DE19953595A1

DE19953595A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Verarbeitung dreidimensionaler Bilder

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Publication number: DE19953595A1
Application number: DE19953595A
Authority: DE
Inventors: Hung-Chong Hung; Yu-Hsiang Hung
Original assignee: Asustek Computer Inc
Current assignee: Asustek Computer Inc
Priority date: 1999-03-19
Filing date: 1999-11-08
Publication date: 2000-09-28
Anticipated expiration: 2019-11-09
Also published as: DE19953595B4; JP2000267649A; JP3230745B2; TW421969B; US6515663B1

Abstract

Die sowohl ein Verfahren als auch eine Vorrichtung betreffende Erfindung zur Verarbeitung dreidimensionaler Bilder vermeidet die Wiederholung von Matrix-Berechnungen und ermöglicht eine effektive Bereitstellung der Speicheradressen für die einzelnen Bildpunkte. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung eignen sich damit in besonderer Weise für die Erzeugung von dreidimensionalen Bildern in Echtzeit. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Variation im Speicheraufbau, derart, daß Abtastzeilen (611) erster 3-D-Bilder und Abtastzeilen (621) zweiter 3-D-Bilder verschachtelt hinterlegt werden können. Es ist damit möglich, erste und zweite 3-D-Bildgruppen auf einem Anzeigebildschirm in einer verschachtelten Weise mit herkömmlichen Abtastschaltungen und Adreßübersetzungsschaltungen anzuzeigen. Auf diese Weise kann das linke und das rechte Auge jeweils die erste bzw. zweite 3-D-Bildgruppe getrennt betrachten.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 bzw. 5.

In diesem Zusammenhang bezieht sich die Erfindung auch auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung von Flüssigkristall(LCD)-Shutter-Brillen und insbesondere auf eine Vorrichtung und ein Verfahren, um ein rechtes und ein linkes LCD-Shutter einer LCD-Shutter-Brille wechselweise lichtdurchlässig zu schalten. Ein Betrachter, der eine solche LCD-Shutter-Brille trägt, die durch eine solche Vorrichtung gesteuert wird, kann bei Betrachtung eines ebenen Bildes einen dreidimensionalen Effekt feststellen.

Mit dem Beginn des Multimedia-Zeitalters und den Technologiefortschritten sind dreidimensionale Bilddarstellungssysteme zu einer wesentlichen Funktion von Videospielsoftware geworden, insbesondere, wenn eine dreidimensionale Anwendersoftware auf einem PC zusammen mit LCD-Shutter-Brillen oder am Kopf getragenen Anzeigeeinheiten zusammenwirken. Mit einem solchen Aufbau können Benutzer eine virtuelle Realität erfahren. Wenn man beispielsweise eine LCD-Shutter-Brille dazu benutzt, wird die Zweiaugen-Disparität gewöhnlich dazu benutzt, um eine Tiefenwahrnehmung und Dreidimensionalität zu schaffen derart, daß ein Betrachter, der diese LCD-Shutter-Brille trägt, bei Betrachtung eines ebenen Bildes den dreidimensionalen Effekt feststellt.

Die durch die zweiäugige Betrachtung bedingte Disparität bzw. Ungleichheit der beiden Bilder beruht darauf, daß sich bei Betrachtung eines Objekts eine leichte Unstimmigkeit ergibt zwischen den Bildern, die auf die linke und die rechte Netzhaut abgebildet werden, bedingt durch die verschiedenen Sichtwinkel für das linke und das rechte Auge. Nachdem die Sehnerven die leicht unterschiedlichen Bilder verarbeitet haben, kann der Betrachter einen dreidimensionalen Effekt erfahren. Einfacher ausgedrückt, wenn eine spezielle Methode angewendet wird, um ein erstes und zweites Abbild einer zweidimensionalen Bildvorlage zu erstellen, und wenn zwischen dem ersten und zweiten Abbild eine feste Abweichung besteht und das linke und rechte Auge jeweils nur das linke oder das rechte Abbild sehen kann, dann kann aufgrund der Zweiaugen-Disparität ein dreidimensionaler Effekt erreicht werden. Die Funktion der LCD-Shutter-Brille ergibt sich wie folgt: Wenn ein für das linke Auge bestimmtes Bild auf dem Bildschirm dargestellt wird, dann läßt die linke Linse der LCD-Shutter-Brille durch, während die rechte Linse Licht sperrt ist, und umgekehrt. Durch die abwechselnde Lichtsperre bzw. Lichtdurchlässigkeit der beiden Linsen kann der Betrachter einen dreidimensionalen Effekt feststellen.

