum oder bei der Eingabeeinrichtung befindet.
Weiterhin ist in einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass eine Bewegung, Rotation und/oder Interaktion in Bezug auf die reale Position eines zweiten Betrachters vorgesehen ist. Die vorbeschriebene Darstellung der im virtuellen dreidimensionalen Raum anzuzeigenden Objekte beziehungsweise Bildinhalte bezieht sich auf einen Haupt-Betrachter für dessen Position im Projektionsraum, so dass eine korrekte perspektivische Verzerrung der Bildinformationen für eben diesen Haupt-Betrachter ermittelt wird. Eben dies ist jedoch problematisch, sofern ein weiterer Betrachter beispielsweise die Navigation und Interaktion mit Szeneninhalten übernehmen soll. Insbesondere bei zwei weit voneinander beabstandeten Betrachtern ist eine Interaktion mit Szeneninhalten für den zweiten Betrachter nur schlecht möglich, da der Projektionsraumdrehpunkt beim Haupt-Betrachter liegt und daher Verzerrungen für den zweiten Betrachter auftreten können. Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, dass ein zweiter virtueller Repräsentant des Projektionsraumes zugeschaltet werden kann, indem in Echtzeit die dynamische Rotationsachse des virtuellen Projektionsraumes beim zweiten Betrachter angeordnet wird. Diese Rotationsachse kann bei Bedarf die primäre Rotationsachse beim Haupt-Betrachter ersetzen, so dass ausgewählte Bildinhalte perspektivisch korrekt für den zweiten Betrachter eingeblendet werden und ihm eine direkte Interaktion mit diesen ermöglichen.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 in einer perspektivischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Projektionsraumes;
2 in einer Draufsicht ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Synchronisierungseinrichtung mit daran angeordneten Positionsverfolgungsmitteln;
3 in einer Draufsicht ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Eingabeeinrichtung mit daran angeordneten Positionsverfolgungsmitteln;
4 in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel zur Bestimmung der Blickrichtung durch die erfindungsgemäße Trackingeinrichtung;
5 in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Blickfeldeinschränkung zur Verringerung der „Visual Indicated Motion Sickness”;
6 in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäß vorgesehenes Menü der erfindungsgemäßen Eingabeeinrichtung;
7 in einer schematischen Seitenansicht ein erfindungsgemäßes Mittel zur Identifikation der Position des wenigstens einen Betrachters innerhalb des virtuellen dreidimensionalen Bildraums; und
8 in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel zur erfindungsgemäßen Detektion eines Schattenwurfs und entsprechender Eliminierung desselben.
In 1 ist eine erfindungsgemäße Projektionseinrichtung 1 gezeigt, welche drei Projektoren 2 sowie drei Kameras einer Trackingeinrichtung 3 zur Erfassung eines Positionsverfolgungsmittels 5, 7 umfasst. Die Projektionseinrichtung 1 weist dabei zwei Projektionsflächen auf, auf welche die darzustellenden Objekte 18 beziehungsweise Bildinhalte projektiert werden. Gemäß 1 ist einer der Projektoren 2 dazu ausgebildet, eine Bodenprojektion auszuführen, so dass vorliegend der Boden des Projektionsraumes als weitere, dritte Projektionsfläche dient. Bei den drei Projektoren 2 handelt es sich jeweils um einen Projektor 2, welcher dazu geeignet ist, in Zusammenspiel mit einer erfindungsgemäßen Synchronisierungseinrichtung 3D-Inhalte für einen Betrachter wiederzugeben. Als weitere, zusätzliche Projektionsfläche kann der wenigstens eine Betrachter des erfindungsgemäßen Systems 17 auch selbst genutzt werden.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Synchronisierungseinrichtung 4, welche vorliegend als Shutterbrille ausgebildet ist. Diese Synchronisierungseinrichtung 4 umfasst zwei aus Flüssigkristallflächen bestehende und steuerbare Gläser, welche zur Ermöglichung eines stereoskopischen Sehens elektronisch durchlässig und undurchlässig geschaltet werden können. Ferner weist die Synchronisierungseinrichtung 4 insgesamt sechs Positionsverfolgungsmittel 5 auf, welche von der erfindungsgemäßen Trackingeinrichtung 3 zur Bestimmung der Position von dem Projektionsraum angeordneten Objekten genutzt werden. Durch die an der Synchronisierungseinrichtung 4 angebrachten Positionsverfolgungsmittel 5 wird es durch die erfindungsgemäße Trackingeinrichtung 3 umfassend wenigstens drei Kameras ermöglicht, die an der Shutterbrille des wenigstens einen Betrachters angeordneten Positionsverfolgungsmittel 5 zu erfassen und dadurch die Position des Kopfes des wenigstens einen Betrachters 15 zu verfolgen. Die Synchronisierungseinrichtung 4 umfasst des Weiteren wenigstens zwei Kameras, welche vorzugsweise in den Rahmen der Synchronisierungseinrichtung 4 integriert sind, zur Bestimmung der Blickrichtung, des Augenabstandes und/oder der Adaption der Augen des wenigstens einen Betrachters, welche in 2 jedoch nicht dargestellt sind.
