DE19747881A1

DE19747881A1 - Bildbearbeitungsvorrichtung

Info

Publication number: DE19747881A1
Application number: DE1997147881
Authority: DE
Inventors: Frank Prof Dr Baldeweg
Original assignee: Baldeweg Dr GmbH
Current assignee: Baldeweg Dr GmbH
Priority date: 1997-10-30
Filing date: 1997-10-30
Publication date: 1999-05-06

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bearbeiten und Verändern von drei dimensionalen Darstellungen, die einen Rechner zum Erzeugen von Bilddaten, einen Bildschirm zur dreidimensionalen Darstellung der Bilddaten in einem virtuellen Bild raum und eine Zeigeeinrichtung zur manuellen Beeinflussung der dreidimensionalen Darstellung aufweist.

Vorrichtungen zum Bearbeiten und Verändern von zweidimensionalen Darstellungen in Graphik- bzw. CAD-Systemen sind bekannt. Dabei werden bspw. mit einer sog. Maus, die auf der Schreibtischoberfläche mittels Rollen hin- und herbewegbar ist, Darstellungen auf einem Bildschirm eines Rechners bearbeitet. Die Bewegung der Maus gegenüber der Unterlage wird erfaßt und in Cursor-Bewegungen umgesetzt. Bei dreidimensionalen Darstellungen besteht wegen der eingeschränkten zwei dimensionalen Bewegungsmöglichkeit der Maus der Nachteil, daß Bildpunkte in einem virtuellen, dreidimensionalen Bild raum, bspw. in einer dahinterliegenden Bild schicht, nur kompliziert anzuwählen sind. Meist wird die dreidimensionale Darstellung in eine zweidimensionale Ansicht zerlegt, so daß eine bestimmte Bildschicht anwähl bar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Bearbeiten und Ver ändern von dreidimensionalen Darstellungen anzugeben, die eine einfache Auswahl und Bearbeitung von dreidimensionalen Bildobjekten zuläßt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Danach ist die Zeigeeinrichtung frei im Bildraum bewegbar und zur Übermittlung ihrer Position weist sie ein Übertragungsmittel auf, wobei der Rechner der Zeigeeinrich tung entsprechend ihrer Position einen Bildpunkt der dreidimensionalen Darstellung zuweist.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, daß ein Zerlegen der dreidimensionalen Darstel lung zur Auswahl und zum Bearbeiten einzelner Objekte nicht notwendig ist. Mittels der Zeigeeinrichtung läßt sich im virtuellen Bild raum ein Objekt auswählen. Dabei ist die Zeigeeinrichtung nicht auf einer zweidimensionalen Unterlage geführt, sondern durch den Bediener frei im Raum bewegbar. Die Position der Zeigeeinrichtung wird über ein Übertragungsmittel an den Rechner übermittelt. Die Bewegung im Raum erfolgt dabei bspw. durch die Hand des Bedieners vor dem Körper. Eine Verände rung der Lage der Zeigeeinrichtung im Raum führt dabei zur Verlagerung eines virtu ellen Cursors im virtuellen Bildraum. Das Verfahren ist vorteilhaft auf stereoskopische Verfahren unter Verwendung einer Sichtbrille anwendbar, wie bspw. die Anaglyphen- Technik, bei der zwei Perspektiven für je ein Auge in Rot- und Grün-Darstellung er zeugt werden, oder der Shutter-Technik, bei der die Perspektiven nacheinander dar gestellt werden und über die Sichtbrille augenrichtig zuschaltbar sind.

Besonders vorteilhaft läßt sich die Erfindung aber auf autostereoskopische drei dimensionale Darstellungen anwenden, bei denen keine zusätzliche Sichtbrille erfor derlich ist. Dabei werden die Perspektiven für beide Augen gleichzeitig dargestellt und optische Mittel erzeugen jeweils eine Perspektive für das entsprechende Auge. Dazu wird die Betrachterbewegung erfaßt und beide Perspektiven werden bspw. durch Prismen dem einzelnen Auge zugeführt. Über die Bewegung der Zeigeein richtung wird erfindungsgemäß ein Bildpunkt im dargestellten dreidimensionalen Ob jekt ausgewählt, bearbeitet und verändert. Der Rechner ermittelt ausgehend von der Bewegung der Zeigeeinrichtung die dazugehörenden Bildpunkte der dreidimensio nalen Darstellung.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist der Rechner der Zeigeein richtung genau den Bildpunkt zu, auf den die Zeigeeinrichtung im virtuellen Bildraum ausgerichtet ist. Besonders bei autostereoskopischer Darstellung kann die Zeigeein richtung im virtuellen Bildraum, d. h. innerhalb der dreidimensionalen Darstellung be wegbar sein. Auf diese Weise kann mit der Zeigeeinrichtung ein dreidimensionales Objekt ausgewählt werden. Die Position der Zeigeeinrichtung wird durch das Über tragungsmittel an den Rechner übermittelt, der den entsprechenden Bildpunkt der dreidimensionalen Darstellung berechnet und insbesondere über einen Cursor im dreidimensionalen Objekt anzeigt.

