RO120509B1 - Metodă şi sistem pentru generarea de imagini tridimensionale volumetrice - Google Patents

Abstract

Un sistem (10) de afişare volumetrică pe mai multe planuri (multiplan) şi metodă de operare generând imagini tridimensionale volumetrice (34 şi 56), folosind un dispozitiv optic (32) cu mai multe suprafeţe (multisuprafaţă) incluzând o multitudine de elemente optice, individuale (36, 38, 40 şi 42), dispuse într-o ordine; un proiector de imagine (20) pentru proiectarea selectivă a imaginilor pe respectivele elemente optice (36, 38, 40 şi 42), pentru generarea unei prime imagini tridimensionale volumetrice (34), vizibilă în dispozitivul optic (32) multi-suprafaţă; şi un generator de imagini flotante (54) pentru proiectarea primei imagini (34) tridimensionale volumetrice, în vederea generării unei a doua imagini (56) tridimensionale volumetrice, vizibilă ca fiind flotantă în spaţiu, la un amplasament separat de dispozitivul optic (32) multisuprafaţă. Un sistem anticrenelaj (antialiasing) ajustează afişarea i/oxe/ur/Vor (pixeli de volum) (24, 26, 28 şi 30) la tranziţia între elementele optice(36, 38, 40 şi 42), astfel încât indicii de culoare ai voxelurilor (24, 26, 28 şi 30) sunt modificaţi ca funcţie a distanţei voxelurilor (24, 26, 28 şi 30) de elemente optice (36, 38, 40 şi 42), pentru generarea unei tranziţii netede între diferitele porţiuni ale imaginilor tridimensionale volumetrice (44, 46, 48 şi 50).

Description

Prezenta invenție se referă la realizarea unei imagini tridimensionale (3D) și, în mod special, la un sistem de afișare multiplanară, utilizând o anticrenelare (antialiasing) 3D, pentru generarea de imagini volumetrice tridimensionale, în spațiu.

Este cunoscut faptul că imaginile tridimensionale (3D) pot fi generate și vizualizate în spațiu. în mod normal, sunt folosite mijloace optice specializate, cum ar fi ochelari de protecție și/sau căști cu ochelari de protecție (helmetes), asemenea mijloace putând fi totuși stânjenitoare. în plus, prin natura lor de accesorii pentru ochi, asemenea mijloace optice reduc percepția la observarea unei imagini 3D. De asemenea, utilizarea unor astfel de mijloace optice poate provoca fenomene de obosire a ochilor, remediate prin limitarea timpului de observare a imaginii, și de sunt, deseori, voluminoase și inconfortabile.

Apare astfel nevoia de a genera și afișa imagini volumetrice 3D, fără a apărea dezavantajul utilizării unor astfel de mijloace optice.

Alte sisteme volumetrice generează astfel de imagini volumetrice 3D utilizând, de exemplu, elemente de volum autoluminiscente, cum ar fi de exemplu voxeli (componente elementare ale unei imagini volumetrice-pixeli de volum). Un exemplu îl constituie sistemul 3D Laboratoarele Tehnologice din Mountain View, California, conform căruia intersecția fasciculului laser infraroșu într-un volum de sticlă sau plastic solid acoperit cu ioni de impurități de pământuri rare generează astfel de imagini pe bază de voxel. Totuși, efectul neliniar care creează lumina vizibilă de la două fascicule laser infraroșu invizibile are o eficiență scăzută de aproximativ 1%, ceea ce conduce la necesitatea unor lasere mai puternice, care să creeze o lumină puternică la un afișaj corespunzător. Astfel de lasere puternice constituie însă un potențial pericol pentru vedere, necesitând deci o împrejmuire de protecție, în jurul afișajului. în plus, laserul scanat are, de regulă, o rezoluție mică, având ca rezultat un voxel slab, iar natura solidă a mecanismului volumetric are, ca rezultat, sisteme masive care sunt foarte grele.

Alt sistem de afișare volumetrică, a Actuality Systems, Inc. Cambridge, Massachusetts, utilizează o arie liniară de diode laser, care sunt reflectate de o oglindă multifațetată cu mișcare rapidă de rotire pe un ecran proiector, aflat în mișcare rapidă de rotire. Totuși, aceste componente de rotire rapidă, care pot fi relativ mari ca dimensiuni, trebuie să fie echilibrate pentru a evita vibrația și un posibil eșec. în plus, mărimea, forma și orientarea voxelilorîn interiorul afișajului depind de amplasamentul lor, având ca rezultat o rezoluție de afișare, dependentă de poziție.

Alt sistem de afișare volumetrică este asigurat de către Neos Technologies, Inc., din Melbourne, Florida, care scanează un fascicul acusto-optic laser pe un ecran de protecție elicoidal, aflat în mișcare rapidă. Astfel de componentă de rotire de dimensiuni mari necesită o echilibrare atentă, ce trebuie menținută independent de mișcarea afișajului. Sistemul de scanere laser are o rezoluție și viteză mică, limitând drastic numărul de voxeli. în plus, mărimea, forma și orientarea voxelilor în interiorul afișajului depind de amplasamentul lor, având ca rezultat o rezoluție de afișare dependentă de poziție. Totodată, natura puternic nerectilinie a afișajului crește semnificativ cerințele de procesare pentru calcularea diferitelor imagini plane.

Sunt cunoscute alte tipuri de sisteme de realizare a unei imagini 3D, cum ar fi afișările stereoscopice, care asigură fiecărui ochi o vedere în perspectivă, ușor diferită, a scenei. Creierul contopește apoi imaginile separate într-o singură imagine 3D. Unele sisteme asigură doar un singur punct de observare și impun folosirea unor mijloace de protecție a ochilor sau pot folosi urmărirea poziției capului (headtracking) pentru eliminarea mijloacelor de protecție a ochilor, caz în care imaginea 3D poate fi văzută doar de o singură persoană.

RO 120509 Β1

Pe de altă parte, afișarea poate asigura o multitudine de zone de vizionare la unghiuri 1 diferite, cu imaginea corespunzătoare la acel punct de observare, cum sunt afișajele autostereoscopice cu multiple vederi. Pentru a vedea o imagine 3D, ochii privitorului (observata- 3 rului) trebuie să fie în zone de vedere separate, dar adiacente, iar zona de vedere trebuie să fie foarte îngustă, pentru a preveni un salt, în cazul în care privitorul se deplasează în ra- 5 port cu afișajul. Unele sisteme au numai posibilitatea unei vederi circulare, orizontale, paralaxe. în plus diferența/inegalitatea profunzimii convergenței de focalizare poate conduce ra- 7 pid la obosirea ochiului, ceea ce limitează drastic limitele timpului de vedere. în plus, afișarea stereotipă are un câmp limitat de vedere și nu poate fi utilizată în mod real cu tehnologii de 9 interacțiune directă, cum ar fi realitatea virtuală și/sau o interfață a răspunsului de față.

Afișajele HMD (headmounted displays) sunt folosite, de regulă, în aplicații de realitate 11 virtuală, unde o pereche de afișaje video prezintă vederi în perspectivă, corespunzătoare pentru fiecare ochi. Un singur afișaj HMD poate fi folosit doar de către o singură persoană, 13 pe rând, și asigură fiecărui ochi un câmp limitat de vedere. Urmărirea poziției capului trebuie să fie folosită pentru a asigura paralaxa. 15

Alte sisteme de afișare includ afișări holografice, în care imaginea este creată prin interacțiunea unei lumini laser coerente cu un tipar de linii fine, cunoscut ca rețea hologra- 17 fică. Rețeaua modifică direcția și intensitatea luminii de incidență, astfel încât aceasta pare a veni din locul unde se află obiectele care sunt afișate. Totuși, o hologramă optică tipică 19 conține o cantitate enormă de informații, astfel încât actualizarea unui afișaj holografic, la viteze înalte, necesită o computerizare intensă. Pentru un afișaj holografic, având o dimen- 21 siune relativ mare și un câmp de vedere suficient, pixelul de volum este, în general, mai mare de 250 milioane. 23

Ca urmare, apare necesitatea realizării unor imagini 3D volumetrice tridimensionale, de înaltă calitate, cu cereri acceptabile de computerizare la sistemele de procesare și cu o 25 vizualizare și implementare îmbunătățită.

