KR20010006517A - 광영상 시스템 및 그래픽 유저 인터페이스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적절한 배율로 피사체를 영상화하는 광영상 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 시스템은 피사체로부터 발원하는 영상영역을 투사하기 위한 영상면 6과, 바람직하게 상기 영상면에 영상영역을 형성하기 위한 고정 초점거리를 가지고 상기 영상면의 전방 피사체측에 배치되는 영상 광학 시스템 5를 포함한다. 상기 영상 광학 시스템 및/또는 영상면은 배율을 조정하기 위하여 및/또는 상기 영상면 에 나타나는 영상의 초점을 맞추기 위하여 광축 방향을 따라 이동가능하게 배치되어 있다. 광각으로 광방사선을 흡수하는 제1 광학소자가 상기 영상 광학 시스템의 전방 피사체측에 제공되어, 상기 피사체로부터 발원하는 광선 빔을 선택 및/또는 통과시키고, 이 광선 빔을 미리 정해진 초점 및 교점 N을 지나게 한다. 제2 광학 소자가 상기 제1 광학소자와 상기 영상 광학 시스템 사이에, 미리 정해진 초점 및 교점 N을 지나는 상기 광선이 피사체의 영상을 중간 영상면상에 생성하도록 배치된다. 다음 이 영상은 상기 영상 광학 시스템에 의하여 상기 영상면 영역에 가변적 배율로 영상을 생성하는 방법으로 다양한 크기로 영상면에 투사된다.

Description

광영상 시스템 및 그래픽 유저 인터페이스{Optical imaging system and graphic user interface}

본 발명은 청구항 1의 도입부에서 정의되는 피사체를 무한가변적 배율로 재생하는 광영상 시스템 및 청구항 12에서 정의되는 그래픽 유저 인터페이스에 관한 것이다.

피사체를 무한가변적 배율로 재생할 수 있는 줌렌즈 형태의 광영상 시스템은 보겔 부흐베라그 불츠버그(Vogel Buchverlag Wurzburg)의 광학기술지 7 판 128 페이지에 슈뢰더, 지(SCHRODER, G.)에 의하여 잘 알려져 있다.

종래의 줌렌즈는 몇개의 렌즈를 포함하여 이루어져 있으며, 그 중 2개의 렌즈는 광축을 따라서 이동가능하게 되어 있다. 이는, 한편으로는 초점거리를 가변시켜 무한 확대를 가능하게 하며, 한편으로는 초점을 변화된 초점거리에 맞도록 하여 초점거리가 변하여도 영상면의 평면이 변하지 않고 유지될 수 있도록 하여 준다.

이러한 종래의 줌렌즈의 문제는, 영상의 재생중에 일어나는 사인에러(sine error)가 줌렌즈의 각각의 초점거리 세팅과 함께 변화한다는 것이다. 서로 다른 초점거리 세팅들을 가지는 영상들이 2중으로 인화되면, 이러한 변화는 2중으로 인쇄되는 영상들의 서로 다른 광영상화 에러로 인하여 부자연스러운 느낌을 주는 영상을 초래하게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 무한가변적인 배율 및 각각의 배율과는 관계없는 사인에러를 가지고 피사체를 재생할 수 있는 광영상 시스템을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 영상의 다양한 표현을 위한 그래픽 유저 인터페이스를 제공함에 있다.

상기한 목적은 청구항 1 및 12의 특징부에 의해서 실현된다.

본 발명은 처음에는 각각의 초점거리 세팅과 관계없이 일정한 배율로 피사체를 중간단계의 2차원 영상으로 재생하고, 이 중간단계의 영상을 소망하는 배율로 촬영하여, 영상의 재생과정에서 발생하는 사인왜곡(sine distoritions)이 각각의 초점거리 세팅과 관계없도록 하는 기술을 포함한다.

이하에서 언급되는 피사체란 2차원 영상뿐만 아니라 개별적 물체, 공간적 배경을 포함하는 것으로 한다.

본 발명에 의하면, 피사체로부터 방사되며 교점(nodal) 또는 초점을 지나는 광선들이 영상을 생성한다. 피사체로부터 방사되는 전체 광선으로부터 교점을 통과하는 광선을 선택하기 위하여, 본 발명에 의하면 하나의 광학소자가 제공되며, 바람직한 실시예에서 구면렌즈로 형성된다. 상기 구면렌즈에 구면에 대하여 직각으로 충돌하는 광선들은 굴절율 법칙에 따라 그 방향이 변하지 않거나 조금 변화하여 상기 구면렌즈의 중심점을 통하여 중앙으로 진행하게 되며, 나머지 광선은 반사되어 영상에 기여하지 않게 된다. 이와 같이, 구면렌즈는 광각영역으로부터 렌즈에 충돌함과 동시에 그 중심점을 통하여 중앙으로 통과하는 광선들을 선택하여, 구면렌즈의 중심점이 영상광선의 교점 또는 초점이 되도록 한다.

그러나, 본 발명은 교점을 통하여 지나는 광선을 선택함에 있어 구면렌즈에만 한정되지 않는다. 예를 들면, 핀홀 다이어프램(pinhole diaphragm) 또는 이에 상응하는 렌즈 시스템이 이용될 수 있다. 이 경우, 영상광선의 교점 또는 초점은 핀홀 다이어프램의 중심점과 일치한다.

일정한 교점을 통하여 지나는 광선을 선택하기 위하여 핀홀 다이어프램을 이용할 때 뿐만 아니라 구면렌즈를 이용할 경우, 원칙적으로, 광선의 적절한 강도를 위해서는 그러한 광선들만을 배타적으로 선택하는 것은 불가능할 뿐만 아니라 바람직하지도 않다. 오히려, 교점 부근에 연장되는 다른 광선들도 또한 차단하여 영상을 형성하도록 선택하는 것이 좋다. 본 발명에 따른 광영상 시스템의 기능을 위해 중요한 유일한 것은 광학소자가 교점의 지역내에서 압축된 광선다발을 생성하는 것이다.

또한, 본 발명의 광영상 시스템은 바람직하게는 또 다른 광학소자를 가지며, 이 광학소자는 위에서 설명한 광학소자(이하, 제1 광학소자)의 하류로 배치되며, 바람직하게는, 적어도 하나의 평요(平凹; planoconcave)렌즈 또는 이에 상응하는 광학 시스템을 가지는 렌즈 시스템을 가지며, 상기 평요렌즈의 오목면은 상기 제1 광학소자와 마주하게 배치된다. 바람직한 실시예로, 상기 평요렌즈는 그 초점이 영상광선의 교점과 일치하도록 배치되어, 상기 평요렌즈에 의하여 편향된 후 상기 교점을 통하여 지나는 광선들이 광축과 평행하게 진행하도록 한다. 이와 같이, 분산 광선다발로부터, 상기 평요렌즈는 그 평면과 직각으로 연장하는 평행광선을 생성한다.

