NO322058B1 - Projeksjonssystem - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører et projeksjonssystem av ikke-holografiske 3D-bildepresentasjoner som angitt i innled-ningen av krav 1.

Presentasjonen av 3D-objekter på en projeksjonsinnretning skjer ofte i en 3D-avbildning ved hvilken betrakterens betraktningsvinkel og -sted med hensyn til den fikserte skjerm bestemmer den respektive projeksjon. Herved må betrakterens sted i forhold til skjermen i romlige koordina-ter bestemmes ved hjelp av egnede sensorer, og bildet på skjermen må beregnes og justeres ved hjelp av en egnet sty-rings innretning (Tracking-system). Ved en slik fremgangsmåte kan et bilde på skjermen oppfattes av en betrakter bare hvis objektavbildningen på skjermen er i samsvar med hans betraktningssted, mens en annen betrakter ser et forvrengt bilde.

Ved en annen fremgangsmåte ved betraktning av et virtuelt objekt som står fast i rommet, er skjermen fast tilordnet den respektive betrakter, idet betrakterens og skjermens respektive sted registreres i sanntid ved hjelp av en sty-ringsinnretning (Tracking-system), og avbildningen beregnes og vises på nytt, avhengig av betrakterens posisjon og blikkvinkel. I slike systemer anvendes som regel en hjelm med projeksjonsinnretninger som er tilordnet umiddelbart betrakterens øyne, f.eks. en LCD-skjerm. Slike hjelmer er imidlertid uhåndterlige og ellers beregnet på kun én betrakter. Dessuten kan betrakterens naturlige omgivelser ikke uten videre trekkes inn i hjelmvisningen. Tracking-systernet kan imidlertid ved denne fremgangsmåte også bedøm-me skjermens posisjon og avbildningsretning, slik at hjel-men blir unødvendig. Men det er fremdeles kun én avbildning på skjermen.

Den ekte stereoskopiske projeksjon muliggjør et utvidet syn av romlige forhold, f.eks. kan former og formdeler eller emner vises detaljert med lys og skygge. Ved en sanntids avbildning som ledes av en regnemaskin, kan objektet umiddelbart endres visuelt.

Ved den ekte stereoskopiske avbildning ved projeksjon på et lerret eller visning på en skjerm, anvendes i det vesentlige to fremgangsmåter hvor det som bildeseparatorer anvendes briller som gjør det mulig å tilgjengeliggjøre forskjellige bildeinformasjoner med det høyre og venstre øye.

Ved en passiv fremgangsmåte er brillens brilleglass forskjellig polarisert, for eksempel i innbyrdes vinkel på 90° eller sirkulært motsatt. Tilsvarende egnet må avbildningen på lerretet være polarisert. Dette skjer f.eks. ved at det anvendes projektorer som har forskjellig rettede polarisa-sjonsplan for den høyre hhv. venstre avbildning.

Ved en aktiv teknikk behøves ingen polarisasjonsfiltre, men her skjer bildeseparasjonen ved sekvensiell avbildning av bildeinformasjonen som er tilordnet det venstre og det høy-re øye. Ved hjelp av en synkronstyringsinnretning omkobles i samme rytme en flytende krystall brille (lukker-brille) slik at betrakteren oppfatter på hvert øye bare den bilde-inf ormas jon som er tilordnet dette øye. Taktfrekvensen av lukker-brillens omkobling bestemmer herved hvorvidt det oppfattes en flimmereffekt.

Det gjelder så vel for den aktive som for den passive teknikk at én eller flere personer til samme tid bare kan oppfatte den samme informasjon. Når det f.eks. er ønskelig å avbilde arbeidsforløp og håndteringer stereoskopisk, for å formidle betrakteren en stereoskopisk indikasjon av et bestemt tilstandsrom som er tilordnet den egnede person, og det er ønskelig å formidle dette tilstandsrom som er tilordnet den ene person, samtidig til en andre person, som billedmessig er forskjellig, er det uønsket at begge betrakterne vises det samme bilde.