Untersuchungen haben ergeben, daß bekannte 3D-Bildsysteme (z. B. D3D, O-penGL) vielfach das folgende Prinzip anwenden (siehe Fig. 1):
Man stelle sich ein Objekt 11 vor, das in einem virtuellen Raum angeordnet ist und dessen Umriß durch die Verbindung eines ersten Scheitelpunktes 111, eines zweiten Scheitelpunktes 112, eines dritten Scheitelpunktes 113, eines vierten Scheitelpunktes 114 usw. nachgezeichnet wird. Einfach ausgedrückt, kann jedes Objekt durch die Vektoren bestimmter Scheitelpunkte nachgezeichnet werden. Wenn ein Objekt 11 auf einem Bildschirm 13 dargestellt werden soll, kann unter Mitwirkung eines ersten Sehpunktes 12 (z. B. das linke Auge einer Person), der den ersten Scheitelpunkt 111 auf dem Bildschirm 13 des Computers projiziert, ein erster Anzeigepunkt 141 gebildet werden. Dieses Verfahren kann für den zweiten Scheitelpunkt 112, den dritten Scheitelpunkt 113 und den vierten Scheitelpunkt 114 wiederholt werden, indem auf dem Bildschirm 13 ein zweiter Anzeigepunkt 142, ein dritter Anzeigepunkt 143 und ein vierter Anzeigepunkt 144 dargestellt wird. Mit einem handelsüblichen 3D-Wiedergabegerät werden dann der erste, zweite, dritte und vierte Anzeigepunkt 141, 142, 143 und 144 miteinander verbunden. Auf diese Weise wird ein erstes 3D-Bild 14 auf dem Computerbildschirm dargestellt. Ein derartiges 3D-Bild kann jedoch keine Tiefenwahrnehmung erzeugen, wie dies mit der sogenannten Zweiaugen-Disparität möglich ist und deshalb ist diese Einrichtung auch nicht geeignet, einen dreidimensionalen Effekt, wie ihn in der realen Welt erlebt, zu erzeugen. Deshalb bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die Darstellung von "3D-Bildern" linearer Perspektive durch einen einzigen Sehpunkt und nicht auf wirkliche "dreidimensionale Bilder".

Die Lösung besteht nun darin, den ersten Scheitelpunkt 111 mit einem zweiten Sehpunkt 15 (z. B. dem rechten Auge der Person) in Verbindung zu bringen und daraus einen fünften Anzeigepunkt 116 zu bilden. Wenn man dies mit dem zweiten Scheitelpunkt 112, dem dritten Scheitelpunkt 113 und dem vierten Scheitelpunkt 114 wiederholt, so läßt sich auf dem Bildschirm 13 ein sechster, siebter und achter Anzeigepunkt 162, 163 und 164 darstellen. Nach Verarbeitung durch eine 3D-Wiedergabeeinrichtung wird ein zweites 3D-Bild 16 auf dem Computerbildschirm 13 dargestellt. Auf diese Weise ergibt sich eine gewisse Diskrepanz zwischen dem ersten 3D-Bild 14 und dem zweiten 3D-Bild 16, wobei das linke Auge des Betrachters nur das erste 3D-Bild 14 und das rechte Auge des Betrachters nur das zweite 3D-Bild 16 sieht. Als Ergebnis der Zweiaugen-Disparität ergibt sich für den Betrachter das Erlebnis eines dreidimensionalen Effektes.

Das soeben beschriebene Verfahren zur Erzeugung einer Zweiaugen-Disparität ist jedoch in seiner Wirkung begrenzt. Wenn man den ersten Scheitelpunkt 111 auf den Computerbildschirm projiziert, um den ersten Anzeigepunkt 141 zu erzeugen, ist es notwendig, dies mit einer Matrix-Berechnung zu synchronisieren. Um die räumlichen Koordinaten für den ersten Scheitelpunkt 111 in die Computerkoordinaten für den ersten Anzeigepunkt 141 zu konvertieren bzw. umzusetzen, bedarf es eines gewissen Zeitaufwandes. Wegen der Zweiaugen-Disparität ist eine nochmalige Matrix-Berechnung notwendig, um die räumlichen Koordinaten des ersten Scheitelpunktes 111 in den fünften Anzeigepunkt 161 zu konvertieren. Es ist offensichtlich, daß die beschriebene Methode viele Wiederholungen dieser Matrix-Berechnung erfordert, bevor andere Verfahrensschritte angewendet werden können. Darüber hinaus ist diese Matrix-Berechnung sehr zeitaufwendig und behindert deshalb den folgenden Bildverarbeitungsprozeß. Deshalb wird dieses Verfahren mit wiederholten Matrix-Berechnungen vor allem für stehende dreidimensionale Bilder verwendet und liefert wegen der umfangreichen Verarbei tungszeit keine idealen Ergebnisse, wenn es für die Echtzeitdarstellung von dreidimensionalen Bildern angewendet werden soll.

