DE3687753T2 - Dreidimensionale aufzeichnungen. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich ganz allgemein auf Anzeigen bzw. Anzeigeeinrichtungen, beispielsweise Anzeigen und Darstellungen für das Betriebspersonal in Kontrollräumen, und insbesondere auf dreidimensionale Darstellungen.
• Die Installationen für Kontrollräume für Verfahren bzw. industrielle Prozesse haben typischerweise mehrere Konsolen für das Betriebspersonal, wobei jede eine große Anzahl von individuellen Anzeigen hat, wie z. B. Kathodenstrahlröhrenanzeigen (CRT), um den Zustand der verschiedenen Prozeßparameter wiederzugeben oder um den Betrieb eines Prozeßsteuersystems zu überwachen. Die jeweilige Bedienperson in dem Kontrollraum muß mit dem Betrieb des gesamten Steuersystems sehr vertraut sein, um in der Lage zu sein, die verschiedenen Ablesungen und grafischen Darstellungen, welche auf den Anzeigen dargestellt sind, angemessen zu interpretieren. Kürzlich ist vorgeschlagen worden, Techniken wie z. B. holografische Verfahren zu verwenden, um dreidimensionale Kathodenstrahlrohren (CRT-) Anzeigen vorzusehen, um das Betriebspersonal bei der visuellen Erfassung und Interpretation der die überwachten Prozeßparameter wiedergebenden Grafiken zu unterstützen. Typischerweise können diese Anzeigen nicht ohne weiteres in Echtzeit wiedergegeben bzw. auf den neuesten Stand gebracht werden, die Information über Prozeßvariable kann nicht darauf überlagert werden und das Betriebspersonal kann nicht ohne weiteres mit der Anzeige in Interaktionsverbindung treten, um die Anzeige zu verändern. Die Verfügbarkeit von Prozeßsteuerinformationen, welche auf einer dreidimensionalen Anzeige überlagert werden und die Fähigkeit des Betriebspersonals, mit der Anzeige in Interaktionsverbindung zu treten, wären außerordentlich hilfreich für das Personal, den überwachten und gesteuerten Prozeßzustand zu erfassen, und um Maßnahmen zu ergreifen, den Betrieb des Prozeßsteuersystems zu korrigieren oder zu modifizieren.
• Die Schriften: IEEE Spectrum Band 6, Nr. 9, September 1969, Seiten 37 bis 43, New York USA, E.G. Rawson: "Vibrating Varifocal Mirrors for 3-D Imaging" (Vibrierende Spiegel mit veränderlichem Fokus für 3-D-Darstellung) und Electronics International, Band 54, Nr. 15, Juli 1981, Seiten 150 bis 155, New York USA, H.S. Stover: "Terminal puts three-dimensional graphics on solid ground" offenbaren dreidimensionale Darstellungstechniken einschließlich der Verwendung von schnell oszillierenden Spiegeln zur Erzeugung eines dreidimensionalen Bildes aus einer zweidimensionalen CRT-Anzeige unter Computersteuerung.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Erzeugen einer dreidimensionalen Anzeige im Raum vorgesehen, wobei die Vorrichtung aufweist:
• einen Fernsehprojektionsempfänger für das Anzeigen eines zweidimensionalen Bildes mit hoher Intensität und hoher Bildfrequenz, welches in Echtzeit wiedergebbar bzw. erneuerbar ist,
• eine Einrichtung zum Bereitstellen von Echtzeitdaten, welche den Status des gesteuerten bzw. überwachten Systems anzeigen,
• einen Computer, der an den Fernsehprojektionsempfänger und an die Einrichtung zum Bereitstellen der Echtzeitdaten angeschlossen ist, um grafische Bilddaten und die Echtzeitdaten zu verarbeiten und um die verarbeiteten Daten an den Fernsehprojektionsempfänger zu übermitteln,
• eine sich drehende Linseneinrichtung, welche so angeordnet ist, daß sie das zweidimensionale Bild von dem Fernsehprojektionsempfänger in eine dreidimensionale Anzeige umformt und um die Anzeige in den freien Raum zu projizieren, eine Linsensteuereinrichtung, welche an den Computer und an die sich drehende Optik- bzw. Linseneinrichtung angeschlossen ist, um die Drehung der rotierenden Linseneinrichtung zu steuern und zu regeln, so daß sie mit den durch den Computer an den Fernsehprojektionsempfänger übermittelten Daten synchron ist, und