în plus, în realizarea imaginilor tridimensionale, utilizarea voxelilor discreți face ca 27 fragmente ale imaginilor afișate să apară neregulate (zimțate), datorită pixelizării, de exemplu, pentru fizionomii la tranzițiile între profunzimi discrete, la o imagine 3D volumetrică. 29 Apare astfel evidentă necesitatea existenței unei metode care să ușureze tranziția dintre fragmentele unei imagini 3D volumetrice. 31

Sunt prezentate, în continuare, un sistem de afișare a imaginilor volumetrice pe mai multe planuri (MVD) și o metodă de operare, care generează imagini volumetrice tridimensio- 33 nale. Sistemul MVD include un dispozitiv optic cu mai multe suprafețe, inclusiv o pluralitate de elemente optice, individuale, aranjate într-o arie; un proiector de imagine pentru proiec- 35 tarea selectivă a unui set de imagini pe respectivele elemente optice ale dispozitivului optic, cu mai multe suprafețe, pentru a genera o primă imagine tridimensională volumetrică vizibilă 37 în dispozitivul optic cu mai multe suprafețe; și un generator de imagine - flotantă, pentru proiectarea primei imagini volumetrice tridimensionale de la dispozitivul optic cu mai multe 39 suprafețe pentru generarea unei a doua imagini tridimensionale volumetrice vizibilă, ca plutind în spațiu, într-un loc separat de dispozitivul optic multisuprafețe (cu mai multe suprafețe). 41

Fiecare din pluralitatea de elemente individuale optice ale dispozitivului optic cu mai multe suprafețe include un element cu cristal lichid având o transparență variabilă controla- 43 bilă. Pentru controlul transparenței elementului cu cristal lichid este prevăzut un controler de element optic, astfel încât un singur element cu cristal lichid este controlat pentru a avea sta- 45 rea de receptionare a unei lumini - dispersate, opace, și de afișare respectivă dintr-un set de imagini de la proiectorul de imagini; restul de elemente cu cristal lichid sunt controlate pentru 47 a fi suficient de transparente, pentru a permite vizualizarea imaginii afișate pe elementul cu cristal lichid opac. 49

RO 120509 Β1

Elementul optic de control baleiază printre elementele cu cristal lichid cu o frecvență mare, pe parcursul mai multor cicluri de realizare a imaginii, pentru a selecta un element cristal lichid pentru a fi în starea de lumină - dispersată opacă, pe parcursul unui anume ciclu de realizare a imaginii, și pentru a provoca trecerea stării de lumină-dispersată opacă, prin elementele cu cristal lichid, pentru primirea succesivă a setului de imagini și generarea imaginilor tridimensionale volumetrice, cu profunzime tridimensională.

Proiectorul de imagine proiectează setul de imagini în dispozitivul optic cu mai multe suprafețe, pentru a genera întreaga primă imagine tridimensională volumetrică, în dispozitivul optic cu mai multe suprafețe, la o frecvență mai mare de 35 Hz, pentru a preveni pâlpâirile imaginii perceptibile de către ochiul uman. De exemplu, frecvența de volum poate fi în jur de 40 Hz. într-un exemplu de realizare, dacă sunt folosite aproximativ 50 de elemente optice la o frecvență de volum de aproximativ 40 Hz, proiectorul de imagine proiectează fiecare din setul de imagini pe respectivul element optic, la o frecvență de 2 kHz.

Proiectorul de imagine include o lentilă de proiecție pentru ieșirea setului de imagini. Proiectorul include, de asemenea, un sistem optic de focalizare adaptiv pentru focalizarea fiecărui set de imagini pe respectivele elemente optice, în vederea controlului rezoluției și profunzimii proiecției setului de imagini de la lentila de proiecție. Alternativ sau adițional, proiectorul de imagini include mai multe surse de lumină laser pentru proiectarea luminii laser roșie, verde și albastră, respectiv pentru a genera și proiecta setul de imagini într-o multitudine de culori.

în plus, este folosită o metodă de operare, folosind anticrenelarea tridimensională, pentru eliminarea asperităților fragmentelor de imagini proiectate la tranziția dintre elementele optice în dispozitivul optic cu mai multe suprafețe. Anticrenelarea adaptează afișajul voxelilor în tranziția dintre elementele optice, astfel încât valorile (indicii) de culoare a voxelilor sunt modificate ca funcție a distanței voxelilor de elementele optice, pentru a genera o tranziție fără asperități (netedă) dintre fragmentele de imagini tridimensionale volumetrice.

Se prezintă, în continuare, desenele invenției:

- fig. 1, sistemul de afișare a imaginilor volumetrice pe mai multe planuri, dezvăluit;

- fig. 2, element optic pe bază de cristal lichid, având o stare transparentă;

- fig. 3, elementul optic din fig. 2 într-o stare opacă de dispersare;

- fig. 4-7, afișarea succesivă a imaginilor pe elemente optice multiple pentru formarea unei imagini volumetrice 3D;

- fig. 8, membrană a modulatorului de lumină;

- fig. 9, sistem optic adaptiv, utilizat într-un proiector de imagine;

- fig. 10, sistemul optic adaptiv din fig. 9, în legătură cu un sistem multiplu de elemente optice;

- fig. 11, vedere laterală a secțiunii transversale al unui pixel a unui modulator de lumină spațială (SLM) cu cristal lichid fero-electric (FLC);

- fig. 12 -14, orientările unghiulare ale axelor modulatorului FLC SLM din fig. 11;

- fig. 15, organigramă a metodei de generare a unui set de date multiplanare;

- fig. 16, anticrenelarea 3D a unui voxel într-o multitudine de elemnete optice;

- fig. 17, afișarea voxel fără anticrenelare 3D;

- fig. 18, afișarea voxel cu anticrenelare 3D;

- fig. 19, grafic comparativ al profunzimii aparente cu și fără anticrenelare 3D;

- fig. 20, organigramă a metodei de implementare a anticrenelării 3D;

- fig. 21 și 22, generarea imaginilor 3D având obiecte translucide în prim plan, fără anticrenelare;

- fig. 23 și 24, generarea imaginilor 3D având obiecte translucide în prim plan, cu anticrenelare.

RO 120509 Β1

Conform fig. 1, este prevăzut un sistem 10 de afișare volumetrică pe mai multe 1 planuri, care generează imagini tridimensionale (3D) care sunt volumetrice în natură, aceasta însemnând că imaginile 3D au un volum definit și limitat al spațiului 3D, astfel încât ele există 3 la locul unde apar imaginile. Astfel de imagini 3D sunt cu adevărat 3D, spre deosebire de o imagine percepută ca fiind 3D, datorită unei iluzii optice de vizualizare, cum ar fi metodele 5 stereografice.

Imaginile 3D generate de către sistemul 3D pot avea o rezoluție foarte mare și pot 1 fi afișate într-o gamă largă de culori, putând astfel avea caracteristicile asociate cu vizualizarea unui obiect real. De exemplu, astfel de imagini 3D pot avea mișcare paralaxă atât verti- 9 cală, cât și orizontală sau circulară, permițând privitorului 12 să se deplaseze dar totuși să primească indicații vizuale pentru menținerea aparenței 3D a imaginilor 3D. 11 în plus, pentru a viziona imaginile 3D, un privitor 12 nu are nevoie să poarte nici un mijloc de protecție a ochilor, cum ar fi vizor stereografic sau ochelari, ceea ce constituie un 13 avantaj, aceste mijloace sunt stânjenitoare, obosesc ochii etc. Mai mult, imaginile 3D au un câmp continuu de vedere atât orizontal, cât și vertical, în anumite configurații de afișare câm- 15 pul orizontal de vedere fiind de 360°. în plus, privitorul se poate afla la orice distanță față de sistemul 10 MVD, fără a pierde percepția tridimensională. 17

