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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Head-Up-Display und ein Verfahren zum zweidimensionalen Darstellen einer dreidimensionalen Grafik, wobei ein Bildgenerator verwendet wird, der ein Diamantraster aufweist.
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Aus der
US 7,280,126 B2 ist ein Bildgenerator bekannt, der ein Diamantraster aufweist, sowie ein Verfahren zum Konvertieren eines orthogonalen Rasters in ein Diamantraster. Bei dem Bildgenerator handelt es sich hier um ein sogenanntes Digital Micromirror Device, auch als DMD bekannt. Im Gegensatz zum herkömmlichen orthogonalen Raster, welches aus Zeilen und Spalten besteht, deren Begrenzungslinien horizontal und vertikal verlaufen, weist ein Diamantraster um 45° gedrehte Begrenzungslinien auf. Ein Bildsignal, das in einem orthogonalen Raster vorliegt, muß in ein Diamantraster konvertiert werden, um es mit einem Bildgenerator der auf Diamantrasterbasis arbeitet darzustellen. Eine solche Konvertierung wird auch als Filterung bezeichnet.
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Ein DMD mit Diamantraster kommt im Vergleich zu einem DMD mit orthogonalem Raster mit der halben Anzahl an Rasterpunkten, auch Pixeln genannt, aus. Es erfordert somit weniger Material in der Herstellung. Durch die um 45° gedrehte Anordnung der Pixel kann außerdem die Lichtquelle im Bezug auf das DMD raumsparender angeordnet werden. Ein DMD mit Diamantraster benötigt somit weniger Bauraum. Allerdings erfordert es eine Konvertierung des Signals des darzustellenden Bildes, welches üblicherweise ein orthogonales Raster aufweist. Diese Konvertierung erfolgt im allgemeinen in einem zum DMD gehörigen Prozessor. Bei der Konvertierung werden üblicherweise mehrere Rasterpunkte des ursprünglichen Rasters verwendet, um einen Rasterpunkt des für die Darstellung verwendeten Rasters zu bilden. Dies erfordert hohen Rechenaufwand und führt zu einer Qualitätsminderung. Die Konvertierung ist bei Videosignalen, also bewegten Bildern, oder bei Fotos, also unbewegten Bildern einer natürlichen Umgebung, unkritisch. Liegen aber künstlich erzeugte Grafiksignale vor, wie beispielsweise in einem Head-Up-Display, die viele gerade Kanten enthalten, so ist die Qualität der Darstellung aufgrund der Konvertierung oft mangelhaft. Es ist wünschenswert, die Qualität der Darstellung zu verbessern.
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Erfindungsgemäß wird dazu ein Head-Up-Display vorgeschlagen, welches eine Bildquelle aufweist, die eine dreidimensionale Grafik zur Verfügung stellt. Die von der Bildquelle zur Verfügung gestellte dreidimensionale Grafik wird von einem grafischen Bildverarbeiter des Head-Up-Displays in ein zweidimensionales Bildsignal umgewandelt. Das in elektrischer Form vorliegende zweidimensionale Bildsignal wird mit einem auf Diamantrasterbasis arbeitenden Bildgenerator des Head-Up-Displays in ein optisches Signal gewandelt, welches einem Benutzer zugeführt wird. Dazu weist der grafische Bildverarbeiter eine Bilddreheinheit auf, mittels der die in einem orthogonalen Raster zur Verfügung gestellte dreidimensionale Grafik um 45° gedreht wird. Der grafische Bildverarbeiter weist weiterhin einen 3D-auf-2D-Projektor auf, der der Bilddreheinheit nachgeschaltet ist und die von dieser gelieferte dreidimensionale Grafik in eine zweidimensionale Grafik projiziert. Dem 3D-auf-2D-Projektor nachgeschaltet ist ein Readressierer, der die Rasterpunkte der vom 3D-auf-2D-Projektor gelieferten Grafik in ein zur Ansteuerung des auf Diamantrasterbasis arbeitenden Bildgenerators geeignete Adressierung umwandelt. Dies hat den Vorteil, daß die gesamte Bildverarbeitung in dem grafischen Bildverarbeiter erfolgt. Eine separate Einheit zum Anpassen des Bildsignals an das Diamantraster ist somit nicht erforderlich. Dies spart Kosten und Bauraum. Zusätzlich erhöht es die Qualität der Darstellung. Entsprechende separate Einheiten, die im allgemeinen nicht auf die speziellen Gegebenheiten, hier diejenigen eines Head-Up-Displays, abgestimmt sind, sind nicht erforderlich. Das künstlich erzeugte Bild wird somit bereits in dem Raster erzeugt, das anschließend zur Darstellung genutzt wird. Eine Konvertierung, bei der üblicherweise jeweils mehrere Rasterpunkte des Ausgangsrasters verwendet werden, um einen Zielpunkt des Zielrasters zu bilden, ist hier nicht erforderlich. Eine einfache Umsortierung, das Readressieren, reicht hier aus.