• eine Einrichtung zum Bestimmen der Position eines speziellen Ortes in der dreidimensionalen Anzeige und um einer Bedienperson zu ermöglichen, daß sie mit der Anzeigeeinrichtung in Interaktions- bzw. Dialogverbindung tritt.
• Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, die im folgenden beschrieben wird, sieht eine dreidimensionale Anzeige, beispielsweise für Kontrollräume vor, welche in Echtzeit wiedergegeben werden kann. Die Information, beispielsweise Informationen über die Prozeßsteuerung, kann auf der Anzeige überlagert werden, und das Betriebspersonal kann leicht mit der Anzeige in Dialog treten.
• Die oben erwähnte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unten genauer mit Bezug auf die zugehörige Zeichnung beschrieben. Zuerst soll jedoch die bevorzugte Vorrichtung oder das bevorzugte System grob umrissen werden. Die Vorrichtung sieht eine dreidimensionale Anzeige vor, die leicht in Echtzeit wiedergebbar ist. Die Anzeige wird im freien Raum vor einer Betriebsperson in dem Kontrollraum erzeugt mit Hilfe einer rotierenden Optik, die ein zweidimensionales Bild eines Fernsehprojektionsempfängers unterbricht bzw. aufnimmt und das Bild in eine dreidimensionale Anzeige umformt. Das auf dem Fernsehprojektionsempfänger dargestellte Bild wird von einem Computer gesteuert und kann Bilddaten für die von dem Computer zu erzeugenden Grafiken enthalten, Videobilder von bestimmten räumlich physikalischen Bereichen, die zu einem überwachten Prozeß gehören, und Daten, die sich auf Prozeßsteuervariable beziehen. Auf diese Weise kann die Information über Prozeßsteuervariable auf der Anzeige in Echtzeit überlagert werden. Das Betriebspersonal kann mit der Anzeige mit Hilfe eines Tastenfeldes, einer Stimmerkennungseinrichtung oder eines Lichtstiftes, der an einer gewünschten Stelle in der Anzeige angeordnet und in Verbindung mit der Stimmerkennungseinrichtung betätigt wird, in Dialog treten. Das Betriebspersonal bzw. der Operator kann also mit der Anzeige in Interaktion bzw. in Dialog treten, was es ermöglicht, daß das Betriebspersonal schnellstens den Zustand des überwachten Verfahrens erfaßt und jegliche Aktionen unternimmt, die erforderlich sein könnten, um den Zustand zu korrigieren. Auch wenn das bevorzugte Gerät für die Verwendung einer Anzeige in einem Kontrollraum für ein Verfahren bzw. einen (industriellen) Prozeß vorgesehen ist, so kann es dennoch ohne weiteres für die Verwendung in anderen Anwendungen angepaßt werden.
• Die Erfindung wird jetzt anhand eines veranschaulichenden und nicht beschränkenden Beispiels weiter beschrieben unter Bezug auf die zugehörige Zeichnung, wobei diese einzige Figur eine schematische Wiedergabe einer bevorzugten Form eines Gerätes ist, welches die Erfindung zur Erzeugung einer dreidimensionalen Anzeige im freien Raum verwirklicht.
• Die einzige Figur der Zeichnungen ist ein schematisches Diagramm eines Kontrollgerätes oder Systems 10, welches dreidimensionale Anzeigen erzeugt, die beispielsweise anstelle von zweidimensionalen Anzeigen verwendet werden können, die typischerweise in einem Kontrollraum einer Anlage einer Prozeßsteuerung verwendet werden.
