KR101289585B1 - 컴퓨터 제작 비디오 홀로그램을 랜더링 및 생성하는 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
깊이 정보를 가진 이미지 데이터로부터 실시간으로 컴퓨터 제작 비디오 홀로그램을 랜더링 및 생성하는 방법으로서, 제 1 모드에서 3D 랜더링-그래픽 파이프 라인(3DPL)은 장면을 상기 장면의 2D 투사로서 래스터 이미지로 변환시키고 모니터의 제어 가능한 픽셀에 대한 픽셀 값을 생성하는, 컴퓨터 제작 비디오 홀로그램의 랜더링 및 생성 방법은, 파이프 라인이 스위칭 가능한 방식으로 확장될 수 있어서, 제 2 모드에서 하나 이상의 홀로그래픽 그래픽 파이프 라인(HPL) 내에서 복소 홀로그램 값들이 생성되고, 상기 파이프 라인 내에서 홀로그래픽 재생 장치의 광 변조기 수단용 픽셀 값으로서 코딩이 이루어짐으로써, 코딩된 홀로그램 값으로 광 변조기의 제어에 의한 통상의 그래픽 표시와 동시적으로 또는 양자택일적으로, 공간에서의 간섭에 의해 소정 장면이 재구성되도록 입사 파동 장이 변조된다. 본 발명은 종래의 모니터와 홀로그래픽 재생 장치의 선택적 작동 및 심지어 병렬 작동을 허용하기 때문에, 기존 산업 표준과의 호환성이 보장된다. 본 발명은 또한 홀로그래픽 표시의 최신 기술의 중요한 기술적 및 경제적 허용을 보장한다.
이미지, 랜더링, 홀로그램, 재생 장치, 광 변조기 수단, 병렬 작동, 그래픽 파이프 라인.
Description
본 발명은 깊이 정보를 가진 이미지 데이터로부터 실시간으로 컴퓨터 제작 비디오 홀로그램(CGVH)을 랜더링 및 생성하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 랜더링 분야에서, 본 발명은 하나의 장면을 모니터 상의 래스터 이미지로 벡터로, 수학적으로 표현하는 알고리즘을 포함하는 소위 3D 랜더링 파이프 라인에 관한 것이다. 이미지 데이터는 깊이 정보 및 일반적으로 재료 특성 및 표면 특성에 대한 추가 표현을 포함한다.
3D 랜더링-그래픽 파이프 라인에서는 예컨대 디스플레이 좌표로부터 장치 좌표로의 환산, 텍스처링, 클리핑 및 안티앨리어싱이 이루어진다. 그래픽 어댑터의 프레임 버퍼 내에 저장된 래스터 이미지, 즉 3D 장면의 2D 투사는 모니터, 예컨대 LCD 디스플레이의 제어 가능한 픽셀의 픽셀 값의 데이터를 포함한다.
컴퓨터 제작 비디오 홀로그램의 분야에서 본 발명은 소위 홀로그래픽 그래픽 파이프 라인에 관한 것이다. 상기 파이프 라인에서는 광 변조기 수단 SLM용 픽셀 값으로서 복소(complex) 홀로그램 값의 생성이 이루어진다. 홀로그래픽 데이터의 컴파일링시 본 발명은 장면의 부분 영역의 변환에 관한 것이며, 변환에 의해 광파 의 전파가 표현된다. 3D 물체 또는 장면의 홀로그래픽 표시에 있어서, 광 파면은 코히어런트 광파의 간섭 및 중첩에 의해 생성된다.
간섭 패턴으로서 포토그래픽으로 또는 다른 방식으로 저장되는 종래의 홀로그램과는 달리, CGVH는 장면의 시퀀스로부터 홀로그램 데이터의 계산의 결과로서 전자 수단에 저장되어 존재한다.
변조된 간섭성 광은 장면을 재구성하기 위해 진폭 및/또는 위상 값에 의해 제어 가능한 광 파면으로서 공간적으로 관찰자의 눈 앞에서 전파된다. 비디오 홀로그램의 홀로그램 값에 의한 광 변조기 수단의 제어는 디스플레이로부터 방출되는 픽셀 변조된 파동 장이 공간 내로의 간섭에 의해 소정 장면을 재구성하게 한다.
본 발명을 구현하기에 바람직한 홀로그래픽 재생 장치는 하나 이상의 디스플레이 수단을 포함한다. 여기서, 디스플레이 수단은 장면의 홀로그램을 코딩하는 광 변조기 자체를 말하거나, 또는 광 변조기 내에서 코딩된 홀로그램 또는 광 변조기 내에서 코딩된 장면의 파면이 이미지화되는 예컨대, 렌즈 또는 거울과 같은 광학 소자를 말한다. 디스플레이 수단의 해상도 및 가시 거리 내에 장면을 재구성하기 위한 관련 원칙은 출원인의 다른 간행물에서 개시된다. 간행물 WO 제2004/044659호 및 WO 제2006/027228호에서, 디스플레이 수단은 광 변조기 자체이다. 간행물 WO 제2006/119760호에서의 장면의 홀로그래픽 재구성을 위한 투사 장치 및 방법에서, 디스플레이 수단은 광 변조기 내에서 코딩된 홀로그램이 이미지화되는 광학 소자이다. DE 제10 2006 004 300호에서의 장면의 홀로그래픽 재구성을 위한 투사 장치에서, 디스플레이 수단은 광 변조기에서 코딩된 장면의 파면이 이미 지화되는 광학 소자이다. 출원인의 WO 제2006/066919호는 비디오 홀로그램의 계산 방법을 개시한다.
