WO2024160814A1 - Multi-layer projection system for passive relief perception of three-dimensional media - Google Patents

Multi-layer projection system for passive relief perception of three-dimensional media Download PDF

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WO2024160814A1
WO2024160814A1 PCT/EP2024/052226 EP2024052226W WO2024160814A1 WO 2024160814 A1 WO2024160814 A1 WO 2024160814A1 EP 2024052226 W EP2024052226 W EP 2024052226W WO 2024160814 A1 WO2024160814 A1 WO 2024160814A1
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Abstract

A projection system (1) comprising: • a projector (3) arranged to project an image in a main direction, referred to as the projection direction; • a projection surface (4) formed of a plurality of semi-transparent layers, said layers being oriented transversely to the projection direction, the projection surface forming a viewing support for an image projected by the projector.

Description

Système de projection multicouche pour une perception relief passive de média tridimensionnelMulti-layer projection system for passive relief perception of three-dimensional media
L’invention se situe dans le domaine de la visualisation de médias, et plus précisément dans celui de la visualisation de média tridimensionnel.The invention lies in the field of media visualization, and more specifically in that of three-dimensional media visualization.
État de la technique antérieureState of the prior art
La visualisation de médias peut être réalisée par plusieurs moyens. Media viewing can be accomplished in several ways.
Classiquement, une image d’un média est projetée sur une surface de visualisation par un projecteur.Conventionally, an image from a media is projected onto a viewing surface by a projector.
Usuellement, la surface de visualisation est une surface plane.Usually the viewing surface is a flat surface.
Un inconvénient de ce type de visualisation est l’absence de perception tridimensionnelle pour un spectateur.A disadvantage of this type of visualization is the lack of three-dimensional perception for a viewer.
Des procédés de restitution de vision tridimensionnelle sont connus.Methods for restoring three-dimensional vision are known.
La projection en relief sur écran nécessite le port de lunettes stéréoscopiques et propose un angle de vue limité et une fausse parallaxe.3D projection on a screen requires stereoscopic glasses and offers a limited viewing angle and false parallax.
Les hologrammes ne peuvent qu’afficher des médias tridimensionnels statiques, de tailles modérées, de l’ordre de quelques dizaines de centimètres, et sont complexes à réaliser.Holograms can only display static three-dimensional media of moderate sizes, on the order of a few tens of centimeters, and are complex to produce.
Les systèmes à balayage de l’espace reposent sur la persistance de la vision humaine pour fusionner une série de tranches de l’objet tridimensionnel en une seule image tridimensionnelle. Du fait de la grande vitesse de rotation ou de translation de la partie mobile, ce type de dispositif est limité en taille, de l’ordre de quelques dizaines de centimètres.Space scanning systems rely on the persistence of human vision to merge a series of slices of the three-dimensional object into a single three-dimensional image. Due to the high speed of rotation or translation of the moving part, this type of device is limited in size, of the order of a few tens of centimeters.
Les dispositifs reposants sur des matrices de micros-lentilles sont complexes à réaliser et limités en tailles, de l’ordre de quelques dizaines de centimètres, leur angle de vision est limité.Devices based on micro-lens matrices are complex to produce and limited in size, of the order of a few tens of centimeters, their viewing angle is limited.
Les dispositifs à base de miroirs semi-transparents et d’écrans, dont l'image se reflète dans ces miroirs, ne permettent pas une grande densité de plans d'affichage, la taille des reflets étant identique à celle de l'image affichée sur l'écran. De ce fait, ces dispositifs sont davantage adaptés pour afficher des plans distincts plutôt que pour un média 3D volumique supposé continu. De plus, ces systèmes présentent souvent un angle de vision limité.Devices based on semi-transparent mirrors and screens, the image of which is reflected in these mirrors, do not allow a high density of display planes, the size of the reflections being identical to that of the image displayed on the screen. As a result, these devices are more suitable for displaying distinct planes rather than for a supposedly continuous 3D volumetric media. In addition, these systems often have a limited viewing angle.
L’invention a pour objectif de pallier tout ou partie des inconvénients précités, notamment la possibilité d’afficher des médias tridimensionnels de très grandes tailles (plusieurs mètres de côté), d’offrir un grand angle de vue, d’être compatible avec des médias calculés et temps réels donc potentiellement interactifs, de ne nécessiter aucun port de lunettes et d’être visible par un grand nombre de spectateurs en même temps.The invention aims to overcome all or part of the aforementioned drawbacks, in particular the possibility of displaying very large three-dimensional media (several meters on each side), of offering a wide viewing angle, of being compatible with calculated and real-time media and therefore potentially interactive, of not requiring the wearing of glasses and of being visible to a large number of spectators at the same time.
Selon un premier aspect de l’invention, il est proposé un système comportant :
  • un projecteur agencé pour projeter une image (ou succession d’image, fixe ou animée) selon une direction principale, dite direction de projection ;
  • une surface de projection (continue ou discontinue) formée d’une pluralité de couches semi-transparentes, chacune des couches étant orientées transversalement à une direction de projection, dite locale sur ladite couche, la surface de projection formant support de visualisation pour une image projetée par le projecteur.
