Im normalen menschlichen Leben sind Wahrnehmungen
des Gleichgewichtsorgans und visuelle Eindrücke im normalen Tagesablauf
ständig auf
eine bestimmte Weise korreliert. Eine im Gleichgewichtsorgan wahrgenommene
Körper-
Kopf- oder Augenbewegung ruft einen dazu passenden optischen Sinneseindruck
hervor. Man spricht diesbezüglich
von einer Kopplung zwischen der sogenannten Efferenz und der Reafferenz.
Diese Kopplung, die der Mensch im täglichen Leben gewöhnt ist
und erwartet, kann bei einer Darbietung eines kopffixen Bildes,
d.h. eines Bildes, das unabhängig
von Kopf- oder Körperbewegungen
ist, gestört
sein. Dies ist z.B. der Fall bei bekannten Head-Mounted-Displays (auch als
HMD bezeichnet), die am Kopf eines Betrachters getragen werden und
es ermöglichen,
ein virtuelles Bild anzuzeigen, das hinsichtlich seines Informationsgehaltes
völlig
von Kopf- oder Körperbewegungen
des Betrachters unabhängig
gestaltet werden kann.
Eine fehlende oder fehlerhafte Kopplung wird
individuell unterschiedlich empfunden, von leichtem Schwindelgefühl bis zu
ernsthafter Übelkeit.
Sie ist beispielsweise auch für
die bei manchen Menschen auftretende Übelkeit bei Fahrten in Autos
oder in Flugzeugen verantwortlich, da dann das optische Bild, beispielsweise
das Innere einer Flugzeugkabine, nicht zur wahrgenommenen Gleichgewichtsempfindung
paßt.
Eine solche Übelkeit
tritt auch dann auf, wenn ein virtuelles Bild, z.B. zum Erzeugen
sogenannter virtueller Realität,
erzeugt wird oder mittels einer HMD Bilder, z.B. eines Filmes, betrachtet
werden. Im Sinne dieser Beschreibung wird deshalb unter virtuellem
Bild ein Bild verstanden, das einem Betrachter dargeboten wird,
und das sich von der Ansicht des realen Raumes, in dem sich der
Betrachter befindet, unterscheidet.
Die im Stand der Technik bekannten
Konzepte zur Anzeige eines virtuellen Bildes nehmen diese Problematik
bislang in Kauf.
Zur Abhilfe wäre es zwar möglich, das
virtuelle Bild dem realen Bild zu überlagern. Damit könnte eine
gewisse Besserung erreicht werden, jedoch stünde dann zu befürchten,
daß je
nach Rahmenbedingungen entweder das virtuelle Bild nicht mehr wunschgemäß wahrgenommen
werden kann (bei einer schwachen Überlagerung des virtuellen
Bildes) oder das Problem der fehlerhaften Kopplung weiter besteht
(bei starker Überlagerung).
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe
zugrunde, das Problem des Unwohlseins bei der Anzeige eines virtuellen
Bildes zu beheben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem
Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Anzeige des virtuellen
Bildes wiederholt für
eine Zeitdauer unterbrochen wird und dabei dem Betrachter ein Referenzbild
dargeboten wird, das bezüglich
des realen Raumes ortsfest ist, wobei die Zeitdauer so bemessen
ist, daß das
Referenzbild vom Betrachter nicht bewußt wahrgenommen wird.
Die Aufgabe wird bei einer Vorrichtung
der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Steuereinrichtung die
Anzeige des virtuellen Bildes in der Anzeigeeinheit wiederholt für eine Zeitdauer
unterbricht und dem Betrachter ein Referenzbild darbietet, das bezüglich des
realen Raumes ortsfest ist, wobei die Zeitdauer so bemessen ist,
daß das
Referenzbild vom Betrachter nicht bewußt wahrnehmbar ist.
Endungsgemäß wird dem Benutzer also innerhalb
eines kurzen Zeitfensters regelmäßig ein
Bild dargeboten, das gegenüber
dem Raum, in dem sich der Benutzer befindet fest ist. Unter ortsfest
wird dabei verstanden, daß der
Betrachter ein Bild wahrnimmt, das bezüglich dem realen Raum, in dem
er sich befindet, fest ist. Das Referenzbild verhält sich bei
Bewegungen des Betrachters so, wie es eine Sicht auf den realen
Raum ebenfalls täte.
Dreht beispielsweise der Betrachter seinen Kopf nach links, wandert
das Referenzbild für
den Betrachter gesehen nach rechts aus. Analoges gilt für andere
Bewegungen.