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Vorteilhafterweise weist das Head-Up-Display weiterhin ein verzerrendes optisches Element auf, welches zwischen Bildgenerator und einem Benutzer angeordnet ist, sowie einen der Bilddreheinheit nachgeschalteten Vorverzerrer. Dies hat den Vorteil, daß keine separate Vorrichtung zum Kompensieren der vom verzerrenden optischen Element hervorgerufenen Verzerrung erforderlich ist, sondern die entsprechende Vorverzerrung in den grafischen Bildverarbeiter integriert ist. In Head-Up-Displays wird vielfach die Windschutzscheibe genutzt, um die vom Bildgenerator erzeugten Lichtstrahlen in Richtung Auge des Benutzers umzulenken. Die Windschutzscheibe weist üblicherweise eine ungleichförmige Krümmung auf, wodurch sie die an unterschiedlichen Stellen an sie auftreffenden Lichtstrahlen ungleichmäßig reflektiert, wodurch ein verzerrter Bildeindruck entsteht. Die Windschutzscheibe ist ein Beispiel für ein verzerrendes optisches Element. Auch weitere im Strahlengang befindliche optische Elemente können einen verzerrenden Einfluß ausüben, welcher mittels des erfindungsgemäßen Vorverzerrers kompensiert wird. Die Vorverzerrung dient auch vorteilhafterweise zur Kompensation eines an sie nachfolgend angeordneten nicht optisch verzerrenden Bauteils, beispielsweise eines elektronischen oder elektrischen Bauteils. Ein solches Bauteil ruft beispielsweise eine durch die Bauart oder die Betriebsbedingungen bewirkte Verzerrung im elektronischen bzw. im Datenpfad hervor.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, als grafischen Bildverarbeiter eine Standardmechanismen aufweisende Grafik-Pipeline vorzusehen. Eine Grafik-Pipeline ist beispielsweise auf einer Grafikkarte realisiert. Eine solche Grafikkarte weist üblicherweise einen oder mehrere Prozessoren auf, die jeweils auf einen oder mehrere Standardmechanismen optimiert sind. Die Standardmechanismen sind entweder in Hardware realisiert oder in Software oder in einer Kombination aus Hardware und Software. In diesem Sinne kann auch ein einzelner Prozessor, der alle erforderlichen Standardmechanismen zur Verfügung stellt, als Grafik-Pipeline angesehen werden. Ein Vorteil der Verwendung einer Grafik-Pipeline ist, daß sie in der Form einer Grafikkarte ein kostengünstiges Bauteil mit hoher grafischer Verarbeitungsleistung ist, deren Standardmechanismen unter erfindungsgemäßen Anpassungen effizient nutzbar sind.
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Ein Verfahren zum zweidimensionalen Darstellen einer dreidimensionalen Grafik gemäß der Erfindung weist auf: das Empfangen einer dreidimensionalen Grafik, die ein orthogonales Raster aufweist. Das Drehen der empfangenen dreidimensionalen Grafik entsprechend dem Winkel eines Diamantrasters. Das Projizieren der gedrehten dreidimensionalen Grafik auf eine zweidimensionale Grafik. Das Readressieren der zweidimensionalen Grafik auf ein Diamantraster. Das Ansteuern eines auf Diamantrasterbasis arbeitenden Bildgenerators mit einem der readressierten zweidimensionalen Grafik entsprechenden Signal. Dies hat den Vorteil, daß die zweidimensionale Grafik bereits so erzeugt wird, wie sie ein auf Diamantrasterbasis arbeitender Bildgenerator benötigt. Sie wird diesem direkt zugeführt, ohne eine weitere Filterung zu erfahren. Eine solche Filterung muß ansonsten zusätzlich vorgesehen sein, oder führt bei Verwendung einer zu dem Bildgenerator angebotenen Standardkomponente zu Qualitätsverlusten in der Darstellung. Es versteht sich, daß das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur bei einem Diamantraster, bei dem der Winkel 45° beträgt, vorteilhaft einsetzbar ist, sondern auch bei anderen Varianten eines Rasters, bei denen der Winkel von 45° abweicht.