En fremstilling som tilsvarer det naturlige utseende av et objekt, ved hvilken flere betraktere oppfatter forskjellige utseender, kan med dagens midler bare realiseres via en holografisk fremstilling. Et sanntids hologram av større objekter, f.eks. en bil, med endringsmuligheter av fremstillingen har imidlertid hittil ikke vært realiserbart og er heller ikke tenkelig i overskuelig fremtid.

Fra US-A 4,879,603 er det kjent et system for fremstilling av to forskjellige bilder i form av to 2D-avbildninger på en eneste indikasjonsenhet, idet indikasjonene for adskilte betraktere skilles fra hverandre ved hjelp av bildeseparasjonsmidler som er utformet som sirkulærpolarisatorer. Det dreier seg her ikke om noen stereoskopisk avbildning.

EP-A-0 656 555 beskriver et projeksjonssystem for 3D-avbildninger ved hvilket en betrakter kan betrakte en 3D-avbildning. Til dette anvendes to skjermer som ved hjelp av et speilsystem bevirker en høyre/venstre-separasjon, idet en separasjon av de to 3D-avbildninger foretas med hensyn til betrakterens posisjon ved at det anvendes ytterst komp-liserte belysningsinnretninger hhv. linserasteranordninger. Hvert stereobilde tilordnes her kun en eneste (lite juster-bar) posisjon som kan inntas av kun én betrakter.

Oppfinnelsens oppgave består i å tilveiebringe et system for projeksjon av ikke-holografiske 3D-bildepresentasjoner, og spesielt stereoskopiske avbildninger, på en projeksjonsinnretning som muliggjør en holografisk fremstilling av en tilnærmet samtidig avbildning av forskjellige bilder for flere betraktere.

Denne oppgave løses ved hjelp av den i krav 1 angitte opp-finnelse. Fordelaktige videreutviklinger av oppfinnelsen er angitt i de underordnede krav.

Ifølge oppfinnelsen er det angitt et system for projeksjon av ikke-holografiske 3D-bildepresentasjoner på en projeksjonsinnretning hvor de avbildninger som er tilordnet betrakterens øyne, settes i forhold til betrakterens respektive posisjon, idet sensorer som er tilordnet betrakteren, bestemmer betrakterens respektive posisjon, og på projeksjonsinnretningen vises et virtuelt rommelig tilordnet objekt tilsvarende betrakterens betraktningsposisjon. For en samtidig oppfatning av forskjellige 3D-avbildninger på den samme projeksjonsinnretning hos flere betraktere, skjer det en samtidig indikasjon av flere bilder som er tilordnet betrakternes respektive betraktningsposisjon. De respektive betrakterne har tilordnet bildeseparasjonsmidler ved hjelp av hvilke kun de bilder blir tilgjengelige som er tilordnet deres posisjon.

Ved hjelp av systemet ifølge oppfinnelsen er det mulig at flere betraktere samtidig kan betrakte et objekt på projeksjonsinnretningen fra forskjellige posisjoner, idet hver betraktningsvinkel for hver person tilsvarer den faktiske betraktningsvinkel av det virtuelt fikserte objekt. Således er det mulig at en person betrakter et bestemt perspektiv av objektet, mens en annen person samtidig ser en annen de-talj av objektet.

Avbildningene som er tilordnet betrakterne, kan indikeres kronologisk sekvensielt. Bildeseparasjonsmidlene er da med avbildningene synkroniserte lukker-briller som lar det pro-jiserte lys passere bare når avbildningene som er tilordnet den respektive betrakter, blir indikert.

I en alternativ utføreIsesform indikeres avbildningene som er tilordnet betrakterne samtidig, idet disse er forskjellig polarisert på projeksjonsskjermen. Bildeseparasjonsmidlene er i dette tilfelle polarisasjonsbriller som kun lar passere de avbildninger som tilsvarer deres polarisasjonsretning og er tilordnet den respektive betrakterens be-tr aktningsposisjon.

I en foretrukken utførelsesform av oppfinnelsen er det mulig at de respektive betrakterne også kan betrakte en stereoskopisk projeksjon ved hvilken deres høyre og venstre øye tilbys ytterligere tilordnede avbildninger som er adskilt ved hjelp av bildeseparatorer.

