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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Betreiben einer 3D-Brille, die einem Träger eine Sicht auf eine virtuelle Realität in räumlicher Darstellung ermöglicht und dabei eine Blendsituation nachbilden kann.
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Eine 3D-Brille wird im Bereich eines stereoskopischen Sehens eingesetzt, um ein Bild, welches aus einer Überlagerung zweier aus unterschiedlichen Perspektiven aufgenommener Bilder besteht und auf eine zwei-dimensionale Fläche projiziert wird, räumlich wahrnehmen zu können. Ein linkes und ein rechtes Sichtfenster der 3D-Brille werden dabei so ausgestaltet, dass ein linkes und ein rechtes Auge des Trägers der 3D-Brille die überlagerten Bilder getrennt wahrnehmen kann.
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Hierzu werden verschiedene Techniken eingesetzt, die eine jeweilig unterschiedlich ausgestaltete 3D-Brille erfordern. So basiert ein Anaglyphenverfahren auf einer Farbkodierung, bei der einzelne Farbkanäle (z.B. rot und cyan) aus dem Bildmaterial für beide Perspektiven getrennt entfernt werden und in das Sichtfenster der 3D-Brille ein entsprechender Farbfilter eingesetzt ist. Beim Projektionsverfahren mit linearer oder zirkularer Polarisation werden jeweilige Polarisationsfilter (beispielsweise waagerechte/senkrechte Polfilter bei linearer Polarisation) in den Strahlengang zwischen zwei vorzusehende Projektoren und einer Leinwand mit möglichst nicht-diffusem Reflektionsverhalten gebracht. Die beiden Sichtfenster der 3D-Brille bestehen dann aus den jeweilig zugeordneten Polfiltern gleichen Charakters. Die Durchsicht für das jeweilige Auge wird bei 3D-Brillen aktiv gesteuert, die auf dem sogenannten Shutterprinzip beruhen. Damit gleichgeschaltet ist die Projektion des Bildes mit der jeweiligen Perspektive auf die Leinwand. Es sind weitere Techniken bekannt, die auf Abwandlung oder Weiterentwicklung der oben genannten Verfahren beruhen, oder auch andere Lichteigenschaften, wie zum Beispiel die Interferenz, ausnutzen. Letztlich gemeinsam ist aber all diesen Verfahren, eine Sicht durch die 3D-Brille auf eine Projektionsfläche.
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Das projizierte Bild kann dabei einerseits mit einem stereoskopischen Kamerasystem, welches beispielsweise aus zwei Kameras besteht, die in einem Augenabstand voneinander entfernt angeordnet sind, aufgenommen worden sein. Die beiden perspektivisch unterschiedlichen Bilder werden dabei gleichzeitig, aber getrennt voneinander aufgezeichnet. Andererseits ist es durch die fortgeschrittene Entwicklung rechentechnischer Anlagen möglich, zwei perspektivisch unterschiedliche Bilder mittels der sogenannten Computer Generated Imagery synthetisch zu erzeugen. Dabei kann je nach Rechenaufwand einem realistischen Eindruck sehr nahe gekommen werden.
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Projiziert werden stereoskopisch aufgezeichnete Bilder oder Filme mittels eines Projektorsystems auf eine zweidimensionale Projektionsfläche. Das Projektorsystem besteht bei den heutzutage gemeinhin verwendeten digitalen Speichermedien aus mindestens einem Projektor zur Wiedergabe elektronischer Bilder, auch Beamer genannt. Ein Betrachter sieht dabei ein Bild in Auflichtprojektion (also für den Betrachter in Reflexion von der Projektionsfläche) oder in Rückprojektion (also für den Betrachter in Durchsicht durch die Projektionsfläche, auf deren Rückseite projiziert wird).
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Im Bereich der virtuellen Realität werden, um für den Träger der 3D-Brille, im Weiteren auch ein Proband genannt, ein möglichst der Realität nahe kommendes Umfeld zu schaffen, über einen Sehsinn hinaus weitere Sinne des Probanden angesprochen. So werden beispielsweise in einem Fahrsimulator Bewegungen eines zu simulierenden Fahrzeugs auf einem nachgebauten Fahrersitz nachgebildet, wobei der Fahrersitz auf einer Bewegungsplattform montiert ist. Beschleunigungen können so ansatzweise im Bereich einer Auslenkungsbegrenzung der Bewegungsplattform für einen Probanden auf dem Fahrersitz simuliert werden. Im Zusammenhang mit der durch die 3D-Brille wahrgenommenen Sicht können so verschiedene Fahrsituationen realitätsnah nachgestellt werden.