Wie vorstehend erwähnt, ergibt sich für ein dreidimensionales (3D-)Bild, das durch ein herkömmliches 3D-Wiedergabegerät erzeugt wird, nur ein zweidimensionales Bild. Das 3D-Wiedergabegerät speichert den Bildinhalt in einem Rahmen- Pufferspeicher, und benutzt die Abtastschaltung für den Zugriff der Information im Rahmen-Pufferspeicher und benutzt darüber hinaus das Verfahren der verschachtelten Abtastung, um die 3D-Bildinformation auf dem Bildschirm darzustellen - siehe hierzu Fig. 2(a). Fig. 2a zeigt in einem Blockschaltbild den Zusammenhang zwischen einem herkömmlichen 3D-Wiedergabegerät 21, einer Abtasteinheit 22, einer Adreßübersetzungsschaltung 23 und einem Rahmen- Pufferspeicher 24. Die Speicheradresse eines Computers ist im wesentlichen ein eindimensionaler Zeilenvektor und die Information eines 3D-Bildes in einem Rahmen-Pufferspeicher besteht aus vielen Pixeln bzw. Bildpunkten. Wenn z. B. die obere linke Ecke auf dem Bildschirm 25 ein Originalpunkt 26 ist, dann ist die reale Speicheradresse für irgendein Pixel P mit den Koordinaten (x, y) (siehe Fig. 2(b))

Reale Adresse von Pixel P = P₀ + y.pitch + x

Hierbei ist P₀ die reale Speicheradresse des Originalpunkts 26 in der linken oberen Ecke des Bildschirms 25 und "pitch" ist die Breite jeder Abtastzeile im Rahmen- Pufferspeicher 24 (siehe hierzu Fig. 2(a)). Damit das 3D-Wiedergabegerät ein 3D-Bild skizziert (dieses Bild ist noch ein zweidimensionales Bild), bedient es sich der sogenannten Adreßübersetzungsschaltung 23, um jeden Pixel in dem 3D-Rahmen-Pufferspeicher zu konvertieren, bevor sie in der Lage sind, Information in der realen Speicheradresse zu hinterlegen. Wenn die Abtasteinheit 22 jede Pixel-Information im Rahmen-Pufferspeicher in einer verschachtelten Art und Weise auf dem Bildschirm 25 darstellen will, dann benötigt auch die Abtastschaltung 22 die Adreßübersetzungsschaltung 23, um die reale Adresse des Pixels zu erhalten und um die unter der realen Adresse hinterlegte Information an den Bildschirm 25 zu übertragen. Üblicherweise wird bei einer Anzeigeeinheit eines stereoskopischen Systems unterschieden zwischen einer nicht überlappenden und einer überlappenen Abtastung. Die Anwendung einer nicht überlappenden Abtastung für eine dreidimensionale Darstellung ist komplizierter im Aufbau, weil für das linke und rechte Auge jeweils ein Anzeigebildschirm vorgesehen sein muß. Wegen der gegenseitigen Anpassung der nicht verschachtelten Verarbeitungssysteme und der fertiggestellten dreidimensionalen Bilder wird davon selten Gebrauch gemacht, weil die fertiggestellten dreidimensionalen Bilder üblicherweise für überlappte Verarbeitungssysteme entworfen sind. Deshalb benutzen stereoskopische Anzeigevorrichtungen üblicherweise eine überlappte Aufzeichnung, bei der zwei unterschiedliche Bilder (das erste 3D-Bild 31 und das zweite 3D-Bild 32) unter getrennten Speicheradressen angeordnet sind. Es sei hierzu auf Fig. 3 verwiesen, die die Speicheranordnung von zwei 3D-Bildern zeigt, die nach der üblichen Methode mit Hilfe eines 3D-Wiedergabegerätes erzeugt worden sind. Die Anordnung von zwei getrennten Rahmen-Pufferspeichern in einem Speicher verursacht jedoch Probleme für eine übliche Aufzeichnungsanordnung 22. Um auf dem Bildschirm das vorerwähnte 3D-Bild 31 und zweite 3D-Bild 32 in einer überlappenden Weise darstellen zu können, wird eine andere Art von Adreßüber setzungsschaltung, und nicht die übliche Adreßübersetzungsschaltung 23, benötigt.

Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verarbeitung dreidimensionaler Bilder bereitzustellen, wirkungsvoll 3D-Bilder wiederzugeben und einen wirklichen dreidimensionalen Effekt zu erzeugen. Erfindungsgemäß wird dies mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 5 erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Verarbeitung dreidimensionaler Bilder vermeidet die Wiederholung von Matrix-Berechnungen und ist besonders effektiv bei der Bestimmung der Adresse im Bild-Rahmenspeicher. Deshalb ist dieses Verfahren besonders geeignet für die dreidimensionale Echtzeit-Darstellung von Bildern. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Vorrichtung zur Verarbeitung dreidimensionaler Bilder gemäß der Erfindung keine geänderte Adreßübersetzungs schaltung 23 benötigt, sondern lediglich eine zusätzliche und einfache elektrische Schaltung. Dies wiederum führt zu einer Verringerung der Herstellungs kosten.