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Vorteilhafterweise weist das erfindungsgemäße Verfahren ein Vorverzerren der gedrehten dreidimensionalen Grafik auf sowie ein Bereitstellen der vorverzerrten dreidimensionalen Grafik zum Projizieren. Dies hat den Vorteil, daß die für Head-Up-Displays meist erforderliche Vorverzerrung, die Verzerrungen durch von dem Bildgenerator nachgeordnete optische oder elektronische Komponenten ausgleicht, bereits während der Anpassung der im orthogonale Raster vorliegenden Bildinformation an das Diamantraster durchgeführt wird. Es ist somit kein separater Vorverzerrungsschritt erforderlich. Die zur Verfügung stehenden Standardmechanismen werden erfindungsgemäß optimal genutzt.
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Vorteilhafterweise erfolgt das Drehen mittels eines Vertex-Shaders einer Grafik-Pipeline, das Vorverzerren mittels eines Geometry-Shaders einer Grafik Pipeline, das Projizieren mittels eines Rasterizers einer Grafik-Pipeline und das Readressieren mittels eines Pixel-Shaders einer Grafik-Pipeline. Dies hat den Vorteil, daß Standardmechanismen einer Grafik-Pipeline, beispielsweise einer Grafikkarte, angepaßt, und für die Umsetzung der erfindungsgemäßen Lösung verwendet werden. Dies stellt eine kostengünstige Lösung mit hoher Verfügbarkeit dar, da es sich bei der Grafikkarte beziehungsweise der Grafik-Pipeline um Massenprodukte mit hoher Zuverlässigkeit und guter Verfügbarkeit handelt.
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Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, daß ein Einfärben der projizierten zweidimensionalen Grafik mittels eines ersten Durchlaufs des Pixel-Shaders erfolgt, während in einem zweiten Durchlauf des Pixel-Shaders das Readressieren erfolgt. Dazu werden die Bilddaten des ersten Durchlaufs in einem Speicher abgelegt um im zweiten Durchlauf von dort mittels eines Abtasters dem Pixel-Shader zugeführt zu werden. Diese Weiterbildung der Erfindung hat den Vorteil, daß die in einer üblichen Grafik-Pipeline vorhandenen Mechanismen optimal genutzt werden. Üblicherweise befindet sich zwischen Rasterizer und Pixel-Shader kein Abtaster, welcher aber zum Readressieren erforderlich ist. Ein solcher Abtaster befindet sich aber üblicherweise zwischen einem Speicher und dem Pixel-Shader. Der im zweiten Durchlauf dem Pixel-Shader zugeführte Speicherinhalt ist der Ausgang des Pixel-Shaders aus dem ersten Durchlauf. Das zweifache Durchlaufen des Pixel-Shaders wird zusätzlich zum Einfärben der Rasterpunkte verwendet, welches im ersten Durchlauf erfolgt. Somit werden die zur Verfügung stehenden Ressourcen optimal genutzt. Bei Pipelines, die auch zwischen Rasterizer und Pixel-Shader einen Abtaster aufweisen, oder auf andere Art und Weise das Einfärben und das Readressieren in einem Durchlauf erledigen, werden diese beiden erfindungsgemäßen Schritte ebenfalls ausgeführt.
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Ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt kann direkt in den internen Speicher eines digitalen Computers geladen werden und weist Softwarecodeabschnitte auf, mit denen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer läuft. Als Computer ist hier beispielsweise eine Steuerungseinheit oder ein Prozessor des Head-Up-Displays zu verstehen. Auch der grafische Bildverarbeiter kann als digitaler Computer ausgelegt sein. Das Computerprogrammprodukt ist beispielsweise eine Folge von Software Codeabschnitten, welche dem Head-Up-Display bei der Produktion, bei einem von der Produktion getrennten, die Auslieferungsbereitschaft an einen Kunden herstellenden Bereitstellungsvorgang, oder während eines Software-Updates einer autorisierten Werkstatt oder des Benutzers erfolgt. Dazu wird ein erfindungsgemäßer Datenträger, beispielsweise ein elektronischer Speicherbaustein, ein optischer oder magnetischer Datenträger wie CD oder Diskette oder auch eine drahtlose Datenübermittlung, beispielsweise mittels Kurzstreckenfunkübertragung, verwendet.