Sistemul de afișare volumetric pe mai multe planuri 10 include o interfață 14 pentru primirea datelor grafice 3D de la o sursă de date grafice 16, cum ar fi un calculator care 19 poate fi încorporat în sistemul 10, sau care poate fi operativ conectat la sistemul 10 prin canale de comunicare, de exemplu, de la o adresă îndepărtată și conectate prin legăturile 21 de telecomunicație convenționale sau prin orice rețea, cum ar fi de exemplu Internetul. Interfața 14 poate fi o magistrală PCI sau o interfață AGP (accelerated graphics port-port de gra- 23 fică accelerată) disponibilă de la INTEL Santa Clara, California. Pot fi folosite alte interfețe, cum ar fi sistemul de magistrală de interconectare blackplaneVME (magistrala Motorola), 25 standardizate ca standard IEEE1014, interfața SOSI, sistemulde magistrală NuBus de înaltă performanță, aflat în expansiune, folosit de calculatoarele Apple Macintosh și alte sisteme, 27 ca și interfața ISA (Industry Standard Architecture), interfața EISA (Extended ISA), interfața USB (Universal Serial Bus), interfața de magistrală FireWire, standardizate recent ca stan- 29 dard IEEE 1394 conferind viteze mari de comunicare șl servicii de date izocrone în timp real pentru calculatoare, ca și interfețe deschise sau private. 31

Interfața 14 trece datele grafice 3D la un controler 18 de afișaj volumetric multiplan pe mai multe planuri (multi-planar volumetric display - MVD), care include o memorie-tampon 33 de imagine de mare viteză. Imaginea tridimensională, care urmează a fi vizualizată ca imagine 3D volumetrică, este convertită de către un controler MVD 18 într-o serie de secțiuni 35 (slices) bidimensionale (plane) la diferite profunzimi prin imaginea 3D. Date pe cadre, corespunzătoare secțiunilor imaginii, sunt apoi aplicate de la memoria-tampon de imagine de mare 37 viteză a controlerului MVD 18, la un proiector de imagine 20. Controlerul MVD 18 și interfața 14 pot fi implementate într-un calculator, cum ar fi o stație de lucru grafică OCTANE dispo- 39 nibilă comercial prin SILICON GRAPHICS, Mountain View, California. Pot fi folosite și alte sisteme de calculator, cum ar fi calculatorul personal (PC) utilizând, de exemplu, un micro- 41 procesor RISC la 195 MHz. De asemenea, trebuie să se înțeleagă că sistemul MVD 10 dezvăluit și componentele sale nu sunt limitate la o implementare sau realizare particulară a 43 hardware-ului sau software-lui particulare.

Sursa 16 de date grafice poate fi, opțional, un program de aplicații grafice, al unui cal- 45 culator care operează o interfață a unui program de aplicații (API) și un driver de dispozitiv pentru asigurarea datelor imaginilor 3D într-un format corespunzător către controlerul MVD 47

RO 120509 Β1 al calculatorului printr-un dispozitiv de ieșire/intrare (l/O) cum arfi interfața 14. Controlerul MVD18 poate fi hardware/software, de exemplu, implementat într-un calculator personal și utilizând, opțional, cârduri de extindere pentru procesarea specializată a datelor.

De exemplu, un cârd de extindere în controlerul MVD 18 poate include hardware și/sau software grafic pentru convertirea setului de date 3D de la sursa 16 de date grafice într-o serie de secțiuni plane formând un set de date pe mai multe planuri corespunzătoare secțiunilor 24 - 30. Astfel imaginile 3D sunt generate în timp real sau la frecvențe de actualizare în timp aproape real, pentru aplicații reale, cum ar fi simulări de operații chirurgicale, control trafic aerian, comandă și control militar. Astfel de card-uri de extindere pot, de asemenea, include un motor geometric, pentru manipularea seturilor de date 3D și a memoriei texturii pentru realizarea reprezentării texturii imaginilor 3D.

Anterior transmiterii imaginilor datelor imaginii la proiectorul de imagine 20, controlerul MVD 18 sau sursa 16 de date grafice poate efectua o anticrenelare 3D a datelor imaginii pentru netezirea caracteristicilor de afișat prin imaginile 3D 34, și pentru a evita orice linii zimțate în profunzime, de exemplu, dintre planele paralele de-a lungul axei z, datorate pixelizării afișării cauzate de construcția voxel discretă inerentă a dispozitivului MOE 32 cu elementele optice 36-42 aliniate în planele x-y normale la axele z. Așa cum sunt generate datele corespunzătoare secțiunilor de imagine 24-30, un element de imagine poate apărea lângă o margine a unei tranziții plane, adică dintre elementele optice, de exemplu elementele optice 36-38. Pentru a evita o tranziție bruscă la elementul de imagine specific, ambele secțiuni de imagine 24, 26 pot fi generate astfel încât fiecare din imaginile 44-46 să includă elementul specific de imagine, astfel încât elementul de imagine este împărțit între ambele plane formate de elementele optice 36-38, care ușurează tranziția și permite imaginii 3D 34 să apară mai continuu. Luminozitatea elementelor de imagine pe elementele optice respective consecutive variază în funcție de plasarea elementului de imagine în datele de imagine. Sursa 16 de date grafice și controlerul MVD 18 pot, de asemenea, realiza codarea cu plajă (cursă) de zero (zero-run encoding) prin interfața 14 pentru a maximiza rata de transfer a datelor de imagine către controlerul MVD 18 pentru generarea imaginii. Se înțelege că pot fi folosite și alte tehnici de transfer a datelor de imagine, cum ar fi standardele de comunicație de date ale Grupul de Experți de Film (MPEG) ca și compresia delta (Δ).

O imagine 3D poate conține, de ordinul a 50 SVGA, imagini de rezoluție actualizate la o rată de 40 Hz, care rezultă într-o frecvență de date primare ce trebuie afișate, mai mare de 2GB/sec. O astfel de frecvență de date primare poate fi redusă semnificativ, dacă se elimină transmiterea zerourilor. O imagine 3D volumetrică este, de regulă, reprezentată de un mare număr de zerouri asociate cu interiorul obiectelor, obiecte de fundal obstrucționate de obiecte de prim plan, și spațiul înconjutăror gol. Sursa 16 de date grafice poate coda date de imagini, astfel încât o plajă a zerourilor este reprezentată de un indicator de cursă de zero (zero-run flag ZRF) sau cod cu plajă de zero, și urmată sau asociată cu lungimea de cursă. Astfel numărătoarea zerourilor poate fi trimisă pentru a fi afișată fără a trimite zerourile. O memorie-tampon a datelor de imagine 3D din controlerul MVD 18 poate fi inițializată să stocheze toate zerourile și apoi, pe măsură ce datele de imagine sunt stocate în memoria-tampon, o detectare a indicatorului ZRF determină controlerul MVD 18 să sară numărul de poziții de date sau pixeli din memoria-tampon, egal cu lungimea de cursă a zerourilor. Memoriatampon a datelor de imagine 3D conține astfel datele 3D ce urmează a fi aplicate la proiectorul de imagine 20, care poate include un driver SLM pentru operarea SLM în vederea generării imaginilor plane.

RO 120509 Β1

Proiectorul de imagine 20 are asociate mijloacele optice 22 pentru proiectarea secțiu- 1 nilor plane 24-30 ale imaginilor 3D la frecvență înaltă și într-o manieră de timp secvențială la dispozitivul 32 de elemente optice multiple (MOE) pentru realizarea selectivă de imagini, 3 care să genereze o primă imagine tridimensională volumetrică 34 care apare privitorului 12 ca fiind prezentă în spațiul dispozitivului MOE 32. Dispozitivul MOE 32 include o pluralitate 5 de elemente optice 36-42 care, sub controlul controlerului MVD 18, primește selectiv fiecare din secțiunile 24-30 ca imagini plane 44-50, cu un element optic primind și afișând o secțiune 7 respectivă pe parcursul fiecărui ciclu al ratei (frecvenței) de cadru. Numărul secțiunilor de profunzime generate de către controlerul MVD 18 va fi egal cu numărul de elemente optice 9 36-42, ceea ce înseamnă că fiecare element optic reprezintă o unitate a rezoluției de profunzime a imaginii volumetrice 3D ce va fi generată și afișată. 11

Elementele optice 36-42 pot fi afișaje pe cristale lichide compuse, de exemplu, din materiale nematice, feroelectrice sau cholesterice sau alte materiale de polimer stabilizat, 13 cum ar fi texturi cholesterice, folosind o formulă modificată Kent State cunoscută pentru astfel de compoziții. 15

Afișarea generică a fiecăreia din secțiunile 24-30 de către elementele optice 36-42 al dispozitivului MOE 32, ca set de imagini afișate, apare la un cadru de frecvență suficient 17 de mare ca a seturilor următoare, cum ar fi frecvențe mai mari de 35 Hz astfel încât privitorul 12 percepe o imagine 34 volumetrică 3D continuă, vizibilă direct și fără un set de cap stereo- 19 grafic, în locul unor imagini individuale plane 44-50. Astfel, în fig. 1, imaginile 44-50 pot fi o secțiune transversală a unei sfere și astfel imaginea 34 3D astfel generată apare ca o sferă 21 pentru privitorul 12 poziționat în centrul elementelor optice 36-42 formând dispozitivul MOE 32. 23 în alte exemple de realizare, imaginile 44-50 pot fi generate a afișa o imagine globală având o aparență mixtă 2D și 3D, cum ar fi text 2D ca și titlu sub sferă sau text 2D pe sferă. 25 O aplicație poate fi control pad interfață grafică a utilizatorului (GUI), cum ar fi MICROSOFT WINDOWS 95, cu imagine pe ecran 2D ca afișaj virtual pe ecran plat, și cu imagini 3D cum 27 ar fi sferă apărând pe un afișaj virtual pe ecran plat.

