Technology Access. Großprojektionseinrichtung für die 3D-Darstellung. Erfindung / Idee

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1 Großprojektionseinrichtung für die 3D-Darstellung Erfindung / Idee Die Technologie betrit eine Wiedergabevorrichtung mit einer Rückprojektionswand zur autostereoskopen Wiedergabe von dreidimensionalen Darstellungen. Abhängig von der Dimensionierung können mehrere Betrachter diesen Eekt ohne die Verwendung von Brillen gleichzeitig nutzen. Gegenüber zweidimensionalen, konventionellen Darstellungen, kommt eine dreidimensionale Darstellung den natürlichen Sehgewohnheiten näher. Stand der Technik Es gibt diverse Wiedergabevorrichtungen für dreidimensionale Darstellungen mit einer Mehrzahl von Projektoren und einer Rückprojektionswand. Jeder der Projektoren gibt genau eine Perspektive der dreidimensionalen Darstellungen wieder. Die Rückprojektionswand besteht aus einem Diusor (Streuscheibe), der dem Projektor zugewandt ist, und einer Abb. 1: 3D- Projektionsanordnung Linsenrasterscheibe, die dem Betrachter zugewandt ist. Die beschriebene Wiedergabeeinheit erfordert außerdem einen Zuschauerdetektor (Eye-Tracker), mit dem die Position des Kopfes eines Betrachters erfasst wird. Nachteilig an den beschriebenen Wiedergabevorrichtungen ist ein hoher Helligkeitsverlust auf der Betrachterseite, da ein Teil des vom Projektor abgestrahlten Lichtes vom Diusor absorbiert wird. Des Weiteren funktioniert die Nachführung der Linsenrasterscheibe nur in einem sehr kleinen Bereich. Die hier beschriebene Erfindung reduziert den Helligkeitsverlust und verbessert die Bildqualität erheblich. Allgemeine Beschreibung Die gesamte Vorrichtung besteht aus einer Rückprojektionswand für dreidimensionale Darstellungen, eine Bildwiedergabeeinheit, die hinter der Rückprojektionswand angeordnet ist, und einem Bildwiedergabegerät (Abb.1) Seite 1

2 Technology Access Autostereoskopes 3D-Wiedergabesystem für Displays Erfindung / Idee Die Erfindung betrit ein Verfahren zur autostereoskopischen Wiedergabe von 3D- Darstellungen mit einem Bildschirm. Gegenüber 2-dimensionalen, konventionellen Darstellungen kommt eine 3- dimensionale Darstellung den natürlichen Sehgewohnheiten näher. Die Erfindung ermöglicht das Einsparen von Rechenzeiten und die 3D- Darstellung in Echtzeit und mit hoher Auflösung. Stand der Technik Verfahren und Vorrichtungen dieser Art sinekannt. (z. B. PAM in EP A1). Bei ihrer Anwendung werden die aus je einem roten, Laptop mit 3D-Sichtvorrichtung grünen unlauen Subpixel (G, B, R) gebildeten Bildpixel eines Bildschirmes zeilenweise so angesteuert, dass abwechselnd vertikale, rechte und linke Subpixelstreifen entstehen, die zur Erzeugung zugeordneter, rechter und linker Bildstreifen dienen. Diese Bildstreifen werden mit Hilfe einer vor dem Bildschirm angeordneten Rasterscheibe zu den für 3D-Darstellungen benötigten, rechten und linken Bilder zusammengefasst. Bekannt sind Verfahren und Vorrichtungen die die originalen rechten und linken Bilder zunächst in Zeilenrichtung auf z. B. ein Drittel ihrer Breite zu stauchen und dann mit Hilfe der vor dem Bildschirm angeordneten Rasterscheibe wieder auf das ursprüngliche Maß zu strecken. Zur Vermeidung von Farbstörungen und zur Verbesserung der Auflösung werden die Helligkeits- und Farbwerte der verschiedenen Bildpixel mit Hilfe von Helligkeits- und Farbfiltern in unterschiedlicher Weise bearbeitet. Dabei besteht das Problem, dass wegen der hohen erforderlichen Rechenleistung, die Echtzeitfähigkeit verloren gehen kann. Die hier beschriebene Technologie ermöglicht nun sowohl eine Echtzeitfähigkeit als auch eine hohe Auflösung zu erreichen. Allgemeiner Aufbau Gegenüber dem Stand der Technik wird in jeweils schmalen Umgebungszonen von Polygonlinien eines auf Vektorbasis vorliegenden Bildes eine spezielle, anhand von Seite 1