• Bei dem dargestellten Kontrollsystem 10 wird ein Computer 12 verwendet, um Grafiken zu erzeugen, die an einen Fernsehprojektionsempfänger 14 übermittelt werden, der daran angeschlossen ist und der ein Bild erzeugt, das eine hohe Bildfrequenz und eine hohe Intensität hat. Eingabeeinrichtungen, die an den Computer 12 angeschlossen sind, schließen, ohne darauf beschränkt zu sein, ein Bildplattensystem 16 (optical disc system), ein Videokamerasystem 18 und ein Verfahrenssteuersystem 20 ein. Die Bilddaten für die Grafiken, die durch den Computer 12 erzeugt werden sollen, werden in dem Bildplattensystem 16 gespeichert. Typischerweise sind die in dem Bildplattensystem 16 gespeicherten Bilddaten berechnet oder vorher festgelegt worden und werden von dem Computer 12 aus dem Bildplattensystem 16 zum Zwecke der Veränderung und/oder der Übermittlung zu dem Fernsehempfänger 14 wiedergewonnen bzw. aufgenommen. Das Videokamerasystem 18 kann verwendet werden, um Bildinformationen über bestimmte Parameter, wie z. B. die räumliche Anordnung der Anlage oder des Anlagenteiles zu erhalten, welche das Kontrollsystem 10 überwacht. Derartige Bildinformationen schließen z. B. die Höhe von Rohmaterialstapeln bzw. -vorräten in der Anlage, die Höhe bzw. Tiefe eines Betts in Rückgewinnungskesseln ein, etc., wenn es um ein Kraftwerk geht. Die vorstehenden Bildinformationen werden an den Computer 12 übermittelt, der seinerseits die Informationen vor der Übermittlung an den Fernsehempfänger 14 modifizieren kann. Es versteht sich, daß der Ausgang bzw. die Ausgabe einer Videokamera oder von Kameras des Videokamerasystems 18 digitalisiert werden und als Teil der Anzeige auf dem Fernsehempfänger 14 verwendet werden können. Zusätzlich kann eine Weitwinkelkameraübersicht aus Doppelvideokamerasystemen (vom stereo-optischen Typ) für die Übermittlung an den Computer 12 zu Anzeigezwecken erzeugt werden. Das Prozeßsteuersystem 20 ruft Informationen bezüglich der Prozeßvariablen und des Zustandes des überwachten Systems hervor und diese Informationen oder Daten werden an den Computer 12 übermittelt, so daß sie in Echtzeit auf dem Fernsehprojektionsempfänger dargestellt werden können. Auf diese Weise können die Informationen über die Prozeßvariablen auf dem Fernsehempfängerbild in Echtzeit überlagert werden und derartige Informationen über Prozeßvariable können als eine digitale Anzeige oder durch farbcodierte Überlagerungen dargestellt werden. Es versteht sich, daß, auch wenn das Bildplattensystem 16, das Videokamerasystem 12 und das Prozeßüberwachungssystem 20 als Eingabeeinrichtungen für den Computer 12 beschrieben worden sind, dennoch jedes dieser Systeme auch durch den Computer 12 gesteuert werden kann, d. h. die grafischen Bilddaten können nach der Veränderung durch den Computer 12 an das Bildplattensystem 16 zum Speichern übermittelt werden, der Betrieb des Videokamerasystems 18 kann von dem Computer 12 gesteuert werden und die Prozeßsteuervariablen können durch den Computer 12 verändert werden.
• Zusätzlich zu den vorstehenden Eingabeeinrichtungen sind eine Tastatur 22 und ein Stimmerkennungssystem mit einem Mikrofon 24 und einer Stimmerkennungseinrichtung 26 als Eingabeeinrichtungen mit dem Computer 12 verbunden. Auf diese Weise können Daten in das Kontrollsystem 10 durch das Betriebspersonal über die Tastatur 22 und/oder über das Stimmerkennungssystem eingegeben werden. Die Verwendung des Stimmerkennungssystems befreit das Betriebspersonal von anderer Arbeit und ermöglicht, daß mehrere Anzeigen von einer zentralen Stelle aus ausgewählt werden können, ohne daß die Bedienperson sich zu den einzelnen Konsolen hinbewegen muß.
