DE4411261A1 - Interaktives Videosystem - Google Patents
Interaktives VideosystemInfo
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- F41J5/10—Cinematographic hit-indicating systems
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- F41J9/00—Moving targets, i.e. moving when fired at
- F41J9/14—Cinematographic targets, e.g. moving-picture targets
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung und Beeinflussung
von ablaufenden Bildfolgen oder einzelnen Bildern und
interaktiven Videoszenen und/oder Bildfolgen unterhalb der vom
menschlichen Auge wahrnehmbaren Reaktionszeit (Echtzeit, vor
zugsweise in einem Simulator oder Schießstand, sowie eine
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Die polizeiliche und militärische Schießausbildung erfolgt
üblicherweise in einem Schießstand mit Schutzwällen, wobei am
Ende eines Schießplatzes ein Ziel in Form einer Scheibe oder
eines stehenden Bildes aufgestellt ist. Nach jedem Einzelschuß
oder einer Schußserie erfolgt die Auswertung und Mitteilung
über die Anzahl der Treffer oder Fehlschüsse. Mit einer
solchen Vorrichtung kann praktisch nur der Umgang mit der
Waffe geübt werden, während die eigentlichen Schießübungen in
Reaktion auf das Objekt von der Praxis, insbesondere der
Polizeipraxis weit entfernt sind.
Zur Verbesserung der Ausbildung ist es ferner bekannt, Stand
bilder als Zielscheiben entlang einer Bahn zu bewegen. Auch
mit einer solchen Vorrichtung kann die Ausbildung der Reak
tionsgeschwindigkeit des Schützen nicht wesentlich verbessert
werden, da die Bewegungsabläufe der Zielbilder gleichförmig
und damit vorhersehbar sind.
In einer Weiterentwicklung der Schießausbildung ist es be
kannt, dem Schützen eine Ablaufszene vorzuspielen, auf die er
zu reagieren hat. Die Szene kann nach einem abgefeuerten Schuß
gestoppt und die Trefferquote ermittelt werden. Die Ablaufs
zene bleibt hierbei jedoch unverändert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde Mittel anzugeben, mit
deren Hilfe die ablaufende Szene auf die Einwirkung des Schüt
zen in einer Zeitspanne reagiert, welche der natürlichen
Reaktionszeit und der Aufnahmefähigkeit des menschlichen Auges
entspricht.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht gemäß dem Verfahren nach der
Erfindung darin, daß die Bilder, Bildfolgen oder Videoszenen
lichtoptisch und/oder mechanisch beeinflußt werden und die
hierdurch bewirkten Signale aufgenommen und mit Hilfe eines
Rechners mit Datenkompressionshard- und Software in Echtzeit
nach an sich bekannten JPEG- (Joint Photographik Expert Group)
und MPEG- (Motion Picture Expert-Group) Verfahren zur Auslösung
neuer oder geänderter Bilder, Bildfolgen oder Videoszenen
verwendet werden, wobei ein Festplattenspeicher (HDD) als Ab
spiel- und Aufnahmegerät dient.
Nach der Erfindung wird eine Bildfolge oder Videoszene als
primärer Hauptfilm von einer externen Videoquelle, Video
recorder oder Videodiskplayer rechnergesteuert abgespielt, und
es werden sekundäre Alternativszenen, ausgelöst durch die
lichtoptischen und/oder mechanischen Signale über das JPEG-
oder MPEG-Verfahren von der Festplatte des Rechners oder PC-
Rechners unter Verwendung eines Videoschalters und eines Lauf
werksteuerungsinterface eingespielt. Hierdurch wird die
auflaufende Scene nur aufgrund der Reaktion des Schützen
entsprechend seiner Treffer oder Fehltreffer in Echtzeit
geändert, wobei die jetzt automatische eingespielte Scene als
"Reaktionsscene" vorbereitet ist und eingespielt wird, so daß
der Eindruck einer echten Reaktion entsteht.
In Weiterbildung der Erfindung wird der primäre Hauptfilm mit
Hilfe eines CD-ROM Players über die digitalen Daten der CD-ROM
als Wiedergabe/Aufnahmegerät abgespielt, welche bei Bedarf mit
den auf dem Festspeicher oder Festplattenspeicher gespei
cherten sekundären Reaktionsszenen gemischt und abgespielt
werden.
Anstelle eines Videorecorders kann gemäß der Erfindung auch
ein Laserdiskplayer LVP/LD als Abspiel- bzw. Aufnahmegerät ver
wendet werden.
