KR20100024939A - 3ｄ-렌더링 그래픽 파이프 라인의 확장을 위한 실시간 비디오 홀로그램 생성 방법 - Google Patents

3ｄ-렌더링 그래픽 파이프 라인의 확장을 위한 실시간 비디오 홀로그램 생성 방법 Download PDF

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Abstract

비디오 홀로그램 생성 방법은 하나 이상의 광 변조 수단(SLM)을 가진 홀로그래픽 재생 장치(HAE)에 특히 사용되고, 상기 광 변조 수단에서, 물체 점들(OP)로 분할된 장면(3D-S)은 전체 홀로그램(HΣSLM)으로서 코딩되고, 가시성 범위(VR)로부터 재구성으로서 보여질 수 있다. 3D-렌더링-그래픽 파이프 라인(RGP)은 장면(3D-S)에 대해 컬러- 및 깊이 정보를 검출하고, 이로부터 홀로그래픽 파이프 라인(HGP)은 복소 홀로그램 값을 검출하는데, 상기 검출은 가시되는 각각의 물체 점(OPN) 즉, 깊이- 및 컬러 정보가 처음으로 주어지거나 현재 업데이트된 물체 점에 대해, -(A) 즉시, 상기 가시되는 물체 점(OPN)과 관련된 서브 홀로그램(SHN) 및 관련 차이 서브 홀로그램(SD)이 검출되고, 상기 차이 서브 홀로그램(SHN)은 상기 가시되는 물체 점(OPN)의 관련 서브 홀로그램(SHN)과 이제 쓸모없는, 즉 더 이상 가시되지 않는 물체 점(OPX)의 서브 홀로그램(SHX)의 차이인, SD = SHN-SHX로 검출되고, -(B) 상기 차이 서브 홀로그램(SD)이 상기 전체 홀로그램(H∑SLM)에 가산되고, -(C) 상기 물체 점(OPN)과 상기 물체 점의 서브 홀로그램(SHN)의 정보 연산이 하나 이상의 서브 홀로그램 메모리(SH-MEM)에서 호출될 수 있음으로써, 이루어진다.
Figure P1020097026261
광 변조 수단, 홀로그래픽 파이프 라인, 물체 점, 전체 홀로그램, 서브 홀로그램, 차이 홀로그램.

Description

3Ｄ-렌더링 그래픽 파이프 라인의 확장을 위한 실시간 비디오 홀로그램 생성 방법{METHOD FOR GENERATING VIDEO HOLOGRAMS IN REAL-TIME FOR ENHANCING A 3D-RENDERING GRAPHIC PIPELINE}
본 발명은 3D-렌더링-그래픽 파이프 라인의 확장을 위해 실시간으로, 깊이 정보를 가진 3차원 이미지 데이터로부터 비디오 홀로그램을 생성하는 방법에 관한 것이다.
렌더링의 범주에서, 본 발명은 장면을 모니터 상에 래스터화된 이미지로, 벡터로 수학적으로 표시하는 알고리즘을 포함하는 소위 3D-렌더링-파이프 라인 또는 그래픽 파이프 라인에 관한 것이다. 3차원 이미지 데이터는 깊이 정보 및 일반적으로 재료 및 표면 특성에 대한 추가 표시를 포함한다. 3D-렌더링-그래픽 파이프 라인에서, 예컨대 디스플레이 좌표가 장치 좌표, 텍스처링, 클리핑 및 앤티앨리어싱(antialiasing)으로 환산된다. 그래픽 어댑터의 프레임 버퍼에 저장된, 래스터화된 이미지, 3D-장면의 2D-프로젝션은 모니터, 예컨대 LCD-디스플레이의 제어 가능한 화소의 화소 값의 데이터를 포함한다.
홀로그래픽 데이터 생성의 범주에서, 본 발명은 홀로 그래픽 재생 장치의 광 변조 수단들 상에 물체 점들로 구조화된 3차원 장면을 표시하기 위한 홀로그램 값들을 생성하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
비디오 홀로그램의 범주에서, 본 발명은 또한 소위 홀로그래픽 파이프 라인에 관한 것이다. 상기 파이프 라인에서 홀로그래픽 디스플레이 장치의 광 변조기용 화소 값인 복소 홀로그램 값들의 생성이 이루어진다.
이러한 홀로그래픽 재생 장치의 기초가 되는 원리는, 하나 이상의 광 변조 수단에서, 물체 점들로 분할된 장면이 전체 홀로그램으로서 코딩되고, 비디오 홀로그램의 재구성의 주기성 인터벌 내에 놓인 가시성 범위로부터 재구성으로서 보여질 수 있으며, 상기 가시성 범위는 장면의 재구성될 각각의 물체 점과 함께 서브 홀로그램을 규정하고, 전체 홀로그램은 서브 홀로그램들의 중첩으로부터 생성되는 것이다. 상기 원리는 물체가 방출하는 각각의 파면을 하나 또는 다수의 가시성 범위 내로 재구성하기 위한 것이다.
상세하게는 이러한 장치의 기초가 되는 원리는 개별 물체 점의 재구성이 광 변조 수단에서 코딩되는 전체 홀로그램의 부분으로서 단 하나의 서브 홀로그램만을 필요로 하는 것이다. 홀로그래픽 재생 장치는 하나 이상의 디스플레이 수단을 포함한다. 여기서, 디스플레이 수단은 하나의 장면의 홀로그램이 코딩되는 광 변조기 자체, 또는 광 변조기에서 코딩된 홀로그램 또는 광 변조기에서 코딩된 하나의 장면의 파면이 이미지화되는 광학 소자 (예컨대 렌즈 또는 거울)을 말한다.
디스플레이 수단의 고정 및 가시성 범위에 장면을 재구성하기 위한 원리는 출원인의 간행물에 설명되어 있다. 간행물 WO 2004/044659 및 WO 2006/027228에서, 디스플레이 수단은 광 변조기 자체이다. 간행물 WO 2006/119760, 장면의 홀로 그래픽 재구성을 위한 프로젝션 장치 및 방법에서, 디스플레이 수단은 광 변조기에서 코딩된 홀로그램이 이미지화되는 광학 소자이다.
DE 10 2006 004 300.6, 장면의 홀로그래픽 재구성을 위한 프로젝션 장치에서, 디스플레이 수단은 광 변조기에서 코딩된 장면의 파면이 이미지화되는 광학 소자이다. 출원인의 WO 2006/066919에는 비디오 홀로그램 계산 방법이 설명된다.
"가시성 범위"는 관찰자가 전체의 재구성된 장면을 충분히 큰 가시성으로 볼 수 있는 제한된 범위이다. 가시성 범위 내에서 파동 장들은 관찰자에게 재구성된 장면이 가시되도록 중첩된다. 가시성 범위는 관찰자의 눈에 또는 눈 가까이에 있다. 가시성 범위는 X, Y 및 Z 방향으로 이동될 수 있고 공지된 위치 검출 장치 또는 트래킹 장치로 현재 관찰자 위치를 트래킹한다. 2 개의 가시성 범위를 사용하는 것이, 즉 각각의 눈에 대해 하나의 가시성 범위를 사용하는 것이 가능하다. 가시성 범위들의 더 복잡한 배치도 가능하다. 또한 관찰자에게 개별 물체들 또는 전체 장면이 광 변조기 후방에 놓이는 것처럼 코딩되는 것도 가능하다.
상기 간행물에서, 광 변조 수단 또는 SLM은 하나 또는 다수의 독립적인 광원의 광빔을 스위칭, 블랭킹(blanking) 또는 변조함으로써 강도, 컬러 및/또는 위상을 제어하기 위한 장치를 말한다. 홀로그래픽 재생 장치는 일반적으로 제어 가능한 화소들의 매트릭스를 포함하고, 화소들은 통과하는 광의 진폭 및/또는 위상을 변화시킴으로써 물체 점들을 재구성한다. 광 변조 수단은 그러한 매트릭스를 포함한다. 광 변조 수단은 예컨대 음향 광 변조기 AOM(acousto-optic modulator)으로서 이산적으로 또는 연속적으로 구현될 수 있다. 진폭 변조에 의한 홀로그램의 재 구성을 위한 실시예는 액정 디스플레이(LCD)로 이루어질 수 있다. 본 발명은 또한 충분한 간섭성 광을 광 파면 또는 광파 릴리프로 변조하기 위한 다른 제어 가능한 장치에 관한 것이다.