Prima imagine 34 3D volumetrică este vizibilă într-un interval de orientări. Mai mult, 29 lumina 52 de la prima imagine 34 3D este, în continuare, procesată de către un proiector 54 de imagine reală, pentru a genera o a doua imagine 56 3D volumetrică, plutind în spațiu, la 31 distanță de dispozitivul MOE 32. Proiectorul 54 de imagine reală poate fi un afișaj volumetric de înaltă definiție (HDVD), care include o oglindă convențională sferică sau parabolică pentru 33 producerea unei zone de vizualizare a semnalelor, localizată pe o axă optică a dispozitivului MOE 32. 35

De exemplu, sistemul de proiecție a imaginii reale poate fi un aparat descris în brevete US 5552934 Prince și 5572375 Crabtree, IV, fiecare dintre aceste brevete fiind încorpo- 37 rat în acesta, prin referințe. în alte exemple de realizare optica holografică poate fi realizată printr-un proiector 54 de imagine reală, cu aceleași funcții ca oglinzile convenționale sferice 39 sau parabolice pentru a genera o imagine 56 flotantă (plutitoare), dar cu zone de vizualizare multiple, cum ar fi o zonă de vizualizare într-o arie centrală aliniată axelor optice și zone de 41 vizualizare pe oricare din părțile unei axe optice, astfel de imagini plutitoare 3D multiple 56 putând fi vizualizate de către mai mulți privitori. 43 într-un alt exemplu de realizare, proiectorul 54 de imagini reale poate include elemente optice holografice (HOE), adică holograme, în sens convențional, care nu prezintă o 45 imagine înregistrată a unui obiect preexistent. în loc de aceasta, un element HOE se comportă ca element optic convențional, cum ar fi o lentilă și/sau oglindă pentru a primi, reflecta, 47

RO 120509 Β1 și redirecționa lumina incidență. în comparație cu elementele optice convenționale, cum ar fi sticla sau plasticul, elementele HOE sunt ușoare și ușor de produs și posedă, de asemenea, caracteristici optice unice, care nu sunt disponibile mijloacelor optice convenționale. De exemplu, un element HOE poate produce mai multe imagini ale aceluiași obiect la unghiuri diferite, dintr-o axă optică predeterminată, astfel încât câmpul de vedere a afișajului care utilizează un element HOE relativ mic poate fi considerabil crescut, fără mărirea dimensiunii optice a mijloacelor convenționale, optice, necesare. La fel, utilizând cel puțin un element HOE ca și proiector 54 de imagine reală, sistemul MDV10 poate fi fabricat pentru a asigura un sistem relativ compact, cu un câmp de vedere de 360°. în plus, pentru un proiector 20 de imagine, încorporând surse de lumină laser, elementele HOE sunt, în special, compatibile pentru performanțe înalte cu astfel de surse de lumină laser, datorită selectivității lungimii de undă a elementului HOE.

Deoarece oricare din imaginile 3D volumetrice 34, 56 apar privitorului 12, ca având volum și profunzime, și opțional și culoare, sistemul 10 de afișare volumetrică pe mai multe planuri poate fi adaptat pentru realitatea virtuală și aplicațiile haptic/tactile, cum arfi exemplul descris mai jos pentru animație tactilă, în predarea tehnicilor de chirurgie. Proiectorul 54 de imagine reală permite imaginii 56 3D plutitoare să fie direct accesibilă pentru interacțiune virtuală. Sistemul MVD 10 poate include un dispozitiv de reacție 58 al utilizatorului pentru primirea de comenzi de mișcare manuale de la privitorul 12, corespunzătoare încercărilor privitorului 12 de a manipula oricare din imaginile 34, 56. Astfel de mișcări manuale potfi translatate de către dispozitivul de reacție 58 ca semnale de control, care sunt comunicate interfeței 14 la controlerul MVD 18 pentru a modifica una sau ambele imagini 34,56 care să apară a răspunde la mișcările privitorului 12. Dispozitivul de reacție 58 poate fi operativ conectat la sursa 16 de date grafice, care poate include un procesor de grafice 3D pentru a modifica una sau ambele imagini 34, 56.

Un număr de noi tehnologii de interacțiune asigură performanțe îmbunătățite ale sistemului MVD 10, utilizând proiectorul 54 de imagini reale. De exemplu, o interfață de reacție de forță dezvoltată de SENSIBLE DEVICES, INC. Cambridge, Massachusetts, este o tehnologie capabilă de a permite unui sistem MVD 10 să asigure abilitatea de percepere și manevrare a imaginilor 3D 34, 56 manual. Cu o programare adecvată, privitorul 12 poate sculpta imagini tridimensionale ca și cum imaginile ar fi argilă, utilizând un sistem numit DIGITAL CLAZ, un produs comercial al DIMENSIONAL MEDIA ASSOCIATES, titularul prezentei invenții.

Altă aplicație a sistemului MVD 10 cu o interfață de reacție de forță este un simulator și trainer chirurgical, în care utilizatorul poate vedea și percepe anatomia virtuală tridimensională, inclusiv animația precum o bătaie virtuală de inimă și reacție la o virtuală înțepătură a utilizatorului, pentru a obține certificat de chirurg, poate practica proceduri noi inovatoare, sau chiar realiza o operație la distanță, de exemplu, pe Internet, utilizând protocoalele de comunicație Internet.

Efectele tactile pot fi astfel combinate cu animație, pentru a asigura o stimulare, în timp real, și stimularea utilizatorilor care lucrează cu imagini 3D generate de sistemul MVD 10. De exemplu privitorul 12 - potfi studenți ce învață metode medicale de chirurgie, în care chirurgul vede și manipulează prima imagine 34 3D în realitatea virtuală, în timp ce studenții observă a doua imagine 56 3D corespunzător manipulată și modificată datorită proiectorului 54 de imagini reale ce răspunde la schimbările primei imagini 34 3D. Studenții pot apoi, la rândul lor, să manipuleze individual imaginea 34, cum arfi imaginea inimii, care poate fi chiar o inimă ce bate, prin realizarea imaginilor de animație, cum ar fi imaginile 36, 54 3D.

RO 120509 Β1

Chirurgul profesor poate apoi observa și nota studenții, în ceea ce privește realizarea ma- 1 nipulării imaginilor ca și cum astfel de imagini ar fi reale, cum ar fi o simulare a unei operații de inimă. 3 în cele ce urmează, se face prezentarea dispozitivului MOE.