본 발명의 바람직한 실시예로, 상기 구면렌즈의 반경은 평요렌즈의 곡률반경과 동일하게 형성하여, 피사체 반대측에서 구면렌즈가 평요렌즈 또는 그에 상응하는 광학 시스템의 오목한 곡률부에 끼워져 일체가 될 수 있도록 한다. 이를 위하여, 평요렌즈 또는 그에 상응하는 광학 시스템의 굴절률은 구면렌즈의 굴절률과 달라야 하는데, 그렇지 않으면, 광선이 구면렌즈와 평요렌즈 사이의 경계면에서 굴절되지 않게 된다.

본 발명에 따르면, 상기 평요렌즈(또는 피사체로부터 방사되는 광선을 평면화상 표시로 안내하는 그에 상응하는 광학소자)는 그 평탄면측에, 바람직하게는 중간 영상이 평행광선으로부터 생성될 수 있도록 하여 주는 확산층의 형태로 중간 영상면이 제공된다. 바람직하게는 확산층 형태의 이 중간 영상면은 상기 평요렌즈의 평탄면상에 직접 형성되거나 또는 별도의 확산판으로 이루어질 수 있다.

따라서, 본 발명의 광영상 시스템은, 처음에 피사체로부터 방사되는 모든 광선으로부터 특정 교점을 통하여 지나는 광선만을 선택한다. 이 광선들은 상기 평요렌즈 또는 적절한 광학 시스템에 의하여 서로 평행하게 바람직하게는 확산층 형태의 중간 영상면으로 전달되어 정투영(正投影; orthographic projection)으로 영상을 광각 재생하는 중간 영상을 생성한다.

고정된 초점거리를 가지는 영상 광학계에 의하여, 이 중간 영상은 바람직하게는 확산층 형태로 되어 있는 상기 중간 영상면과 평행하게 배치되며, 타겟으로서 광감지 필름 또는 CCD 센서소자로 이루어지는 감광성 영상면상에 재생된다. 상기 다이어프램면은 상기 중간 영상면과 상기 영상면 사이에 배치된다. 즉, 피사체로부터 보았을 때, 제1 광학소자의 초점으로부터 먼측상에 배치된다.

초점거리를 조절하기 위하여 및/또는 상기 영상면상에 나타나는 영상의 초점을 맞추기 위하여, 상기 영상 광학계 및/또는 상기 영상면은 광축에 평행하게 이동될 수 있도록 배치된다. 상기 영상 광학계 및/또는 영상면을 광축과 평행하게 이동시키므로써, 영상면에 나타나는 영상의 확대와 분할이 무한가변적으로 조절될 수 있다. 이러한 조정은 줌렌즈와 같은 기능을 하는데, 왜곡은 "초점거리 세팅"과는 관계가 없어 정정될 필요가 없다. 상기 제1 광학소자의 초점은 다이어프램면의 전방에 형성된다.

가장 단순한 형태로서, 상기 영상 광학계는 영상 시스템의 광축에 평행하게 이동될 수 있는 단일렌즈로 이루어질 수 있다. 그러나, 대개는 몇개의 개별렌즈를 가지는 영상 시스템이 이용된다.

본 발명의 광영상 시스템의 영상 광학계는 보통 삼차원인 피사체 그대로 뿐만 아니라, 바람직하게는 확산층의 형태로 형성된 중간 영상면상에 나타나는 2차원 중간 영상으로도 재생하기 때문에, 사인왜곡이 특정 배율 세팅과는 별개가 되는 장점을 가진다.

본 발명의 광영상 시스템의 다른 장점은, 모든 세팅에서 기하학적 영상이 동일하므로, 이와 같은 방법으로 얻어진 영상이 다른 시야각과 다른 초점거리 세팅의 영상에 2중으로 인화될 수 있어, 얻어지는 영상이 2중 인화로 인하여 영상의 가장자리에서 발생하는 사인왜곡 없이 자연적인 느낌을 준다는 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예로, 상기 영상 광학계는 영상 시스템의 광축에 평행하게 배열되며 그 수평축을 중심으로 회전가능한 관체내에 배치된다. 관체의 내부에는, 관체가 회전할 때 하나 또는 수개의 영상대물렌즈가 회전할 수 있도록 하는 걸림부가 제공된다. 그러나, 이 렌즈들은 회전에 대하여 고정되어 있고 축방향으로만 이동이 가능하기 때문에, 렌즈는 관체가 회전할 때 회피(evasive) 축운동을 하게 된다. 따라서, 상기 관체를 회전시키므써, 영상 광학계의 렌즈들을 축방향으로 이동시키는 것이 가능하게 되어, 광영상 시스템의 배율을 세팅하게 된다.

본 발명의 또 다른 장점으로, 영상 광학계의 초점을 자동으로 조정하는 배율세팅 기능으로서 자동 초점조정이 제공된다. 이 경우, 배율이 변화될 때 수동 초점조정은 안해도 된다.

초점조정의 하나의 수단은 영상화하는 면이 영상면내에 놓이도록 하나 또는 수개의 렌즈를 영상 시스템의 광축을 따라 이동하는 것으로 이루어진다.

한편, 다른 대안은, 영상면 그 자체가 이동되어 영상면과 영상화하는 면이 일치하도록 하는 것이다.

상기 두 경우 모두, 초점 조정장치는 광영상 시스템의 이동부품의 축위치를 가변 입력요소로 받아들여, 이로부터 초점조정을 위하여 필요한 하나 또는 수개의 렌즈들 또는 영상면의 이동량을 계산한다.

