RU2736699C1 - Объемный дисплей - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к устройствам для вывода изображений. Объемный дисплей включает в себя криволинейный экран, а также проектор изображения, по меньшей мере одну линзу, блок точного определения положения головы пользователя, соединенный с вычислительным блоком, соединенным с проектором. Вычислительный блок выполнен с возможностью пересчета перспективы изображения в виртуальном пространстве в зависимости от координат и направления поворота головы пользователя в трехмерном пространстве для создания у пользователя иллюзии свободного перемещения в виртуальном пространстве. Вычислительный блок соединен с модулем изменения формы поверхности экрана, располагаемым с внешней стороны экрана, и выполненного с возможностью изменения формы поверхности экрана путем надавливания на него набором выдвижных элементов, входящих в состав модуля изменения формы поверхности экрана. Изобретение обеспечивает перестройку изображения в зависимости от положения головы пользователя, в том числе ее координат и углов наклона, без использования специальных очков или шлема. 8 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к устройствам для вывода изображений, а именно к объемным дисплеям, включающим в себя криволинейный экран, а также проектор изображения, который передает изображение на экран через, по меньшей мере, одну линзу и может быть использовано для передачи пользователю объемной визуальной информации, а также для моделирования виртуальной реальности без использования очков.

В настоящем описании использованы следующие термины и сокращения:

Объемный дисплей – дисплей, экран которого имеет не плоскую поверхность, а криволинейную в пространстве, выпуклую, в виде многогранника, сферы и т.д.

VR – виртуальная реальность;

AR – дополненная реальность;

AI - искусственный интеллект.

3dоf – Три степени свободы — указывает на возможность геометрической фигуры совершать геометрические движения в (трёхмерном) пространстве, а именно: двигаться вперёд/назад, вверх/вниз, влево/вправо (в декартовой трёхмерной системе координат),

6dоf - Шесть степеней свободы (аббревиатура 6DoF, от англ. Six degrees of freedom) - указывает на возможность геометрической фигуры совершать геометрические движения в (трёхмерном) пространстве, а именно: двигаться вперёд/назад, вверх/вниз, влево/вправо (в декартовой трёхмерной системе координат), а также совершать повороты углов Эйлера вокруг каждой из трёх взаимно перпендикулярных осей (рыскание, тангаж, крен).

Уровень техники

В настоящее время все большее распространение приобретает виртуальная реальность. Но обычно для ее реализации необходимы специальные устройства, типа очков виртуальной реальности, которые одеваются на человека. Но это неудобно, так как не дает полного ощущения передачи нахождения в другом месте, очки виртуальной реальности достаточно громоздкие и своим присутствием не дают полностью ощутить все достоинства виртуальной реальности. Кроме того, пользователь в них не видит свои тело, в особенности руки, поэтому движения и манипуляция реальными и виртуальными предметами затруднены. Кроме того, они блокируют вид лица пользователя, поэтому блокируют общение с использованием мимики.

Но можно вместо очков использовать сферический экран, который будет демонстрировать сформированное изображение в большей части поля зрения пользователя, и за счет этого создавать иллюзию погружения в виртуальное пространство. Так известен из уровня техники объемный дисплей, включающий в себя множество криволинейных участков экрана, образующих, по меньшей мере, часть сферы, а также проектор изображения, который передает изображение на экран через, по меньшей мере, одну линзу см. патент РФ на изобретение № 2718777, опубликован 18.03.2020.

Данное устройство является наиболее близким по технической сути и достигаемому техническому результату и выбрано за прототип предлагаемого изобретения как устройства.

Недостатком этого прототипа является то, что в нем отсутствует перестройка изображения в зависимости от точки зрения пользователя, что не позволяет реализовать эффект нахождения в виртуальной реальности. В частности невозможно обеспечить перестройку изображения в зависимости от местоположения головы пользователя.

Также пользователь не может манипулировать виртуальными объектами с помощью рук, что необходимо, например, в учебном или игровом процессе.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение, главным образом, имеет целью предложить объемный дисплей, включающий в себя криволинейный экран, а также проектор изображения, который передает изображение на экран через, по меньшей мере, одну линзу, позволяющий, по меньшей мере, сгладить, как минимум, один из указанных выше недостатков, а именно: обеспечить перестройку изображения в зависимости от положения головы пользователя, в том числе ее координат в трех измерениях и углов наклона, поворота по трем взаимно перпендикулярным осям, что позволяет моделировать виртуальную реальность в режиме шести степеней свободы без использования специальных очков или шлема, что дает дополнительный эффект присутствия и является решаемой поставленной задачей.