Um im Vorliegenden das erfindungsgemäße Verfahren, den Aufbau und die Merkmale darzustellen, werden die Vorteile der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Die folgenden Erläuterungen beziehen sich jedoch nur auf eine besonders vorteilhafte Ausführungsform und können deshalb nicht dazu benutzt werden, den Schutzumfang und den Anwendungsbereich der Erfindung einzuschränken. Deshalb liegen ähnliche und analoge Variationen der Erfindung im Schutzbereich der beanspruchten Erfindung.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen beschreiben. Es zeigt:

Fig. 1 die Verfahren zur Bildung von stereoskopischen Bildern;

Fig. 2(a) in einem Blockschalbild eine bekannte Vorrichtung mit einem 3D- Bild-Wiedergabegerät 21, einer Abtastschaltung 22, einer Adreß übersetzungsschaltung 23, einem Rahmen-Pufferspeicher 24 und dem Bildschirm 25;

Fig. 2(b) die reale Speicheradresse irgendeines Pixels P mit den Koordinaten (x, y), wenn sich dessen ursprüngliche Position in der linken oberen Ecke des Bildschirmes befindet;

Fig. 3 die übliche Speicheranordnung von zwei 3D-Bildern, wie sie in einer üblichen 3D-Wiedergabeeinrichtung erzeugt werden;

Fig. 4 das Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung stereoskopischer Bilder;

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verarbeitung dreidimensionaler Bilder;

Fig. 6(a) die Abtastzeilen eines ersten 3D-Bildes 61; eines zweiten 3D-Bildes 62, die erfindungsgemäß überlappend im Speicher angeordnet sind;

Fig. 6(b) die entsprechende reale Speicheradresse eines Pixels P₁ mit den Koordinaten (x₁, y₁), welche im Rahmen-Pufferspeicher für das erste 3D-Bild 61 vorliegt, sowie und die entsprechende reale Speicheradresse eines Pixels P₂ mit den Koordinaten (x₂, y₂), welche im Rahmen- Pufferspeicher für das zweite 3D-Bild 62 vorliegt; und

Fig. 7 das Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung.

Um dreidimensionale Bilder zu erzeugen, bedient man sich am besten des Prinzips der Zweiaugen-Disparität, wonach eine leichte Abweichung zwischen den Bildern, die vom rechten und vom linken Auge gesehen werden, dazu benutzt wird, um den Eindruck einer Dreidimensionalität zu erreichen. Fig. 4 zeigt das Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung eines stereoskopischen Bildes mit dem Hinweis, daß die Adressenabweichung vom linken Auge und vom rechten Auge in horizontaler Richtung liegt. Da das linke und rechte Auge in der gleichen Ebene adressiert wird, und die Abweichung ausschließlich in der horizontalen Richtung liegt, ist es klar, daß der Hauptunterschied zwischen den Bildern, die vom linken und rechten Auge wahrgenommen werden, in der horizontalen Abweichung und im Wert dieser Abweichung zwischen diesen beiden Bildern, bezogen auf die Position von Objekt und Beobachter liegt. Es sei vorausgesetzt, daß ein Scheitelpunkt 41 eines Objekts 40 in der oberen X-Z-Ebene angeordnet ist (siehe Fig. 4). Außerdem sei vorausgesetzt, daß das linke Auge 42 und das rechte Auge 43 jeweils einen Sehpunkt für die Darstellung von Bildern auf dem Bildschirm 44 darstellt, um dort einen ersten Anzeigepunkt 45 und einen zweiten Anzeigepunkt 46 zu erzeugen. Da das linke und das rechte Auge in der gleichen Ebene adressiert sind und nur eine Abweichung in X-Richtung aufweisen, variiert der Koordinatenwert des ersten Anzeigepunktes 45 und des zweiten Anzeigepunktes 46 nur aufgrund einer Abweichung in X-Richtung. Der Abstand d₂ vom linken Auge zum rechten Auge, der Abstand d₃ vom Scheitelpunkt 41 zum Bildschirm 44 und der Abstand d₄ vom linken und rechten Auge zum Bildschirm 44 stehen alle in wichtiger Beziehung zum Abstand d₁ zwischen dem ersten Anzeigepunkt 45 und dem zweiten Anzeigepunkt 46. Durch Anwendung einfacher geometrischer Prinzipien, vergleichbar denen für das Dreieck, ergibt sich für die Abweichung d₁ zwischen dem ersten Anzeigepunkt 45 und zweiten Anzeigepunkt 46 folgende Beziehung:

d₁ = d₃.d₂/(d₄ + d₃).

Nachdem für den ersten Anzeigepunkt 45 eine Rechenoperation durchgeführt wurde, um daraus eine Koordinatenadresse auf den Bildschirm 44 zu erhalten, würde es sehr zeitaufwendig sein, auch für den zweiten Anzeigepunkt 46 diese Matrix-Berechnung nach der bekannten Methode durchzuführen. Die vorliegende Erfindung führt deshalb zu einer neuen Vorrichtung und zu einem neuen Verfahren zur Verarbeitung dreidimensionaler Bilder. Nach Anwendung der Matrix- Berechnung sind die Koordinaten für den ersten Anzeigepunkt 45 mit (x, y, z) bekannt. Um die Koordinaten für den zweiten Anzeigepunkt 46 zu erhalten, ist es nur notwendig, den Abstand d₁ von der X-Koordinate für den ersten Anzeigepunkt 45 abzuziehen, um folgende Koordinaten (x-d₁, y, z) zu erhalten. Dieses Verfahren spart Zeit, indem sie die Matrix-Berechnung vermeidet.