본 발명의 또 다른 장점은 종속항들에 특징지워져 있으며, 또는 본 발명의 실시예에서 도면과 함께 보다 상세히 설명된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광영상 시스템의 사시도이며,

도 2는 도 1에 도시된 광영상 시스템에서 광선의 경로를 보여주는 단면도이며,

도 3은 도 1 및 도 2에서 도시된 광영상 시스템에서 광선의 구조를 보여주는 도면이며,

도 4는 본 발명의 광영상 시스템을 나타내는 블록도이며,

도 5는 선투영(線投影; linear projection)의 기하학을 보여주는 도면이며,

도 6은 정투영의 기하학을 보여주는 도면이며,

도 7은 선투영에서 피사체 h의 함수로서 피사체 영상 높이 ho를 보여주는 도면이며,

도 8은 정투영에서 피사체 h의 함수로서 피사체 영상 높이 ho를 보여주는 도면이며,

도 9는 선투영에서 편향각 δ의 함수로서 피사체 영상 높이 h'o를 보여주는 도면이며,

도 10은 정투영에서 편향각 δ의 함수로서 피사체 영상 높이 h'o를 보여주는 도면이며,

도 11은 선투영에서 편향각 δ의 함수로서 시야각 α'ob를 보여주는 도면이며,

도 12는 정투영에서 편향각 δ의 함수로서 시야각 α'ob를 보여주는 도면이며,

도 13은 프로젝션 시스템(projection system)의 피사체들을 가지는 배경예에 대한 프로젝션 시스템의 배경-위치의 개략도이고,

도 14는 도 13에 도시된 상황에서 촬영된 영상을 보여주는 도면으로서,

a)는 좁은 시야각을 가지는 선투영 시스템에 의해 촬영된 것이며,

b)는 넓은 시야각을 가지는 선투영 시스템에 의해 촬영된 것이며,

c)는 좁은 시야각을 가지는 정투영 시스템에 의해 촬영된 것이며,

d)는 넓은 시야각을 가지는 정투영 시스템에 의해 촬영된 것이고,

도 15는 정투영 줌렌즈 세트의 개략도이고,

도 16은 정투영 렌즈 세트의 광선방향을 보이는 방법을 보여주는 도면이며,

도 17은 정투영 렌즈 세트의 영상 생성과정을 보여주는 도면이며,

도 18은 정투영 줌렌즈 세트의 시야각의 변화방법을 보여주는 도면이며,

도 19는 렌즈 L₂와 스크린 S₁사이의 거리 d에 대한 함수로서 정투영 줌렌즈 세트의 최대 시야각 γ를 보여주는 도면이며, 그리고

도 20은 카메라의 팬(pan)각, 틸트(tilt)각, 롤(roll)각으로의 위치 및 정열방법을 보여주는 도면이다.

도 1에 도시되는 광영상 시스템 1은 공간적 배경을 낮은 왜곡과 무한가변적인 배율로 영상화할 수 있다. 통(barrel) 형상 또는 배개 형상의 왜곡이 많이 제한되므로, 상기 광영상 시스템 1에 의해서 촬영되는 영상은, 예를 들면, 최종 영상내에서 교란왜곡의 어떠한 사인없이 용이하게 2중 인화될 수 있다. 바람직하게는, 표시는 정투영 형태이다.

광영상 시스템 1은 낮은 왜곡의 영상화가 가능하도록, 제1 광학소자를 형성하는 구면렌즈 2를 가지며, 상기 구면렌즈 2는 그 일측 외표면에서 평요렌즈 3과 연결된다. 상기 평요렌즈 3의 곡률반경은 구면렌즈 2의 반경과 동일하여, 상기 구면렌즈 2가 상기 평요렌즈 3의 오목한 곡률부에 정확히 끼워져 일체화되도록 되어 있다. 전체 크기를 줄이기 위하여, 상기 구면렌즈 2는 그 상단과 하단측이 평탄화되어 있으며, 그 결과 구면렌즈 2와 평요렌즈 3의 조립체는 피사체측상의 구표면 이외에서는 거의 장방형 형상을 가진다. 상기 구면렌즈는 진행될 입사광선이 광각 (廣角)화를 가능하게 하여, 큰 영상각이 실현되도록 한다.

상기 평요렌즈 3은 상기 구면렌즈 2의 굴절률과 다른 굴절률을 가지는 재질로 만들어지며, 평요렌즈 3의 굴절률은 그 초점이 구면렌즈 2의 중심 N에 놓여지도록 선택된다. 따라서, 상기 구면렌즈 2를 통하여 중앙으로 통과하는 광선은 상기 구면렌즈 2와 평요렌즈 3 사이의 경계면에서 편향된 후, 광축에 평행하게 진행하게 된다.

이와 같이 평행하게 진행되는 광선들은 평요렌즈 3의 평면에 직각으로 충돌하여 그 평면상에 도포된 확산층 4상에 중간 영상을 형성한다.

따라서, 영상화될 공간적 배경의 피사점들로부터 방사되는 광선들은 구면렌즈 2의 구면 외표면을 통과하여 광영상 시스템으로 입사되고, 그리고 구면렌즈 2의 중심 N을 통하여 중앙으로 진행한 후, 상기 구면렌즈 2와 평요렌즈 3의 경계면에서 평행하게 정열되어, 공간적 배경의 영상이 확산층 4에 나타나게 된다.

그러나, 확산층 4상에 나타나는 영상은 공간적 배경을 일정한 배율로 재생하고 무한가변적인 배율로 영상을 생성하기 위한 단순히 중간 영상으로서의 역할을 한다. 이를 위하여, 영상 시스템의 광축을 따라 이동가능한 자동 초점조정 기능을 가지는 카메라 5, 6가 확산층 4의 후방으로 배치되어 확산층상에 나타나는 영상을 무한가변적인 배율로 영상화한다. 가장 단순한 구조로서, 상기 카메라는 광감지 필름 6과, 상기 확산층 4와 필름 6 사이에 상기 필름의 평면에 수직한 광축으로 배열되며, 배율을 조정하기 위하여 광축을 따라 이동가능한 렌즈 5로 이루어진다. 상기 카메라 5, 6는 항상 공간적 배경 그 자체가 아닌 상기 확산층 4상에 나타나는 2차원 중간 영상을 재생하기 때문에, 재생동안에 발생하는 사인왜곡들은 카메라 5, 6의 배율팩터 또는 줌위치와는 관계없다.

상기 광영상 시스템에서의 광선의 경로는 도 2의 단면도에 상세히 도시되어 있다. 단순화 및 설명의 명료를 위하여, 동일 간격으로 배치되는 피사점들의 각각으로부터 방사되는 광선들만이 도시되었다.

이 광선들은 구면렌즈 2의 구면 외표면을 지난 후, 광영상 시스템으로 들어가고, 상기 구면렌즈 2의 중심 N을 통하여 중앙으로 통과한다. 반대측에서, 상기 광선들은 상기 구면렌즈 2와 평요렌즈 3 사이의 경계면에 충돌한다. 상기 평요렌즈 3의 초점이 구면렌즈 2의 중심 N에 있고, 상기 경계면에 충돌하는 광선들이 상기 구면렌즈 2를 통하여 중앙으로 그리고 상기 평요렌즈 3의 초점 N을 통하여 지나가기 때문에, 상기 광선들은 상기 평요렌즈 3에 의해서 평행하게 진행되며 그리고 상기 평요렌즈 3의 평면상에 형성된 확산층 4에 수직으로 충돌하므로써, 특정 배율과는 관계없는 공간적 배경의 영상이 상기 확산층 4상에 나타나게 된다.

