3D-Displays - Die Zukunft für Gaming, Multimedia- und Spezialanwendungen. Vortragsprogramm und Präsentationen

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1 3D-Displays - Die Zukunft für Gaming, Multimedia- und Spezialanwendungen Vortragsprogramm und Präsentationen Veranstaltungssort: Friedrich-Schiller-Universität Jena Carl-Zeiss-Str. 3 - Hörsaal 5 Ernst - Abbe - Platz Application specific 3D system versions using high resolution stereo coding By M.B.A. Chiraz El Borgi, Dipl.-Ing. Thorsten Elle, Prof. Dr. Siegbert Hentschke, IPM, University Kassel Summary Different models of autostereoscopic 3D monitors using lenticular glasses in front of TFT displays and having installed special 3D software have been presented. The IPM Institute of the University of Kassel has developed 4 application specific types 3D systems which comprise comfortable Multi-View 3D Monitors as well as low price Add Ons for standard laptops - to be upgraded to 3D Game Laptops. These 4 types of 3D systems for different applications are presented and more specially described in this contribution. The high resolution coding mentioned in the topic is a special brightness and color filtering method developed and patented in IPM Lab which is able to compensate again the horizontal resolution loss due to the stereo multiplexing for the subjective perception. This leads to a stereoscopic win in comparison with 2-dimensional displaying. At the same time we try to carry out consumption demand estimations for these 4 types of 3D systems rsp. components with respect to Germany and worldwide under very simple but plausible and pessimistic assumptions - not claiming for any statistical significance. On the basis of specific cost estimations for each type there is derived a marketing potential and sales volume. The surprising outcome is that a cheap Game Laptop Add On could have a bigger market volume than a comfortable and expensive Multi View 3D Monitor. Finally, we report on a government sponsored research project carried out at the IPM, which describes new approaches to apply the future advantages of the OLED technology for very high resolution 3D display to come. Two realizations of 3D Add On Laptops, a high resolution 3D Photo Laptop and a 3D Game Laptop have been shown running on the small exhibition floor at the workshop.

2 3D-Displays - Die Zukunft für Gaming, Multimedia- und Spezialanwendungen Vortragsprogramm und Präsentationen Veranstaltungssort: Friedrich-Schiller-Universität Jena Carl-Zeiss-Str. 3 - Hörsaal 5 Ernst - Abbe - Platz Anwendungsspezifische Von M.B.A. Chiraz El Borgi, Dipl.-Ing. Thorsten Elle, Prof. Dr. Siegbert Hentschke, IPM, Universität Kassel Kurzfassung Auf der Basis von TFT-Displays sind unter Verwendung von Linsenrasterscheiben und spezieller 3D Software verschiedene autostereoskope Monitore vorgestellt worden. Das IPM der Universität Kassel hat 4 verschiedene anwendungsspezifische Systeme entwickelt, die vom komfortablen Multi-View 3D Monitor bis zum preisgünstigen 3D Add On für einen Laptop reichen, um aus ihm einen 3D Game Laptop zu machen. Diese auf 4 verschieden Anwendungen abgestimmten Systeme werden in diesem Beitrag vorgestellt. Die im Titel genannte erhöhte Auflösung bezieht sich auf ein am IPM entstandenes und patentiertes Verfahren, bei dem speziell für stereoskope Darstellungen die wahrgenommene horizontale Auflösung subjektiv bis zum Faktor 3 verbessert werden kann. Gleichzeitig werden Bedarfsschätzungen vorgenommen, die unter plausiblen, aber pessimistischen Annahmen durchgeführt werden, jedoch keinerlei Anspruch auf Signifikanz erheben. Aufgrund von Kostenschätzungen wird dann ein mögliches Marktpotential abgeleitet. Das erstaunliche Ergebnis ist, dass ein sehr preisgünstiges 3D Add On für Spiele ein höheres Markpotential haben kann als ein teures komfortables 3D System. Zum Abschluß wird von einem neuen Ansatz zur Entwicklung für 3D-Displays in OLED Technologie berichtet, die im Rahmen eines am IPM durchgeführten BMBF Forschungsprojektes entstanden sind. Zwei preisgünstige 3D-Add On Realisierungen mit Laptops wurden im Foyer vorgeführt.

3 Anwendungsspezifische Anwendungsspezifische Seite 1 Seite 2 Anwendungsspezifische Seit mehr als 10 Jahren mit der Entwicklung von Konzepten zur 3D-Visualisierung beschäftigt Forschungsaktivitäten Untersuchung von echtzeitfähigen 3-dimensionalen Bilddarstellungsverfahren Entwicklung einer neuen digitalen 3-D Displaytechnologie Mehrere internationale Patente Quelle: Pressebericht: HNA vom Montag, über IPM in L.A. Seite 3 Seite 4 Anwendungsspezifische IPM - 3D Technologieprinzip Linsen- Rasterscheibe Software Kodierung 3D-Display Komponenten IPM Standard TFT-Display Hohe Flexibilität Einstellung der Anzahl der gewünschten Perspektiven Kombination Displaytyp (PC oder Laptop) mit der geeigneten Linse Hohe Helligkeit Nur 4% Lichtverlust wird durch die Linse generiert Gleicher Kontrast wie beim 2D TFT- Display Psychologisch erfolgreich getestet Seite 5 Seite 6

