Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Anordnung zur stereoskopischen Projektion von Bildern nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 9.The invention relates to a method and arrangement forstereoscopic projection of images according to the generic termsof claims 1 and 9.
Die Erfindung ist bei der Entwicklung, Fertigung und Montage von Bauteilen und Konstruktionen anwendbar. Ziel ist es, Prototypen möglichst real und kostengünstig zu entwickeln.The invention is in the development, manufacture and assemblyapplicable to components and constructions. The goal is,To develop prototypes as realistically and inexpensively as possible.
Es ist bekannt, Bauteile oder Konstruktionen mit einem Rechner zu erstellen und diese dreidimensional darzustellen. Ausgabegeräte zur möglichst realitätsnahen Darstellung einer von einem Rechner geschaffenen, interaktiven, dreidimensionalen Umwelt (Virtual Reality (VR)) ermöglichen es, komplexe unüberschaubare Strukturen, wie zum Beispiel aus Versuchen oder Simulationen gewonnene Datensätze, anschaulich darzustellen.It is known components or constructions with a computerto create and present these in three dimensions.Output devices for the most realistic representation of acreated by a computer, interactive, three-dimensionalEnvironment (Virtual Reality (VR)) makes it possible tounmanageable structures, such as from experiments orSimulations obtained data sets to illustrate clearly.
Ein wichtiger Punkt ist dabei die möglichst realistische dreidimensionale Darstellung der berechneten Szenen. Im Gegensatz zu den herkömmlichen Arbeitsplatz-3D-Bildschirmen, bei denen die virtuelle Welt lediglich von außen, wie durch ein Fenster betrachtet wird, vermitteln immersive Projektionstechnologien dem Benutzer das Gefühl, in diese künstliche Welt einzutauchen, ein Teil von ihr zu sein. Die Benutzer können in die betrachteten Strukturen hineinspähen oder um sie herumgehen und sie somit leichter verstehen. In wissenschaftlichen oder technischen Anwendungen sind immersive Projektionstechniken eine große Hilfe bei der Suche nach Mustern, Verbindungen, Anomalien oder sonstigen Beziehungen.An important point is the most realisticthree-dimensional representation of the calculated scenes. in theUnlike traditional workplace 3D screens,where the virtual world only from the outside, like through aWindow is considered to convey immersiveProjection technologies make the user feel in thisto dive into the artificial world, to be a part of it. TheUsers can peek into the structures under considerationor walk around them, making them easier to understand. Inscientific or technical applications are immersiveProjection techniques are a great help in findingPatterns, connections, anomalies or other relationships.
Immersive Ausgabegeräte wurden ursprünglich als wissenschaftliche Visualisierungswerkzeuge entwickelt. Als erster Industriezweig hat die Automobilindustrie angefangen, die VR-Technologie in großem Stil einzusetzen. Hauptziele sind dabei die Verkürzung der Entwicklungszeit und gleichzeitige Reduzierung der Kosten beim Bau neuer Automobile. So können beim sogenannten virtuellen oder digitalen Prototyping zum Beispiel das Interieur eines Autos auf Ergonomie überprüft oder Wartungs- und Reparaturarbeiten simuliert werden noch bevor der erste Prototyp gebaut ist. Auch in anderen Industriezweigen, wie zum Beispiel der Luft- und Raumfahrtindustrie oder im Schiffs- und Anlagenbau spielt VR und damit die Verfügbarkeit hochwertiger, kostengünstiger immersiver Projektionssysteme eine immer größere Rolle.Immersive output devices were originally calleddeveloped scientific visualization tools. Asfirst industry, the automotive industry has startedto use the VR technology in a big way. Main goals aredoing the shortening of development time and simultaneousReduction of costs for the construction of new automobiles. So canin so-called virtual or digital prototyping forExample checking the interior of a car for ergonomics orMaintenance and repair work can be simulated even before thefirst prototype is built. Also in other industries,such as the aerospace industry or in theShip and plant construction plays VR and thus the availabilityhigh quality, low cost immersive projection systemsan increasingly important role.
Es gibt inzwischen eine Vielzahl unterschiedlicher immersiver Projektionssysteme. Sie unterscheiden sich zum Teil ganz erheblich in ihrer Bauweise, dem Immersionsgrad sowie den Kosten.There are now a variety of different immersiveProjection systems. They differ in part completelySignificant in their construction, the degree of immersion and theCosts.
Die wohl einfachsten dieser Systeme sind vor den Augen zu tragende Anzeigevorrichtungen (Head Mounted Display, (HMD)), bei welchen die 3D-Graphik auf die Gläser einer Brille projiziert wird. Ein derartiges Projektionssystem ist in DE 196 41 480 A1 beschrieben. Es werden keine teueren Aufbauten und Projektoren benötigt. Die Kosten für ein HMD sowie die benötigte Rechenleistung sind daher im Vergleich zu anderen Systemen gering. Weitere Vorteile sind der niedrige Platzbedarf sowie der hohe Immersionsgrad des einzelnen Benutzers. Ein entscheidender Nachteil ist jedoch, dass das HMD nicht mehrbenutzerfähig ist. Für Präsentationen ist das HMD damit weniger geeignet. Weiterhin ist die maximal mögliche grafische Auflösung des Displays geringer als bei anderen Projektionssystemen.Probably the simplest of these systems are too obviousHead Mounted Display (HMD),in which the 3D graphics on the glasses of a pair of glassesis projected. Such a projection system is described in DE 196 41 480 A1described. There are no expensive bodies andProjectors needed. The cost of an HMD and therequired computing power are therefore compared to othersSystems low. Further advantages are the low space requirementas well as the high degree of immersion of the individual user. OnHowever, the major disadvantage is that the HMD is notis multi-user capable. For presentations, the HMD is with itless suitable. Furthermore, the maximum possible graphicDisplay resolution lower than othersProjection systems.
Es sind weiterhin Projektionssysteme bekannt die einen Bildschirm mit großer Diagonale mit Abmessungen von ca. 1-1.5 m verwenden, auf welchem die 3D-Graphiken von vorn dargestellt werden. Aufgrund der relativ kleinen Projektionsfläche, sowie des Blicks auf einen Bildschirm, ist der Immersionsgrad deutlich geringer als beim HMD. Man hat, ähnlich wie bei einem herkömmlichen Arbeitsplatz-3D-Bildschirm, das Gefühl die virtuelle Welt durch ein Fenster zu betrachten. Dafür sind solche Systeme jedoch eingeschränkt mehrbenutzerfähig. Sie empfehlen sich im wesentlichen als Einzelarbeitsplätze, welche gelegentlich für Präsentationen genutzt werden können und an denen Immersion nicht den allerhöchsten Stellenwert hat.There are still known projection systems the oneLarge diagonal screen with dimensions of approx. 1-1.5 muse on which the 3D graphics shown from the frontbecome. Due to the relatively small projection screen, as wellLooking at a screen, the degree of immersion issignificantly lower than the HMD. One has, similar to oneconventional workplace 3D screen, the feeling theto look at the virtual world through a window. For that arehowever, such systems are limited in multi-user capability. sheare essentially recommended as a single workstations, whichoccasionally can be used for presentations and onImmersion does not have the highest priority.
Eine Weiterentwicklung der Systeme mit großen Bildschirmen sind Systeme bei denen die Bilder von hinten auf zwei ca. 2 × 1,5 m große, L-förmig angeordnete Mattscheiben projiziert werden. Die Bilder werden dabei abhängig von der Position des Benutzers berechnet. Durch diese benutzerabhängige Bilderzeugung sowie die Projektion auf zwei Flächen ist der Grad der Immersion deutlich größer als bei den zuvor beschriebenen Systemen. Der Knick zwischen den beiden Scheiben, auf welche projiziert wird, erzeugt für die Beobachter17, die einen anderen Blickwinkel auf die Projektionsflächen haben, als der Beobachter, dessen Position bestimmt und aus dessen Blickrichtung die Bilder berechnet werden, jedoch große Verzerrungen. Hierdurch ist ein solches System für Präsentationen weniger geeignet.A further development of systems with large screens are systems in which the images are projected from behind on two approximately 2 × 1.5 m large, L-shaped focusing screens. The images are calculated depending on the position of the user. Due to this user-dependent image generation and the projection on two surfaces, the degree of immersion is significantly greater than in the systems described above. The kink between the two slices being projected produces large distortions for the observers17 , who have a different angle of view from the projection surfaces than the observer, whose position is determined and from which the images are calculated. This makes such a system less suitable for presentations.