într-un exemplu de realizare figurat, dispozitivul MOE 32 este compus dintr-un teanc 5 (stivă) de afișaje cu cristale lichide (LCDs) de un singur pixel, compus din sticlă, precum elementele optice 36-42, care sunt separate de spațiatori (distanțieri) fie de sticlă, plastic, 7 lichid sau aer. Elementele optice 36-42 pot fi compuse din plastic sau alte substanțe, cu variate avantaje, cum ar construcție ușoară. Spațiatorii de sticlă, plastic și/sau aer pot fi corn- 9 binați cu afișaje LCD de sticlă într-o configurație optică continuă, pentru eliminarea reflexiilor la interfețele interne. Suprafețele afișajelor LCD și spațiatorii pot fi combinați optic prin con- 11 tact optic, fluid de egalizare indice (index matching fluid) sau ciment optic. Ca alternativă, spațiatorii pot fi înlocuiți prin lichide, cum ar fi apă, ulei mineral sau fluid de egalizare indice, 13 cu astfel de fluide capabile a fi circulate printr-un dispozitiv extern de răcire, în vederea răcirii dispozitivului MOE 32. Astfel, aceste dispozitive MOE 32 cu spațiatori lichizi pot fi transpor- 15 tate și instalate goale pentu a reduce greutatea globală, iar lichidul de spațiere poate fi adăugat după instalare. 17 într-un exemplu preferat de realizare, elementele optice 36-42 sunt planare și rectangulare, dar pot fi și curbe și/sau de orice altă formă, cum ar fi cilindrică. De exemplu, afișajele 19 LCD cilindrice pot fi fabricate prin diferite tehnici, cum ar fi extrudarea, și se pot cuibări una în alta. Distanța de spațiere dintre elementele optice 36-42 poate fi constantă, sau în alte 21 exemple de realizare, poate fi variabilă astfel ca profunzimea dispozitivului MOE 32 să fie considerabil crescută fără creșterea numărului de elemente optice 36-42. De exemplu, având 23 în vedere că ochii privitorului 12 pierd din sensibilitatea de profunzime, odată cu creșterea distanței de vizualizare, elementele optice poziționate mai departe de privitorul 12 pot fi spa- 25 țiate mai departe separat. Poate fi implementată o spațiere logaritmică, în care spațierea dintre elementele optice 36-42 crește liniar cu distanța de la privitorul 12. 27

Elementele optice 36-42 sunt compuse pe o formulă de cristale lichide cu proprietatea de a fi schimbate electronic rapid, de exemplu, de către un driver de dispozitiv MOE al 29 controlerului 18 MVD să fie schimbate de la o stare clară, puternic transparentă, așa cum e figurat în fig. 2, și o stare opacă înalt dispersată, așa cum este figurat în fig. 3. în legătură cu 31 fig. 2 și 3, cu o ilustrare a elementelor optice 36 printr-o secțiune transversală, moleculele de cristal lichid 60-64 pot fi suspendate între substratele 66-68, care pot fi spațiatori de sticlă, 33 plastic sau aer, și pot avea straturi transparente, conductoare 70, 71 aplicate pe, respectiv, substratele 66-68. 35

Straturile conductoare 70, 71 pot fi compuse dintr-un film subțire evaporat sau împroșcat de oxid indium cositor (ITO), care are o transparență excelentă și rezistență mică, 37 dar are un indice de refracție relativ mare, comparativ cu indicii de refracție ai substratelor de sticlă sau plastic 66-68. Diferența de indice de refracție, dintre aceste materiale, poate 39 produce reflexii ale interfețelor ca atare, astfel încât materialele de acoperire, adiționale, sau straturile anti-reflectoare (AR) pot, opțional, fi dispuse pe substraturile 66-68 dintre straturile 41 conductoare 70, 71 și substraturile 66-68 pentru a reduce cantitatea de lumină reflectată, cum ar fi reflexiile nedorite. De exemplu, un strat AR având o grosime (subțirime) optică de 43 o pătrime din lungimea de undă tipică a luminii, cum ar fi 76 nm, și având un indice de refracție de aproximativ 1,8 reduce reflexiile la interfața substratului conductiv la nivele 45 foarte joase.

RO 120509 Β1

Prin utilizarea acoperirilor AR, materialul de spațiere dintre elementele optice 36-42 poate fi îndepărtat pentru a permite aerul sau vidul între ele, reducând astfel greutatea globală a dispozitivului MOE 32. Astfel de acoperiri AR pot fi depozitate, prin vidare, sau pot fi evaporate sau stropite dielectric. De asemenea, acoperirile AR pot fi aplicate prin acoperire spin, acoperire pantă sau acoperire menise cu SOL-GEL.

Referitor la fig. 2, utilizarea unor astfel de straturi conductoare 70, 71, o sursă 72 de tensiune dintre ele, de exemplu, de la un controler 18 MVD, generează un câmp electric 74 între substraturile 66-68 ale elementului optic 36, care cauzează alinierea moleculelor de cristal lichid 60-64 și transmiterea luminii 76 prin elementul optic 36 cu o dispersare foarte mică sau deloc, astfel încât elementul optic 36 este substanțial transparent.

Referitor la fig.3, îndepărtarea tensiunii 72 poate apărea, de exemplu, prin deschiderea circuitului dintre straturile conductoare 70, 71, cum ar fi prin deschiderea unui întrerupător rapid 78 controlat de către controlerul 18 MVD. La îndepărtarea tensiunii 72, moleculele de cristal lichid 60-64 sunt orientate arbitrar, astfel lumina 76 este dispersată arbitrar, pentru a genera lumină dispersată 80. în această configurație, elementul optic 36 apare opac și poate, astfel, servi ca ecran de proiecție pentru a primi și afișa respectiva imagine 44 focalizată apoi de proiectorul de imagine 20.

într-un alt exemplu de realizare, în legătură cu fig. 2 și 3, elementul optic 36 figurat poate fi activat a fi într-o stare transparentă, prezentată în fig. 2, prin conectarea stratului conductiv 70 adiacent la un prim substrat 66 la bază, în timp ce se conectează stratul conductiv 71 adiacent unui strat secundar 68 la o tensiune de alimentare, cum ar fi o tensiune în intervalul de aproximativ 50 V la 250V. Pentru a comuta elementul optic 36 în stare opacă dispersată, conform fig. 3, aplicația tensiunii este inversată, adică stratul conductiv 71 adiacent se bazează pe o întârziere predeterminată de aproximativ 1 ms la 5 ms, și apoi stratul conductiv 70 este conectat la tensiunea de alimentare. Procedura este apoi inversată pentru revenirea elementului optic 36 la starea transparentă. Nici un curent mediu direct (DC) sau tensiune nu este aplicat(ă) elementului optic 36, care ar putea conduce la un eșec datorat unei tensiuni constante aplicate. De asemenea, nu există nici un curent alternativ (AC) sau tensiune care să genereze încălzirea sau creșterea solicitărilor de putere ale elementelor optice.

La operare, doar unul din elementele optice 36-42 ale dispozitivului MOE 32 se află în stare opacă dispersată la un anume moment, formând astfel un plan sau o suprafață dispersată. Proiectorul de imagine 20 proiectând secțiunile 24-30 la o frecvență înaltă, printr-un ciclu de proiecție, cu o secțiune emisă per ciclu, suprafața dispersată este baleiată rapid prin profunzimea dispozitivului MOE 32, pentru a forma un ecran de proiecție efectivă de profunzime variabilă, în timp ce elementele optice transparente remanente permit privitorului 12 să vadă imaginea afișată de la secțiunile de imagine 24-30 primite.

După cum este figurat în fig. 4-7, pe măsură ce cadrele de date sunt furnizate de către controlerul 18 MVD proiectorului de imagine 20 pentru generarea imaginilor 82-88, controlerul 18 MVD sincronizează comutarea elementelor optice 36-42 astfel, încât elementul optic 36 este opac când imaginea 82 este emisă conform fig. 4, elementul optic 38 este opac, atunci când imaginea 84 este emisă conform fig. 5, elementul optic 40 este opac când imaginea 86 este emisă conform fig. 6 și elementul optic 42 este opac când imaginea 88 este emisă conform fig. 7. Controlerul 18 MVD poate introduce o întârziere (defazaj) datorită furnizării fiecărui set de cadru de date proiectorului de imagine 20 și determinând ca un anumit element optic să fie opac, astfel încât proiectorul de imagine 20 să aibă suficient timp pe parcursul acestei întârzieri (defazaj) să genereze respectivele imagini 82-88 de la, respectiv, seturile de cadre de imagini 1-4.

RO 120509 Β1

Referitor la fig. 4-7, în timp ce elementul optic este opac și afișează respectiva ima- 1 gine, elementele optice remanente sunt transparente, și astfel imaginea 82 din fig. 4 pe elementul optic 36 este vizibilă prin, de exemplu, cel puțin elementul optic 38, și similar imagi- 3 nea 84 este vizibilă prin cel puțin elementul optic 40 în fig. 5, și imaginea 86 este vizibilă cel puțin prin elementul optic 42. Deoarece imaginile 82-88 sunt afișate de către proiectorul de 5 imagine 20 la o rată (frecvență) mare pe elementele optice 36-42 care sunt comutate la stările opace și transparente la o frecvență comparabil de mare, imaginile 82-88 formează 7 o singură imagine 34 3D volumetrică.

