WO2005045531A1 - Verfahren und anordnung zur kombination von hologrammen mit computergrafik - Google Patents

Verfahren und anordnung zur kombination von hologrammen mit computergrafik Download PDF

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WO2005045531A1
WO2005045531A1 PCT/DE2004/002171 DE2004002171W WO2005045531A1 WO 2005045531 A1 WO2005045531 A1 WO 2005045531A1 DE 2004002171 W DE2004002171 W DE 2004002171W WO 2005045531 A1 WO2005045531 A1 WO 2005045531A1
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Oliver Bimber
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Bauhaus-Universität Weimar
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    • G03H2250/00—Laminate comprising a hologram layer
    • G03H2250/40—Printed information overlapped with the hologram

Definitions

  • the invention relates to a method for combining an optical hologram, which contains a virtual content, with computer graphics using a partially transparent optical element, a hologram, a monitor on the side of the partially transparent element facing away from a viewer and a video projector, the holographic image of the hologram appears overlaid with the image of the monitor.
  • the invention is preferably used for displaying computer-generated information in holograms, in particular also for highlighting hologram details.
  • a hologram is a photometric emulsion that carries interference patterns from coherent light. In contrast to a photograph, the recording not only stores the amplitude and the wavelength, but also the phase information, i.e. origin or direction, of incident light rays and is therefore able to produce a complete, optical one
  • Optical holograms are static, an interaction with the viewer is not possible.
  • multiplex holograms that consist of several narrow, vertical
  • Strip holograms are composed, which contain recordings of the same scene from different times or positions, the viewer can see the recorded scene in motion when he moves relative to the hologram.
  • Three-dimensional computer graphics combined with stereoscopic display techniques are an alternative that enables interaction.
  • Modern rendering processes on modern graphics hardware can produce interactive, realistic images, but they do not come close to the quality and fidelity of holographic ones
  • Autostereoscopic display techniques make it possible to view graphics generated with computers without special glasses. There are various autostereoscopic techniques to display objects from multiple perspectives at the same time and thus support multiple viewers. However, the resolution and rendering speed are reduced by the number of views created. In contrast, holographic images can cover all image depths, the perspective, the binocular appearance, the movement parallax, the convergence and the Play adjustment and reach a theoretically unlimited number of viewers.
  • Optical holograms can store and reproduce large amounts of information in a thin, holographic emulsion with almost no loss of quality. Resolutions of less than 3 ⁇ m are possible. Until this quality is achieved by increasing the computing capacity with other methods, a combination of interactive computer graphics and optical would be
  • US 510 92 89 describes a method for highlighting a selected area of a holographic image by brightening it and / or enlarging the area by means of a movable lens in the illumination beam path.
  • the disadvantage here is that the highlighting can only be done by brightening or enlarging, no additional information can be displayed within the hologram and only one area can be highlighted with one lens.
  • WO 96/35975 describes an arrangement for displaying an image of a
  • Object known which contains an optical system for generating the image, a partially transparent mirror and a display arrangement in the background, wherein an observer sees through the mirror - the image and the background representation superimposed, wherein the optical system can contain a holographic film, so that the holographic Picture before
  • the background image can be a computer monitor with moving images.
  • the invention has for its object to provide a method and an arrangement for carrying out the method with which optical holograms and interactive computer graphics can be combined harmoniously and uniformly, so that all components are optically sharp and separate and the holograms changed, especially highlighted , can be displayed.
  • the task is carried out using a method which the
  • optical holograms with graphic 2D and / or 3D elements represents an acceptable compromise between quality and interactivity. While the holographic image content guarantees high quality but remains static, the additional graphic information can be generated, inserted at interactive speeds, are modified and animated and are of high quality in their scale.
  • optical linking components such as beam splitters or semi-transparent mirrors are placed behind the
  • Hologram emulsion used. This makes a very compact structure possible for transmission holograms.
  • New reflection holograms which can be produced without a darkening layer, make it possible to dispense with a partially transparent, optical element, since they themselves function as such, in that light is both transmitted and reflected. They also enable vertical parallax to be displayed in contrast to conventional transmission holograms, which only depict horizontal parallax.
  • All white light holograms can thus be used, transmission and reflection holograms, including monochrome and color holograms. Real color representation is also possible, in particular with several hologram layers in succession.
  • HDI lamps high-performance discharge lamps
  • the holographic image can advantageously be manipulated.
  • a Z buffer depth buffer
  • a stencil buffer template buffer
  • an image buffer color buffer, frame buffer
  • the lighting conditions within the holographic image can be changed, in particular to show optical highlights of hologram details, to weaken or hide unimportant parts or to adapt the lighting on the hologram to the lighting on the computer graphics.
  • the old lighting conditions are advantageously first calculated out of an already calculated lighting image and the new ones are also included.
  • the holographic and the computer-generated appear through the autostereoscopic display of the computer graphics in connection with corresponding display arrangements, in particular a lenticular screen
  • Image content in three dimensions in the same room By using a detection device for the head and / or eye position of the viewer, in particular a head finder, the required observer position can be continuously adapted to the actual conditions.
  • the arrangement of a protective layer in front of the hologram on the one hand ensures a planar shape and on the other hand significantly reduces the risk of damage.
  • FIG. 1 shows an exploded view of an arrangement according to the invention with the exception of the projector
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of an arrangement according to the invention in cross section
  • FIG. 3 shows a flowchart of an algorithm for lighting image and computer graphics
  • FIG. 4 shows a flowchart of an alternative, simplified algorithm
  • FIG. 5 shows a schematic illustration of the change in lighting
  • Figures 6 and 7 are schematic representations of results of the inventive method.
  • FIG. 1 shows an example of how a transmission hologram can be combined efficiently with a lenticular screen 4 in front of an LCD display 5, which is a variant of a parallax screen that uses the refraction of a lenticular screen 4 in order to direct the light 6 onto different viewing areas.
  • the holographic emulsion 2 in front of a mirror beam splitter 3, it can be illuminated from the front by incident light 7 and can be enriched from the rear with a graphic R which emits light 6.
  • a thin glass plate 1 protects the emulsion 2 from damage.
  • the lenticular plate 4 directs the light 6 from the LCD matrix 5 through the first three layers 1, 2 and 3 to the eyes of a viewer V. That from one
  • Video projector P projected light 7 is transmitted through the first two layers 1 and 2 and partially reflected back by the beam splitter 3, the holographic image being reconstructed by the wavefront formed in the emulsion 2, which falls into the eyes of the viewer V as the emerging light 8 ,
  • a translucent reflection hologram ie without a darkening layer
  • the semitransparent mirror is not necessary, the hologram itself then acts as such.
