KR20180057240A - 3d 영상 렌더링 방법 및 장치 - Google Patents

3d 영상 렌더링 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

3D 영상 렌더링 방법 및 장치가 개시된다. 일 실시예에 따른 3D 영상 렌더링 방법은, 디스플레이 패널과 광학 레이어 사이의 제1 굴절률 및 3D 디스플레이 장치 외부의 제2 굴절률에 기초하여, 후보 광선들 각각과 광학 레이어 사이의 교점들을 결정하고, 해당 교점들과 광학 레이어의 광학 성분 사이의 거리에 기초하여, 픽셀에 픽셀 값을 할당하는 단계들을 포함한다.

Description

3D 영상 렌더링 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR RENDERING 3D IMAGE}
아래 실시예들은 3D 영상 렌더링 방법 및 장치에 관한 것이다.
3D 영상을 인지하기 위한 요인 중 가장 지배적인 요인은 사용자의 양 눈에 보여지는 영상의 차이이다. 사용자의 양 눈에 서로 다른 영상을 보여주기 위한 방법으로는 편광을 이용한 분할, 시분할, 원색(primary color)의 파장을 다르게 한 파장 분할 등을 원하는 영상을 필터링(Filtering)하는 안경 방식과, 패럴렉스 배리어(parallax barrier), 렌티큘러 렌즈(lenticular lens), 또는 방향성 백라이트 유닛(directional BLU) 등 3D 변환 장치를 이용하여 각 영상을 특정 공간에서만 볼 수 있도록 하는 무안경 방식이 있다. 무안경 방식의 경우, 안경 착용의 불편을 덜 수 있다는 장점이 있다. 다만, 3D 디스플레이 장치 내부의 매질에 따라 3D 영상을 표현하는 광선에 굴절이 발생할 수 있는데, 시점 할당에 정확한 굴절률을 반영하지 않을 경우 크로스톡(crosstalk)으로 인하여 영상 품질이 저하될 수 있다.
일 측에 따르면, 3D 영상 렌더링 방법은 3D 디스플레이 장치에 포함된 디스플레이 패널과 광학 레이어 사이의 매질의 제1 굴절률 및 상기 3D 디스플레이 장치 외부의 매질의 제2 굴절률에 기초하여, 상기 디스플레이 패널의 픽셀과 시청 영역에 포함된 후보 시역들을 지나는 후보 광선들을 결정하는 단계; 상기 후보 광선들과 상기 광학 레이어 사이의 교점들을 결정하는 단계; 및 상기 교점들 및 상기 광학 레이어의 광학 성분들 사이의 거리에 기초하여, 상기 픽셀에 픽셀 값을 할당하는 단계를 포함한다.
상기 교점들을 결정하는 단계는 상기 제1 굴절률 및 상기 제2 굴절률에 따른, 상기 후보 광선들의 입사각 및 굴절각을 고려하여 상기 교점들을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 교점들을 결정하는 단계는 상기 후보 시역들의 위치 및 상기 픽셀의 위치에 기초하여, 2차원 평면 상에서 상기 후보 시역들과 상기 픽셀의 거리를 계산하는 단계; 상기 제1 굴절률 및 상기 제2 굴절률에 기초하여, 상기 2차원 평면 상에서 상기 픽셀과 상기 교점들의 거리를 계산하는 단계; 및 상기 후보 시역들과 상기 픽셀의 거리, 및 상기 픽셀과 상기 교점들의 거리에 기초하여, 상기 교점들의 위치를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 후보 시역들은 단일 사용자를 위한 좌측 시점과 우측 시점에 대응하거나, 혹은 멀티 뷰를 위한 미리 정해진 수의 시점들에 대응할 수 있다. 상기 픽셀 값을 할당하는 단계는 상기 교점들 중에 상기 광학 성분에 가장 가까운 교점에 대응하는 시점의 픽셀 값을 상기 픽셀에 할당하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 후보 시역들이 단일 사용자를 위한 좌측 시점과 우측 시점에 대응함에 따라, 상기 후보 광선들은 상기 좌측 시점에 조사되는 제1 광선 및 상기 우측 시점에 조사되는 제2 광선을 포함할 수 있고, 상기 픽셀 값을 할당하는 단계는 상기 제1 광선에 의한 교점과 상기 광학 성분 사이의 거리, 및 상기 제2 광선에 의한 교점과 상기 광학 성분 사이의 거리에 기초하여, 상기 픽셀에 상기 좌측 시점에 대응하는 픽셀 값 또는 상기 우측 시점에 대응하는 픽셀 값을 할당하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 후보 시역들이 멀티 뷰를 위한 미리 정해진 수의 시점들에 대응함에 따라, 상기 후보 광선들은 상기 미리 정해진 수의 시점들에 조사되는 광선들을 포함할 수 있고, 상기 픽셀 값을 할당하는 단계는 상기 광선들 각각에 의한 교점과 상기 광학 성분 사이의 거리에 기초하여, 상기 픽셀에 상기 미리 정해진 수의 시점들 중 어느 하나에 대응하는 픽셀 값을 할당하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 일 측에 따르면, 3D 영상 렌더링 방법은 3D 디스플레이 장치에 포함된 디스플레이 패널과 광학 레이어 사이의 매질의 제1 굴절률 및 3D 디스플레이 장치 외부의 매질의 제2 굴절률에 기초하여, 상기 디스플레이 패널의 픽셀과 상기 광학 레이어의 광학 성분들을 지나는 후보 광선들을 결정하는 단계; 상기 후보 광선들 중에 시청 영역을 지나는 광선을 결정하는 단계; 및 상기 결정된 광선과 상기 시청 영역이 교차하는 위치에 기초하여, 상기 픽셀에 픽셀 값을 할당하는 단계를 포함한다.
상기 시청 영역을 지나는 상기 광선을 결정하는 단계는 상기 시청 영역을 지나는 광선이 둘 이상인 경우, 상기 시청 영역을 지나는 둘 이상의 광선들 중에 상기 시청 영역의 중심에 가까운 하나의 광선을 선택하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 픽셀 값을 할당하는 단계는 상기 시청 영역을 지나는 광선이 없는 경우, 미리 정해진 범위에서 가장 작은 픽셀 값, 또는 상기 시청 영역에 포함된 후보 시역들 중에 상기 후보 광선들에 가장 가까운 후보 시역에 대응하는 시점의 픽셀 값을 상기 픽셀에 할당하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 시청 영역은 후보 시역들을 포함할 수 있고, 상기 후보 시역들은 단일 사용자를 위한 좌측 시점과 우측 시점에 대응하거나, 혹은 멀티 뷰를 위한 미리 정해진 수의 시점들에 대응할 수 있다. 상기 픽셀 값을 할당하는 단계는 상기 결정된 광선과 상기 시청 영역이 교차하는 상기 위치에 가장 근접한 후보 시역을 결정하는 단계; 상기 결정된 후보 시역에 대응하는 시점의 픽셀 값을 상기 픽셀에 할당하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 일 측에 따르면, 3D 영상 렌더링 방법은 사용자의 눈의 위치를 수신하는 단계; 3D 디스플레이 장치에 포함된 디스플레이 패널과 광학 레이어 사이의 매질의 제1 굴절률 및 상기 3D 디스플레이 장치 외부의 매질의 제2 굴절률에 기초하여, 상기 디스플레이 패널의 픽셀과 상기 사용자의 눈의 위치를 지나는 후보 광선을 결정하는 단계; 상기 후보 광선과 상기 광학 레이어 사이의 교점을 결정하는 단계; 및 상기 교점 및 상기 광학 레이어 내 상기 교점과 인접한 광학 성분들 사이의 거리에 기초하여, 상기 픽셀에 픽셀 값을 할당하는 단계를 포함한다.