In 3 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Eingabeeinrichtung 6 dargestellt. Diese Eingabeeinrichtung 6 umfasst ebenfalls mehrere Positionsverfolgungsmittel 7, welche von der Trackingeinrichtung 3 zur Bestimmung der Position der im Projektionsraum angeordneten Eingabeeinrichtung 6 nutzbar sind. Ferner umfasst die Eingabeeinrichtung 6 ein Steuerkreuz 8a sowie einen Analog-Stick 8b zur Eingabe von Steuerbefehlen durch den wenigstens einen Betrachter 15 des erfindungsgemäßen Systems 17. Ferner sind ebenfalls Mittel 8c zur Eingabe von Sprachbefehlen an der erfindungsgemäßen Eingabeeinrichtung 6 vorgesehen, insbesondere in Form eines Mikrofons, wodurch für den wenigstens einen Betrachter 15 eine Sprachsteuerung des erfindungsgemäßen Systems 17 ermöglicht wird. Zur akustischen Bestätigung von eingegebenen Steuerbefehlen und/oder Sprachbefehlen ist ferner ein Mittel 9 zur Ausgabe von akustischen Bestätigungen an der erfindungsgemäßen Eingabeeinrichtung 6 vorgesehen. Durch die an der Eingabeeinrichtung 6 angeordneten Positionsverfolgungsmittel 7 wird es erfindungsgemäß ermöglicht, dass ein die Eingabeeinrichtung 6 nutzender Betrachter 15 eine Steuerung des erfindungsgemäßen Systems 17 vornehmen kann, indem dieser Bewegungen mit der Eingabeeinrichtung 6 vollzieht.
In 4 ist die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Erkennung eines Fokuspunktes 11 durch die Augen 10 des Betrachters 15 dargestellt. Mittels der an der Synchronisierungseinrichtung 4 vorgesehenen wenigstens zwei Kameras erfolgt eine Erfassung der Blickrichtung der Augen des wenigstens einen Betrachters 15. Anhand der Pupillen der Augen 10 des Betrachters 15 kann ein Fokuspunkt 11 bestimmt werden, da wie vorliegend erkennbar, bei einem weiter entfernt vom Betrachter 15 liegenden Fokuspunkt 11 die Blickrichtung einer jeden Pupille im wesentlichen parallel zu der Blickrichtung der jeweils anderen Pupille vorliegt. Rückt ein Fokuspunkt 11 jedoch näher an einen Betrachter 15 heran, so wird die Blickrichtung der Augen 10 des Betrachters dadurch deutlich verändert. Mittels dem auf diese Weise erreichten Tracking des Fokuspunktes 11 wird es erfindungsgemäß ermöglicht, die Blickrichtung des Betrachters 15 zu erfassen und durch eine entsprechende Anpassung der darzustellenden Objekte 18 beziehungsweise Bildinhalte durch die Datenverarbeitungseinrichtung 19 das Auftreten einer Diplopie beziehungsweise das Auftreten von Doppelbildern zu verhindern.
In 5 ist ein Beispiel zur Blickfeldeinschränkung für die Verringerung der „Visual Indicated Motion Sickness” eines Betrachters 15 gegeben. Hierzu wird systemseitig erfasst, ob es sich bei den darzustellenden Objekten 18 beziehungsweise Bildinhalten um schnelle Bewegungen handelt, so dass anschließend eine Anpassung des darzustellenden Objektes 18 beziehungsweise Bildinhaltes erfolgen kann. Eine derartige Anpassung ist in 5 erkennbar, wo ein Bereich 12 außerhalb des Wahrnehmungszentrums des Betrachters 15 bei schnellen Bewegungen durch eine neutrale, nicht bewegte Struktur ersetzt wird, so dass Irritationen im peripheren Gesichtsfeld eines Betrachters 15 vermieden werden können.