Pentru a forma o imagine 34 3D volumetrică continuă, fără a percepe pâlpâirea 9 (flicker), fiecare element optic 36-42 trebuie să primească o imagine respectivă și trebuie să fie comutat la o stare opacă, la o rată de cadru mai mare de 35 Hz. Pentru a împrospăta 11 și/sau actualiza întreaga imagine 3D, rata de cadru a proiectorului de imagine 20 trebuie să fie mai mare de N * 35Hz. Pentru un teanc compactat (stivă) de 50 elemente LCD, formând 13 dispozitivul MOE 32, cu o rată de cadru a elementelor optice individuale de 40 Hz, rata de cadru generală a proiectorului de imagine 20 trebuie să fie mai mare de 50 * 40 Hz = 2 kHz. 15 Realizarea de imagini 3D volumetrice, de înaltă performanță și/sau de înaltă calitate de către sistemul MVD 10 poate necesita cadre mai mari de frecvență ale proiectorului de imagine 17 20 la nivel de 15 kHz.

într-un exemplu de realizare, imaginile 82-84, din fig. 4-7, sunt prezentate secvențial, 19 cu un cadru secvențial de comandă, ce constituie actualizarea gradului de adâncime per perioada de volum, pentru a actualiza întregul volum al elementelor optice 36-42 în 21 dispozitivul MOE 32. Astfel de cadru secvențial de comandă poate fi suficient în condiții de rată de cadru, cum ar fi rata de afișare - cadru de aproximativ 32 Hz, pentru imaginile statice 23 82-88, și de aproximativ 45 Hz pentru imaginile 82-88 ce afișează mișcare. într-un alt exemplu de realizare, comanda planară semi-aleatoare poate fi dată astfel, încât să micșoreze 25 tremurul imaginii și să reducă imaginile false (artifacts) în mișcare, în care intervalul de profunzime este actualizat la o frecvență mai înaltă, deși fiecare element optic este totuși actua- 27 lizat o dată per perioada de volum. Astfel de comenzi planare semialeatorii includ interlegarea prin noduri pe mai multe planuri în care planurile pare sunt iluminate cu imagini și apoi 29 sunt iluminate planurile impare, ceea ce crește frecvența de volum percepută, fără a crește cadrul de frecvențe al proiectorului de imagine 20. 31

Dispozitivul MOE 32 menține rezoluția imaginii original generată în proiectorul de imagine 20 pentru a asigura imagini tridimensionale de înaltă fidelitate. Panourile de cristal lichid 33 36-42 sunt foarte transparente și neîncețoșate în starea transparentă, clară și sunt capabile să fie comutate rapid de la starea clară, transparentă la stările opace dispersate, în care 35 lumina și imaginile de la proiectorul de imagine 20 sunt eficient și substanțial dispersate.

într-un alt exemplu de realizare, dispozitivul MOE 32 poate fi construit a avea o 37 greutate foarte mică. Panourile de cristal lichid 36-42 pot fi compuse dintr-o pereche de substraturi de sticlă, acoperite la suprafața interioară, cu niște straturi conductoare transparente 39 70,71 acoperite cu un strat izolator. Un strat aliniat de polimer poate fi dispus, în mod optim, pe stratul izolator. între substraturile unui anume panou de cristal lichid este prevăzut un strat 41 subțire de compoziție de cristale lichide, de grosime aproximativ 10-20p

Majoritatea volumelor și a greutății panourilor este asociată cu substraturile de 43 sticlă, care contribuie la un potențial foarte greu, dispozitiv MOE 32, pe măsură ce dimensiunea transversală și numărul de panouri cresc. Implementarea realizării panourilor 36-42 de 45 cristal lichid din substraturi de plastic constituie o soluție pentru creșterea greutății. Alte posibilități sunt procesarea de metode de producere a elementelor optice ale dispozitivului MOE 47 32 într-un proces de laminare a substraturilor subțiri de plastic, pentru a permite producția printr-o metodă continuă și puțin costisitoare. 49

RO 120509 Β1

Utilizarea unor asemenea componente relativ ușoare ca greutate pentru dispozitivul MOE 32 face ca acesta să fie pliant, atunci când nu funcționează, pentru a permite sistemului MVD10 să fie portabil. De asemenea, elementele optice 36-42 pot include alte materiale anorganice în adaos sau în locul tehnologiei cristale lichide, cum ar fi stratul ITO aplicat organic, prin acoperire spin sau acoperire pantă.

Se prezintă, în continuare, proiectorul de imagine de cadru de înaltă frecvență.

Rezoluția și profunzimea de culoare maximă a imaginilor tridimensionale 34,56 generate de sistemul 10 MVD este direct determinată de rezoluția și profunzimea de culoare a proiectorului de imagine de cadru de înaltă frecvență 20. Principalul rol al dispozitivului MOE 32 este de a converti seria de imagini plane de la proiectorul de imagine 20 într-o imagine de volum 3D.

într-un exemplu de realizare, proiectorul de imagine 20 include o sursă de lumină lampă cu arc, cu un arc scurt. Lumina de la lampă este separată în componentele roșu, verde și albastru, prin separare optică a culorilor, și este folosită pentru a ilumina trei modulatori separați de lumină spațială (SLMs). După modularea prim SLMs, cele trei canale de culoare sunt recombinate într-un singur fascicul și proiectat de la mijloacele optice 22, cum ar fi o lentilă de focalizare, la un dispozitiv MOE 32, astfel încât fiecare din respectivele imagini plane de la secțiunile 24-30 este afișată pe unul din respectiv elementele optice 36-42.

în alt exemplu de realizare, proiectorul de imagine 20 include, în locul unei lămpi cu arc și mijloace optice de separare a culorii, laseri în stare solidă de înaltă putere. Sursele de lumină laser au un număr de avantaje, care includ eficiență crescută, un fascicul puternic direcționat și o singură operare a lungimii de undă. în plus, sursele de lumină laser produc culori saturate, strălucitoare.

într-un alt exemplu de realizare, pot fi folosite diferite tehnologii de implementare a SLM, cu condiția realizării operării la viteze mari. De exemplu, dispozitivele de cristal lichid de mare viteză, modulatorii pe bază de dispozitive microelectromecanice (MEMs) sau alte dispozitive de modulare a luminii pot fi folosite cu condiția realizării de imagini la cadre de frecvență înaltă. De exemplu, tehnologia Digital Light Processing (DLP) a TEXAS INSTRUMENTS, din Dallas, Texas; tehnologia Grating Light Valve (GLV) a SILICON LIGHT MACHINES, localizată în Sunnyvale, California; și dispozitivele Analog Ferroelectric a BOULDER NONLINEAR SYSTEMS, localizată în Boulder, Colorado, pot fi folosite pentru modularea imaginilor pentru producerea lor de către proiectorul de imagine 20. De asemenea, SLM poate fi un dispozitiv pe cristale lichide feroelectrice (FLC) iar negativarea polarizată a FLC SLM poate fi implementată.