화소라는 용어는 광 변조기의 제어 가능한 홀로그램-화소를 포함하고, 홀로그램 점의 이산 값을 나타내며 개별적으로 어드레싱되고 제어된다. 각각의 화소는 홀로그램의 홀로그램 점을 나타낸다. LCD의 경우, 화소는 개별적으로 제어 가능한 디스플레이-화소를 의미한다. DMD(Digital Micromirror Device, Mikrospiegelarray), 예컨대 DLP(Digital Light Processing)의 경우, 화소는 개별적으로 제어 가능한 마이크로 거울 또는 그들의 작은 그룹이다. 연속 광 변조 수단의 경우, 화소는 홀로그램 점을 나타내는 가상 영역을 포함한다. 컬러 표시의 경우, 일반적으로 하나의 화소는 원색을 나타내는 다수의 서브 화소로 분할된다.
"변환" 이라는 용어는 변환과 동등하거나 또는 변환과 유사한 수학적 기술 또는 계산 기술을 포함하도록 넓게 해석되어야 한다. 수학적 의미에서 변환은 맥스웰 파동 방정식에 의해 정확히 표현되는 물리적 공정의 근사이다. 프레넬 변환(Fresnel transformation)과 같은 변환 또는 푸리에 변환으로서 공지된, 특별한 그룹의 변환은 2차 근사를 나타낸다. 변환은 일반적으로 대수로 표시되며 미분으로 표시되지 않기 때문에, 계산 기술에 의해 효율적으로 그리고 고성능으로 처리될 수 있다. 또한, 변환은 광학 시스템으로 정확히 형성될 수 있다.
출원인의 WO 2006/066919에는 비디오 홀로그램 계산 방법이 설명된다. 이 방법은 광 변조기의 평면에 대해 평행한 단면들로 장면을 분할하고 모든 단면들을 가시성 범위로 변환하고 거기서 가산하는 것을 기초로 한다. 그 후 가산된 결과가 광 변조기가 있는 홀로그램 평면 내로 역변환됨으로써, 비디오 홀로그램의 복소 홀로그램 값이 검출된다.
DE 10 2006 025 096에는 실시간으로, 깊이 정보를 가진 이미지 데이터로부터 비디오 홀로그램을 렌더링 및 생성하는 방법이 설명되고, 제 1 모드에서, 3D-렌더링-그래픽 파이프 라인이 모니터의 제어 가능한 화소에 대한 화소 값을 생성한다. 상기 방법은, 파이프 라인이 스위칭 가능하여, 제 2 모드에서 하나 이상의 홀로그래픽 파이프 라인에 공간 광 변조기(SLM)에 대한 화소 값인 복소 홀로그램 값의 생성이 이루어지도록 확장되고, 이로써 통상의 그래픽 표시와 동시에 또는 그 대안으로 공간 광 변조기의 제어에 의해 입사 파동 장은 간섭에 의해 공간에 소정 3차원 장면이 재구성되도록 홀로그램 값으로 변조되는 것을 특징으로 한다.
DE 10 2006 042 324에는 실시간으로, 비디오 홀로그램을 생성하는 방법이 설명된다. 이 방법은, 각각의 물체 점의 재구성이 SLM에서 코딩된 전체 홀로그램의 부분인, 단 하나의 서브 홀로그램만을 필요로 하는 원리를 이용한다. 상기 방법은, 각각의 물체 점에 대해, 서브 홀로그램의 몫이 룩-업 테이블로부터 결정될 수 있고 서브 홀로그램들이 축적되어 전체 장면의 재구성을 위한 하나의 전체 홀로그램을 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 방법에 의해 홀로그램 값들의 신속한 생성이 가능하다. 그러나, 3D-렌더링-그래픽 파이프 라인을 더 관찰할 필요가 있다. 3D-장면의 2D-프로젝션인 래스터화된 이미지 데이터로 3D-장면의 변환을 묘사하는 3D-렌더링-그래픽 파이프 라 인의 결과로서, 상기 결과가 2 개의 메모리 영역들, 프레임 버퍼 및 Z-버퍼에 주어진다: 프레임 버퍼는 관찰자가 보는 장면의 소위 컬러-맵, 컬러 정보 또는 컬러 값을 포함한다. Z-버퍼는 관찰자의 현위치로부터 보여지는, 표준화된(normalized) 표시에서 장면의 깊이 정보 또는 깊이 맵을 포함한다. 상기 데이터들은 광 변조기에 대한 화소 값인 복소 홀로그램 값들을 생성하는 후속 홀로그래픽 파이프 라인에 대한 입력 데이터이다. 3D-렌더링-그래픽 라인의 결과 전체가 주어지면, 즉, 래스터화된 이미지 데이터가 프레임 버퍼 및 Z-버퍼에서 완전히 검출되면, 비로소 홀로그래픽 변환이 이루어질 수 있다. 3D-렌더링-그래픽 파이프 라인에 의해 전체 3차원 장면이 렌더링되고 래스터화된 이미지 데이터가 완전히 생성된 후에야 홀로그래픽 변환이 가능하다. 상기 파이프 라인은 직렬로 구현되기 때문에, 이로써 계산 시간이 긴 단점이 있다. 긴 계산 시간으로 인해, 비디오 시퀀스가 소정의 반복 주파수로 주어질 수 없다.
그러나, 종래의 비디오 기술과 유사하게, 비디오 홀로그램의 디스플레이를 위한 높은 이미지 반복 레이트가 바람직하고 필요하다. 다수의 필요 계산 단계에 의해, 비디오 홀로그램의 생성은 계산 수고를 증가시키고 고성능 및 고비용 계산 유닛을 필요로 한다.
본 발명의 목적은, 종래 기술에서의 단점을 제거하고 3D-렌더링-그래픽 파이프 라인 및 홀로그래픽 파이프 라인의 지금까지의 직렬 처리를 배제한 방법을 제공하는 것이다. 필요한 계산 시간은 지속적으로 짧아야 한다. 따라서, 계산 수단에 대한 경제적 및 기술적 비용이 감소되어야 한다. 또한, 상기 방법을 실시하고 이로써 실시간 비디오 홀로그램의 생성을 보장하기 위해, 현재 그래픽 카드 예컨대 3D-파이프 라인의 아키텍처가 추가 하드- 및 소프트웨어 모듈에 의해 확장되어야 한다.
상기 방법은 3D-장면의 2D-프로젝션인 래스터화된 이미지 테이터로 3D-장면의 변환을 묘사하는 3D-렌더링-그래픽 파이프 라인의 확장을 위한 실시간 비디오 홀로그램 생성을 위해 사용된다.
또한, 홀로그래픽 파이프 라인에서, 하나 이상의 광 변조 수단을 가진 홀로그래픽 재생 장치의 광 변조기용 화소 값인 복소 홀로그램 값의 생성이 이루어지고, 상기 광 변조 수단에서, 물체 점들로 분할된 장면이 전체 홀로그램으로서 코딩되며 비디오 홀로그램의 재구성의 주기성 인터벌 내에 놓인 가시성 범위로부터의 재구성으로서 보여질 수 있고, 가시성 범위는 장면의 재구성될 각각의 물체 점과 함께 서브 홀로그램을 규정하고, 전체 홀로그램은 서브 홀로그램들의 중첩으로부터 생성되고, 3D-렌더링-그래픽 파이프 라인은 깊이 정보를 가진 이미지 데이터에 의해 표현되는 장면을 물체 점들로 구조화하고, 그 후 물체 점에 대해 적어도 컬러- 및 깊이 정보를 검출하여 제공한다. 상응하는 광 변조 수단을 가진 이러한 홀로그래픽 재생 장치의 기초가 되는 원리는 하나의 장면의 물체 점들의 정보로 변조된 파면이 하나 이상의 가시성 범위에서 중첩되는 것이다. 가시성 범위에 대한 용어 규정은 이미 설명되었다.
이러한 홀로그래픽 재생 장치의 기초가 되는 원리는, 본 발명의 기초가 되는 원리처럼, 하나의 장면의 개별 물체 점의 재구성이 광 변조 수단에서 코딩된 전체 홀로그램의 부분인, 단 하나의 서브 홀로그램만을 필요로 하는 것이다.
개별 물체 점은 각각 서브 홀로그램에 의해 생성되고, 서브 홀로그램의 위치는 물체 점의 위치에 의존하고, 상기 서브 홀로그램의 크기는 관찰자의 위치에 의존한다. 광 변조 수단에서 서브 홀로그램의 영역은 이하에서 변조기 영역이라 한다. 변조기 영역은 물체 점을 재구성하기 위해 필요한 광 변조 수단의 부분 영역이다. 변조기 영역은 물체 점을 재구성하기 위해 광 변조기에서 어떤 화소가 상응하게 제어되어야 하는지를 나타낸다. 변조기 영역의 위치는, 물체 점이 소위 고정 물체 점이면, 고정적으로 유지된다. 재구성될 물체 점의 위치는 관찰자 위치에 따라 변한다. 관찰자 위치에 따른 변조기 영역의 변화에 의해, 물체 점이 고정 코딩된다. 즉, 물체 점의 공간적 위치가 관찰자 위치에 따라 변하지 않는다. 본 발명과 관련해서, 이 원리는 유사하게 처리될 수 있다. 변조기 영역의 중심은 가장 간단한 해결책에서 재구성될 물체 점과 가시성 범위의 중심을 통과하는 직선 상에 놓인다. 변조기 영역의 크기는 가장 간단한 해결책에서 절편 정리(intercept theorem)에 의해 검출되고, 가시성 범위는 광 변조기 상에 재구성될 물체 점을 통해 백트래킹된다.