According to a first aspect of the invention, a system is proposed comprising:
  • a projector designed to project an image (or succession of images, fixed or animated) in a main direction, called the projection direction;
  • a projection surface (continuous or discontinuous) formed from a plurality of semi-transparent layers, each of the layers being oriented transversely to a projection direction, called local on said layer, the projection surface forming a viewing support for an image projected by the projector.
De préférence, chaque pixel projeté par le projecteur sur la surface a un point de contact unique avec cette surface. Le point de contact détermine la position spatiale spécifique du pixel projeté. L'emplacement où le pixel touche la surface définit donc le point dans l'espace depuis lequel ce pixel peut être observé. L'ensemble des pixels projetés définit un ensemble de points dans l'espace. Ces points dans l'espace peuvent alors être utilisés pour afficher des représentations de médias 3D. De préférence, le media projeté est un média tridimensionnel. De préférence, la représentation du média 3D dans le système d’affichage est également tridimensionnelle.Preferably, each pixel projected by the projector onto the surface has a single point of contact with that surface. The point of contact determines the specific spatial position of the projected pixel. The location where the pixel touches the surface therefore defines the point in space from which that pixel can be observed. The set of projected pixels defines a set of points in space. These points in space can then be used to display representations of 3D media. Preferably, the projected media is a three-dimensional media. Preferably, the representation of the 3D media in the display system is also three-dimensional.
Ainsi, la surface de projection peut former un support de visualisation d’un média tridimensionnel. Thus, the projection surface can form a viewing support for three-dimensional media.
Le système peut être qualifié d’affichage volumique, d’affichage spatial, d’affichage 3D, d’affichage tridimensionnel, de système de projection 3D ou encore d'affichage en trois dimensions ou une combinaison de ces termes. Il permet une représentation spatiale d'un média 3D en le diffusant sur des couches multiples, créant ainsi une visualisation tridimensionnelle distincte et visible dans l'espace. Il ne s'agit pas d'une illusion de relief, mais d'une représentation spatiale réelle.The system may be referred to as a volume display, spatial display, 3D display, three-dimensional display, 3D projection system, or three-dimensional display, or a combination of these terms. It enables a spatial representation of a 3D media by spreading it across multiple layers, thereby creating a distinct and visible three-dimensional visualization in space. This is not an illusion of relief, but a real spatial representation.
Le spectateur perçoit le média projeté en 3D grâce aux mécanismes naturels de vision, notamment la convergence, l'accommodation et la disparité binoculaire qui lui permettent de distinguer les différentes profondeurs et positions spatiales des images projetées sur les couches.The viewer perceives the projected media in 3D through natural vision mechanisms, including convergence, accommodation, and binocular disparity, which allow him to distinguish the different depths and spatial positions of the images projected onto the layers.
Les points affichés dans l'espace physique d'un système d'affichage tridimensionnel peuvent être retrouvés en appliquant des rotations, des translations et des homothéties sur le média 3D original.Points displayed in the physical space of a three-dimensional display system can be retrieved by applying rotations, translations and homotheties to the original 3D media.
Un média tridimensionnel (ou média 3D) est une forme de contenu qui présente des informations en trois dimensions spatiales, pouvant ou non être animées dans le temps. Il peut s'agir, par exemple, de modèles 3D maillés et texturés, de nuages de points, ou de surfaces mathématiques.Three-dimensional media (or 3D media) is a form of content that presents information in three spatial dimensions, which may or may not be animated over time. Examples include 3D mesh and textured models, point clouds, or mathematical surfaces.
On appelle média 3D affiché, média 3D projeté, média 3D diffusé, représentation d’un media 3D, projection d’un media 3D ou affichage d’un media 3D la représentation de ce même média 3D, issue de l'interaction d'une image projetée sur de multiples couches semi-transparentes. L'image projetée est calculée selon le procédé décrit plus loin.Displayed 3D media, projected 3D media, broadcast 3D media, representation of 3D media, projection of 3D media or display of 3D media are the representation of this same 3D media, resulting from the interaction of an image projected on multiple semi-transparent layers. The projected image is calculated according to the process described below.
De la même manière que le média 3D est défini par des coordonnées spatiales, sa représentation dans le système d'affichage tridimensionnel utilise également des coordonnées spatiales.Just as 3D media is defined by spatial coordinates, its representation in the three-dimensional display system also uses spatial coordinates.
La configuration spatiale de ces couches sur lesquelles est projetée l’image définit le volume dans lequel le média 3D peut être affiché. Ainsi, la taille et l'organisation de ces couches conditionnent directement les dimensions du contenu 3D qui peut être projeté, en limitant ou en étendant l'espace tridimensionnel disponible pour l'affichage.The spatial configuration of these layers on which the image is projected defines the volume in which the 3D media can be displayed. Thus, the size and organization of these layers directly condition the dimensions of the 3D content that can be projected, by limiting or extending the three-dimensional space available for display.
La surface semi-transparente est caractérisée par sa capacité à diffuser la lumière reçue sur ses deux faces, sans réflexion spéculaire nette (il n’y a pas de miroirs semi-transparents), et sans effets de réfraction notable (ce qui signifie qu'elle ne dévie pas la lumière de manière à changer sa direction de propagation initiale), tout en permettant de voir les autres couches à travers.The semi-transparent surface is characterized by its ability to diffuse light received on both sides, without sharp specular reflection (there are no semi-transparent mirrors), and without noticeable refraction effects (which means that it does not deflect light in such a way as to change its initial propagation direction), while allowing the other layers to be seen through it.