  • any display instruments capable of displaying computer graphics can be used.
  • Flat panel channels are particularly well suited due to their space-saving design.
  • the method according to the invention naturally also works with active or passive stereoscopic instead of autostereoscopic display. Monoscopic display is also possible. Since there are currently no large autostereoscopic displays available, it is still necessary to switch to stereoscopic projection displays in order to be able to use the
  • FIG. 2 shows schematically how the selective illumination of the holographic plate 2 takes place in that the video projector P projects the illumination image I onto it. If the emulsion 2 is closely attached to the screen 5, both can be considered approximately identical.
  • the geometric area in which the display 5 shows the rendered computer graphic R is not illuminated, the viewer V sees the graphic R at this point in the holographic image without any overlay with any hologram content H.
  • the contents H and G of the hologram or the computer graphic are purely virtual and only become visible through the reconstruction of the wavefront from the emulsion 2 or through the display of the rendered graphic R on the display 5.
  • FIG. 3 An algorithm for calculating the lighting image I and the graphic R using conventional graphics hardware is shown in FIG. 3.
  • the image depth information in the form of the content H of the hologram 2 and the scene description of the content G of the computer graphics are assumed to be known. It makes sense that both are aligned to each other. This will expediently take place outside of normal operation. If optical markers are included in the recording of the hologram, cameras can be used to perform the alignment automatically.
  • the internal and external parameters of the projector P with respect to the holographic emulsion 2 must also be known. The prerequisites are expediently determined in a calibration outside of normal operation.
  • the algorithm takes into account both the three-dimensional relationships of the hologram content H and the graphic content G, with the result that, even if both virtually penetrate each other, the overall image is displayed correctly by only showing the parts of the graphic content G that are visible from the perspective of the Viewer V lie in front of the hologram content H, and on the other hand black areas are shown at the corresponding points on the illumination image I, so that the emulsion 2 is not illuminated there.
  • the hologram 2 is illuminated only at points where content H is also present, so that no undesired light reflections can occur in areas in which no hologram content H is visible.
  • a texture image T is created as an intermediate stage from the viewer V via the emulsion 2 and outside the optical axis by rendering the
  • Hologram content H generated in the defined light color and intensity in the Z and image buffer of the graphics card.
  • the graphic content G is then rendered into Z and template buffers using a Z buffer test.
  • the template areas are deleted in the image buffer with black.
  • the illumination image I is rendered on the optical axis by the projector P after all the buffers have been emptied and by writing an image of the emulsion 2 covered with the texture T into the image buffer.
  • the illumination image I is thrown onto the holographic emulsion 2 by the video projector P.
  • the graphic image R to be displayed on the screen 5 is rendered by the viewer V from and away from the optical axis in that the hologram content H is written into the Z buffer after the emptying of all buffers and the graphic content G using a Z buffer test in Z buffer and frame buffer is written.
  • An alternative, simplified algorithm is shown in FIG. 4. It works in principle the same as the algorithm described above, but irradiates hologram 2 with the exception of the areas of graphic R with predetermined color values, in particular uniformly with white light of maximum intensity.
  • step l.b) of the first algorithm above in which the hologram content H is written into the Z buffer and the image buffer, shading and shading techniques are used instead of rendering the hologram content H only with a uniform intensity.
  • the physical shading effects that have arisen from the real light sources when the hologram was recorded must first be neutralized. Then, for example, the effects of artificial light sources can be added.
  • This manipulation can also be carried out with conventional graphics hardware, in that two images of the hologram content H from the
  • a third image i 3 is generated by the hologram emulsion 2 is rendered from the perspective of the projector P from diffuse, white material with a point light source at the location of the projector P.
  • This intensity image i 3 represents the geometric relationship between the video projector P as a physical point light source and the holographic emulsion 2. It contains shape factors such as the attenuation of the intensity with the square of the distance and the angle dependence of the intensity of the light projected onto the hologram 2.
  • the final lighting image I is about the relationship for example calculated in real time with pixel shaders. This neutralizes the physical shades of the hologram image as best as possible and creates the new shades and shadows.
  • the graphic content R is again cut out using the stencil buffer.
  • Shadow casts on the graphic content G by the hologram content H can in turn be generated by known shading and shading techniques during the rendering of the graphic content G into the image buffer in the last step of the algorithm described above.
  • a detection device for the position of the viewer V is advantageously used, for example a head finder, so that the eye position of the viewer V with a defined error is known.
  • the cuboid with a cutout represents the holographic image of the hologram content H, which was illuminated from the bottom right when the picture was taken.
  • the cylinder with the pyramid-like attachment represents the computer graphics R rendered from the virtual graphic content G, which in a) is rendered with uniform brightness.
  • sub-picture b) the virtual The position and location of the graphic content G has been changed so that it appears to the cylinder in the recess in the cuboid.
  • the display 5 only shows the parts of the graphic content G as computer graphics R which would be visible in front of, next to or through the hologram content in a real arrangement.
  • the hologram 2 is illuminated in such a way that those parts that were behind the graphic content G in a real arrangement are dark, so that only the computer graphic R is visible there. Two completely different images are realistically combined.
  • the algorithm for changing the lighting is illustrated in sub-images c) and d). The original lighting of the
  • Hologram content H was neutralized and replaced by a virtual, new illumination from top left in sub-image c) and from top right in sub-image d).
  • special interaction devices can simulate a feedback based on the sense of touch on the holograpic and computer-graphic image content during the execution of the interactive tasks, for example by observing, evaluating the positions and / or movements of fingers and / or other limbs, and triggering corresponding actions.
  • the holographic image of a human skull is shown schematically in FIG. 7 a).
  • partial image b) the skull was realistically provided with chewing muscles by means of the method according to the invention.
  • the continuous muscle graphic content G is not rendered, since the zygomatic bone as part of the hologram content H during the
  • Algorithm is recognized as lying in front of the graphic content G due to its depth information.
  • An entire collection of art objects can be brought into a single album of holographic recordings and a display device similar to a light box can be used for visualization and interaction. ,
  • Optical holograms in museums can be enriched with multimedia animations. That opens up the possibility to get information about the
  • Ad variants are developed. For example, simply changing the mirror in transmission holograms allows any desired configuration
  • Shapes such as cylinders in multiplex holograms, instead simple, flat plates 1, 2, 4 and / or 5 are supported. Even without graphic enrichment, lighting with a P projector alone offers many options.
  • visual effects can be created. Certain parts of a hologram can, for example, be made temporarily or permanently invisible, while others are temporarily or permanently highlighted.