일 측에 따르면, 3D 영상 렌더링 장치는 프로세서; 및 컴퓨터에서 읽을 수 있는 명령어를 포함하는 메모리를 포함하고, 상기 명령어가 상기 프로세서에서 실행되면, 상기 프로세서는 3D 디스플레이 장치에 포함된 디스플레이 패널과 광학 레이어 사이의 매질의 제1 굴절률 및 상기 3D 디스플레이 장치 외부의 매질의 제2 굴절률에 기초하여, 상기 디스플레이 패널의 픽셀과 시청 영역에 포함된 후보 시역들을 지나는 후보 광선들을 결정하고, 상기 후보 광선들과 상기 광학 레이어 사이의 교점들을 결정하고, 상기 교점들 및 상기 광학 레이어의 광학 성분들 사이의 거리에 기초하여, 상기 픽셀에 픽셀 값을 할당한다.
상기 프로세서는 상기 제1 굴절률 및 상기 제2 굴절률에 따른, 상기 후보 광선들의 입사각 및 굴절각을 고려하여 상기 교점들을 결정할 수 있다. 상기 프로세서는 상기 후보 시역들의 위치 및 상기 픽셀의 위치에 기초하여, 2차원 평면 상에서 상기 후보 시역들과 상기 픽셀의 거리를 계산하고, 상기 제1 굴절률 및 상기 제2 굴절률에 기초하여, 상기 2차원 평면 상에서 상기 픽셀과 상기 교점들의 거리를 계산하고, 상기 후보 시역들과 상기 픽셀의 거리, 및 상기 픽셀과 상기 교점들의 거리에 기초하여, 상기 교점들의 위치를 결정할 수 있다.
상기 후보 시역들은 단일 사용자를 위한 좌측 시점과 우측 시점에 대응하거나, 혹은 멀티 뷰를 위한 미리 정해진 수의 시점들에 대응할 수 있다. 상기 프로세서는 상기 교점들 중에 상기 광학 성분에 가장 가까운 교점에 대응하는 시점의 픽셀 값을 상기 픽셀에 할당할 수 있다.
상기 후보 시역들이 단일 사용자를 위한 좌측 시점과 우측 시점에 대응함에 따라, 상기 후보 광선들은 상기 좌측 시점에 조사되는 제1 광선 및 상기 우측 시점에 조사되는 제2 광선을 포함할 수 있고, 상기 프로세서는 상기 제1 광선에 의한 교점과 상기 광학 성분 사이의 거리, 및 상기 제2 광선에 의한 교점과 상기 광학 성분 사이의 거리에 기초하여, 상기 픽셀에 상기 좌측 시점에 대응하는 픽셀 값 또는 상기 우측 시점에 대응하는 픽셀 값을 할당할 수 있다. 상기 후보 시역들이 멀티 뷰를 위한 미리 정해진 수의 시점들에 대응함에 따라, 상기 후보 광선들은 상기 미리 정해진 수의 시점들에 조사되는 광선들을 포함할 수 있고, 상기 프로세서는 상기 광선들 각각에 의한 교점과 상기 광학 성분 사이의 거리에 기초하여, 상기 픽셀에 상기 미리 정해진 수의 시점들 중 어느 하나에 대응하는 픽셀 값을 할당할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 3D 영상 렌더링 시스템을 나타낸 도면.
도 2는 일 실시예에 따른 단일 사용자를 위한 3D 영상 렌더링을 나타낸 도면.
도 3은 다른 실시예에 따른 단일 사용자를 위한 3D 영상 렌더링을 나타낸 도면.
도 4a 및 도 4b는 일 실시예에 따른 단일 사용자를 위한 픽셀 값을 간접적으로 결정하는 방법을 나타낸 도면들.
도 5는 일 실시예에 따른 멀티 뷰를 위한 3D 영상 렌더링을 나타낸 도면.
도 6은 다른 실시예에 따른 멀티 뷰를 위한 3D 영상 렌더링을 나타낸 도면.
도 7은 일 실시예에 따른 멀티 뷰를 위한 픽셀 값을 간접적으로 결정하는 방법을 나타낸 도면.
도 8은 일 실시예에 따른 3D 객체를 표현하기 위한 3D 영상 렌더링을 나타낸 도면.
도 9는 일 실시예에 따른 3D 영상 렌더링 장치를 나타낸 블록도.
도 10은 일 실시예에 따른 3D 영상 렌더링 방법을 나타낸 동작 흐름도.
도 11은 다른 실시예에 따른 3D 영상 렌더링 방법을 나타낸 동작 흐름도.
본 명세서에서 개시되어 있는 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 기술적 개념에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 실시예들은 다양한 다른 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되지 않는다.
제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 이해되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 일 실시예에 따른 3D 영상 렌더링 시스템을 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 3D 영상 렌더링 시스템은 3D 영상 렌더링 장치(110), 3D 디스플레이 장치(120) 및 시청 영역(130)을 포함한다.
3D 디스플레이 장치(120)는 디스플레이 패널(121) 및 광학 레이어(123)를 포함한다. 3D 영상 렌더링 장치(110)는 디스플레이 패널(121)의 서브픽셀들에 픽셀 값들을 할당하고, 디스플레이 패널(121)은 할당된 픽셀 값들에 기초하여 패널 영상을 표시할 수 있다. 아래에서 디스플레이 패널(121)의 픽셀은 서브픽셀로 설명될 수 있다. 광학 레이어(123)는 패럴렉스 배리어(parallax barrier), 렌티큘러 렌즈(lenticular lens), 또는 방향성 백라이트 유닛(directional back light unit)일 수 있다. 설명의 편의를 위해, 도 1에서는 광학 레이어(123)가 패럴렉스 배리어인 경우를 설명하겠으나, 광학 레이어(123)는 렌티큘러 렌즈 또는 방향성 백라이트 유닛일 수도 있다. 광학 레이어(123)가 방향성 백라이트 유닛인 경우, 도 1과는 달리, 디스플레이 패널(121)이 광학 레이어(123)의 전면에 위치할 수 있다.
디스플레이 패널(121)의 서브픽셀들에는 광원에 의한 빛이 제공될 수 있다. 예를 들어, 광원은 디스플레이 패널(121)의 후면에 위치한 백라이트 유닛이거나, 혹은 광학 레이어(123)의 일례인 방향성 백라이트 유닛일 수 있다. 서브픽셀들에 빛이 제공됨에 따라, 서브픽셀의 픽셀 값에 대응하는 빛이 사용자에게 보여질 수 있다. 이 때, 광학 레이어(123)는 사용자에 의해 빛이 보여지는 방향을 제한할 수 있다. 예를 들어, 패럴렉스 배리어는 일정한 간격의 슬릿(slit)을 통해 빛을 제한된 방향으로 출력할 수 있고, 렌티큘러 렌즈는 렌즈의 굴곡을 통해 빛을 제한된 방향으로 출력할 수 있다. 또한, 방향성 백라이트 유닛은 디스플레이 패널(121)에 제한된 방향의 빛을 제공할 수 있다. 아래에서 패럴렉스 배리어의 슬릿이나 렌티큘러 렌즈의 굴곡과 같이 제한된 방향의 빛을 통과시키는 성분은 광학 성분(optical element)으로 지칭될 수 있다. 또한, 3D 디스플레이 장치(120)에 의해 출력된 빛은 광선으로 지칭될 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 패널(121)의 일부 서브픽셀들 및 광학 레이어(123)의 일부 광학 성분들에 의해 광선들(141, 143)이 출력될 수 있다.
3D 영상 렌더링 장치(110)는 광선들(141, 143)의 방향을 예측하고, 광선들(141, 143)의 방향에 기초하여 디스플레이 패널(121)의 서브픽셀들에 적절한 픽셀 값을 할당할 수 있다. 이 때, 3D 영상 렌더링 장치(110)는 디스플레이 패널(121)과 광학 레이어(123) 사이의 매질의 굴절률(n1) 및 3D 디스플레이 장치(120) 외부의 매질의 굴절률(n2)에 기초하여 광선들(141, 143, 145)의 방향을 예측할 수 있다. 디스플레이 패널(121)과 광학 레이어(123) 사이의 매질은 디스플레이 패널(121)과 광학 레이어(123)를 서로 부착시키는 매질일 수 있다.