Par semi-transparence on entend une surface qui laisse passer entre 5% et 95% de la lumière, de préférence, entre 10% et 40 %. De préférence, la surface semi-transparente présente une caractéristique de transmission lumineuse symétrique, permettant une transmission identique de la lumière, indépendamment de la face par laquelle elle est incidente. De préférence, la surface est formée d’un unique matériau.Semi-transparency means a surface that allows between 5% and 95% of the light to pass through, preferably between 10% and 40%. Preferably, the semi-transparent surface has a symmetrical light transmission characteristic, allowing identical transmission of light, regardless of the face through which it is incident. Preferably, the surface is formed of a single material.
Avantageusement la surface semi-transparente renvoie la lumière reçue par le projecteur avec la même intensité dans toutes les directions.Advantageously, the semi-transparent surface reflects the light received by the projector with the same intensity in all directions.
Selon un mode de réalisation, le système comporte en outre une structure de support comportant un cadre supérieur et un cadre inférieur, les cadres formant deux surfaces parallèles entre elles, chacune des couches s’étendant entre un segment supérieur inscrit dans la surface du cadre supérieur et un segment inférieur inscrit dans la surface du cadre inférieur. Les deux surfaces ne sont pas nécessairement parallèles même si c’est le mode de production privilégié.In one embodiment, the system further comprises a support structure comprising an upper frame and a lower frame, the frames forming two surfaces parallel to each other, each of the layers extending between an upper segment inscribed in the surface of the upper frame and a lower segment inscribed in the surface of the lower frame. The two surfaces are not necessarily parallel although this is the preferred production method.
De préférence, la surface de projection est continue, ce qui permet une simplification de la fabrication de la surface de projection.Preferably, the projection surface is continuous, which allows for simplification of the manufacture of the projection surface.
Selon une possibilité, toutes les couches présentent une normale formant un angle aigu avec la direction de projection locale. Selon une autre possibilité, toutes les couches présentent une normale formant un angle obtus avec la direction de projection locale. According to one possibility, all layers have a normal forming an acute angle with the local projection direction. According to another possibility, all layers have a normal forming an obtuse angle with the local projection direction.
Selon une autre possibilité, dans lequel toutes les couches présentent une normale formant alternativement un angle aigu et un angle obtus, avec la direction de projection locale. Alternatively, in which all layers have a normal forming alternately an acute angle and an obtuse angle, with the local projection direction.
Ces deux possibilités permettent une meilleure répartition spatiale du média que lorsque l’angle alterne entre aigu et obtus entre deux couches consécutives.Both of these possibilities allow for a better spatial distribution of the media than when the angle alternates between acute and obtuse between two consecutive layers.
Avantageusement, chaque couche reçoit en projection une quantité identique de pixels, ce qui assure une qualité d'affichage spatial uniforme sur toutes les couches.Advantageously, each layer receives an identical quantity of pixels in projection, which ensures uniform spatial display quality across all layers.
Des fils de soutiens peuvent être tendus pour positionner les couches dans le cadre supérieur ou inférieur.Support wires can be stretched to position the layers in the upper or lower frame.
Avantageusement, la surface de projection est en tulle.Advantageously, the projection surface is made of tulle.
Dans un mode de réalisation, une lentille et/ou un miroir est fonctionnellement disposé entre le projecteur et la surface de projection.In one embodiment, a lens and/or a mirror is operatively disposed between the projector and the projection surface.
Un dispositif physique peut être placé et masquer partiellement ou totalement le système.A physical device can be placed and partially or completely hide the system.
Un objet peut être placé entre le projecteur et la surface de projection ou au niveau de la surface de projection.An object can be placed between the projector and the projection surface or at the projection surface.
Selon un deuxième aspect de l’invention, il est proposé un procédé de projection d’un objet virtuel en volume au moyen d’un système selon l’une le premier aspect de l’invention, comportant les étapes suivantes :
  • génération d’un dispositif virtuel dual du système comportant :
    1. une caméra virtuelle présentant de mêmes caractéristiques que le projecteur,
    2. un maillage 3d, dit surface de projection virtuelle de mêmes caractéristiques que la surface de projection réelle,
  • calcul d’une intersection tridimensionnelle virtuelle de la surface de projection virtuelle et de l’objet virtuel en volume,
  • calcul d’une vue, aussi appelée rendu, de l’intersection tridimensionnelle par la caméra virtuelle,
  • export d’une image ou vidéo et/ou envoi au projecteur du système.
According to a second aspect of the invention, a method is proposed for projecting a virtual object into volume by means of a system according to the first aspect of the invention, comprising the following steps:
  • generation of a dual virtual device of the system comprising:
    1. a virtual camera with the same characteristics as the projector,
    2. a 3D mesh, called a virtual projection surface with the same characteristics as the real projection surface,
  • calculation of a virtual three-dimensional intersection of the virtual projection surface and the virtual object in volume,
  • calculation of a view, also called rendering, of the three-dimensional intersection by the virtual camera,
  • export an image or video and/or send it to the system projector.