서브 홀로그램의 바람직한 사용시, 광 변조 수단의 제어 가능한 가장 작은 유닛인, 화소는 개별 서브 홀로그램의 정보를 포함할 뿐만 아니라, 중첩의 결과로서 다수의 서브 홀로그램의 정보를 포함한다.
3D-장면의 2D-프로젝션인 래스터화된 이미지 데이터로 3D-장면의 변환을 묘사하는 3D-렌더링-그래픽 파이프 라인의 결과로서, 상기 묘사는 2 개의 메모리 영역들, 프레임 버퍼 및 Z-버퍼에 주어진다.
본 발명의 기초가 되는 사상은, 관찰자 위치에 따라 가시되는 물체 점 즉, 3D-렌더링-그래픽 파이프 라인의 래스터화가 종료되고 적어도 관련 컬러 및 깊이 정보가 주어진 물체 점에 대해, 즉시, 상기 물체 점과 관련된 서브 홀로그램이 검출되어 전체 홀로그램에 가산된다는 것이다. 이로써, 3D-렌더링-그래픽 파이프 라인에 의해 완전히 렌더링된 각각의 물체 점에 대해, 홀로그래픽 파이프 라인에 의해 서브 홀로그램 또는 전체 홀로그램으로 홀로그램 값들이 즉각 생성된다. 본 발명의 사상에 따라, 장면이 3D-렌더링-그래픽 파이프 라인에 의해 전체가 아직은 완전히 검출되지 않았다는 것이 고려되어야 한다. 이로써 물체 점들의 추후 변화, 특히 가시성, 컬러, 휘도의 변화가 배제되지 않는다. 예컨대, 물체 점의 가시성은 전체 장면의 렌더링 중에, 지금까지 가시된 물체 점이 관찰자와 더 가까이 놓인 물체 점에 의해 이제 은폐됨으로써 변할 수 있다.
동일하게, 본 발명의 기초가 되는 원리는, 후속 렌더링 중에 변하는 특성을 가진 물체 점의 몫으로 전체 홀로그램을 보정하는 것이다.
본 발명의 기본 사상에서, 방법은 홀로그래픽 파이프 라인에 의해 관찰자 위치에 따라 가시되는 각각의 물체 점 즉, 깊이- 및 컬러 정보가 이제 막 주어지거나 또는 현재 업데이트된 물체 점에 대해,
-(A) 즉시, 상기 현재 또는 가시되는 물체 점과 관련된 서브 홀로그램 및 관련 차이 서브 홀로그램(SD)을 현재 물체 점의 관련 서브 홀로그램과 이제 쓸모없는 또는 더 이상 가시되지 않는 물체 점의 차이인, SD = SHN-SHX로 검출하는 단계,
-(B) 상기 차이 서브 홀로그램을 전체 홀로그램(HΣSLM)에 가산하는 단계,
-(C) 현재 물체 점과 그 서브 홀로그램의 정보 연산을 하나 이상의 서브 홀로그램 메모리에서 호출하는 단계로서, 상기 서브 홀로그램은 서브 홀로그램 메모리에 물리적으로(physically) 기입될 수 있고, 상기 정보 연산은 포인터, 인덱스 및 메모리 영역 등에 의해서도 호출될 수 있는, 단계를 포함한다.
전체 홀로그램은 원하는 경우 보상된다. 이전 방법 단계와 유사하게, 현재 물체 점과 그 서브 홀로그램의 정보 연산이 서브 홀로그램 메모리에서 호출될 수 있다.
현재 물체 점과 쓸모없는 물체 점의 차이 서브 홀로그램은 관련 현재 서브 홀로그램과 쓸모없는 서브 홀로그램의 차이인, SD = SHN-SHX로 검출 가능하다. 이 경우, 업데이트된 깊이 정보에 따른 물체 점의 차이 서브 홀로그램은
(a) 관찰자와 더 가까이 놓인 물체 점의 서브 홀로그램과 상기 물체 점에 의해 은폐되어 이제 더 이상 가시되지 않는 물체 점의 홀로 그램의 차이, SD = SHN-SHX에 의해, 또는 반대로
(b) 관찰자와 더 멀리 떨어져 있는 물체 점의 서브 홀로그램과 지금까지 가시된 물체 점의 서브 홀로그램의 차이, SD = SHN-SHX에 의해
결정된다.
바람직하게, 실제 물체 점과 쓸모없는 물체 점의 차이 서브 홀로그램을 검출하기 위해, 쓸모없는 물체 점의 서브 홀로그램이 서브 홀로그램 메모리로부터 호출되어 계산에 사용된다. 차이 서브 홀로그램의 검출시, 계산 단계의 초기에, 모든 서브 홀로그램들이 서브 홀로그램 메모리에서 0으로 초기화되는 것이 전제된다. 이로써, SD = SHN-SHX에 따른 차이 서브 홀로그램은 깊이 정보가 처음으로 주어진 물체 점에도 유효하다. 이 경우, 쓸모없는 물체 점의 서브 홀로그램(SHX)은 0이고, 차이 형성에 기여하지 않는다.
따라서, 모든 물체 점에 대한 알고리즘이 물체 점의 깊이 정보가 처음으로 검출되었는지 또는 업데이트되었는지의 여부와 상관없이 동일하다. 관찰자에 대한 물체 점 위치의 경우에 따른 차이(case differentiation)는 불필요하다. 상기 알고리즘은 전용의 계산 유닛에서 바람직하게 실행될 수 있으므로, 고성능 계산이 보장된다.
따라서, 방법 단계들의 기초가 되는 원리는, 서브 홀로그램용 홀로그램 값들의 생성이 신속하게 이루어지는 것이다. 이와 관련한, 특히 바람직한 방법이 실시예에 제시된다.
우선, 서브 홀로그램 메모리가 자세히 설명된다. 3D-렌더링-그래픽 파이프 라인의 결과로서, 3D-장면이 프레임 버퍼 및 Z-버퍼에 래스터화되어 저장되고, m-행 및 n-열을 가진 상기 래스터화는 일반적으로 디스플레이의 해상도에 맞게 조정된다. 래스터화는 바람직하게 서브 홀로그램 메모리를 위해 이루어지므로, 래스터 내 엘리먼트 엔트리는 서브 홀로그램에 상응하고, 상기 래스터 내 엘리먼트 엔트리는 프레임 버퍼 및 Z-버퍼 내 대응 엔트리와 일치한다. 다른 방식으로 조정된 메모리 아키텍처도 고려될 수 있고, 경우에 따라, 물체 점에 대한 정보가 서브 홀로그램 메모리에 저장된다. 물체 점과 상기 물체 점의 서브 프로그램의 정보 연산은 예컨대 데이터 또는 상응하는 메모리 영역 등에 대한 예컨대 포인터를 포함한다. 추가로, 신속한 데이터 액세스 및 바람직한 알고리즘 기술을 가능하게 하거나 또는 용이하게 하는 여러 레퍼런스 시스템 내 크기, 위치, 인덱스 리스트, 인덱스 영역과 같은 보조, 서술식 데이터들이 고려될 수 있다.