Når det anvendes lukker-briller for den stereoskopiske projeksjon, blir den tid i hvilken den respektive lukker-brille av en betrakter er koblet lysgjennomtrengelig for hvert øye innenfor en periode av taktfrekvensen, fortrinnsvis avkortet i forhold til betrakternes antall, eller taktfrekvensen av avbildingen økes i forhold til betrakternes antall, for at flimmereffekten ikke skal forsterke seg på grunn av den kronologisk efter hverandre følgende fremstilling.

Hvis systemet anvendes for stereoskopisk 3D-avbildning spesielt for to betraktere, er disse således i stand til, samtidig, men for hver person adskilt, å registrere de tilordnede bildeinformasjoner. Således kan f.eks. arbeidsproses-ser som gjennomføres i fellesskap, vesentlig bedre visuali-seres enn det er mulig ved en avbildning av kun en eneste stereoskop i sk proj eks j on.

Systemet ifølge oppfinnelsen kan spesielt fordelaktig anvendes ved projeksjon hhv. fremstilling av 3D-bildeinformasjoner på en skjerm som styres av en datamaskin hhv. ved en projeksjonsinnretning som styres av en datamaskin .

Det kan anvendes en eneste projeksjonsinnretning som proji-serer de forskjellige avbildninger sekvensielt efter hverandre. Alternativt kan det anvendes et system ved hvilken hver betrakter får tilordnet en egen projeksjonsinnretning. Ved anvendelse av systemet ifølge oppfinnelsen hos to betraktere og stereoprojeksjon kan det anvendes fire alternative fremstillingssekvenser. Valget av den respektive sek-vens avhenger av hvilken innholdsmessig fremstilling som skal vises, da det må tas hensyn til krysstalen mellom de forskjellige kanaler, hvilken art lukker-briller som anvendes, og hvilken projeksjonsteknologi som brukes.

I en foretrukken utførelsesform av oppfinnelsen er separatorene polarisasjonsanordninger for å skille høyre- og venstreinformasjonen ved de enkelte betrakterne, og bildeseparasjonsmidler er lukker-anordninger for å skille bildene som betraktes mellom de forskjellige betrakterne. Til-ordningen kan også være omvendt.

Som polarisasjonsinnretninger kan det f.eks. anvendes line-ær eller sirkulær polariserte filtre på tilsvarende utstyr-te projektorer. Til betraktning får en første betrakter hhv. en første gruppe av betraktere, lukker-briller med en første polarisasjonsretning og en andre betrakter hhv. en andre gruppe av betraktere får lukker-briller med en andre polarisasjonsretning. Eventuelle lystap på grunn av polarisasjonsfiltre kan utjevnes ved å bruke flere projektorer for hver betrakter eller hver gruppe av betraktere.

Fortrinnsvis er projeksjonsflaten en sylindrisk skjerm i hvilken objektet som skal betraktes, er anordnet virtuelt fiksert. Såfremt det også ønskes en over-/underinformasjon, kan det ifølge en utvidet utførelsesform av oppfinnelsen også anvendes en kuleformet projeksjonsflate i hvilken objektet er forankret virtuelt, idet projeksjonsskjermene på-stråles innenfra. En betrakter som befinner seg utenfor projeksjonsanordningen, får således den illusjon at objektet som skal betraktes, befinner seg i det rom som omfattes av projeksjonsflaten. Ved en stereoskopisk projeksjon kan objektet også ses som et objekt som kutter projeksjonsflaten, alt efter innstillingen av det stereoskopiske vindu.

Systemet ifølge oppfinnelsen gjør det mulig også å betrakte større objekter, spesielt ved en stereoskopisk betraktning, slik som en holografisk fremstilling. De viste objekter kan være en fotorealistisk fremstilling av et objekt, men de kan også være datamaskingenererte grafikker hvis utformning kan forandres interaktivt. Slike utførelser er spesielt an-vendelig i konstruksjonen og design av maskindeler, kjøre-tøydeler eller andre produkter. Ved en sylinder- eller kuleformet projeksjonsflate kan betrakterne bevege seg rundt objektet. Alternativt kan også objektet dreies virtuelt for å oppnå den samme effekt, mens betrakteren beholder sin posisjon. I dette tilfelle er Tracking-systernet ikke nødven-dig.