Des weiteren wird zur Projektion von 3D-Graphiken mit meist mehreren Projektoren eine große Leinwand verwendet. Die grafische Auflösung ist deutlich höher als bei den Systemen mit großen Bildschirmen. Die Systeme mit großen Leinwänden sind mehrbenutzerfähig und eignen sich sehr gut für Präsentationen. Der Immersionsgrad ist jedoch wesentlich geringer als beim HMD, da bei nur eine Ebene als Präsentationsfläche zur Verfügung steht.Furthermore, the projection of 3D graphics with mostlyseveral projectors used a large screen. Thegraphical resolution is significantly higher than the systems withbig screens. The big screen systems aremulti-user capable and very suitable for presentations.However, the degree of immersion is much lower than in the HMD,because only one level is available as a presentation areastands.
Ein weiteres immersives Projektionssystem ist die Rundprojektion. Anstatt die 3D-Graphik auf eine große ebene Leinwand zu projizieren ist die Projektionsfläche Teil eines Zylinders. Der Öffnungswinkel variiert dabei i. a. zwischen 120 und 200 Grad. Dadurch, dass die Projektionsfläche teilweise um den Benutzer herum geht und somit fast sein gesamtes Sichtfeld abdeckt, ist der Immersionsgrad bei der Rundprojektion deutlich höher als bei den Systemen mit großen Leinwänden.Another immersive projection system is theRound projection. Instead of the 3D graphics on a large levelProjecting the screen is part of a projection screenCylinder. The opening angle varies i. a. between 120and 200 degrees. Due to the fact that the projection area partially umthe user walks around and thus almost his entire field of visioncovers the degree of immersion in the round projectionhigher than the systems with large screens.
Desweiteren sind würfelförmige Projektionsräume (Computerized Automatic Virtual Environment, (CAVE))bekannt, bei denen ähnlich wie bei den Systemen mit L-förmig angeordneten Mattscheiben die 3D-Graphiken benutzerabhängig auf mehrere rechtwinkelig zueinander stehende Seiten projiziert werden. Bei den meisten heute existierenden CAVEs werden die Bilder auf vier Seiten projiziert: vorne, rechts, links, sowie auf den Fußboden. Bei solch einer vierseitigen CAVE (C4) erfolgt die Projektion auf den Boden von oben herab. Bei fünf- und sechsseitigen CAVEs (C5/C6) ist dies nicht mehr möglich, hier werden die Projektoren unter dem Fußboden angebracht, was den Aufbau noch wesentlich komplizierter und teurer macht. Die Standardmaße einer kleinen für ca. 6 Personen geeigneten CAVE sind 2,4 m × 2,4 m × 2,4 m. Die Ausmaße einer großen CAVE, welche sich für Gruppen von ca. 10 Personen eignet, sind 3 m × 3 m × 3 m. Obwohl die Projektoren die CAVE in der Regel nicht direkt beleuchten, wird ihr Bild meist über mindestens einen Spiegel umgelenkt uns man benötigt immer noch eine Raumhöhe von wenigstens vier Metern für den Aufbau einer kleinen vierseitigen CAVE. Der Immersionsgrad der CAVE ist, insbesondere bei der C6, sehr hoch. Allerdings sind dieses Systeme sehr teuer und lediglich eine Person hat eine optimale Darstellungsqualität. Die restlichen Personen sehen zum Teil starke Diskontinuitäten in Form von Richtungssprüngen an den Kanten des würfelförmigen Raumes. Bei sehr hellen Szenen treten weiterhin störende Übersprechungen, wie Spiegelungen bzw. wechselseitige Beleuchtung der Flächen, an den Kanten und in den Ecken des Würfels auf, welche zu einer deutlichen Kontrastreduktion führen.Furthermore, cube-shaped projection spaces (computerizedAutomatic Virtual Environment, (CAVE)), in whichsimilar to the systems arranged with L-shapedDiffuse the 3D graphics user-dependent on severalprojected at right angles to each other. atMost of today's CAVEs will have their pictures onfour sides projected: front, right, left, as well as on theFloor. With such a quadrilateral CAVE (C4), theProjection to the ground from above. At five- andSix-sided CAVEs (C5 / C6) this is no longer possible, herethe projectors are placed under the floor what theConstruction is much more complicated and expensive. TheStandard dimensions of a small CAVE suitable for approx. 6 personsare 2.4 m × 2.4 m × 2.4 m. The dimensions of a large CAVE, whichis suitable for groups of about 10 people are 3 m × 3 m × 3 m.Although the projectors do not usually direct the CAVEIlluminate, her picture is usually about at least one mirrordiverted us you still need a ceiling height ofat least four meters for building a smallfour-sided CAVE. The immersion level of the CAVE is,especially in the C6, very high. However, this isSystems very expensive and only one person has an optimalDisplay quality. The rest of the people see in partstrong discontinuities in the form of directional leaps at theEdges of the cube-shaped space. For very bright scenesstill disturbing crosstalk, such as reflections ormutual illumination of the surfaces, at the edges and inthe corners of the cube, which leads to a clearLead to contrast reduction.
Eine Variante der CAVE ist ein Projektionssystem (RAVE) bestehend aus drei Seitenwänden, welche auf Rollen gelagert sind. Die 3D-Graphiken werden auf die drei Seiten sowie den Boden projiziert. Die Seitenwände lassen sich zu einer großen Wand nebeneinander aufstellen, womit sich eine Projektionsfläche von 10 m Breite ergibt. Sie können jedoch auch rechtwinklig angeordnet werden wodurch man eine gewöhnliche vierseitige CAVE erhält. Der Vorteil gegenüber der CAVE ist die größere Flexibilität, so dass sich auch Präsentationen für mehr als 10 Personen ausrichten lassen.A variant of the CAVE is a projection system (RAVE)consisting of three side walls, which are mounted on rollersare. The 3D graphics will be on the three sides as well as theSoil projected. The side walls can be a largePut the wall next to each other, bringing aProjection surface of 10 m width results. You can, howeverto be arranged at right angles thereby making one ordinaryfour-sided CAVE receives. The advantage over the CAVE is thegreater flexibility, so that also presentations for morethan let 10 people align.
Im Unterhaltungsbereich finden sich schließlich noch die 3D-Kinos mit Projektionsflächen, die Teil einer Kugel sind, innerhalb der sich die Zuschauer befinden. Die 3D-Kinos haben Großbildleinwände mit Abmessungen von ca. 20 m × 27 m, auf denen speziell für diese Kinos hergestellte Filme gezeigt werden. Die Transformation der Bilder auf die Halbkugeln erfordert spezielle teure Aufnahme- und Wiedergabegeräte. Es wird sowohl aktives als auch passives Stereo eingesetzt. Der große Vorteil gegenüber der CAVE/RAVE Technologie ist, dass es keine Kanten im Projektionsraum gibt und somit keine sichtbaren Diskontinuitäten auftreten können. Trotz der gewaltigen Größe der Leinwand ist der Immersionsgrad der Systeme nicht so hoch wie bei einer CAVE, da der Benutzer die Szenen nur aus einer vorgegebenen Position betrachten kann. Daher und aufgrund der enormen Kosten spielt diese Kino-Technologie im wissenschaftlich/technischen Bereich keine Rolle.In the entertainment area, finally, the 3DCinemas with projection screens that are part of a ball,within which the spectators are. The 3D cinemas haveLarge screens with dimensions of about 20 m × 27 m, on whichspecifically produced for these cinemas. TheTransformation of images on the hemispheres requiresspecial expensive recording and playback devices. It will bothactive as well as passive stereo used. the big advantagecompared to the CAVE / RAVE technology is that there are no edgesin the projection room and thus no visibleDiscontinuities can occur. Despite the huge sizeOn the canvas, the immersion level of the systems is not that highas with a CAVE, since the user has only one scenecan look at predetermined position. Therefore, and because ofThis cinema technology plays in enormous costsscientific / technical field does not matter.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Anordnung zur stereoskopischen Projektion eines Bildes anzugeben, welche eine benutzerabhängige realitätsnahe Darstellung mit hohem Immersionsgrad ermöglichen.The object of the invention is a method and an arrangementto indicate the stereoscopic projection of an image whicha user-dependent realistic representation with highEnvelopment level allow.
