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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und auf
ein Verfahren nach dem Obergriff der Ansprüche 1 bzw. 5.
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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.
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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 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.
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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.
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Untersuchungen
haben ergeben, daß bekannte
3D-Bildsysteme (z.B. D3D, OpenGL) vielfach das folgende Prinzip
anwenden (siehe 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
den Bildschirm 13 des Computer projiziert, ein erster Anzeigepunkt 141 gebildet werden.
Dieses Verfahren kann für
den zweiten Scheitelpunkt 112, denn 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 man 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".
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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.
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Das
soeben beschriebene Verfahren zur Erzeugung einer Zweiaugen-Disparität ist jedoch
in seiner Wirkung begrenzt. Wenn man den ersten Scheitelpunkt 111 auf
dem Computerbildschirm projiziert, um den ersten Anzeigepunkt 141 zu
er zeugen, 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
Verarbeitungszeit keine idealen Ergebnisse, wenn es für die Echtzeitdarstellung
von dreidimensionalen Bildern angewendet werden soll.
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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 2(a). 2(a) 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 2(b) Reale Adresse von Pixel
P = P0 + y·pitch + x
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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 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 ist, Information in der realen Speicheradresse
zu hinterlegen. Wenn die Abtasteinheit 22 jede Pixel-Information
im Rahmen-Pufferspeicher in einer verschachelten 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 überlappenden
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 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 erste
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.
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Aus
der
US 5796373 A ist
eine Einrichtung bekannt, die eine erste Bildpunktgruppe und eine zweite
Bildpunktgruppe bildet, um einen räumlichen Eindruck bei einem
Betrachter zu erzeugen, wenn er eine Brille trägt, die synchronisiert mit
der aufeinanderfolgenden Darstellung die Bilder jeweils dem rechten
und linken Auge zuführt.
Dabei werden die erste und zweite Bildpunktgruppe aus gegebenen rechten
und linken Bilddaten eines Stereobildes gebildet.
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Aus
der WO 97/23097 A2 ist die Erzeugung eines Bildes durch Parallelverschiebung
eines Eingabebildes bekannt. Das Bild wird aus dem Eingabebild durch
Verwendung gespeicherter Verschiebewerte erzeugt.
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Aus
James Foley, Grundlagen der Computergraphik, 1. Aufl., Addison-Wesley,
1994, S. 495–S. 498,
ist bekannt, stereoskopische Darstellungen durch unterschiedliche
Bilder für
rechtes und linkes Auge zu erzeugen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache
Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren zur Verfügung zu
stellen, mit der bzw. mit dem eine wirkungsvolle Darstellung von 3D-Bildern
erzielt wird.
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Erfindungsgemäß wird dies
mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einem Verfahren
mit den Merkmalen des Anspruchs 5 erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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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 Herstellungskosten.
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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.
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Die
Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
es zeigt:
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1 das
Verfahren zur Bildung von stereoskopischen Bildern;
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2(a) in einem Blokschaltbild eine bekannte Vorrichtung
mit einem 3D-Bild-Wiedergabegerät 21,
einer Abtastschaltung 22, einer Adreßübersetzungsschaltung 23,
einem Rahmen-Pufferspeicher 24 und dem Bildschirm 25;
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2(b) die reale Speicheradresse irgendeines Pixels
P mit den Koordinaten (x, y), wenn sich dessen ursprüngliche
Position in der linken oberen Ecke des Bildschirms befindet;
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3 die übliche Speicheranordnung
von zwei 3D-Bildern, wie sie in einer üblichen 3D-Wiedergabeeinrichtung
erzeugt werden;
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4 das
Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Erzeugung stereoskopischer Bilder;
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5 ein
Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verarbeitung
dreidimensionaler Bilder;
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6(a) die Abtastzeilen eines ersten 3D-Bildes 61,
eines zweiten 3D-Bildes 62, die erfindungsgemäß überlappend
im Speicher angeordnet sind;
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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
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7 das
Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung.
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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. 4 zeigt
das Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Erzeugung eines stereokopischen 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 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)
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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.
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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.
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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 bestimmt sind;
- 2. Verschiebeschritt:
i) Bezogen auf den Scheitelpunkt
jedes Objekts wird der Abstand zwischen jedem Scheitelpunkt und
dem Bildschirm ermittelt;
ii) Unter Benutzung des vorerwähnten 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 die zweite
Punktkoordinatengruppe gebildete 3D-Bild ist für die Betrachtung durch das
rechte Auge vorgesehen.
- 3. Bilderzeugung: Nachdem die 3D-Wiedergabevorrichtung die erste
Punktkoordinatengruppe 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 Punktkoordinatengruppe,
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: „Three-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.
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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 Bildkoordinatengruppe
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.
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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.
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Außerdem wird
durch die Erfindung eine Vorrichtung geschaffen, mit der dreidimensionale
Bilder schneller generiert werden können. 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 Anzeigevorrichtung
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 Punktkoordinatengruppe für die Anzeigeeinheit zu generieren.
Diese dritte Einrichtung 53 empfängt die erste Punktkoordinatengruppe
und die zweite Punktkoordinatengruppe, 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
dreidimensionaler Bilder enthält
ferner ein fünfte
Einrichtung 55 zur Speicherung der Daten der ersten Punktkoordinatengruppe,
der zweiten Punktkoordinatengruppe, der ersten 3D-Bildpunktgruppe
und der zweiten 3D-Bildpunktgruppe.
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Zur
Anpassung an die herkömmliche
Abtasteinrichtung 22 und Adreßübersetzungeinrichtung 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 6). 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 zweiten 3D-Bildes 62 jeweils überlappend im Speicher hinterlegt,
so daß sich
ein kombinierter Rahmen-Pufferspeicher 63 ergibt, wie er
in 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 6(b)) Adresse von Pixel P1 =
(P0 + pitch) + y1·(2·pitch)
+ x1
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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
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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 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.
Anderseits werden in den geradzahligen Abtastzeilen des kombinierten
Rahmen-Pufferspeichers 63 die Rahmen-Pufferdaten der zweiten
3D-Bildgruppe 62 dargestellt. Eine derart überlappende
Anzeigevorrichtung 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.
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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 Speicheraufbaus. Wie
aus 7 ersichtlich, enthält diese sechste Schaltung 70 eine
Schaltung zur Erzeugung einer Startadresse, eine Schaltung zur Adressenberechnung
und eine Adreßauswahlschaltung.
Die Schaltung 71 zur Erzeugung der Startadresse wählt eine vorbestimmte
Adresse unterschiedlichen Ursprungs aus. Wenn die 3D-Wiedergabeeinrichtung 74 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
Pixelkoordinate 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 Adreßauswahlschaltung 73 wird dazu
benutzt, um wahlweise die Ausgangsadresse der Adressrechnerschaltung 72 auszugeben,
wenn die 3D-Wiedergabeeinrichtung 74 in etrieb 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.
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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 Bereitstellung 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.
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Wenngleich
die vorliegende Erfindung lediglich anhand eines möglichst
praktikablen und bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben
worden ist, so ist sie doch nicht auf die insoweit offenbarte Ausführung beschränkt. Sie
umfaßt
vielmehr eine Vielzahl von Modifikationen und äquivalenten Lösungen im
Geist und im Umfang der angefügten
Ansprüche.
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- 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