상기 간행물에서, 광 변조기 수단 또는 SLM은 하나 또는 다수의 독립적인 광원으로부터 방출되는 광빔의 스위칭, 블랭킹 또는 변조에 의해 강도, 색 및/또는 위상을 제어하기 위한 장치를 말한다. 홀로그램 재생 장치는 일반적으로 제어 가능한 픽셀의 매트릭스를 포함한다. 픽셀은 디스플레이 패널을 통과하는 광의 진폭 및/또는 위상을 변화시킴으로써 물체 점들을 재구성한다. 광 변조기 수단은 이러한 매트릭스를 포함한다. 광 변조기 수단은 예컨대 음향-광 변조기(AOM)로서 불연속적으로 또는 연속적으로 구현될 수 있다. 진폭 변조에 의한 홀로그램 재구성의 실시예는 액정 디스플레이(LCD)로 이루어질 수 있다. 본 발명은 또한 충분히 코히어런트한 광을 광 파면 또는 광파 릴리프로 변조하기 위한 다른 제어 가능한 장치에 관한 것이다.
상기 간행물에서, "픽셀"은 SLM에서 제어 가능한 홀로그램 픽셀이다. 픽셀은 홀로그램 점의 이산 값에 의해 개별적으로 어드레싱되거나 제어된다. 각각의 픽셀은 비디오 홀로그램의 홀로그램 점이다. 따라서, LCD에서 "픽셀"은 디스플레이의 개별적으로 어드레싱 가능한 이미지 점을 위해 사용된다. DLP에서 "픽셀"은 개별 마이크로 거울을 위해 또는 작은 그룹의 마이크로 거울을 위해 사용된다. 연속 SLM에서 픽셀은 복소 홀로그램 점을 나타내는 SLM 상에서의 전이 영역이다. 따라서, "픽셀"은 일반적으로 복소 홀로그램 점을 나타내는, 즉 표시하는 가장 작은 단위이다.
"관찰자 윈도우"는 관찰자가 충분히 큰 가시성으로 전체 재구성된 장면을 볼 수 있게 하는 제한된 가상 영역이다. 관찰자 윈도우는 관찰자의 눈 위에 또는 눈 가까이에 배치된다. 관찰자 윈도우는 X, Y 및 Z 방향으로 움직일 수 있다. 관찰자 윈도우 내에서, 파동장들이 중첩됨으로써, 재구성된 물체가 관찰자에게 가시화될 수 있다. 윈도우는 관찰자의 눈 근처에 놓이고, 공지된 위치 검출 및 트랙킹 장치에 의해 실제 관찰자 위치로 트래킹될 수 있다. 따라서, 윈도우는 동공 크기를 초과하지 않는 크기로 제한될 수 있다. 2개의 관찰자 윈도우, 즉 각각의 눈에 대해 하나의 관찰자 윈도우를 사용하는 것이 가능하다. 관찰자 윈도우의 복잡한 배치도 가능하다. 또한, 관찰자에게 개별 물체들 또는 전체 장면이 광 변조기 뒤에 놓인 것으로 보이게 하도록 비디오 홀로그램을 코딩하는 것이 가능하다.
"변환"은 변환과 동일하거나 또는 이와 유사한 수학적 또는 컴퓨터 기술을 포함하도록 넓게 해석된다. 수학적 의미에서 변환은 맥스웰 파동장 전파 방정식으로 표현되는 물리적 과정의 근사이다. 프레넬 변환 또는 푸리에 변환으로서 공지된 특수 그룹의 변환과 같은 변환은 제 2 차수의 근사를 나타낸다. 변환은 일반적으로 미분으로 표현되지 않고 대수로 표현되기 때문에, 컴퓨터 기술을 이용하여 효율적으로 그리고 성능적으로 다루어진다. 또한, 변환은 광학 시스템으로서 정확하게 모델링될 수 있다.
출원인의 WO 제2006/066919호는 컴퓨터 제작 비디오 홀로그램의 계산 방법을 개시한다. 이 방법에 따르면, 각각의 섹션 평면에 대해 래스터 점에 이산 진폭 값을 가진 별도의 물체 데이터 레코드를 규정하고 이미지 데이터 레코드로부터 홀로 그래픽 재생 장치의 광 변조기 수단용 홀로그래픽 코딩을 계산하기 위해, 복소 진폭 값을 가진 물체가 평행한 가상 섹션 평면의 래스터 점들 내의 장면에 할당된다.