디스플레이 패널(121)과 광학 레이어(123) 사이의 매질의 굴절률은 디스플레이 패널(121)의 굴절률 및/또는 광학 레이어(123)의 굴절률과 유사할 수 있다. 또한, 디스플레이 패널(121)의 두께 및/또는 광학 레이어(123)의 두께는 디스플레이 패널(121)과 광학 레이어(123) 사이의 거리에 비하여 매우 작을 수 있다. 이로 인하여, 일 실시예에 따르면, 빛의 굴절을 고려할 때 디스플레이 패널(121)의 굴절률 및/또는 광학 레이어(123)의 굴절률은 무시될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 디스플레이 패널(121)과 광학 레이어(123) 사이의 매질의 굴절률은 디스플레이 패널(121)의 굴절률 및/또는 광학 레이어(123)의 굴절률을 함께 고려한 굴절률들의 대표 값일 수 있다.
스넬의 법칙에 따르면, 빛이 굴절률이 서로 다른 매질들의 경계를 통과할 때, 입사각의 사인 값과 반사각의 사인 값은 매질들의 굴절률에 따라 결정된다. 일반적으로 패럴렉스 배리어나 렌티큘러 렌즈의 두께, 및 매질들의 굴절률에 따른 근사치를 이용하여 광선의 방향이 예측될 수 있다. 그러나, 이러한 근사치는 사인 값의 비율이 아닌, 탄젠트 값의 비율이 굴절률의 비율에 반비례하는 연산에 근거하기 때문에, 사인 값이 탄젠트 값으로 근사화될 수 없는 경우 오차가 발생할 수 있다.
예를 들어 노멀 방향과 굴절된 방향의 차이가 작은 경우에는 근사치에 따른 오차가 작지만, 노멀 방향과 굴절된 방향의 차이가 큰 경우에는 근사치와 실제 굴절된 방향의 차이가 커져서, 3D 영상에서 아티팩트(artifact)가 관찰될 수 있다. 이러한 근사치에 의한 아티팩트는 3D 디스플레이 장치(120)의 크기가 커질수록 증가할 수 있다. 3D 영상 렌더링 장치(110)는 디스플레이 패널(121)의 서브픽셀들에서 출력되는 광선들의 방향을 예측할 때, 굴절률에 따른 연산을 모든 서브픽셀들에 개별적으로 적용함으로써, 아티팩트의 발생을 최소화할 수 있다. 굴절률(n1)은 디스플레이 패널(121)과 광학 레이어(123) 사이에 존재하는 매질에 의해 정해질 수 있다. 3D 디스플레이 장치(120) 외부에는 공기가 존재할 것이므로, 굴절률(n2)은 1로 정해질 수 있다.
굴절률에 따라 광선들(141, 143)의 방향이 예측된 경우, 3D 영상 렌더링 장치(110)는 디스플레이 패널(121)의 서브픽셀들에 픽셀 값을 할당할 수 있다. 사용자가 입체감을 느끼기 위해서는 사용자의 양 눈에 서로 다른 시점의 영상이 제공될 필요가 있다. 3D 영상 렌더링 장치(110)는 사용자의 양 눈에 서로 다른 시점의 영상이 제공되도록 디스플레이 패널(121)의 서브픽셀들에 사용자의 시점에 따른 픽셀 값을 할당할 수 있다.
시청 영역(130)은 후보 시역들(view fields)을 포함한다. 예를 들어, 도 1에 도시된 것처럼, 시청 영역(130)은 좌측 시점에 대응하는 후보 시역과 우측 시점에 대응하는 후보 시역을 포함할 수 있다. 좌측 시점과 우측 시점은 단일 사용자를 위해 제공될 수 있다. 혹은, 도 1에 도시된 것과는 달리, 시청 영역(130)은 미리 정해진 수의 시점들에 대응하는 후보 시역들을 포함할 수 있다. 미리 정해진 수의 시점들은 멀티 뷰를 위해 제공될 수 있다. 멀티 뷰에서는 단일 사용자뿐만 아니라 복수의 사용자들이 3D 영상을 시청할 수 있으나, 제공되는 시점들의 수가 증가할수록 해상도가 감소할 수 있다. 광선들(141, 143)의 방향이 예측된 경우, 3D 영상 렌더링 장치(110)는 후보 시역들에 대응하는 시점들 중에 어느 하나의 시점에 따른 픽셀 값을 서브픽셀에 할당할 수 있다.
아래에서 상세히 설명되겠지만, 일 실시예에 따르면, 3D 영상 렌더링 장치(110)는 실제 광선들(141, 143)의 방향과 후보 시역들의 위치를 비교하여 서브픽셀에 대응하는 시점을 직접적으로 결정할 수 있다. 예를 들어, 광선들(141)은 사용자의 좌측 시점(131) 근처로 출력되므로, 3D 영상 렌더링 장치(110)는 광선들(141)을 출력하는 서브픽셀들에 좌측 시점에 대응하는 픽셀 값을 할당할 수 있다. 또한, 광선들(143)은 사용자의 우측 시점(133) 근처로 출력되므로, 3D 영상 렌더링 장치(110)는 광선들(143)을 출력하는 서브픽셀들에 우측 시점에 대응하는 픽셀 값을 할당할 수 있다. 매질들의 실제 굴절률에 따라 광선들(141, 143)의 방향이 결정되므로, 광선들(141, 143)의 방향은 비교적 정확하게 예측될 수 있다. 따라서, 근사치가 일괄적으로 적용되는 경우에 비해, 3D 영상에서 아티팩트가 최소화될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 3D 영상 렌더링 장치(110)는 사용자의 눈의 위치를 기준으로 하는 가상의 광선들과 광학 성분 사이의 거리에 기초하여 서브픽셀에 대응하는 시점을 간접적으로 결정할 수도 있다. 서브픽셀에 대응하는 시점을 간접적으로 결정하는 구체적인 방법은 도 4a 및 도 4 b를 참조하여 후술한다.
도 2는 일 실시예에 따른 단일 사용자를 위한 3D 영상 렌더링을 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하면, 3D 디스플레이 장치(210), 시청 영역(220) 및 광선들이 도시되어 있다.
3D 디스플레이 장치(210)는 디스플레이 패널(211) 및 광학 레이어(213)를 포함한다. 광학 레이어(213)가 디스플레이 패널(211)의 전면에 위치하므로, 광학 레이어(213)는 패럴렉스 배리어 또는 렌티큘러 렌즈에 해당할 수 있다. 3D 영상 렌더링 장치는 디스플레이 패널(211)과 광학 레이어(213)의 배치에 따라, 디스플레이 패널(211)의 서브픽셀들과 광학 레이어(213)의 광학 성분들을 지나가는 후보 광선들을 결정할 수 있다. 이 때, 3D 영상 렌더링 장치는 디스플레이 패널(211)과 광학 레이어(213) 사이의 매질의 굴절률(n1) 및 3D 디스플레이 장치(210) 외부의 매질의 굴절률(n2)에 기초하여, 후보 광선들을 결정할 수 있다. 예를 들어, 서브픽셀(21) 관련하여, 3D 영상 렌더링 장치는 서브픽셀(21)과 광학 성분(22)을 지나는 후보 광선(231) 및 서브픽셀(21)과 광학 성분(23)을 지나는 후보 광선(233)을 결정할 수 있다.