Ved en sylinderformet eller kuleformet projeksjonsflate kan det viste produkt indikeres homogent og sømløst. Til dette formål kan det også anvendes kjente bildebearbeidelsespro-sesser for å forbedre kantene, for f.eks. å unngå visningen av kanter på bilder som ligger ved siden av hverandre.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares nærmere ved hjelp av et utførelseseksempel. Der viser

fig.l et generelt oppriss av en projeksjonsinnretning

under anvendelse av lukker-briller,

fig.

2a-d avbildninger av forskjellige indikasjonssekven-

ser for to betraktere,

fig. 3 en sylindrisk projeksjonsinnretning med avbildning av et virtuelt objekt, og

fig. 4 en kuleformet projeksjonsinnretning med et virtuelt objekt som vises innenfor.

På fig. 1 er det vist en regnemaskin 1 som styrer en projektor 5 og/eller en projeksjonsinnretning 4 og som overfø-rer bildesignaler til disse. Regnemaskinen avgir dessuten et styringssignal til en infrarød-sender 2, som overfører infrarøde signaler til mottageren som er anordnet i lukker-brillen 3. Regnemaskinen 1 styres slik at det på projeksjonsinnretningen 4 eller projeksjonsinnretningen 5 indikeres sekvensielt efter hverandre avbildninger som kan betraktes med lukker-brillen 3 som kobles om til tilsvarende rytme ved hjelp av den infrarøde styring slik at det for betrakteren danner seg et stereoskopisk bilde.

Hovedprinsippet for styringen av indikasjonsanordninger via projektorer 5. eller projeksjonsinnretninger 4 og styring av lukker-briller 3, adskiller seg ikke ved én eller flere betraktere. Ved fremstilling av en eneste bildeinformasjon for flere betraktere anvendes det helt enkelt et tilsvarende større antall lukker-briller. Ved anvendelsen av innret-ningen ifølge fig. 1 for den samtidige fremstilling av forskjellige stereoskopiske avbildninger for flere betraktere skal regnemaskinen 1 styres slik at den sekvensielle følge av de forskjellige avbildinger overføres til de respektive betrakterne i den riktige tilordning. Fig. 2 viser fire alternative muligheter av den sekvensielle stereoskopiske fremstilling av forskjellige avbildninger for to betraktere. Angivelsene i venstre spalte betyr IL = venstre øye betrakter 1, IR = høyre øye betrakter 1, 2L venstre øye betrakter 2, 2R - høyre øye betrakter 2. Fig. 2a viser fremstillingsrekkefølgen IL, IR, 2L, 2R som gjentar seg i hver periode av taktfrekvensen. Fig. 2b viser rekkefølgen IL, 2L, IR, 2R. Fig. 2c viser rekkefølgen IL, IR, 2R, 2L, mens fig. 2d viser rekkefølgen IL, 2R, IR, 2L. Sekvensene av fremstillingen av figurene 2b og 2d har den fordel at den subjektive flimmeroppfatning hos betrakteren på den ene side nedsettes da tidsfølgen av avbildningen i forhold til sekvensene på fig. 2a og 2c er mer jevn, og dessuten fordi krysstalen mellom venstre og høyre avbildning er betraktelig nedsatt på grunn av den tidsmessige av-stand. Når avbildningene for den første og andre betrakter dessuten er ubetydelig forskjellige, er også krysstalen mellom betrakterens avbildninger relativt ubetydelig.

Selv om fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, spesielt ved stereoskopisk fremstilling, øker flimmereffekten overfor en eneste avbildning, kan denne effekt igjen minskes ved å øke taktfrekvensen av avbildningen, f.eks. til 160 - 180 Hz, idet verdien begrenses kun av den maksimale koblingsfre-kvens av lukker-briliene.