Dies Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 und 9 angegebenen Erfindungen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind in Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by those specified in claim 1 and 9Inventions solved. Advantageous developments ofInventions are specified in subclaims.
Das neuartige immersive Projektionsverfahren- und die Anordnungen sind eine Weiterentwicklung der herkömmlichen Rundprojektion. Es vereint im wesentlichen die Vorteile aller bestehenden immersiven Projektionssysteme. Das Verfahren und die Anordnung beinhalten die Kombination von Rundprojektion und Projektion auf eine vor dem konkaven, insbesondere zylindrischen, Projektionsschirm gelegenen Bodenfläche. Zusätzlich kann ein optisches Infrarot-Ortungssystem (Tracking-System) die Position und Blickrichtung eines Beobachters ermitteln. Die Darstellung der virtuellen Szenen erfolgt dann in Abhängigkeit der Daten dieses Systems. Hierdurch wird der Immersionsgrad einer CAVE erreicht. Die Rundprojektion stellt dabei jedoch einen wesentlich größeren Raum zur Verfügung. Dieser ermöglicht es zum Beispiel ein komplettes Auto in Originalgröße darzustellen und sich um dieses herumzubewegen bzw. sich in es hineinzusetzen. Das System ist flexibel einsetzbar. So lässt es sich zum Beispiel für Präsentationen vor großen Gruppen auch als herkömmliche Rundprojektion ohne Ortung (Tracking) und Bodenprojektion nutzen.The novel immersive projection process and theArrangements are a further development of the conventional onesRound projection. It essentially combines the benefits of allexisting immersive projection systems. The procedure andthe arrangement includes the combination of round projection andProjection on a front of the concave, in particularcylindrical floor surface located on the projection screen.In addition, an infrared optical positioning system (trackingSystem) the position and viewing direction of an observerdetermine. The presentation of the virtual scenes then takes placedepending on the data of this system. This will be theAchieved degree of immersion of a CAVE. The round projection presentshowever, a much larger space available.This allows for example a complete car inOriginal size to represent and to move around thisor to sit in it. The system is flexibleused. This is the case for presentations, for examplein front of large groups even as conventional round projection withoutUse tracking and ground projection.
Die vom Computer beobachterabhängig berechneten Bilder müssen perspektivisch korrekt auf den Boden sowie den konkaven Projektionsschirm projiziert werden. Hierbei sind eine Reihe von Problemen zu lösen. Zunächst muß die Position und Blickrichtung der Beobachter möglichst exakt ermittelt werden (Tracking). Anschließend ist die darzustellende Szene in Abhängigkeit dieser Daten zu erzeugen und korrekt auf den konkaven Projektionsschirm sowie den Boden zu projizieren. Dabei müssen mehrere Projektoren synchron angesteuert werden. Die bei der Projektion auf die zylinderförmige Leinwand, sowie den Boden, auftretenden Verzerrungen können nicht alleine mit Hilfe der Optik der Projektoren korrigiert werden. Sie müssen mittels spezieller Verfahren bei der Berechnung der Szenen mit berücksichtigt werden. Schließlich ist noch zu gewährleisten, dass die Bereiche der Zylinder- bzw. Bodenprojektion, die sich überlappen, ausgeblendet werden (Clipping).The computer-dependent calculated images mustin perspective correctly on the ground as well as the concaveProjection screen are projected. Here are a numberto solve problems. First, the position andViewing the observer be determined as accurately as possible(Tracking). Then the scene to be displayed is inDependency of this data to generate and correct on theconcave projection screen as well as to project the ground.Several projectors must be controlled synchronously.The projecting on the cylindrical screen, as wellthe floor, occurring distortions can not be alone withHelp the optics of the projectors are corrected. You need tousing special procedures in the calculation of scenes withbe taken into account. Finally, it has to be ensuredthat the areas of the cylinder or ground projection that areoverlap, be hidden (clipping).
Die folgenden Abschnitte beschreiben detailliert den Aufbau des Projektionssystems, die verwendete Hardware, das Tracking sowie die beobachterabhängige Bilderzeugung und das Clipping. Es zeigen:The following sections describe in detail the structure of theProjection system, the hardware used, the tracking as wellObserver-dependent imaging and clipping. Itdemonstrate:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Boden- und Rundprojektion,Fig. 1 is a perspective view of a bottom and circular projection,
Fig. 2 einen Grundriß der Boden- und Rundprojektion nachFig. 1,Fig. 2 is a plan of the bottom and round projectionshown inFIG. 1,
Fig. 3 einen Aufriß der Boden- und Rundprojektion nachFig. 1,Fig. 3 is an elevational view of the bottom and round projectionshown inFIG. 1,
Fig. 4 ein Schema für eine beobachterabhängige Bilderzeugung,Fig. 4 is a schematic for an observer-dependent imaging,
Fig. 5 ein Schema für ein blickpunktabhängiges Rendering uaf die Bildebene,Fig. 5 is a diagram of a view-dependent rendering uaf the image plane,
Fig. 6 ein Schema für ein blickpunktabhängiges Texturmapping,Fig. 6 is a diagram of a view-dependent texture mapping,
Fig. 7 ein Schema für einen weiteren Renderschritt und Clipping,Fig. 7 is a diagram for another rendering step and clipping,
Fig. 8 ein Schema zur Verdeutlichung des Blickwinkelproblems,Fig. 8 is a diagram for illustrating the viewing angle problem,
Fig. 9 ein Schema für die Lösung des Blickwinkelproblems nachFig. 8 durch Einfügen zweier Bildebenen,Fig. 9 is a scheme for solving the problem of view ofFig. 8 by inserting two image planes,
Fig. 10 ein Schema für die Lösung des Blickwinkelproblems nachFig. 8 durch Positionskorrektur,Fig. 10 is a scheme for solving the problem of view according toFIG. 8 through position correction,
Fig. 11 ein Schema für einen ersten Renderschritt mit blickpunktabhängigen Rendering auf die Bildebene,Fig. 11 is a schematic for a first rendering step with viewpoint-dependent rendering to the image plane,
Fig. 12 ein Schema für einen zweiten Renderschritt mit kameraabhängigen Texturmapping, undFig. 12 is a diagram for a second rendering step with camera-dependent texture mapping, and
Fig. 13 ein Schema zur Ausmaskierung der Bodenprojektion.Fig. 13 is a diagram for masking the floor projection.
In der nachfolgenden Beschreibung werden für Elemente mit äquivalenten Wirkungen in den verschiedenen Figuren die selben Bezugszeichen verwendet.In the following description are for elements withequivalent effects in the different figures the sameReference numeral used.