  • translucent holograms consisting of several layers can be activated in part with individual light projections by reconstruction at different angles. This simply supports animation effects similar to those of the multiplex holograms, without requiring the viewer to move with respect to the hologram or the hologram to move.
  • the techniques described can also be used for non-planar structures or holograms. All that needs to be done is to slightly change the projection techniques of the rendering process. Instead of projecting the texture onto a plane, namely the holographic plate as used in the algorithms, one has to project onto a corresponding, arbitrary geometry. In terms of rendering, this is done by covering any geometry with the generated texture as a projective texture. This projective texture mapping is supported by the hardware of every 3D graphics card; the correct texture coordinates are calculated automatically.

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Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, mit denen optische Hologramme und interaktive Computergrafik harmonisch und einheitlich kombiniert werden können, sodass alle Bestandteile optisch scharf und getrennt erkennbar sind und die Hologramme verändert, insbesondere auch teilweise hervorgehoben, dargestellt werden können. Erfindungsgemäss gelingt die Lösung der Aufgabe dadurch, dass das Hologramm durch ein von dem Videoprojektorprojiziertes Beleuchtungsbild beleuchtet wird und daraus eine für den Betrachter sichtbare, holographische Wellenfront rekonstruiert wird und gleichzeitig auf dem Monitor eine aus der Computergrafik gerenderte Computergrafik anzeigt wird. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kombination eines optischen Hologrammes (2), das einen virtuellen (H) Inhalt enthält, mit Computergrafik (G) unter Verwendung eines teildurchlässigen, optischen Elementes (3), eines Hologramms (2), eines Monitors, auf der von einem Betrachter (V) abgewandten Seite des teildurchlässigen Elementes (3) und eines Videoprojektors (P), wobei das 30 holographische Bild des Hologrammes (2) mit dem Bild des Monitors überlagert erscheint.

Description

Verfahren und Anordnung zur Kombination von Hologrammen mit Computergrafik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kombination eines optischen Hologrammes, das einen virtuellen Inhalt enthält, mit Computergrafik unter Verwendung eines teildurchlässigen, optischen Elementes, eines Hologramms, eines Monitors auf der von einem Betrachter abgewandten Seite des teildurchlässigen Elementes und eines Videoprojektors, wobei das holographische Bild des Hologrammes mit dem Bild des Monitors überlagert erscheint.
Die Erfindung wird vorzugsweise zur Darstellung von computergenerierten Informationen in Hologrammen eingesetzt, dabei insbesondere auch zur Hervorhebung von Hologrammdetails. Ein Hologramm ist eine fotometrische Emulsion, die Interferenzmuster von kohärentem Licht trägt. Die Aufnahme speichert im Gegensatz zu einer Fotografie nicht nur die Amplitude und die Wellenlänge, sondern auch noch die Phaseninformation, also Ursprung beziehungsweise Richtung, auftreffender Lichtstrahlen und ist dadurch in der Lage, eine vollständige, optische
Wellenfront zu rekonstruieren, die ein dreidimensionales Bild des aufgenommenen Inhaltes sichtbar macht.
Optische Hologramme sind statisch, eine Interaktion mit dem Betrachter ist nicht möglich. In Multiplex-Hologrammen, die aus mehreren engen, vertikalen
Streifenhologrammen zusammengesetzt sind, die Aufnahmen derselben Szene aus verschiedenen Zeiten oder Positionen enthalten, kann der Betrachter die aufgenommene Szene in Bewegung sehen, wenn er sich relativ zum Hologramm bewegt.
Dreidimensionale Computergrafiken in Verbindung mit stereoskopischen Darstellungstechniken stellen eine Alternative dar, die Interaktion ermöglicht. Moderne Rendering-Verfahren auf moderner Grafikhardware können interaktive, wirklichkeitsnahe Bilder erzeugen, erreichen jedoch nicht annähernd die Qualität und die Wirklichkeitstreue von holographischen
Bildern.
Autostereoskopische Darstellungstechniken ermöglichen es, eine mit Computern erzeugte Grafik ohne spezielle Brille zu betrachten. Es gibt verschiedene autostereoskopische Techniken, um Objekte gleichzeitig aus mehreren Perspektiven dazustellen und die somit mehrere Betrachter unterstützen. Die Auflösung und die Renderinggeschwindigkeit werden jedoch durch die Anzahl der erzeugten Ansichten herabgesetzt. Im Gegensatz dazu können holographische Bilder sämtliche Bildtiefen, die Perspektive, die binokulare Erscheinung, die Bewegungsparallaxe, die Konvergenz und die Anpassung wiedergeben und eine theoretisch unbegrenzte Anzahl von Betrachtern erreichen.
Es gibt Bestrebungen, computergenerierte Hologramme zu nutzen. Diese teilen sich derzeit in zwei Kategorien: Zum einen die digitale Holographie, bei der holographische/optische Drucker eingesetzt werden, um in der Emulsion ein normales Hologramm aus einer im Computer errechneten Szene zu erstellen. Das Multiplex- Verfahren ist dabei möglich, eine Interaktion jedoch nicht. Zum anderen hat die Entwicklung der Elektroholographie das Ziel, Hologramme mit Computern zu erzeugen und die holographischen Bilder in Echtzeit darzustellen. Nach verschiedenen Verfahren zur Berechnung der Interferenzmuster oder von Stereogrammen werden sie dynamisch mit einem holographischen Anzeigegerät visualisiert, das z. B. aus einem Flüssigkristall oder akustisch-optischen Raumlichtmodulatoren besteht. Durch die enormen Datemnengen, die verarbeitet, übertragen und gespeichert werden müssen, sind diesem Verfahren durch die derzeitige Computertechnik Grenzen derart gesetzt, dass trotz leistungsfähiger Reduktions- und Kompressionsverfahren nur kleine interaktive Elektrohologramme erzeugt werden können, die zudem von beschränkter Auflösung und Farbtiefe sind.
Optische Hologramme können große Informationsmengen in einer dünnen, holographischen Emulsion nahezu ohne Qualitätsverlust speichern und wiedergeben. Auflösungen von weniger als 3 μm sind möglich. Bis diese Qualität durch Steigerung der Rechnerkapazität mit anderen Verfahren erreicht wird, wäre eine Kombination aus interaktiven Computergrafiken und optischen
Hologrammen hoher Qualität eine wünschenswerte Alternative.
Die US 510 92 89 beschreibt ein Verfahren zum Hervorheben eines ausgewählten Bereiches eines holographischen Bildes durch Aufhellen und/oder Vergrößern des Bereiches mittels einer beweglichen Linse im Beleuchtungsstrahlengang.