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Weitere, die Möglichkeiten eines Beamers ergänzende Lichtquellen zur Darstellung der virtuellen Realität sind beispielsweise durch OLED (organic light emitting diode) Displays zu erreichen. OLEDs sind aus dem Stand der Technik als transparente und flexibel zu montierende Leuchtmittel bekannt. Eine Reaktionszeit der OLED ist kurz genug, um bei Wiedergabe bewegter Bilder für einen Betrachter den Eindruck einer fließenden Darstellung zu erzeugen.
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In der Druckschrift
US 2014/0146394 A1 wird ein Display offenbart, das in Augennähe angeordnet ist. Es werden mindestens einem Auge zusätzliche Informationen angeboten, die aus dem den Probanden umgebenden Umfeld entnommen werden. Die zusätzlich grafisch dargestellten Informationen haben dabei eine visuell geringere Auflösung wie die dargestellte virtuelle Realität in einem Hauptsichtfeld. Bei solch einer Ergänzung eines Bildes durch zusätzliche Informationen spricht man auch von einer "augmented reality".
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In einem auf dem Stand der Technik beruhenden virtuellen Fahrerplatz ist es bislang nicht möglich, eine Blendung der Augen eines Probanden dynamisch nachzustellen. Eine durch Beamer auf die Projektionsfläche darstellbare Leuchtdichte ist dafür nicht ausreichend. Blendsituationen entstehen im realen Fahrbetrieb beispielsweise bei Nachtfahrten durch Bremsleuchten vorausfahrender oder durch Scheinwerfer entgegenkommender Fahrzeuge. Derzeit verwendete Fahrsimulatoren veranschaulichen zwar einzelne Verkehrssituationen, können jedoch die dabei in der Realität durch Lichtquellen auftretenden Leuchtdichten quantitativ nicht exakt nachbilden. Eine Blendsituation wird dadurch erreicht, dass eine zusätzlich aufgebaute Lichtquelle, die z.B. aus einem Scheinwerfer besteht, bei ausgewählten statischen Szenen den Probanden anstrahlt. Zur Erforschung von Auswirkungen einzelner Verkehrssituationen mit sich bewegenden Lichtquellen auf einen Probanden, und beispielsweise einer Adaptionsmessung an ihm, ist es aber notwendig, Blendsituationen im Labor jenseits einer statischen Szenerie nachstellen zu können.
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Demnach war es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Blendung von Augen eines Probanden dynamisch nachzustellen.
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Vor diesem Hintergrund wird ein Verfahren und ein System mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgestellt. Ausgestaltungen der Erfindung sind den entsprechenden Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist zum Betreiben einer 3D-Brille ausgebildet, in deren mindestens einem Sichtfenster mindestens eine OLED eingebracht wurde. Die Wahrnehmung einer auf einer Projektionsfläche projizierten virtuellen Realität in räumlicher Darstellung ist für den Träger der 3D-Brille durch die mindestens eine in das mindestens eine Sichtfenster eingebrachte OLED auf Grund deren Transparenz weiterhin möglich. Zur Unterstützung mindestens einer in der virtuellen Realität dargestellten Lichtquelle wird die mindestens eine OLED so angesteuert, dass sie in Farbe und Helligkeit mindestens einer realen Lichtquelle entspricht. Insbesondere kann dadurch eine Blendwirkung in mindestens einem Auge des Trägers der 3D-Brille erreicht werden.
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Vorteilhafterweise werden eine Vielzahl solcher OLEDs auf dem mindestens einen Sichtfenster der 3D-Brille engmaschig angeordnet. Dadurch ist es möglich, bei Ansteuern der betreffenden OLEDs eine für den Träger der 3D-Brille fließend erscheinende Bewegung der mindestens einen Lichtquelle innerhalb der virtuellen Realität darzustellen.
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Des Weiteren ist es vorteilhaft, die Ansteuerung der OLEDs im Sichtfenster der 3D-Brille mit der auf der Projektionsfläche wiedergegebenen virtuellen Realität zu synchronisieren.
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Zusätzlich werden durch ein Trackingsystem an der mit OLEDs ausgestatteten 3D-Brille eine Blickrichtung und eine Position des Trägers festgestellt. Dadurch kann erreicht werden, diejenigen OLEDs im Sichtfenster der 3D-Brille zur Wiedergabe der mindestens einen Lichtquelle anzusteuern, die in Blickrichtung des Trägers mit Sicht auf die mindestens eine auf der Projektionsfläche dargestellte Lichtquelle liegen. Um eine Übereinstimmung zu bewirken, kann beispielsweise eine Kalibrierung mit mindestens einer zum Testen dargestellten Punktlichtquelle erfolgen. Die im Sichtfenster der 3D-Brille zum Leuchten angesteuerten OLEDs werden so lange durchgewechselt, bis diejenigen identifiziert sind, die im Sichteindruck des Probanden mit der auf der Projektionsfläche dargestellten Punktlichtquelle übereinstimmen. Denkbar ist auch, nach einer genauen optischen Vermessung (beispielsweise Augenabstand des Probanden, Sitz der 3D-Brille) die anzusteuernden OLEDs zu berechnen.