Das Zeitfenster, in dem dieses Bild
dargeboten wird, ist so kurz, daß eine bewußte Wahrnehmung des Referenzbildes
nicht stattfindet. Durch die unterbewußte Wahrnehmung ist jedoch
die menschliche Sinnesempfindung in der Lage, die notwendige Kopplung
zwischen Efferenz und Reafferenz herzustellen, so daß die bei
Verlust dieser Kopplung auftretende Übelkeit drastisch reduziert
ist bzw. gänzlich verschwindet.
Wesentlich für das Referenzbild ist lediglich, daß es bezüglich des
realen Raumes ortsfest ist. Eine besonders gute Herstellung der
Kopplung zwischen Efferenz und Reafferenz ergibt sich dabei dann,
wenn das Referenzbild hinsichtlich Fokuslage und Intensität im virtuellen
Bild, das durch die Darbietung des Referenzbildes unterbrochen wird,
möglichst
nahe kommt, idealer weise sogar übereinstimmt.
Es ist deshalb zu bevorzugen, daß das Referenzbild
von der Intensität
des virtuellen Bildes um weniger als 30% abweicht. Die Intensität kann über eine
Mittelung über
das gesamte Bild berechnet werden. Alternativ kann eine Intensitätsbestimmung
im Bereich des Fokus des Betrachters erfolgen, wobei vorteilhafterweise
eine geeignete Mittelungsfunktion verwendet wird, die die Intensität von Bildanteilen
im und nahe des Fokus stärker
gewichtet, als die Intensität
von Bildanteilen, die außerhalb
des Fokus liegen.
Für
eine gute Kopplung ist es weiter bevorzugt, daß das Referenzbild die gleiche
Fokuslage wie das virtuelle Bild aufweist.
Das Referenzbild kann ein regelmäßiges Muster,
beispielsweise ein Gitter aufweisen, das den entsprechenden Bezug
zum realen Raum herstellt. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn
die erfindungsgemäße Vorrichtung
eine Bewegungsdetektoreinheit aufweist, die eine Bewegung des Kopfes
des Betrachters detektiert, so daß mittels dieser Einheit das Referenzbild
ortsfest zum realen Raum gestaltet werden kann. Alternativ ist es
möglich,
das Referenzbild aus einer Ansicht des realen Raumes zu generieren, beispielsweise
durch geeignete Bildbearbeitungstechniken eines Bildes, das mittels
einer am Kopf des Betrachters befestigten Kamera gewonnen wurde.
Eine solche Bewegungsdetektionsvorrichtung
ist ein mögliches
Mittel, die relative Lage zwischen Kopf des Betrachters, der die
Vorrichtung zur Anzeige trägt,
und dem realen Raum auszuwerten. Alternativ kann dies auch durch
eine Kamera geschehen, die ein Bild des realen Raumes aus der Blickrichtung
des Betrachters heraus aufnimmt.
Alternativ zu einem künstlich
erzeugten Bild, kann das Referenzbild auch eine Ansicht des realen Raumes
aufweisen. Eine solche Ansicht ist besonders einfach zu erzeugen,
wenn die Anzeigeeinheit in einen Transparentmodus umschaltbar ist,
in dem der reale Raum wahrnehmbar ist, da dann die Steuereinrichtung
das Referenzbild durch Umschalten der Anzeigeeinheit in den transparenten
Modus darbietet. Diese Ausgestaltung des endungsgemäßen Verfahrens
bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist besonders einfach zu realisieren, da lediglich ein Umschalten
der Vorrichtung zur Anzeige des Bildes vorgenommen werden muß; die relative
Lage zwischen Kopf des Betrachters und realem Raum muß dann in keiner
Weise ausgewertet werden.
Die Zeitdauer, wie die Anzeige des
virtuellen Bildes unterbrochen wird, kann innerhalb der Anforderung,
daß das
Referenzbild nicht bewußt
wahrgenommen werden sollte, frei gewählt werden. Besonders bevorzugt
ist eine Zeitdauer unter 50 ms, da mit solchen Werten einerseits
die erforderliche, nur unterbewußte Rezeption des Referenzbildes
sichergestellt und andererseits auch eine gute Kopplung zwischen
Efferenz und Reafferenz sichergestellt ist.
Ein weiterer Parameter, der sich
auf die Güte der
Kopplung auswirkt, ist die Häufigkeit,
mit der die Darbietung des Referenzbildes vorgenommen wird. Hier
hat sich herausgestellt, daß,
wenn die Unterbrechung mindestens einmal pro Sekunde vorgenommen
wird, eine gute Kopplung erreicht, wird.
Die Erfindung wird nachfolgend unter
Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber noch näher erläutert. In
den Zeichnungen zeigt:
1 eine
perspektivische Darstellung einer als Brille ausgebildeten HMD mit
Steuergerät,
2 ein
Blockschaltbild eines Verfahrens zur Anzeige eines virtuellen Bildes
in der HMD der 1 und
3 ein
Referenzbild, das im Verlauf des Verfahrens der 2 angezeigt wird.