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Weitere Vorteile der Erfindung lassen sich auch der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Abbildungen entnehmen. Dabei sind gleiche Bezugszeichen für gleiche oder gleichwirkende Elemente in allen Figuren verwendet, aber nicht notwendigerweise zu jeder Figur einzeln beschrieben. Es zeigen:
- 1 erfindungsgemäßes Head-Up-Display
- 2 orthogonales Raster und Diamantraster
- 3 herkömmliche Bildverarbeitung
- 4 erfindungsgemäße Bildverarbeitung
- 5 erfindungsgemäßes Verfahren
- 6 grafischer Bildverarbeiter
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Head-Up-Display in schematischer Darstellung. Eine Bildquelle 2 liefert ein anzuzeigendes Bild AB an einen grafischen Bildverarbeiter 20. Dieser erzeugt ein Bildsignal BS, welches einem ein Diamantraster verwendenden Bildgenerator 1 zugeführt wird. Dieser erzeugt einen Lichtstrahl LS, welcher an einem ebenen Spiegel 51 einer Optikeinheit 5 reflektiert wird und von dort auf einen gekrümmten Spiegel 52 fällt. Von diesem gelangt der Lichtstrahl LS auf die als Spiegeleinheit 3 wirkende Windschutzscheibe 31, von wo aus er zum Auge 61 des Benutzers geleitet wird. Die Windschutzscheibe 31 läßt auch Licht der Umgebung passieren, sodaß dem Benutzer das vom Bildgenerator 1 erzeugte Bild als virtuelles Bild VB der Umgebung überlagert über der Motorhaube oder sogar vor dem Fahrzeug befindlich erscheint. Er kann es somit scharf wahrnehmen, ohne die Augen auf eine kurze Entfernung fokussieren zu müssen. Er hat somit sowohl die Umgebung als auch das vom Head-Up-Display erzeugte virtuelle Bild VB gleichmäßig gut im Blick und wird nicht durch das Schauen auf eine Tachometeranzeige oder ein andere Anzeige im Armaturenbrett des Fahrzeugs abgelenkt. Der grafische Bildverarbeiter 20 weist eine Bilddreheinheit 21 auf, mittels der das von der Bildquelle 2 kommende anzuzeigenden Bild, welches ein orthogonales Raster aufweist, um einen Winkel W von W=45° gedreht wird, sodaß es ein Diamantraster aufweist. Das gedrehte Bild GB wird einem 3D-auf-2D-Projektor 22 zugeführt. Dieser projiziert ihm zugeführte dreidimensionale Bildinformationen auf ein zweidimensionales Bild ZB, welches einem Readressierer 24 zugeführt wird. Dieser adressiert die intern im grafischen Bildverarbeiter 20 in einem orthogonalen Raster vorliegende Bildinformationen gemäß einem Diamantraster und gibt sie als Bildsignal BS aus. Optional ist ein Bildverzerrer 23 vorgesehen, der zwischen Bilddreheinheit 21 und 3D-auf-2D-Projektor 22 angeordnet ist. Er führt eine Vorverzerrung des gedrehten Bildes GB aus und gibt ein vorverzerrtes Bildsignal VVB an den 3D-auf-2D-Projektor 22 weiter. Die Vorverzerrung kompensiert eine Verzerrung, die durch die Krümmung der Windschutzscheibe 31 hervorgerufen wird, sodaß der Benutzer ein unverzerrtes virtuelles Bild VB sieht.