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Darüber hinaus kann so auch eine Blendungsneigung einer Lichtquelle innerhalb der virtuellen Realität dargestellt werden. Verschiebt der Träger der 3D-Brille seine Augenposition in einen beispielsweise virtuell nachzubildenden Lichtkegel, so kann die Ansteuerung der OLEDs daraufhin die Blendsituation herstellen.
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Die vorliegende Erfindung betrifft weiter ein System zum Betreiben einer 3D-Brille, wobei das System die 3D-Brille, ein Projektorsystem zur Darstellung stereoskopischer Bilder, eine Projektionsfläche, eine in der Regel externe Recheneinheit und in Ausgestaltung einen Sitzplatz für den Träger der 3D-Brille umfasst und wobei in mindestens einem Sichtfenster der 3D-Brille mindestens eine OLED angeordnet ist, die von der Recheneinheit ansteuerbar bzw. anzusteuern ist.
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Mit einem solchen System können Blendsituationen, die beispielsweise durch eine Punktlichtquelle entstehen, nachgebildet werden und die Auswirkung auf einen Probanden, der die mit den OLEDs ausgestattete 3D-Brille trägt, erforscht werden. Insbesondere ist hier eine mit einem voranstehend beschriebenen Trackingsystem ausgestattete 3D-Brille von Vorteil, um eine möglichst realitätsnahe Darstellung einer Blendsituation zu erreichen.
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Findet der Systemaufbau statt, um Verkehrssituationen des Straßenverkehrs zu simulieren, so handelt es sich gemeinhin um einen Fahrsimulator. Hierbei kann durch Montage des als Fahrersitz gestalteten Sitzplatzes für den Probanden auf einer Bewegungsplattform, die innerhalb eines gewissen Auslenkungsbereichs ansatzweise Beschleunigungen (z.B. auch Kurvenbewegungen) des vom Probanden gesteuerten Fahrzeugs nachempfindet, ein möglichst realitätsnahes Umfeld geschaffen werden.
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Zusammen mit der vom Probanden getragenen 3D-Brille, die durch die Ausstattung mit OLEDs Blendsituationen beispielsweise durch Scheinwerfer entgegenkommender Fahrzeuge oder Bremslichter vorausfahrender Fahrzeuge darstellen kann, können so Verkehrsszenarien mit auftretenden blendenden Lichtquellen simuliert und die Reaktion des Probanden darauf untersucht werden. Das Trackingsystem der 3D-Brille erlaubt hierbei auch die Regelung der Blendsituation bei Abwenden des Kopfes, beispielsweise bei Wahl eines Fixationspunktes in der dargestellten Verkehrsszene, z.B. auf den rechten Straßenrand.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Simulieren einer dynamisch entstehenden Blendsituation mit einer 3D-Brille, wobei ein voranstehend beschriebenes erfindungsgemäßes System eingesetzt wird.
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In Ausgestaltung wird dabei eine Blendwirkung der mindestens einen OLED zusätzlich durch mindestens ein weiteres aus der near-eye-projection Technologie bekanntes Element unterstützt bzw. ausschließlich durch ein aus der near-eye-projection Technologie bekanntes Element (z.B. DLP-Linsensystem) erzeugt.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt in schematischer Darstellung ein aus dem Stand der Technik bekanntes Konzept eines virtuellen Fahrerplatzes, bei dem eine Blendsituation statisch nachgestellt werden kann.
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2 zeigt ein Bild einer Verkehrssituation mit Gegenverkehr, wie es entsprechend im Stand der Technik in einem Fahrsimulator dargestellt, wird sowie Bilder wie sie unter Verwendung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems erscheinen.
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3 zeigt in schematischer Darstellung die jeweiligen Abbildungen aus 2.
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4 zeigt in schematischer Darstellung ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt ein Konzept eines aus dem Stand der Technik bekannten virtuellen Fahrerplatzes, bei dem eine Blendsituation statisch nachgestellt werden kann. Ein Projektorsystem 11 projiziert ein stereoskopisches Bild auf eine zweidimensionale Projektionsfläche 12 in Rückprojektion, also für einen auf einem Fahrersitz 13 positionierten Probanden in Durchsicht durch die Projektionsfläche 12. Die dabei zu realisierenden Leuchtdichten sind zu schwach, um den Probanden blenden zu können. Um eine Blendsituation zu erreichen, wird zusätzlich eine statisch aufgebaute Lichtquelle 15, die z.B. aus einem Scheinwerfer bestehen kann, eingesetzt, die zu ausgewählten statischen Szenen den Probanden anstrahlt. Um die Simulationsumgebung jenseits der optischen Wahrnehmung auch in Bewegungsabläufen für den Probanden möglichst realitätsnah zu gestalten, wird der Fahrersitz 13 auf einer Bewegungsplattform 14 montiert. Diese kann innerhalb ihrer Auslenkungsgrenzen Fahrzeugbewegungen in Ansätzen nachstellen.