3D 영상 렌더링 장치는 후보 광선들 중에 시청 영역(220)을 지나는 광선을 결정할 수 있다. 예를 들어, 서브픽셀(21) 관련하여, 3D 영상 렌더링 장치는 후보 광선들(231, 233) 중에 시청 영역(220)을 지나는 후보 광선(231)을 선택할 수 있다. 3D 영상 렌더링 장치는 상기 결정된 광선과 시청 영역(220)이 교차하는 위치에 기초하여, 서브픽셀에 픽셀 값을 할당할 수 있다. 보다 구체적으로, 3D 영상 렌더링 장치는 시청 영역(220)에 포함된 후보 시역들 중에 상기 결정된 광선과 시청 영역(220)이 교차하는 위치에 가장 근접한 후보 시역을 결정하고, 상기 결정된 후보 시역에 대응하는 시점의 픽셀 값을 서브픽셀에 할당할 수 있다. 예를 들어, 후보 광선(231)과 좌측 시점(221)에 따른 시역이 교차하므로, 3D 영상 렌더링 장치는 좌측 시점에 대응하는 시점의 픽셀 값을 서브픽셀(21)에 할당할 수 있다. 만약 어떤 후보 광선과 우측 시점(223)에 따른 시역이 교차할 경우, 3D 영상 렌더링 장치는 해당 후보 광선에 대응하는 서브픽셀에 우측 시점에 대응하는 시점의 픽셀 값을 할당할 수 있다.
하나의 서브픽셀에 의한 후보 광선들 중에 둘 이상의 후보 광선들이 시청 영역(220)을 지날 수 있다. 이 경우, 3D 영상 렌더링 장치는 미리 정해진 조건에 따라 시청 영역(220)을 지나는 둘 이상의 후보 광선들 중에 어느 하나의 후보 광선을 선택할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 3D 영상 렌더링 장치는 시청 영역(220)을 지나는 둘 이상의 광선들 중에 시청 영역(220)의 중심(225)에 가까운 하나의 광선을 선택할 수 있다. 예를 들어, 특정 서브픽셀(P1; 도면 미도시)에서 출력되어 서로 다른 복수의 광학 성분들(O1, O2; 도면 미도시)을 통과하는 복수의 후보 광선들(L1, L2; 도면 미도시)이 모두 시청 영역(220)을 지날 수 있다. 이 경우, 3D 영상 렌더링 장치는 후보 광선들(L241, L243) 중에 시청 영역(220)의 중심(225)에 가까운 하나의 광선을 선택할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 3D 영상 렌더링 장치는 시청 영역(220)을 지나는 둘 이상의 광선들 중에 후보 시역의 중심에 가까운 하나의 광선을 선택할 수 있다. 예를 들어, 특정 서브픽셀(P1)에서 출력되어 제1 광학 성분(O1)을 통과하는 제1 후보 광선(L1)과 좌측 시점(221)에 따른 시역과의 거리가 2mm이고, 동일 서브픽셀(P1)에서 출력되어 제2 광학 성분(O2)을 통과하는 제2 후보 광선(L2)과 우측 시점(223)에 따른 시역과의 거리가 3mm인 경우, 3D 영상 렌더링 장치는 제1 후보 광선(L1)을 선택할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 서브픽셀(P2; 도면 미도시)에 의한 후보 광선들(L3, L4; 도면 미도시) 중에 시청 영역(220)을 지나는 광선이 존재하지 않을 수 있다. 이 경우, 3D 영상 렌더링 장치는 미리 정해진 범위에서 가장 작은 픽셀 값을 서브픽셀(P2)에 할당할 수 있다. 예를 들어, 픽셀 값의 범위는 0 내지 255일 수 있다. 만약, 후보 광선들(L3, L4) 중에 시청 영역(220)을 지나는 광선이 존재하지 않는 경우, 3D 영상 렌더링 장치는 서브픽셀(P2)에 0의 픽셀 값을 할당할 수 있다.
또는, 3D 영상 렌더링 장치는 시청 영역(220)에 포함된 후보 시역들 중에 후보 광선들(L3, L4)에 가장 가까운 후보 시역에 대응하는 시점의 픽셀 값을 서브픽셀(P2)에 할당할 수 있다. 예를 들어, 비록 후보 광선들(L3, L4)이 시청 영역(220)을 지나지는 않으나, 후보 광선(L3)과 좌측 시점(221)에 따른 시역과의 거리가 5mm이고, 후보 광선(L4)과 우측 시점(223)에 따른 시역과의 거리가 7mm인 경우, 3D 영상 렌더링 장치는 좌측 시점(221)의 픽셀 값을 서브픽셀(P2)에 할당할 수 있다.
도 3은 다른 실시예에 따른 단일 사용자를 위한 3D 영상 렌더링을 나타낸 도면이다. 도 3을 참조하면, 3D 디스플레이 장치(310), 시청 영역(320) 및 광선들이 도시되어 있다.
3D 디스플레이 장치(310)는 광학 레이어(311) 및 디스플레이 패널(313)을 포함한다. 광학 레이어(311)가 디스플레이 패널(313)의 전면에 위치하므로, 광학 레이어(311)는 방향성 백라이트 유닛에 해당할 수 있다. 3D 영상 렌더링 장치는 광학 레이어(311)와 디스플레이 패널(313)의 배치에 따라, 광학 레이어(311) 의 광학 성분들과 디스플레이 패널(313)의 서브픽셀들을 지나가는 후보 광선들을 결정할 수 있다.
3D 영상 렌더링 장치는 광학 레이어(311)와 디스플레이 패널(313) 사이의 굴절률(n1) 및 3D 디스플레이 장치(310) 외부의 굴절률(n2)에 기초하여, 후보 광선들 중에 시청 영역(320)을 지나는 광선을 결정할 수 있다. 또한, 3D 영상 렌더링 장치는 상기 결정된 광선과 시청 영역(320)이 교차하는 위치에 기초하여, 서브픽셀에 픽셀 값을 할당할 수 있다. 예를 들어, 3D 영상 렌더링 장치는 후보 광선들(331)을 출력하는 서브픽셀들에는 좌측 시점(321)의 픽셀 값을 할당하고, 후보 광선들(333)을 출력하는 서브픽셀들에는 우측 시점(323)의 픽셀 값을 할당할 수 있다.
도 2에서 설명된 것처럼, 하나의 서브픽셀에 의한 후보 광선들 중에 둘 이상의 후보 광선들이 시청 영역(320)을 지나거나, 어떤 서브픽셀에 의한 후보 광선들 중에는 시청 영역을 지나는 광선이 존재하지 않을 수 있다. 이 경우, 도 2에서 설명된 것처럼 3D 영상 렌더링 장치는 미리 정해진 규칙에 따라 서브픽셀들에 픽셀 값을 할당할 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 일 실시예에 따른 단일 사용자를 위한 픽셀 값을 간접적으로 결정하는 방법을 나타낸 도면들이다. 도 4a를 참조하면, 광학 레이어(411), 디스플레이 패널(413), 시청 영역(420) 및 광선들이 도시되어 있다.
상술된 것처럼, 3D 영상 렌더링 장치는 사용자의 눈의 위치를 기준으로 하는 가상의 후보 광선들과 광학 성분 사이의 거리에 기초하여 서브픽셀에 대응하는 시점을 간접적으로 결정할 수 있다. 서브픽셀을 통과하는 실제 광선의 경로는 광학 레이어(411) 상의 광학 성분의 중심을 통과하지만, 3D 영상 렌더링 장치는 특정한 서브픽셀과 특정한 후보 시역을 지나는 가상의 후보 광선을 이용할 수 있다.
3D 영상 렌더링 장치는 가상의 후보 광선이 광학 레이어(411) 상에서 지나는 교점을 결정할 수 있다. 3D 영상 렌더링 장치는 교점과 가장 인접한 광학 성분의 중심으로부터 교점까지의 거리를 이용하여, 가상의 후보 광선이 어느 후보 시역에 근접한지를 상대적으로 결정할 수 있다.