In 1 ist
eine HMD 1 systematisch dargestellt. Sie ist über ein
Datenkabel 2 mit einer Steuereinheit 3 verbunden,
die in Form eines herkömmlichen
PC 4 mit Tastatur 5 aufgebaut ist. Die HMD 1 weist
ein Gestell 6 in Form einer Brille auf, die vor die Augen
des Trägers
zwei Anzeigemodule 7 setzt, die jeweils eine LCD-Einheit 8 umfassen.
Das Gestell 6 kann von einem Betrachter über eine
herkömmliche Brille
mit Hilfe von Bügeln 9 getragen
werden.
An einem der Bügel 9 ist ein Lagedetektor 10 befestigt,
der einen dreiachsigen Beschleunigungsaufnehmer aufweist und über das
Datenkabel 2 entsprechende Signale an die Steuereinheit 3 leitet,
die daraus Bewegungen der HMD 1 und damit des Kopfes eines
Betrachters in absoluten Koordinaten, d.h. bezogen auf den realen
Raum in dem sich der Betrachter aufhält, liefert.
Über
die LCD-Einheiten 8 wird (auf dem Fachmann bekannte Weise)
einem Betrachter ein virtuelles Bild angezeigt, beispielsweise ein
Kinofilm oder die Anzeige eines Computerprogrammes, so daß dieser
in Art der sogenannten virtuellen Realität eine Szene wahrnimmt. Bei
der Anzeige der virtuellen Bilder in den Anzeigemodulen 7 führt die
Steuereinheit 3 das in 2 ausgeführte Verfahren
fortwährend
aus.
In einem Schritt S1 wird zuerst ein
Zählerstand
n auf Null gestellt. Anschließend
wird in einem Schritt S2 ein virtuelles Bild VIRT dem Betrachter dargeboten.
Nach der Anzeige eines Bildes wird in einem Schritt S3 der Zähler um
Eins erhöht.
Anschließend
wird in einem Schritt S4 abgefragt, ob der Zählerstand 23 überschritten
hat, d.h., ob 24 virtuelle Bilder dargestellt wurden. Ist dies nicht
der Fall (N-Verzweigung), wird vor Schritt S2 zurückgesprungen. Andernfalls
(J-Verzweigung) wird mit Schritt S5 fortgefahren, in dem ein Referenzbild
REF angezeigt wird. Nach Schritt S5 wird vor Schritt 1 zurückgesprungen.
Durch den in 2 schematisch dargestellten Ablauf wird
nach 24 Darstellungen eines virtuellen Bildes einmal ein Referenzbild
angezeigt. Bei einer Bildwiederholfrequenz von 100 Hz wird damit
alle 25 Bilder, d.h. vier mal pro Sekunde, ein Referenzbild angezeigt.
Somit werden lediglich 4% der Darstellungszeit
zur Darbietung eines Referenzbildes verwendet. Bei der Bildwiederholfrequenz
von 100 Hz führt
dies zu einem 10 ms lang dargebotenen Referenzbild. Variiert man
die Bildwiederholfrequenz, z.B. auf 75 oder 50 Hz, so werden drei
oder zwei Referenzbilder pro Sekunde angezeigt. Natürlich ist
es auch möglich, den
in Schritt S4 abgefragten Schwellwert für den Zählerwert anders zu wählen, oder
Schritt S5 ein- oder mehrmals zu wiederholen bevor mit Schritt S1 fortgefahren
wird.
Das Referenzbild kann in einer Ausgestaltung
der HMD 1 die Ansicht des realen Raumes sein, wenn die
LCD-Einheiten 8 in einen Transparentmodus geschaltet werden
können,
d.h. für
den Betrachter durchsichtig gemacht werden können. Dann schaltet die Steuereinheit 3 in
Schritt S5 die LCD-Einheiten 8 in den Transparentmodus
und danach wieder zurück.
Alternativ kann ein Referenzbild
in den LCD-Einheiten 8 dargestellt werden, das eine Gitterstruktur 11 aufweist,
wie sie exemplarisch in 3 dargestellt
ist. Diese Gitterstruktur 11 wird von der Steuereinheit 3 vermöge des Lagedetektors 10 so gestaltet,
daß sie
bezüglich
des realen Raumes, in dem sich der Betrachter befindet, ortsfest
ist. Dreht also der Betrachter seinen Kopf, wandert die Gitterstruktur 11 so,
wie es das Bild täte,
daß der
Betrachter bei Blick auf den realen Raum wahrnähme.