상기 목적의 달성은 본 발명에 따라 컴퓨터 지원 방식으로 아래의 단계를 실시함으로써 이루어진다:
- 각각의 단층 촬영 장면 섹션 면의 각각의 물체 데이터 레코드로부터, 섹션 평면에 대해 평행하게 유한 거리를 가진 관찰자 평면에 대한 파동 장의 분리된 2차원 분포의 형태로 회절 상이 계산되고, 하나 이상의 공통 가상 윈도우에 대한 모든 섹션의 파동 장이 계산되며, 상기 윈도우는 관찰자 평면에서 관찰자의 눈 가까이에 놓이고 상기 윈도우의 면적은 비디오 홀로그램에 비해 감소하며,
- 모든 섹션 평면의 계산된 분포들이 관찰자 평면에 대해 기준이 되는 데이터 세트에서 윈도우에 대한 총체적 파동 장을 나타내기 위해 가산되고,
- 기준 데이터 세트는 컴퓨터 제작된, 총체적 장면의 홀로그램용 홀로그램 데이터 세트를 생성하기 위해 기준 평면으로부터 유한적으로 떨어진 평행한 홀로그램 평면으로 변환되고, 홀로그램 평면에는 광 변조기 수단이 놓이고, 상응하는 코딩 후에 상기 광 변조기 수단에 의해 장면이 관찰자의 눈 앞에서 공간적으로 재구성된다.
상기 방법 및 홀로그래픽 재생 장치는 장면의 물체를 재구성하는 것이 아니라, 물체가 내보내는 파면을 하나 또는 다수의 관찰자 윈도우에 재구성한다는 사실에 기반을 두고 있다. 가상 관찰자 윈도우에 의해, 관찰자는 장면을 볼 수 있다. 가상 관찰자 윈도우는 관찰자의 동공을 커버하고, 공지된 위치 검출 및 트래킹 장 치가 실제 관찰자 위치를 트래킹한다. 홀로그래픽 재생 장치의 광 변조기 수단과 관찰자 윈도우 사이에 가상의 절두된 피라미드형, 소위 절두체 재구성 공간이 형성되고, 광 변조기 수단은 베이스 면을 형성하며 관찰자 윈도우는 커버 면을 형성한다. 관찰자 윈도우가 매우 작은 경우, 절두 피라미드는 피라미드에 근사해질 수 있다. 관찰자는 가상 관찰자 윈도우를 통해 홀로그래픽 재생 장치를 향해 바라보고, 관찰자 윈도우에서 장면을 나타내는 파면을 수용한다.
본 발명의 목적은 깊이 정보를 가진 이미지 데이터로부터 비디오 홀로그램을 실시간으로 생성할 수 있는 방법을 제공하는 것이다. 다른 목적은 3D 랜더링-그래픽 파이프 라인을 스위칭 가능한 방식으로 확장함으로써, 선택적으로 한편으로는 3D 랜더링-그래픽 파이프 라인에 의해 모니터의 제어 가능한 픽셀에 대한 픽셀 값이 생성되고 그리고 다른 한편으로는 홀로그래픽 그래픽 파이프 라인에 의해 홀로그래픽 재생 장치의 광 변조기 수단의 픽셀에 대한 복소 홀로그램 값이 하나의 장면의 재구성을 위해 생성될 수 있게 하는 것이다.
또한, 특히 현재 이용 가능한 그래픽 프로세서 및 예컨대 그래픽 카드 및 게임 패드용 그래픽 서브 시스템이 사용될 수 있어야 한다. 보편성의 제한 없이, 하드웨어, 소프트웨어 및 프로그램 인터페이스와 관련하여 현재 정해진 산업 표준이 사용되어야 한다.
본 발명에 따른 방법은 하기에서 최적화가 생략된다는 것을 기초로 한다. 방법의 출발점은 깊이 정보를 가진 이미지 데이터이다. 상기 정보는 버텍스, 수직 벡터 및 매트릭스 형태의 표현으로서 주어진다. 이미지 데이터는 일반적으로 재료 및 표면 특성 등에 관한 추가 정보를 포함한다.
실시간 랜더링의 경우에서, 소위 3D 랜더링 파이프 라인 또는 그래픽 파이프 라인은 모니터 상에서의 표시를 위해 프레임 버퍼 내에서 하나의 장면을 래스터 이미지 데이터로 벡터 수학적으로 표현하는 방법을 나타낸다. 파이프 라인에서는 예컨대 디스플레이 좌표로부터 장치 좌표로의 환산, 텍스처링, 클리핑 및 안티앨리어싱이 이루어진다. 그래픽 어댑터의 프레임 버퍼 내에 저장된 래스터 이미지, 즉 장면의 2D 투사는 모니터, 예컨대 LCD 디스플레이의 제어 가능한 픽셀용 픽셀 값의 데이터를 포함한다. 3D 파이프 라인은 예컨대 점 및 삼각형과 같은 개별 프리미티브가 병렬로 처리될 수 있는 것을 특징으로 한다. 예컨대, 삼각형이 모델 좌표 시스템으로부터 눈 좌표 시스템으로 변환되는 동안, 다른 것이 이미 래스터화된다. 즉, 셰이드(shade) 된다.