• Wie bereits erwähnt, wird der Computer 12 verwendet, um grafische Darstellungen zu erzeugen, die zu dem Fernsehprojektionsempfänger 14 übermittelt werden. Eine Einrichtung 28 mit rotierender Optik bzw. eine rotierende Linseneinrichtung 28 ist vor dem Fernsehempfänger 14 angeordnet und transformiert das auf diesen dargestellte zweidimensionale Bild in ein dreidimensionales Bild und projiziert das Bild in den freien Raum vor der rotierenden Linseneinrichtung 28. Eine Linsensteuereinrichtung 30 verbindet den Computer 12 mit der rotierenden Linseneinrichtung 28 und regelt die Drehung der rotierenden Linseneinrichtung 28, so daß sie synchron zu den Bildinformationen ist, die durch den Computer 12 zu dem Fernsehprojektionsempfänger 14 übermittelt werden. Eine dreidimensionale Betrachtungseingabeeinrichtung 32, die einen Lichtstift 34 aufweist, wird benutzt, um die entstehende dreidimensionale Anzeige mit dem Computer 12 zu verbinden. Durch Anordnen der Spitze des Lichtstiftes 34 an einem bestimmten gewünschten Punkt in der dreidimensionalen Anzeige und durch einen Stimmbefehl für den Empfang durch das Mikrofon 24 oder durch Drücken eines Knopfes auf dem Stift 34 wird ein Lichtstrahl an der Spitze des Stiftes 34 erzeugt. Die dreidimensionale Betrachtungseingabeeinrichtung 32 lokalisiert den Lichtstift 34, indem sie den emittierten Lichtstrahl "sieht" und übermittelt seinen Ort (seine Ortsdaten) an den Computer 12, der seinerseits diesen Punkt mit dem berechneten Bild hierfür vergleicht und die gewünschte Aktion bezüglich des in Rede stehenden Punktes ausführt.
• Im Betrieb kann die im freien Raum vor der rotierenden Linseneinrichtung 28 erzeugte Anzeige für verschiedene Bereiche der Anlage oder für Teile des überwachten und/oder gesteuerten Prozeßsteuersystems ausgewählt werden. Das von dem Computer 12 erzeugte und an den Fernsehprojektionsempfänger 14 übermittelte Bild ergibt ein hochintensives, zweidimensionales Bild mit hoher Bildfrequenz, welches auf diesem angezeigt wird. Dieses zweidimensionale Bild wird seinerseits in eine dreidimensionale, vollständig erneuerbare Darstellung bzw. Anzeige im freien Raum durch die rotierende Linseneinrichtung 28 umgewandelt. Das Betriebspersonal kann mit dieser Anzeige über die Tastatur 22, die Stimmerkennungseinrichtung 26 über das Mikrofon 24 oder den Lichtstift 34 in Dialog (Interaktion) treten. Auf diese Weise kann das Betriebspersonal die dreidimensionale Anzeige verändern oder modifizieren, beispielsweise dadurch, daß sie sie dreht, verkleinert oder vergrößert, um Einzelheiten etc. darzustellen. Zusätzlich können Informationen über Prozeßvariable auf der Anzeige am Ort der jeweiligen Prozeßvariablenmessung überlagert werden, welche in Echtzeit überwacht werden. Solche überlagerten Informationen über Prozeßvariable können in Form einer digitalen Anzeige oder auch in Form einer farbcodierten Überlagerung (Farbausfüllung, Farbtransparente) vorliegen, beispielsweise für das Niveau in einem Tank, etc. Wahlweise kann auch die Temperatur in verschiedenen Farben angezeigt werden, welche verschiedene Temperaturbereiche representieren. Auf diese Weise kann das Betriebspersonal schnell und einfach eine Übersicht über das überwachte bzw. gesteuerte Gesamtsystem erhalten und kann jegliche erforderliche Handlung einleiten.
Zusammenfassung Holografische Anzeigen
• Bei einem Verfahren zum Erzeugen einer dreidimensionalen, holografischen Anzeige, die in Echtzeit wiedergebbar ist, nimmt eine rotierende Linseneinrichtung (28) eine zweidimensionale Anzeige eines Fernsehprojektionsempfängers (14) auf und transformiert die Anzeige in eine dreidimensionale, holografische Anzeige im freien Raum. Die holografische Anzeige ist durch das Betriebspersonal in einem Kontrollraum modifizierbar und Prozeßvariable können ihr einfach überlagert werden.