Для достижения этой цели объемный дисплей включает в себя блок точного определения положения головы пользователя, соединенный с вычислительным блоком, соединенным с проектором, при этом вычислительный блок выполнен с возможностью пересчета перспективы изображения в виртуальном пространстве в зависимости от координат и направления поворота головы пользователя в трехмерном пространстве для создания у пользователя иллюзии свободного перемещения в виртуальном пространстве.

Благодаря данным выгодным характеристикам появляется возможность пересчитывать выводимое проектором изображение в зависимости от положения головы пользователя, в том числе ее координат в трех измерениях и углов наклона, поворота по трем взаимно перпендикулярным осям что дает дополнительный эффект присутствия. От любого наклона, поворота или движения головы изображение перестраивается, отражая изменение точки зрения в виртуальном пространстве.

Существует вариант изобретения, в котором блок определения положения пользователя включает в себя модуль определения положения глаз пользователя.

Благодаря данным выгодным характеристикам появляется возможность точно пересчитывать выводимое проектором изображение, изменяя его в соответствии с точкой зрения пользователя в виртуальном пространстве для левого и правого глаза одновременно.

Существует вариант изобретения, в котором блок определения положения пользователя включает в себя модуль определения положения рук пользователя.

Благодаря данным выгодным характеристикам появляется возможность точно пересчитывать выводимое проектором изображение, подстраивая его под положение рук пользователя, что дает возможность транслировать виртуальные предметы, которыми может управлять пользователь – менять их положение, поворачивать, перемещать.

Существует еще и такой вариант изобретения, в котором блок точного определения положения головы пользователя выполнен в виде моно или стерео видеокамеры, работающей в видимом или в инфракрасном диапазоне.

Благодаря данной выгодным характеристикам появляется возможность определения местоположения пользователя по изображениям, получаемым с видеокамеры видимого или инфракрасного спектра. В общем случае видеокамер может быть две или больше для построения точной пространственной сцены.

Существует кроме того и такой вариант изобретения, в котором блок определения положения пользователя включает в себя модуль определения положения датчиков, закрепляемых на пользователе.

Благодаря данной выгодной характеристике появляется возможность повысить точность определения положения пользователя и его отдельных частей (головы, рук), за счет наличия дополнительных сигналов, излучаемых датчиками, закрепленными на пользователе. Например, это могут быть датчики на голове, закрепленные около ушей, глаз, на головном уборе, или датчики на руках, закрепленные на браслетах, перчатках.

Существует, кроме всего прочего, вариант изобретения, в котором блок определения положения пользователя включает в себя модуль определения положения меток, закрепляемых на пользователе.

Благодаря данной выгодной характеристике появляется альтернативная возможность повысить точность определения положения пользователя и его отдельных частей (головы, рук), за счет наличия специальных пассивных меток, например QR-кодов или инфракрасных меток, закрепляемых на пользователе, которые упростят процесс распознавания изображений.

Существует, наконец, вариант изобретения, в котором вычислительный блок соединен с модулем изменения формы поверхности экрана, располагаемым с внешней стороны экрана, и выполненного с возможностью изменения формы поверхности экрана путем надавливания на него набором выдвижных элементов, входящих в состав модуля изменения формы поверхности экрана.

Благодаря данной выгодной характеристике появляется возможность дополнительно усиливать передачу трехмерного изображения в динамике для пользователя и увеличивать эффект присутствия.

Краткое описание чертежей

Другие отличительные признаки и преимущества изобретения ясно вытекают из описания, приведенного ниже для иллюстрации и не являющегося ограничительным, со ссылками на прилагаемые рисунки, на которых:

- фигура 1 схематично изображает функциональную схему объемного дисплея, согласно изобретению, вид сбоку;

- фигура 2 схематично изображает функциональную схему объемного дисплея, согласно изобретению, вид спереди;

- фигура 3 схематично изображает разные положения пользователя перед экраном, согласно изобретению, вид сверху;

- фигура 4 схематично изображает изображение объемного дисплея, согласно изобретению, соответствующее положению пользователя в точке А;

- фигура 5 схематично изображает изображение объемного дисплея, согласно изобретению, соответствующее положению пользователя в точке В;

- фигура 6 схематично изображает этапы использования объемного дисплея, согласно изобретению;

- фигура 7 схематично изображает отличие трех степеней свободы и шести, согласно уровню техники;

- фигура 8 схематично изображает пример использования изобретения в виде проведения виртуальной видеоконференции, согласно изобретению.