De préférence, le système présente une direction d’observation principale prédéterminée et le maillage 3D de la surface de projection virtuelle est épaissi selon la direction d’observation préalablement à l’étape de calcul de l’intersection tridimensionnelle virtuelle. Preferably, the system has a predetermined main viewing direction and the 3D mesh of the virtual projection surface is thickened along the viewing direction prior to the step of calculating the virtual three-dimensional intersection.
La présente invention permet l’affichage de médias 3D virtuels en les diffusant dans le volume défini par les couches semi-transparentes. En conséquence, il est possible d’observer le média tridimensionnel de tous les angles, et de toutes les distances. Cette capacité d'observation est similaire à celle qu'un individu expérimenterait en regardant un objet réel dans l'espace physique, offrant ainsi une expérience visuelle immersive et réaliste.The present invention enables the display of virtual 3D media by diffusing them within the volume defined by the semi-transparent layers. As a result, it is possible to observe the three-dimensional media from all angles, and from all distances. This observation capability is similar to that which an individual would experience when looking at a real object in physical space, thus providing an immersive and realistic visual experience.
En particulier, le système est conçu pour permettre aux spectateurs de se positionner en divers points autour du volume de projection. Ils peuvent se situer derrière le dispositif de projection, entre ce dernier et le volume de visualisation, ou face au volume de visualisation. De plus, il est également possible de se positionner sur les côtés, ainsi qu'au-dessus ou en dessous du volume de projection.In particular, the system is designed to allow viewers to position themselves at various points around the projection volume. They can be located behind the projection device, between the latter and the viewing volume, or facing the viewing volume. In addition, it is also possible to position themselves to the sides, as well as above or below the projection volume.
Description des figuresDescription of figures
D’autres avantages et particularités de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de mises en œuvre et de modes de réalisation nullement limitatifs, au regard de dessins annexés sur lesquels :
  • est un schéma de principe d’un exemple de réalisation d’un système 1 selon l’invention ;
  • est un schéma de principe d’un exemple de réalisation d’un système 1 selon l’invention comportant en outre une projection d’un média tridimensionnel et des positions d’observation ;
  • illustre une construction d’une surface de projection d’un exemple de réalisation d’un système 1 selon l’invention ;
  • illustre deux types de motifs distincts possibles pour la réalisation du système 1 de  ;
  • illustre plusieurs variantes de réalisation du système de  ;
  • illustre une variante de réalisation du système de , comportant un brise-vue et un fond noir ;
  • illustre une variante de réalisation du système de , comportant un objet physique supplémentaire dans le champ de projection ;
  • est un schéma de principe d’un exemple de réalisation d’un procédé selon l’invention ;
  • est un schéma de principe d’une surface virtuelle épaissie selon une direction d’observation.
Other advantages and particularities of the invention will appear on reading the detailed description of implementations and embodiments which are in no way limiting, with regard to the appended drawings in which:
  • is a block diagram of an exemplary embodiment of a system 1 according to the invention;
  • is a block diagram of an exemplary embodiment of a system 1 according to the invention further comprising a projection of a three-dimensional media and observation positions;
  • illustrates a construction of a projection surface of an exemplary embodiment of a system 1 according to the invention;
  • illustrates two distinct types of possible patterns for the realization of system 1 of ;
  • illustrates several variants of the system ;
  • illustrates an alternative embodiment of the system of , including a privacy screen and a black background;
  • illustrates an alternative embodiment of the system of , comprising an additional physical object in the projection field;
  • is a block diagram of an exemplary embodiment of a method according to the invention;
  • is a schematic diagram of a virtual surface thickened along an observation direction.
Description de modes de réalisation.Description of embodiments.
Les modes de réalisation décrits ci-après n’étant nullement limitatifs, on pourra notamment considérer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites, par la suite isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques suffit à conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieure. Cette sélection comprend au moins une caractéristique, de préférence fonctionnelle sans détails structurels, ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie uniquement suffit à conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieure.The embodiments described below being in no way limiting, it will be possible in particular to consider variants of the invention comprising only a selection of the characteristics described, subsequently isolated from the other characteristics described, if this selection of characteristics is sufficient to confer a technical advantage or to differentiate the invention compared to the state of the prior art. This selection comprises at least one characteristic, preferably functional without structural details, or with only a part of the structural details if this part alone is sufficient to confer a technical advantage or to differentiate the invention compared to the state of the prior art.
Sur les figures un élément apparaissant sur plusieurs figures conserve la même référence.In the figures, an element appearing in several figures retains the same reference.
Système de projectionProjection system
et représentent un schéma d’un système de projection 1 selon un mode de réalisation. And represent a diagram of a projection system 1 according to one embodiment.
Le système 1 est prévu pour diffuser un média tridimensionnel 4’. Le média tridimensionnel peut être un/des volume(s) et/ou une/des surface(s) définie dans l’espace. Le média peut être fixe ou animé.System 1 is intended to broadcast a 4’ three-dimensional media. The three-dimensional media can be a volume(s) and/or a surface(s) defined in space. The media can be fixed or animated.
Le média peut être notamment généré à partir :
  • de formules mathématiques (surfaces, volumes….),
  • d’objets 3D à base de faces (maillages 3D texturés),
  • de nuages de points (issus de scanners lidar/photogrammétrie…),
  • de cartes de profondeur, par exemple générées avec des caméras de profondeur de type Kinect®,
  • de Gaussian Splatting,
  • de champs de radiance neuronaux (NeRF).