Fig. 1 zeigt ein dreidimensionales Modell einer Projektionsanordnung. Die Projektionsanordnung besteht aus einen Rechner1 mit einem Zentralprozessor2 (CPU), der über ein Bussystem3 mit einem Festplattenlaufwerk4 (HD), einem wahlfreien Zugriffsspeicher5 (RAM) und einem Nur-Lese-Speicher6 (ROM) verbunden ist. Von außerhalb sind mit dem Bussystem3 eine Tastatur7 eine CAD-Station8 und ein Bildschirm9 verbunden. Der Zentralprozessor2 dient zur zeitlichen Abstimmung und Kontrolle aller an das Bussystem3 angeschlossenen Elemente. Der wahlfreie Zugriffsspeicher5 dient zur Ablage von temporären Anweisungen oder Daten. Der Nur-Lese-Speicher6 enthält unveränderliche Befehle, Daten und Programme, die für die korrekte Funktionsweise des Rechners1 erforderlich sind. Die Festplatte4 ist ein Speicher mit großer Kapazität, um ein Programm und Daten bei der Durchführung des Verfahrens zu speichern. Mit der CAD-Station8 können Daten zu stillstehenden oder bewegten Bildern gewonnen und dem Rechner1 zugeführt werden. Die Tastatur8 ermöglicht die Dateneingabe durch eine Bedienperson. Zur Ausgabe von Daten für die Bedienperson dient der Bildschirm10.Fig. 1 shows a three-dimensional model of a projection arrangement. The projection arrangement consists of a computer1 with a central processor2 (CPU), which is connected via a bus system3 with a hard disk drive4 (HD), a random access memory5 (RAM) and a read-only memory6 (ROM). From outside, a keyboard7, a CAD station8 and a screen9 are connected to the bus system3 . The central processor2 is used for timing and control of all connected to the bus system3 elements. The random access memory5 is used to store temporary instructions or data. The read-only memory6 contains invariable commands, data and programs required for the correct operation of the computer1 . The hard disk4 is a large-capacity memory for storing a program and data in performing the method. With the CAD station8 , data on still or moving images can be obtained and fed to the computer1 . The keyboard8 allows data entry by an operator. To output data for the operator, the screen10 is used .
Das Projektionssystem selbst enthält eine Leinwand10 für eine Rundprojektion, eine Projektionsfläche11 für eine Bodenprojektion, fünf Projektoren12-16 und ein auf einen Beobachter17 gerichtetes Infarot-Tracking-System18. Der Beobachter17 trägt am Kopf eine mit dem Tracking-System18 zusammenwirkende Signalisierungsanordnung an einem Helm19 mit Markierungen. Der Beobachter17 trägt eine 3D-Shutter-Brille. Die Boden-Projektoren16,16 sind auf an der Decke angebrachte Spiegel20,21 gerichtet. Die Projektoren12-16 und das Tracking-System18 sind mit dem Bussystem3 verbunden.The projection system itself includes a screen10 for a round projection, a projection screen11 for a ground projection, five projectors12-16, and an infrared tracking system18 directed to an observer17 . The observer17 carries at the head a cooperating with the tracking system18 signaling arrangement on a helmet19 with markings. The observer17 wears a 3D shutter glasses. The floor projectors16 ,16 are directed to ceiling-mounted mirrors20 ,21 . The projectors12-16 and the tracking system18 are connected to the bus system3 .
Der Beobachter17 kann sich frei auf der dargestellten Projektionsfläche11 der Bodenprojektion bewegen. Das Tracking-System18 bestimmt seine aktuelle Position und Blickrichtung und übermittelt diese an den Rechner1. Dieser berechnet die darzustellende Szene in Abhängigkeit der ermittelten Daten. Im letzten Schritt werden die berechneten Bilder von fünf den Projektoren12-16 auf die zylindrische Leinwand10 sowie die Boden-Projektionsfläche11 abgebildet.The observer17 can move freely on the illustrated projection surface11 of the floor projection. The tracking system18 determines its current position and viewing direction and transmits them to the computer1 . This calculates the scene to be displayed as a function of the determined data. In the final step, the calculated images of five projectors12-16 are imaged on the cylindrical screen10 and the bottom projection surface11 .
Der Grundriß des Aufbaus des Projektionssystems ist inFig. 2 zu sehen. Die Leinwand10 der Rundprojektion ist Teil eines Zylinders mit einem Durchmesser von 7 Metern. Sie hat eine Höhe von 340 cm und ermöglicht ein horizontales Blickfeld von 200 Grad, wovon das System jedoch nur 180 Grad nutzt. Das vertikale Blickfeld beträgt im Projektionszentrum22 ca. 44 Grad. 70 cm vom Zentrum22 der Rundprojektion entfernt in Richtung Leinwand10 beginnt die Projektionsfläche11 der Bodenprojektion. Sie ist schraffiert eingezeichnet. Unmittelbar vor der Boden-Projektionsfläche11 stehen die Projektoren15,16 (P4 und P5). Diese projizieren die Bilder indirekt über die beiden an der Decke angebrachten Spiegel20,21 auf die Boden-Projektionsfläche. Direkt an der Decke des Raums, 110 cm vom Zentrum22 der Rundprojektion weg von der Leinwand10 entfernt, sind außerdem, in einem Winkel von 60 Grad zueinander, die Projektoren12-14 (P1 bis P3) angebracht. Diese strahlen die zylinderförmige Leinwand10 der Rundprojektion direkt an.The outline of the construction of the projection system can be seen inFIG . The screen10 of the round projection is part of a cylinder with a diameter of 7 meters. It has a height of 340 cm and allows a horizontal field of view of 200 degrees, of which the system uses only 180 degrees. The vertical field of view is approximately 44 degrees in the projection center22 . 70 cm from the center22 of the round projection away in the direction of the screen10 , the projection surface11 of the floor projection begins. It is hatched drawn. Immediately in front of the ground projection surface11 are the projectors15 ,16 (P4 and P5). These project the images indirectly via the two ceiling-mounted mirrors20 ,21 onto the floor projection surface. Also, at the ceiling of the room, 110 cm from the center22 of the round projection away from the screen10 , projectors12-14 (P1 to P3) are mounted at an angle of 60 degrees to each other. These radiate the cylindrical screen10 of the round projection directly.
Fig. 3 zeigt den Aufriß des Projektionssystems. Die Projektionsfläche11 der Bodenprojektion ist eine 10 cm hohe Plattform. Durch die Platzierung der Projektoren P4 und P5 auf dem Boden direkt vor der Boden-Projektionsfläche11 und die indirekte Beleuchtung der Boden-Projektionsfläche über die beiden Spiegel20,21 an der Decke des Raumes reduziert sich die Höhe des Aufbaus erheblich. Durch diese Anordnung läßt sich das gesamte System in einem Raum von lediglich 360 cm Höhe aufbauen.Fig. 3 shows the elevation of the projection system. The projection surface11 of the floor projection is a 10 cm high platform. The placement of the projectors P4 and P5 on the ground directly in front of the floor projection surface11 and the indirect illumination of the floor projection surface via the two mirrors20 ,21 on the ceiling of the room significantly reduces the height of the structure. By this arrangement, the entire system can be built in a space of only 360 cm in height.
InFig. 1 ist nur ein Rechner1 exemplarisch dargestellt. Für die Bilderzeugung können mehrere spezielle Graphik-Rechner eingesetzt werden. Beispielsweise kann das Projektionssystem mit vier Graphik-Pipelines aufgebaut sein. Drei davon steuern die Projektoren12-14 an und werden für die Darstellung der Graphik auf der Leinwand10 verwendet. Die vierte Graphik-Pipeline berechnet die Bilder für die Projektoren15,16 für die Bodenprojektion. Die Rechner können mit mehreren Prozessoren ausgestattet sein.InFig. 1, only one computer1 is shown as an example. For image generation, several special graphics calculator can be used. For example, the projection system may be constructed with four graphics pipelines. Three of them control the projectors12-14 and are used to display the graphic on the screen10 . The fourth graphics pipeline calculates the images for the projectors15 ,16 for the floor projection. The computers can be equipped with several processors.