In 6 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Toolwheels dargestellt. Darunter ist ein ringförmig ausgebildetes, virtuelles Menü 13 zu verstehen, welches verschiedene Menüeinträge umfasst, die von dem Betrachter 15 durch Eingabemittel der Eingabeeinrichtung 6 ausgewählt werden können. Das ringförmig ausgebildete, virtuelle Menü 13 wird dabei am Betrachter 15 selbst beziehungsweise an dessen Hand angeordnet, da durch die Erfassung der Positionsverfolgungsmittel 7 der Eingabeeinrichtung 6 stets deren Position im Projektionsraum bestimmbar ist. Somit ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass mittels der Datenverarbeitungseinrichtung 19 eine Darstellung des ringförmig ausgebildeten, virtuellen Menüs 13 in räumlicher Nähe zur Eingabeeinrichtung 6 des Betrachters 15 berechnet wird und eine entsprechende Darstellung durch die Projektoren 2 im Projektionsraum durchgeführt wird.
7 zeigt ein erfindungsgemäßes Mittel 14 zur Identifikation der Position des Betrachters 15 in einer schematischen Darstellungsvariante, welches aus einer virtuellen, unter dem Betrachter 15 angeordneten Trittstandfläche sowie einer virtuellen, um den Betrachter 15 angeordneten Geländerstruktur besteht. Dabei ist das Mittel 14 zur Identifikation der Position des Betrachters 15 selbst nicht sichtbar, sondern dient lediglich der Fortbewegung des Betrachters 15 im virtuellen Raum. Die möglichen Bewegungsrichtungen des Mittels 14 zur Identifikation der Position des Betrachters 15 sind gemäß 7 anhand der dargestellten Pfeile gegeben, wobei eine Bewegung in jede Richtung einer Ebene als auch in vertikaler Weise möglich ist. Die Übermittlung von Befehlen zur Steuerung des Mittels 14 zur Identifikation der Position des Betrachters 15, welches auch als virtuelles Vehikel bezeichnet werden kann, erfolgt dabei durch den Betrachter 15 mittels der Eingabeeinrichtung 6 beziehungsweise die an dieser angeordneten entsprechenden Einrichtungen in Form eines Steuerkreuzes 8a, eines Analog-Sticks 8b und Mitteln 8c zur Eingabe von Sprachbefehlen.
In 8 wird in einem Ausführungsbeispiel die Funktion der Eliminierung eines Schattenwurfes exemplarisch dargestellt. Hierbei ist zunächst ein Betrachter 15 vor einer Projektionsfläche 16 zu sehen, wobei die Projektionsfläche 16 von lediglich einem Projektor 2 mit Bildinhalten gefüllt wird. Aufgrund der Verwendung lediglich eines Projektors 2 ist es unumgänglich, dass durch den sich im Projektionsraum befindenden Betrachter 15 ein Schattenwurf auf der Projektionsfläche 16 sichtbar wird. Im Vergleich dazu ist bei einer erfindungsgemäßen Verwendung von zwei Projektoren 2 eine Eliminierung des Schattenwurfs des Betrachters 15 möglich. Aufgrund der im Projektionsraum angeordneten Kameras zur Erfassung von Positionsverfolgungsmitteln, welche in 8 nicht dargestellt sind, die insbesondere als 3D-Objektscanner ausgebildet sein können, kann die Position des Betrachters 15 exakt erfasst werden. Mit den Informationen über die genaue Position des Betrachters 15 kann durch die Datenverarbeitungseinrichtung 19 eine Berechnung des darzustellenden Bildinhaltes beziehungsweise der darzustellenden Objekte 18 erfolgen, so dass für jeden der beiden Projektoren 2 die darzustellenden Bildinhalte angepasst werden können. Auf diese Weise wird es ermöglicht, dass ein Schattenwurf auf der Projektionsfläche 16 durch den Betrachter 15 vermieden wird.
Die in den Figuren der Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele und die im Zusammenhang mit diesen erläuterten Ausführungsbeispiele dienen lediglich einer Erläuterung der Erfindung und sind für diese nicht beschränkend.