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2 zeigt links ein orthogonales Raster OR und rechts ein Diamantraster DR. Das orthogonale Raster OR weist horizontale Begrenzungslinien HBL auf sowie vertikale Begrenzungslinien VBL. Die horizontalen Begrenzungslinien HBL begrenzen Zeilen OZ des orthogonalen Rasters, die vertikalen Begrenzungslinien VBL begrenzen Spalten OS des orthogonalen Rasters. Dargestellt sind sechs Zeilen OZ mit jeweils acht Rasterpunkten ORP des orthogonalen Rasters und acht Spalten OS. Die Rasterpunkte werden hier als Punkte bezeichnet, haben aber erkennbar eine Fläche, entsprechend einem Pixel. Im Folgenden werden auch Flächen, die aus einer Mehrzahl von Pixeln bestehen mit dem Begriff Rasterpunkt bezeichnet. Dies soll der Verdeutlichung der beschriebenen Beispiele dienen, ohne die Abbildungen zu sehr mit Details zu überfrachten. Das Diamantraster DR weist steigende Begrenzungslinien SBL und fallenden Begrenzungslinien FBL auf. Diese Begrenzungslinien SBL und FBL begrenzen Rasterpunkte DRP des Diamantrasters, welche in diagonalen Reihen DDR des Diamantrasters angeordnet sind. In den diagonalen Reihen DDR grenzen die einzelnen Rasterpunkte DRP in einer Linie aneinander an. In einer Zeile DZ des Diamantrasters grenzen die einzelnen Rasterpunkte DRP jeweils in einem Punkt aneinander an. Dabei sind Rasterpunkte DRP der geraden Zeilen DZG und Rasterpunkte DRP der ungeraden Zeilen DZU des Diamantrasters um die halbe Diagonale eines Rasterpunkts DRP zueinander versetzt. Jede der sechs dargestellten Zeilen DZ, davon drei gerade Zeilen DZG und drei ungerade Zeilen DZU, weist vier Rasterpunkte DRP auf. Bei einer Konvertierung vom orthogonalen Raster OR mit 6x8 Rasterpunkten ORP auf das Diamantraster DR mit 6x4 Rasterpunkten DRP halbiert sich also die Anzahl der Rasterpunkte. Da der menschliche Sehapparat auf horizontale und vertikale Begrenzungslinien sensibler reagiert als auf diagonale Begrenzungslinien, wird trotz der reduzierten Anzahl an Rasterpunkten ein Bildeindruck vergleichbarer Qualität beim Benutzer erzeugt. Wird die Anzahl der Rasterpunkte bei der Konvertierung nicht reduziert, so erhöht sich die Qualität des Bildeindrucks beim Benutzer.
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3 zeigt eine herkömmliche Bildverarbeitung bei Verwendung eines auf einem Diamantraster basierenden Bildgenerators 1. Dabei wird das anzuzeigende Bild AB im grafischen Bildverarbeiter 20 in einem orthogonalen Raster OR bearbeitet. Das zweidimensionale Bild ZB' liegt somit ebenfalls in einem orthogonalen Raster vor und wird mittels einer Konvertierung KOD vom orthogonale Raster auf das Diamantraster konvertiert. Das bei der Konvertierung KOD generierte Bildsignal BS' wird dem Bildgenerator 1 zugeführt. In der Darstellung des zweidimensionalen Bildes ZB' und der Darstellung des Bildsignals BS' sind der Vergleichbarkeit halber die gleiche Anzahl Rasterpunkte angegeben. Das Raster ist hier auch grober gerastert dargestellt, als es in der Praxis eingesetzt wird. Im zweidimensionalen Bild ZB' ist der Rasterpunkt ORPS', in dem die Spitze des dargestellten Dreiecks liegt, dunkel gehalten. Auch im Bildsignal BS' ist der entsprechende Rasterpunkt DRPS' dunkel gehalten. Diese sind ganz rechts, zusammen mit dem Dreieck, vergrößert dargestellt. Man erkennt, daß der vom jeweiligen Rasterpunkt ORPS' und DRPS' abgedeckte Bildinhalt unterschiedlich ist, bei der Konvertierung also zwangsweise eine Veränderung und damit eine Verschlechterung der Bildqualität eintritt.
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4 zeigt eine erfindungsgemäße Bildverarbeitung bei Verwendung eines auf einem Diamantraster basierenden Bildgenerators 1. Dabei wird das anzuzeigenden Bild AB in der Bilddreheinheit 21 zum gedrehten Bild GB gedreht, bevor es in einem orthogonalen Raster OR weiterbearbeitet wird. Die Drehung ist mittels des Pfeils P1 angedeutet. Das am Ende der Weiterverarbeitung vorliegende zweidimensionale Bild ZB liegt somit ebenfalls in einem orthogonalen Raster vor. Es ist hier der Einfachheit halber im selben Bild dargestellt. Es wird mittels der Readressierung 24 entsprechend dem Diamantraster neu adressiert. Dabei wird jede Zeile DZ des Diamantrasters entsprechend dem Pfeil P2 durchlaufen, die einzelnen Zeilen DZ nacheinander entsprechend dem Zickzackpfeil P3. Das bei der Readressierung 24 generierte Bildsignal BS wird dem Bildgenerator 1 zugeführt. In der Darstellung des zweidimensionalen Bildes ZB und der Darstellung des Bildsignals BS sind der Vergleichbarkeit halber die gleiche Anzahl helle Rasterpunkte um das darzustellende Dreieck herum angegeben. Die dunkler dargestellten Rasterpunkte im gedrehten Bild GB und im zweidimensionalen Bild ZB werden zum Vergleich nicht herangezogen. Auch hier ist das Raster grober gerastert dargestellt, als es in der Praxis eingesetzt wird. Im zweidimensionalen Bild ZB ist der Rasterpunkt ORPS, in dem die Spitze des dargestellten Dreiecks liegt, dunkel dargestellt. Auch im Bildsignal BS ist der entsprechende Rasterpunkt DRPS dunkel dargestellt. Diese Rasterpunkte sind ganz rechts, zusammen mit dem Dreieck, vergrößert dargestellt. Man erkennt, daß der vom jeweiligen Rasterpunkt ORPS und DRPS abgedeckte Bildinhalt identisch ist, also keine Veränderung und damit keine Verschlechterung der Bildqualität eintritt.