Als Projektoren12-16 werden fünf, für stereoskopische Darstellungen geeignete sogenannte CRT-Projektoren verwendet, deren Einstellbereiche für die hier vorliegende Projektions-Geometrie angepasst sind. Die Projektoren12-16 arbeiten jeweils mit 100 Hz Bildwiederholrate und einer Auflösung von 1280 × 1024 Bildpunkten. Um Effekte wie zum Beispiel Glanz möglichst realistisch darstellen zu können, besitzen die Projektoren12-16 eine Leuchtkraft von mindestens 1000 Lumen. Durch eine exakte Justierung der Projektoren12-16 wird erreicht, dass die Kante am Übergang zwischen Boden- und Rundprojektion nicht wahrzunehmen ist. Der sanfte und damit unsichtbare Übergang der drei, durch die Projektoren12-14 beleuchteten, Bereiche auf der Leinwand10 wird durch ein sogenanntes SOFT-EDGE-BLENDING Verfahren realisiert.As projectors12-16 , five so-called CRT projectors suitable for stereoscopic representations are used whose adjustment ranges are adapted to the projection geometry present here. The projectors12-16 each work with 100 Hz refresh rate and a resolution of 1280 × 1024 pixels. In order to be able to represent effects such as gloss as realistically as possible, the projectors12-16 have a luminosity of at least 1000 lumens. By an exact adjustment of the projectors12-16 it is achieved that the edge can not be perceived at the transition between ground and round projection. The gentle and therefore invisible transition of the three, illuminated by the projectors12-14 , areas on the screen10 is realized by a so-called SOFT-EDGE-BLENDING method.
Erst durch die Verwendung der 3D-Shutter-Brillen entsteht ein dreidimensionaler Eindruck. Bei diesen Brillen wird abwechselnd das linke bzw. rechte Glas undurchsichtig. Das entsprechende Auge hat dadurch nur dann freie Sicht auf die berechnete Szene, wenn auch das linke bzw. rechte Teilbild gezeigt wird. Die Projektoren12-16 projizieren dabei synchron zu den Shutter-Brillen die Bilder für das linke bzw. rechte Auge auf die Leinwand10. Hierdurch entsteht die Illusion einer dreidimensionalen Umwelt. Der große Vorteil von Shutter-Brillen gegenüber Brillen mit Polarisationsfiltern ist, dass sich der Beobachter17 frei im Raum bewegen und seinen Blickwinkel frei wählen kann, da es keine Polarisationsebene gibt. Diese Freiheit wird allerdings durch die aktiven Komponenten der Brillen erkauft, welche komplizierter zu handhaben und wesentlich teurer sind als passive Systeme.Only by using the 3D shutter glasses creates a three-dimensional impression. In these glasses alternately the left and right glass is opaque. The corresponding eye therefore only has a clear view of the calculated scene, even if the left or right partial image is shown. The projectors12-16 project the images for the left and right eye onto the screen10 synchronously with the shutter glasses. This creates the illusion of a three-dimensional environment. The big advantage of shutter glasses over glasses with polarization filters is that the observer17 is free to move in space and freely choose his viewpoint, since there is no polarization plane. However, this freedom is paid for by the active components of the glasses, which are more complicated to handle and much more expensive than passive systems.
Es ist weiterhin eine Brille verwendbar, die die Vorteile aktiver Shutter-Brillen mit der leichten Handhabung von Brillen mit Polarisationsfiltern verbindet. Ein derartige Brille beruht auf einer passiven Filter-Technologie und kommt ohne aktive Komponenten in den, dabei verwendeten, leichten und hellen Brillen aus.It is still usable glasses that have the advantagesActive shutter glasses with the easy handling of glassesconnects with polarizing filters. Such glasses are basedon a passive filter technology and comes without activeComponents in the, used, light and brightGlasses off.
Das Tracking-System18 übermittelt dem Rechner1 die aktuelle Position des Beobachters17, sowie seine Blickrichtung.The tracking system18 transmits to the computer1 the current position of the observer17 , as well as its viewing direction.
Abhängig von diesen Informationen werden die Bilder vom Rechner1 sozusagen aus der Sicht des getrackten Beobachters17 berechnet. Für diese eine Person werden die Bilder also optimal dargestellt. Dabei sind am Rand des Projektions-Raumes spezielle Infrarot-Meßkameras installiert. Der zu trackende Beobachter17 hat einen Helm18 mit selbstreflektierenden Markern auf, deren Position von den Kameras ermittelt wird. Ein Vorteil dieser passiven, nicht selbstleuchtenden Marker ist, dass sie keine Stromversorgung benötigen und problemlos auch an der ohnehin zu tragenden Shutter-Brille befestigt werden können. Aus den gemessenen Daten berechnet der Rechner1 Koordinatensätze, die die aktuelle Position und Orientierung bzw. Blickrichtung der Person beschreiben.Depending on this information, the images are calculated by the computer1 so to speak from the perspective of the tracked observer17 . For this one person, the images are displayed optimally. At the edge of the projection room special infrared measuring cameras are installed. The observer17 to be tracked has a helmet18 with self-reflective markers whose position is determined by the cameras. An advantage of these passive, non-luminescent markers is that they do not require a power supply and can easily be attached to the already-to-wear shutter glasses. From the measured data calculates the computer1 sets of coordinates that describe the current position and orientation or line of sight of the person.
Durch das Tracking einer Person kann eine Szene sozusagen aus Sicht dieser Person berechnet und dargestellt werden. Für die nicht getrackten Beobachter17 ist die Darstellung jedoch nicht ganz korrekt und es treten, insbesondere an Kanten, mehr oder weniger starke Verzerrungen auf. Da das Projektions-System nur eine Kante hat, nämlich den Übergang von der Boden- zur Zylinderprojektion, treten wesentlich weniger störende Verzerrungen auf als z. B. bei einer CAVE, welche zusätzlich zu den horizontalen Kanten beim Übergang vom Boden zu den Seitenwänden auch noch jeweils vertikale Kanten beim Übergang zwischen den Seitenwänden hat.By tracking a person, a scene can, so to speak, be calculated and displayed from the point of view of that person. For the non-tracked observers17 , however, the representation is not entirely correct and more or less pronounced distortions occur, in particular on edges. Since the projection system has only one edge, namely the transition from the bottom to the cylinder projection, much less disturbing distortions than, for example, occur. B. in a CAVE, which in addition to the horizontal edges in the transition from the bottom to the side walls also still has vertical edges at the transition between the side walls.
Das Verfahren kann auch für mehrere Beobachter17 durchgeführt werden, indem für jeden Beobachter17 individuell visualisiert wird und somit für verschiedene Personen gleichzeitig ein optimales Bild zu erzeugen wird.The method can also be carried out for several observers17 by individually visualizing for each observer17 and thus simultaneously producing an optimal image for different persons.
Nachdem Position und Blickrichtung des Beobachters17 durch das Tracking-System18 ermittelt wurden, muß die virtuelle Szene in Abhängigkeit dieser Daten auf der zylinderförmigen Leinwand10 sowie der Boden-Projektionsfläche11 dargestellt werden. Dies geschieht jeweils in einem zweistufigen Prozeß, der anhand vonFig. 4 näher beschreiben werden soll. Zunächst wird eine Szene aus Sicht des Beobachters17 perspektivisch korrekt auf einer virtuellen Bildebene dargestellt. Im einem zweiten Schritt erfolgt dann die Abbildung auf eine zylindrische Hilfsgeometrie bzw. eine Ebene, sowie die Projektion auf die zylindrische Leinwand10 bzw. die Boden-Projektionsfläche11.After the position and viewing direction of the observer17 have been determined by the tracking system18 , the virtual scene must be displayed as a function of this data on the cylindrical screen10 and the ground projection surface11 . This is done in each case in a two-stage process, which will be described in more detail with reference toFIG. 4. First, a scene from the point of view of the observer17 is displayed correctly in perspective on a virtual image plane. In a second step, the imaging then takes place on a cylindrical auxiliary geometry or a plane, as well as on the projection of the cylindrical screen10 or the bottom projection surface11 .
In Abhängigkeit des Standpunkts und der Blickrichtung des Beobachters17 muß dasBild 23 einer Szene auf der zylindrischen Leinwand10 der Rundprojektion perspektivisch korrekt dargestellt werden. Dieses Rendering der Szene erfolgt in zwei Schritten.Depending on the viewpoint and the viewing direction of the observer17 , theimage 23 of a scene on the cylindrical screen10 of the round projection must be displayed in perspective correctly. This rendering of the scene is done in two steps.