상기 확산층 4의 후측으로, 고정된 초점거리를 가지는 카메라 5, 6가 배치된다. 이 카메라는 영상 시스템의 광축을 따라 이동이 가능하여 확산층 4 상에 나타나는 영상을 무한가변적 배율로 재생하는 것이 가능하다. 이를 위하여, 카메라 5, 6은 광축을 따라 이동되며 소정의 배율팩터와 최종 영상면을 가지는 위치에 초점이 맞추어진다. 카메라에는 다이어프램이 제공되는데, 이는 도면에 도시되어 있지 않다. 피사체로부터 보았을 때, 다이어프램은 교점 또는 초점으로부터 먼측으로 배치된다.

광선들의 경로에 대한 수학적, 기하학적 구성이 피사체 O(Ox, Oy, Oz)로부터 방사되는 광선의 의해서 도 3에 일예로서 도시되어 있다. 이 광선은 β°의 상하각(elevation angle)과 α°의 방위각(azimith angle)으로 상기 구면렌즈의 중심 N을 지난다. 상기 상하각 β°은 입사광선과 수평면 사이의 각을 나타내며, 상기 방위각 α°은 광축과 평행하게 연장하는 수직면과 입사광선 사이의 각을 나타낸다.

상하각 β°와 방위각 α°은 다음과 같은 식을 이용하여 피사점 P의 좌표값들 Ox, Oy, Oz로부터 구해진다.

상기 입사광은 구면렌즈 2의 중앙을 통과한 후, 점 S_s의 반대측에서 구면렌즈 2와 이 구면렌즈의 중심 N과 초점이 일치하는 평요렌즈 3 사이의 구면 경계면상에 충돌하여, 상기 구면렌즈 2의 중앙을 통과하는 광선들이 평요렌즈 3에 의해서 평행하게 정열된다.

따라서, 피사점 O로부터 방사되는 광선은 상기 평요렌즈 3에 의해서 편향되어 상기 광축에 평행하게 진행되고 마지막에는 점 S_P에서 확산층 4에 충돌한다. 이 점 S_P의 좌표값 S_px와 S_pz는 다음과 같은 식을 이용하여 입사광의 상하각 β°와 방위각 α°으로부터 계산된다.

상기 확산층 4에 나타나는 영상은 일정한 배율을 가지고 있으며, 이는 무한가변적 배율팩터를 가지고 영상을 생성하기 위한 중간 영상만으로서의 역할을 한다. 이를 위하여, 확산층 4에 나타나는 영상점들은 필름면 6에서 렌즈 5에 의해서 영상화되고, 피사점 O에 대응하는 필름면 6에서 영상점 P의 좌표값 P_x와 P_z는 다음과 같은 식에 의해서 구해진다.

팩터 F는 필름면에서 영상면의 폭 b와 구면렌즈 2의 반경 r로부터 다음과 같은 식에 의해서 얻어진다.

본 발명에 따르면, 렌즈 시스템이 모든 영상에 맞게 보정되어 유지되고 있는 상태에서, 영상의 다른 부분들이 재생될 수 있다.

이하, 새로운 형태의 그래픽 유져 인터페이스가 실시예들에 의해서 특징지워진다. 이 인터페이스는 다른 컴퓨터 응용프로그램들 뿐만 아니라 실제 및 가상 세계의 피사체들의 영상이 컴퓨터 터미널상에 표현되도록 하고자 하는 것이다. 도 4는 인터페이스의 블록도를 도시하고 있다.

인터페이스 출력 플렛홈(대체로, 컴퓨터 모니터)상에 나타나는 영상의 구성요소들은 정투영 줌렌즈 시스템(또는 그의 모델)을 사용하여 구성되는 카메라 세트에 의하여 생성된다. 상기 카메라 세트는 실제 세계의 투사체를 향하고 있는 실제 (real) 카메라와, 그리고 컴퓨터 확장카드의 지원으로 생성되고 컴퓨터 응용프로그램 및 가상 피사체를 향하고 있는 가상(virtual) 카메라를 포함하고 있다. 상기 카메라 세트에 의해서 생성되는 영상들은 상기 인터페이스의 하나의 부품인 비디오 믹서로 보내진다. 상기 비디오 믹서는 인터페이스 출력 플렛홈으로 보내지는 최종 영상을 생성한다. 카메라 위치들은 카메라 컨트롤용 인터페이스 시스템에 의해서 제어된다.

사용자와 시스템 사이의 통신을 확보하기 위해서, 상기 인터페이스에는 입력 및 출력 플렛홈이 제공된다. 상기 입력 플렛홈은 최종 영상의 구성요소 조작을 가능하게 하고, 시스템내에 설치된 응용프로그램에로의 메세지 생성을 가능하게 한다. 상기 출력 플렛홈은 최종 영상들이 표시되도록할 뿐만 아니라 설치된 응용프로그램의 상태가 보여질 수 있게 한다.

상기 인터페이스는 카메라의 시야 방향 및 각도 뿐만 아니라 이동경로가 자유롭게 배열될 수 있도록 한다. 시스템의 각각의 카메라는 각각 독립적으로 작동되거나 또는 다른 카메라들과 동시에 작동되게 할 수 있다. 인터페이스 작동의 결과, 소망하는 모든 영상들이 스크린상에 표시될 수 있다.

종래의 다른 그래픽 유저 인터페이스로부터 본 발명의 인터페이스를 다르게 하는 두가지 기본적인 특징적 차이에 대해서 이하 설명하다. 우선, 일반적인 선투영과 대비되며 바람직하게 사람의 눈이 주위를 보는 것 같은 방식으로 완전하게 재생하는, 정투영을 이용하여 최종 영상이 얻어진다(선투영과 정투영의 비교는 후에 보다 상세히 설명하기로 한다). 두번째로, 상기 시스템은 최종 영상이 제한없이 생성되게 한다. 이 영상은 컴퓨터 응용프로그램 뿐만 아니라 실제 피사체 및 가상 피사체의 재생 영상을 포함할 수 있다. 최종 영상내에서 이동제어 시스템 및 비디오믹서의 사용에 의하여, 모든 재생 영상들은 사용자의 의지에 따라 변경하거나 이동할 수 있다. 상기 이동제어 시스템은 카메라의 위치 및 방향을 제어할 수 있는 위치에 있으며, 더욱 중요한 것은 카메라 세트(카메라들이 동시에 이동하는 경우) 뿐만 아니라 각각의 카메라의 이동을 정밀하게 반복할 수 있다는 것이다. 카메라 이동제어 시스템 역시 이하 보다 상세히 설명될 것이다. 상기 비디오믹서는 작업환경 하에서 영상의 구성요소들을 자유롭게 조작하는 최신 영상처리 방법을 제공한다.