Согласно фигурам 1-2 объемный дисплей включает в себя криволинейный экран 1, а также проектор 2 изображения, который передает изображение на экран 1 через, по меньшей мере, одну линзу 3. Объемный дисплей включает в себя блок 4 точного определения положения головы пользователя, соединенный с вычислительным блоком 5, соединенным с проектором 1, при этом вычислительный блок 5 выполнен с возможностью пересчета перспективы изображения в виртуальном пространстве в зависимости от координат и направления поворота головы пользователя в трехмерном пространстве для создания у пользователя иллюзии свободного перемещения в виртуальном пространстве.

Блок 4 точного определения положения головы пользователя может опционально включать в себя модуль определения положения глаз пользователя.

Блок 4 точного определения положения головы пользователя может опционально включать в себя модуль определения положения рук пользователя. На фигуре не показан.

Блок 4 точного определения положения головы пользователя выполнен в виде моно или стерео видеокамеры, работающей в видимом или в инфракрасном диапазоне. Пример такого осуществления – Kinect, см. например: https://ru.wikipedia.org/wiki/Kinect

Блок 4 точного определения положения головы пользователя может опционально включать в себя модуль определения положения датчиков 6, закрепляемых на пользователе.

Блок 4 точного определения положения головы пользователя может опционально включать в себя модуль определения положения меток, закрепляемых на пользователе. На фигуре не показаны.

Кроме того, пользователь может дополнительно использовать стереочки, например очки с красной/синей пленкой, поляризационные очки, что позволит воспринимать ему трехмерное изображение.

Также может производиться сшивка проекции с нескольких проекторов, а не с одного.

В частном случае вычислительный блок может быть соединен с модулем 7 изменения формы поверхности экрана, располагаемым с внешней стороны экрана, и выполненного с возможностью изменения формы поверхности экрана путем надавливания на него набором выдвижных элементов 71, входящих в состав модуля изменения формы поверхности экрана. Модуль изменения формы поверхности экрана моет представлять собой набор выдвижных цилиндров, каждый из которых имеет собственный привод, меняющий его положение между начальным положением и выдвинутым, когда он меняет геометрию экрана. Выдвигая множество цилиндров одновременно можно приблизить к пользователю часть экрана и формировать на нем фигуры. Например, можно сформировать фигуру человека. Если в этот же момент с внутренней стороны экрана проектор будет проецировать на выдвинутую фигуру изображения человека, соответствующее выдвинутой фигуре, то пользователь будет видеть объемное изображение фигуры человека.

На фигурах также показаны ножки экрана 8, необходимые для обеспечения его вертикального положения.

Для того чтобы отслеживать положение рук пользователя, могут быть использованы:

1. Контроллеры с 3 степенями свободы (3DoF), которые ограничены вращательным отслеживанием. Контроллеры 3DoF не имеют позиционного отслеживания, и мы не можем протянуть руку и не сдвинуть руку назад и вперед или вверх-вниз. Наличие контроллера только с 3DoF - это как рука и запястье без руки. Компоненты контроллера 3DoF обеспечивают вращательное отслеживание, модель по умолчанию, соответствующую реальному оборудованию, и события для абстрактного отображения кнопок. Контроллеры для Google Daydream и Samsung GearVR имеют 3DoF, и оба поддерживают только один контроллер для одной руки.

1.1 Контроллеры Daydream. Компонент Daydream-controls взаимодействует с контроллерами Google Daydream. Он обертывает компонент отслеживаемых элементов управления, добавляя сопоставления кнопок, события и модель контроллера Daydream, которая выделяет нажатые и / или нажатые кнопки (трекпад).

1.2. GearVR-контроллеры. Компонент gearvr-controls взаимодействует с контроллерами Samsung / Oculus Gear VR. Он обертывает компонент отслеживаемых элементов управления, добавляя сопоставления кнопок, события и модель контроллера Gear VR, которая выделяет нажатые и / или нажатые кнопки (трекпад, триггер).