Nachteilig ist dabei, dass die Hervorhebung nur durch Aufhellung oder Vergrößerung geschehen kann, innerhalb des Hologramms keine zusätzlichen Informationen darstellbar sind und mit einer Linse jeweils nur ein Bereich hervorgehoben werden kann.
Aus der WO 96/35975 ist eine Anordnung zur Anzeige eines Bildes eines
Objektes bekannt, die ein optisches System zur Erzeugung des Bildes, einen teildurchlässigen Spiegel und eine Darstellungsanordnung im Hintergrund enthält, wobei ein Betrachter durch den Spiegel - das Bild und die Hintergrunddarstellung überlagert sieht, wobei das optische System einen holographischen Film enthalten kann, sodass das holographische Bild vor dem
Spiegel erscheint, und die Hintergrunddarstellung ein Computermonitor mit beweglichen Bildern sein kann.
Diese Anordnung hat mehrere Nachteile. Für den Computermonitor sind nur bewegliche, nicht statische Bilder vorgesehen, die nur zweidimensional flach erscheinen köm en und das holographische Bild unbedingt durchdringen. Die Erscheinungsweise des holographischen Bildes ist unveränderlich, insbesondere können keine Teile hervorgehoben oder verändert werden. Es ist keine kontrollierte Beleuchtung möglich. Weiterhin wird die Perspektive des Betrachters nicht beachtet, was zu perspektivischen Fehldarstellungen führt.
Außerdem benötigt die Anordnung eine platzraubende, mechanische Konstruktion, da ein gewisser Winkel zwischen Monitor und Spiegel eingehalten werden muss (z. B. 45°). Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, mit denen optische Hologramme und interaktive Computergrafik harmonisch und einheitlich kombiniert werden können, sodass alle Bestandteile optisch scharf und getrennt erkennbar sind und die Hologramme verändert, insbesondere auch teilweise hervorgehoben, dargestellt werden können.
Erfmdungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Verfahren, welches die in
Anspruch 1 angegebenen Merkmale enthält und mit einer Anordnung, welche die in Anspruch 13 angegebenen Merkmale enthält, gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
Die Kombination von optischen Hologrammen mit grafischen 2D- und/oder 3D-Elementen stellt einen akzeptablen Kompromiss zwischen Qualität und Interaktivität dar. Während der holographische Bildgehalt eine hohe Qualität gewährleistet, aber statisch bleibt, können die zusätzlichen grafischen Informationen mit interaktiven Geschwindigkeiten generiert, eingefügt, modifiziert und animiert werden und dabei in ihrem Maßstab auch eine hohe Qualität aufweisen. Zur Überlagerung beider Teile werden optische Verknüpfungsbauteile wie Strahlteiler oder halbdurchlässige Spiegel hinter der
Hologrammemulsion eingesetzt. Dadurch ist bei Transmissionshologrammen ein sehr kompakter Aufbau möglich.
Bei lichtundurchlässigen Reflexionshologrammen sind zusätzliche, optische Kombinationselemente erforderlich, um die Bilder zu überlagern, prinzipiell ist die Vorgehensweise jedoch gleich. Dadurch ist auch sowohl die Verwendung beispielsweise von digitalen, aber auch von Elektro-Hologrammen möglich.
Neue Reflexionshologramme, die ohne Abdunklungsschicht hergestellt werden können, ermöglichen den Verzicht auf ein teildurchlässiges, optisches Element, da sie selbst als solches fungieren, indem Licht sowohl durchgelassen als auch reflektiert wird. Sie ermöglichen auch die Darstellung einer vertikalen Parallaxe im Gegensatz zu herkömmlichen Transmissionshologrammen, die nur eine horizontale Parallaxe abbilden.
Es können somit alle Weißlichthologramme zum Einsatz kommen, Transmissions- und Reflexionshologramme und darunter jeweils Monochrom- und Farbhologramme. Auch die Echtfarbdarstellung ist möglich, insbesondere mit mehreren Hologrammschichten hintereinander.
Übliche Videoprojektoren sind Lichtquellen, die mit ihren Hochleistungs-Entladungslampen (HDI-Lampen) intensives und gleichzeitig spektral sehr gleichmäßiges Licht erzeugen können, was für die Beleuchtung von Hologrammen äußerst vorteilhafte Voraussetzungen sind. Da sie Punktlichtquellen darstellen, die Licht selektiv in verschiedene Richtungen aussenden können und dabei alle Projektionssegmente oder -richtungen einzeln ansteuerbar, also beleuchtbar, sind, sind sie für eine eventuell variable Ausleuchtung von großem Vorteil.
Durch die dynamisch mögliche, nur teilweise Rekonstruktion der Wellenfront und/oder Änderung der Amplituden der Elemente des holographischen Bildes aus dem Hologramm mittels selektiver Beleuchtung des Hologramms kann vorteilhafterweise das holographischen Bild manipuliert werden.
Durch die Anzeige der Computergrafik in Bereichen der Emulsion, die nicht beleuchtet sind, also nicht rekonstruiert werden, wird die Überlagerung von Computergrafik und holographischem Bild sauber unterteilt, sodass das Licht beider Teile sich nicht gegenseitig durchdringt beziehungsweise überlagert. Beide Teile sind dadurch klar erkennbar.
Durch die Verwendung mehrerer Puffer zur Berechnung der Computergrafik und des Beleuchtungsbildes kann eine möglichst schnelle Durchfülirung der Berechnungen erreicht werden. Eingesetzt werden dabei ein Z-Puffer (Tiefenpuffer), ein Stencilpuffer (Schablonenpuffer) und ein Bildpuffer (Farbpuffer, Framebuffer), wobei die Puffer auch für die Bestimmung boolescher Ausdrücke eingesetzt werden. Vorteilhafterweise werden die
Berechnungen von einer 3 D-Recheneinheit (GPU) durchgeführt.
Durch die Amplitudenmodifikation der Wellenfront können die Beleuchtungsverhältnisse innerhalb des holographischen Bildes verändert werden, insbesondere, um optische Hervorhebungen von Hologrammdetails zu zeigen, um unwichtige Teile abzuschwächen oder auszublenden oder um die Beleuchtung auf dem Hologramm der Beleuchtung auf der Computergrafik anzupassen.
Dazu werden vorteilhafterweise zunächst die alten Beleuchtungsverhältnisse aus einem bereits berechneten Beleuchtungsbild herausgerechnet und die neuen miteinbezogen.
Da alle eingesetzten Render-Techniken durch die Hardwarebeschleunigung herkömmlicher Grafikkarten unterstützt werden, werden interaktive
Bildwiederholraten ohne Probleme erreicht.