홀로그래픽 표시를 위해, 간섭성 광의 위상 및/또는 진폭 변조에 의해 장면이 간섭 패턴을 중첩함으로써 재구성된다. 깊이 정보를 가진 이미지 데이터로부터 비디오 홀로그램을 생성하기 위해, 제 1 단계에서 상기 3D 랜더링-그래픽 파이프 라인이 사용된다. 그리고 나서, 홀로그래픽 데이터의 생성은 장면의 변환에 기초한다. 상기 변환은 광파의 전파를 나타낸다. 역변환 후에, 코딩이 이루어지고, 생성된 복소 홀로그램 값들은 광 변조기 수단에 대한 픽셀값으로 변환된다.
본 발명은 기존의 이용 가능한 3D 랜더링-그래픽 파이프 라인이 디스플레이에 2D/3D 장면을 표시하기 위해 스위칭 가능한 방식으로 확장됨으로써, 2D/3D로서의 표시 및 비디오 홀로그램의 생성이 보장된다는 사실을 기초로 한다. 이로 인해, 3D 랜더링-그래픽 파이프 라인에 의해 모니터의 제어 가능한 픽셀용 픽셀 값이 생성된다. 마지막으로, 홀로그래픽 그래픽 파이프 라인에 의해, 코딩된 홀로그램 값으로 광 변조기 수단의 제어가 동시적 또는 양자택일적 스위칭 가능한 방식으로 이루어진다.
홀로그래픽 그래픽 파이프 라인은 제 1 단계에서 소위 슬라이싱을 포함한다. 여기서는 캐노니컬(canonical) 이미지 공간이 층들로 분리된다. 장면은 각각 2개의 평행한 섹션 평면에 의해 층들로 분할되고 장면 섹션 데이터로 분리된다. 섹션 평면들은 바람직하게는 관찰자의 조망 방향에 대해 수직이며, 섹션 평면들 사이의 간격은 계산 정확도 및 방법의 성능이 보장되도록 충분히 작게 선택된다. 이상적으로는 상기 간격이 매우 작아서, 관찰자와 일정한 간격을 두고 놓인 깊이 정보만이 계산에 고려되어야 한다. 평면들 사이의 간격이 커지면, 깊이 정보는 적합하게 선택되는데, 예컨대 2개의 평면들의 간격 평균값이 정해져서 하나의 층에 할당된다.
후속하는 뷰 포트 오퍼레이션은 캐노니컬 이미지 좌표를 출력 윈도우의 픽셀 좌표로 변환한다. 그리고 나서, 래스터화 및 바람직하게는 추가의 최적 픽셀 오퍼레이션, 예컨대 블렌딩이 이루어진다.
후속하는 단계에서, 장면 섹션 데이터의 변환이 이루어진다. 가장 일반적인 형태로, 변환시 광파가 가상 관찰자 윈도우 내로 전파된다. 가장 간단한 변환은 푸리에 변환 또는 프레넬 변환이다. 푸리에 변환은 관찰자와의 큰 간격으로 인해 광파가 평면 파면으로서 해석될 수 있는 원거리에서 바람직하게 사용된다. 푸리에 변환은 다른 변환과는 달리, 변환이 광학 소자에 의해 모델링될 수 있다는 장점을 갖는다 - 그리고 그 역도 가능하다. 구면파의 근거리에서는 프레넬 변환이 바람직하게 사용된다.
후속해서, 전체 장면들이 변환될 때까지, 상기 변환은 반복되어 조망 방향으로 섹션 평면이 연속적으로 이동된다. 장면 섹션 데이터의 변환된 데이터는 연속적으로 가산되어 하나의 총체적인 기준 데이터 세트를 형성한다. 전체 장면의 변환 후에, 상기 기준 데이터 세트는 개별 장면 섹션 데이터의 변환의 합을 나타낸다.
다음 단계에서, 역변환이 이루어진다. 여기서 기준 데이터는 광 변조기 수단의 위치에서 유한적으로 떨어진, 평행한 홀로그램 평면으로 변환되어 비디오 홀로그램용 홀로그램 데이터를 형성한다. 마지막 단계에서, 코딩이 이루어지고, 표준화 후에 픽셀 값으로 변환이 이루어진다. 부르크하르트(Burckhardt) 코딩의 경우, 복소 홀로그램 값이 3개의 값으로 나타나고, 상기 값들은 각각 0 내지 1의 값 범위로 표준화된다. 1로 나타난 값은 최대로 얻어질 수 있는 값을 형성한다.
코딩된 픽셀 값들은 프레임 버퍼 내에서 광 변조기 수단으로 전달되고, 이 픽셀 값들은 간섭성 광의 위상 및/또는 진폭 변조에 의해 간섭 패턴을 중첩함으로써 장면을 재구성한다.