4 Anwendungsspezifische Die 4 Systeme 3. 3D Photo Laptop Seite 7 Seite 8 Die 4 Systeme Positionsgetreue Darstellung (z.z. 30 Grad) Tiefen-Unschärfe (Betrachter-Winkel kontra Tiefenschärfe) Zur Zeit 64 Perspektiven vorhanden Größte Natürlichkeit Akkomodationskonflikt vermeidbar Echtzeitfähigkeit sehr aufwendig 3. 3D Photo Laptop Autostreoskopische 3D Monitor (22 TFT) z.b.: 64X400X1200 (3D Pixel) Seite 9 Seite 10 Anzahl der Perspektiven skalierbar Schärfe sinkt mit steigender Perspektivenanzahl Vielzahl von Betrachterpositionen möglich (Übergangspositionen vermeiden) Echtzeitfähigkeit bei geringer Perspektivenzahl erreichbar Farb-Moiré-Störungen vermeidbar (Schrägstellung der Linse) Preisgünstiges Add-On für 2-6 Perspektiven Die 4 Systeme 3. 3D Photo Laptop Seite 11 Seite 12

5 3. 3D Photo Laptop Die 4 Systeme Preisgünstiges Add-On mit hoher Auflösung (HR) bei 2 Perspektiven Fixposition erforderlich, aber einstellbar Stereobilder einsetzbar (z.b. Digitale Bilder von Stereo-Kamera) 3. 3D Photo Laptop Seite 13 Seite 14 Systeme am IPM Preisgünstiges Add-On in Standard- Auflösung Fixposition definierbar Positions-Adaption mit Standard- Tracken (z.b. Dynasight) Z.Z. nvidia Grafik-Karte erforderlich Neue 3D Systeme aus dem IPM auf der SIGGRAPH in Los Angeles Seite 15 Seite 16 Anwendungsspezifische Abschätzung Marktpotential 6 Milliarden Menschen 1 Milliarde $ 2002 Ausgaben: mehr als 45 Milliarden $ nur in den 3D Computer- HW, SW u. Services phy. Universum = unbegrenzte Tiefe Depth is superior to flatness. Seite 17 Seite 18

6 Anwendungen Aktuelle Märkte (B2B) CAD/CAM/CAE GIS Medizintechnik Biochemie, Produktpräsentation Tradeshows Museen Militär Heutige vs. zukünftige Produkte Zukünftige Märkte (B2C) Home Entertainment Spiele Kino Internet Amusement parks TV/Cable Education usw. Bis 64 Perspektiven Medizin Radiologie 1 je Heute 5 Jahre 10 Jahre (Quelle: Vrex, 2002 ) Seite 19 Seite D Photo Laptop oder 3D Add On Bis 16 Perspektiven 3D Design CAD Zweitmonitor 1 je Foto Hobby ebusiness Home Shopping 1 je 2000 Seite 21 Seite 22 Umsatzpotentiale Home Gaming Multi Media Jeder 100-ste Jugendliche zwischen 15 und 30 Bezeichnung 1. Multi-User 3D Monitor 2. Multi-View 3D Monitor 3. Photo Laptop 3D Add On 4. Game Laptop 3D Add On Applikation Medizin CAD Stereo Photo E Shopping Home Gaming Stück je je 100 Jug. Preis Umsatz D 12 Mio 12 Mio 10 Mio 16 Mio Umsatzpotential ww 120 Mio 120 Mio 100 Mio 160 Mio SUMME: 50 Mio 500 Mio Seite 23 Seite 24

7 Anwendungsspezifische IPM Forschungsziel / Ausblick Entwicklung neuer digitaler 3D-Multi-User Displays auf OLED-Basis mit echtzeitfähiger 3D-Software. Seite 25 Seite 26 Warum OLED? Warum OLED? Weltweitentwicklung FPD-Marktes im Detail OLED Technologievorteile Prognose: 2014 TFT- LCDs durch OLED- Displays abgelöst Marktanteil LCDs wird in 2006 auf 60,6 % liegen: LCDs werden Anzeigetechnik dominieren Marktanteil LCDs an FPDs: - 89% (29/52,9-20,4) in 2002 Höhere Auflösung Größeres Kontrastverhältnis Größerer Betrachtungswinkel Bessere 3D-Display- Qualität - 83% (52,7/87-23,2) in 2006 Hauptkonkurrenten sind OLEDs und Plasmabildschirm Weniger Energieverbrauch Ohne Gas und mit weniger Vakuum Einfacher Produktionsprozess mit günstigeren Preisen. (Quelle: isuppli, 2002 ) Niedrigere Produktionskosten (Quelle: isuppli, 2002 ) Seite 27 Seite 28 OLED Structures for future 3D Displays OLED Structures The next step of higher display quality can be achieved by displaying images in 3D. But for such enhancements very high color pixel resolutions will be necessary. Such new features can be achieved by the OLED technology. To show this, resolution test samples have been designed and produced by applying polymer organic material. We proofed that stripe width down to 1 µm can be realized and we present samples which meet the 3D requirements. a) ITO Test Structure taken with electronic microscope. b) ITO Test Structure taken with optical microscope. c) Emitted light from P-OLED sample. d) Emitted light of smallest resolution area with µm scale. OLED Resolution Test Structure down to 1 µm stripe width. Seite 29 Seite 30

8 OLED Structures OLED Structures a) ITO stripes taken with optical microscope. b) Emitted light from P-OLED Demonstrator of the same sample. OLED resolution stripe test for 2.5 µm stripe width and 2.5 µm gap. OLED Stripe Resolution Demonstrator with different pitch distances. Seite 31 Seite 32