필수적인 시스템 구조에 관해서, 상기 인터페이스는 다음과 같은 부품을 포함한다:

· 정투영 줌렌즈 세트 모델을 근간으로 하는 컴퓨터그래픽(CG) 렌즈 카메라 시스템(가상 세계 및 응용프로그램 "관찰용");

· 컴퓨터그래픽 렌즈 카메라용 이동제어 시스템;

· 정투영 줌렌즈 세트를 갖춘 (실제 세계를 관찰하기 위한) 광학렌즈를 가지는 카메라 시스템;

·광학렌즈를 가지는 카메라용 이동제어 시스템;

·비디오믹서;

·입력 플렛홈;

·출력 플렛홈;

·데카르트(cartesian) 공간(YXYZ)을 근간으로 하는 컴퓨터 메모리의 3차원(3D) 구성. 이 3차원 메모리는 3차원 가상 세계의 영상으로서 스크린상에 표시된다. 이 세계에서, 각 소프트웨어의 그래픽 인터페이스는 공간내에서 단일 위치를 가진다. 이 세계는 그래픽카드(하드웨어)의 일체부품인 정투영 컴퓨터그래픽 렌즈에 의해서 스크린상에 표시된다;

·전역적 데카르트공간(GPS; global cartesian space) 시스템을 가지는 (컴퓨터 데카르트 공간) 메모리로부터의 링크.

컴퓨터그래픽 렌즈 카메라는 3차원의 가상 세계를 관찰하므로써 2차원 영상을 형성할 수 있는, 적절한 소프트웨어를 가지는 컴퓨터 확장카드로서 이해된다. 영상형성 처리는 정투영 줌렌즈 세트의 기능 원리에 따라 진행된다. 가상 3차원 세계는 데카르트 공간에서 배경 모델링 방법을 이용하여 모델링될 수 있는 가상 3차원 피사체, 그리고 가상 공간내에 다양한 방식으로 배치될 수 있는 가상 스크린에 의하여 표시되는 컴퓨터 응용프로그램(윈도우 95, 오토캐드, 엑스윈도우와 같은)을 포함할 수 있다. 이 스크린들은 응용프로그램과 사용자 사이의 통신 수단을 나타낸다.

컴퓨터그래픽 렌즈 카메라는 시야각, 관점, 그리고 시야 방향의 3개의 변수들에 의하여 특정지워진다. 이 변수들은 카메라가 가상 세계를 감지하는 범위를 명확히 한정한다.

광학렌즈 카메라는 컴퓨터그래픽 렌즈 카메라와 유사하게 실제 세계의 2차원 영상이 생성되게 하여 주는 실제 카메라이다. 인터페이스에서 사용되는 광학렌즈를 가지는 카메라는 정투영 줌렌즈 세트를 갖추고 있다.

위의 경우와 마찬가지로, 광학렌즈 카메라 역시 시야각, 관점 그리고 시야 방향에 의해서 정의된다.

카메라의 이동은 (카메라가 시스템내에 있을 경우) 광학렌즈 카메라를 작동하는 적절한 기구적 조작기에 의하여 적절한 소프트웨어를 가지는 컴퓨터 확장카드를 통하여 제어된다. 이 카드는 카메라를 미리 정해진 경로를 따라 이동시키기 위하여 사용자가 원하는대로 카메라 위치의 시퀀스를 계산하여 변환하는 것을 가능하게 한다. 이 방법에서, 시스템에 존재하고 있는 가상 및 실제 카메라가 사용자의 의지에 따라 위치될 수 있으므로, 모든 이동 진행들을 조정할 수 있게 된다.

시스템 카메라들에 의해서 생성되는 영상들은 비디오 믹서에 보내져 입력된다. 이 믹서는 입력된 영상들을 결합하여 이로부터 인터페이스 출력 플렛홈으로 보내질 수 있는 최종 영상을 생성한다. 믹서의 성능은 시스템 전체의 성능을 결정한다. 시스템이 단일렌즈 카메라를 이용한다면, 비디오 믹서는 없어도 된다.

인터페이스 입력 플렛홈의 역할은 사용자 시스템 방향으로의 통신이 이루어질 수 있도록 하는 것이다. 이 플렛홈은 키보드, 마우스, 조이스틱 등과 같은 기본적인 입력장치로 이루어지거나, 또는 인터페이스를 통하여 시스템을 제어하는 메시지를 생성하는 음성분석기와 같은 보다 복잡한 장치로 이루어질 수 있다. 이러한 메시지에는 다음과 같은 두 가지의 타입이 있다.

·출력 플렛홈으로 보내지는 최종 그림의 모양을 변환하는 인터페이스 메시지;

·시스템에 설치된 응용프로그램으로 전달되어 더욱 처리되는 응용메시지.

인터페이스 출력 플렛홈의 역할은 통신이 시스템으로부터 사용자 지향적으로 이루어지게 하는 것이다. (시스템 전체의 상태를 나타내는) 인터페이스의 실제상태를 가시화하는 각각의 비디오장치 또는 비디오장치 세트는 인터페이스 출력 플렛홈의 역할을 대신한다.

이하, 선투영 또는 정투영의 사용에 따른 영상의 두드러진 특징들을 비교한다. 도 5에 도시되는 선투영 시스템을 임의로 가지고 있는 것으로 가정하여, 피사체가 시스템의 광축 y내에 있을 때, 영상 높이 ho가 피사체의 높이 h에 어느 정도 의존하는지 검토한다. 고려중의 이러한 상황에서, 테일(Tale)원리의 직접적 결과는 다음과 같다.

(1)

도 7은 위에서 설명된 관계를 설명하는 도면으로, 시스템 매개변수 do와 d는 상수이다. (도 6에 도시되고 있는) 정투영 시스템에서, 다음과 같은 식에 의하여 유사 관계가 보여진다.