For å fordoble antallet betraktere og samtidige avbildninger kan lukker-brillene og projeksjonsinnretningene dessuten alternativt forsynes med polarisasjonsfiltre som enten er

lineært forskjellig eller sirkulært polarisert. Lyssvekkel-sene som oppstår ved anvendelsen av polarisasjonsfiltre kan kompenseres ved å øke lysstyrken i projektorene, og ved å anvende flere projektorer for hver betrakter og/eller hver polarisasjonsretning, eller til og med ved å anvende et antall projektorer for hver enkel avbildning for et enkelt øye.

Selv om det her i dette utførelseseksempel bare er tale om to hhv. fire betraktere, er antallet betraktere som betrakter den samme avbildning selvfølgelig ikke begrenset til to hhv. fire, men hvilket som helst antall.

Fig. 3 viser en projeksjonsanordning som inneholder en sylinderformet skjerm 8 som på innersiden er utstyrt med en egnet roterende projeksjonsinnretning. To betraktere 6 og 7 befinner seg utenfor projeksjonsskjermen. Projektoren(e) kaster et virtuelt bilde fra innersiden mot projeksjonsflaten. Figuren viser det virtuelle bilde 9 av en bil. For to betraktere trengs det to avbildninger som kan skilles fra

hverandre ved hjelp av egnede polarisasjonsfiltre eller ved lukker-anord-ninger. Ved anvendelse av en polarisasjonsinn-retning anvendes en første projektor for å kaste en avbildning i en første polarisasjonsretning på projektorskjermen, mens en andre projektor er forsynt med en andre polarisa-sjons innretning som fortrinnsvis gir en i forhold til den første projeksjonsretning loddrett polarisasjonsretning. Når begge betrakterne bærer tilsvarende polarisasjonsbriller, kan bildene som projektorene kaster på den sylinder-formede skjerm, gjøres separat tilgjengelige for de respektive betrakterne. De to betrakterne 6 og 8 ser således kun det respektive tilordnede bilde. F.eks. ser betrakteren 8 detaljene 10, mens betrakteren 7 ser detaljene 11 av det virtuelle bilde 9.

Mens det uten ytterligere forholdsregler for betrakterne bare er mulig å oppfatte to forskjellige bilder, kan bildene med et i og for seg kjent Tracking-system beregnes og plottes slik at bildene ved en bevegelse av betrakterne 6 og 7 rundt den sylindriske projeksjonsvegg beregnes på nytt slik at objektet 9 anses som virtuelt faststående, mens betrakteren beveger seg rundt projeksjonsskjermen. Således oppstår den illusjon som om han var i stand til å betrakte objektet fra alle sider. Når det anvendes et tilstrekkelig rask dataanlegg for å plotte på nytt beregnede bilder uav-hengig av betrakterens respektive posisjon, ser det virtuelle objekt for betrakteren ut som et realt objekt som kan betraktes fra forskjellige sider.

Fig. 4 viser en kuleformet projeksjonsanordning 12 ved hvilken det virtuelle bilde 9 likeledes kan betraktes i projeksjonsflatens indre. Her er det i tillegg til fremstillingen på fig. 3 også mulig å vise et oppriss ovenfra og nedenfra slik at det virtuelle objekt kan oppfattes i sin helhet.

Illusjonen av et virtuelt objekt kan økes vesentlig, når den virtuelle fremstilling indikeres som stereoskopisk avbildning. Hertil må betrakterne bære bildeseparatorer for å kunne tilordne betrakterens begge øyne det respektive tilordnede stereoskopiske bilde. Bildeseparatorene er enten lukker-anordninger eller polarisasjonsinnretninger. Således synes avbildningen for betrakterne ikke bare å være på en plan flate, men synes å være virtuelt i rommet, idet den stereoskopiske perspektive kan legges fast ved en tilsvarende justering av enkeltbildene slik at objektene som skal betraktes, synes for betrakteren å ha frigjort seg fra projeksjonsflatens plan. Det danner seg således en visuell oppfatning av en holografisk fremstilling.

Ved hjelp av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er det således mulig å tilveiebringe totalt forskjellige 3D-avbildninger på et lerret eller en dataskjerm for to eller flere betraktere. Dette er spesielt fordelaktig ved visuel-le fremstillinger av arbeidsoperasjoner i skoleringsinnret-ninger.