Но кроме того для того, что отслеживать положение рук пользователя могут быть использованы:

2. Контроллеры с 6 степенями свободы (6DoF), которые имеют как вращательное, так и позиционное отслеживание. В отличие от контроллеров с 3DoF, которые ограничены ориентацией, контроллеры с 6DoF могут свободно перемещаться в трехмерном пространстве. 6DoF позволяет нам продвигаться вперед, за спиной, двигать руками по нашему телу или близко к нашему лицу. Наличие 6DoF похоже на реальность, где у нас есть обе руки и руки. 6DoF также применяется к гарнитуре и дополнительным трекерам (например, ногам, реквизитам). Наличие 6DoF является минимальным для обеспечения действительно впечатляющего опыта VR.

Компоненты контроллера 6DoF обеспечивают полное отслеживание, модель по умолчанию, соответствующую реальному оборудованию, и события для абстрактного отображения кнопок. HTC Vive и Oculus Rift с Touch обеспечивают 6DoF и контроллеры для обеих рук. HTC Vive также предоставляет трекеры для отслеживания дополнительных объектов в реальном мире в VR.

2.1. Контроллеры Vive.Компонент vive-controls взаимодействует с контроллерами HTC Vive / палочками. Он обертывает компонент отслеживаемых элементов управления, добавляя сопоставления кнопок, события и модель контроллера Vive, которая выделяет нажатые кнопки (триггер, ручка, меню, система) и трекпад.

2.2. Сенсорные контроллеры Oculus. Компонент oculus-touch-controls взаимодействует с контроллерами Oculus Touch. Он включает компонент отслеживаемых элементов управления, добавляя сопоставления кнопок, события и модель контроллера Touch.

Позиционирование пользователя может быть осуществлено разными способами. Могут быть использованы разные виды систем позиционирования. Прежде всего, это спутниковые навигационные системы – GPS, ГЛОНАСС, Бэйдоу, Galileo и другие. Наиболее многочисленную группу составляют радиочастотные технологии, включая радиочастотные метки – RFID.В отдельную группу можно выделить технологии инфракрасного и ультразвукового позиционирования. Среди радиочастотных технологий можно выделить технологии, изначально предназначенные для оказания услуг связи, так или иначе приспособленные для позиционирования (Wi-Fi, Bluetooth, сотовая связь), и те, которые по физическим свойствам модуляции в наибольшей мере подходят для позиционирования – это CSS (ISO24730-5), UWB, NFER и другие. В нашем случае подходят «локальные» системы позиционирования, к которым относятся оптические (обычно инфракрасные) и ультразвуковые системы. Их радиус действия невелик – 3-10 метров.
Их преимущество в том, что поскольку свет и звук практически не проходят через стены и двери, они гарантируют «room level accuracy» – факт нахождения контролируемого объекта в конкретном помещении.

Инфракрасное позиционирование. Мобильная метка в системе инфракрасного позиционирования испускает инфракрасные импульсы, которые принимаются приемниками системы, имеющими фиксированные координаты. Местонахождение метки рассчитывается по Time-of-flight (ToF) – времени распространения сигнала от источника до приемника. Недостаток метода – чувствительность к помехам от солнечного света. Применение ИК лазера повышает дальность, точность, но к сожалению и стоимость. Точность позиционирования этим методом 10-30 сантиметров.

Ультразвуковое позиционирование. В системах ультразвукового позиционирования используются частоты от 40-130 кГц. Для определения координат метки обычно измеряют ToF до четырех приемников.
Основной недостаток – чувствительность к потерям сигнала при наличии (появлении) даже «легких» препятствий, к ложным эхо-сигналам и к помехам от источников ультразвука, например, от ультразвуковых дефектоскопов, аппаратов ультразвуковой очистки на производстве, УЗИ в больнице. Чтобы исключить эти недостатки, требуется тщательно планировать систему.
Достоинство ультразвуковых систем – высочайшая точность позиционирования, достигающая трех сантиметров.

Системы позиционирования с использованием пассивных радиочастотных идентификаторов (RFID). Основное назначение систем с пассивными RFID метками – идентификация. Они применяются в системах, традиционно использовавших штрих-коды или магнитные карточки – в системах распознавания товаров и грузов, опознания людей, в системах контроля и управления доступом (СКУД) и т.п.

Система включает RFID метки с уникальными кодами и считыватели и работает следующим образом. Считыватель непрерывно генерирует радиоизлучение заданной частоты. ЧИП метки, попадая в зону действия считывателя, использует это излучение в качестве источника электропитания и передает на считыватель идентификационный код. Радиус действия считывателя составляет около метра.