(2)

도 8은 피사체의 높이 h에 대하여 만들어진 영상 높이 ho를 보여주고 있다. 선투영의 경우에, 영상 높이가 피사체의 높이에 비례하는 것을 바로 알 수 있으며, 그 계수는 프로젝션 시스템의 매개변수들에 의존한다. 정투영의 경우에는 그렇지 않다. 이 경우, 낮은 피사체 높이(수십 %의 프로젝션 시스템 매개변수 do 까지)에서, 영상 높이 ho는 여전히 피사체의 높이 h와 거의 비례한다. 그러나, 이 경우 대체로 피사체의 높이가 높아질수록, 영상 높이의 증가가 늦어짐을 알 수 있다. 이론상으로, 이러한 형태의 프로젝션에서 최대 가능한 영상높이는 do와 일치한다(도 8에서 do = 0.1로 계산되었다).

관찰되는 피사체가 정투영 시스템의 광축 y를 벗어나는 경우에도 동일한 현상이 발생하였다. 여기서, 관심의 대상은 일정한 높이 h를 가지는 피사체의 영상높이 h'o이다. 피사체는 시스템의 광축 y에 대하여 수직인 평면 xOz상의 다른 위치에 배치된다. 높이 h'o는 (피사체의 기준면이 관점 v로부터 보여지는 각인) 편향각 δ의 함수로 계산된다. 비교를 목적으로, 선투영의 경우를 먼저 설명한다. 피사체의 기준면이 관점 v로부터 편향각 δ의 각도에서 보여지도록, 피사체가 시스템의 광축으로부터 이동되면, 실제 피사체와 프로젝션 시스템 사이의 거리 d'는 다음의 식에 따라서 증가한다.

(3)

같은 방식으로, 거리 d'o가 다음과 같은 식에 의해서 결정된다.

(4)

식 (3)과 (4)를 식 (2)에 대입하면 다음과 같은 식이 얻어진다.

(5)

따라서, 식 (5)는 영상 높이 h'o가 편향각 δ에 의존하지 않음을 보여준다. 이는 도 9에서 볼 수 있다. 이와는 반대로, 정투영 시스템의 경우, 피사체가 시스템의 광축으로부터 이동되면, 실제 피사체 거리 d'만이 변화하며, 영상 거리 d'o는 일정하게 유지되어 do와 같게 된다. 피사체 거리가 식 (3)에 의해서 다시 얻어지기 때문에, 영상 높이 h'o가 다음과 같은 식으로 얻어질 수 있다.

(6)

각 δ의 함수로서 높이 h'o의 표시가 도 10에 도시되어 있다. 도면을 통해서, 피사체가 시스템의 광축 y로부터 멀어짐에 따라서 영상 높이 h'o는 더욱 작아짐을 알 수 있다. 이는 피사체와 프로젝션 시스템 사이의 거리의 증가에 의해서 초래되는 것이다. 이러한 현상은 매우 자연스러운 것이다. 예를 들어, 기호 "a"가 여러개 표시되어 있는 매우 큰 그림 앞에 우리가 서 있다고 생각해 본다. 그림상의 기호중 우리 정면에 있는 기호들은 그림의 가장자리에 있는 기호들보다 더 크게 보일 것이다.

이상에서, 관찰되는 피사체의 매개변수 및 프로젝션의 함수로서 영상 높이를 검토하였다. 이하에서는, 관찰자가 영상을 보는 영상각 α'o이 위에서 언급한 매개변수들의 함수로서 결정된다. 관찰자의 눈이 영상면 x_oOy_o로부터 거리 d_ob를 두고 프로젝션 시스템의 광축 y상에 있다고 가정해 본다. 피사체 영상은 다음과 같은 각으로 보여진다.

(7)

여기서, h'o는 선투영의 식(5)와 정투영의 식(6)에 의해서 정의된다. 거리 d'_ob는 선투영의 경우에는 다음과 같은 식에 의해서 얻어질 수 있으며,

(8)

정투영의 경우에는 다음과 같은 식으로부터 얻어질 수 있다.

(9)

이 식들을 위의 식 (7)에 대입하면, 다음과 같은 선투영의 시야각에 대한 최종식과,

(10)

다음과 같은 정투영의 시야각에 대한 최종식이 얻어진다.(11)

위 두 경우 모두, 각 α'_ob가 도 11 및 12에서 각 δ의 함수로서 만들어진다. 이 도면을 그리기 위하여, 프로젝션 시스템 및 피사체 매개변수는 시스템의 광축 y상에 놓여진 피사체가 약 5°의 각으로 보여질 수 있도록 선택되었다. 위 두 경우 에서 함수의 경로가 같음을 쉽게 알 수 있다. 즉, 영상 높이는 시스템의 광축 y와 피사체 사이의 거리의 역으로 변화한다. 그러나, 상기 두 경우 사이에 중요한 차이점이 있다. 즉, 선투영의 경우, 각 δ이 90°에 이르면, 영상폭이 무한하게 연장하는 반면에, 정투영의 경우, 영상은 매개변수 값 do를 넘지 않는다. 또한, 실제 영상크기는 선투영 시스템의 광학계에 의하여 왜곡된다.

이하, 프로젝션 시스템의 현저한 차이점이 어떻게 최종 영상에 영향을 미치는 가에 대하여 검토한다. 다음과 같은 상황을 가정해 본다. 프로젝션 시스템의 앞측에, 시스템의 광축에 수직한 면에, 동일한 길이로 이루어진 일련의 로드가 있다(도 13). 도 14는 다른 프로젝션 시스템 매개변수를 가지는 도 13에 도시되어 있는 배경의 영상을 보여주고 있다. 좁은 시야각을 가지는 프로젝션 시스템의 경우, 선투영 또는 정투영에 의하여 생성되는 영상들 사이에 실제적으로 특별한 차이가 없음을 알 수 있다. 넓은 시야각의 프로젝션 시스템이 이용될 경우, 명확한 차이가 발생한다. 이 경우, 선투영에서는, 프로젝션 시스템의 정면에 위치하는 로드들이 측면에 위치하는 로드들보다 가깝더라도, 로드의 모든 재생된 영상이 작거나 동일한 높이를 이루는 영상을 얻는다. 정투영 시스템의 사용은 이러한 상황을 방지한다. 즉, 정투영을 이용할 경우, 시스템에 가까운 로드들이 먼 쪽의 로드들보다 크게 재생되는 영상을 얻는다.