예를 들어, 3D 영상 렌더링 장치는 좌측 시점(421)에 대응하여 제1 교점을 결정하고, 우측 시점(423)에 대응하여 제2 교점을 결정할 수 있다. 이 때, 3D 영상 렌더링 장치는 디스플레이 패널(413)과 광학 레이어(411) 사이의 굴절률(n1) 및 3D 디스플레이 장치 외부의 굴절률(n2)에 기초하여 후보 광선들을 결정할 수 있다. 3D 영상 렌더링 장치는 제1 교점 및 제2 교점 중 인접 광학 성분의 중심과 더 가깝게 위치하는 교점에 대응하는 시점을 해당 서브픽셀이 표현해야 할 시점으로 결정할 수 있다.
3D 영상 렌더링 장치는 별도의 카메라 등을 통한 시점 추적 기법을 이용하여 좌측 시점(421)의 위치 및 우측 시점(423)의 위치를 획득할 수 있다. 3D 영상 렌더링 장치는 서브픽셀(41)과 우측 시점(423)을 지나는 제1 후보 광선(431)을 결정하고, 굴절을 고려하여 제1 후보 광선(431)이 광학 레이어(411)와 만나는 교점(42)을 결정할 수 있다. 우측 시점(423)의 위치는 (xe, ye, ze)로 나타낼 수 있고, 서브픽셀(41)의 위치는 (xp, yp, zp)로 나타낼 수 있다.
이 때, x-y의 2차원 평면 상에 우측 시점(423)이 투영된 점과 서브픽셀(41)이 투영된 점 사이의 거리(rr)는 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00001
또한, 스넬의 법칙에 따라, 굴절각(θr) 및 입사각(θi)은 각각 수학식 2 및 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00002
Figure pat00003
교점(42)의 좌표를 (xb, yb, zb)라 할 경우, x-y의 2차원 평면 상에 서브픽셀(41)이 투영된 점과 교점(42)이 투영된 점 사이의 거리(ri)는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00004
x-y의 2차원 평면 상에서, 우측 시점(423)이 투영된 점, 서브픽셀(41)이 투영된 점 및 교점(42)이 투영된 점은 직선을 이루므로, 교점(42)의 x 좌표 및 y 좌표를 다음과 같이 구할 수 있다.
Figure pat00005
Figure pat00006
한편, 교점(42)의 x 좌표 및 y 좌표는, 삼각함수 공식에 의해 다음과 같이 사칙연산과 제곱근으로 표현될 수 있다. 따라서, 아래의 수학식들을 통해 연산의 부담을 크게 감소시킬 수 있다.
Figure pat00007
Figure pat00008
Figure pat00009
Figure pat00010
따라서, x-y의 2차원 평면 상에서 서브픽셀(41)과 교점(42) 사이의 거리(ri)는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00011
실제 굴절률을 이용할 경우, 서브픽셀로부터 시점으로 향하는 광학 레이어 상의 위치를 계산해야 하므로, 상술된 근사치를 이용하는 경우에 비해 연산량이 증가될 수 있다. 다만, 멀티 뷰를 구현하는 경우에는 실시간성이 중요하지 않으므로 연산 시간이 문제되지 않을 수 있으며, 단일 사용자를 위한 눈 추적의 경우에도 연산량이 n배가 아닌 2배 증가할 뿐이므로, 서브픽셀 처리의 병렬화를 통해 현실적인 구현이 가능하다. 또한, 상술된 수학식들에 따라 삼각함수 연산을 사칙연산 및 제곱근으로 변환할 수 있으므로, 굴절률을 이용함에 따라 연산 부담을 크게 감소시킬 수 있다.
교점(42)의 z 좌표는 광학 레이어(411)와 디스플레이 패널(413) 사이의 거리를 통해 구할 수 있다. 또한, 광학 성분(43)의 좌표는 광학 레이어(411)의 설계 값을 통해 구할 수 있다. 광학 성분(43)은 광학 레이어(411) 상의 광학 성분들 중에 교점(42)에 가장 가까운 것으로 결정될 수 있다. 따라서, 교점(42)의 좌표와 광학 성분(43)의 좌표를 통해 교점(42)과 광학 성분(43) 사이의 거리(D1)를 구할 수 있다.
설명의 편의를 위하여 도면에 도시하지 않았으나, 거리(D1)이 계산된 이후에, 3D 영상 렌더링 장치는 서브픽셀(41)과 좌측 시점(421)을 지나는 제2 후보 광선(L5; 도면 미도시)을 결정하고, 제2 후보 광선(L5)과 광학 레이어(411) 사이의 교점(B2; 도면 미도시)을 결정할 수 있다. 또한, 3D 영상 렌더링 장치는 상술된 것과 유사한 방식으로, 교점(B2)과 교점(B2)에 가장 가까운 광학 성분(O3; 도면 미도시) 사이의 거리(D2)를 구할 수 있다. 여기서, 광학 성분(O3)은 광학 성분(43)과 서로 동일한 대상을 나타내거나, 혹은 서로 다른 대상을 나타낼 수 있다.
3D 영상 렌더링 장치는 거리(D1) 및 거리(D2)를 비교하고, 그 결과에 따라 서브픽셀(41)에 픽셀 값을 할당할 수 있다. 예를 들어, 거리(D1)가 거리(D2)보다 가까운 경우, 3D 영상 렌더링 장치는 서브픽셀(41)에 우측 시점(423)의 픽셀 값을 할당할 수 있다. 반면, 거리(D1)가 거리(D2)보다 먼 경우, 3D 렌더링 장치는 서브픽셀(41)에 좌측 시점(421)의 픽셀 값을 할당할 수 있다.
3D 영상 렌더링 장치는 상술된 방법에 따라 디스플레이 패널(413) 상의 모든 서브픽셀들에 픽셀 값을 할당할 수 있다.
도 4a에서는 방향성 백라이트 유닛에 따른 예시를 설명하였으나, 패럴렉스 배리어 및 렌티큘러 렌즈에 대해서도 단일 사용자를 위한 픽셀 값이 간접적으로 결정될 수 있다.
도 4b를 참조하면, r-z 평면 상의 사용자의 우측 시점(E), 픽셀(P) 및 교점(B)이 도시되어 있다. r축은 우측 시점(E)와 픽셀(P)를 잇는 직선을 x-y 평면으로 투영한 직선에 해당하는 축으로 정의한다.
상술된 것처럼, 3D 영상 렌더링 장치는 우측 시점(E)에 기초하여, 픽셀(P) 및 광학 레이어를 지나는 가상의 광선을 결정하고, 가상의 광선과 광학 레이어의 교점(B)을 결정할 수 있다. 우측 시점(E)의 위치는 (xe, ye, ze)로 나타낼 수 있고, 픽셀(P)의 위치는 (xp, yp, zp)로 나타낼 수 있다. 이 때, r축 상에서 우측 시점(E)과 픽셀(P) 사이의 거리(rr)는 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다. 또한, 스넬의 법칙에 따라 수학식 3이 성립하며, 수학식 3에 따라 수학식 12를 얻을 수 있다.
Figure pat00012
여기서, ri는 r축 상에서 픽셀(P)과 교점(B) 사이의 거리를 나타내고, di는 z축 상에서 픽셀(P)과 교점(B) 사이의 거리를 나타내며, dr은 z축 상에서 우측 시점(E)과 교점(B) 사이의 거리를 나타낸다.
수학식 12를 풀면 ri의 4개의 해를 얻을 수 있다. 3D 영상 렌더링 장치는 이 중에 가장 작은 양수 해를 최종적인 해로 결정할 수 있다. 한편, x-y의 2차원 평면 상에서, 우측 시점(E)이 투영된 점, 픽셀(P)이 투영된 점 및 교점(B)이 투영된 점은 직선을 이루므로, 교점(B)의 x 좌표 및 y 좌표를 다음과 같이 구할 수 있다.