Системы позиционирования с использованием активных RFID.
Активные радиочастотные метки используются при необходимости отслеживания предметов на относительно больших расстояниях (например, на территории сортировочной площадки). Рабочие частоты активных RFID – 455МГц, 2,4ГГц или 5,8ГГц, а радиус действия – до ста метров. Питаются активные метки от встроенного аккумулятора.

Существуют активные метки двух типов: радиомаяки и транспондеры. Транспондеры включаются, получая сигнал считывателя. Они применяются в АС оплаты проезда, на КПП, въездных порталах и других подобных системах. Радиомаяки используются в системах позиционирования реального времени. Радиомаяк отправляет пакеты с уникальным идентификационным кодом по команде либо с заданной периодичностью. Пакеты принимаются как минимум тремя приемниками, расположенными по периметру контролируемой зоны. Расстояние от маячка до приемников с фиксированными координатами определяются по углу направления на маячок Angle of arrival (AoA), по времени прихода сигнала Time of arrival (ToA) или по времени распространения сигнала от маячка до приемника Time-of-flight (ToF). Инфраструктура системы строится на базе проводной сети и в двух последних случаях требует синхронизации.

Позиционирование по технологии «ближнего поля». Технология измерения расстояния в ближнем электромагнитном поле (Near-field electromagnetic ranging – NFER) использует метки-передатчики и один или несколько приемников. В системах NFER приемник для определения расстояния измеряет разность фаз между электрической и магнитной составляющими излучаемого меткой электромагнитного поля. Поскольку эта разность изменяется от 90° около излучающей антенны до нуля на расстоянии полуволны, именно длина полуволны определяет радиус действия системы. При частоте 1 МГц длина волны составляет 300 м, а радиус действия –150 м, при частоте 10 МГц – 30 и 15 м соответственно.
Точность позиционирования в реальных условиях составляет около метра на расстоянии до 30 метров. Относительно низкая частота радиоволн облегчает их прохождение в сложных производственных средах. Радиоволны огибают препятствия, не отражаются. Поэтому NFER технология имеет преимущества при сложной конфигурации помещений с большим количеством препятствий.
Недостаток NFER системы связан с низкой эффективностью антенны. Для эффективной работы антенна должна быть соизмерима с длиной волны. В действительности она в сотни раз меньше, что требует увеличения мощности передатчика, а соответственно габаритов и веса меток.

Ultra Wideband (UWB) позиционирование. Технология UWB (сверхширокополосная) использует короткие импульсы с максимальной полосой пропускания при минимальной центральной частоте. У большинства производителей центральная частота составляет несколько гигагерц, а относительная ширина полосы – 25-100%. Это обеспечивается передачей коротких импульсов, широкополосных по своей природе. Идеальный импульс (волна конечной амплитуды и бесконечно малой длительности), как показывает анализ Фурье, обеспечивает бесконечную полосу пропускания. UWB сигнал не походит на модулированные синусоидальные волны, а напоминает серию импульсов.

Преимущества технологии: надежная работа, высокая точность, устойчивость к многолучевому затуханию. Ограничения: сложность создания передатчика существенной мощности (типичная мощность – 50 мкВт, наиболее мощного – 10 мВт). Кроме того, существуют ограничения со стороны органов частотного регулирования (системы, как правило, приходится использовать в помещениях, где их маломощный сигнал практически не детектируется на фоне шума). Инфраструктура системы строится на базе проводной сети и требует синхронизации.

Перечисленные технологии не ограничивают перечень возможных технологий, которые могут применяться для определения местоположения пользователя.

Экран может быть разборным, выполненным, в том числе на разборном каркасе, который состоит из отдельных ребер, вставляемых одно в другое с образованием каркаса полусферы. К этому собранному каркасу может быть прикреплен экран с помощью любых средств. Например, крепления типа «липучка». Также экран для удобства может иметь дополнительные крепежные ленты. Они могут быть выполнены из ткани или из такого же материалы, как и экран, в качестве которого может быть выбран неопрен. Каркас может быть выполнен из стекловолокна, чтобы обеспечить прочность и малый вес конструкции.

Для удобства изготовления и сборки каркас может быть собран по принципу геодезического купола, или по принципу нескольких концентрических колец, которые крепятся между собой с помощью дуг. В таком варианте возможно рассчитать и разместить кольца так, что все дуги между ними имели одинаковую длину.