Bezugszeichenliste

1: Projektionseinrichtung
2: Projektor
3: Trackingeinrichtung mit wenigstens drei Kameras
4: Synchronisierungseinrichtung
5: Positionsverfolgungsmittel an der Synchronisierungseinrichtung
6: Eingabeeinrichtung
7: Positionsverfolgungsmittel an der Eingabeeinrichtung
8a: Steuerkreuz zur Eingabe von Steuerbefehlen
8b: Analog-Stick zur Eingabe von Steuerbefehlen
8c: Mittel zur Eingabe von Sprachbefehlen
9: Mittel zur Ausgabe akustischer Bestätigungen eingegebener Befehle
10: Auge des Betrachters
11: Fokuspunkt
12: Bereich außerhalb des Wahrnehmungszentrums des Betrachters
13: ringförmig ausgebildetes, virtuelles Menü in Form eines Toolwheels
14: Mittel zur Identifikation der Position des Betrachters
15: Betrachter
16: Projektionsfläche
17: System zur Darstellung von Objekten in einem virtuellen dreidimensionalen Bildraum
18: darzustellendes Objekt beziehungsweise Bildinhalt
19: Datenverarbeitungseinrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007057208 A1 [0003]
DE 10134430 A1 [0004]
GB 2451461 A [0005]

Claims

System (17) zur Darstellung von Objekten (18) in einem virtuellen dreidimensionalen Bildraum, umfassend – eine Projektionseinrichtung (1) mit wenigstens einer Projektionsfläche (16) und wenigstens einem Projektor (2) zur Ausbildung eines Projektionsraumes; – eine Synchronisierungseinrichtung (4), vorzugsweise eine Shutterbrille, zur synchronisierten Bereitstellung der darzustellenden Objekte (18) für wenigstens einen die Synchronisierungseinrichtung (4) nutzenden Betrachter (15), umfassend wenigstens zwei Kameras zur Bestimmung der Blickrichtung, des Augenabstandes und/oder der Adaption der Augen (10) des wenigstens einen Betrachters (15); – eine Eingabeeinrichtung (6) zur Eingabe von Steuerbefehlen durch den wenigstens einen Betrachter (15); – eine Trackingeinrichtung (3) zur Bestimmung der Position von im Projektionsraum angeordneten Objekten, insbesondere der Position des Kopfes des wenigstens einen Betrachters (15) in dem Projektionsraum mittels wenigstens drei Kameras zur Erfassung von an der Synchronisierungseinrichtung (4), der Eingabeeinrichtung (6) und/oder dem wenigstens einen Betrachter (15) angeordneten Positionsverfolgungsmitteln (5, 7); und – eine Datenverarbeitungseinrichtung (19) – zum Austausch von Informationen und/oder Steuerbefehlen zwischen der Projektionseinrichtung (1), der Synchronisierungseinrichtung (4), der Trackingeinrichtung (3) und/oder der Eingabeeinrichtung (6), und – zur Verarbeitung von zu den darzustellenden Objekten (18) gehörigen Daten; dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinrichtung (19) Mittel zur Berechnung der darzustellenden Objekte (18) aufweist, welche zur Gewährleistung der stereoskopischen Darstellung von Objekten (18) aus jedem Betrachtungswinkel den Betrachtungswinkel entsprechend einer von der Trackingeinrichtung (3) bestimmten Lage der Augen (10) des wenigstens einen Betrachters (15) berücksichtigen.
System (17) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Projektor (2) der Projektionseinrichtung (1) Mittel für eine Erhöhung der Wiedergabefrequenz der darzustellenden Objekte (18) zur Erhöhung der Anzahl der gleichzeitig im System (17) vorgesehenen Betrachter (15) aufweist.
System (17) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionsverfolgungsmittel (5, 7) der Trackingeinrichtung (3) zur Bestimmung der Position des wenigstens einen Betrachters (15) durch die Trackingeinrichtung (3) in Höhe des Kopfes des wenigstens einen Betrachters (15) angeordnet ist, insbesondere an der Synchronisierungseinrichtung (4).
System (17) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens drei Kameras der Trackingeinrichtung (3) zur Bestimmung der Position von im Projektionsraum angeordneten Objekten (18) als 3D-Objektscanner ausgebildet sind.
System (17) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinrichtung (19) Mittel zur Vermeidung einer Diplopie von darzustellenden Objekten (18) aufweist, insbesondere durch Erfassung von Augenabstand und/oder Konvergenz der Augen (10) des wenigstens einen Betrachters (15) mittels der Trackingeinrichtung (3) und einer entsprechenden Anpassung der darzustellenden Objekte (18) durch die Datenverarbeitungseinrichtung (19).