The media can be generated from:
  • mathematical formulas (surfaces, volumes, etc.),
  • 3D face-based objects (textured 3D meshes),
  • point clouds (from lidar/photogrammetry scanners, etc.),
  • depth maps, for example generated with Kinect® type depth cameras,
  • from Gaussian Splatting,
  • of neural radiance fields (NeRF).
Le système de projection 3D permet d’afficher le média tridimensionnel sur plusieurs couches et ce, avec un seul projecteur. Il permet à plusieurs observateurs de voir cet objet de différents points de vue, sans avoir besoin de porter des périphériques tels que des casques, lunettes de stéréoscopie.The 3D projection system allows the three-dimensional media to be displayed on multiple layers with a single projector. It allows multiple observers to view this object from different points of view, without the need to wear peripherals such as headsets, stereoscopic glasses.
Le système de projection est configuré pour une perception relief passive de média tridimensionnel depuis de multiples points de vue.The projection system is configured for passive relief perception of three-dimensional media from multiple viewpoints.
À cet effet, selon un mode de réalisation, le système 1 comporte notamment :
  • un ordinateur 2, ou une autre source vidéo et un logiciel associé qui génère une image ;
  • un projecteur 3 agencé pour projeter des images selon une direction principale, dite direction de projection, et présentant un cône de projection formé autour de ladite direction de projection ;
  • une surface de projection 4 semi-transparente formée d’une pluralité de couches semi-transparentes, orientées transversalement à la direction de projection.
For this purpose, according to one embodiment, the system 1 comprises in particular:
  • a computer 2, or other video source and associated software that generates an image;
  • a projector 3 arranged to project images in a main direction, called the projection direction, and having a projection cone formed around said projection direction;
  • a semi-transparent projection surface 4 formed from a plurality of semi-transparent layers, oriented transversely to the projection direction.
Ainsi, la surface de projection peut former support du media tridimensionnel (4’) à partir d’images projetées.Thus, the projection surface can form a support for the three-dimensional media (4’) from projected images.
La configuration spatiale des couches semi-transparentes définit le volume dans lequel le média 3D peut être affiché. La surface semi-transparente est caractérisée par sa capacité à diffuser la lumière reçue sur ses deux faces, sans réflexion spéculaire nette, et sans effets de réfraction notable (ce qui signifie qu'elle ne dévie pas la lumière de manière à changer sa direction de propagation initiale), tout en permettant de voir les autres couches à travers.The spatial configuration of the semi-transparent layers defines the volume in which the 3D media can be displayed. The semi-transparent surface is characterized by its ability to diffuse light received on both sides, without sharp specular reflection, and without noticeable refraction effects (meaning that it does not deflect light in such a way as to change its initial propagation direction), while allowing the other layers to be seen through it.
L’image peut être générée par le logiciel en temps réel ou peut être générée préalablement puis diffusée ultérieurement. Selon une variante du mode de réalisation, le système pourrait ne pas comprendre d’ordinateur, les images pouvant être préparées en amont et diffusées ultérieurement par le projecteur. Il est possible d’afficher de très grands médias tridimensionnels.The image may be generated by the software in real time or may be generated in advance and then broadcast later. In an alternative embodiment, the system may not include a computer, and the images may be prepared in advance and broadcast later by the projector. Very large three-dimensional media may be displayed.
Avantageusement, la surface de projection 4 forme un support de visualisation pour tout ou partie d’une image projetée par le projecteur 3 permettant la diffusion du média tridimensionnel 4’, visible d’une multitude de points de vue 9. La surface de projection 4 est ainsi une surface diffusante.Advantageously, the projection surface 4 forms a viewing support for all or part of an image projected by the projector 3 allowing the diffusion of the three-dimensional media 4’, visible from a multitude of points of view 9. The projection surface 4 is thus a diffusing surface.
La surface de projection 4 peut être disposée sur une structure support 5 du système, ladite structure support formant armature pour la surface de projection. The projection surface 4 can be arranged on a support structure 5 of the system, said support structure forming a frame for the projection surface.
La fonction primaire des cadres est le réglage de la tension des fils.The primary function of the frames is the adjustment of the thread tension.
Plus précisément, la structure de support 5 peut être formée d’un cadre supérieur et un cadre inférieur présentant chacun des fils de soutiens tendus prévus pour positionner les couches.More specifically, the support structure 5 may be formed of an upper frame and a lower frame each having taut support wires provided for positioning the layers.
De préférence, les cadres formant deux surfaces parallèles entre elles, orthogonales et centrées par rapport à la direction de projection. D’autres constructions géométriques sont possibles : les cadres peuvent ne pas être orthogonaux à la direction de projection, ou encore ne pas être centrés sur la direction de projection. Il est par ailleurs prévu de fabriquer une surface de projection à symétrie de révolution autour de la direction principale, proposant ainsi une plus grande régularité dans l’axe d’observation.Preferably, the frames form two surfaces parallel to each other, orthogonal and centered with respect to the projection direction. Other geometric constructions are possible: the frames may not be orthogonal to the projection direction, or may not be centered on the projection direction. It is also planned to manufacture a projection surface with symmetry of revolution around the main direction, thus offering greater regularity in the observation axis.