컬러 이미지 내용을 생성하기 위해, 본 방법은 컬러 성분마다 유사하게 적용된다. 컬러 비디오 홀로그램을 공간 분할 멀티플렉싱에 의해 나타내기 위해, 각각의 픽셀은 컬러 홀로그램 점을 표시하기 위해 삼원색 마다의 서브 픽셀을 포함할 수 있다. 비디오 홀로그램의 코딩 방식에 따라, 각각의 컬러 홀로그램 점의 원색을 표시하기 위한 다른 서브 픽셀이 존재할 수 있다. 다른 바람직한 방법은 시분할 멀티플렉싱이다.
본 발명의 개선에서, 장면의 시퀀스를 처리하기 위해 3D 랜더링-그래픽 파이프 라인 및 홀로그래픽 그래픽 파이프 라인이 병렬화된다.
비디오 시퀀스의 장면의 시퀀스의 결과 데이터를 저장하기 위해, 3D 랜더링-그래픽 파이프 라인의 제 1 단계 시퀀스에 가시 장면 버퍼로서 다수의 저장 영역이 할당된다. 바람직하게는 결과 데이터를 저장하기 위해 다수의 연속하는 장면에 각각 하나의 가시 장면 버퍼가 할당된다. 이 데이터들로부터, 하나 또는 다수의 홀로그래픽 그래픽 파이프 라인에 의해 홀로그램 값이 생성된다. 바람직하게는 각각의 가시 장면 버퍼에 하나의 홀로그래픽 그래픽 파이프 라인이 할당된다.
또한, 제어 스케줄링 유닛이 제공되며, 이 스케줄링 유닛은 3D 랜더링-그래픽 파이프 라인의 제 1 단계 시퀀스, 가시 장면 버퍼 및 홀로그래픽 그래픽 파이프 라인의 타이밍을 최적으로 제어한다. 제어 유닛은 기존 리소스의 최적 이용 및 개별 장면 처리의 최적 스케줄링의 보장을 관리한다. 제어 유닛은 장면의 이산화, 즉 장면의 층들의 수 및 층들의 간격을 최적화한다. 근거리에서는 미세한 이산화가 바람직한 반면, 원거리에서는 일반적으로 개략적인 이산화로 충분하다.
본 발명에 따른 방법에 의해, 실시간으로 복소 홀로그램값들의 생성이 보장된다. 그러나, 본 발명에 따른 3D 랜더링-그래픽 파이프 라인의 스위칭 가능한 방식의 확장은 종래의 모니터의 사용도 허용한다. 본 발명은 종래의 모니터와 홀로그래픽 재생 장치의 선택적 작동 및 심지어 병렬 작동을 허용하며, 기존 산업 표준 및 컨벤션과의 호환성이 보장된다. 본 발명의 이러한 장점은 홀로그래픽 표시의 최신 기술의 큰 기술적 및 경제적 허용을 보장한다.
본 발명의 다른 관점 및 세부 사항은 하기 실시예에서 첨부한 도면을 참고로 설명된다. 특히, 방법 단계의 병렬화가 설명된다.
도 1a는 방법의 흐름도.
도 1b는 방법의 다른 세부도.
도 1a는 방법의 흐름도를 도시하며, 3D 랜더링-그래픽 파이프 라인(3DPL) 및그 안에서 실시되는 홀로그래픽 그래픽 파이프 라인(HPL)의 단계를 나타낸다. 3D 랜더링-그래픽 파이프 라인의 단계는 도면에서 모서리가 둥글게(3DG) 표시되며 각각의 홀로그래픽 그래픽 파이프 라인은 직사각형 박스로 표시된다.
3D 랜더링-그래픽 파이프 라인은 제 1 단계 시퀀스 및 제 2 단계 시퀀스를 포함한다. 제 1 시퀀스(3D-G1)는 기하학 오퍼레이션(3D-G) 및 클리핑 오퍼레이션(3D-C1, 3D-C2)을 포함한다. 기하학 오퍼레이션(3D-G)은 모델링 오퍼레이션, 글로벌 오퍼레이션, 조망 오퍼레이션 및 투사 오퍼레이션(3D-P)을 포함한다.
투사 오퍼레이션은 여기서 재구성 공간, 즉 절두체 형상의 공간을 표준화된 캐노니컬 물체 공간으로 바꾸는 것을 포함한다. 이 물체 공간은 사용하는 그래픽 시스템의 방식에 따라 입방체 또는 직방체 형태를 갖는다. 그 후 상기 공간은 표준화된다. 상기 오퍼레이션은 버텍스들이 투시 공간으로부터 병렬 변환의 표준화된 공간으로 바뀌게 한다.
클리핑 오퍼레이션에 의해, 기하학의 캐노피(canopy)가 가시성 피라미드의 경계에 의해, 그리고 사용자 지정 섹션 평면에 의해 추가적으로 절단된다. 조명 오퍼레이션은 특히 주변 조명, 확산 조명, 반사 조명, 방사 조명을 고려하여 수행되며, 이는 표면의 재료 특성과의 산술적 연산에 의해, 관찰자 및 광원의 위치에 의존하여 상기 표면의 셰이딩를 야기하는 새로운 색 값을 계산한다.