정투영 줌렌즈 세트에서 영상 생성과정은 두 개의 위상을 갖는다. 위상 1(도 15)에서, 중간 영상이 가상 스크린 S₁상에 생성된다. 이는 정투영법칙에 따라 180°의 시야각을 가지고 "어안렌즈" 형태의 렌즈(또는 렌즈 세트) L₁에 의해서 이루어진다. 이러한 중간 영상은 원형이고, 중앙부에 있는 렌즈 세트의 광축에 근접하여 위치한 실제 피사체의 재생이다. 위상 2에서, 최종 영상이 상기 중간 영상을 바탕으로 스크린 S₂상에 생성된다. 이를 위하여, 선투영법칙에 따라 작동하며 주어진 시야각(180°보다 훨씬 작은)을 가지는 관찰렌즈(또는 렌즈 세트) L₂가 이용된다. 이 제안된 렌즈 세트의 두드러진 특징은, 렌즈 세트의 시야각이 바뀌면, 일정한 중간영상의 최종 영상이 얻어진다는 것과, 그의 일부 또는 전체 영상이 선택되어 확대될 수 있다는 것이다. 최종 영상이 렌즈 세트에 의하여 기하학적으로 왜곡되면, 이 왜곡은 줌과정 동안에 일정하게 유지된다. 이러한 렌즈 세트의 두드러진 특징은 특히 중요하고 비디오믹서에 의해서 공급되는 최종 영상에 큰 영향을 미친다.

정투영 줌렌즈 세트의 시야 방향은 이 줌렌즈 세트의 광축에 의해서 정의되며, 관점 위치는 상기 정투영 렌즈의 위치에 의해서 정의된다. 렌즈 세트의 시야각은 이 세트의 관찰라인 L₂와 가상 스크린 S₁사이의 거리를 바꾸므로써 변화될 수 있다. 제안된 렌즈의 시야각은 이론상 180°에서 0°까지 변화될 수 있다.

정투영 렌즈 세트로 입사되는 광선들의 방향을 설명하기 위하여, 한 쌍의 각이 이용될 수 있다. 즉, 직각 입사각 α와 반사각 β를 이용할 수 있다(도 16). 전체 유효성의 손실이 없으면, 이 영상은 반사각 β를 정의하여 얻어지는 이차원 모델(OvY 평면에서)로 분석을 계속 가능하게 하여 준다.

최종 영상을 생성하는 과정의 수학적 설명은 다음과 같다.

상기에서 언급한 가정하에서, 각 β를 0으로 놓을 수 있다. 만약 주어진 점이 시야각 α로 정투영 줌렌즈 세트에 의하여 보여진다면(도 17), 가상 스크린 S₁상의 영상은 다음과 같은 식의 높이를 가진다.

(12)

여기서, r은 이용되는 정투영 특성을 나타내는 반경을 나타낸다. 이 점은 다음과 같은 식에 의해서 얻어지는 높이에 있는 최종 스크린 S₂상의 점과 대응한다.

(13)

정투영 줌렌즈 세트의 시야각은 다음과 같이 계산된다:

렌즈 L₂는 최대 시야각 γ₀의 특징을 가지는 것으로 한다(도 18). 만약 이 렌즈가 가상 스크린 S₁으로부터 거리 d에 위치한다면, 다음과 같은 식에 의해서 얻어지는 반경을 가지는 이 스크린의 원형부는 이 렌즈의 시야 범위내에 있게 된다.

(14)

이 범위 내에서, 다음과 같은 식에 의하여 얻어지는 것보다 작은 각으로 렌즈 L₁을 통하여 보여지는 피사체가 재생되며,

(15)

동시에, 상기 각은 전체 줌렌즈 세트의 시야각이 된다. 위에서 γ₀, i, 그리고 r의 값은 렌즈 세트를 특징짓는 상수이며, 그리고 거리 d만이 가변가능하여 렌즈 세트의 시야각에 영향을 미친다. 줌렌즈 세트의 시야각 γ은 도 19에서 거리 d의 함수로서 보여진다.

렌즈 L₂의 각 γ₀가 수평, 수직 또는 대각 시야각으로 정의된다면, 상기 계산된 렌즈 세트의 시야각 역시 수평, 수직 또는 대각으로서 정의된다.

이하, 카메라 이동제어 시스템이 설명된다. 주어진 시간에 카메라에 의해 기록된 지역은 실제 카메라 시야각, 실제 카메라 관점, 그리고 실제 카메라 정열에 의해서 정의된다. 카메라 이동제어 시스템은 위에서 언급한 카메라의 위치 및 정열을 변화시키기 위하여 이용된다. 이 시스템은 벡터 x, y, z에 의하여 데카르트 시스템내에서 결정되는 카메라 관점의 모든 세 위치 성분을 제어하는 것을 가능하게할 뿐만 아니라, TRP(틸트, 롤, 팬)에 의하여 정의되는 회전의 3각을 변화시키므로써 카메라의 시야 방향을 제어하는 것을 가능하게 한다(도 20). 카메라 이동제어 시스템의 작동에 의하여, 컴퓨터그래픽 렌즈 카메라 뿐만 아니라 광학렌즈 카메라의 위치 및 정열을 변화시키는 것이 가능하다. 광학(실제) 및 컴퓨터그래픽(가상) 카메라의 차이는, 실제 카메라의 경우, 카메라가 고정되는 기구장치(조작기)의 배치가 변화는 것이고, 반면 가상 카메라의 경우, 카메라의 정열 및 위치를 위한 각각의 매트릭스가 변화되게 된다는 것이다.

본 발명은 이상의 바람직한 실시예에 한정되지 않으며, 기본적으로 다른 형태의 구조를 위해 제시되는 모든 해결을 이용하는 다양한 변형이 가능하다.

Claims (19)