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5 zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren. Das anzuzeigende Bild AB wird von der Bildquelle 2 dem grafischen Bildverarbeiter 20 zugeführt und im Schritt S1 von diesem empfangen. Das darzustellende Bild AB weist symbolisch ein Dreieck auf, wie in den vorangegangenen Figuren. Mittels eines gestrichelten Pfeils ist ein dreidimensionales technisches Objekt TO angedeutet, das beispielhaft für das anzuzeigende Bild AB steht. Sowohl das anzuzeigende Bild AB als auch das technische Objekt TO sind eine dreidimensionale Grafik. Mittels der Bilddreheinheit 21 wird im Schritt S2 die empfangene dreidimensionale Grafik AB, TO entsprechend dem Winkel W=45° des Diamantrasters gedreht. Diese Drehung ist unterhalb der Bilddreheinheit 21, mit dieser durch einen gestrichelten Pfeil verbunden symbolisch dargestellt. Dabei deutet ein Pfeil P1 die Drehung des anzuzeigenden Bildes AB um W=45° an. Die gedrehte dreidimensionale Grafik, das gedrehte Bild GB, wird einem Vorverzerrer 23 zugeführt. Dort wird es im Schritt S3 vorverzerrt. Die vorverzerrt dreidimensionale Grafik wird als vorverzerrtes Bildsignal VVB dem 3D-auf-2D-Projektor 22 zugeführt. Das Vorverzerren ist oberhalb des Vorverzerrers 23, mit diesem mittels gestrichelten Pfeil verbunden, dargestellt. Man erkennt das verzerrte technische Objekt TOV. Im Schritt S4 erfolgt ein Projizieren der gedrehten dreidimensionalen Grafik, hier des vorverzerrten Bildsignals WB, im 3D-auf-2D-Projektor 22 auf eine zweidimensionale Grafik, das zweidimensionale Bild ZB. Die Projektion ist unterhalb des 3D-auf-2D-Projektors 22, durch einen gestrichelten Pfeil mit diesem verbunden, angedeutet. Man erkennt, daß das darzustellende Dreieck noch farblos ist. Man erkennt ebenfalls den Rasterpunkt ORPS an der Spitze des Dreiecks. Ein Einfärben erfolgt im Schritt S5. Dies ist unterhalb, mittels eines gestrichelten Pfeils verbunden, dargestellt. Man erkennt, daß das darzustellende Dreieck nun nicht mehr weiß dargestellt ist, sondern eine hier dunkel dargestellte Farbe aufweist. Man erkennt weiterhin den aus 4 bekannten Pfeil P2 und den Zickzackpfeil P3. Im Schritt S6 erfolgt ein Readressieren der vom vorhergehenden Schritt empfangenen zweidimensionalen Grafik auf ein Diamantraster DR. Dies erfolgt im Readressierer 24. Das Readressieren ist unterhalb des Readressierers 24, mit diesem mittels eines gestrichelten Pfeils verbunden, angedeutet. Dabei werden die Zeilen DZ entsprechend dem Pfeil P2 durchlaufen und von Zeile zu Zeile entsprechend dem Zickzackpfeil P3 gesprungen. Man erkennt, daß dies einer effektiven Rückdrehung, angedeutet durch den Pfeil P4, entspricht. Man erkennt auch hier den Rasterpunkt DRPS an der Spitze des Dreiecks, welcher identisch mit dem Rasterpunkt ORPS ist. Im Schritt S7 erfolgt ein Ansteuern des Bildgenerators 1 mit der readressierten zweidimensionalen Grafik, dem Bildsignal BS. Die Schritte S1 bis S5 erfolgen in einem ersten Durchlauf D1, der Schritt S6 in einem zweiten Durchlauf D2. Dies ermöglicht es, daß die Schritte S5 und S6 mittels derselben Instanz, hier dem Readressierer 24, durchgeführt werden. Beide Durchläufe D1 und D2 erfolgen im grafischen Bildverarbeiter 20.