도 1b는 본 방법의 다른 세부도를 도시한다. 제 1 단계 시퀀스(3D-G1)의 결과값은 가시 장면 버퍼(VSB)에 저장된다. 저장 영역의 의미인 가시 장면 버퍼(VSB)에는, 기하학, 즉 버텍스, 색, 법선, 텍스처 좌표에 대한 정보가 포함된다. 가시 장면 버퍼(VSB)에서, 기하학은 이미 모든 버텍스 오퍼레이션이 종료된 상태, 즉 버텍스들에서 가시성 계층 내부의 자신들의 장소에 따라 하나 내지 다수의 모델 오퍼레이션이 적용된 상태이다. 가시 장면 버퍼(VSB) 내의 데이터로부터, 하나의 홀로그래픽 그래픽 파이프 라인(HPL)에서 복소 홀로그램 값이 광 변조기 수단(SLM)용 픽셀 값으로서 생성된다. 홀로그래픽 그래픽 파이프 라인(HPL)은 제 1 단계에서 소위 슬라이싱(HPL-S) 단계를 포함한다. 여기서, 캐노니컬 이미지 공간이 층으로 분리된다. 후속하는 뷰 포트 오퍼레이션(3D-V)은 캐노니컬 이미지 좌표를 출력 윈도우의 픽셀 좌표로 변환한다. 그리고 나서, 래스터화(3D-R) 및 바람직하게는 추가적인 최적 픽셀 오퍼레이션(3D-O), 예컨대 블렌딩이 수행된다.
후속하는 단계에서, 장면 섹션 데이터가 가상 관찰자 윈도우로 변환(HPL-FT) 된다. 상기 단계들은 전체 장면이 변환될 때까지 반복된다. 장면 섹션 데이터의 변환된 데이터는 연속해서 가산되어 총체적인 기준 데이터 세트(HPL-HIAB), 소위 홀로그래픽 축적 이미지 버퍼를 형성한다. 전체 장면의 변환 후에, 상기 기준 데이터 세트(HPL-HIAB)는 개별 장면 섹션 데이터의 변환의 합을 나타낸다.
다음 단계에서, 홀로그래픽 축적 이미지 버퍼(HPL-HIAB)내에 포함된 데이터의 역변환(HPL-FT-1)이 이루어진다. 마지막 단계에서, 코딩(HPL-K)이 이루어진다. 표준화(HPL-N) 후에 픽셀 값으로의 변환이 이루어진다. 홀로그램 데이터의 생성이 요구되지 않으면, 3D 랜더링-그래픽 파이프 라인의 단계에 의해, 즉 기하학 오퍼레이션(3D-G), 클리핑 오퍼레이션(3D-C1,2), 조명 오퍼레이션, 뷰 포트 오퍼레이션(3D-V), 래스터화(3D-R) 및 추가적인 최적 픽셀 오퍼레이션(3DO-O)에 의해 종래의 모니터, 예컨대 LCD 디스플레이의 제어 가능한 픽셀용 픽셀 값이 생성된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예는 경우에 따라 가변 제어 전략에 의한 리소스의 최적 이용, 가변 체인화, 확장된 병렬화에 관한 것이다.
이를 위해, 하나 이상의 제어 스케줄링 유닛(HPL-S)이 제공되며, 상기 스케줄링 유닛은 3D 랜더링-그래픽 파이프 라인의 k개 단계 시퀀스, L개의 가시 장면 버퍼 및 m개의 홀로그래픽 그래픽 파이프 라인의 타이밍을 최적으로 제어한다. 제 1 실시예의 단계들은 k=L=m=1 로 선형으로 그리고 순차적으로 배치된다. 제어는 기존 리소스의 최적 이용 및 개별 장면 처리의 최적 스케줄링을 포함한다. 파라미터들 k, L, m의 비율은 병렬화의 정도를 결정하지만, 상기 병렬화 정도는 상응하는 제어 전략에 따라 장면마다 제어 유닛에 의해 변경될 수 있다. 제어 유닛은 장면의 이산화, 즉 장면의 층들의 수 및 층들의 간격을 최적화한다. 근거리에서는 미세한 이산화가 바람직한 반면, 원거리에서는 일반적으로 개략적인 이산화로 충분하다. 개별 가시 장면 버퍼(VSB)의 부분 영역들을 병렬적으로 처리하기 위해, 단일의 VSB에는 다수의 홀로그래픽 그래픽 파이프 라인(HPL)이 할당될 수 있다. 국부적 제어 유닛, 소위 가시 장면 제어 유닛(VSCU)은 상기 국부적 병렬화를 제어하고 모니터링한다. 필요한 경우, 상기 제어 유닛은 병렬 프로세스의 부분 결과들의 교환을 제어하고 모니터링한다. 동일한 방식으로, 다수의 가시 장면 버퍼(VSB)가 하나의 홀로그래픽 그래픽 파이프 라인(HPL)에 할당될 수 있다. 유사하게, 하나의 홀로그래픽 그래픽 파이프 라인(HPL)에 대해 단계들, 즉 변환(HPL-FT) 및/또는 역변환(HPL-FT-1)이 병렬화될 수 있다. 제어 유닛은 총체적인 단계를 제어하여 정확한 단계 순서로 장면 섹션 데이터가 처리되도록 보장한다. 홀로그램 데이터의 실시간 생성을 보장하기 위한 추가적인 병렬화가 본 발명의 원리의 결과로서 고려될 수 있다. 본 발명은 또한, 상기 단계들을 실시하는 수단들을 구비한 장치를 포함한다.