Pentru obținerea imaginilor de foarte înaltă rezoluție în sistemul 10 MVD, imaginile 44-50 trebuie să fie refocalizate în mod corespunzător și rapid pe fiecare element optic corespunzător al dispozitivului MOE 32, pentru a focaliza fiecare imagine corespunzătoare pe elementul optic, la profunzimea corespunzătoare. Pentru a îndeplini astfel de cerințe de refocalizare, sunt folosite sisteme optice adaptate, care pot fi dispozitive cunoscute din stadiul tehnicii, cum ar fi aparatul de focalizare rapidă descris în G. Vdovin, Fast focusing of imaging optics using micromachined adaptive mirrors (focalizarea rapidă a unei imagini optice utilizând oglinzi adaptive micro-mașinizate), disponibilă în Internet la adresa: http://guersey.et. tudelft/index.html. Așa cum este prezentat în fig. 8, un modulator de lumină cu membrană (MLM) 90 are o membrană 92 subțire, flexibilă, care se comportă precum o oglindă cu caracteristici de reflexie și focalizare controlabile. Membrana 92 poate fi din plastic, nitroceluloză, MYLAR sau filme metalice, aflate sub tensiune și acoperite cu un strat conducător de acoperire metalică, ce este reflectorizant, cum ar fi aluminiul. Un electrod

RO 120509 Β1 și/sau un actuator (element de acționare) piezoelectric 94 este poziționat astfel, încât să fie 1 substanțial adiacent membranei 92. Electrodul 94 poate fi plat sau substanțial plan pentru a se extinde la două dimensiuni, relativ la suprafața membranei 92. Membrana 92 este 3 montată substanțial adiacent electrodului 94 printr-o structură de montaj 96, cum ar fi un inel de montaj eliptic, cum ar fi un inel circular. 5

Electrodul 94 este capabil a fi plasat la tensiune înaltă, de aproximativ 1000 V, de la o susă de tensiune 98. Tensiunea poate fi variată într-un interval dorit, pentru a atrage și/sau 7 respinge membrana 92. Membrana 92, care poate fi la potențialul de bază prin conectarea la baza 100, este astfel acționată de atracția electrostatică pentru abaterea și deformarea 9 într-o formă curbă, cum ar fi o formă parabolică. La o astfel de deformare, membrana 92 se comportă ca un mijloc optic de focalizare cu o lungime de focalizare și astfel o distanță de 11 proiecție, care poate fi rapid variată prin varierea tensiunii electrodului. De exemplu, suprafața curbă a membranei 92 are o lungime focală, egală cu jumătatea razei curburii membra- 13 nei 92 curbate, raza curburii fiind determinată de tensiunea membranei 92, proprietățile mecanice ale materialului membranei 92, separarea membranei 92 și a electrodului 94, și ten- 15 siunea aplicată electrodului 94.

într-un exemplu de realizare, abaterea membranei 94 este întotdeauna către electro- 17 dul 94. Prin plasarea unei oglinzi cu un strat conductor transparent pe partea opusă membranei 92 de la electrodul 94, și apoi aplicarea unei tensiuni fixe, oglinzii, membrana 92 poate 19 fi determinată să se abată în ambele direcții; adică ori spre electrodul 94 ori în direcția opusă acestuia, permițând astfel un mai mare interval de imagini de focalizare. Astfel de variații 21 controlate ale unei astfel de membrane 92 în direcții multiple este descrisă, de exemplu, în lucrarea lui Martin Yellin SPIE CONFERENCE PROCEEDINGS, VOL 75, pag. 97 -102 23 (1976).

Efectele optice ale abaterii MLM 90 pot fi mărite prin mijloacele de proiecție optică 25 22, și determină imaginea proiectată de la un obiect plan să fie focalizată la varierea distanțelor de la proiectorul de imagine 20 la frecvențe de refocalizare mari. în plus, MLM 90 27 poate menține o mărire aproape constantă a imaginii, pe parcursul întregului interval de focalizare. 29 în legătură cu fig. 9, MLM 90 poate fi încorporat într-un sistem optic adaptiv 102, de exemplu, să fie în vecinătatea unei lame de sfert de undă 104 și a unui divizor (separator) 31 de fascicul (beamsplitter) 106 pentru focalizarea imaginii la mijloacele optice de proiecție 22. Imaginile 110 de la un obiect sau obiect plan 112 trec printr-un polarizor 108 pentru a fi pola- 33 rizate orizontal de către separatorul de fascicul 106 și de acolo, trecute prin lama de sfert de undă 104, pentru a rezulta într-o lumină incidență polarizată circular pe membrana 92 pentru 35 reflexie și focalizare. După reflexie, astfel de imagini 114 focalizate sunt trecute înapoi prin lama de sfert de undă 104 rezultând în lumina 114 polarizată la 90° față de direcția luminii 37 de incidență 110. Divizorul de fascicul (beamsplitter) 106 reflectă apoi lumina 114 către mijloacele de proiecție optică 22 pentru a forma o imagine a obiectului. Prin utilizarea lamei 39 de sfert de undă 104 și a polarizatorului 108 cu MLM 90, sitemul optic adaptat poate fi pliat într-o configurație relativ compactă, care evită montarea MLM 90 în afara axelor și/sau la 41 distanță de lentilele de proiecție 22.

Imaginile pot fi focalizate la o distanță normală F_N la un plan normal de proiecție 116 43 de la mijloacele optice de proiecție 22 și imaginile pot fi re-focalizate la frecvență mare între o distanță minimă F_M1N de la un plan minim de proiecție 118 la o distanță maximă F_MAX la o 45 proiecție plană maximă 120 de la mijloacele optice de proiecție 22 cu rezoluție înaltă a imaginii ce trebuie menținută. 47

RO 120509 Β1

Așa cum este figurat în fig. 10, proiectorul de imagine 20 ce include sistemul optic adaptiv cu MLM 90, lama de sfert de undă 104, și polarizatorul 108 pot astfel proiecta rapid și selectiv secțiuni individuale 2D ale imaginilor 3D pe elementele optice individuale 36-42, astfel încât secțiunile 2D sunt focalizate pe cel puțin un element optic, cu o mare acuratețe de focalizare astfel încât secțiunile 2D nu sunt incidentale pe spațiatorii 122 dintre elementele optice 36-44 ale dispozitivului MOE 32.

în legătură cu fig. 9 și 10, într-un alt exemplu de realizare, proiectorul de imagine 20 poate include un SLM 124 având mai mulți pixeli 126 pentru modularea luminii 110 de la obiectul plan 112. Pot fi folosite modulatoare nematic torsadate (TN SLM), unde o lamă de jumătate de undă comutabilă este formată prin producerea de straturi aliniate pe substraturile din față și din spate ale SLM 124 care diferă ca orientare la 90’. Cristalul lichid al modulatorului TN SLM se aliniază cu straturile aliniate pe fiecare suprafață, și apoi se unesc ușor între două substraturi, pentru a forma o jumătate de perioadă de spirală. Dacă vârful spiralei este ales să fie aproape de lungimea de undă a luminii, spirala se comportă ca o lamă de jumătate de undă și rotește lumina de polarizare incidență cu 90’. Aplicarea unui câmp electric de intensitate suficientă la modulatorul TN SLM determină masa de material de cristal lichid dintre cele două substraturi să se reorienteze perpendicular pe substraturi, ceea ce desface spirala și distruge (anihilează efectul) lama de jumătate de undă, eliminând astfel rotația polarizării luminii de incidență. Lipsa unei polarizări inerente în materialul de cristal lichid TN determină modulatoarele TN SLM să fie insensibile la semnalul de tensiune aplicat, și orice semnal de tensiune conduce la aceeași reducere a acțiunii lamei de undă, astfel încât modulatorul TN SLM se comportă ca o lamă de undă cu o întârziere funcție de mărimea tensiunii aplicate.

Ca variantă, așa cum este prezentat în fig. 11, modulatorul SLM 124 poate fi un dispozitiv pe bază de cristal lichid feroelectric (FLC) compus dintr-o pluralitate de pixeli 126, fiecare pixel 126 având un material FLC 128 poziționat pe un substrat semiconductor cum ar fi un substrat de siliciu 130, cu un electrod 132 dispus peste el. Electrodul 132 poate fi compus din aluminiu. Un conductor transparent 134 este plasat deasupra materialului FLC 128 și este legat la o sursă de tensiune, cum ar fi tensiunea de lucru de 2,5 V. O secțiune de acoperire 136, de exemplu din sticlă, este poziționată deasupra conductorului transparent 134.

Modulatorele FLC SLM compuse din astfel de pixeli 126 operează într-o manieră similară modulatoarelor TN SLM, la care aplicarea unui câmp electric, de exemplu, între electrozii 128 și conductorul 134, conduce la rotația polarizării luminii incidente. Gradul de rotație este proporțional tensiunii aplicate și variază de la 0° la 90°. în combinație cu un polarizor extern, cum ar fi polarizorul 108, rotația de polarizare a SLM 124 rezultă în modularea intensității luminii incidente.

Spre deosebire de modulatorul TN SLM, un modulator FLC SLM posedă o polarizare inerentă, care conduce la un modulator FLC SLM, având o grosime dorită, ce formează lame de undă cu o întârziere independentă de tensiunea aplicată. Modulatorul FLC SLM acționează ca o lamă de undă, cu o orientare funcție de mărimea și semnalul tensiunii aplicate.