Для создания ровной поверхности без складок и заломов экран может быть выполнен, в том числе, из ткани или пленки, которая натягивается из-за перепада давления воздуха. Для этого из пленки или ткани, не пропускающей воздух, создаются две полусферы с разным диаметром. Большая полусфера крепится к кольцу большего диаметра и фиксируется каркасом, который собирается поверх полусферы или внутри нее. Меньшая полусфера крепится к кольцу меньшего диаметра. Каркас и кольца могут быть выполнены из металлических или стеклопластиковых стержней. Меньшая полусфера размещается внутри большей полусферы. Пространство между кольцами в основании большой и меньшей полусферы закрывается пленкой или тканью, не пропускающей воздух. Таким образом получается двойная полусфера, при этом внешняя полусфера закреплена каркасом и кольцом в основании, а внутренняя полусфера закреплена только кольцом в основании. Затем воздух, находящийся между полусферами, откачивается. Внутренняя полусфера расправляется и натягивается за счет перепада давления.

Осуществление изобретения.

Объемный дисплей работает следующим образом, см. фигуру 6.

Этап А0. Предварительно собирают каркас в полусферу и закрепляют на него экран 1. Устанавливают внутри проектор 2 и систему линз 3 для передачи изображения. Устанавливают позади экрана модуль изменения формы поверхности экрана, соединяют все модули и проект с вычислительным устройством и модулем определения положения пользователя, который может быть выполнен как в виде одной или нескольких видеокамер или в виде модуля определения положения специальных датчиков или меток, закрепляемых на пользователе. В этом случае предварительно закрепляют эти датчики или метки на пользователе.

Этап А1. Пользователь становится или садится внутри объемного экрана лицом к нему.

Этап А2. Дисплей проецирует изображение на внутреннюю поверхность сферы на фрагменты экрана 1, соединенные между собой.

Этап А3. Блок 4 точного определения положения головы пользователя определяет положение головы и глаз пользователя, в том числе ее координат и углов наклона, поворота по трем взаимно перпендикулярным осям.

Этап А4. Вычислительный блок 5 по сигналам от блока точного определения положения головы пользователя производит пересчет вывода изображения в зависимости от местоположения пользователя для обеспечения перспективы просмотра изображения. В зависимости от передвижения пользователя или наклона или поворота его головы меняется изображение с обеспечением эффекта присутствия.

На фигуре 3 показано как меняется положение пользователя (вид сверху), а на фигурах 4 и 5 - как меняется выводимое в зависимости положения пользователя изображение. То есть на фигуре 4 показано схематично какое изображение выводится на экран, когда пользователь находится в точке А на фигуре 3, а именно виртуальные фигуры 10 и 9, а на фигуре 5 показано схематично какое изображение выводится на экран, когда пользователь находится в точке В на фигуре 3, а именно виртуальные фигуры 9 и 11.

Этап А5. Опционально выдвигают участки экрана внутрь конструкции модулем изменения формы поверхности экрана для увеличения трехмерного эффекта.

Промышленная применимость

Объемный дисплей может быть осуществлен специалистом на практике и при осуществлении обеспечивает реализацию заявленного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость» для изобретения.

В соответствии с предложенным изобретением изготовлен опытный образец объемного дисплея.

Испытания опытного образца объемного дисплея показали, что он обеспечивает возможность производить пересчет вывода изображения в зависимости от местоположения пользователя для обеспечения перспективы просмотра изображения.

Это происходит за счет того, что устройство позволят производить:

1. Автоматическое распознавание положения пользователя.

2. Автоматическое распознавание положения головы и, в частности глаз пользователя.

3. Автоматическое распознавание положения рук пользователя.

4. Автоматический пересчет выводимого на экран изображения, в зависимости от полученных координат пользователя.

Таким образом, за счет того, что объемный дисплей включает в себя блок точного определения положения головы пользователя, соединенный с вычислительным блоком, соединенным с проектором, при этом вычислительный блок выполнен с возможностью пересчета перспективы изображения в виртуальном пространстве в зависимости от координат и направления поворота головы пользователя в трехмерном пространстве для создания у пользователя иллюзии свободного перемещения в виртуальном пространстве и достигается указанный технический результат, а именно: в зависимости от положения головы пользователя, в том числе ее координат и углов наклона, поворота по трем взаимно перпендикулярным осям, что позволяет моделировать виртуальную реальность в режиме шести степеней свободы без использования специальных очков или шлема.