Claims (14)
- 깊이 정보를 가진 이미지 데이터로부터 실시간으로 컴퓨터 제작 비디오 홀로그램을 랜더링 및 생성하는 방법으로서, 제 1 모드에서 3D 랜더링-그래픽 파이프 라인(3DPL)은 장면을 상기 장면의 2D 투사로서 래스터 이미지 데이터로 변환시키고, 모니터의 제어 가능한 픽셀에 대한 픽셀 값을 생성하는 것인, 컴퓨터 제작 비디오 홀로그램의 랜더링 및 생성 방법에 있어서,상기 파이프 라인이 스위칭 가능한 방식으로 확장될 수 있어서, 제 2 모드에서 복소 홀로그램 값들이 하나 이상의 홀로그래픽 그래픽 파이프 라인(HPL) 내에서 생성되고, 상기 파이프 라인 내에서 홀로그래픽 재생 장치(HAE)의 광 변조기 수단(SLM)용 픽셀 값으로서 코딩이 이루어짐으로써, 상기 광 변조기 수단(SLM)의 제어에 의한 통상의 그래픽 표시와 동시에 또는 양자택일적으로, 공간에서의 간섭에 의해 소정 장면이 재구성되도록, 입사 파동 장(incident wave field)이 변조되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 제작 비디오 홀로그램의 랜더링 및 생성 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 3D 랜더링 그래픽 파이프 라인은 후속하는 홀로그래픽 그래픽 파이프 라인용 입력 데이터를 생성하기 위해, 제 1 단계 시퀀스에 좌표 오퍼레이션, 조명 계산, 클리핑을 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 제작 비디오 홀로그램의 랜더링 및 생성 방법.
- 제 2항에 있어서, 비디오 시퀀스의 장면의 시퀀스의 결과 데이터를 저장하기 위해, 상기 3D 랜더링 그래픽 파이프 라인(3DPL)의 제 1 단계 시퀀스에 가시 장면 버퍼(VSB)로서 추가 저장 영역이 할당되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 제작 비디오 홀로그램의 랜더링 및 생성 방법.
- 제 3항에 있어서, 상기 3D 랜더링 그래픽 파이프 라인(3DPL)의 제 1 단계 시퀀스는 다수의 연속하는 장면에 대해 각각 관련 가시 장면 버퍼(VSB)용 결과 데이터를 생성하고, 상기 데이터로부터 하나 또는 다수의 홀로그래픽 그래픽 파이프 라인(HPL)에 의해 복소 홀로그램 값이 생성되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 제작 비디오 홀로그램의 랜더링 및 생성 방법.
- 제 4항에 있어서, 각각의 가시 장면 버퍼(VSB)에 상기 비디오 시퀀스의 하나의 장면이 할당되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 제작 비디오 홀로그램의 랜더링 및 생성 방법.
- 제 5항에 있어서, 제어 스케줄링 유닛이 제공되고, 상기 제어 스케줄링 유닛은 3D 랜더링 그래픽 파이프 라인(3DPL)의 상기 제 1 단계 시퀀스, 상기 가시 장면 버퍼(VSB) 및 상기 홀로그래픽 그래픽 파이프 라인(HPL)을 순차적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 제작 비디오 홀로그램의 랜더링 및 생성 방법.
- 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 관찰자의 위치에 의해 장면의 뷰가 결정되고, 관찰자 평면에서 상기 관찰자의 눈 가까이에 놓인 하나 이상의 가상 관찰자 윈도우가 상기 관찰자에게 할당되며, 상기 홀로그래픽 그래픽 파이프 라인(HPL)은 상기 광 변조기 수단용 픽셀 값을 생성하기 위해 다음 단계들, 즉:- 단계(1): 상기 관찰자의 조망 방향에 대해 각각 수직하게 놓인 2개의 평행한 섹션 평면들 사이의 장면 섹션 데이터를 획득하기 위해 장면 데이터를 평행한 층들로 분리하는 단계,- 단계(2): 하나의 층의 장면 섹션 데이터를 상기 층으로부터 방출되는 광파의 전파에 따른 관찰자 윈도우로 변환시키는 단계,- 단계(3):상기 섹션 평면들을 상기 조망 방향으로 연속적으로 이동시키면서, 전체 장면이 변환될 때까지 상기 분리 단계(1) 및 상기 변환 단계(2)를 반복하며, 개별 변환의 결과들이 가산되는 단계,- 단계(4): 상기 가산된 데이터를 상기 관찰자 평면으로부터 광 변조기 수단의 위치에서 유한적으로 떨어진, 평행한 홀로그램 평면으로 변환시켜 비디오 홀로그램용 홀로그램 데이터를 형성하는, 역변환 단계,- 단계(5): 표준화 후에 상기 데이터를 픽셀 값으로 변환시키고, 상기 변환된 픽셀 값을 상기 장면의 재구성을 위해 상기 광 변조기 수단으로 전달하는 코딩 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 제작 비디오 홀로그램의 랜더링 및 생성 방법.