Im ersten Schritt wird die zylindrische Leinwand10, wie inFig. 5 dargestellt, in drei Bereiche24-26 unterteilt. Jeder Bereich24-26 wird von einem Projektor12-14 beleuchtet, welcher jeweils durch eine Graphikpipeline des verwendeten Graphik-Rechners1 angesteuert werden. Im ersten Rendering-Schritt wird das Bild für jeden der drei Bereiche24-26 auf einer imaginären Bildebene27-29 dargestellt. Diese Bildebenen27-29 sind jeweils vor den Bildbereichen24-26 innerhalb des Projektionszylinders10 aufgespannt. Beim Blick auf eine der drei Bildebenen27-29 ergibt sich für den Beobachter17 im allgemeinen eine asymmetrische Sichtpyramide. Der Blick des Beobachters auf den mittleren Bereich25 der Leinwand10 ist genauer dargestellt. Die asymmetrischen Sichtpyramide des Beobachters17 ist schraffiert eingezeichnet.In the first step, the cylindrical screen10 , as shown inFig. 5, divided into three areas24-26 . Each area24-26 is illuminated by a projector12-14 , which are each driven by a graphics pipeline of the graphics computer1 used. In the first rendering step, the image for each of the three regions24-26 is displayed on an imaginary image plane27-29 . These image planes27-29 are respectivelyspanned in front of the image areas24-26 within the projection cylinder10 . When looking at one of the three image planes27-29 , the observer17 generally has an asymmetrical viewing pyramid. The observer's gaze on the central area25 of the screen10 is shown in more detail. The asymmetrical view pyramid of the observer17 is hatched.
Nachdem die darzustellende Szene im ersten Schritt auf der imaginären flachen Bildebene27-29 dargestellt wurde, muß sie in einem zweiten Schritt auf die zylindrische Leinwand10 projiziert werden. Hierzu wird die zylindrische Leinwand10 im Rechner1 durch eine zylindrische Hilfsgeometrie10' angenähert. Diese Hilfsgeometrie10' ist aus Dreiecken aufgebaut. Die Anzahl der Dreiecke bestimmt dabei den Fehler, welcher bei der internen Annäherung der zylindrischen Leinwand10 durch die Hilfsgeometrie10' gemacht wird. Je größer die Anzahl der Dreiecke, desto genauer wird die zylindrische Leinwand10 im Rechner1 nachgebildet. Allerdings steigt damit auch der Berechnungsaufwand und die Anzahl der Bilder, die pro Sekunde berechnet werden können sinkt. Für eine flüssige Animation und damit ein hohes Maß an Realität ist eine hohe Anzahl von neuberechneten Bildern pro Sekunde jedoch sehr wichtig. In diesem Schritt muss also zwischen der Genauigkeit der Annäherung des Zylinders und der Anzahl der pro Sekunde darzustellenden Bilder abgewägt werden. Die auf die flache Bildebene gerenderte Szene wird schließlich, vom Standpunkt des Beobachters17 aus, als Textur auf die zylindrische Hilfsgeometrie10' abgebildet, so wie es inFig. 6 dargestellt ist.After the scene to be displayed has been displayed in the first step on the imaginary flat image plane27-29 , it must be projected onto the cylindrical screen10 in a second step. For this purpose, the cylindrical screen10 is approximated in the computer1 by a cylindrical auxiliary geometry10 '. This auxiliary geometry10 'is constructed from triangles. The number of triangles thereby determines the error which is made in the internal approximation of the cylindrical screen10 by the auxiliary geometry10 '. The larger the number of triangles, the more accurate is the cylindrical screen10 replicated in the computer1 . However, this also increases the computational burden and the number of images that can be calculated per second drops. For a fluid animation and thus a high degree of reality, a high number of recalculated images per second is very important. In this step, it is necessary to weigh between the accuracy of the approximation of the cylinder and the number of images to be displayed per second. Finally, the scene rendered on the flat image plane is imaged as a texture on the cylindrical auxiliary geometry10 ', as shown inFIG. 6, from the point of view of the observer17 .
Das Resultat dieses Darstellungsprozesses ist im zweiten Renderschritt die beobachterabhängige Abbildung der Szene auf der zylindrischen Hilfsgeometrie10'. Das dabei entstehenden Bild wird nun, aus der Sicht einer im Projektionszentrum stehenden Kamera, berechnet und von dem zuständigen Projektor12-14 auf den entsprechenden Bereich24-26 der Leinwand10 projiziert. Wie inFig. 7 gezeigt, sieht diese Kamera sieht nur die zylindrische Hilfsgeometrie10' mit der aufgebrachten Textur. Der Hintergrund der Hilfsgeometrie10' ist schwarz. An diesen Stellen wird kein Bild erzeugt. Die Projektoren12-14 beleuchten automatisch lediglich die zylindrische Leinwand10. Ein separater Clipping-Schritt um die Beleuchtung von Boden-Projektionsfläche11 oder Decke zu vermeiden ist somit nicht mehr nötig.In the second rendering step, the result of this rendering process is the observer-dependent image of the scene on the auxiliary cylindrical geometry10 '. The resulting image is now, from the perspective of a standing in the projection center camera calculated and projected by the responsible projector12-14 on the corresponding area24-26 of the screen10 . As shown inFig. 7, this camera sees only the cylindrical auxiliary geometry10 'with the applied texture. The background of the auxiliary geometry10 'is black. No image is created at these locations. The projectors12-14 automatically illuminate only the cylindrical screen10 . A separate clipping step to avoid the lighting of floor projection surface11 or ceiling is therefore no longer necessary.
Im Gegensatz zur CAVE treten bei dem hier beschriebenen Aufbau Probleme auf, sobald sich der Beobachter17 in einem kritischen Bereich in der Nähe der Leinwand10 befindet. Steht er sehr nahe an bzw. hinter der imaginären Bildebene27-29, so ergibt sich für ihn ein Blickwinkel von mehr als 180 Grad auf die zylindrische Leinwand10, was inFig. 8 naher gezeigt ist. Dieses Problem lässt sich auf mehrere Arten lösen.In contrast to the CAVE, problems arise in the structure described here as soon as the observer17 is located in a critical area near the screen10 . If it is very close to or behind the imaginary image plane27-29 , it results for him a viewing angle of more than 180 degrees on the cylindrical screen10 , which is shown inFig. 8 closer. This problem can be solved in several ways.
Durch das Tracking ist die aktuelle Position des Beobachters17 bekannt. Befindet er sich in dem kritischen Bereich, so kann das Bild anstatt auf eine, auf zwei Bildebenen gerendert werden. Hierzu wird zunächst ein Hilfspunkt31 bestimmt, welcher möglichst nahe am Beobachter17 auf der Leinwand10 liegt. Dies kann zum Beispiel durch die Projektion der Beobachterkoordinaten auf die Leinwand10 geschehen. Wie inFig. 9 gezeigt, bestimmt dieser Hilfspunkt31 zwei neue Bildebenen32,33. Befindet sich der Beobachter17 nicht exakt in einem der beiden Schnittpunkte der ursprünglichen Bildebenen27-29, so ist der Blickwinkel34 des Beobachters17 zu den beiden neuen Bildebenen32,33 nun jeweils kleiner als 180 Grad. Die Szene kann somit auf diesen beiden Bildebenen32,33 korrekt dargestellt werden. Durch dieses Vorgehen erhält man stets eine korrekte Darstellung der gesamten Szene. Allerdings wird dies durch doppelten Berechnungsaufwand erkauft, da die virtuellen Objekte und Welten nun anstatt auf eine Bildebene28 auf zwei32,33 gerendert werden müssen.By tracking the current position of the observer17 is known. If it is in the critical area, the image can be rendered on two image planes instead of one. For this purpose, an auxiliary point31 is first determined, which is as close as possible to the observer17 on the screen10 . This can be done for example by the projection of the observer coordinates on the screen10 . As shown inFIG. 9, this auxiliary point31 determines two new image planes32 ,33 . If the observer17 is not located exactly in one of the two intersections of the original image planes27-29 , the viewing angle34 of the observer17 to the two new image planes32 ,33 is now each less than 180 degrees. The scene can thus be displayed correctly on these two image planes32 ,33 . This procedure always gives a correct representation of the entire scene. However, this comes at twice the cost of computation, as the virtual objects and worlds now need to be rendered to two32 ,33 instead of one image plane28 .