System (17) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinrichtung (19) Mittel zur Erfassung der räumlichen Position des Fokuspunktes (11) der Augen (10) des wenigstens einen Betrachters (15) aufweist, wodurch eine unscharfe Darstellung von Objekten bzw. Bildinhalten (18) in Abhängigkeit zu der Position des wenigstens einen Betrachters (15) ermöglicht wird.
System (17) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinrichtung (19) Mittel zur Reduzierung der so genannten „Visual Indicated Motion Sickness” aufweist, wobei bei bewegten Objekten bzw. Bildinhalten (18) ein primärer Bildinhalt im peripheren Gesichtsfeld des wenigstens einen Betrachters (15) ausgetauscht wird, wodurch bewegte Objekte bzw. Bildinhalte (18) lediglich auf einen kleinen Bereich des Wahrnehmungszentrums des wenigstens einen Betrachters (12) beschränkt sind.
System (17) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingabeeinrichtung (6) ein vorzugsweise ringförmig ausgebildetes virtuelles Menü (13) zur Übermittlung von Steuerbefehlen (8a, 8b, 8c) durch eine Hand des wenigstens einen Betrachters (15) aufweist.
System (17) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingabeeinrichtung (6) Mittel zur Eingabe von Sprachbefehlen (8c) und zur Auswertung eingegebener Sprachbefehle (8a, 8b, 8c) aufweist.
System (17) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinrichtung (19) Mittel zur objekthaften Darstellung und Verwaltung von Dateien aufweist, wobei eine Darstellung im virtuellen dreidimensionalen Bildraum (17) vorgesehen ist.
System (17) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die objekthafte Darstellung und Verwaltung von Dateien einen Zugang zu untergeordneten Menüstrukturen über in dem virtuellen dreidimensionalen Bildraum (17) vorgesehene, besonders markierte Objekte (18) erfolgt.
System (17) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinrichtung (19) Mittel zur Kollisionserkennung des wenigstens einen Betrachters (15), welcher sich im virtuellen dreidimensionalen Bildraum (17) befindet, mit ebenfalls im virtuellen dreidimensionalen Bildraum (17) befindlichen Objekten (18) aufweist.
System (17) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinrichtung (19) ein im virtuellen dreidimensionalen Bildraum (17) angeordnetes Mittel zur Identifikation der Position des wenigstens einen Betrachters (14) innerhalb des virtuellen dreidimensionalen Bildraums (17), vorzugsweise in Form einer den wenigstens einen Betrachter (15) umgebenden Struktur, aufweist.
System (17) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinrichtung (19) Mittel zur Kollisionserkennung des wenigstens einen Betrachters (14) mit im virtuellen dreidimensionalen Bildraum (17) befindlichen Objekten (18) aufweist.
System (17) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinrichtung (19) Mittel zur Navigation von einem definierbaren Startpunkt zu einem definierbaren Zielpunkt innerhalb des virtuellen dreidimensionalen Bildraums (17) aufweist.
System (17) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Navigation zu dem Zielpunkt im virtuellen dreidimensionalen Bildraum (17) vorgesehen ist, welcher durch den Schnittpunkt von einem mittels des Eingabegerätes erzeugten Zeigevektor und von einem im virtuellen dreidimensionalen Bildraum (17) angeordneten Bildobjekt definiert ist.
System (17) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Navigation zu dem Zielpunkt im virtuellen dreidimensionalen Bildraum (17) vorgesehen ist, welcher über das Eingabegerät auf einem virtuellen Lage- bzw. Übersichtsplan festlegbar ist.
System (17) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Navigation zu dem Zielpunkt im virtuellen dreidimensionalen Bildraum (17) vorgesehen ist, welcher auf einem externen Eingabegerät festlegbar ist, wobei das externe Eingabegerät zwecks Datenübertragung mit der Datenverarbeitungseinrichtung (19) verbindbar ist.
System (17) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinrichtung (19) Mittel zur Detektion eines von dem wenigstens einen Projektor (2) der Projektionseinrichtung (1) erzeugten Schattenwurfs des wenigstens einen Betrachters (15) aufweist, wobei die Position des wenigstens einen Betrachters (15) in Relation zur Projektionseinrichtung (1) mittels der Trackingeinrichtung (3) bestimmbar ist.