물체 점의 서브 홀로그램들은 바람직하게, DE 10 2006 042 324의 원리에 따라, 룩-업 테이블로부터 검출 또는 판독되거나, 또는 WO 2006/066919에 따른 이미 인용된 방법에 따라 분석적으로 생성된다. 바람직하게 후자의 방법의 원리에 따라, 서브 홀로그램용 룩-업 테이블이 생성되거나 또는 사전에 작성된다. 룩-업 테이블의 작성을 위해, 관찰자의 허용 이동 영역에서 가능한 물체 점 각각에 대해, 서브홀로그램의 관련 엔트리가 미리 생성되고, 이로써 호출 가능하게 된다. 다른, 특히 바람직한 방법은 실시예에서 설명된다. 방법의 실시를 위해, 3D-렌더링-그래픽 파이프 라인은 전술한 방법 단계들을 실행하는 소위 홀로그래픽 파이프 라인에 의해 확장된다. 여기에서 요약해서 설명되는 방법의 실행은, 홀로그램 계산을 위해 필요한 계산 유닛들(하드웨어)이 물리적으로 별도로 3D-계산을 위한 계산 유닛에 연결되어야 한다는 것을 의미하지는 않는다. 또한, 신세대의 프로그래밍 가능한 그래픽 카드에서, 홀로그램 계산은 3D-계산의 계산 유닛(하드웨어)에서 실시될 수 있다. 상기 해결책의 실행은 바람직하게, 이미 3D-렌더링-그래픽 파이프 라인이 실시되는 그래픽 시스템 또는 그래픽 칩에서 이루어진다. 추가 칩에서의 실행도 가능하다. 2 개의 처리 유닛들은 그래픽 카드의 동일한 물리적 메모리를 액세스하고, 이로써 Z-버퍼, 컬러 맵, 및 3D-렌더링-그래픽 파이프 라인용 다른 데이터 외에, 홀로그래픽 파이프 라인용 추가 데이터가 저장될 수 있다. 특히 서브 홀로그램용 룩-업 테이블의 사용에 의해 실시간 홀로그램 값 생성에 대한 요건이 보장된다. 3D-렌더링-그래픽 파이프 라인에 의한 물체 점의 계산을 위한 시간 간격이 물체 점의 홀로그래픽 변환 및 코딩을 위한 계산 시간보다 더 크거나 동일하면, 홀로그램 값의 생성이 지속적으로 보장된다. 종래의 비디오 기술과 유사하게, 컴퓨터 생성 비디오 홀로그램의 디스플레이를 위한 높은 이미지 반복 레이트가 주어질 수 있고, 경제적이고 간단한 계산 유닛들은 실시간 생성을 보장할 수 있다.
본 발명에 의해, 물체 점이 3D-렌더링-그래픽 파이프 라인에 의해 처리되는 순서는 랜덤한, 비순차적 순서일 수 있다. 개별 물체 점에 대한 파이프 라인의 결과가 최종적으로 주어져야 하는 순서에도 유사한 자유도가 주어진다. 이로써, 다수의 물체 점들은 동시에 병렬 프로세스에서 렌더링되고 및 홀로그래픽 파이프 라인에 제공될 수 있다. 물론, 물체 점들, 즉 결국 전체 장면이 어떻게 그리고 어떤 순서로 렌더링되는 지에 대한 방법은 공지된 방법 및 최적화를 기초로 한다.
바람직한 실시예를 참고로 본 발명이 하기에 설명된다. 이와 관련해서,
도 1a는 홀로그래픽 재생 장치의 기본 원리를 나타내고,
도 1b는 나타난 물체 점에 대한 차이 서브 홀로그램을 나타내며,
도 1c는 사라진 물체 점에 대한 차이 서브 홀로그램을 나타내고,
도 2는 본 발명에 따른 방법의 플로우 차트 및 본 발명에 따른 장치의 개략도이다.
또한, 서브 홀로그램의 복소 홀로그램 값을 생성하기 위한 특히 바람직한 방법이 설명된다. 이와 관련해서,
도 B1은 홀로그래픽 재생 장치의 기본 원리 및 물체 점의 변조기 영역을 나타내고,
도 B2a는 렌즈와 프리즘으로 이루어진 이미징 소자를 가진 재생 장치의 측면도이며,
도 B2b는 변조기 영역과 수직 작용 프리즘을 나타내고,
도 B2c는 변조기 영역과 수평 작용 프리즘을 나타내며,
도 B3는 본 발명에 따른 방법의 플로우 차트이고,
도 B4는 홀로그램 평면 후방에 물체 점을 재구성하기 위한 방법의 변형예이다.
도 1a는 관찰자용 홀로그래픽 재생 장치(HAE)의 기본 원리를 도시한다. 상기 원리는 다수의 관찰자에 대해 유사하다. 관찰자의 위치는 관찰자의 눈 또는 동공(VP)의 위치로 표시된다. 장치는 광 변조 수단(SLM)을 포함하고, 상기 광 변조 수단은 간단한 도시를 위해 이 실시예에서는 디스플레이 수단(B)과 동일하며, 하나 이상의 가시성 범위(VR)에서 하나의 장면(3D-S)의 물체 점들의 정보로 변조된 파면들을 중첩한다. 가시성 범위는 눈을 트래킹한다. 하나의 장면(3D-S)의 개별 물체 점(OP)의 재구성은 광 변조 수단(SLM)에서 코딩된 전체 홀로그램(HΣSLM)의 부분으로서 각각 단 하나의 서브 홀로그램(SH)을 필요로 한다. 광 변조 수단(SLM) 상의 서브 홀로그램의 영역은 변조기 영역(MR)이다. 이 도면에 나타나는 바와 같이, 변조기 영역(MR)은 광 변조 수단(SLM)의 단 하나의 작은 부분 영역이다. 변조기 영역(MR)의 크기는 가장 간단한 해결책에서 절편 정리(intercept theorems)에 의해 검출되고, 가시성 범위(VR)는 광 변조 수단(SLM)에 재구성될 물체 점(OP)을 통해 백트래킹된다(backtrack). 이로 인해, 광 변조 수단(SLM) 상의 각각의 화소의 인덱스가 주어진다. 상기 인덱스는 물체 점의 재구성을 위해 필요하다.
도 1b 및 도 1c는 방법에 대한 하기 설명의 기본 원리로서 서브 홀로그램의 원리를 도시한다. 본 발명에 따른 방법에 따라, 관찰자 위치(VP)에 따라 가시되는 물체 점 즉, 3D-렌더링-그래픽 파이프 라인의 래스터화가 종료되고 적어도 관련 컬러 및 깊이 정보가 주어진 물체 점에 대해, 즉시, 즉 지연 없이, 상기 물체 점과 관련한 서브 홀로그램(SH)이 검출되어 전체 홀로그램(HΣSLM)에 가산된다. 관련 서브 홀로그램(SH)의 즉각적인 처리는 장면의 렌더링 프로세스 중에, 예컨대 물체 점(OP)의 가시성이 변할 수 있다는 것을 의미한다. 예컨대 하나의 물체 점이 더 가까이 놓인 물체 점에 의해 은폐되거나 또는 상기 물체 점이 다수의 이미지 효과들 중 하나(셰이딩(shading), 반사 및 희미해짐 등)에 의해 다시 가시화될 수 있다.
도 1b에서는, 3D-렌더링-그래픽 파이프 라인에 의해 물체 점(OPX)에 대해, 새로운 물체 점(OPN)이 관찰자와 더 가까이 놓여 있는 다는 것이 확인되었다. 이로써, 3D-렌더링-그래픽 파이프 라인의 이전의 중간 결과에 비해 현재 렌더링된 장면에, 새로운 물체 점(OPN)이 추가되고, 상기 새로운 물체 점은 도시되듯이 관찰자의 가시성에 따라 중간 결과에서 가시된 물체 점(OPX)을 은폐하므로, 상기 물체 점은 이제 더 이상 가시되지 않는다. 하기에 설명되듯이, 물체 점의 서브 홀로그램들의 중첩인 전체 홀로그램(HΣSLM)으로부터, 가시되지 않는 물체 점(OPX)의 쓸모없는 서브 홀로그램(SHX)은 감산되고 이제 가시되는 물체 점(OPX)의 새로운 서브 홀로그램(SHN)은 가산되어야 한다. 이 경우 차이 서브 홀로그램은 쓸모없는 물체 점(OPX)의 서브 홀로그램(SHX)과 새로운 물체 점(OPN)의 서브 홀로그램(SHN)의 차이(SD = SHN-SHX)로서 결정되고 검출될 수 있다.
도 1c에서는, 3D-렌더링-그래픽 파이프 라인의 이전의 중간 결과에 비해 현재 렌더링된 장면에서 물체 점(OPX)이 빠지므로, 도시된 것처럼, 관찰자의 가시성에 따라 지금까지 은폐된 물체 점(OPN)이 이제 가시된다. 이 경우, 차이 서브 홀로그램은 사라진 물체 점(OPX)의 서브 홀로그램(SHX)과 이제 가시되는 물체 점(OPN)의 서브 홀로그램(SHN)의 차이(SD = SHN-SHX)로서 결정되고 검출될 수 있다. 도 1b와 유사하게, 전체 홀로그램(HΣSLM)이 상응하게 업데이트된다. 도면 없이, 상이한 컬러 및/또는 휘도를 가진 물체 점이 고정된 제 3의 경우도 언급된다. 여기에서 차이 서브 홀로그램은 상응하는 컬러- 또는 휘도 정보를 나타낸다. 그러나, 일반적으로 이러한 변화는 서브 홀로그램 대신 서술적 데이터로 상세히 설명되 면 충분하다.