Gegenwärtig werden dreidimensionale Objekte unter Zuhilfenahme dreidimensionaler Wiedergabegeräte als 3D-Bilder dargestellt. Um alle Scheitelpunkte eines Objekts 40 auf dem Bildschirm 44 nach dem beschriebenen Verfahren darzustellen, wäre es gemäß einem nächsten Schritt notwendig, daß eine 3D-Wiedergabevorrichtung jeden Anzeigepunkt, der vom linken Auge 42 gesehen wird, zu verarbeiten, um daraus ein 3D-Bild für das linke Auge 42 zu erzeugen. Nach demselben Prinzip wird jeder Anzeigepunkt für das rechte Auge 43 verarbeitet, um daraus auf dem Bildschirm 44 ein weiteres 3D-Bild für das rechte Auge 43 zu erzeugen, so daß sich insgesamt ein Bild mit realem dreidimensionalen Effekt ergibt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung dreidimensionaler Bilder umfaßt folgende Schritte:

1. In einem Projektionsschritt wird die Matrix-Berechnung dazu benutzt, den jeweiligen Anzeigepunkt zu berechnen, dessen Koordinate sich auf dem Bildschirm befindet und von jedem Scheitelpunkt jedes Objekts projiziert wird, das im virtuellen Raum existiert, wobei davon ausgegangen wird, daß diese Anzeigepunkte die erste Punktkoordinatengruppe desjenigen 3D- Bildes bilden, die für die Betrachtung durch das linke Auge betimmt sind;
2. Verschiebeschritt:
- i) Bezogen auf den Scheitelpunkt jedes Objekts wird der Abstand zwischen jedem Scheitelpunkt und dem Bildschirm ermittelt;
- ii) Unter Benutzung des vorerwärmten Abstandes zwischen jedem Scheitelpunkt und dem Bildschirm, des Abstandes der beiden Augen und des Abstandes zwischen Auge und Bildschirm, wird der Betrag der horizontalen Bewegung errechnet, die für jeden Anzeigepunkt in einer ersten Punktkoordinatengruppe des 3D-Bildes notwendig ist, das für die Betrachtung durch das linke Auge bestimmt ist. Dies führt zur Schaffung einer zweiten Punktkoordinatengruppe, die auf dem Bildschirm dargestellt wird. Dieses durch das zweite Punktkoordinaten gruppe gebildete 3D-Bild ist für die Betrachtung durch das rechte Auge vorgesehen.
3. Bilderzeugung: Nachdem die 3D-Wiedergabevorrichtung die erste Punkt koordinatengruppe verarbeitet, wird eine erste 3D-Bildgruppe, die für die Betrachtung durch das linke Auge bestimmt ist, im Speicher erzeugt. Anschließend verarbeitet die 3D-Wiedergabevorrichtung eine zweite Punkt koordinatengruppe, um daraus eine zweite 3D-Bildgruppe zu erzeugen, die für die Betrachtung durch das rechte Auge bestimmt ist.
4. Dreidimensionale Bildanzeige: Ausgabe der ersten 3D-Bildgruppe und der zweiten 3D-Bildgruppe in überlappender Weise, wobei die Bilder vom linken und rechten Auge getrennt betrachtet werden.

Im Vergleich zum Stand der Technik nach dem Patent 084753 der Republik China: "Tree-Dimensional Imaging System and Method of Using Depth of Vision to Show Two Dimension Images", umfaßt das insoweit beschriebene Verfahren folgende Schritte:

1) Verwendung der 3D-Wiedergabevorrichtung zur Bildung einer ersten Bildgruppe;
2) Nachbildung dieser ersten Bildgruppe zur Bildung einer zeitweise vorhandenen Bildgruppe;
3) Verschiebung dieser zeitweilig vorhandenen Bildgruppe um einen vorbestimmten Abstand zur Bildung einer zweiten Bildgruppe;
4) Kombination der ersten und zweiten Bildgruppe;
5) Darstellung der miteinander kombinierten Bilder zur Bildung dreidimensionaler Bilder.