Erfindungsgemäß weist die Zeigeeinrichtung ein Übertragungsmittel auf. Bevorzugt erfolgt die Datenübertragung über eine Sende- und/oder Empfangseinheit kabellos. Dazu werden Positions- und Steuersignale über eine Funk- oder Infrarotübertra gungsstrecke von der Zeigeeinrichtung zur Empfangseinheit am Rechner übertragen.

Die Position im Raum kann jedoch auch über einen Metalldetektor, der einen Metall kopf der Zeigeeinrichtung erfaßt, feststellbar sein. Schließlich könnte das Übertra gungsmittel auch ein einfaches Anschlußkabel zwischen Zeigeeinrichtung und Rech ner sein.

Bevorzugt ist die Zeigeeinrichtung als Zeigestift, insbesondere mit einer im Raum ortbaren Spitze, ausgebildet. Der Zeigestift kann dabei die Größe und Form eines Kugelschreibers aufweisen, wobei der Zeigestift selbst als Antenne für die Sende- und/oder Empfangseinheit ausgebildet ist. Auf einfache Weise läßt sich die Zeigeein richtung in eine Position im virtuellen Bild raum führen, so daß ein dreidimensionales Objekt bearbeitet und verändert werden kann.

Die Zeigeeinrichtung kann zumindest ein Auswahlmittel, insbesondere einen Taster, zum Auswählen eines Bildpunktes und/oder zum Starten einer Bearbeitung aufwei sen. Über das Auswahlmittel kann der Start- bzw. Endpunkt einer Bewegung im vir tuellen Bildraum oder die Auswahl eines bestimmten dreidimensionalen Objektes festgelegt werden. Über das Auswahlmittel können aber auch aus einer virtuell in den dreidimensionalen Bildraum eingeblendeten Menüführung über Anzeigefenster be stimmte Bearbeitungsprozeduren auswählbar sein.

Bei einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist der Zeigeeinrichtung eine von un terschiedlichen Verarbeitungsprozeduren als virtueller Werkzeugkopf zuordenbar; um die dreidimensionale Darstellung zu bearbeiten. Als Verarbeitungsprozeduren sind bspw. Modellieren, wie Erhöhen oder Vertiefen von Konturen, Anbringen von Gravu ren oder Texturen, Segmentieren, Filtern, Schraffieren, Einfärben oder Zeichnen vor gesehen. Entweder wird über den Rechner eine der Verarbeitungsprozeduren der Zeigeeinrichtung vorab zugewiesen, oder die Verarbeitungsprozedur wird während der Bearbeitung aus virtuell im Raum dargestellten Menüfenstern ausgewählt. Nach der Positionierung der Zeigeeinrichtung wird die Verarbeitungsprozedur, bspw. über einen Taster gestartet. Dabei kann der Taster durch anhaltende Betätigung zur Er zeugung von Linien oder zum Modellieren einsetzbar sein.

Die Veränderung der dreidimensionalen Darstellung durch die mit der Zeigeeinrich tung verknüpfte Verarbeitungsprozedur ist im Rechner berechenbar und, insbesondere in Echtzeit, auf dem Bildschirm darstellbar. Die Veränderungen durch die Zeigeeinrichtung werden dabei sofort angezeigt, so daß der Bediener eine Rück meldung über die Bearbeitung der dreidimensionalen Darstellungen hat. Schließlich können die Veränderungen der dreidimensionalen Darstellungen auf dem Rechner abspeicherbar sein.

Die Zuweisung der Verarbeitungsprozedur an die Zeigeeinrichtung erfolgt bevorzugt über Tastatur oder über eine in die dreidimensionale Darstellung eingeblendete Menüführung z. B. über Pull-down-Menüs einer Bedieneroberfläche.

Im virtuellen Bildraum ist auf Anforderung ein Symbol einblendbar, das der Position der Zeigeeinrichtung entspricht. D.h. das Symbol ist auf dem der Zeigeeinrichtung zugeordneten Bildpunkt anzeigbar. Das Symbol ist bevorzugt ein blinkender Cursor, eine Hand oder ein Werkzeug. Bei medizinischer Anwendung ist bspw. ein Skalpell anzeigbar.

Die Positionierung der Zeigeeinrichtung ist bevorzugt durch einen virtuellen Maßstab im dreidimensionalen Bild raum oder andere Meßfunktionen unterstützbar. Dabei kann es sich um einen metrischen oder logarithmischen Maßstab handeln, der im dreidimensionalen Bild raum darstellbar ist. Zusätzlich können auch Ikonen oder Mar kierungselemente an der Darstellung durch die Zeigeeinrichtung anbringbar sein. Sowohl die Meßfunktionen als auch die Bearbeitungsprozeduren können in einer Bi bliothek des Rechners abgelegt sein.