도 2는 전체 홀로그램(HΣSLM) 생성 방법을 나타내고, 깊이 정보를 가진 이미지 데이터로부터 홀로그래픽 재생 장치(HAE)의 광 변조기(SLM)에 대한 복소 홀로그램 값을 생성하기 위해 3D-렌더링-그래픽 파이프 라인(RGP)이 홀로그래픽 파이프 라인(HGP)으로 어떻게 확장되는지를 도시한다. 또한, 방법을 실시하는 장치가 개략적으로 도시된다. 3D-렌더링-그래픽 파이프 라인(RGP)에서 예컨대 디스플레이 좌표가 장치 좌표, 텍스처링, 클리핑 및 앤티앨리어싱(antialiasing)으로 환산된다. 장면의 2D-프로젝션인 래스터화된 이미지 데이터로 장면(3D-S)의 변환을 묘사하는 3D-렌더링-그래픽 파이프 라인(RGP)의 결과로서, 상기 결과가 2 개의 메모리 영역들에 주어진다:
프레임 버퍼(FB): 관찰자가 보는 장면의 컬러 값, 소위 컬러-맵을 포함.
Z-버퍼(ZB): 관찰자의 현 위치로부터 보여지는, 표준화된 표시에서 장면의 소위 깊이 맵을 포함.
더 자세한 설명을 위해, 도 2에는 개략적으로 그래픽 파이프 라인의 상기 메모리 영역들이 별도로 도시되어 있다. 상기 메모리 영역의 상기 데이터는 후속 홀로그래픽 컬러 파이프 라인(HGP)에 대한 입력 데이터들이고, 이로써 전체 3D-장면에 대한 복소 홀로그램 값들이 생성된다.
본 발명에 따라, 물체 점에 대한 홀로그래픽 계산의 실시는, 전체 장면의 완성 Z-맵 및 컬러-맵이 주어질 때까지 대기하지 않고, 3D-파이프 라인에 의해 처리 된 상기 물체 점의 적어도 깊이- 및 컬러 정보가 제공되면 즉시 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 방법에 따라, 관찰자 위치(VP)에 따라 가시되는 물체 점(OP), 즉 3D-렌더링-그래픽 파이프 라인의 래스터화가 종료되고 적어도 관련 컬러- 및 깊이 정보가 주어진 물체 점에 대해, 즉시, 즉 지연 없이, 상기 물체 점과 관련한 서브 홀로그램(SHN)이 검출되어 전체 홀로그램(HΣSLM)에 가산된다. 3D-렌더링-그래픽 파이프 라인(RGP)의 방법 그룹 "래스터화" 및 홀로그램 값의 생성을 위한 방법 그룹이 홀로그래픽 파이프 라인(HGP)에 의해 동시에 진행된다.
본 실시예에서, 가시성 범위(VR)로 광파의 전파를 위한 서브 홀로그램(SH)(도 1 참고)은 룩-업 테이블(LUT)로부터 결정된다. 서브 홀로그램의 생성을 위한 다른, 특히 바람직한 방법은 하기에 더 설명된다. 3D-렌더링-그래픽 파이프 라인에 의해 완전히 렌더링된 각각의 물체 점(OP) 즉, 깊이- 및 컬러 정보가 처음으로 주어지거나 현재 업데이트된 물체 점에 대해, 즉시 상기 현재 물체 점(OPN)에 관련된 서브 홀로그램(SHN) 및 관련 차이 서브 홀로그램(SD)이 검출된다. 도 1b 및 도 1c를 참조로 이미 설명했듯이, 차이 서브 홀로그램(SD)은 현재 물체 점(OPN)의 관련 서브 홀로그램(SHN)과 이제 쓸모없는 물체 점(OPX)의 서브 홀로그램(SHX)의 차이인, SD = SHN-SHX로 검출된다. 차이 형성을 위해 필요한 쓸모없는 물체 점(OPX)의 서브 홀로그램(SHX)은 서브 홀로그램 메모리(SH-MEM)로부터 호출된다.
물체 점들의 개별 서브 홀로그램들은 중첩 가능하게, 복소 가산되어 전체 홀로그램(HΣSLM)을 형성한다.
전체 홀로그램 = 물체 점들의 서브 홀로그램들의 복소 합,
HΣSLM = ΣSHi
동일하게, 차이 서브 홀로그램들도 중첩될 수 있다.
끝으로, 현재 물체 점(OPN)의 검출된 서브 홀로그램(SHN)은 서브 홀로그램 메모리(SH-MEM)에 저장되고 호출될 수 있다. 상기 물체 점(OPN)이 3D-렌더링-그래픽 파이프 라인의 업데이트된 데이터에 의해 다시 쓸모없어 지거나 또는 전체 홀로그램(HΣSLM)의 보정을 필요로 하는 다른 특성들이 변한 경우, 관련 서브 홀로그램(SH)은 서브 홀로그램 메모리(SH-MEM)에서 다시 제공된다.
전체 홀로그램(HΣSLM)의 보정은 예컨대 물체 점 가시성의 예로 설명되었다. 유사하게, 이 방법은 물체 점의 다른 특성 즉, 컬러, 휘도, 강도에도 적용된다. 또한 보정은 홀로그래픽 표시의 품질을 향상하기 위해 전체 홀로그램(HΣSLM)에 사용될 수 있다.
또한 해결책에서, 모든 또는 거의 모든 물체 점들에 대해 관련 서브 홀로그램이 검출되고 상응하는 정보 연산이 저장된 후, 전체 홀로그램(HΣSLM)이 합산되는 것도 고려될 수 있다. 그러나, 전체 홀로그램의 후속 형성에 의해, 최적의 필요 계산 시간이 초과될 것이다.
서브 홀로그램용 룩-업 테이블의 사용에 의해, 실시간 홀로그램 값의 생성에 대한 요건이 보장된다. 3D-렌더링-그래픽 파이프 라인에 의해 물체 점을 렌더링하 는 시간 간격이 본 발명에 따라 물체 점의 변환 및 코딩을 생성하는 시간 간격보다 더 크면, 홀로그램 값의 생성이 지속적으로 보장된다.
도 2에서 3D-렌더링-그래픽 파이프 라인(RGP)과 홀로그래픽 파이프 라인(HGP)의 분리 도시는 기본 원리의 설명을 더 잘하기 위해서이고, 계산 수단들이 공간적으로 분리되지 않아도 된다. 방법은 바람직하게 이미 3D-렌더링-그래픽 파이프 라인이 실시된 프로세서 또는 그래픽 칩에 실시된다. 바람직하게, 3D-렌더링-그래픽 파이프 라인은 하드 및 소프트웨어 면에서 확장된다. 추가 칩에 홀로그래픽 파이프 라인의 실시도 바람직하게 가능하다. 2 개의 처리 유닛들, 즉 3D-렌더링-그래픽 파이프 라인 및 홀로그래픽 파이프 라인은 그래픽 카드의 물리적 메모리를 액세스할 수 있고, 이로써, Z-버퍼 외에, 3D-파이프 라인용 컬러-맵 및 다른 데이터, 및 추가 데이터가 저장되거나 또는 교환될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 홀로그래픽 재생 장치는 방법을 실시하는 장치에 상기 홀로그래픽 재생 장치의 구성 데이터를 전송한다. 상기 데이터들은 예컨대 광 변조기의 크기, 광 변조기의 해상도 및 경우에 따라 예컨대 부르크하르트 코딩, 2-위상 코딩 또는 다른 적합한 코딩 방식에 대한 서술적 데이터를 나타낸다. 이로써, 홀로그램 데이터의 생성은 주어진 또는 공지된 홀로그래픽 재생 장치에 대해 파라미터화되거나 조정될 수 있다. 방법을 실시하는 장치는 특수 홀로그래픽 재생 장치로 한정되지 않고, 서브 홀로그램의 기본 원리를 바람직하게 이용하는 장치용에 보편적으로 사용될 수 있다.
도 B1 내지 도 B4를 참고로, 이하에서 서브 홀로그램을 생성하기 위한 매우 바람직한 방법이 설명된다. 방법의 출발점은 다수의 물체 점으로 구조화되는 컬러- 및 깊이 정보를 가진 3차원 장면(3D-S)이다. 서브 홀로그램의 바람직한 사용시에도, 광 변조기의 제어 가능한 가장 작은 유닛인, 픽셀이 개별 서브 홀로그램의 정보뿐만 아니라, 중첩의 결과로서 다수의 서브 홀로그램의 정보도 포함한다.