Diese Verfahrensschritte enthalten jedoch noch folgende Schwachpunkte:

1) Um die zeitweise vorhandene Bildgruppe zu schaffen, ist es notwendig, alle Pixel in der ersten Bildgruppe komplett nachzubilden, aber nicht die erste Bildkoordinatengruppe gemäß der Erfindung. Der Bedarf an Speicher und Zeit, der für diese Nachbildung erforderlich ist, hängt von der Auflösung des Computerbildschirms ab; je höher diese Auflösung ist, um so größer muß der Speicher sein und um so länger dauert die Nachbildung.
2) Um die Abweichung, bedingt durch die Ungleichheit der beiden Bilder bei der Zweiaugenbetrachtung zu berechnen, ist es notwendig, alle Pixel in der zeitweise vorhandenen Bildgruppe zu berechnen und zu übertragen, um die zweite Bildgruppe zu erzeugen, aber nicht die erste Bild koordinatengruppe gemäß der Erfindung. Je größer das Bild ist, um so mehr Pixels werden einbezogen und um so größer ist der Zeitaufwand, der zur Berechnung dieser Abweichung notwendig ist.

Im Gegensatz dazu ist es mit der Erfindung möglich, die zweite Punktkoordinatengruppe durch Verschiebung der ersten Punktkoordinatengruppe zu erzeugen und durch die 3D-Wiedergabeeinrichtung die Ausgabe der ersten 3D-Bildgruppe und der zweiten 3D-Bildgruppe zu veranlassen. Dies vermeidet sowohl die Nachbildung der 3D-Bilder und mehrere Rechenvorgänge, spart Rechenzeit und ist deshalb für die Darstellung von dreidimensionalen Bildern in Realzeit besonders geeignet.

Außerdem wird durch die Erfindung eine Vorrichtung geschaffen, mit der dreidimensionale Bilder schneller generiert werden können. Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung dreidimensionaler Bilder. Diese Vorrichtung 50 enthält eine erste, eine zweite, eine dritte und eine vierte Einrichtung. Die erste Einrichtung 51 empfängt eine Vielzahl von Koordinaten für Scheitelpunkte einer Vielzahl von Objekten, die im virtuellen Raum existieren, um daraus eine erste Punktkoordinatengruppe für die entsprechende Anzeige vorrichtung zu erzeugen. Diese erste Punktkoordinatengruppe enthält eine Vielzahl von Anzeigepunkten. Diese zweite Einrichtung 52 wird dazu benutzt, um den Betrag der horizontalen Bewegung zu berechnen, und zwar für jeden Anzeigepunkt der ersten Punktkoordinatengruppe, um daraus eine zweite Punktkoordinaten gruppe für die Anzeigeeinheit zu generieren. Diese dritte Einrichtung 53 empfängt die erste Punktkoordinatengruppe und die zweite Punktkoordinaten gruppe, um daraus eine erste 3D-Bildpunktgruppe und eine zweite 3D- Bildpunktgruppe zu generieren. Die vierte Einrichtung 54 wird zur überlappenden Darstellung der ersten und zweiten 3D-Bildpunktgruppe an der Anzeigeeinrichtung benutzt. Die in dieser Weise ausgebildete Vorrichtung zur Erzeugung drei dimensionaler Bilder enthält ferner eine fünfte Einrichtung 55 zur Speicherung der Daten der ersten Punktkoordinatengruppe, der zweiten Punktkoordinatengruppe, der ersten 3D-Bildpunktgruppe und der zweiten 3D-Bildpunktgruppe.

Zur Anpassung an die herkömmliche Abtasteinrichtung 22 und Adreßübersetzung einrichtung 23 kann beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Erzeugung dreidimensionaler Bilder ein Verfahrensschritt bezüglich der Variation der Speicheranordnung einbezogen werden. Dieser Verfahrensschritt ordnet die Abtastzeile für die erste 3D-Bildgruppe und die Abtastzeile für die zweite 3D-Bildgruppe jeweils überlappend im Speicher an (siehe Fig. 6). Fig. 6(a) zeigt im einzelnen, daß die Abtastzeile der ersten 3D-Bildgruppe und die Abtastzeile der zweiten 3D- Bildgruppe bei der Erfindung überlappend im Speicher plaziert sind. Zu Beginn wird eine erste Abtastzeile 611 der ersten 3D-Bildgruppe 61 im Speicher hinterlegt. Anschließend wird eine erste Abtastzeile 621 der zweiten 3D-Bildgruppe 62 hinterlegt, dann wird in der Folge jeweils eine Abtastzeile des ersten 3D-Bildes 61 und des zweien 3D-Bildes 62 jeweils überlappend im Speicher hinterlegt, so daß sich ein kombinierter Rahmen-Pufferspeicher 63 ergibt, wie er in Fig. 6(a) dargestellt ist. Daraus ergibt sich die entsprechende reale Speicheradresse für das Pixel P₁ der ersten 3D-Bildgruppe 61 mit den Koordinaten (x₁, y₁) wie folgt (siehe hierzu auch Fig. 6(b))

Adresse von Pixel P₁ = (P₀ + pitch) + y₁.(2.pitch) + x₁

Die entsprechende reale Speicheradresse von Pixel P₂ der zweiten 3D-Bildgruppe 62 mit den Koordinaten (x₂, y₂) lautet:

