ES2245547B1 - Interactive and stereoscopic digital system for industrial design includes computerized control unit, glasses for wearing by observer, and three pairs of projectors for projecting images to three adjacent screens - Google Patents

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Abstract

Two side screens are disposed parallel to each other and perpendicular to a front screen to form three adjacent screens. Three pairs of projectors are externally arranged to project images on each screen to be visualized by each eye of an observer. A polarized filter is disposed in each projector for orienting a light beam in a different manner for each pair of projectors. The observer wears glasses mounting a polarized filter for each eye to visualize the images by being coincident with the directions of polarization of the projected beams. A computerized control unit is also incorporated.

Description

Sistema digital interactivo y estereoscópico para diseño industrial.Interactive and stereoscopic digital system For industrial design.

Objeto de la invenciónObject of the invention

La presente invención se refiere a un sistema digital interactivo y estereoscópico para diseño industrial, capaz de visualizar de manera fotorealista y no fotorealista a escala 1:1 elementos simples o compuestos en escenarios cuyo volumen espacial se pueda proyectar en perspectiva o en paralela sobre las superficies de un volumen de 3 x 3 x 4 metros.The present invention relates to a system interactive and stereoscopic digital for industrial design, capable to visualize in a photorealistic and non-photorealistic way at 1: 1 scale simple or compound elements in scenarios whose spatial volume can be projected in perspective or in parallel on the surfaces of a volume of 3 x 3 x 4 meters.

Antecedentes de la invenciónBackground of the invention

En la actualidad es posible obtener informáticamente mediante renderizado vistas de objetos, estancias, etc., simuladas con aspecto real.It is currently possible to obtain computerized through rendering views of objects, rooms, etc., simulated with real appearance.

El problema es que normalmente la presentación de estas vistas simuladas se hace de manera monoscópica, en pantallas de tamaño menor y con la calidad no fotorealista.The problem is that normally the presentation of these simulated views is done monoscopically, in smaller screens and with non-photorealistic quality.

Descripción de la invenciónDescription of the invention

El sistema de la invención sirve de una manera óptima para la representación estereoscópica, esto es, simulando las tres dimensiones en el espacio, de imágenes generadas informáticamente mediante renderizado, o bien mezclando imágenes generadas informáticamente con imágenes reales posibilitando la inmersión en entornos de realidad virtual pura, de virtualidad aumentada, de realidad aumentada y de realidad pura, esto es, que permite mezclar imágenes generadas informáticamente con imágenes reales en distintos grados, desde generadas informaticamente al 100% hasta reales al 100%, ofreciendo al usuario la impresión de que lo que está visualizando se trata de un espacio tridimensional, pudiendo participar en la visualización desde una sola persona hasta grupos de varias personas.The system of the invention serves in a manner optimal for stereoscopic representation, that is, simulating the three dimensions in space, of generated images by computer rendering, or mixing images computer generated with real images enabling the immersion in environments of pure virtual reality, virtuality augmented, augmented reality and pure reality, that is, that allows to mix computer generated images with images actual in different grades, from 100% computer generated up to 100% real, offering the user the impression that which you are viewing is a three-dimensional space, being able to participate in the visualization from a single person to groups of several people.

De acuerdo con la invención, el sistema comprende los siguientes elementos:According to the invention, the system It comprises the following elements:

- tres pantallas dispuestas verticalmente, adyacentemente y perpendicularmente, configurando un cajón con tres laterales verticales perpendiculares, teniendo las pantallas laterales una relación anchura/altura 4/3 y la frontal 1/1. Estas pantallas no despolarizan la luz y deben tener necesariamente una ganancia lo más baja posible, por ejemplo 1.0. Esto significa que la iluminación es uniforme en toda la pantalla.- three vertically arranged screens, adjacent and perpendicularly, configuring a drawer with three perpendicular vertical sides, having the screens lateral a width / height ratio 4/3 and the front 1/1. These screens do not depolarize light and must necessarily have a profit as low as possible, for example 1.0. This means that The lighting is uniform throughout the screen.