Claims (12)

1. Vorrichtung zum Erzeugen einer dreidimensionalen Anzeige im Raum, wobei die Vorrichtung (10) aufweist:

einen Fernsehprojektionsempfänger (14) für die Anzeige eines zweidimensionalen Bildes mit hoher Intensität und hoher Bildfrequenz, welches in Echtzeit darstellbar (erneuerbar) ist,

eine Einrichtung (20) zum Bereitstellen von Echtzeitdaten, die den Zustand eines kontrollierten Systems anzeigen,

einen Computer (12), der mit dem Fernsehprojektionsempfänger (14) und der Einrichtung für die Bereitstellung von Echtzeitdaten verbunden ist, um grafische Bilddaten und die Echtzeitdaten zu verarbeiten und um die verarbeiteten Daten an den Fernsehprojektionsempfänger (14) zu übermitteln,

eine rotierende Linseneinrichtung (18), die so angeordnet ist, daß sie das zweidimensionale Bild von dem Fernsehprojektionsempfänger (14) in eine dreidimensionale Anzeige umformt und die Anzeige in den freien Raum projiziert,

eine Linsensteuereinrichtung (30), die mit dem Computer (12) und der rotierenden Linseneinrichtung (28) verbunden ist, um die Drehung der rotierenden Linseneinrichtung (28) so zu regeln, daß sie synchron zu den durch den Computer (12) an den Fernsehprojektionsempfänger (14) übermittelten Daten ist, und

eine Einrichtung (32, 34), um die Position eines bestimmten Ortes in der dreidimensionalen Anzeige zu bestimmen und um dem Betriebspersonal zu ermöglichen, mit der Anzeige in Dialog zu treten.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung (32, 34) zum Bestimmen der Position so betreibbar ist, daß sie den Wert eines an der bestimmten Stelle dargestellten Parameters mit einem gewünschten Wert des Parameters an dieser Stelle vergleicht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Positionsbestimmungseinrichtung (32, 34) eine dreidimensionale Betrachtungseingabeeinrichtung (32) aufweist, die mit einem Lichtstift (34) und dem Computer (12) verbunden ist, um die dreidimensionale Anzeige zu betrachten (optisch zu erfassen) und um dem Betriebspersonal zu ermöglichen, mit der Anzeigeeinrichtung in Dialog zu treten.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Positionsbestimmungseinrichtung (32, 34) so betreibbar ist, daß sie die Position einer bestimmten Stelle eines Lichtstrahles in der Anzeige bestimmt, der durch den Lichtstift (34) erzeugt wird und den Orts- bzw. Ausgangspunkt des Lichtstrahles mit der Anzeige vergleicht.

5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Einrichtung (20) für die Bereitstellung von Echtzeitdaten und der Computer (12) so ausgelegt sind, daß sie Informationen in der dreidimensionalen Anzeige überlagern.

6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, einschließlich einer Einrichtung (22, 26, 34) zum Verändern bzw. Modifizieren der dreidimensionalen Anzeige.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Betätigung der Modifizierungseinrichtung (22, 26, 34) das Verändern der Größe bzw. des Maßstabs der dreidimensionalen Anzeige ermöglicht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Betätigung der Modifizierungseinrichtung (22, 26, 34) die Veränderung der Orientierung der dreidimensionalen Anzeige erlaubt.

9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, einschließlich eines Bildplattensystems (16), welches mit dem Computer (12) verbunden ist für die Speicherung von grafischen Bilddaten, auf welche der Computer (12) wieder zugreifen kann.

10. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, einschließlich eines Videokamerasystems (18), welches mit dem Computer (12) verbunden ist, um Bildinformation über bestimmte Parameter des überwachten bzw. gesteuerten Systems zu erhalten.

11. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, einschließlich einer Tastatur (22) für die Eingabe von Daten in den Computer (12).

12. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, einschließlich eines Mikrofons (24), welches mit einer Stimmerkennungseinrichtung (26) für die Eingabe von Daten in den Computer (12) verbunden ist.