Als Mittel zur lichtoptischen oder mechanischen Beeinflussung
eines Bildes, einer Bildfolge oder einer Videoszene wird nach
der Erfindung mindestens ein als Handfeuerwaffe ausgebildeter
Apparat verwendet, welcher mit entsprechender Munition ladbar
ausgebildet ist, wobei jede Handfeuerwaffe einen Sensor zur
Registrierung eines abgefeuerten Schusses aufweist, welcher die
aufgenommenen Signale mittels eines in der Handfeuerwaffe
eingebauten Senders oder einer elektrischen Verbindungsleitung
einem Empfänger überträgt, welcher mit dem Eingang des Rech
ners verbunden ist. Damit können mehrere Schützen auf die
angebotene Scene reagieren, wobei durch den Sensor an jeder
Handfeuerwaffe sehr genau der Zeitpunkt des Abfeuerns er
mittelt und dem entsprechenden Einschuß elektronisch zugeord
net werden kann.
Jede Handfeuerwaffe kann in Weiterbildung der Erfindung als
Lasergerät zur Aussendung von Laserblitzen ausgebildet sein
und einen Sensor zur Registrierung und Signalübertragung des
ausgesendeten Lichtblitzes an den Eingang des Rechners auf
weisen.
Da die Geschoßgeschwindigkeiten meßbar sind und damit festlie
gen, läßt sich der gleichzeitige Einsatz mehrerer Schützen
nicht nur bei der Verwendung von Laserblitzen einsetzen,
sondern auch bei der Verwendung üblicher ballistischer Ge
schosse.
Die Bilder, Bildfolgen oder Videoszenen werden vorteilhaft auf
einer Reflexionsfläche dargestellt, und die durch deren
lichtoptische und/oder mechanische Beeinflussung durch die
Handfeuerwaffen bewirkten Signale werden mittels einer Video
kamera aufgenommen und die digitalen Signale dem Rechner zur
Auswertung zugeführt.
Zur Sichtbarmachung eines Einschusses in die Reflexionsfläche
ist es vorteilhaft hinter dieser einen Scheinwerfer anzuord
nen, so daß das Einschußloch als Lichtfleck sichtbar ist und
von der Videokamera aufgenommen werden kann. Durch Verwendung
farbigen Lichts kann der Lichtfleck auch farbig dargestellt
werden.
In einer weiteren Abwandlung der Erfindung kann die Videokame
ra auch als Infrarotkamera ausgebildet sein und die Reflexionsfläche
mit Infrarotlicht in nicht sichtbarer Weise von
vorn bestrahlt werden.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Hierbei zeigt
Fig. 1 ein Schaltbild der Vorrichtung in schematischer
Darstellung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Vorrichtung mit
zwei Handfeuerwaffen, PC-Rechner und Projektions
wand in funktioneller Verknüpfung, und
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Vorrichtung mit
zwei Handfeuerwaffen, PC-Rechner und Standbild.
Wie anhand von Fig. 1 zu entnehmen ist, spielt ein inter
aktives Videosystem (VR2) über einen durchgeschalteten Video
schalter (A) eine Szene über den Videoprojektor auf die Lein
wand (G) ab.
Nach Auftreffen eines Geschosses, durchdringt dieses die
Leinwand (G) und läßt das Licht, welches von Halogenscheinwer
fern (H) erzeugt wird, durch das Schußloch austreten.
Wahlweise kann anstelle des Echtschusses auch ein Laser Ver
wendung finden, welcher direkt einen Lichtfleck projiziert,
der dem Lichtschein des hinterleuchteten Schußloches gleich
kommt.
Die Aufnahmekamera (E) erkennt nun diesen Lichtfleck und gibt
die Videoinformation an einen horizontal/vertikal Separator
(F) ab, welcher diese Information dem Rechner (D) zuführt.
Der Rechner (D) der auch als PC ausgebildet sein kann, ver
gleicht nun die angelieferte horizontal/vertikal Information
mit der zur Bildnummer programmierten Maske und stellt fest,
ob die Zeilen und Spalten der Computermaske, welche auf dem
Festplattenspeicher (HDD) den entsprechenden Bildern zugeord
net sind, mit der horizontalen/vertikalen Position bzw. den
Koordinaten des Schußloches oder des Laserleuchtfleckes über
einstimmt. Dabei wird eine Übereinstimmung als Treffer, eine
Nichtübereinstimmung als Fehlschuß gewertet.
Bei einer Auswertung als Treffer, bei der die Horizontal- und
Vertikalkoordinaten des Schußloches mit der Maske überein
stimmt, steuert der Rechner (D) über das Laufwerkinterface (B)
den Videorekorder (VR3) an, und schaltet gleichzeitig dessen
Videosignal im Videoschaltmodus durch.