Adresse von Pixel P₂ = (P₀ + pitch) + y₂.(2.pitch) + x₂

Für den Fall, daß die 3D-Wiedergabevorrichtung die Daten der ersten 3D-Bildgruppe 61 im Speicher hinterlegen will, ist es lediglich erforderlich, die Startadresse als P₀ zu setzen und die Breite der Abtastzeile des Rahmen- Pufferspeichers als 2.pitch. Für die Daten der zweiten 3D-Bildgruppe, die im Speicher hinterlegt werden, ist dann die Startadresse in (P₀ + pitch) zu ändern, die Breite des Rahmen-Pufferspeichers mit 2.pitch beizubehalten, so daß dann jede Abtastzeile der ersten 3D-Bildgruppe 61 und der zweiten 3D-Bildgruppe 62 über lappend im Speicher hinterlegt werden kann und daraus ein kombinierter Rahmen- Pufferspeicher 63 entsteht, wie er in Fig. 6(a) dargestellt ist. Da die herkömmliche Abtastschaltung 22 und die Adreßübersetzungsschaltung 23 die überlappende Abtastmethode unterstützen, werden bei den ungeradzahligen Abtastzeilen des kombinierten Rahmen-Pufferspeichers 63 die Rahmen-Pufferdaten der ersten 3D-Bildgruppe 61 dargestellt. Andererseits werden in den geradzahligen Abtastzeilen des kombinierten Rahmen-Pufferspeichers 63 die Rahmen-Pufferdaten der zweiten 3D-Bildgruppe 62 dargestellt. Eine derart überlappende Anzeige vorrichtung stellt demnach getrennte Bilder für das linke und rechte Auge zur Verfügung, wobei die herkömmliche Abtastschaltung 22 und Adreßübersetzungsschaltung 23 nicht geändert werden müssen und in üblicher Weise betrieben werden können.

Um der herkömmlichen Abtastschaltung 22 und der Adreßübersetzungsschaltung 23 zu entsprechen, enthält die Vorrichtung 50 zur Erzeugung dreidimensionaler Bilder darüber hinaus eine sechste Schaltung zum Betrieb des geänderten Speicher aufbaus. Wie aus Fig. 7 ersichtlich, enthält diese sechste Schaltung 70 eine Schaltung zur Erzeugung einer Startadresse, eine Schaltung zur Adressenbe rechnung und eine Adreßauswahlschaltung. Die Schaltung 71 zur Erzeugung der Startadresse wählt eine vorbestimmte Adresse unterschiedlichen Ursprungs aus. Wenn die 3D-Wiedergabeeinrichtung die erste 3D-Bildgruppe 61 entwirft, sendet die Schaltung 71 zur Generierung der Startadresse P₀ als ursprüngliche Startadresse aus. Andererseits, wenn die 3D-Wiedergabeeinrichtung 74 die zweite 3D-Bildgruppe 62 entwirft, sendet die Schaltung 71 P₀ + pitch als ursprüngliche Startadresse aus. Die Adreßberechnungsschaltung 72 empfängt eine Pixel koordinate der ersten 3D-Bildgruppe 61 oder der zweiten 3D-Bildgruppe 62 und den Ausgangswert der Schaltung 61 zur Erzeugung der Startadresse, um daraus eine reale Speicheradresse für diese Pixel-Koordinate zu erzeugen. Die Adreßaus wahlschaltung 73 wird dazu benutzt, um wahlweise die Ausgangsadresse der Adreß rechnerschaltung 72 auszugeben, wenn die 3D-Wiedergabeeinrichtung 74 in Betrieb ist, um 3D-Bilder in den Speicher einzulesen, oder sie gibt die Adresse der Adreßübersetzungsschaltung 23 aus, wenn die Abtastschaltung 22 3D-Bilder auf dem Bildschirm anzeigen soll.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine effiziente und effektive Wiedergabe von dreidimensionalen Bildern möglich ist. Das erfindungsgemäße Verfahren vermeidet einerseits die Wiederholung von Matrix-Berechnungen und erweist sich andererseits als vorteilhaft bei der Bereit stellung von Speicheradressen. Deshalb ist es besonders geeignet für die Anzeige von dreidimensionalen Bildern in Echtzeit. Darüber hinaus hat die erfindungsgemäße Vorrichtung den Vorteil, daß weder die Abtastschaltung 22 noch die Adreßübersetzungsschaltung 23 geändert werden müssen, es genügt lediglich die Hinzufügung einfacher elektrischer Komponenten zur Darstellung dreidimensionaler Bilder, dies bei niedrigen Herstellungskosten.

Wenngleich die vorliegende Erfindung lediglich anhand eines möglichst praktikablen und bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben ist, so ist sie doch nicht auf die insoweit offenbare Ausführung beschränkt. Sie umfaßt vielmehr eine Vielzahl von Modifikationen und äquivalenten Lösungen im Geist und im Umfang der angefügten Ansprüche.