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6 zeigt einen grafische Bildverarbeiter auf Basis einer Grafik-Pipeline. Ein Beispiel einer Grafik-Pipeline ist beispielsweise im Artikel „The Direct3D® System“ von David Blythe, erschienen 2006 bei ACM, beschrieben. Im Folgenden wird eine beispielhafte Anwendung der Erfindung auf ein solches System beschrieben. Neben DirectX gibt es beispielsweise auch noch OpenGL und Vulkan als 3D-Bibliotheken. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich für diese Systeme ebenfalls. Grundlegend sehen diese Systeme ähnlich aus wie DirectX, unterscheiden sich aber in einigen Details.
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Die Grafik-Pipeline weist einen Input-Sampler 70 auf, einen Vertex-Shader 71, einen Geometry-Shader 72, einen Rasterizer 73, einen Pixel-Shader 74 und einen Output-Merger 75, sowie einen Speicher 76. Der Speicher 76 weist mehrere Speicherbereiche 760-767 auf. Zwischen diesen und den Instanzen 70-75 findet ein durch Pfeile dargestellter gerichteter Datentransfer statt sowie ein durch Doppelpfeile dargestellter Datenaustausch in beide Richtungen. Abtaster 771-773, die auch als Sampler bezeichnet werden, und Festwerte 781-783, die auch als Constant bezeichnet werden, sind ebenfalls dargestellt.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß der Vertex-Shader 71 zum Drehen der empfangenen dreidimensionalen Grafik gemäß Schritt S2 verwendet wird. Er entspricht somit der Bilddreheinheit 21. Es ist weiterhin vorgesehen, daß der Geometry-Shader 72 zum Vorverzerren gemäß Schritt S3 verwendet wird. Er entspricht somit dem Vorverzerrer 23. Das Projizieren gemäß Schritt S4 erfolgt mittels des Rasterizers 73. Dieser entspricht somit dem 3D-auf-2D-Projektor 22. Der Pixel-Shader 74 wird im ersten Durchlauf D1 zum Einfärben gemäß Schritt S5 verwendet, und im zweiten Durchlauf D2 zum Readressieren gemäß Schritt S6. Der Pixel-Shader 74 entspricht somit dem Readressierer 24.
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Im ersten Durchlauf D1 erfolgt somit die Rotation der Geometrie im dreidimensionalen Raum um W=45° im Vertex-Shader 71. Die inverse Transformation der Geometrie der Windschutzscheibe 31, das Vorverzerren gemäß Schritt S3, erfolgt in Geometry-Shader 72 . Dies schließt ein Verzerren der Geometrie und gegebenenfalls das Erzeugen von Stützpunkten ein. Die Projektion vom dreidimensionalen auf den zweidimensionalen Raum erfolgt im Rasterizer 73. Der Pixel-Shader 74 übernimmt das Einfärben der Rasterpunkte, der Pixel. Dieser Schritt enthält keine spezifische Anpassung gemäß der Erfindung. Der zweite Durchlauf D2 wird benötigt, da die Daten des Rasterizers 73 aufgrund eines zwischen diesem und dem Pixel-Shader 74 nicht vorgesehenen Abtasters dem Pixel-Shader 74 nicht abgetastet zugeführt werden können. Effektiv wird also das Ausgangsbild des ersten Durchlaufs D1 im Speicher 767 abgelegt, der eigentlich für ein Render-Target vorgesehen ist. Von diesem wird es in den Speicher 765 transferiert, der eigentlich für eine Textur vorgesehen ist. Im zweiten Durchlauf D2 werden die im Speicher 765 abgelegten Bilddaten vom Abtasten 773 abgetastet und dem Pixel-Shader 74 erneut zugeführt, der die Readressierung gemäß Schritt 6 durchführt.