Figure pat00013
Figure pat00014
3D 영상 렌더링 장치는 수학식 1을 통해 구한 rr, 수학식 12를 통해 구한 ri의 최종적인 해, 우측 시점(E)의 좌표, 픽셀(P)의 좌표를 수학식 13 및 수학식 14에 대입함으로써, 교점(B)의 x 좌표 및 y 좌표를 구할 수 있다. 교점(B)의 z 좌표는 픽셀(P)의 z 좌표 및, 디스플레이 패널과 광학 레이어 사이의 거리를 통해 구할 수 있다.
3D 영상 렌더링 장치는 교점(B)와 가장 인접한 광학 원소 사이의 거리(D1)를 획득할 수 있다. 또한, 3D 영상 렌더링 장치는 사용자의 좌측 시점에 대응하여 동일한 방식으로 거리(D2)를 획득할 수 있다. 3D 영상 렌더링 장치는 거리(D1) 및 거리(D2)를 비교하고, 그 결과에 따라 픽셀(P)에 픽셀 값을 할당할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 멀티 뷰를 위한 3D 영상 렌더링을 나타낸 도면이다. 도 5를 참조하면, 디스플레이 패널(511), 광학 레이어(513), 시청 영역(520) 및 광선들이 도시되어 있다.
광학 레이어(513)가 디스플레이 패널(511)의 전면에 위치하므로, 광학 레이어(513)는 패럴렉스 배리어 또는 렌티큘러 렌즈에 해당할 수 있다. 3D 영상 렌더링 장치는 디스플레이 패널(511)과 광학 레이어(513)의 배치에 따라, 디스플레이 패널(511)의 서브픽셀들과 광학 레이어(513)의 광학 성분들을 지나가는 후보 광선들을 결정할 수 있다. 이 때, 3D 영상 렌더링 장치는 디스플레이 패널(511)과 광학 레이어(513) 사이의 굴절률(n1) 및 3D 디스플레이 장치 외부의 굴절률(n2)에 기초하여, 후보 광선들을 결정할 수 있다. 예를 들어, 서브픽셀(51) 관련하여, 3D 영상 렌더링 장치는 서브픽셀(51)과 광학 성분(52)을 지나는 후보 광선(531) 및 서브픽셀(51)과 광학 성분(53)을 지나는 후보 광선(533)을 결정할 수 있다.
3D 영상 렌더링 장치는 후보 광선들 중에 시청 영역(520)을 지나는 광선을 결정할 수 있다. 예를 들어, 서브픽셀(51) 관련하여, 3D 영상 렌더링 장치는 후보 광선들(531, 533) 중에 시청 영역(520)을 지나는 후보 광선(531)을 선택할 수 있다. 3D 영상 렌더링 장치는 상기 결정된 광선과 시청 영역(520)이 교차하는 위치에 기초하여, 서브픽셀에 픽셀 값을 할당할 수 있다. 보다 구체적으로, 3D 영상 렌더링 장치는 시청 영역(520)에 포함된 후보 시역들 중에 상기 결정된 광선과 시청 영역(220)이 교차하는 위치에 가장 근접한 후보 시역을 결정하고, 상기 결정된 후보 시역에 대응하는 시점의 픽셀 값을 서브픽셀에 할당할 수 있다. 예를 들어, 후보 광선(531)과 제2 시점에 따른 시역이 교차하므로, 3D 영상 렌더링 장치는 제2 시점에 대응하는 시점의 픽셀 값을 서브픽셀(51)에 할당할 수 있다.
도 2에서 설명된 것처럼, 하나의 서브픽셀에 의한 후보 광선들 중에 둘 이상의 후보 광선들이 시청 영역(520)을 지나거나, 어떤 서브픽셀에 의한 후보 광선들 중에는 시청 영역을 지나는 광선이 존재하지 않을 수 있다. 이 경우, 도 2에서 설명된 것처럼 3D 영상 렌더링 장치는 미리 정해진 규칙에 따라 서브픽셀들에 픽셀 값을 할당할 수 있다.
도 6은 다른 실시예에 따른 멀티 뷰를 위한 3D 영상 렌더링을 나타낸 도면이다. 도 6을 참조하면, 광학 레이어(611), 디스플레이 패널(613), 시청 영역(620) 및 광선들이 도시되어 있다.
3D 디스플레이 장치(610)는 광학 레이어(611) 및 디스플레이 패널(613)을 포함한다. 광학 레이어(611)가 디스플레이 패널(613)의 전면에 위치하므로, 광학 레이어(611)는 방향성 백라이트 유닛에 해당할 수 있다. 3D 영상 렌더링 장치는 광학 레이어(611)와 디스플레이 패널(613)의 배치에 따라, 광학 레이어(611) 의 광학 성분들과 디스플레이 패널(613)의 서브픽셀들을 지나가는 후보 광선들을 결정할 수 있다.
3D 영상 렌더링 장치는 광학 레이어(611)와 디스플레이 패널(613) 사이의 굴절률(n1) 및 3D 디스플레이 장치 외부의 굴절률(n2)에 기초하여, 후보 광선들 중에 시청 영역(620)을 지나는 광선을 결정할 수 있다. 또한, 3D 영상 렌더링 장치는 상기 결정된 광선과 시청 영역(620)이 교차하는 위치에 기초하여, 서브픽셀에 픽셀 값을 할당할 수 있다. 예를 들어, 3D 영상 렌더링 장치는 후보 광선(631)을 출력하는 서브픽셀들에는 제3 시점의 픽셀 값을 할당하고, 후보 광선(633)을 출력하는 서브픽셀들에는 제5 시점의 픽셀 값을 할당하고, 후보 광선(635)을 출력하는 서브픽셀들에는 제7 시점의 픽셀 값을 할당할 수 있다.
도 2에서 설명된 것처럼, 하나의 서브픽셀에 의한 후보 광선들 중에 둘 이상의 후보 광선들이 시청 영역(620)을 지나거나, 어떤 서브픽셀에 의한 후보 광선들 중에는 시청 영역을 지나는 광선이 존재하지 않을 수 있다. 이 경우, 도 2에서 설명된 것처럼 3D 영상 렌더링 장치는 미리 정해진 규칙에 따라 서브픽셀들에 픽셀 값을 할당할 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 멀티 뷰를 위한 픽셀 값을 간접적으로 결정하는 방법을 나타낸 도면이다. 도 7을 참조하면, 광학 레이어(711), 디스플레이 패널(713), 시청 영역(720) 및 광선들이 도시되어 있다.
상술된 것처럼, 3D 영상 렌더링 장치는 후보 광선들과 광학 성분 사이의 거리에 기초하여 서브픽셀에 대응하는 시점을 간접적으로 결정할 수 있다. 예를 들어, 3D 영상 렌더링 장치는 디스플레이 패널(713)의 서브픽셀(71)과 시청 영역(720)에 포함된 후보 시역들을 지나는 후보 광선들(733 내지 739)을 결정하고, 후보 광선들(733 내지 739) 각각과 광학 레이어(711) 사이의 교점들(73 내지 76)을 결정할 수 있다. 이 때, 3D 영상 렌더링 장치는 디스플레이 패널(713)과 광학 레이어(711) 사이의 굴절률(n1) 및 3D 디스플레이 장치 외부의 굴절률(n2)에 기초하여 후보 광선들(733 내지 739)을 결정할 수 있다. 또한, 3D 영상 렌더링 장치는 교점들(73 내지 76)과 광학 레이어(711)의 광학 성분(72) 사이의 거리에 기초하여, 서브픽셀(71)에 픽셀 값을 할당할 수 있다.
도 7의 예시에서, 광학 성분(72)과 교점(73) 사이의 거리가 최소이므로, 서브픽셀(71)에 제3 시점의 픽셀 값을 할당할 수 있다. 3D 영상 렌더링 장치는 상술된 방법에 따라 디스플레이 패널(713) 상의 모든 서브픽셀들에 픽셀 값을 할당할 수 있다. 도 7에서는 방향성 백라이트 유닛에 따른 예시를 설명하였으나, 해당 설명은 패럴렉스 배리어 및 렌티큘러 렌즈에 대해서도 유사하게 적용될 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 3D 객체를 표현하기 위한 3D 영상 렌더링을 나타낸 도면이다. 도 8을 참조하면, 디스플레이 패널(811), 광학 레이어(813), 가상의 3D 객체(820) 및 광선들이 도시되어 있다.