Chacune des couches peut être plane. Chacune des couches peut être un tissu, obtenu à partir de fils ou fibres d’un ou plusieurs matériaux, synthétique ou naturel. Each of the layers can be flat. Each of the layers can be a fabric, obtained from threads or fibers of one or more materials, synthetic or natural.
Chacune des couches peut être en tulle. Un tulle est un tissu transparent et vaporeux formé par un réseau de mailles régulières de fins fils de coton, de lin, de soie, de laine ou, plus récemment, de fibres synthétiques. Each of the layers can be made of tulle. Tulle is a transparent and vaporous fabric formed by a network of regular meshes of fine threads of cotton, linen, silk, wool or, more recently, synthetic fibers.
La sous-figure supérieure de gauche supérieure de la représente un ensemble Ts de segments supérieurs formant une partition en bandes de la surface supérieure Ss. Un ensemble Ti de segments inférieurs forme une partition en bandes de la surface supérieure Ss, chacun des segments Ti étant l’image projetée d’un segment Ts lorsque le projecteur est en fonctionnement.The upper left subfigure of the represents a set Ts of upper segments forming a strip partition of the upper surface Ss. A set Ti of lower segments forms a strip partition of the upper surface Ss, each of the segments Ti being the projected image of a segment Ts when the projector is in operation.
Une couche Ci est formée en associant un segment supérieur, Lsi, de l’ensemble Ts et un segment inférieur, Lii, de l’ensemble Tii.A Ci layer is formed by associating an upper segment, Lsi, of the set Ts and a lower segment, Lii, of the set Tii.
La sous-figure de droite supérieure de la représente une surface continue de projection définissant le volume d’affichage tridimensionnel. La partie inférieure de illustre la possibilité d’avoir des surfaces non parallèles.The upper right subfigure of the represents a continuous projection surface defining the three-dimensional display volume. The lower part of illustrates the possibility of having non-parallel surfaces.
Comme illustré sur , plusieurs conformations de couches sont prévues :
  • dans l’exemple représenté sur la sous-figure a), la surface de projection est continue. Plus particulièrement, à l’exception des extrémités, chacun des segments inférieurs et segments supérieurs appartient à deux couches ; cette conformation étant dite en zigzag ; les couches présentent une normale formant un angle avec la direction de projection qui alterne entre angle aigu et angle obtus.
  • dans l’exemple représenté sur la sous-figure b), la surface de projection est discontinue. Plus particulièrement, chacun des segments supérieurs et des segments inférieurs appartiennent à une seule couche. En outre, à l’exception des extrémités, le segment inférieur d’une couche est l’image par la projection du supérieur d’une autre couche ; les couches présentent toutes une normale formant un angle aigu avec la direction de projection.
As shown in , several layer conformations are planned:
  • in the example shown in subfigure a), the projection surface is continuous. More particularly, with the exception of the ends, each of the lower segments and upper segments belongs to two layers; this conformation being said to be zigzag; the layers have a normal forming an angle with the projection direction which alternates between acute angle and obtuse angle.
  • in the example shown in subfigure b), the projection surface is discontinuous. More particularly, each of the upper segments and the lower segments belong to a single layer. Furthermore, with the exception of the ends, the lower segment of a layer is the image by the projection of the upper one of another layer; the layers all have a normal forming an acute angle with the projection direction.
Comme illustré sur , selon une variante de l’invention, le système 1 peut en outre comprendre une lentille 6 fonctionnellement disposée entre le projecteur et la surface de projection. La lentille parallélise les chemins optiques, la surface semi-transparente offre une meilleure homogénéité de densité volumique d’affichage (et donc une qualité visuelle plus homogène).As shown in , according to a variant of the invention, the system 1 can further comprise a lens 6 functionally arranged between the projector and the projection surface. The lens parallelizes the optical paths, the semi-transparent surface offers better homogeneity of display volume density (and therefore a more homogeneous visual quality).
Comme illustré sur , selon une variante de l’invention, le système 1 peut en outre comprendre un miroir optique 6 et/ou une lentille 6’ fonctionnellement disposé entre le projecteur et la surface de projection. Le miroir permet un renvoi de la projection qui peut être utile notamment pour des raisons des contraintes d’espace ou d’orientation préférentielle du projecteur.As shown in , according to a variant of the invention, the system 1 may further comprise an optical mirror 6 and/or a lens 6' functionally arranged between the projector and the projection surface. The mirror allows a return of the projection which may be useful in particular for reasons of space constraints or preferential orientation of the projector.
Comme illustré sur , le système 1 peut en outre comprendre un dispositif physique qui masque partiellement le système. Le brise-vue 7 permet de masquer le projecteur, tandis que le brise-vue 7’ permet de masquer la lumière résiduelle. Le système 1 peut en outre comprendre un fond noir pour piéger et absorber la lumière parasite transmise.As shown in , the system 1 may further comprise a physical device that partially masks the system. The privacy screen 7 makes it possible to mask the projector, while the privacy screen 7' makes it possible to mask the residual light. The system 1 may further comprise a black background to trap and absorb the transmitted stray light.