Durch die autostereoskopische Darstellung der Computergrafik in Verbindung mit entsprechenden Anzeigeanordnungen, insbesondere einer Linsenrasterscheibe, erscheint der holographische und der computergenerierte
Bildinhait dreidimensional im gleichen Raum. Durch den Einsatz einer Erkennungseinrichtung für die Kopf- und/oder Augenposition des Betrachters, insbesondere eines Headfinders, kann die benötigte Beobachterposition kontinuierlich an die tatsächlichen Verhältnisse angepasst werden.
Durch die Anordnung einer Schutzschicht vor dem Hologramm ist einerseits eine planare Form sichergestellt und andererseits die Gefahr von Schäden deutlich verringert.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausfuhrungsbeispielen näher erläutert.
Dazu zeigen Figur 1 eine Explosionszeichnung einer erfindungsgemäßen Anordnung mit Ausnahme des Projektors,
Figur 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung im Querschnitt,
Figur 3 ein Ablaufdiagramm eines Algorithmus für Beleuchtungsbild und Computergrafik, Figur 4 ein Ablaufdiagramm eines alternativen, vereinfachten Algorithmus,
Figur 5 eine schematische Darstellung zur Beleuchtungs Veränderung, Figur 6 und 7 schematische Darstellungen von Ergebnissen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Figur 1 zeigt ein Beispiel, wie ein Transmissionshologramm mit einer Linsenrasterscheibe 4 vor einem LCD-Display 5 effizient kombiniert werden kann, was eine Variante eines Parallaxenschirms darstellt, der die Brechung einer Linsenrasterung 4 ausnutzt, um das Licht 6 auf verschiedene Betrachterbereiche zu richten. Durch die Anordnung der holographischen Emulsion 2 vor einem Spiegelstrahlenteiler 3 kann sie durch einfallendes Licht 7 von vorn ausgeleuchtet werden und von hinten mit einer Grafik R bereichert werden, die Licht 6 abstrahlt. Eine dünne Glasplatte 1 schützt die Emulsion 2 vor Schäden.
Die Linsenrasterplatte 4 lenkt das Licht 6 von der LCD-Matrix 5 durch die ersten drei Lagen 1, 2 und 3 zu den Augen eines Betrachters V. Das von einem
Videoprojektor P projizierte Licht 7 wird durch die ersten beiden Lagen 1 und 2 durchgelassen und durch den Strahlenteiler 3 teilweise zurückreflektiert, wobei das holographische Bild durch die in. der Emulsion 2 entstehende Wellenfront rekonstruiert, die als austretendes Licht 8 in die Augen des Betrachters V fällt.
Wird statt eines Transmissionshologramms ein lichtdurchlässiges Reflexionshologramm, also ohne Abdunklungsschicht, eingesetzt, so ist der halbdurchlässige Spiegel nicht nötig, das Hologramm selbst wirkt dann als solcher.
Anstelle eine LCD-Monitors können beliebige, zur Darstellung von Computergrafik fähige Anzeigeinstrumente eingesetzt werden. Flachbildschinne sind aufgrund ihrer platzsparenden Bauweise besonders gut geeignet. Das erfindungsgemäße Verfahren funktioniert selbstverständlich auch mit aktiver oder passiver stereoskopischer anstatt autostereoskopischer Darstellung. Auch die monoskopische Darstellung ist möglich. Da zur Zeit noch keine großen autostereoskopischen Displays verfügbar sind, ist derzeit noch ein Ausweichen auf stereoskopische Projektionsdisplays nötig, um in der
Größe weiter skalieren zu können, was jedoch problemlos ist.
In Figur 2 ist schematisch gezeigt, wie die selektive Beleuchtung der holographischen Platte 2 erfolgt, indem der Videoprojektor P darauf das Beleuchtungsbild I projiziert. Wenn die Emulsion 2 eng am Bildschirm 5 befestigt ist, können beide näherungsweise als identisch betrachtet werden. Der geometrische Bereich, in dem das Display 5 die gerenderte Computergrafik R angezeigt, ist dabei unbeleuchtet, der Betrachter V sieht an dieser Stelle im holographischen Bild die Grafik R ohne Überlagerung mit eventuell vorhandenem Hologramminhalt H. Die Inhalte H und G des Hologramms beziehungsweise der Computergrafik sind rein virtuell und werden erst durch die Rekonstruktion der Wellenfront aus der Emulsion 2 beziehungsweise durch die Anzeige der gerenderten Grafik R auf dem Display 5 sichtbar.
Ein Algorithmus zur Berechnung des Beleuchtungsbildes I und der Grafik R mit herkömmlicher Grafikhardware ist in Figur 3 dargestellt. Die Bildtiefeninformation in Form des Inhaltes H des Hologramms 2 und die Szenenbeschreibung des Inhalts G der Computergrafik werden als bekannt vorausgesetzt. Sinnvollerweise sind beide passend zueinander ausgerichtet. Dies wird zweckmäßigerweise außerhalb des Normalbetriebs erfolgen. Wenn bei der Aufnahme des Hologramms optische Markierer mitaufgezeichnet werden, kömien Kameras eingesetzt werden, um die Ausrichtung automatisch durchzuführen. Die inneren und äußeren Parameter des Projektors P bezüglich der holographischen Emulsion 2 müssen ebenfalls bekannt sein. Die vorausgesetzten Größen werden sinnvollerweise in einer Kalibrierung außerhalb des Normalbetriebs bestimmt. Der Algorithmus berücksichtigt sowohl die dreidimensionalen Verhältnisse des Hologramminhaltes H als auch des Grafikinhaltes G mit der Folge, dass, auch wemi sich beide virtuell durchdringen, eine korrekte Darstellung des Gesamtbildes erfolgt, indem nur die Teile des Grafikinhaltes G sichtbar werden, die aus der Perspektive des Betrachters V vor dem Hologramminhalt H liegen, und andererseits an den korrespondierenden Stellen des Beleuchtungsbild I schwarze Flächen dargestellt werden, sodass die Emulsion 2 dort nicht beleuchtet wird. Generell wird das Hologramm 2 nur an Stellen ausgeleuchtet, an denen auch Inhalt H vorhanden ist, sodass keine unerwünschten Lichtreflexionen in Bereichen auftreten können, in denen gar kein Hologramminhalt H sichtbar ist.