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Die Erfindung betrifft mit anderen Worten ein Head-Up-Display, auch HUD genannt, welches ein DMD-System verwendet. DMD Systeme verwenden mechanisch bedingt ein um 45° gedrehtes Pixelraster. Die so gedrehten Kippspiegel des DMD werden Diamond-Pixel genannt. Die Projektion von orthogonalen Grafiken auf dieses Diamantraster DR erfolgt über eine Filterung. Bei Head-Up-Display-Systemen erfolgt eine weitere Filterung zur Adaption der Krümmung der Windschutzscheibe 31, wodurch das Bild an Qualität verliert. Die bisher bekannten Konzepte der Chiphersteller von DMDs gelten als „best practice“. Jedoch wird hierbei die Verwendung eines Filters vorausgesetzt, wodurch der Nachteil entsteht, daß es zu einer „Reduzierung“ der Bildqualität kommt. Es erfolgt keine 1:1-Projektion zwischen dem Quellbild und dem Zielbild. Beispielsweise bei HUD-Projektionen erfolgt eine dreifache Filterung des Quellbildes, nämlich in der Grafikkarte, beim Konvertieren auf das Diamantraster und beim Kompensieren der Krümmung der Windschutzscheibe 31, wodurch die Qualität des Bildes verlorengeht. Somit erfolgt eine Reduktion der Auflösung im Zielbild. Es erfolgt weiterhin eine aufwendige Berechnung, da sogenannte Nachbarschafts-Pixel betrachtet werden müssen, im allgemeinen eine 3x3-Matrix. Dies bedeutet ein komplexes System mit großem Bauraum und vielen Komponenten, da eine dreifache Filterung des Quellbildes erfolgt, wodurch hohe Kosten für die einzelnen Komponenten anfallen. Es fallen auch hohe Fertigungskosten an. Nach einem heute bekannten Ansatz wird die Original-3D-Geometrie über die Grafikkarte gezeichnet. Der Output ist ein orthogonales Bild. Dieses Bild wird über einen Filter auf die Geometrie des DMD abgebildet. Für die Projektion auf eine Windschutzscheibe wird das Bild nochmals gefiltert/projiziert, um die Verzerrung der Windschutzscheibe zu berechnen. Ein Bildgenerator der ein DMD verwendet wird oft auch als DLP oder Digitaler-Licht-Projektor bezeichnet. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, bei einem Digitalen-Licht-Projektor das Bild in der Grafikkarte zu drehen und dann reindiziert auf den DLP auszugeben. Hierbei wird kein Filter benötigt, wie oben zum Stand der Technik beschrieben. Eine 1:1-Projektion von Bildern ohne Verlust der Auflösung ist gewährleistet. Die Kosten des Gesamtsystems werden erfindungsgemäß reduzieren, da die dreifach Filterung und somit die hierzu benötigten Komponenten entfallen. Erreicht wird ein System, welches wenig Bauraum einnimmt. Die Fertigungskosten werden reduziert. Durch Verwendung der Standardmechanismen der Grafikkarte wird eine verlustfreie Projektion für Pixel im Diamantraster erreicht, sowie ein Vorverzerren zum Ausgleich eines nachfolgend angeordneten verzerrenden Elements. Erfindungsgemäß erfolgt eine Drehung der virtuellen Kamera um 45° im Vertex Shader 71, eine Vorverzerrung der Geometrie anhand der Projektionsfläche im Geometry-Shader 72, und im zweiten Durchlauf D2 eine Umsortierung der Pixel um der Abtastung der Hardware zu entsprechen. Es erfolgt also eine Drehung der 3D-Geometrie-Vektoren im Vertex Shader 71. Eine Projektion der Grafikkarte paßt 1:1 auf das Raster der DMD Hardware. Die Umsortierung der Pixel erfolgt um dem finalen Abtastraster zu entsprechen. Der Geometrie-Shader 72 wird verwendet um die inverse Geometrie der Windschutzscheibe 31abzubilden. Dadurch wird eine Windschutzscheibenentzerrung erreicht. Vorteile der Erfindung sind eine Reduktion der benötigten Filterdurchläufe bei der Projektion, eine native Auflösung in DMD-basierten 3D-Systemen, eine Reduktion zusätzlicher Entzerrungshardware, niedrigere Produktionskosten, sowie ein geringer Bauraumbedarf des Systems. Die Erfindung eignet sich für auf DMD basierte Systeme, beispielsweise zum Einsatz in Head-Up-Displays für LKW oder PKW, aber auch in der Unterhaltungs- und Spieleindustrie, beispielsweise für Virtual-Reality-Brillen, Video-Projektoren oder ähnliches.
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Es versteht sich, daß die in den einzelnen Ausführungsbeispielen und in der Beschreibungseinleitung genannten Maßnahmen auch in anderen als den dargestellten Kombinationen sinnvoll verwendbar sind, und Weiterbildungen im Ermessen des Fachmanns stehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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