Comme illustré sur , le système 1 peut en outre comprendre un objet 8 placé entre le projecteur et la surface de projection, comme illustré sur la sous-figure a, ou au niveau de la surface de projection, comme illustré sur la sous-figure b. Soit l’objet ne reçoit pas de lumière de la part du projecteur, soit l’objet est éclairé par le vidéo projecteur, avec des techniques de vidéos mapping classiques.As shown in , the system 1 may further comprise an object 8 placed between the projector and the projection surface, as illustrated in subfigure a, or at the projection surface, as illustrated in subfigure b. Either the object does not receive light from the projector, or the object is illuminated by the video projector, with conventional video mapping techniques.
Procédé de projection d’un objet virtuelMethod of projecting a virtual object
illustre un procédé de projection d’un objet virtuel en volume au moyen d’un système décrit précédemment, comportant les étapes suivantes :
  • génération E1 d’un dispositif virtuel dual du système comportant :
    1. une caméra virtuelle présentant de mêmes caractéristiques que le projecteur,
    2. un maillage 3d, dit surface de projection virtuelle de mêmes caractéristiques que la surface de projection réelle ;
  • calcul E2 d’une intersection tridimensionnelle virtuelle de la surface de projection virtuelle et du média en volume,
  • calcul E3 d’une vue, aussi appelée rendu, de l’intersection tridimensionnelle par la caméra virtuelle,
  • export E4 d’une image ou d’une vidéo et/ou envoi au projecteur du système.
illustrates a method of projecting a virtual object into volume using a system described above, comprising the following steps:
  • E1 generation of a dual virtual device of the system comprising:
    1. a virtual camera with the same characteristics as the projector,
    2. a 3D mesh, called a virtual projection surface with the same characteristics as the real projection surface;
  • E2 calculation of a virtual three-dimensional intersection of the virtual projection surface and the volume media,
  • E3 calculation of a view, also called rendering, of the three-dimensional intersection by the virtual camera,
  • E4 export of an image or video and/or sending to the system projector.
Par exemple, si l’objet 3D est plein alors l’intersection 3D avec chaque surface plane de la surface de projection virtuelle sera une sur face en deux dimensions, si l’objet 3D est considéré uniquement comme une surface dans l’espace, alors l’intersection 3D avec chaque surface plane de la surface de projection virtuelle sera une courbe en 1 dimension de l’épaisseur choisie pour la rendre visible.For example, if the 3D object is solid then the 3D intersection with each planar surface of the virtual projection surface will be a two-dimensional surface, if the 3D object is considered only as a surface in space, then the 3D intersection with each planar surface of the virtual projection surface will be a 1-dimensional curve of the thickness chosen to make it visible.
Les caractéristiques de la caméra virtuelle identiques à celles du projecteur sont, notamment : ouverture, focale, ratio hauteur, largeur, shift horizontal et vertical, position et orientation relative à la surface de projection virtuelle, distorsion d’optique.The characteristics of the virtual camera identical to those of the projector include: aperture, focal length, height and width ratio, horizontal and vertical shift, position and orientation relative to the virtual projection surface, optical distortion.
Avantageusement, le procédé peut comporter, lorsque le système présente une direction d’observation principale prédéterminée, un maillage 3D de la surface de projection virtuelle épaissi selon la direction d’observation préalablement à l’étape de calcul E2 de l’intersection tridimensionnelle virtuelle. La illustre l’épaississement de chacun des couches Ci pour former une surface virtuelle épaissie selon une direction d’observation principale prédéterminée d, ainsi qu’un objet o à projeter. La détermination de la projection de o se fait à partir du calcul de l’intersection de l’objet o avec la surface virtuelle épaissie, et non à partir du calcul de l’intersection de l’objet o avec la surface virtuelle.Advantageously, the method may comprise, when the system has a predetermined main observation direction, a 3D mesh of the virtual projection surface thickened according to the observation direction prior to the calculation step E2 of the virtual three-dimensional intersection. illustrates the thickening of each of the layers Ci to form a thickened virtual surface along a predetermined main observation direction d, as well as an object o to be projected. The determination of the projection of o is done from the calculation of the intersection of the object o with the thickened virtual surface, and not from the calculation of the intersection of the object o with the virtual surface.
La calibration du système par alignement du faisceau du projecteur avec le système physique est remarquable.The calibration of the system by aligning the projector beam with the physical system is remarkable.
Le procédé peut en outre comprendre les étapes suivantes :
  • simulation temps réel en contexte de toute configuration du système pour évaluer sa qualité avant sa fabrication,
  • affichage de la qualité visuelle du média en fonction de différents points d’observation,
  • afficher des informations/dimensions sur les matériaux de construction,
  • calibration du projecteur avec la surface de projection des images en temps réel.
The method may further comprise the following steps:
  • real-time simulation in the context of any system configuration to assess its quality before manufacturing,
  • display of the visual quality of the media based on different observation points,
  • display information/dimensions on building materials,
  • projector calibration with the image projection surface in real time.
Bien sûr, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l’invention. De plus, les différentes caractéristiques, formes, variantes et modes de réalisation de l’invention peuvent être associés les uns avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où ils ne sont pas incompatibles ou exclusifs les uns des autres.Of course, the invention is not limited to the examples which have just been described and numerous arrangements can be made to these examples without departing from the scope of the invention. In addition, the various characteristics, forms, variants and embodiments of the invention can be associated with each other in various combinations to the extent that they are not incompatible or exclusive of each other.