바람직한 방법의 기초가 되는 사상은 서브 홀로그램의 복소 홀로그램 값들이 광 변조 수단의 변조기 영역에 재구성될 물체 점의 파면으로부터, 변조기 영역에 형성된 이미징 소자의 전달 또는 변조 기능의 계산 및 평가에 의해 검출된다는 것이다. 재구성될 물체 점은 상기 이미징 소자의 초점에 놓인다. 홀로그램 평면은 디스플레이 수단의 위치에 의해 결정되고, 간소화를 위해 하기 설명에서 디스플레이 수단은 광 변조기 자체이다.
방법의 특히 바람직한 실시예에서, 이미징 요소는 홀로그램 평면에 놓인, 기울어진 초점 거리 f를 가진 렌즈를 포함한다. 기울어진 렌즈는 홀로그램 평면에 대해 기울어지지 않은 렌즈와 수직 및 수평으로 작용하는 프리즘으로 구성된다. 엄격히 말하면, 프리즘에 의해 서브 홀로그램이 규정되지 않는데, 그 이유는 비초점(non-focal) 프리즘 기능에 의해 물체 점이 재구성되지 않기 때문이다. 본 발명에 따른 사상을 명확히 나타내기 위해, 이는 하기에서 그렇게 나타나는데, 그 이유는 변조기 영역 내의 프리즘이 복소 홀로그램 값에 기여하기 때문이다. 하나의 렌즈 및 하나의 프리즘에 의해 상기 방법이 하기에서 상세히 설명된다. 물론, 하나의 렌즈만에 대해 또는 프리즘만에 대해서도 유효하지만, 이 경우에는 방법 단계들이 실시되지 않거나 또는 상응하는 용어들이 고려되지 않는다. 서브 홀로그램의 복소 값을 계산하기 위해, 방법은 장면의 각각의 가시 물체 값에 대해 하기 단계를 포함한다:
A: 변조기 영역의 크기 및 위치를 검출하는 단계: 상기 실시예와 유사하지만, 하기에서 변조기 영역은 국부적 좌표계를 기초로 하며, 좌표계의 원점은 중심에 놓이고, 횡축은 x-좌표를 그리고 종축은 y-좌표를 나타낸다. 변조기 영역의 1/2 폭은 "a"로 그리고 변조기 영역의 1/2 높이는 "b"로 표시되며, 상기 인터벌 한계는 다음 항에 들어간다.
B: 홀로그램 평면에서 렌즈의 서브 홀로그램을 검출하는 단계:
B1: 렌즈의 초점 거리 f를 결정하는 단계:
렌즈의 초점 거리 f는 바람직하게는 재구성될 물체 점과 홀로그램 평면 사이의 정상 간격이다.
B2: 렌즈의 관련 서브 홀로그램의 복소 값들을 검출하는 단계:
관련 서브 홀로그램의 복소 값들은
zL = exp{+/-i*[(π/λf)*(x2 + y2)]}
로부터 검출되고, 상기 식에서 λ는 기준 파장이고, f는 초점 거리이며, (x, y)는 관련 좌표 쌍이다. 여기서, 네거티브 부호는 오목 렌즈의 특성으로부터 주어진다. 볼록 렌즈는 포지티브 부호로 표시된다.
B3: x 및 y 에서 대칭으로 인해, 복소 값을 하나의 사분면에서 검출하고 부호를 고려해서 다른 값을 다른 사분면에 적용하면 된다.
C: 홀로그램 평면에서 프리즘(P)의 서브 홀로그램을 검출하는 단계:
선택된 프리즘은 횡축 또는 종축을 통과한다(다음 도면 참고).
C1: 인터벌 x ∈[-a, a]에서 하기 식
Cx = M*(2π/λ)
로 표시되는 수평 작용 방향을 가진 프리즘(PH)의 선형 팩터 Cx를 결정하는 단계로서, 상기 식에서 M은 프리즘의 기울기임:
C2: 인터벌 y ∈[-b, b]에서 하기 식
Cy = N*(2π/λ)
로 표시되는 수직 작용 방향을 가진 프리즘(PV)의 선형 팩터 Cy를 결정하는 단계로서, 상기 식에서 N은 프리즘의 기울기임:
C3: 조합된 프리즘의 관련 서브 홀로그램의 복소 값들을 검출하는 단계:
관련 서브 홀로그램의 복소 값들은 2개의 프리즘 항들의 중첩
zP = exp{i*[Cx*(x-a)+Cy*(y-b)]}
으로부터 검출된다. 중첩된 프리즘은 국부적 좌표계의 원점을 통과한다.
C4: 홀로그래픽 재생 장치가 가시성 범위로 광원을 이미징하는 특성을 가지면, 상응하는 프리즘 항이 생략된다.
D: 렌즈 및 프리즘에 대한 서브 홀로그램을 변조하는 단계:
조합된 서브 홀로그램의 검출을 위해, 렌즈 및 프리즘의 복소 값들이 복소 승산된다:
zSH = zL* zP
또는 상징적으로
SH = SHL* SHP.
E: 임의 위상(random phase)을 적용하는 단계:
단계 D로부터 각각 변조된 서브 홀로그램에 임의 분포된 위상이 할당됨으로써, 가시성 범위에서 균일한 휘도 분포가 보장된다. 임의 위상은 복소 승산이 실시됨으로써 서브 홀로그램에 가산된다:
zSH: = zSH exp (iΦ0)
또는 상징적으로
SH: = SH exp (iΦ0).
임의 위상은 각각의 서브 홀로그램에 개별적으로 할당된다. 바람직하게는 전체적으로 모든 서브 홀로그램의 임의 위상들이 동일하게 분포된다.
F: 강도를 변조하는 단계:
복소 값들에 강도 또는 휘도를 나타내는 추가 승산 팩터가 제공된다.
zSH = C*zSH
또는 상징적으로
SH: = C*SH.
G: 전체 홀로그램이 계산되면, 서브 홀로그램들이 중첩되어 전체 홀로그램을 형성한다. 간단한 해결책에서, 서브 홀로그램은 -서브 홀로그램의 위치를 고려해서- 복소 가산되어 전체 홀로그램을 형성한다.
전체 홀로그램 = 하기 식에 의한 서브 홀로그램들의 복소 합,
HΣSLM = ΣSHi
또는 상징적으로
zSLM = ΣzSHi
(글로벌 좌표계에 대해).
상기 방법이 바람직하게는 가시 물체 점에 대해서만 적용된다. 물체 점의 가시성은 장면의 랜더링 중에 3D-랜더링 그래픽 파이프 라인에 의해 결정되고, 관찰자 위치, 즉 동공의 상응하는 위치로부터, 그리고 따라서 동공의 위치를 트래킹하는 가시성 범위의 위치로부터 나온다.
상세한 설명은 최선의 해결책을 계산하는 것에 관한 것이다. 물론, 재구성의 열화가 허용되거나 또는 바람직하면, 상기 함수 항은 더 간단한 항으로 대체될 수 있다. 또한, 재구성의 품질을 높이기 위해, 업데이트된 방법 단계가 적용된다. 예컨대, 수차, 공차를 가진 광 변조기 등을 보상하기 위해, 렌즈들 또는 프리즘들이 특별히 선택될 수 있다. 이는 변조기 영역을 결정하기 위한 상기 방법에도 적 용된다.
도 1에 기초한 도 B1에 나타나는 바와 같이, 좌표계가 변조기 영역(MR)의 기초가 되고, 상기 좌표계의 원점은 중심에 놓이고, 횡축은 x-좌표를, 종축은 y-좌표를 나타낸다. 변조기 영역(MR)의 1/2 폭은 a 로 표시되고 1/2 높이는 b 로 표시된다.
도 B2a는 홀로그래픽 재생 장치(HAE)를 측면도로 도시하고, 상기 방법의 기본 원리를 나타낸다. 도 B1과 유사하게, 가시성 범위(VR)로부터 변조기 영역(MR)이 도출된다. 상기 영역은 광 변조 수단(SLM)이 배치된 홀로그램 평면(HE)에 있다. 변조기 영역에 상기 좌표계가 할당된다. 변조기 영역(MR)에는 이미징 소자(OS)가 배치되고, 상기 이미징 소자는 여기서 볼록 렌즈(L)와 프리즘(P)을 포함한다. 프리즘은 수직으로 작용하는 원추 프리즘으로 도시되고, 이미징 소자(OS)는 도면에서 더 잘 나타내기 위해 홀로그램 평면(HE) 전에 놓이는 것으로 도시된다.
도 B2b는 상응하는 좌표 및 치수를 가진 변조기 영역(MR) 전에 수평으로 작용하는 원추 프리즘(PH)을 도시한다. 원추 프리즘은 여기서 종축을 통과한다.