3 Technology Access Autostereoskopes 3D-Wiedergabesystem für Displays Subpixelmustern erfolgende Ansteuerung der Bildschirm-Subpixel vorgenommen. Dadurch ist es möglich, einmal geschaene Subpixelmuster so oft wie nötig zu wiederholen, was zumindest im Bereich der Polygonlinien den Rechenaufwand erheblich reduziert. Wird außerdem berücksichtigt, dass die beschriebene HR- Filterung in den von den Polygonlinien umgrenzten Bereichen, in denen keine oder nur geringfügige Farb- und Helligkeitsänderungen stattfinden, keine wesentlichen qualitativen Vorteile mit sich bringt, dann kann die HR-Filterung in diesen Bereich erfindungsgemäß auch ganz unterbleiben. Anwendungen Medizintechnik: Darstellung von 3D-CT-Bildern ohne die Nutzung von störenden Brillen. Mehrere Personen können gleichzeitig mehrere Bildschirme benutzen. Architektur: 3-dimensional auf einfachen Laptops können dem Kunden 3- dimensionale Animationen vorgeführt werden. Telepräsenz: In gefährlichen Räumen mit ferngesteuerten Kameras und Roboter nicht mehr auf den natürlichen Tiefeneindruckdruck verzichten. Computerspiele: 3D-Spiele in neuer 3D-Qualität. Zukünftige Fernsehsysteme: Darstellung von Filmen in 3D-Qualität Nutzen 3-D-Wiedergabesystem dass auch bei Bildschirmgrößen von 1024 x 768 Pixel, 50 Bilder pro Sekunde und der Verwendung von verschiedenen Filtern, die Echtzeitfähigkeit ermöglicht. Die Erfindung läßt sich bei anderen Bildschirmen, insbesondere bei Plasma- Bildschirmen anwenden, die eine digitale und subpixelgenaue Ansteuerung ermöglichen. Die Zahl der vorgesehenen Perspektiven bzw. Standorte, von denen aus die 3D-Darstellung betrachtet werden können, ist in weiten Grenzen variabel Seite 2

4 Technology Access Autostereoskopes 3D-Wiedergabesystem für Displays Kontakt Gesellschaft für Innovation Nordhessen mbh Frank Lehmann Gottschalkstr Kassel Tel.: 0561/ Fax:0561/ Seite 3

5 oerey Positionsadaptives, autostereoskopes 3D-Wiedergabesystem (PARSC) II Erfindung / Idee Die Erfindung betrit ein positionsadaptives, autostereoskopisches 3D- Wiedergabesystem, das mit einer vor das Display platzierten Linsenrasterscheibe arbeitet und flexibel auch mehr als zwei Perspektiven gleichzeitig ausstrahlen kann. Stand der Technik Seit einigen Jahren sinereits autostereoskope Wiedergabesysteme mit TFT-Displays im Einsatz, die zwei Ansichten, das rechte und linke Bild, auf dem Display horizontal gemultiplext darstellen und die räumlich separierten Ausstrahlrichtungen durch Barrieremasken oder Zylinderlinsen-Rasterscheiben Laptop mit 3D-Sichtvorrichtung erzeugen. Darüber hinaus wurden derartige Monitore unter Verwendung von Headtrackern auch positionsadaptiv aufgebaut. Neben diesen stereoskopen Monitoren, die sich auf einen Nutzer beziehen, sind auch Multi-User-3D-Displays gebaut worden, die eine Vielzahl von Bildansichten in eine Vielzahl von Betrachterrichtungen ausstrahlen und so eine 3- dimensionale Sicht aus unterschiedlichen Richtungen gleichzeitig ermöglichen. Allgemeiner Aufbau Gegenüber 2-dimensionalen, konventionellen Darstellungen kommt eine 3- dimensionale Darstellung den natürlichen Sehgewohnheiten näher. Der Grad der Natürlichkeit kann durch eine autostereoskope und positionsadaptive Darstellung weiter gesteigert werden. Dies gelingt durch eine neue wahrnehmungsorientierte 3D-Subpixelcodierung, die auch gegenüber bestehenden autostereoskopen Darstellungen die Auflösung zu verdreifachen erlaubt bzw. die Anzahl der Perspektiven zu erhöhen gestattet z. B. auf 4 oder 6 - selbst für Standard TFT Displays. In Kombination mit einem Head Tracker können 3D-Animationen, interaktive Spiele und Vektorformat-Filme in Echtzeit positionsadaptiv auf PCs mit modernen Graphik Seite 1

6 oerey Positionsadaptives, autostereoskopes 3D-Wiedergabesystem (PARSC) II positionsadaptive 3D Darstellung in Echtzeit und hohe Bildqualität für Multi- Perspektiven 3D Darstellung (Multi View). Die vor dem Flachbildschirm zur räumlichen Trennung von perspektivischen Teilbildern erforderlichen Masken sind speziell optimierte Linsenrasterscheiben. Der horizontale Auflösungsverlust kann mit der Subpixel-Umcodierungseinrichtung kompensiert werden. Anwendungen Medizintechnik: Darstellung von 3D-CT-Bildern ohne die Nutzung von störenden Brillen. Mehrere Personen können gleichzeitig mehrere Bildschirme benutzen. Architektur: 3-dimensional auf einfachen Laptops können dem Kunden 3- dimensionale Animationen vorgeführt werden. Telepräsenz: In gefährlichen Räumen mit ferngesteuerten Kameras und Roboter nicht mehr auf den natürlichen Tiefeneindruckdruck verzichten. Computerspiele: 3D-Spiele in neuer 3D-Qualität. Zukünftige Fernsehsysteme: Darstellung von Filmen in 3D-Qualität Nutzen 3D-Wiedergabesystem mit erhöhter Flexibilität, die in Echtzeit betrieben eine höhere Auflösung mit Fotoqualität ermöglicht Seite 2