Durch die Laufwerkssteuerung (B) befand sich dieser bereits
in der Pausenstellung und wurde über die Software bereits kurz
vor Erreichen der Entscheidungssequenz in Wartestellung ge
bracht.
Da das vom Videorekorder (VR2) ausgehende Videosignal auf den
Videorekorder (VR3) umgeschaltet wurde und der Videorekorder
(VR3) sich kurz vor der Umschaltung in Pausenstellung befand,
entsteht nun der Eindruck einer Reaktion des Bildes bzw. der
Szene, da die Umschaltung für das menschliche Auge nicht
sichtbar ist.
Der Videorekorder (VR3) setzt nun die Projektion mit der
Trefferszene fort, beispielsweise in dem eine vorbereitete
Scene abgespielt wird, bei der das Zielobjekt getroffen
umfällt. In dieser Zeit befindet sich der Videorekorder (VR2)
bereits im schnellen Vorlauf zum Beginn der nächsten Szene um
dort bereits in Pausenstellung auf die Rückschaltung (VR3) auf
(VR2) in Pausenstellung zu warten.
Bei einem Nichttreffer, bei dem die Horizontal- und Vertikal
koordinaten H/V nicht mit Maske übereinstimmen, wird nun von
dem Videorekorder (VR2) auf den Videorekorder (VR1) umgeschal
tet, welcher damit die Szene Nichttreffer, beispielsweise das
Zielobjekt schießt zurück, abspielt. Nach erfolgter Projektion
des Videorekorders (VR1) wird wieder auf den bereits in
Pausenstellung befindlichen Videorekorder (VR2) umgeschaltet,
welcher dann die Projektion fortsetzt.
Dieses erläuterte Verfahren läßt sich unter Verwendung einer
größeren Anzahl Videorecorder erweitern und die Scenen ent
sprechend ausgestalten.
Das Erzeugen von interaktiven Sequenzen unter Verwendung von
von "n" Videorecordern vornehmlich für die Schießstandsimula
tion, gestaltet sich damit wie folgt.
Über den Eingang des Rechners werden Videobilder bzw. Video
filme digital zerlegt und in "Echtzeit" (25 Bilder/sec) durch
eine Kompressionshardware bzw. eine Rechnersteckkarte auf die
Festplatte geladen.
Die im Rechner bzw. bereits installierte Software steuert nun
den Gesamtablauf, der wie folgt abläuft:
Bei Betätigung der Starttaste läuft der zuvor über Eingang des
Rechners eingegebene Film über die Dekomprimierungshardware
und einen VGA/TV Konverter über den Videoprojektor ab. Der
Videoprojektor projiziert den Film auf die Leinwand, vor der
der Schütze steht.
Der Schütze schießt nun auf das auf der Leinwand erscheinende
Zielobjekt, das Geschoß durchdringt die Leinwand und gibt am
Durchschoßloch das rückseitige Licht, erzeugt durch Schein
werfer H, frei.
Die Schußaufnahmekamera (C1) erkennt nun den Lichtfleck, der
wahlweise auch durch ein Lasergerät erzeugt sein kann, welcher
einen gleichartigen Lichtfleck erzeugt, und führt diese Infor
mation dem Kamera-A/D-Wandler zu. Hier wird nun die Position
des Lichtfleckes in horizontale Zeilen und vertikale Spalten
zerlegt.
Diese Information wird dann mit dem Pixelraster des Bild
schirmhalters verglichen, und die entsprechenden Pixels werden
festgelegt. Diese Pixels werden nun mit den Pixeln der zum
Bild gehörigen Treffermaske verglichen und bei Übereinstimmung
als Treffer gewertet.
Bei der Treffermaske handelt es sich um eine Anzahl von
Pixels, welche in Lage und Position dem Zielobjekt eines
Videobildes entsprechen und welche dem jeweiligen Videobild
direkt zugeordnet sind.
Alle anderen Pixels, die sich außerhalb der Treffermaske
befinden, werden bei einer Übereinstimmung mit den Licht
fleckpixels als Nichttreffer gewertet.
Der Schütze trifft das Zielobjekt auf der Leinwand, die
Schußaufnahmekamera erkennt den Lichtfleck und gibt die
Spalten und Zeilendaten an die Maskenvergleichssoftware
weiter. Diese entscheidet nun, ob der Lichtfleck mit den
vorprogrammierten Pixels für Treffer übereinstimmen.