Eine weitere vorteilhafte Lösung vermeidet das Problem des doppelten Rechenaufwands und beruht auf der Beobachtung, dass ein Beobachter17, der sich sehr nahe an der Leinwand10 befindet, kaum einen Unterschied wahrnimmt, wenn er sich von dieser ein wenig weg, bzw. auf sie zu bewegt. Stellt das Tracking-System18 fest, dass der Beobachter17 einen bestimmten Abstand zur Leinwand10 unterschreitet, so wird seine Position korrigiert. Die Korrektur erfolgt dabei, wie inFig. 10 dargestellt, durch Projektion der Beobachter-Koordinaten auf eine Ebene35 etwas vor der eigentlichen Bildebene. Jede Beobachterposition vor der gestrichelten Linie wird zu einer Position auf dieser Linie korrigiert. Hierdurch ergibt sich wieder ein Blickwinkel34 von weniger als 180 Grad, was eine korrekte Darstellung erlaubt. Die leichte Verschiebung der Szene wird dabei vom Beobachter17 nicht wahrgenommen.A further advantageous solution avoids the problem of double the computational effort and is based on the observation that an observer17 , who is very close to the screen10 , hardly recognizes a difference when he moves away from it a little or towards it emotional. If the tracking system18 determines that the observer17 is below a certain distance from the screen10 , then its position is corrected. The correction takes place, as shown inFig. 10, by projection of the observer coordinates on a plane35 slightly before the actual image plane. Each observer position before the dashed line is corrected to a position on that line. This again results in a viewing angle34 of less than 180 degrees, which allows a correct representation. The slight shift of the scene is not perceived by the observer17 .
Die Bodenprojektionsfläche ist in zwei Bereiche, einen linken und einen rechten, eingeteilt. Jeder dieser beiden Bereiche wird indirekt, über die Spiegel20,21 an der Decke, von einem Projektor15,16 beleuchtet. Bei der Bodenprojektion sind im wesentlichen zwei Probleme zu lösen. Zum einen kommt es, bei der hier gewählten Anordnung der Projektoren15,16 durch den Winkel des Strahlengangs bei der Bodenprojektion zu einer Trapezverzerrung, welche nicht komplett durch die Justagemöglichkeiten der Projektoren15,16 ausgeglichen werden kann. Diese Verzerrung muß daher schon bei der Berechnung der darzustellenden Szene mitberücksichtigt werden.The floor projection area is divided into two areas, one left and one right. Each of these two areas is illuminated indirectly, via the mirrors20 ,21 on the ceiling, by a projector15 ,16 . In the case of ground projection, essentially two problems have to be solved. On the one hand, in the arrangement of the projectors15 ,16 selected here, the angle of the beam path in the ground projection leads to a trapezoidal distortion, which can not be completely compensated by the adjustment possibilities of the projectors15 ,16 . This distortion must therefore already be considered in the calculation of the scene to be displayed.
Die Projektoren15,16 könnten auch so angeordnet werden, dass die auftretenden Trapezverzerrungen minimal und durch die Justagemöglichkeiten kompensierbar wären. Sie würden dann aber sehr störend im Blickfeld außenstehender Beobachter17 liegen. Das zweite Problem ist das Problem des Clippings. Die Boden-Projektionsfläche11 hat am Übergang zur Rundprojektion einen kreisförmigen Rand. Die Projektoren15,16 erzeugen jedoch zunächst einmal gerade Ränder. Um zu vermeiden, dass Teile der zylindrischen Leinwand10 mit beleuchtet werden, müssen die entsprechenden Bereiche ausmaskiert werden.The projectors15 ,16 could also be arranged so that the occurring trapezoidal distortions would be minimal and compensated by the adjustment options. But then they would be very disturbing in the field of external observers17 . The second problem is the problem of clipping. The bottom projection surface11 has a circular edge at the transition to the round projection. However, the projectors15 ,16 initially produce straight edges. To avoid that parts of the cylindrical screen10 are illuminated with, the corresponding areas must be masked out.
Das erste Problem wird, wie inFig. 11 dargestellt, im wesentlichen analog zur Zylinderprojektion durch eine zweistufige Vorgehensweise gelöst.The first problem is, as shown inFig. 11, solved essentially analogous to the cylinder projection by a two-step approach.
Im ersten Schritt wird die darzustellenden Szene beobachterabhängig auf einer Bildebene dargestellt. Diese Bildebene ist diesmal einfach die Boden-Projektionsfläche11. Im zweiten Schritt wird diese Szene, wie einFig. 12 gezeigt, als Textur aus Sicht einer imaginären Kamera35 auf die gleiche Bildebene abgebildet und anschließend auf die Boden-Projektionsfläche11 projiziert. Hierdurch ergibt sich die perspektivisch korrekte Darstellung der Szene.In the first step, the scene to be displayed is displayed observer-dependent on an image plane. This image plane is simply the bottom projection surface11 this time. In the second step, as shown inFIG. 12, this scene is imaged as a texture from the perspective of an imaginary camera35 onto the same image plane and subsequently projected onto the ground projection surface11 . This results in the perspective correct representation of the scene.
Die Ausmaskierung der Bereiche der Boden-Projektionsfläche11, die sich mit der Rundprojektion überlappen, erfolgt, wie inFig. 13 schematisch gezeigt, durch eine Maske36 vor der imaginären Kamera37 des Graphiksystems. Bei dieser Maske36 handelt es sich dabei um ein Rechteck aus welchem die halbrunde Plattform der Boden-Projektionsfläche11 herausgeschnitten ist.The masking out of the areas of the ground projection surface11 which overlap with the round projection takes place, as shown schematically inFIG. 13, through a mask36 in front of the imaginary camera37 of the graphics system. In this mask36 is a rectangle from which the semicircular platform of the ground projection surface11 is cut out.