- 제 7항에 있어서, 상기 데이터의 변환을 위해, 푸리에 변환 또는 프레넬 변환이 사용되는 특징으로 하는 컴퓨터 제작 비디오 홀로그램의 랜더링 및 생성 방법.
- 제 8항에 있어서, 상기 장면의 윤곽에 대해서만 상기 3D 랜더링 및 변환이 실시되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 제작 비디오 홀로그램의 랜더링 및 생성 방법.
- 제 9항에 있어서, 상기 방법은 색 표시를 위해 각각의 원색에 적용되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 제작 비디오 홀로그램의 랜더링 및 생성 방법.
- 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실시하기 위해 사용되는, 깊이 정보를 가진 이미지 데이터로부터 실시간으로 컴퓨터 제작 비디오 홀로그램을 랜더링 및 생성하는 장치로서, 제 1 모드에서 3D 랜더링 그래픽 파이프 라인(3DPL)을 구비한 수단을 포함하고, 상기 그래픽 파이프 라인은 장면의 2D 투사로서 래스터 이미지 데이터로의 장면의 변환을 표현하고, 모니터의 제어 가능한 픽셀용 픽셀 값을 생성하는 것인, 컴퓨터 제작 비디오 홀로그램의 랜더링 및 생성 장치에 있어서,상기 파이프 라인이 스위칭 가능한 방식으로 확장됨으로써, 제 2 모드에서 복소 홀로그램 값이 하나 이상의 홀로그래픽 그래픽 파이프 라인(HPL) 내에서 생성되고, 상기 파이프 라인 내에서, 홀로그래픽 재생 장치(HAE)의 광 변조기 수단(SLM)용 픽셀 값으로서 코딩이 이루어지고, 그로 인해 상기 광 변조기 수단(SLM)의 제어에 의한 통상의 그래픽 표시와 동시적으로 또는 양자택일적으로 공간에서의 간섭에 의해 소정 장면이 재구성되도록 입사 파동 장(incident wave field)이 변조되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 제작 비디오 홀로그램의 랜더링 및 생성 장치.
- 제 11항에 있어서, 관찰자의 위치에 의해 장면의 뷰가 정해지고, 관찰자 평면에서 상기 관찰자의 눈과 가까이에 놓인 하나 이상의 가상 관찰자 윈도우가 상기 관찰자에게 할당되고, 상기 홀로그래픽 그래픽 파이프 라인은:- 상기 관찰자의 조망 방향에 대해 각각 수직하게 놓인 2개의 섹션 평면들 사이의 장면 섹션 데이터를 획득하기 위해 평행한 층들로 장면 데이터를 분리하는 수단,- 하나의 층의 장면 섹션 데이터를 상기 층으로부터 방출되는 광파의 전파에 따른 관찰자 윈도우로 변환하기 위한 수단,- 상기 조망 방향으로 상기 섹션 평면들을 연속적인 이동시키면서, 전체 장면이 변환될 때까지 (1) 상기 분리 및 (2) 상기 변환을 반복하며, 상기 개별 변환의 결과들을 가산하는 수단,- 상기 가산된 데이터를 상기 관찰자 평면으로부터 광 변조기 수단의 위치에서 유한적으로 떨어진, 평행한 홀로그램 평면으로 변환시켜 비디오 홀로그램용 홀로그램 데이터를 형성하는 역변환 수단,- 표준화 후에 픽셀 값으로 변환하고, 상기 변환된 픽셀 값을 상기 장면의 재구성을 위해 상기 광 변조기 수단으로 전달하는 코딩 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 제작 비디오 홀로그램의 랜더링 및 생성 장치.
- 제 11항에 있어서, 디스플레이 수단으로 홀로그래픽 재생 장치(HAE)용 비디오 홀로그램을 생성하기 위해, 상기 디스플레이 수단은 장면의 홀로그램을 코딩하는 광 변조기 수단(SLM) 자체일 수 있거나 또는 상기 광 변조기 수단 내에서 코딩된 홀로그램 또는 상기 광 변조기 수단 내에서 코딩된 장면의 파면이 이미지화되는 광학 소자일 수 있는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 제작 비디오 홀로그램의 랜더링 및 생성 장치.
- 제 13항에 있어서, 상기 광학 소자는 렌즈 또는 거울인 것을 특징으로 하는 컴퓨터 제작 비디오 홀로그램의 랜더링 및 생성 장치.
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