Zunächst wird als Zwischenstufe ein Texturbild T von dem Betrachter V aus über die Emulsion 2 und außerhalb der optischen Achse durch Rendern des
Hologramminhalts H in der definierten Lichtfarbe und -intensität in Z- und Bildpuffer der Grafikkarte erzeugt. Anschließend wird der Grafikinhalt G unter Anwendung eines Z-Puffer-Tests in Z- und Schablonenpuffer gerendert. Die Schablonenbereiche werden im Bildpuffer mit Schwarz gelöscht. Das Beleuchtungsbild I wird von dem Projektor P aus auf der optischen Achse gerendert, nachdem alle Puffer geleert wurden und indem ein Bild der Emulsion 2 mit der Textur T überzogen in den Bildpuffer geschrieben wird. Das Beleuchtungsbild I wird durch den Videoprojektor P auf die holographische Emulsion 2 geworfen.
Das auf dem Schirm 5 anzuzeigende Grafikbild R wird von dem Betrachter V aus und abseits der optischen Achse gerendert, indem der Hologramminhalt H nach der Leerung aller Puffer in den Z-Puffer geschrieben wird und der Grafikinhalt G unter Anwendung eines Z-Puffer-Tests in Z-Puffer und Bildpuffer geschrieben wird. Einen alternativen, vereinfachten Algorithmus zeigt Figur 4. Er arbeitet prinzipiell gleich wie der oben beschriebene Algorithmus, bestrahlt jedoch das Hologramm 2 mit Ausnahme der Bereiche von Grafik R mit vorgegebenen Farbwerten, insbesondere einheitlich mit weißem Licht maximaler Intensität.
Außer der teilweisen Rekonstruktion eines Hologrammes, also entweder vollständig oder überhaupt nicht beleuchtet, erlauben Variationen des projizierten Lichts, die Amplitude der Wellenfront lokal zu modifizieren. Praktisch bedeutet das, dass in dem Schritt l.b) des ersten obigen Algorithmus, bei dem der Hologramminhalt H in den Z-Puffer und den Bildpuffer geschrieben wird, Schattierungs- und Beschattungstechniken eingesetzt werden, anstatt den Hologramminhalt H nur mit einheitlicher Intensität zu rendern. Dazu müssen zunächst die physikalischen Schattierungseffekte, die durch die realen Lichtquellen bei der Aufnahme des Hologramms entstanden sind, neutralisiert werden. Dann können beispielsweise die Effekte von künstlichen Lichtquellen hinzugefügt werden.
Diese Manipulation kann ebenfalls mit herkömmlicher Grafikhardware durchgeführt werden, indem zwei Bilder des Hologramminhalts H aus der
Perspektive des Projektors P gerendert werden, wobei für den gesamten Inhalt
H in beiden Bildern diffuses, weißes Material verwendet wird. Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung dazu. Für das erste Bild ii werden virtuelle
Lichtquellen L definiert, die näherungsweise gleiche Schattierungseffekte erzeugen wie die realen Lichtquellen während der Hologrammaufnahme. Für das zweite Bild i2 werden virtuelle Lichtquellen N definiert, die die neue, künstliche Beleuchtungssituation darstellen. In beiden Bildern können bekannte, hardwarebeschleunigte Beschattungstechniken zur Erzeugung von künstlichen Schatten auf den Hologramminhalt H. durch den Grafikinhalt G und auch den Hologramminhalt H selbst, die durch die künstlichen
Lichtquellen entstehen, benutzt werden. Ein drittes Bild i3 wird erzeugt, indem die Hologrammemulsion 2 aus der Perspektive des Projektors P aus diffusem, weißem Material mit einer Punktlichtquelle am Ort des Projektors P gerendert wird. Dieses Intensitätsbild i3 stellt die geometrische Beziehung zwischen dem Videoprojektor P als physikalischer Punktlichtquelle und der holographischen Emulsion 2 dar. Es enthält Formfaktoreri wie die Abschwächung der Intensität mit dem Abstandsquadrat und die Winkelabhängigkeit der Intensität des auf das Hologramm 2 projizierten Lichtes.
Das endgültige Beleuchtungsbild I wird über die Beziehung
Figure imgf000015_0001
beispielsweise in Echtzeit mit Pixelshadern errechnet. Dies neutralisiert die physikalischen Schattierungen der Hologrammaufnahme bestmöglich und erzeugt die neuen Schattierungen und Schatten. Dabei wird wiederum der graphische Inhalt R mittels des Stencilpuffers herausgeschnitten.
Schattenwürfe auf den Grafikinhalt G durch den Hologramminhalt H können wiederum durch bekannte Schattierungs- und Beschattungstechniken während des Renderns des Grafikinhaltes G in den Bildpuffer im letzten Schritt des oben beschriebenen Algorithmus erzeugt werden.
Um die Berechnungen so realistisch wie möglich zu gestalten, wird vorteilhafterweise eine Erkennungseinrichtung für die Position des Betrachters V eingesetzt, beispielsweise ein Headfinder, sodass die Augenposition des Betrachters V mit definiertem Fehler bekannt ist.
In Figur 6 wird die Wirkung des Verfahrens anhand einfacher, geometrischer
Körper verdeutlicht, die in Teilbild a) nebeneinander positioniert sind. Der Quader mit einer Aussparung repräsentiert das holographische Bild des Holgramminhalts H, der bei der Aufnahme von rechts unten beleuchtet wurde. Der Zylinder mit dem pyramidenartigen Aufsatz repräsentiert die aus dem virtuellen Grafikinhalt G gerenderte Computergrafik R, die in a) in gleichmäßiger Helligkeit gerendert ist. In Teilbild b) wurde die virtuelle Position und Lage des Grafikinhalts G so verändert, dass er der Zylinder in der Aussparung des Quaders erscheint. Durch den erfindungsgemäßen Algorithmus stellt die Anzeige 5 nur die Teile des Grafikinhaltes G als Computergrafik R dar, die bei einer realen Anordnung vor, neben oder durch den Hologramminhalt sichtbar wären. Gleichzeitig wird das Hologramm 2 so beleuchtet, dass diejenigen Teile, die bei einer realen Anordnung hinter dem Grafikinhalt G lägen, dunkel sind, so dass nur die Computergrafik R dort sichtbar ist. Zwei völlig unterschiedliche Bilder werden so realistisch vereinigt. In den Teilbildern c) und d) wird der Algorithmus zur Beleuchtungsveränderung verdeutlicht. Die ursprüngliche Beleuchtung des
Hologramminhaltes H wurde neutralisiert und durch eine virtuelle, neue Beleuchtung von links oben in Teilbild c) und von rechts oben in Teilbild d) ersetzt.