Durch den besonderen Aufbau wird eine, im Vergleich zu anderen Systemen mit gleichem Immersionsgrad, wesentlich bessere Raumausnutzung erreicht. Die Rundprojektion ermöglicht dabei ein wesentlich größeres Blickfeld, als die Projektion auf eine Wand, wie sie zum Beispiel bei einer CAVE/RAVE geschieht. Der dargestellte Aufbau erlaubt dabei die variable Nutzung, sowohl als herkömmliche Rundprojektion, als auch als immersives Projektionssystem mit Tracking und zugeschalteter Bodenprojektion.Liste der verwendeten Bezugszeichen1 Rechner
2 Zentralprozessor
3 Bussystem
4 Festplattenlaufwerk
5 Zugriffsspeicher
6 Nur-Lese-Speicher
7 Tastatur
8 CAD-Station
9 Bildschirm
10 Leinwand
11 Projektionsfläche
12-16 Projektoren
17 Aufbau
18 Trackingsystem
19 Helm
20,21 Spiegel
22 Zentrum
23 Szenenobjekt
24-26 Bereich
27-29 Bildebene
30 Sichtpyramide
31 Hilfspunkt
32,33 Bildebene
34 Blickwinkel
35 Ebene
36 Maske
37 Kamera
Due to the special structure, a significantly better space utilization is achieved compared to other systems with the same degree of immersion. The round projection allows a much larger field of view, as the projection on a wall, as it happens for example in a CAVE / RAVE. The structure shown here allows the variable use, both as a conventional round projection, as well as an immersive projection system with tracking and switched on floor projection.List of used reference numbers1 computer
2 central processor
3 bus system
4 hard drive
5 access memory
6 read-only memory
7 keyboard
8 CAD station
9 screen
10 canvas
11 projection surface
12-16 projectors
17 construction
18 tracking system
19 helmet
20 ,21 mirrors
22 center
23 scene object
24-26 area
27-29 image plane
30 visual pyramid
31 auxiliary point
32 ,33 picture plane
34 viewing angles
35 level
36 mask
37 camera
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10134430ADE10134430A1 (en) | 2001-07-19 | 2001-07-19 | Immersive stereoscopic projection system for use in virtual reality with software corrected projection onto a concave projection screen and floor and masking of non-visible regions |
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10134430ADE10134430A1 (en) | 2001-07-19 | 2001-07-19 | Immersive stereoscopic projection system for use in virtual reality with software corrected projection onto a concave projection screen and floor and masking of non-visible regions |
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE10134430A1true DE10134430A1 (en) | 2003-01-30 |
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE10134430AWithdrawnDE10134430A1 (en) | 2001-07-19 | 2001-07-19 | Immersive stereoscopic projection system for use in virtual reality with software corrected projection onto a concave projection screen and floor and masking of non-visible regions |
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE10134430A1 (en) |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102007005028A1 (en) | 2007-02-01 | 2008-08-07 | Volkswagen Ag | Information e.g. warning, playing method for driver in motor vehicle, involves projecting information on opaque projection surface in vehicle, where surface is provided in line of sight of person or close to line of sight of person |
| FR2913552A1 (en)* | 2007-03-09 | 2008-09-12 | Renault Sas | SYSTEM FOR PROJECTING THREE-DIMENSIONAL IMAGES ON A TWO-DIMENSIONAL SCREEN AND CORRESPONDING METHOD |
| CN103149786A (en)* | 2013-03-29 | 2013-06-12 | 北京臻迪科技有限公司 | Full-view screen, full-view screen system and operating method thereof |
| DE102015105797A1 (en)* | 2015-04-16 | 2016-10-20 | EXTEND3D GmbH | Method and device for viewing angle correct projection of a geometric structure |
| DE102016102868A1 (en) | 2016-02-18 | 2017-08-24 | Adrian Drewes | System for displaying objects in a virtual three-dimensional image space |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5130794A (en)* | 1990-03-29 | 1992-07-14 | Ritchey Kurtis J | Panoramic display system |
| US5502481A (en)* | 1992-11-16 | 1996-03-26 | Reveo, Inc. | Desktop-based projection display system for stereoscopic viewing of displayed imagery over a wide field of view |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5130794A (en)* | 1990-03-29 | 1992-07-14 | Ritchey Kurtis J | Panoramic display system |
| US5502481A (en)* | 1992-11-16 | 1996-03-26 | Reveo, Inc. | Desktop-based projection display system for stereoscopic viewing of displayed imagery over a wide field of view |
| Title |
|---|
| RASKAR,Ramesh, et.al.: Multi-Projector Displays Using Camera-Based Registration. In: IEEE Visualization `99, Proceedings, S.161-168,522* |
| RASKAR,Ramesh: Immersive Planar Display using Roughly Aligned Projectors. In: IEEE Proc., Virtual Reality, 2000, Proceedings, S.109-115* |
| WATT,Alan,WATT,Mark: Advanced Animation And Rendering Techniques, Addison-Wesley, 1992, S.179-181* |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102007005028A1 (en) | 2007-02-01 | 2008-08-07 | Volkswagen Ag | Information e.g. warning, playing method for driver in motor vehicle, involves projecting information on opaque projection surface in vehicle, where surface is provided in line of sight of person or close to line of sight of person |
| DE102007005028B4 (en) | 2007-02-01 | 2022-10-27 | Volkswagen Ag | Method and device for displaying information on a projection screen in a vehicle |
| FR2913552A1 (en)* | 2007-03-09 | 2008-09-12 | Renault Sas | SYSTEM FOR PROJECTING THREE-DIMENSIONAL IMAGES ON A TWO-DIMENSIONAL SCREEN AND CORRESPONDING METHOD |
| WO2008122742A3 (en)* | 2007-03-09 | 2008-12-04 | Renault Sa | System for projecting three-dimensional images on a two-dimensional screen and corresponding method |
| CN103149786A (en)* | 2013-03-29 | 2013-06-12 | 北京臻迪科技有限公司 | Full-view screen, full-view screen system and operating method thereof |
| CN103149786B (en)* | 2013-03-29 | 2016-08-03 | 北京臻迪科技股份有限公司 | Panoramic screen, full-view screen system and operational approach thereof |
| DE102015105797A1 (en)* | 2015-04-16 | 2016-10-20 | EXTEND3D GmbH | Method and device for viewing angle correct projection of a geometric structure |
| DE102015105797B4 (en)* | 2015-04-16 | 2021-03-04 | EXTEND3D GmbH | Method and device for the correct viewing angle projection of a geometric structure |
| DE102016102868A1 (en) | 2016-02-18 | 2017-08-24 | Adrian Drewes | System for displaying objects in a virtual three-dimensional image space |
| DE102016102868B4 (en) | 2016-02-18 | 2024-12-05 | Adrian Drewes | System for displaying objects in a virtual three-dimensional image space |
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE102009041431B4 (en) | Driving simulation apparatus, wide-angle camera video simulation apparatus and image deforming / composing apparatus | |
| DE69425913T2 (en) | Method and device for generating 3-D images of high resolution in a head-guided stereo display system | |
| DE69825572T2 (en) | AUTOSTEREOSCOPIC PROJECTION SYSTEM | |
| DE69833482T2 (en) | PROCESS AND DEVICE FOR IMAGE PROCESSING | |
| DE60133386T2 (en) | DEVICE AND METHOD FOR DISPLAYING A TARGET BY IMAGE PROCESSING WITHOUT THREE DIMENSIONAL MODELING | |
| DE69809670T2 (en) | An image display apparatus and method and computer-readable recording medium | |
| DE112018000311T5 (en) | Stereoscopic rendering using raymarching and a virtual view broadcaster for such rendering | |
| DE102005009437A1 (en) | Method and device for fading AR objects | |
| EP3427474B1 (en) | Image processing method, image processing means and image processing device for generating images of a portion of a three-dimensional space | |
| WO2000028378A1 (en) | Projection system with projector and deflection mirror | |
| WO2008141596A1 (en) | Method for representing image objects in a virtual three-dimensional image space | |
| EP2795401B1 (en) | Motion picture presentation device and method for presenting a motion picture | |
| DE69715816T2 (en) | Video display system for displaying a virtual three-dimensional image display | |
| DE102005010250A1 (en) | Sweet spot tracking method for e.g. multi-user-display, involves utilizing optical component in path of rays for inverse ray analysis, and detecting and considering defined angle of diffractive unit and viewing angle of display observer | |
| WO2009062492A2 (en) | Method for representing image objects in a virtual three-dimensional image space | |
| DE69837165T2 (en) | METHOD AND DEVICE FOR AUTOMATED ANIMATION OF THREE-DIMENSIONAL GRAPHIC SCENES FOR IMPROVED 3-D VISUALIZATION | |
| DE102015223003A1 (en) | Device and method for superimposing at least a part of an object with a virtual surface | |
| DE10134430A1 (en) | Immersive stereoscopic projection system for use in virtual reality with software corrected projection onto a concave projection screen and floor and masking of non-visible regions | |
| DE69015170T2 (en) | Display means. | |
| EP0976003B1 (en) | Optical imaging system and graphic user interface | |
| EP4172729B1 (en) | Method for displaying a virtual object | |
| DE19853608C2 (en) | Method for displaying an autostereoscopic image | |
| DE102019108999B4 (en) | Process for the immersive display of stereoscopic images and image sequences | |
| DE102023109702A1 (en) | Computer-implemented method for generating a distortion-optimized panoramic image and computer-readable storage medium | |
| DE102021100653B3 (en) | Method and device for registering coordinate systems of at least two display devices for virtual objects, computer program for carrying out such a method, and display device |
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
| 8127 | New person/name/address of the applicant | Owner name:DAIMLERCHRYSLER AG, 70327 STUTTGART, DE | |
| 8127 | New person/name/address of the applicant | Owner name:DAIMLER AG, 70327 STUTTGART, DE | |
| 8141 | Disposal/no request for examination |