- tres pares de proyectores que proyectan, cada par, sobre cada una de las pantallas. Los proyectores de cada par se encuentran situados uno encima del otro, y el conjunto del par está a una altura igual a la de la mitad de las pantallas; cada uno de los proyectores del par se encuentra inclinado levemente de tal forma que su haz de luz se centra en el punto central de la pantalla, evitando desbordamientos de los haces de luz fuera de las pantallas. Cada proyector de cada par emite una imagen renderizada y particular para cada ojo, estando estas imágenes desplazadas entre sí a una distancia aproximadamente igual a la distancia que existe entre ambos ojos del observador u observadores.- three pairs of projectors that project, each pair, on each of the screens. The projectors of each pair they are located one above the other, and the whole pair it is at a height equal to that of half of the screens; each of the projectors of the pair is inclined slightly of such way that its beam of light is centered on the center point of the screen, avoiding overflows of light beams outside the  screens Each projector of each pair emits a rendered image and particular for each eye, these images being displaced each other at a distance approximately equal to the distance that It exists between both eyes of the observer or observers.

- tres pares de filtros, constando cada par de sendos filtros polarizantes de la luz en direcciones distintas, idealmente en direcciones perpendiculares. Cada par de filtros se coloca en cada par de proyectores, y cada filtro en un proyector, de modo que las imágenes de cada par de proyectores quedan polarizadas en direcciones distintas, y el proyector de cada par que proyecta la imagen para cada ojo tiene la misma dirección de polarización que los otros dos proyectores de los otros dos pares, que proyectan las imágenes para el mismo ojo.- three pairs of filters, each pair consisting of two polarizing filters of light in different directions, ideally in perpendicular directions. Each pair of filters is place in each pair of projectors, and each filter in a projector, so that the images of each pair of projectors remain polarized in different directions, and the projector of each pair that project the image for each eye has the same direction of polarization than the other two projectors of the other two pairs, that project the images for the same eye.

- unas gafas que montan sendos filtros polarizantes en direcciones adecuadas, para percibir la imagen proyectada por los proyectores de cada par exclusivamente para el ojo correspondiente.- glasses that fit two filters polarizers in appropriate directions, to perceive the image projected by the projectors of each pair exclusively for the corresponding eye.

- una unidad de control de computación, que genera las seis imágenes renderizadas, una por cada proyector, incorporando idealmente tarjetas descompresoras de vídeo MPEG-2, y con capacidad para trabajar con imagen digital hasta la resolución ofrecida por cualquier sistema de proyección, y que se comunica con los proyectores preferentemente mediante cables apantallados. Este sistema es capaz de mezclar las imágenes renderizadas con imágenes reales en distintas proporciones desde la realidad virtual pura hasta la realidad pura.- a computer control unit, which generates the six rendered images, one for each projector, ideally incorporating video decompressor cards MPEG-2, and with the ability to work with images digital up to the resolution offered by any system of projection, and that communicates with the projectors preferably by shielded cables. This system is able to mix the rendered images with real images in different proportions from pure virtual reality to pure reality.

De este modo se percibe una imagen tridimensional por parte del observador situado en el interior del cajón, generada mediante renderizado y/o mezclado con otras imágenes reales, y por tanto manipulable informáticamente para variar el punto de perspectiva, el ángulo, la profundidad de campo, etcétera, y sin el problema de las imágenes coloreadas de la idea de los anaglifos, ya que con la luz polarizada no se alteran los colores.In this way an image is perceived three-dimensional by the observer located inside the drawer, generated by rendering and / or mixed with others real images, and therefore computer manipulable to vary the perspective point, angle, depth of field, et cetera, and without the problem of the colored images of the idea of anaglyphs, since polarized light does not alter the colors.

Además, el sistema permite su desmontaje y transporte a cualquier punto adecuado de utilización, y al utilizar pantallas que en su montaje crean un volumen de 3 x 3 x 4 mts se puede trabajar a escala 1:1 con elementos geométricos grandes, como por ejemplo un tren.In addition, the system allows its disassembly and transport to any suitable point of use, and when using screens that create a volume of 3 x 3 x 4 meters in its assembly can work at 1: 1 scale with large geometric elements, such as for example a train.

Breve descripción de los dibujosBrief description of the drawings

La figura 1 muestra vista una vista esquemática en planta del sistema de la invención.Figure 1 shows a schematic view. in plan of the system of the invention.