1. 피사체로부터 발원하는 영상영역을 표시하기 위한 영상면 6과, 바람직하게 상기 영상면 6에 영상영역을 형성하기 위한 고정 초점거리를 가지고 상기 영상면 6의 전방 피사체측에 배치되는 영상 광학계 5를 포함하며, 배율을 조정하기 위하여 및/또는 상기 영상면 6에 나타나는 영상의 초점을 맞추기 위하여 상기 영상 광학계 5 및/또는 영상면 6이 광축 방향을 따라 이동가능하게 배치되어 있는, 피사체를 무한가변적 배율로 재생하는 광영상 시스템에 있어서, 상기 영상 광학계 5의 전방 피사체측에는, 광각의 광방사선을 흡수하고, 상기 피사체로부터 방사되고 특정 초점 및 교점 N을 지나는 광선을 선택 및/또는 통과시키는 제1 광학소자 2가 제공되며, 상기 특정 초점 및 교점 N을 지나는 상기 광선이 피사체의 영상을 중간 영상면상에 생성하고 그리고 이를 상기 영상 광학계 5에 의하여 상기 영상면 6에 가변적인 크기로 투사되도록 제2 광학소자 3이 상기 제1 광학소자 2와 상기 영상 광학계 5 사이에 제공되거나 배치되며, 그리고 다른 배율의 영상영역이 상기 영상면의 영역에 생성되는 것을 특징으로 하는, 광영상 시스템.
2. 청구항 1에 있어서, 광선들의 경로에 있는 다이어프램면은 상기 광선들이 상기 중간 영상면을 향하여 가는 중에 지나게 되는 상기 초점 또는 교점의 먼측에 위치되는 것을 특징으로 하는, 광영상 시스템.
3. 청구항 2에 있어서, 영상의 재생은 상기 중간 영상면 및/또는 상기 영상면상에 정투영으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 광영상 시스템.
4. 상기 청구항중 어느 한 항에 있어서, 평요렌즈 또는 그에 상응하는 광학 시스템 3과 같은 상기 제2 광학소자는 그 평탄면에 상기 교점 N을 지나는 광선으로부터 중간 영상을 생성하기 위하여 바람직하게 확산층 4 형태의 중간 영상면을 가지는 것을 특징으로 하는, 광영상 시스템.
5. 상기 청구항중 어느 한 항에 있어서, 상기 평요렌즈 3은 그 오목면이 상기 광학소자 2와 마주하여 그 초점이 상기 교점 또는 초점 N과 일치하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는, 광영상 시스템.
6. 상기 청구항중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 광학소자 2는 구면렌즈인 것을 특징으로 하는, 광영상 시스템.
7. 상기 청구항중 어느 한 항에 있어서, 상기 구면렌즈 2의 반경은 상기 평요렌즈 또는 그에 상응하는 광학 시스템 3의 초점거리와 반드시 동일한 것을 특징으로하는, 광영상 시스템.
8. 상기 청구항중 어느 한 항에 있어서, 상기 구면렌즈 2는 상기 평요렌즈 3의 오목표면에 2차원적으로 접촉하고 있는 것을 특징으로 하는, 광영상 시스템.
9. 상기 청구항중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학소자는 핀홀 다이어프램인 것을 특징으로 하는, 광영상 시스템.
10. 상기 청구항중 어느 한 항에 있어서, 필름 또는 CCD 센서소자가 상기 영상면 6에 제공되어 있는 것을 특징으로 하는, 광영상 시스템.
11. 상기 청구항중 어느 한 항에 있어서, 자동 초점조정 장치가 영상을 초점조정하기 위하여 상기 영상면 6에 제공되어 있는 것을 특징으로 하는, 광영상 시스템.
12. 카메라 세트에 의해서 생성되어 인터페이스 출력 플렛홈상에 표시되는 임의의 영상 구성요소들 및 컴퓨터 응용프로그램 뿐만 아니라 가상 세계 및 실제 세계의 피사체의 재생을 구현하는 그래픽 유저 인터페이스로서, 상기 카메라 세트는 정투영 줌렌즈 시스템 또는 이들의 모델을 이용하여 구성되며, 상기 실제 세계의 피사체를 향하고 있는 실제 카메라와, 컴퓨터 확장카드의 지원에 의하여 생성되며 가상의 피사체를 향하고 있는 가상 카메라를 포함하며, 상기 카메라 세트에 의하여 생성되는 상기 임의의 컴퓨터 응용프로그램 및 영상은 비디오믹서로 공급되어 처리되며, 그리고 상기 비디오믹서에 의하여 생성되는 최종 영상은 인터페이스 출력 플렛홈으로 보내지고, 상기 카메라의 위치는 카메라 이동제어 시스템에 의해서 제어되는 것을 특징으로 하는 그래픽 유저 인터페이스.
13. 청구항 12에 있어서, 상기 인터페이스 출력 플렛홈은 모니터이며, 상기 비디오믹서는 인터페이스의 구성요소인 것을 특징으로 하는, 그래픽 유저 인터페이스.
14. 청구항 12에 있어서, 상기 카메라들은 실제 카메라 형태의 광학렌즈 카메라 뿐만 아니라 적절한 소프트웨어를 가지고 있는 컴퓨터 확장카드의 형태로 되어 있는 컴퓨터그래픽 렌즈 카메라이며, 상기 카메라들은 정투영 줌렌즈 시스템을 가지는 것을 특징으로 하는, 그래픽 유저 인터페이스.
15. 청구항 12에 있어서, 상기 카메라 이동제어 시스템은 적절한 소프트웨어를 가지고 있는 적어도 하나의 컴퓨터 확장카드를 가지며, 기구적 조작기가 상기 광학렌즈 카메라를 작동하기 위하여 배치되며, 상기 가상의 컴퓨터그래픽 렌즈 카메라를 제어하기 위하여 각각의 카메라 정열 및 위치용 매트릭스가 변화되며, 그 결과, 시스템 내에서 이용되는 가상 및 실제 카메라 모두가 원하는 위치에 위치할 수 있게 되고 이동경로가 이러한 방법으로 원하는대로 구성되는 것을 특징으로 하는, 그래픽 유저 인터 페이스.
16. 청구항 12에 있어서, 키보드, 마우스, 조이스틱 등과 같은 기본적 입력장치 또는 음성분석기와 같은 보다 복잡한 장치로 이루어지며, 인터페이스를 통하여 상기 시스템을 제어하기 위한 메시지를 생성하는 인터페이스 입력 플렛홈이 배치되는 것을 특징으로 하는, 그래픽 유저 인터페이스.
17. 청구항 12에 있어서, 정투영 줌렌즈 세트에서 영상을 생성하는 과정은 가상스크린 S₁상에 중간 영상이 생성되는 제1 위상과, 이 중간 영상을 바탕으로, 스크린 S₂상에 최종 영상을 생성하는 제2 위상으로 이루어지는 두 개의 위상을 가지는 것을 특징으로 하는, 그래픽 유저 인터페이스.
18. 청구항 17에 있어서, 상기 중간 영상은 180°의 시야각을 가지는 어안렌즈 타입의 렌즈 또는 렌즈 세트 L₁에 의하여 정투영법칙에 따라 상기 가상 스크린 S₁상에 생성되며, 상기 중간 영상은 원형이고, 중앙부에 있는 렌즈 세트의 광축에 근접하여 위치한 실제 피사체의 재생인 것을 특징으로 하는, 그래픽 유저 인터페이스.
19. 청구항 17에 있어서, 상기 최종 영상은 180°보다 휠씬 작은 주어진 시야각을 가지고 선투영법칙에 따라 작동하는 관찰렌즈 또는 렌즈 세트 L₂에 의하여 스크린 S₂상에 생성되는 것을 특징으로 하는, 그래픽 유저 인터페이스.