광학 레이어(813)가 디스플레이 패널(811)의 전면에 위치하므로, 광학 레이어(813)는 패럴렉스 배리어 또는 렌티큘러 렌즈에 해당할 수 있다. 일 측에 따르면, 광학 레이어(813)는 방향성 백라이트일 수 있고, 이 경우, 광학 레이어(813)는 디스플레이 패널(811)의 후면에 위치할 수 있다.
3D 영상 렌더링 장치는 가상의 3D 객체(820)를 표현하기 위해 디스플레이 패널(811)의 서브픽셀들에 적절한 픽셀 값을 할당할 수 있다. 보다 구체적으로, 3D 영상 렌더링 장치는 디스플레이 패널(811)과 광학 레이어(813)의 배치에 따라, 디스플레이 패널(811)의 서브픽셀들과 광학 레이어(813)의 광학 성분들을 지나가는 후보 광선들을 결정할 수 있다. 3D 영상 렌더링 장치는, 근사치에 따른 오차를 방지하기 위해, 디스플레이 패널(511)과 광학 레이어(513) 사이의 굴절률(n1) 및 3D 디스플레이 장치 외부의 굴절률(n2)에 기초하여 후보 광선들을 결정할 수 있다. 3D 영상 렌더링 장치는 후보 광선들 중에 가상의 3D 객체(820)를 지나가는 광선을 선택할 수 있다. 또한, 선택된 광선을 출력하는 서브픽셀이, 선택된 광선과 3D 객체(820)의 교점을 표현하도록, 해당 서브픽셀에 픽셀 값을 할당할 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 3D 영상 렌더링 장치를 나타낸 블록도이다. 도 9을 참조하면, 3D 영상 렌더링 장치는 프로세서(910), 센서(920) 및 메모리(930)를 포함한다. 프로세서(910), 센서(920) 및 메모리(930)는 버스(940)를 통하여 서로 통신할 수 있다.
센서(920)는 사용자의 눈을 검출하거나, 추적할 수 있다. 센서(920)는 이미지 센서, 근접 센서 및 적외선 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 센서(920)는 잘 알려진 방식(예를 들어, 광학 이미지를 전기 신호로 변환하는 방식 등)으로 사용자의 눈을 검출 또는 추적할 수 있다. 센서(920)는 촬영된 컬러 영상, 깊이 영상 및 적외선 영상 중 적어도 하나를 프로세서(910) 및 메모리(930) 중 적어도 하나로 전달할 수 있다.
프로세서(910)는 상술한 적어도 하나의 장치들을 포함하거나, 상술한 적어도 하나의 방법을 수행할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(910)는 상술된 3D 영상 렌더링에 관한 동작을 처리할 수 있다. 보다 구체적으로, 프로세서(910)는 디스플레이 패널과 광학 레이어 사이의 제1 굴절률 및 3D 디스플레이 장치 외부의 제2 굴절률에 기초하여, 디스플레이 패널의 서브픽셀과 시청 영역에 포함된 후보 시역들을 지나는, 후보 광선들을 결정하고, 후보 광선들 각각과 광학 레이어 사이의 교점들을 결정하고, 교점들과 광학 레이어의 광학 성분 사이의 거리에 기초하여, 서브픽셀에 픽셀 값을 할당할 수 있다.
메모리(930)는 컴퓨터에서 읽을 수 있는 명령어들을 저장할 수 있다. 메모리(930)에 저장된 명령어들이 프로세서(910)에서 실행되면, 프로세서(910)는 3D 영상 렌더링에 관한 동작을 처리할 수 있다. 또한, 메모리(930)는 상술된 3D 영상 렌더링에 관한 데이터들을 저장할 수 있다.
프로세서(910)는 명령어들이나 프로그램들을 실행하거나, 3D 영상 렌더링 장치를 제어할 수 있다. 3D 영상 렌더링 장치는 입출력 장치(도면 미 표시)를 통하여 외부 장치(예를 들어, 퍼스널 컴퓨터 또는 네트워크)에 연결되고, 데이터를 교환할 수 있다. 3D 영상 렌더링 장치는 이동 전화, 스마트 폰, PDA, 태블릿 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터 등 모바일 장치, 퍼스널 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 넷북 등 컴퓨팅 장치, 또는 텔레비전, 스마트 텔레비전, 게이트 제어를 위한 보안 장치 등 전자 제품 등의 적어도 일부로 구현될 수 있다. 그 밖에, 3D 영상 렌더링 장치에 관해서는 상술된 내용이 적용될 수 있으며, 보다 상세한 설명은 생략한다.
도 10은 일 실시예에 따른 3D 영상 렌더링 방법을 나타낸 동작 흐름도이다. 도 10을 참조하면, 단계(1010)에서, 3D 영상 렌더링 장치는 디스플레이 패널과 광학 레이어 사이의 제1 굴절률 및 3D 디스플레이 장치 외부의 제2 굴절률에 기초하여, 디스플레이 패널의 서브픽셀과 시청 영역에 포함된 후보 시역들을 지나는, 후보 광선들을 결정한다. 단계(1020)에서, 3D 영상 렌더링 장치는 후보 광선들 각각과 광학 레이어 사이의 교점들을 결정한다. 단계(1030)에서, 3D 영상 렌더링 장치는 교점들과 광학 레이어의 광학 성분 사이의 거리에 기초하여, 서브픽셀에 픽셀 값을 할당한다. 그 밖에, 3D 영상 렌더링 방법에 관해서는 상술된 내용이 적용될 수 있으며, 보다 상세한 설명은 생략한다.
도 11은 다른 실시예에 따른 3D 영상 렌더링 방법을 나타낸 동작 흐름도이다. 도 11을 참조하면, 단계(1110)에서, 3D 영상 렌더링 장치는 디스플레이 패널과 광학 레이어 사이의 제1 굴절률 및 3D 디스플레이 장치 외부의 제2 굴절률에 기초하여, 디스플레이 패널의 서브픽셀과 광학 레이어의 광학 성분들을 지나는 후보 광선들을 결정한다. 단계(1120)에서, 3D 영상 렌더링 장치는 후보 광선들 중에 시청 영역을 지나는 광선을 결정한다. 단계(1130)에서, 3D 영상 렌더링 장치는 결정된 광선과 시청 영역이 교차하는 위치에 기초하여, 서브픽셀에 픽셀 값을 할당한다. 그 밖에, 3D 영상 렌더링 방법에 관해서는 상술된 내용이 적용될 수 있으며, 보다 상세한 설명은 생략한다.