Descripción de una realización práctica de la invenciónDescription of a practical embodiment of the invention

El sistema 1 de la invención está constituido por los siguientes elementos:System 1 of the invention is constituted for the following elements:

- tres pantallas 2, 3, desmontables, de relación lateral anchura/ altura 4/3 las laterales 3 y de relación 1/1 la central 2, conformando un cajón 4 abierto traseramente. Concretamente las pantallas 3 tienen 4 mts de anchura por 3 de altura y la pantalla 2 es de 3 x 3 mts, conformando un cajón de 3 x 3 x 4 mts. Las pantallas 2 y 3 tienen una ganancia de la tela muy baja, tal como 1.0.- three screens 2, 3, detachable, ratio  lateral width / height 4/3 lateral 3 and 1/1 ratio central 2, forming a drawer 4 open back. Specifically, screens 3 are 4 meters wide and 3 meters wide. height and screen 2 is 3 x 3 meters, forming a 3 x drawer 3 x 4 meters Screens 2 and 3 have a very high web gain low, such as 1.0.

- tres pares 5 de proyectores 5a, 5b, que proyectan por el exterior, cada par, sobre cada una de las tres pantallas 2 y 3. Los proyectores de cada par están superpuestos con un centro del conjunto a una altura aproximada a la de la mitad de las pantallas, y emiten haces 6, 7 convergentes hacia los centros de las pantallas. Cada proyector emite una imagen particular renderizada y/o mezclada con imágenes reales, en función de la posición del proyector y del ojo al que va destinada la imagen. Las imágenes por tanto, aunque centradas en las pantallas, están generadas de modo que las destinadas a ser visualizadas por un ojo, que son emitidas por uno de los proyectores de cada par, y están desplazadas respecto a las que están destinadas a ser visualizadas por el otro ojo, que son emitidas por el otro proyector de cada par, a una distancia aproximadamente equivalente a la distancia entre ambos ojos de los observadores.- three pairs 5 of projectors 5a, 5b, which project on the outside, each pair, on each of the three screens 2 and 3. The projectors of each pair are superimposed with a center of the set at an approximate height of half of the screens, and emit 6, 7 converging beams towards the centers of the screens. Each projector emits a particular image rendered and / or mixed with real images, depending on the position of the projector and eye to which the image is intended. The images therefore, although centered on the screens, are generated so that those intended to be visualized by one eye, which are emitted by one of the projectors of each pair, and are displaced from those that are intended to be displayed by the other eye, which are emitted by the other projector of each even, at a distance approximately equivalent to the distance between both eyes of the observers.

- tres pares de filtros 8 acoplables a los pares de proyectores constando cada par de sendos filtros 8a, 8b polarizantes del haz que proyecta cada proyector en direcciones perpendiculares. Cada filtro 8a y 8b se interpone en el haz apropiado del proyector de cada par, quedando polarizados todos los haces destinados a ser visualizados por el mismo ojo en el mismo sentido, y perpendicularmente a los destinados a ser visualizados por el otro ojo, que quedan por tanto polarizados perpendicularmente a los primeros.- three pairs of filters 8 attachable to the pairs of projectors consisting of each pair of two filters 8a, 8b polarizing beam projecting each projector in directions perpendicular. Each filter 8a and 8b gets in the beam appropriate of the projector of each pair, being polarized all beams intended to be visualized by the same eye in the same sense, and perpendicularly to those intended to be displayed by the other eye, which are therefore polarized perpendicular to the first.

- unas gafas 9 para el observador, que montan en el lugar para sus cristales sendos filtros 10, 11 polarizados en direcciones perpendiculares e iguales a las de polarización de los filtros interpuestos en los haces respectivos de los proyectores, de modo que cada ojo sólo percibe las imágenes polarizadas en el mismo sentido que el filtro correspondiente de las gafas.- glasses 9 for the observer, who ride in the place for your crystals two filters 10, 11 polarized in directions perpendicular and equal to those of polarization of filters interposed in the respective beams of the projectors, so that each eye only perceives polarized images in the same sense as the corresponding filter of the glasses.

- una unidad 12 de control de computación, generadora de las seis imágenes renderizadas simultáneas para ser proyectadas por los seis proyectores y simular la vista espacial. Informáticamente se pueden variar diversos parámetros que modificarán el aspecto de la imagen, tales como su profundidad, punto de vista, etc.- a computer control unit 12, generator of the six simultaneous rendered images to be projected by the six projectors and simulate the spatial view. Several parameters can be varied that they will modify the appearance of the image, such as its depth, point of view, etc.