Предлагаемое изобретение возможно использовать в качестве:

1. Устройства для проведения иммерсивных тренингов персонала в режиме дополненной реальности, например для промышленности, с живым оборудованием в руках и виртуальной ситуацией на экране. Возможно использовать любое реальное оборудование и предметы, так как пользователь не использует шлем, видит свои рук, тело, управляет реальным оборудованием и предметами, при этом находясь в виртуальной реальности за счет экрана, на котором отражается виртуальное пространство в зависимости от реальной точки зрения пользователя.

2. Устройства для отработки в виртуальной сфере навыков, например, presentation skills, когда пользователь стоит или сидит перед аудиторией, проводит презентацию и при этом свободно двигается по «сцене».

3. Устройства для проведения иммерсивных образовательных программ, где ученик погружается в виртуальную обстановку с учебными сценариями без шлема, возможно в небольших группах.

4. Устройства для проведения VR/AR туров (виртуальной или дополненной реальности) – посещение реальных/виртуальных мест.

5. Устройства для игры, где есть шесть степеней свободы.

6. Устройства для просмотра фото и видео с картами глубины – volumetric photos / videos, которые позволяют рассматривать объекты с разных точек зрения.

7. Устройства для проведения VR/AR туров (виртуальной или дополненной реальности) по музеям.

8. Устройства для медицины и тренажеры – проведения реабилитации, например, беговая дорожка устанавливается перед экраном, и данные о скорости и наклоне дорожки синхронизируются с изображением виртуальной пробежки на экране. При этом при движении головы пользователя точка зрения и перспектива на экране перестраивается, это создает иллюзию нахождения в виртуальном пространстве в выбранной локации. Таким образом пользователь может совершать пробежки по виртуальным локациям.

9. Устройства для спорта в связке с велосипедом / лыжами /  и т. д. Возможно использовать любые спортивные снаряды и предметы, так как пользователь не использует шлем, видит свои рук, тело, предметы и снаряды, двигается свободно и комфортно, при этом находясь в виртуальной реальности.

10. Устройства VR-экскурсий для музеев. Еще одно преимущество перед шлемом виртуальной реальности - это возможность использования одного устройство несколькими пользователями сразу. Пересчет перспективы можно делать только на одного, например на ближайшего, или на самого двигающегося пользователя. Устройства для онлайн конференции в масштабе 1:1. В отличие от VR очков и шлемов вид лица пользователя не блокируется, видна мимика. Таким образом можно использовать камеру, направленную на пользователя, и демонстрировать второму участнику вид с этой камеры. При этом оба участника находятся в виртуальном пространстве и могут пользоваться расширенными инструментами совместной работы, такими как совместный просмотр документов, трехмерных объектов, манипуляция объектами в виртуальном 3д пространстве.

1. Устройства для онлайн конференции нескольких участников за одним виртуальным столом, аналог VR-чатов. В отличие от VR очков и шлемов вид лица пользователя не блокируется, видна мимика. Таким образом можно использовать камеру, направленную на пользователя. С помощью средств искусственного интеллекта можно убрать фон с такой камеры, оставить только изображение участника. Далее такие изображения от каждого участника расставляются в виртуальной сцене вокруг круглого стола, и эта виртуальная сцена проецируются на экране каждого участника. Таким образом создается иллюзия встречи за общим столом. При этом каждый участник обладает шестью степенями свободы, то есть перспектива виртуальной сцены перестраивается при движении, это усиливает эффект погружения. См. фигуру 8.

Claims (1)

1. Объемный дисплей, включающий в себя криволинейный экран, а также проектор изображения, который передает изображение на экран через, по меньшей мере, одну линзу, причем объемный дисплей включает в себя блок точного определения положения головы пользователя, соединенный с вычислительным блоком, соединенным с проектором, при этом вычислительный блок выполнен с возможностью пересчета перспективы изображения в виртуальном пространстве в зависимости от координат и направления поворота головы пользователя в трехмерном пространстве для создания у пользователя иллюзии свободного перемещения в виртуальном пространстве, отличающийся тем, что вычислительный блок соединен с модулем изменения формы поверхности экрана, располагаемым с внешней стороны экрана, и выполненного с возможностью изменения формы поверхности экрана путем надавливания на него набором выдвижных элементов, входящих в состав модуля изменения формы поверхности экрана.

Images