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2 zeigt in Bild 21 ein Bild einer Verkehrssituation mit Gegenverkehr, wie es entsprechend dem Stand der Technik in einem Fahrsimulator dargestellt wird. Zur Veranschaulichung der Wirkungsweise einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in Bild 22 zwei Bereiche 24 hervorgehoben, die eine Sicht eines Probanden durch eine erfindungsgemäß ausgestaltete 3D-Brille mit aktiven OLEDs zeigt. In beiden Bereichen 24 wird die Helligkeit der Scheinwerfer der entgegenkommenden Fahrzeuge mittels derjenigen in die 3D-Brille eingebrachten OLEDs verstärkt, die in Sichtrichtung des Probanden auf die auf der Projektionsfläche dargestellten Scheinwerfer liegen. Die Blickrichtung des Probanden wird dabei durch ein Trackingsystem an der 3D-Brille festgestellt. Bild 23 zeigt den linken Bereich 24 aus Bild 22 in vergrößerter Darstellung. Die in der 3D-Brille zugeschalteten OLEDs, beispielsweise hier dargestellt durch ein jeweiliges Pixel 25, sind den jeweiligen Scheinwerfern der Fahrzeuge zugeordnet. Größere oder für den Probanden näher erscheinende Lichtquellen sind dabei durch Pixelgruppen 26 nachgebildet.
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3 zeigt die Abbildungen aus 2 in schematischer Darstellung. Bild 31 entspricht dabei einer schematischen Darstellung von Bild 21, Bild 32 einer schematischen Darstellung von Bild 22 und Bild 33 einer schematischen Darstellung von Bild 23. Die Bereiche 24 aus Bild 22 sind hier durch die Bereiche 34 schematisch wiedergegeben. Die jeweiligen Pixel 25 aus 2 sind hier durch die jeweiligen Pixel 35 und die Pixelgruppen 26 durch die Pixelgruppen 36 dargestellt.
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4 zeigt schematisch eine Systemtopologie des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer möglichen Ausführungsform. Die schematisch dargestellte Topologie 420 zur Erzeugung einer virtuellen Realität zeigt die ablaufenden Vorgänge auf. Eine von einem Probanden 401 getragene 3D-Brille 408, die erfindungsgemäß mit mindestens einer OLED, in der Regel mit mehreren OLEDs in mindestens einem Sichtfenster ausgestattet ist und deren Raumposition aus einem Trackingsystem bekannt ist, meldet ihre Position 411 an eine Umgebungssimulation eines Fahrsimulators 402 und eine Recheneinheit 406. Der Ursprung eines Weltkoordinatensystems, auf den sich die Positionen beziehen, ist dabei im Umgebungsmodel begründet. Mittels eines lichttechnischen Modells 404, welches die Positionen und dargestellten Leuchtdichten von Lichtobjekten 403 aus der Umgebungssimulation des Fahrsimulators 402 kennt und deren notwendige reale Leuchtdichte 405 ausgibt, berechnet eine Recheneinheit 406 für die sich an der Position 411 befindliche 3D-Brille 408, die Pixelpositionen, Helligkeit und Farbe 407 der auf dem Sichtfenster der 3D-Brille anzusteuernden OLEDs. Im Bereich einer für den Probanden 401 möglichen Wahrnehmung 430 wird so zusammen mit einer in der Umgebungssimulation des Fahrsimulators 402 dargestellten dynamischen Verkehrsszene 409 und den durch die angesteuerten OLEDs in der 3D-Brille 408 verstärkt dargestellten Lichtobjekten 410 eine für den Probanden physiologisch authentische Blendsituation 412 erzeugt.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Betreiben einer 3D-Brille, die einem Träger der 3D-Brille eine Sicht auf eine virtuelle Realität in räumlicher Darstellung ermöglicht und dabei eine dynamische Blendsituation nachbilden kann. Innerhalb der virtuellen Realität dargestellte Lichtquellen werden durch zusätzlich in das Sichtfenster der 3D-Brille eingebrachte OLEDs in Farbe und Helligkeit unterstützt. Ein Trackingsystem der 3D-Brille ermöglicht dabei die computergestützte Ansteuerung der jeweiligen OLEDs, so dass bei Änderungen einer Blickrichtung oder einer Position des Trägers die Position der im Sichtfenster der 3D-Brille unterstützten Lichtquelle mitwandert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2014/0146394 A1 [0008]