Claims (6)

1. Sistema digital interactivo y estereoscópico para diseño industrial, capaz de visualizar de manera fotorealista y no fotorealista a escala 1:1 elementos simples o compuestos en escenarios cuyo volumen espacial se pueda proyectar en perspectiva o en paralela sobre las superficies de unas pantallas; caracterizado porque está constituido por tres pantallas adyacentes, una frontal y dos laterales paralelas entre sí y perpendiculares a la frontal, que configuran un cajón abierto traseramente en cuyo interior se ubica el observador; externamente se disponen tres pares de proyectores; cada par de proyectores proyecta sobre cada una de las tres pantallas sendas imágenes destinadas a ser visualizadas por cada uno de los ojos del observador; los haces proyectados por los proyectores de cada par se disponen convergentes al centro de cada pantalla; las imágenes destinadas a ser visualizadas por cada ojo del observador están generadas con un desplazamiento entre sí equivalente a la separación horizontal entre sí de los ojos del observador; en cada haz de cada proyector se interpone un filtro polarizado orientador del haz luminoso en sentido diferente entre los proyectores de cada par, y coincidente en los proyectores de los distintos pares generadores de las imágenes destinadas a ser visualizadas por el mismo ojo del observador; el observador porta unas gafas que montan un filtro polarizado para cada ojo en direcciones distintas entre sí y coincidentes con las direcciones de polarización de los haces proyectados destinados a ser visualizados por cada ojo; el sistema incorpora una unidad de control informatizada generadora de las imágenes renderizadas y/o mezcladas con imágenes reales para todos los proyectores y modificadora de sus parámetros, permitiendo la inmersión en entornos de realidad virtual, virtualidad aumentada, realidad aumentada y realidad.1. Interactive and stereoscopic digital system for industrial design, capable of visualizing in a photorealistic and non-photorealistic way at 1: 1 scale simple or composite elements in scenarios whose spatial volume can be projected in perspective or in parallel on the surfaces of some screens; characterized in that it is constituted by three adjacent screens, one front and two sides parallel to each other and perpendicular to the front, which form a rear open drawer inside whose interior the observer is located; externally there are three pairs of projectors; each pair of projectors projects on each of the three screens two images intended to be visualized by each of the observer's eyes; the beams projected by the projectors of each pair are arranged convergent to the center of each screen; the images destined to be visualized by each eye of the observer are generated with a displacement between them equivalent to the horizontal separation between them of the eyes of the observer; in each beam of each projector, a polarized light-guiding filter is interposed in a different direction between the projectors of each pair, and coincident in the projectors of the different pairs generating the images intended to be visualized by the same eye of the observer; the observer wears glasses that mount a polarized filter for each eye in different directions from each other and coinciding with the polarization directions of the projected beams intended to be visualized by each eye; The system incorporates a computerized control unit that generates the images rendered and / or mixed with real images for all projectors and modifies their parameters, allowing immersion in virtual reality, augmented virtuality, augmented reality and reality environments. 2. Sistema según reivindicación 1 caracterizado porque las pantallas laterales tienen una relación lateral anchura/altura 4/3 y la central una relación 1/1.2. System according to claim 1 characterized in that the side screens have a lateral ratio width / height 4/3 and the central one has a 1/1 ratio. 3. Sistema según reivindicación 1 caracterizado porque las pantallas no despolarizan y tienen ganancia 1 o inferior.3. System according to claim 1 characterized in that the screens do not depolarize and have gain 1 or less. 4. Sistema según reivindicación 1 caracterizado porque los filtros polarizados que se interponen en los haces de cada par de proyectores, y los filtros polarizados de las gafas del observador polarizan y/o filtran la luz en direcciones perpendiculares para cada ojo del observador.4. System according to claim 1 characterized in that the polarized filters that interpose in the beams of each pair of projectors, and the polarized filters of the observer's glasses polarize and / or filter the light in perpendicular directions for each eye of the observer. 5. Sistema según reivindicación 2 caracterizado porque las pantallas laterales tienen una anchura de 4 metros y una altura de 3 metros, mientras que la central tiene tres metros de anchura y tres metros de altura.5. System according to claim 2 characterized in that the side screens have a width of 4 meters and a height of 3 meters, while the control panel is three meters wide and three meters high. 6. Sistema según reivindicación 1 caracterizado porque en el interior del cajón se pueden disponer uno o varios observadores.6. System according to claim 1 characterized in that one or more observers can be arranged inside the drawer.
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