Für die Erfindung gibt es viele Anwendungsmöglichkeiten. Beispielsweise nutzen Archäologen bereits optische Hologramme, um altertümliche Kunstgegenstände zu archivieren und zu untersuchen. Die Verteilung von Hologrammkopien ermöglicht es den Wissenschaftlern, ihre Forschungen durchzuführen, ohne auf die Originale der Artefakte oder ungenaue Nachbildungen zurückgreifen zu müssen. Die erfindungsgemäße Kombination dieser Hologramme mit interaktiver Computergrafik erlaubt es ihnen, Echtzeit-Simulationsdaten zu integrieren beziehungsweise Experimente durchzuführen, die eine direkte Wechselwirkung mit dem Nutzer erfordern, wie die Rekonstruktion des Weichteilgewebes im Hologramm eines fossilen Dinosaurierschädels. Darüberhinaus können spezielle Interaktionsgeräte eine auf dem Tastsinn beruhende Rückkopplung auf den holograpischen und computergrafischen Bildgehalt bei der Ausführung der interaktiven Aufgaben simulieren, indem sie beispielsweise die Positionen und/oder Bewegungen von Fingern und/oder anderen Gliedmaßen beobachten, auswerten und korrespondierende Aktionen auslösen. In Figur 7 a) ist schematisch das holographische Bild eines menschlichen Schädels gezeigt. In Teilbild b) wurde der Schädel mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens realistisch mit Kaumuskeln versehen. Im Bereich des Jochbeins ist der an sich durchgängige Muskel-Grafikinhalt G nicht gerendert, da das Jochbein als Bestandteil des Hologramminhaltes H während des
Algorithmus aufgrund seiner Tiefeninforaiation als vor dem Grafikinhalt G liegend erkannt wird.
Eine gesamte Kollektion von Kunstgegenständen kann in ein einziges Album von holographischen Aufnahmen gebracht werden und ein Anzeigegerät ähnlich einem Lichtkasten kann für die Visualisierung und die Interaktion verwandt werden. .
Optische Hologramme in Museen können mit Multimedia-Animationen bereichert werden. Das eröffnet die Möglichkeit, Informationen über die
Ausstellungsstücke in viel attraktiverer und wirkungsvollerer Weise als mit einfacher Textbeschilderung zu präsentieren. Solche Anzeigegeräte können mit dem Nutzer in Interaktion treten. Die an der Wand befestigten Varianten erfordern sehr wenig Platz, wodurch die Museen eine größere Anzahl von Ausstellungsstücken präsentieren können. Selbstverständlich können
Hologramme oder andere Nachbildungen die Originale der Exponate nicht ersetzen, denn letztlich sind diese Originale der Hauptgrund für die
Museumsbesuche. Wenn aber ein einmaliges Exponat nicht verfügbar oder zu zerbrechlich ist um ausgestellt zu werden, bieten Hologramme immer noch die Möglichkeit, sein dreidimensionales Bild in voller Qualität zu präsentieren und in Kombination mit Computergrafik ein interaktives Erlebnis zu schaffen.
Wird das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt, können verschiedene
Anzeigenvarianten entwickelt werden. Beispielsweise können durch lediglich eine Änderung des Spiegels bei Transmissionshologrammen beliebig gestaltete
Formen, beispielsweise Zylinder bei Multiplex-Hologrammen, anstatt einfacher, ebener Platten 1, 2, 4 und/oder 5 unterstützt werden. Sogar ohne eine grafische Bereicherung bietet alleine die Beleuchtung mit einem Projektor P viele Möglichkeiten. In Verbindung mit optischen Hologrammen, auch mit digitalen oder Elektrohologrammen, können damit visuelle Effekte erzeugt werden. Bestimmte Teile eines Hologrammes können beispielsweise zeitweilig oder dauerhaft unsichtbar gemacht werden, während andere zeitweise oder dauerhaft hervorgehoben werden. In einem weiteren Beispiel können aus mehreren Lagen bestehende, durchscheinende Hologramme teilweise mit einzelnen Lichtprojektionen aktiviert werden durch die Rekonstruktion unter verschiedenen Winkeln. Dadurch werden einfach Animationseffekte ähnlich denen der Multiplex-Hologramme unterstützt, ohne dass es erforderlich ist, dass sich der Betrachter bezüglich des Hologramms bewegt oder das Hologramm sich bewegt.
Für nichtplanare Aufbauten beziehungsweise Hologramme können die beschriebenen Techniken ebenfalls eingesetzt werden. Dazu müssen lediglich die Projektionstechniken der Renderingverfahren leicht abgeändert werden. Anstelle einer Projektion der Textur auf eine Ebene, nämlich die Holographieplatte, wie sie in den Algorithmen verwendet wird, muss man auf eine entsprechende, beliebige Geometrie projizieren. Rendering-technisch geschieht dies, indem eine beliebige Geometrie mit der generierten Textur als projektiver Textur überzogen wird. Dieses projektive Texture-Mapping wird von jeder 3 D-Grafikkarte hardwaremäßig unterstützt, es werden automatisch die korrekten Texturkoordinaten berechnet.