Nun wird das Festplattenlaufwerk dahingehend angesteuert, daß
vom primären Hauptfilm auf die Ausweichszene "Treffer" ge
sprungen wird.
Da jedes Videobild seine eigene Adresse besitzt, ist dies
bildgenau in "Echtzeit", wie oben definiert, möglich.
Auf der Leinwand wird nun die Szene "Treffer" abgespielt,
beispielsweise das Zielobjekt bricht getroffen zusammen,
welche von der Festplatte über die Dekomprimierungshardware
an den Videoprojektor weitergegeben wurde.
Da nun die Spur/Spur Suchzeit nur ca. 5 ms beträgt und bei
Verwendung eines Cachecontrollers sich auf 0,3 ms reduzieren
läßt, für ein Halbbild jedoch 20 ms zur Verfügung stehen, ist
der Bild/Szenensprung für das menschliche Auge nicht sichtbar,
und es entsteht der Eindruck, als habe der Film bzw. die
Projektion direkt auf das Eingreifen des Schützen reagiert.
Diese Funktion wird als interaktive Funktion definiert.
Trifft der Schütze das Zielobjekt nicht, ist der Funktions
ablauf generell mit dem Funktionsablaufs "Treffer" identisch,
bis auf die Reaktion der Maskenvergleichssoftware, welche nun
die Szene "Nichttreffer" adressiert und abruft.
Hierbei wird die Szene Nichttreffer über die Dekompressions
hardware und den Videoprojektor abgespielt.
Da auch hier die Bildzugriffszeit im Bereich von 5 ms bzw. 0,3 ms
bei Verwendung eines Cachecontrolles liegt, ist wiederum
der Bild/Szenensprung für das menschliche Auge nicht sichtbar,
und es entsteht der unter der Funktion "Treffer" bereits
beschriebene Effekt.
Reagiert der Schütze überhaupt nicht, spielt die Festplatte
den Film über die Dekompressionshardware kontinuierlich ab,
und das Zielobjekt verhält sich passiv, da nur bei einer
Reaktion des Schützen über die Aktivierung der Schußaufnahme
kamera in die entsprechenden Reaktionsszenen Treffer/Nicht
treffer gesprungen wird.
Bisher war es noch nicht möglich, Videobilder oder ganze
Szenen in "Echtzeit" in vertretbarem bzw. wirtschaftlichem
Aufwand auf eine Festplatte abzuspeichern; dies wird anhand
einer Überschlagsrechnung verdeutlicht:
1 Bild TV/VGA = 640×480×256 Farben|= 786,432 KB | |
1 sec TV/VGA = 25 B/sec | = 19,66 MB |
1 min TV/VGA = 60 sec | = 1.179,6 MB |
Größtmögliche HDD ca. 4 GB SCSI | = 4,71 min |
Größtmögliche Transferrate | ca 20 MB/sec |
Benötigte Transferrate | 25 MB/sec min |
Dieses Problem ist nunmehr unter Verwendung einer von der
Anmelderin entwickelten Komprimierungskarte gelöst.
Die Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung der Vorrich
tung mit zwei Handfeuerwaffen W1 und Wn, einem PC-Rechner PC
und einer Projektionswand Z in funktioneller Verknüpfung. Die
Schaltung entspricht der Darstellung nach Fig. 1. Mit der
Bezeichnung Wn für die zweite Handfeuerwaffe ist angedeutet,
daß die Anzahl der Handfeuerwaffen noch wesentlich höher sein
kann. Jede Handfeuerwaffe ist mit einem Sensor ausgerüstet,
der den Zeitpunkt des Schusses registriert und das sich
ergebende Signal einem Sender zuführt, der das Signal dem
Empfänger R zuleitet. Das Signal kann auch über eine elek
trische Leitung zum Rechner geführt werden. Die von den Hand
feuerwaffen W1 und Wn bewirkten und von den Sensoren S1 und
Sn aufgenommenen Signale werden dem Rechner PC zugeführt, der
unmittelbar danach die Signale der Videokamera C1 über die
Schußergebnisse erhält, welche im Rechner ausgewertet werden
und der danach die Scenen ansteuert, die sich aus der Treffer
auswertung, wie oben beschrieben, ergeben.
Die Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung der Vor
richtung mit zwei Handfeuerwaffen W1, Wn, einem PC-Rechner PC
und einem Standbild T als vereinfachte Ausführungsform der
Erfindung. Die Handfeuerwaffen können hierbei als ballistische
Waffen oder auch mit einer Laservorrichtung ausgerüstet sein.