도 B2c는 수직으로 작용하는, 횡축을 통과하는 원추 프리즘(PV)을 도시한다. 2개의 원추 프리즘들은 하기에 설명되는 바와 같이 중첩된다.
도 B3은 바람직한 방법의 플로우 차트를 도시한다. 방법의 출발점은 다수의 물체 점(OP)으로 구조화된 3차원 장면(3D-S)이다. 물체 점(OP)에 대해 컬러- 및 깊이 정보가 이용될 수 있다. 물체 점의 깊이 정보에 의해, 관찰자 위치 또는 관찰자의 동공에 따른 물체 점의 가시성이 검출된다.
각각의 가시 물체 점에 대해, 단계(A)에서 홀로그램 평면(HE) 또는 광 변조 수단 중심에서 관련 변조기 영역(MR)의 크기 및 위치가 결정된다. 본 발명에 따라, 재구성될 물체 점(OP)은 홀로그램 평면에 놓인 이미징 소자의 초점으로서 해석된다. 이미징 소자는 볼록 렌즈(L)와 수직으로 또는 수평으로 작용하는 프리즘(PH, PV)(도 2b, 도 2c 참고)의 조합체를 의미한다. 각각의 가시 물체 점에 대해 단계(B1)에서 렌즈(L)의 초점 거리가 물체 점(OP)과 홀로그램 평면(HE) 사이의 정상 간격으로서 검출된다. 관련 서브 홀로그램(SHL)의 복소 값들은 단계(B2)에서
zL = exp{-i*[(π/λf)*(x2 + y2)]}
로부터 검출되고, 상기 식에서, λ는 기준 파장이고, f는 초점 거리이며, (x, y)는 관련 국부 좌표 쌍이다. 좌표계는 전술한 바와 같이 결정된다.
단계(C)에서, 홀로그램 평면에서 프리즘(P)의 서브 홀로그램(SHp)이 검출된다. 수평의 작용 방향을 가진 프리즘(PH)의 선형 팩터 CX의 결정은 Cx = M*(2π/λ)에 의해 이루어지고; 상기 식에서 M은 프리즘의 기울기이다. 이는 수직 프리즘에 대해 유사하게 기울기 N으로 이루어진다. 관련 서브 홀로그램(SHP)의 복소 값들은 2개의 프리즘 항의 중첩으로부터
SHp:= zp = exp{i*[Cx*(x-a)+cy*(y-b)]}
검출된다. 홀로그래픽 재생 장치가 광원을 가시성 범위(VR) 내에 이미징하는 특성을 가지면, 하나의 프리즘 항이 생략된다.
렌즈(L)의 서브 홀로그램(SHL)과 프리즘(P)의 서브 홀로그램(SHp)이 주어진 후에, 단계(D)에서, 조합된 서브 홀로그램(SH)에 대해 렌즈 및 프리즘의 복소 값들이
zSH = zL * zP
또는 상징적으로 SH = SHL * SHP 로
복소 승산됨으로써, 상기 서브 홀로그램들이 중첩된다.
단계(E)에서, 동일하게 분포된 임의 위상(random phase)이 서브 홀로그램(SH)에 제공된다.
단계(F)에서, 강도 변조가 이루어지고, 서브 홀로그램(SH)에
zSH = c* zSH
또는 상징적으로 TH:=C*TH 에 의해
강도 팩터가 제공된다. 이제, 물체 점(OP)의 조합된 서브 홀로그램(SH)이 완전히 주어진다.
추가로, 단계(G)에서, 물체 점의 서브 홀로그램이 가산되어 전체 홀로그램(HΣSLM)을 형성한다. 물체 점들의 개별 서브 홀로그램들(SHi)은 중첩될 수 있고 복소 가산되어 전체 홀로그램(HΣSLM)을 형성한다.
전체 홀로그램 = 하기 식에 의한 물체 점들의 서브 홀로그램들의 복소 합
HΣSLM = ΣSHi
또는 zSLM = ΣzSHi(글로벌 좌표계에 대해).
전체 홀로그램(HΣSLM)은 모든 물체 점들의 홀로그램을 나타낸다. 따라서, 상기 홀로그램은 전체 장면(3D-S)을 나타내고 재구성한다.
상기 방법에 의해, 실시간으로, 재구성 공간 내부의 임의의 위치에 있는 물체 점들에 대한 쌍방의 홀로그래픽 표시를 위한 서브 홀로그램이 최근에 이용 가능한 하드웨어 표준 컴포넌트로 생성될 수 있다. 바람직한 방법에 의해, 서브 홀로그램이 검출되고 상기 룩-업 테이블이 서브 홀로그램으로 채워진다. 본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 장치와 유사하게, 이는 서브 홀로그램의 원리를 바람직하게 이용하는 홀로그래픽 재생 장치에 적합하다. 특히 이는 전술한 설명과 유사하게, WO2004/044659, WO2006/027228, WO2006/119760 및 DE 10 2006 004 300에 따른 장치이다.

Claims (25)

  1. 하나 이상의 광 변조 수단(SLM)을 가진 홀로그래픽 재생 장치(HAE)용 실시간 비디오 홀로그램 생성 방법으로서, 상기 광 변조 수단에서, 물체 점들(OP)로 분할된 장면(3D-S)이 전체 홀로그램(HΣSLM)으로서 코딩되고, 비디오 홀로그램의 재구성의 주기성 인터벌 내에 놓인 가시성 범위(VR)로부터 재구성으로서 보여질 수 있고, 상기 가시성 범위(VR)는 장면(3D-S)의 재구성될 각각의 물체 점(OP)과 함께 서브 홀로그램(SH)을 규정하고, 전체 홀로그램(HΣSLM)은 서브 홀로그램(SH)의 중첩으로부터 생성되며, 3D-렌더링-그래픽 파이프 라인(RGP)은 깊이 정보를 가진 이미지 데이터로 나타나는 장면(3D-S)을 물체 점들(OP)로 구조화한 후, 상기 물체 점(OP)에 대해, 적어도 컬러- 및 깊이 정보를 검출하여 제공하고, 하나의 홀로그래픽 파이프 라인(HGP)에 의해 복소 홀로그램 값들이 검출되는데, 상기 검출은 관찰자 위치(VP)에 따라 가시되는 각각의 물체 점(OPN), 즉 깊이- 및 컬러 정보가 처음으로 주어지거나 또는 현재 업데이트된 물체 점에 대해,
    -(A) 즉시, 상기 가시되는 물체 점(OPN)에 관련된 서브 홀로그램(SHN) 및 관련 차이 서브 홀로그램(SD)이 검출되고, 상기 차이 서브 홀로그램(SHN)은 상기 가시되는 물체 점(OPN)의 관련 서브 홀로그램(SHN)과 이제 쓸모없는, 즉 더 이상 가시되지 않는 물체 점(OPX)의 서브 홀로그램(SHX)의 차이인, SD = SHN-SHX로 검출되고,
    -(B) 상기 차이 서브 홀로그램(SD)이 상기 전체 홀로그램(H∑SLM)에 가산되고,
    -(C) 상기 물체 점(OPN)과 상기 물체 점의 서브 홀로그램(SHN)의 정보 연산이 하나 이상의 서브 홀로그램 메모리(SH-MEM)에서 호출될 수 있음으로써,
    이루어지는, 실시간 비디오 홀로그램 생성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 물체 점들(OPN, OPX)의 상기 차이 서브 홀로그램(SD)은 업데이트된 깊이 정보에 따라
    (a) 상기 관찰자 위치와 더 가까이 놓인 물체 점(OPN)의 서브 홀로그램(SHN)과 이제는 상기 물체 점에 의해 은폐되어 더 이상 가시되지 않는 물체 점(OPX)의 서브 홀로그램(SHX)의 차이, SD = SHN-SHX에 의해, 또는 그 반대로
    (b) 상기 관찰자 위치와 더 멀리 놓인 물체 점(OPN)의 서브 홀로그램(SHN)과 지금까지 가시된 물체 점(OPX)의 서브 홀로그램(SHX)의 차이, SD = SHN-SHX에 의해
    결정되는, 실시간 비디오 홀로그램 생성 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, SD = SHN-SHX에 따른 가시 물체 점(OPN)과 쓸모없는 물체 점(OPX)의 상기 차이 서브 홀로그램(SD)을 검출하기 위해, 상기 쓸모없는 물체 점(OPX)의 서브 홀로그램(SHX)이 상기 서브 홀로그램 메모리(SH-HEM)로부터 호출되어 사용되는, 실시간 비디오 홀로그램 생성 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 물체 점(OP)과 상기 물체 점의 서브 홀로그램(SH)의 정보 연산은 상기 서브 홀로그램의 하나 이상의 룩-업-테이블(LUT) 내의 엔트리에 대한 관련 참조에 의해 또는 상기 서브 홀로그램 메모리(SH-MEM)에 대한 참조에 의해 호출 가능한, 실시간 비디오 홀로그램 생성 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 각각의 물체 점(OP)에 대해 상기 관련 서브 홀로그램(SH)의 몫이 룩-업-테이블로부터 호출되는, 실시간 비디오 홀로그램 생성 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 하나의 물체 점의 서브 홀로그램의 홀로그램 값들이 검출되거나 또는 미리 각각의 가능한 물체 점에 대해 규정된 공간 영역에 하나 또는 다수의 룩-업 테이블의 서브 홀로그램의 관련 엔트리가 생성되고, 컴퓨터 지원되어 하기 단계가 실시되는, 실시간 비디오 홀로그램 생성 방법:
    - 각각의 토모그래픽 장면 단면의 각각의 물체 데이터 세트로부터 회절 이미지가 절단 평면에 대해 평행하게 유한 간격을 가진 관찰자 평면에 대한 파동 장의 별도의 2차원 분포의 형태로 계산되고, 모든 단편의 파동 장들은 하나 이상의 공통 가시성 범위에 대해 계산되는 단계,
    - 모든 절단 평면의 계산된 분포들이 관찰자 평면에 관련된 데이터 세트에서 가시성 범위에 대한 공통의 파동 장을 나타내기 위해 가산되는 단계, 및
    - 장면의 하나의 공통 컴퓨터-생성 홀로그램에 대해 홀로그램 데이터 세트를 생성하기 위한 기준 데이터 세트가 기준 평면으로부터 유한히 떨어진, 평행한 홀로그램 평면으로 변환되는 단계로서, 상기 홀로그램 평면 내에 광 변조 수단이 놓이는 단계.