Durch die Kombination mehrerer Anzeigegeräte 5 und/oder mehrerer Hologramme 2 können mit kostengünstigen, kleinen Bestandteilen große Dimensionen erreicht werden. BEZUGSZEICHENLISTE
1 Schutzscheibe
2 Hologramm / Holographische Emulsion
3 Spiegelstrahlteiler
4 Linsenrasterscheibe
5 LCD-Bildschirm 6 Licht des LCD-Bildschirms
7 Einfallendes Licht des Videoprojektors
8 Reflektiertes Licht des Videoprojektors
P Videoprojektor V Betrachter
H Virtueller Hologramminhalt
G Virtueller Grafikinhalt
R Gerenderter Computergrafik

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Kombination eines optischen Hologrammes (2), das einen virtuellen Inhalt (H) enthält, mit Computergrafik (G) unter Verwendung eines teildurchlässigen, optischen Elementes (3), eines Hologramms (2), eines Monitors (5) auf der von einem Betrachter (V) abgewandten Seite des teildurchlässigen Elementes (3) und eines Videoprojektors (P), wobei das holographische Bild des Hologrammes (2) mit dem Bild des Monitors (5) überlagert erscheint, dadurch gekennzeichnet, dass das Hologramm (2) durch ein von dem Videoprojektor (P) projiziertes Beleuchtungsbild (I) beleuchtet wird und daraus eine für den Betrachter (V) sichtbare, holographische Wellenfront rekonstruiert wird und gleichzeitig auf dem Monitor (5) eine aus der Computergrafik (G) gerenderte Computergrafik (R) anzeigt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Licht (7) des Videoprojektors (P) mittels des von ihm projizierten Bildes (I) die Amplitude der holographischen Wellenfront stellenweise modifiziert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Teile des holographischen Bildes hervorgehoben werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Licht (7) des Videoprojektors (P) mittels des von ihm projizierten Bildes
(I) die holographische Wellenfront nur partiell rekonstruiert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Computergrafik (G) in Bereichen des Hologramminhaltes (H) angeordnet wird, die nicht rekonstruiert oder nur teilweise rekonstruiert werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Berechnung des Beleuchtungsbildes (I) und der Computergrafik (R) ein Z-Puffer, ein Stencilpuffer und ein Bildpuffer eingesetzt werden und - eine Textur (T) aus der Perspektive des Betrachters (V) in achsferner Projektion erstellt wird, indem a) alle Puffer mit Schwarz geleert werden b) der Hologramminhalt (H) in Z-Puffer und Bildpuffer geschrieben wird c) der Grafikinhalt (G) durch einen Z-Puffer-Test bedingt in Z-Puffer und Stencilpuffer geschrieben werden d) die Stencils im Bildpuffer mit Schwarz geleert werden - das Beleuchtungsbild (I) aus der Perspektive des Videoprojektors (P) erstellt wird, indem a) alle Puffer mit Schwarz geleert werden b) die Abbildung des Hologramms (2) mit der Textur (T) versehen in den Bildpuffer geschrieben wird - die Computergrafik (R) aus der Perspektive des Betrachters (V) in achsferner Projektion erstellt wird, indem a) alle Puffer mit Schwarz geleert werden b) der Hologramminhalt (H) in den Z-Puffer geschrieben wird c) der Grafikinhalt (G) durch einen Z-Puffer-Test bedingt in Z-Puffer und Bildpuffer geschrieben wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Berechnung des Beleuchtungsbildes (I) und der Computergrafik ein Z-Puffer, ein Stencilpuffer und ein Bildpuffer eingesetzt werden und - eine Textur (T) aus der Perspektive des Betrachters (V) in achsferner Projektion erstellt wird, indem a) Z-Puffer und Stencilpuffer mit Schwarz geleert werden und der Bildpuffer mit vorgegebenen Farbwerten gefüllt wird b) der Hologramminhalt (H) in den Z-Puffer geschrieben wird c) der Grafikinhalt (G) durch einen Z-Puffer-Test bedingt in Z-Puffer und Stencilpuffer geschrieben werden d) die Stencils im Bildpuffer mit Schwarz geleert werden - das Beleuchtungsbild (I) aus der Perspektive des Videoprojektors (P) erstellt wird, indem a) alle Puffer geleert werden b) die Abbildung eines weißen Rechtecks mit der Textur (T) versehen in den Bildpuffer geschrieben wird - die Computergrafik (R) aus der Perspektive des Betrachters (V) in achsferner Projektion erstellt wird, indem a) alle Puffer mit Schwarz geleert werden b) der Hologramminhalt (H) in den Z-Puffer geschrieben wird c) der Grafikinhalt (G) durch einen Z-Puffer-Test bedingt in Z-Puffer und Bildpuffer geschrieben wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Modifikation der Amplitude der Wellenfront mittels des Beleuchtungsbildes (I) des Videoprojektors (P) die Beleuchtungsverhältnisse des holographischen Bildes geändert werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst die ursprünglichen Beleuchtungsverhältnisse rechnerisch neutralisiert werden und dann mit neuen Beleuchtungsverhältnissen ein neues Beleuchtungsbild (I) errechnet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das neue Beleuchtungsbild (I) errechnet wird, indem - zwei Projektionen (i]5 i2) des Hologramminhaltes (H) aus der Perspektive des Videoprojektors (P) errechnet werden, wobei für den Hologramminhalt (H) diffuses, weißes Material verwendet wird und Schattierungs- und/oder Schattenberecl nungen durchgeführt werden a) die erste Projektion (ii) mit virtuellen Lichtquellen (L) erstellt wird, die etwa dieselben Schattierungen auf dem Hologramminhalt (H) bewirken wie die ursprünglichen Lichtquellen bei der Aufnahme des Hologramms (2) b) die zweite Projektion (i2) mit virtuellen Lichtquellen (N) erstellt wird, die die gewünschten, neuen Beleuchtungs Verhältnisse erzeugen - eine dritte Projektion (i3) des Hologramms (2) aus der Perspektive des Videoprojektors (P) errechnet werden, wobei für das Hologramm diffuses, weißes Material verwendet wird und am Ort des Projektors eine Punktlichtquelle berücksichtigt wird. - der Quotient aus dem Quotienten der zweiten (i2) und der ersten (ii) Projektion und der dritten Projektion (i3) errechnet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Computergrafik (G) hinsichtlich der Lichteffekte mit den geänderten Beleuchtungs Verhältnissen der Wellenfront übereinstimmend gerendert wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Erkennungseinrichtung die Kopf- und/oder Augenposition des Betrachters (V) gemessen wird und in die Berechnungen der Computergrafik (R) und/oder des Beleuchtungsbildes (I) des Videoprojektors (P) einbezogen wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hologramm (2) durch eine optisch durchlässige Schicht (1) geschützt und/oder stabilisiert wird.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Computergrafik (R) stereoskopisch, autostereoskopisch oder monoskopisch erzeugt wird.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Computergrafik (R) stereoskopisch erzeugt wird und dem Benutzer (V) durch eine zwischen ihm und dem Monitor (5) angeordnete Linsenrasterscheibe (4) dreidimensional erscheint.
16. Anordnung zur Kombination eines optischen Hologrammes (2), das einen virtuellen Inhalt (H) enthält, mit Computergrafik (G), bestehend aus einem teildurchlässigen, optischen Element (3), einem Hologramm (2), einem Monitor auf der von einem Betrachter (V) abgewandten Seite des teildurchlässigen Elements (3), einem Videoprojektor (P), insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Videoprojektor (P) mit einem von ihm projizierten
Beleuchtungsbild (I) das Hologramm (2) beleuchtet, wobei das Hologramm (2) zwischen dem Betrachter (V) und dem Monitor (5), auf dem Computergrafik (R) anzeigbar ist, angeordnet ist.
17. Anordnung nach Anspruch 16, insbesondere zur Durchführung des
Verfalirens nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Monitor (5) und dem teildurchlässigen Element (3) eine Linsenrasterscheibe (4) angeordnet ist.
18. Anordnung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Erkennungseinrichtung die Kopf- und/oder Augenposition eines Betrachters (V) feststellbar ist.
19. Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die
Erkennungseinrichtung ein Headfinder ist.
20. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Hologramm (2) eine optisch durchlässige Schicht (1) angeordnet ist.
21. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hologramm (2) ein Reflexionshologramm ohne Abdunklungsschicht ist und selbst das teildurchlässige Element (3) ist.
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