Selv om disse, utførelser i det vesentlige vedrører den stereoskopiske projeksjon, er oppfinnelsen ikke begrenset til denne, men omfatter også en mono-fremstilling ved hvilken forskjellige betraktere kan se forskjellige mono-avbildninger.

Claims (14)

1. System for projeksjon av ikke-holografiske 3D-bildepresentasjoner på en plan projeksjonsinnretning (4,8,12) hvor avbildninger (9) som er beregnet på en betrakters øyne, settes i forhold til betrakterens (6, 7) respektive posisjon, idet sensorer som er tilordnet betrakteren, bestemmer betrakterens respektive posisjon, og på projeksjonsinnretningen vises et virtuelt rommelig tilordnet objekt (9) tilsvarende betrakterens betraktningsposisjon, karakterisert ved at det for en samtidig oppfatning av forskjellige 3D-avbildninger på den samme projeksjonsinnretning hos flere betraktere, skjer det en samtidig indikasjon av flere 3D-avbildninger som er tilordnet betrakternes respektive betraktningsposisjon, og at de respektive betrakterne har tilordnet bildeseparasjonsmidler som er utført som lukker- eller polarisasjonsbriller ved hjelp av hvilke kun de avbildninger blir tilgjengelige som er tilordnet deres posisjon, idet det for stereoskopisk betraktning av objektet frembys betrakterens høyre og venstre øye to 3D-avbildninger som er adskilt ved hjelp av bildeseparatorer.

2. System som angitt i krav 1, karakterisert ved at 3D-avbildningene som er tilordnet de respektive betrakterne, kan indikeres kronologisk sekvensielt, idet bildeseparasjonsmidlene er lukker-briller som er synkronisert med avbildningene.

3. System som angitt i krav 1, karakterisert ved at 3D-avbildningene som er tilordnet de respektive betrakterne skjer samtidig, idet bildeseparasjonsmidlene er polarisasjonsbriller (3) som kun lar passere de 3D-avbildninger som tilsvarer deres polarisasjonsretning og er tilordnet den respektive betrakters betraktningsposisj on.

4. System som angitt i krav 2, karakterisert ved at tidsvarigheten i hvilken en betrakters respektive lukker-brille er koblet lysgjennomtrengelig for hvert øye innenfor en periode av taktfrekvensen, er avkortet i forhold til betrakternes antall.

5. System som angitt i krav 4, karakterisert ved at avbildningenes takt-frevkens ved flere betraktere er øket i forhold til betrakternes antall.

6. System som angitt i krav 4 eller 5, karakterisert ved at avbildningene ved en fremstilling for to betraktere skjer i følgende rekkefølge:

7. System som angitt i krav 1, karakterisert ved at separatorene er po-larisas jonsanordninger, og bildeseparatormidlene er lukker-anordninger.

8. System som angitt i krav 1, karakterisert ved separatorene er lukker-anordninger, og bildeseparasjonsmidlene er polarisasjonsanordninger.

9. System som angitt i krav 1 og 2, karakterisert ved projeksjonsinnretningen er et katodestrålerør (4) eller et LCD-display.

10. System som angitt i krav l, karakterisert ved at projeksjonsinnretningen er en projeksjonsskjerm.

11. System som angitt i krav 10, karakterisert ved at projeksjonsinnretningen er en sylindrisk projeksjonsskjerm (8) som projise-res på overflaten fra innersiden av skjermen.

12. System som angitt i krav 10, karakterisert ved at projeksjonsinnretningen er en kuleformet projeksjonsskjerm (12) som projise-res på overflaten fra innersiden av skjermen.

13. System som angitt i et av kravene 9-12, karakterisert ved at de forskjellige avbildningene indikeres av en eneste sekvensielt koblet pro-j eksj onsinnretning.

14. System som angitt i et av kravene 10, 11 eller 12, karakterisert ved at hver polarisasjonsretning av polarisasjonsbrillene er tilordnet en projek-sj onsinnretning.