  7. 제 1 항에 있어서, 하나의 물체 점의 서브 홀로그램의 홀로그램 값들이 검출되거나 또는 미리 각각의 가능한 물체 점에 대해 규정된 공간 영역에 하나 또는 다수의 룩-업 테이블의 서브 홀로그램의 관련 엔트리가 생성되고, 서브 홀로그램(SH)의 상기 복소 홀로그램 값들이 상기 광 변조 수단의 변조기 영역(MR)에 재구성될 물체 점(OP)의 파면으로부터, 상기 변조기 영역(MR)에 형성된 이미징 소자(OS)의 전달 또는 변조 기능의 계산 및 평가에 의해 검출되고, 상기 재구성될 물체 점(OP)은 상기 이미징 소자의 초점에 놓이는, 실시간 비디오 홀로그램 생성 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 이미징 소자(OS)는 하나 이상의 렌즈(L)를 포함하는, 실시간 비디오 홀로그램 생성 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 이미징 소자(OS)는 추가로 하나 이상의 프리즘(P)을 포함하는, 실시간 비디오 홀로그램 생성 방법.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 변조기 영역(MR)의 위치는, 상기 변조기 영역(MR)의 중심이 재구성될 상기 물체 점(OP)과 상기 가시성 범위(VR)의 중심을 통과하는 직 선 상에 놓이도록 검출되는, 실시간 비디오 홀로그램 생성 방법.
  11. 제 7 항에 있어서, 상기 변조기 영역(MR)의 크기는 상기 광 변조 수단(SLM) 상의 상기 물체 점(OP)을 통한 상기 가시성 범위(VR)의 백트래킹에 의해 검출되는,실시간 비디오 홀로그램 생성 방법.
  12. 제 7 항에 있어서, 물체 점의 각각의 변조된 상기 서브 홀로그램(SH)에 각각 하나의 임의 분포된 위상이 할당되고 모든 서브 홀로그램들의 상기 임의 위상들이 전체적으로 동일하게 분포되는, 실시간 비디오 홀로그램 생성 방법.
  13. 제 7 항에 있어서, 상기 서브 홀로그램(SH)의 위치를 고려하면서, 상기 서브 홀로그램들의 중첩은 서브 홀로그램들(SH)의 복소 합인 HΣSLM = ΣSHi로 전체 홀로그램(HΣSLM)을 형성하는, 실시간 비디오 홀로그램 생성 방법.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항 또는 다수 항에 있어서, 상기 복소 홀로그램 값들은 상기 광 변조 수단(SLM)의 화소 값들로 변환되는, 실시간 비디오 홀로그램 생성 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 복소 홀로그램 값들은 부르크하르트 컴포넌트 또는 2-위상 컴포넌트 또는 다른 방식의 코딩으로 변환되는, 실시간 비디오 홀로그램 생성 방법.
  16. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항 또는 다수 항에 따른 방법의 실시를 위한 비디오 홀로그램의 생성을 위한 계산 장치로서, 3D-렌더링-그래픽 파이프 라인(RGP)의 확장을 위해, 상기 3D-렌더링-그래픽 파이프 라인(RGP)은 깊이 정보를 가진 이미지 데이터로 나타나는 장면(3D-S)을 물체 점((OP)으로 구조화하며, 상기 물체 점(OP)에 대해 적어도 컬러- 및 깊이 정보를 검출하여 제공하고, 홀로그래픽 파이프 라인(HGP)은 홀로그래픽 재생 장치(HAE)의 광 변조 수단(SLM) 상에 장면(3D-S)을 표시하는 홀로그램 값들을 생성하기 위해,
    - 물체 점(OP)의 검출된 컬러 값 및 검출된 깊이 값을 판독하는 수단
    - 컬러- 및 깊이 정보와 관련해서 물체 점(OP)에 관련된 서브 홀로그램(SH)을 제공하는 수단
    - 전체 홀로그램 HΣSLM을 계산 및 저장하는 수단
    - 물체 점(OP)의 차이 서브 홀로그램(SD)을 계산하는 수단
    - 물체 점(OP)과 상기 물체 점의 서브 홀로그램(SH)이 저장 가능하고 호출 가능하게 되는 서브 홀로그램 메모리(SH-MEM)인 메모리 수단
    을 포함하는, 비디오 홀로그램의 생성을 위한 계산 장치.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 3D-렌더링-그래픽 파이프 라인(RGP)의 프레임 버퍼(FB)로부터 물체 점(OP)의 검출된 컬러 값들을, 그리고 상기 3D-렌더링-그래픽 파이프 라인(RGP)의 Z-버퍼로부터 검출된 깊이 값들을 판독하기 위한 수단이 제공되는, 비디오 홀로그램의 생성을 위한 계산 장치.
  18. 제 16 항에 있어서, 메모리 수단이 제공되고, 제 5항에 따라 각각의 물체 점(OP)에 대해 관련 서브 홀로그램(SH)의 몫이 하나 이상의 룩-업-테이블(LUT)로부터 결정될 수 있는, 비디오 홀로그램의 생성을 위한 계산 장치.
  19. 제 16 항에 있어서, 전용의 계산 수단들이 제공되고, 상기 계산 수단들은 청구항 7항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 따라 각각의 물체 점(OP)에 대해 복소 홀로그램 값들을 분석적으로 검출하는, 비디오 홀로그램의 생성을 위한 계산 장치.
  20. 제 12 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항 또는 다수 항에 있어서, 홀로그래픽 재생 장치(HAE)의 구성 데이터를 검출하기 위한 수단이 제공되는, 비디오 홀로그램의 생성을 위한 계산 장치.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 광 변조 수단(SLM)의 크기, 해상도 및 코딩 방식을 포함하는 홀로그래픽 재생 장치(HAE)의 구성 데이터를 검출하기 위한 수단이 제공되는, 비디오 홀로그램의 생성을 위한 계산 장치.
  22. 제 18 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항 또는 다수 항에 있어서, 상기 복소 홀로그램 값들이 상기 광 변조 수단(SLM)의 화소 값들로 변환되는, 비디오 홀로그램의 생성을 위한 계산 장치.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 복소 홀로그램 값들이 부르크하르트-컴포넌트 또는 2-위상 컴포넌트 또는 다른 방식의 코딩으로 변환되는, 비디오 홀로그램의 생성을 위한 계산 장치.
  24. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항 또는 다수 항에 따른 방법을 적용하는 디스플레이 수단(B)을 포함한 홀로그래픽 재생 장치로서, 상기 디스플레이 수단(B)은 장면(3D-S)의 홀로그램이 코딩되는 상기 광 변조 수단(SLM) 자체이거나, 또는 상기 광 변조 수단에서 코딩된 홀로그램 또는 상기 광 변조 수단에서 코딩된 상기 장면의 파면이 이미지화되는 광학 소자인, 홀로그래픽 재생 장치.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 광학 소자가 렌즈 또는 거울인, 홀로그래픽 재생 장치.
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