Ihre Anzahl kann erheblich größer als zwei sein. Das Standbild
T kann mit Sensoren ausgerüstet sein, welche auf mechanische
Erschütterungen reagieren, wenn nämlich ein Geschoß das Stand
bild getroffen hat. Für den Empfang und die Lokalisierung von
Laserblitzen auf dem Standbild lassen sich eine Reihe von
Sensoren anordnen, welche jeweils einen bestimmten Bereich auf
dem Bild erfassen, so daß auch hierbei die Trefferqualität
ermittelt und dem Rechner PC zugeführt werden kann, welche
eine Reaktion auf dem Standbild auslöst.
Claims (9)
1. Verfahren zur Steuerung und Beeinflussung von ablaufen
den Bildfolgen oder einzelnen Bildern und interaktiven
Videoszenen und/oder Bildfolgen unterhalb der vom
menschlichen Auge wahrnehmbaren Reaktionszeit (Echt
zeit), vorzugsweise in einem Simulator oder Schieß
stand, dadurch gekennzeichnet, daß die Bilder, Bildfol
gen oder Videoszenen lichtoptisch und/oder mechanisch
beeinflußt werden und die hierdurch bewirkten Signale
aufgenommen und mit Hilfe eines Rechners mit Datenkom
pressionshard- und Software in Echtzeit nach an sich
bekannten JPEG- (Joint Photographik Expert Group) und
MPEG- (Motion Picture Expert Group) Verfahren zur Aus
lösung neuer oder geänderter Bilder, Bildfolgen oder
Videoszenen verwendet werden, wobei ein Festplatten
speicher (HDD) als Abspiel- und Aufnahmegerät dient.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Bildfolge oder Videoszene als primärer Hauptfilm
von einer externen Videoquelle, Videorecorder oder
Videodiskplayer rechnergesteuert abgespielt wird, und
sekundäre Alternativszenen, ausgelöst durch die licht
optischen und/oder mechanischen Signale über das JPEG-
oder MPEG-Verfahren von der Festplatte des Rechners
oder PC-Rechners unter Verwendung eines Videoschalters
und eines Laufwerksteuerungsinterface eingespielt
werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß der primäre Hauptfilm mit Hilfe eines CD-ROM
Players über die digitalen Daten der CD-ROM als Wieder
gabe/Aufnahmegerät abgespielt werden, welche bei Bedarf
mit den auf dem Festspeicher oder Festplattenspeicher
gespeicherten sekundären Reaktionsszenen gemischt und
abgespielt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß anstatt eines Videorecorders ein Laser
diskplayer LVP/LD als Abspiel bzw. Aufnahmegerät ver
wendet wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den
Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als
Mittel zur lichtoptischen oder mechanischen Beeinflus
sung eines Bildes, einer Bildfolge oder einer Videosze
ne mindestens ein als Handfeuerwaffe ausgebildeter Ap
parat (W1, Wn) verwendet wird, welcher mit entsprechen
der Munition betätigbar ausgebildet ist, wobei jede
Handfeuerwaffe einen Sensor (S1, Sn) zur Registrierung
eines abgefeuerten Schusses aufweist, welcher die auf ge
nommenen Signale mittels eines in der Handfeuerwaffe
eingebauten Senders oder einer elektrischen Verbin
dungsleitung (Tr1, Trn) einem Empfänger (R) überträgt,
welcher mit dem Eingang des Rechners verbunden ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß jede Handfeuerwaffe (W1, Wn) als Lasersender zur
Aussendung von Laserblitzen ausgebildet ist und einen
Sensor (S1, Sn) zur Registrierung und Signalübertragung
des ausgesendeten Lichtblitzes an den Eingang des
Rechners aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Bilder, Bildfolgen oder Videoszenen
auf einer Reflexionsfläche (G, Z) darstellbar sind und
die durch deren lichtoptische und/oder mechanische
Beeinflussung durch die Handfeuerwaffen (W1, Wn) bewirk
ten Signale mittels mindestens einer Videokamera (C1)
aufgenommen und die digitalen Signale dem Rechner (PC)
zur Auswertung zugeführt werden.
8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 7, dadurch ge
kennzeichnet, daß zur Sichtbarmachung eines Einschusses
in die Reflexionsfläche (G, Z) hinter dieser ein
Scheinwerfer (H) angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 7, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Videokamera (C1) als Infrarot
kamera ausgebildet ist und die Reflexionsfläche (G,H)
mit Infrarotlicht von vorn bestrahlt wird.
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DE4411261A DE4411261C2 (de) | 1993-04-03 | 1994-03-31 | Interaktives Videosystem |
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---|---|
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Family Applications (1)
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Country Status (2)
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