NomenclatureNomenclature
  • 1 : système1: system
  • 2 : ordinateur2: computer
  • 3 : projecteur3: projector
  • 4 : surface de projection4: projection surface
  • 4’ : media tridimensionnel projeté4’: projected three-dimensional media
  • 5 : structure support5: support structure
  • 6 : lentille 6: lens
  • 6’ : miroir6’: mirror
  • 7 : écrans7: Screens
  • 8 : objet8: object
  • 9 : observateurs9: Observers

Claims (12)

  1. Système (1) de projection comportant :
    • un projecteur (3) agencé pour projeter une image selon une direction principale, dite direction de projection ;
    • une surface de projection (4) formée d’une pluralité de couches semi-transparentes, chacune des couches étant orientée transversalement à une direction de projection, dite locale, sur ladite couche, la surface de projection formant support de visualisation pour une image projetée par le projecteur.
    Projection system (1) comprising:
    • a projector (3) arranged to project an image in a main direction, called the projection direction;
    • a projection surface (4) formed of a plurality of semi-transparent layers, each of the layers being oriented transversely to a projection direction, called local, on said layer, the projection surface forming a viewing support for an image projected by the projector.
  2. Système selon la revendication 1, comportant en outre une structure de support (5) formant armature pour la surface de projection, ladite structure comportant un cadre supérieur et un cadre inférieur, les cadres formant deux surfaces (Si, Ss), chacune des couches (Ci) s’étendant entre un segment supérieur (Lsi) inscrit dans la surface (Ss) du cadre supérieur et un segment inférieur (Lsi) inscrit dans la surface (Si) du cadre inférieur. System according to claim 1, further comprising a support structure (5) forming a frame for the projection surface, said structure comprising an upper frame and a lower frame, the frames forming two surfaces (Si, Ss), each of the layers (Ci) extending between an upper segment (Lsi) inscribed in the surface (Ss) of the upper frame and a lower segment (Lsi) inscribed in the surface (Si) of the lower frame.
  3. Système selon la revendication précédente, dans lequel la surface de projection est continue.System according to the preceding claim, in which the projection surface is continuous.
  4. Système selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel toutes les couches présentent une normale formant un angle aigu avec la direction de projection locale ou toutes les couches présentent une normale formant un angle obtus avec la direction de projection locale. A system according to claim 1 or 2, wherein all layers have a normal forming an acute angle with the local projection direction or all layers have a normal forming an obtuse angle with the local projection direction.
  5. Système selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel toutes les couches présentent une normale formant alternativement un angle aigu et un angle obtus, avec la direction de projection locale. System according to one of claims 1 or 2, in which all the layers have a normal forming alternately an acute angle and an obtuse angle, with the local projection direction.
  6. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant des fils de soutiens tendus prévus pour positionner les couches.A system according to any preceding claim, comprising taut support wires provided for positioning the layers.
  7. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la surface de projection (4) est en tulle.System according to any one of the preceding claims, in which the projection surface (4) is made of tulle.
  8. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant en outre une lentille (6) et/ou un miroir (6’) fonctionnellement disposé entre le projecteur et la surface de projection.System according to any one of the preceding claims, further comprising a lens (6) and/or a mirror (6') operatively arranged between the projector and the projection surface.
  9. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant en outre un dispositif physique (7, 7’) qui masque partiellement ou totalement le système.System according to any one of the preceding claims, further comprising a physical device (7, 7') which partially or totally masks the system.
  10. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant en outre un objet placé entre le projecteur et la surface de projection ou au niveau de la surface de projection.A system according to any preceding claim, further comprising an object placed between the projector and the projection surface or at the projection surface.
  11. Procédé de projection d’un objet virtuel en volume au moyen d’un système selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant les étapes suivantes :
    • génération (E1) d’un dispositif virtuel dual du système comportant :
      1. une caméra virtuelle présentant de mêmes caractéristiques que le projecteur ;
      2. un maillage 3d, dit surface de projection virtuelle de mêmes caractéristiques que la surface de projection réelle,
    • calcul (E2) d’une intersection tridimensionnelle virtuelle de la surface de projection virtuelle et de l’objet virtuel en volume,
    • calcul (E3) d’une vue, aussi appelée rendu, de l’intersection tridimensionnelle par la caméra virtuelle,
    • export (E4) d’une image ou d’une vidéo et/ou envoi au projecteur du système.
    Method for projecting a virtual object into volume by means of a system according to any one of the preceding claims, comprising the following steps:
    • generation (E1) of a dual virtual device of the system comprising:
      1. a virtual camera with the same characteristics as the projector;
      2. a 3D mesh, called a virtual projection surface with the same characteristics as the real projection surface,
    • calculation (E2) of a virtual three-dimensional intersection of the virtual projection surface and the virtual object in volume,
    • calculation (E3) of a view, also called rendering, of the three-dimensional intersection by the virtual camera,
    • export (E4) of an image or video and/or sending to the system projector.
  12. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le système présente une direction d’observation principale prédéterminée et le maillage 3d de la surface de projection virtuelle est épaissi selon la direction d’observation préalablement à l’étape de calcul (E2) de l’intersection tridimensionnelle virtuelle. Method according to the preceding claim, in which the system has a predetermined main observation direction and the 3D mesh of the virtual projection surface is thickened according to the observation direction prior to the calculation step (E2) of the virtual three-dimensional intersection.
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