이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(Arithmetic Logic Unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(Field Programmable Gate Array), PLU(Programmable Logic Unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

Claims (20)

  1. 3D 디스플레이 장치에 포함된 디스플레이 패널과 광학 레이어 사이의 매질의 제1 굴절률 및 상기 3D 디스플레이 장치 외부의 매질의 제2 굴절률에 기초하여, 상기 디스플레이 패널의 픽셀과 시청 영역에 포함된 후보 시역들을 지나는 후보 광선들을 결정하는 단계;
    상기 후보 광선들과 상기 광학 레이어 사이의 교점들을 결정하는 단계; 및
    상기 교점들 및 상기 광학 레이어의 광학 성분들 사이의 거리에 기초하여, 상기 픽셀에 픽셀 값을 할당하는 단계
    를 포함하는, 3D 영상 렌더링 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 교점들을 결정하는 단계는
    상기 제1 굴절률 및 상기 제2 굴절률에 따른, 상기 후보 광선들의 입사각 및 굴절각을 고려하여 상기 교점들을 결정하는 단계를 포함하는, 3D 영상 렌더링 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 교점들을 결정하는 단계는
    상기 후보 시역들의 위치 및 상기 픽셀의 위치에 기초하여, 2차원 평면 상에서 상기 후보 시역들과 상기 픽셀의 거리를 계산하는 단계;
    상기 제1 굴절률 및 상기 제2 굴절률에 기초하여, 상기 2차원 평면 상에서 상기 픽셀과 상기 교점들의 거리를 계산하는 단계; 및
    상기 후보 시역들과 상기 픽셀의 거리, 및 상기 픽셀과 상기 교점들의 거리에 기초하여, 상기 교점들의 위치를 결정하는 단계
    를 포함하는, 3D 영상 렌더링 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 후보 시역들은 단일 사용자를 위한 좌측 시점과 우측 시점에 대응하거나, 혹은 멀티 뷰를 위한 미리 정해진 수의 시점들에 대응하는, 3D 영상 렌더링 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 픽셀 값을 할당하는 단계는
    상기 교점들 중에 상기 광학 성분에 가장 가까운 교점에 대응하는 시점의 픽셀 값을 상기 픽셀에 할당하는 단계를 포함하는, 3D 영상 렌더링 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 후보 시역들이 단일 사용자를 위한 좌측 시점과 우측 시점에 대응함에 따라, 상기 후보 광선들은 상기 좌측 시점에 조사되는 제1 광선 및 상기 우측 시점에 조사되는 제2 광선을 포함하고,
    상기 픽셀 값을 할당하는 단계는
    상기 제1 광선에 의한 교점과 상기 광학 성분 사이의 거리, 및 상기 제2 광선에 의한 교점과 상기 광학 성분 사이의 거리에 기초하여, 상기 픽셀에 상기 좌측 시점에 대응하는 픽셀 값 또는 상기 우측 시점에 대응하는 픽셀 값을 할당하는 단계를 포함하는, 3D 영상 렌더링 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 후보 시역들이 멀티 뷰를 위한 미리 정해진 수의 시점들에 대응함에 따라, 상기 후보 광선들은 상기 미리 정해진 수의 시점들에 조사되는 광선들을 포함하고,
    상기 픽셀 값을 할당하는 단계는
    상기 광선들 각각에 의한 교점과 상기 광학 성분 사이의 거리에 기초하여, 상기 픽셀에 상기 미리 정해진 수의 시점들 중 어느 하나에 대응하는 픽셀 값을 할당하는 단계를 포함하는, 3D 영상 렌더링 방법.
  8. 3D 디스플레이 장치에 포함된 디스플레이 패널과 광학 레이어 사이의 매질의 제1 굴절률 및 3D 디스플레이 장치 외부의 매질의 제2 굴절률에 기초하여, 상기 디스플레이 패널의 픽셀과 상기 광학 레이어의 광학 성분들을 지나는 후보 광선들을 결정하는 단계;
    상기 후보 광선들 중에 시청 영역을 지나는 광선을 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 광선과 상기 시청 영역이 교차하는 위치에 기초하여, 상기 픽셀에 픽셀 값을 할당하는 단계
    를 포함하는, 3D 영상 렌더링 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 시청 영역을 지나는 상기 광선을 결정하는 단계는
    상기 시청 영역을 지나는 광선이 둘 이상인 경우, 상기 시청 영역을 지나는 둘 이상의 광선들 중에 상기 시청 영역의 중심에 가까운 하나의 광선을 선택하는 단계를 포함하는, 3D 영상 렌더링 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 픽셀 값을 할당하는 단계는
    상기 시청 영역을 지나는 광선이 없는 경우, 미리 정해진 범위에서 가장 작은 픽셀 값, 또는 상기 시청 영역에 포함된 후보 시역들 중에 상기 후보 광선들에 가장 가까운 후보 시역에 대응하는 시점의 픽셀 값을 상기 픽셀에 할당하는 단계를 포함하는, 3D 영상 렌더링 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 시청 영역은 후보 시역들을 포함하고,
    상기 후보 시역들은 단일 사용자를 위한 좌측 시점과 우측 시점에 대응하거나, 혹은 멀티 뷰를 위한 미리 정해진 수의 시점들에 대응하는, 3D 영상 렌더링 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 픽셀 값을 할당하는 단계는
    상기 결정된 광선과 상기 시청 영역이 교차하는 상기 위치에 가장 근접한 후보 시역을 결정하는 단계;
    상기 결정된 후보 시역에 대응하는 시점의 픽셀 값을 상기 픽셀에 할당하는 단계
    를 포함하는, 3D 영상 렌더링 방법.
  13. 하드웨어와 결합되어 제1항 내지 제12항 중 어느 하나의 항의 방법을 실행시키기 위하여 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
  14. 프로세서; 및
    컴퓨터에서 읽을 수 있는 명령어를 포함하는 메모리
    를 포함하고,
    상기 명령어가 상기 프로세서에서 실행되면, 상기 프로세서는 3D 디스플레이 장치에 포함된 디스플레이 패널과 광학 레이어 사이의 매질의 제1 굴절률 및 상기 3D 디스플레이 장치 외부의 매질의 제2 굴절률에 기초하여, 상기 디스플레이 패널의 픽셀과 시청 영역에 포함된 후보 시역들을 지나는 후보 광선들을 결정하고, 상기 후보 광선들과 상기 광학 레이어 사이의 교점들을 결정하고, 상기 교점들 및 상기 광학 레이어의 광학 성분들 사이의 거리에 기초하여, 상기 픽셀에 픽셀 값을 할당하는, 3D 영상 렌더링 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 제1 굴절률 및 상기 제2 굴절률에 따른, 상기 후보 광선들의 입사각 및 굴절각을 고려하여 상기 교점들을 결정하는, 3D 영상 렌더링 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 후보 시역들의 위치 및 상기 픽셀의 위치에 기초하여, 2차원 평면 상에서 상기 후보 시역들과 상기 픽셀의 거리를 계산하고, 상기 제1 굴절률 및 상기 제2 굴절률에 기초하여, 상기 2차원 평면 상에서 상기 픽셀과 상기 교점들의 거리를 계산하고, 상기 후보 시역들과 상기 픽셀의 거리, 및 상기 픽셀과 상기 교점들의 거리에 기초하여, 상기 교점들의 위치를 결정하는, 3D 영상 렌더링 장치.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 후보 시역들은 단일 사용자를 위한 좌측 시점과 우측 시점에 대응하거나, 혹은 멀티 뷰를 위한 미리 정해진 수의 시점들에 대응하는, 3D 영상 렌더링 장치.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 교점들 중에 상기 광학 성분에 가장 가까운 교점에 대응하는 시점의 픽셀 값을 상기 픽셀에 할당하는, 3D 영상 렌더링 장치.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 후보 시역들이 단일 사용자를 위한 좌측 시점과 우측 시점에 대응함에 따라, 상기 후보 광선들은 상기 좌측 시점에 조사되는 제1 광선 및 상기 우측 시점에 조사되는 제2 광선을 포함하고,
    상기 프로세서는
    상기 제1 광선에 의한 교점과 상기 광학 성분 사이의 거리, 및 상기 제2 광선에 의한 교점과 상기 광학 성분 사이의 거리에 기초하여, 상기 픽셀에 상기 좌측 시점에 대응하는 픽셀 값 또는 상기 우측 시점에 대응하는 픽셀 값을 할당하는, 3D 영상 렌더링 장치.
  20. 제14항에 있어서,
    상기 후보 시역들이 멀티 뷰를 위한 미리 정해진 수의 시점들에 대응함에 따라, 상기 후보 광선들은 상기 미리 정해진 수의 시점들에 조사되는 광선들을 포함하고,
    상기 프로세서는
    상기 광선들 각각에 의한 교점과 상기 광학 성분 사이의 거리에 기초하여, 상기 픽셀에 상기 미리 정해진 수의 시점들 중 어느 하나에 대응하는 픽셀 값을 할당하는, 3D 영상 렌더링 장치.
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