Die dreidimensionale Darstellung auf dem Bildschirm erfolgt bevorzugt auto stereoskopisch. Dazu ist ein 3D-Bildschirm erforderlich, der je eine Perspektive für ein Auge erzeugt und diese durch optische Mittel für eines der beiden Augen speziell überarbeitet. Dabei entsteht eine dreidimensionale Darstellung, die vor dem Bild schirm im Bild raum zu schweben scheint.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Un teransprüchen und der Beschreibung. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend beschrieben.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen Rechner, einen autostereoskopischen Bildschirm und eine 3D-Zeigeeinrichtung auf. Die Spitze der Zeigeeinrichtung enthält einen Infrarotsender, wodurch die Koordinaten der Spitze im Bild raum feststellbar sind und vom Rechner berechenbar sind. Über eine Tastatur des Rechners werden der Zeigeeinrichtung Verarbeitungsprozeduren zugeordnet, die als virtueller Werk zeugkopf auf der Spitze der Zeigeeinrichtung wirken. Dabei können auch bestimmte Parameter wie Größe, Art und Stärke der Veränderungen einstellbar sein. Die Verar beitung wirkt sich, vom Rechner beeinflußt, auch in der autostereoskopisch präsen tierten Darstellungen aus. Der Rechner verfügt dazu über eine schnelle Vektorgraphik, die die Veränderungen durch die Zeigeeinrichtung in der dreidimen sionalen Darstellung anzeigt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann für Gestaltungsaufgaben in der medizini schen Diagnostik und Therapie sowie bei technischen Anwendungen, bspw. CAD sowie im künstlerischen und handwerklichen 3D-Design eingesetzt werden. Die Zei geeinrichtung ist insbesondere für interaktive Aufgaben bspw. beim Hervorheben oder Korrigieren von Darstellungen auf dem Rechner ablaufender Programme ein setzbar. Dabei erfolgt die Bearbeitung in der autostereoskopischen Darstellung, was eine Veränderung der auf dem Rechner gespeicherten Bilddaten zur Folge hat.

Claims

1. Vorrichtung zum Bearbeiten und Verändern von dreidimensionalen Darstellun gen, die einen Rechner zum Erzeugen von Bilddaten, einen Bildschirm zur drei dimensionalen Darstellung der Bilddaten in einem virtuellen Bildraum und eine Zei geeinrichtung zur manuellen Beeinflussung der dreidimensionalen Darstellung auf weist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeigeeinrichtung frei im Bildraum bewegbar ist und zur Übermittlung ihrer Position ein Übertragungsmittel aufweist, wobei der Rechner der Zeigeeinrichtung entsprechend ihrer Position einen Bildpunkt der dreidimensionalen Darstellung zuweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner der Zeigeeinrichtung genau den Bildpunkt zuweist, auf dem die Zeigeeinrichtung im vir tuellen Bildraum ausgerichtet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Über tragungsmittel eine Sende- und/oder Empfangseinheit zur kabellosen Datenübertra gung, bspw. mittels Funk- oder Infrarotsignalen, aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Zeigeeinrichtung als Zeigestift, insbesondere mit einer im Raum ortbaren Spitze, ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Zeigeeinrichtung zumindest ein Auswahlmittel, insbesondere einen Taster, zum Auswählen eines Bildpunktes und/oder zum Starten einer Bearbeitung aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß der Zeigeeinrichtung eine von unterschiedlichen Verarbeitungsprozeduren als virtueller Werkzeugkopf zuordenbar ist, um die drei dimensionale Darstellung zu bearbeiten.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Verarbeitungsprozeduren, bspw. Modellieren, wie Erhöhen oder Vertiefen von Konturen, Anbringen von Gravuren oder Texturen, Segmentieren, Fil tern, Schraffieren, Einfärben oder Zeichnen umfassen.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Veränderung der dreidimensionalen Darstellung durch die mit der Zeigeeinrichtung verknüpfte Verarbeitungsprozedur im Rechner berechenbar und, insbesondere in Echtzeit, auf dem Bildschirm darstellbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner der Zeigeeinrichtung auf Anforderung, insbesondere über eine Tastatur des Rechners, eine Verarbeitungsprozedur zuweist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß entsprechend der Position der Zeigeeinrichtung ein Symbol im virtuellen Bild raum anzeigbar ist, wobei das Symbol insbesondere ein blinkender Cursor, eine Hand oder ein Werkzeug, bspw. ein Skalpell, ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Symbol auf Anforderung im virtuellen Bildraum darstellbar ist.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Meßfunktionen, die Symbole oder die Verarbeitungsprozeduren in einer Bibliothek des Rechners abgelegt sind.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Positionierung der Zeigeeinrichtung durch einen virtuellen Maßstab im dreidimensionalen Bildraum oder andere Meßfunktionen unterstützbar ist.

14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die dreidimensionale Darstellung auf dem Bildschirm autostereosko pisch ist.