Bezugszeichen

21

3D-Wiedergabeeinrichtung

22

Abtastschaltung

23

Adreßübersetzungsschaltung

24

Rahmenpufferspeicher

31

erstes 3D-Bild

32

zweites 3D-Bild

33

Endadresse von

31

34

Startadresse von

32

40

Objekt

41

Scheitelpunkt

42

linkes Auge

43

rechtes Auge

44

Bildschirm

45

erster Anzeigepunkt

46

zweiter Anzeigepunkt

51

. . .

55

erste . . . fünfte Einrichtung

61

erstes 3D-Bild (Bildgruppe)

611

erste Abtastzeile von

61

62

zweites 3D-Bild (Bildgruppe)

621

erste Abtastzeile von

62

63

Pufferspeicher

70

sechste Einrichtung

71

Einrichtung zur Erzeugung einer Startadresse

72

Einrichtung zur Berechnung von Adressen

73

Einrichtung zur Auswahl von Adressen

74

3D-Wiedergabeeinrichtung

Claims

1. Vorrichtung (50) zur Erzeugung dreidimensionaler Bilder, wobei ausgehend von einem dreidimensionalen, mehrere Objekte enthaltenden Bild bei der Anzeige ein dreidimensionaler Effekt erzeugt wird, mit folgenden Einrichtungen:

- eine erste Einrichtung (51), die ausgehend von einer Vielzahl von Scheitel punktkoordinaten der einzelnen Objekte eine erste Bildpunktkoordinatengruppe für eine Anzeigeeinrichtung erzeugt, wobei diese erste Bildpunktkoordinaten gruppe eine Vielzahl von Anzeigepunkten enthält;
- eine zweite Einrichtung (52) zur Berechnung des Betrages einer horizontalen Bewegung, die für jeden Anzeigepunkt der ersten Bildpunktkoordinatengruppe erforderlich ist, um daraus eine zweite Bildpunktkoordinatengruppe für die Anzeige einrichtung zu erzeugen;
- eine dritte Einrichtung (53), die ausgehend von der ersten Bildpunktkoordinaten gruppe und der zweiten Bildpunktkoordinatengruppe eine erste 3D- Bildgruppe und eine zweite 3D-Bildgruppe erzeugt; und
- eine vierte Einrichtung (54) zur überlappenden Anzeige der ersten und der zweiten 3D-Bildgruppe auf der Anzeigeeinrichtung.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine dritte Einrichtung (55) zur Speicherung der ersten Bildkoordinatengruppe, der zweiten Bildkoordinatengruppe, der ersten 3D-Bildgruppe und der zweiten 3D-Bildgruppe.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine sechste Einrichtung (70) zur Überlappung der Abtastzeilen der ersten 3D-Bildgruppe und der zweiten 3D-Bildgruppe in der fünften Einrichtung.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die sechste Einrichtung (70) folgende Komponenten aufweist:

- eine Startadressen-Erzeugungsschaltung (71) zur wahlweisen Ausgabe einer vorbestimmten Adresse verschiedener Herkunft;
- eine Adreß-Rechnerschaltung (72), die ausgehend von einer Pixelkoordinate in der ersten 3D-Bildgruppe der zweiten 3D-Bildgruppe und dem Ausgangswert der Startadressen-Generierschaltung (71) eine reale Speicher adresse dieser Pixelkoordinate erzeugt; und
- eine Adreß-Auswahlschaltung (73) zur selektiven Ausgabe einer entsprechenden Adresse, die für eine 3D-Wiedergabeeinrichtung oder eine Abtasteinheit benötigt wird.

5. Verfahren zur Erzeugung dreidimensionaler, mehrere Objekte enthaltender Bilder aus einer dreidimensionalen Bildvorlage zur Erzeugung eines drei dimensionalen Effekts, mit folgenden Schritten:

a) ein Projektionsschritt zur Erzeugung einer ersten Punktkoordinaten gruppe durch Projizierung einer Vielzahl von Scheitelpunktkoordinaten aus einer Vielzahl von Objekten auf einer Anzeigeeinrichtung;
b) ein Verschiebe-Rechenschritt zur Berechnung des Betrages der horizontalen Bewegung, die für jeden Anzeigepunkt der ersten Punktkoordinaten gruppe erforderlich ist, um daraus eine zweite Punktkoordinaten gruppe für die Anzeigeeinrichtung zu erzeugen;
c) eine Bilderzeugungsschritt zur Erzeugung einer ersten 3D-Bildgruppe und einer zweiten 3D-Bildgruppe mit Hilfe der ersten Punktkoordinaten gruppe und der zweiten Punktkoordinatengruppe; und
d) ein Anzeigeschritt zur überlappenden Anzeige der ersten 3D-Bildgruppe und der zweiten 3D-Bildgruppe auf der Anzeigeeinrichtung.

6. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen Verfahrensschritt einer Variationsspeicheranordnung, bei welchem Verfahrensschritt Abtastzeilen der ersten und zweiten 3D-Bildgruppe verschachtelt in einer Speicher anordnung abgespeichert werden.