7 oerey Positionsadaptives, autostereoskopes 3D-Wiedergabesystem (PARSC) II Kontakt Gesellschaft für Innovation Nordhessen mbh Frank Lehmann Gottschalkstr Kassel Tel.: 0561/ Fax:0561/ Seite 3

8 Großprojektionseinrichtung für die 3D-Darstellung Allgemeiner Aufbau Linsenrasterscheiben haben im Vergleich zu dem sonst verwendeten Diusor (Streuscheibe) ein geringeres Absorptions- und Streuverhalten. Sie absorbieren und streuen durchtretende Lichtstrahlen in einem geringeren Maße, als dies bei einem Diusor der Fall ist. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine Steigerung des optischen Wirkungsgrads der Wiedergabevorrichtung. Damit ist das Verhältnis der Lichtleistung, gemeint, die hinter der Rückprojektionswand abgestrahlt wird, zu der Leistung, die an der Vorderseite vom Betrachter empfangen wird. Außerdem wirkt sich das geringe Streuverhalten der Linsenrasterscheiben günstig auf die Trennung einzelner Teilbildstreifen aus. Die Teilbildstreifen verschmieren nicht, wie diese für die Verwendung eines Diusors typisch ist. Bei der erfindungsgemäßen Verwendung von Linsenrasterscheiben werden die Übergänge von einem Teilbildstreifen auf einen angrenzenden Teilbildstreifen schärfer abgegrenzt. Neu an der Erfindung sind Anzahl und Anordnung der Linsenrasterscheiben in der Rückprojektionswand. Der zwischen den Linsenrasterscheiben angeordnete Diusor wird hier durch weitere quer zueinander verlaufende Linsenrasterscheiben ersetzt. Die Aufnahme von darzustellenden Objekten erfolgt mit einer Mehrzahl von Kameras. Jede der Kameras zeichnet genau eine Perspektive des aufzunehmenden Objekts auf. Zur Wiedergabe der dreidimensionalen Darstellung werden die verschienen Perspektivbilder entweder sofort an die Bildwiedergabegeräte übermittelt oder für eine spätere Wiedergabe in einem Bildspeicher zwischengespeichert. Dies funktioniert mit stehenden unewegten Bildern. Ein Betrachter, der von vorn auf die Rückprojektionswanlickt, würde bei nicht vorhandenen Linsenrasterscheiben sämtliche Perspektiven in einem Bild sehen, wobei sich dieses Bild aus den einzelnen Teilbildstreifen zusammensetzt. Mit den Linsenrasterscheiben dagegen, kann der Betrachter in einer vorgewählten Zone bzw. in einem vorgewählten Winkelbereich die einzelnen Perspektiven getrennt von einander Die Anzahl der Linsen auf den einzelnen Linsenrasterscheiben ist unterschiedlich groß. Somit werden aus allen verschiedenen Blickrichtungen jeweils die kompletten zugehörigen Perspektiven gesehen. Diese Eigenschaften werden sichergestellt, in dem die Dicke und Krümmung der Linse und der zweiten Linsenrasterscheibe entsprechend den optischen Berechnungsgesetzen und den Gesetzen der geometrischen Optik mittels eines iterativen Berechnungsverfahrens bestimmt werden Seite 2

9 Großprojektionseinrichtung für die 3D-Darstellung Ein Nachführen der Komponenten entsprechend der Bewegung des Betrachter ist hier nicht notwendig! Die Erfindung hat den Vorteil, dass sie Akkomodationskonflikte (Anpassungsstörungen der Augen bei der Fokusierung) dadurch verhindert, dass sie eine Vielzahl von Perspektiven darstellt. Durch die vierte Linsenrasterscheibe wird das Bild vertikal aufgefächert. Bei der Anordnung von mehreren Bildwiedergabegeräten ergeben sich aufgrund dieser Anordnung Verzerrungen. Diese Verzerrungen können mittels Korrekturmitteln, beispielsweise mittels Korrekturprismen oder Masken für jedes Bildwiedergabegerät korrigiert werden. Auch eine softwaremäßige Korrektur der beschriebenen Verzerrung ist möglich. Nutzen Breites Anwendungsspektrum Als Bildwiedergabegerät kann jedes bildgebende Gerät, beispielsweise ein Projektor oder Beamer verwendet werden. Einfacher Aufbau, da kein Zuschauerdetektor notwendig ist. Durch Teilung der Rückprojektionswand und Montage vor Ort ist ein flexibler Einsatz möglich. Eignet sich für stehende unewegte Bilder. Keine Anpassungsstörungen der Augen bei der Fokkussierung Seite 3

10 Großprojektionseinrichtung für die 3D-Darstellung Kontakt Gesellschaft für Innovation Nordhessen mbh Frank Lehmann Gottschalkstr Kassel Tel.: 0561/ Fax:0561/ Seite 4