Pentru pixelul 126 al modulatorului FLC SLM 124 din fig. 11, o lamă de jumătate de undă a modulatorului FLC SLM 124 este, de regulă, implementat a avea o orientare, în starea nealimentat, care este de aproximativ 22,5° față de o axă de referință orizontală, conducând la o rotație de 45° a polarizării luminii de incidență. Când este alimentat, conductorul transparent 134 este polarizat la 2,5V care poate fi jumătate din intervalul de tensiune al electrodului 132 al pixelului 126.

RO 120509 Β1

Referitor la fig. 12-14, orientarea principalelor axe ale lamei de jumătate de undă, 1 formată de pixelii 126 ai modulatorului FLC SLM 124 sunt prezentați la 0V, 2,5V și 5V, respectiv la o polarizare de 0, 45* și 90*. 3

Atât modulatoarele TN SLM, cât și modulatoarele FLC SLM trebuie să fie echilibrate în curent continuu (DC), pentru menținerea corectă a operării. Aplicarea unui câmp electric 5 continuu DC pixelilor 126 are, ca rezultat, distrugerea alinierii straturilor pe substraturi prin bombardament de ioni impuri, care distrug pixelul 126. Pentru a preveni aceasta, câmpul 7 electric este periodic și/sau neregulat inversat, ca semn, cu o frecvență de ordinul a aproximativ 100 Hz pentru modulatoarele TN SLM și de aproximativ 1 Hz pentru modulatoarele 9 FLC SLM. Lipsa sensibilității modulatorului TN SLM la semnul câmpului electric are, ca rezultat, pătrunderea imaginii prin acesta, având o aparență constantă la inversarea 11 câmpului electric.

Totuși, un modulator FLC SLM este, de regulă, sensibil la semnul câmpului, ceea ce 13 determină inversarea scalei de gri, prin care zonele negre ale imaginii se schimbă în alb, iar zonele albe se schimbă în negru, pe măsură ce modulatorul SLM este echilibrat DC. 15

Pentru prevenirea inversării scalei de gri, în timpul echilibrării DC a modulatorului

SLM 124, polarizarea luminii incidente este electric influențată (polarizată - biased) astfel, 17 încât imaginile pozitive și cele negative determinate de aplicarea câmpului electric pixelului

126 au același aspect. Modulatorul SLM 124 și/sau pixelul individual 126 au o lamă de jumă-19 tate de undă 138, static poziționată pentru a primi lumina incidență 110 înaintea modulatorului SLM 124. Lama de undă 138 este orientată pentru a asigura o rotație de 22,5’ a polari- 21 zării luminii incidente, scala de gri, având o luminozitate (strălucire) maximă la aplicarea a

2,5 V pe electrodul 132. în alte exemple de realizare, pentru prevenirea reducerii luminozității23 maxime, prin includerea lamei de undă 138, poate fi utilizat material FLC 128, având o orientare statică de 45°, care permite ca luminozitatea maximă a unui modulator FLC SLM 12425 polarizat (influențat) electric, de polarizare, să fie compatibilă cu luminozitatea maximă a unui modulator SLM nepolarizat electric, fără lama de jumătate de undă 138.27

După cum este descris, în continuare, într-un alt exemplu de realizare a proiectorului de imagine 20, laserele pot fi folosite ca lasere de lumină colorată și/sau lasere producătoare 29 de culoare, de stare solidă la obiectele plane 112. Astfel de lasere pot fi, de exemplu, lasere de stare solidă albastru sau verde disponibile, în prezent în alte stocări de informații sau 31 tehnologii de regăsire, cum ar fi CDROM-urile, ca și sistemele video laser.

într-un alt exemplu de realizare a proiectorului de imagine 20, mijloacele optice adap- 33 tive (optica adaptivă) pot fi folosite la un afișaj heads-up pentru a produce imaginea 3D, care nu este fixată în profunzime dar poate fi, în schimb, apropiată sau depărtată de privitorul 35 12. Fără a utiliza dispozitivul MOE 32, secțiunile de imagine 2D pot fi proiectate direct în ochii privitorului 12 astfel încât să apară la profunzimea corectă. 37

Prin afișarea rapidă a unor astfel de secțiuni 24-30 către privitorul 12, imaginea 3D este percepută de către privitorul 12. în acest exemplu de realizare a sistemului 10 MVD, mij- 39 loacele optice adaptive, ale proiectorului de imagine 20 ca și alte componente pot fi foarte compacte pentru încorporarea în afișajele existente heads-up pentru afișaje montate în 41 mască sau în sistemele montate în cabina sau tabloul de bord al vehiculelor.

într-un alt exemplu de realizare, secțiunile 24-30 pot fi generate și proiectate astfel 43 încât unele din imaginile 44-50 sunt afișate respectiv pe mai mult de unul din elementele optice 36-42, pentru supra-eșantionarea profunzimii prin afișarea imaginilor pe un interval 45 de profunzimi, în dispozitivul MOE 32, în loc de o singură profunzime corespunzătoare unui singur element optic. De exemplu, supra-eșantionarea poate fi avantajoasă, dacă dispozitivul 47

RO 120509 Β1

MOE 32 are mai multe planuri ale elementelor optice 36-42 decât numărul de secțiuni de imagine 24-30. De exemplu, o secțiune 24 este afișată pe ambele elemente optice 36-38 ca imagini, respectiv 44-46.0 astfel de supra-experimentare poate fi realizată, de exemplu, prin comutarea elementelor optice multiple, în stare opacă, pentru a primi o singură secțiune proiectată pe parcursul respectivelor cicluri de proiecție multiple pe elementele optice multiple, respective.

Se explică, în continuare, generarea de imagini 3D de la un set de date pe mai multe planuri.

Pentru a genera setul de secțiuni de imagine 2D 24-30, care să fie afișate ca set de imagini 2D 44-50 pentru a forma imaginea 3D 34, un set de date pe mai multe planuri este generat de la datele de imagine 3D primite de controlerul 18 MVD de la sursa de date grafice 16. Fiecare din secțiunile 24-30 este afișată la o profunzime corespunzătoare în cadrul dispozitivului MOE 32; aceasta înseamnă că secțiunile 24-30 sunt proiectate selectiv, pe un anumit element din elementele optice 36-42. Dacă secțiunile 24-30 ale imaginii 3D 34 sunt realizate suficient de apropiat, imaginea 34 apare a fi ca imagine 3D continuă. Anticrenelarea opțională, pe mai multe planuri, descrisă în prezenta invenție poate fi folosită pentru a crește aspectul continuu al imaginii 3D 34.

O metodă de procesare pe calculator a unui set de date pe mai multe planuri (MPD) este realizată de către sistemul 10 MVD. în particular, controlerul 18 MVD realizează o metodă de combinare a informației de la o memorie-tampon de culoare și o memorie-tampon de profunzime (sau de axă-z) a memoriei-tampon a cadrului sursei de date grafice 16, care poate fi un calculator grafic. Metoda include, de asemenea, operarea de profunzime fixată (stabilă) și anticrenelarea.

Referitor la fig. 15, metoda răspunde, la etapa 140, interacțiunii utilizatorului 12, operând sistemul 10 MVD, astfel ca prin GUI sau prin dispozitivul 58 de reacție opțională a utilizatorului, să selecteze și/sau manipuleze imaginile a fi afișate. Dintr-o astfel de operare și/sau interacțiune sistemul 10 MVD realizează executarea imaginii în etapa 142 din datele de imagine stocate în memoria-tampon de cadru, care poate fi, de exemplu, o memorie a controlerului 18 MVD. Memoria-tampon de cadru poate include sub-memorii-tampon, cum ar fi o memorie-tampon de culoare și o memorie-tampon de profunzime. Pe parcursul unui proces tipic de reconstituire, un calculator grafic calculează culoarea și profunzimea fiecărui pixel în aceeași poziție (x, y) în memoria-tampon de profunzime. Dacă profunzimea unui pixel nou este mai mică decât profunzimea pixelului anterior calculat, atunci noul pixel este mai apropiat de privitor, astfel încât culoarea și profunzimea noului pixel sunt înlocuite pentru culoarea și profunzimea pixelului vechi atât în memoria-tampon de culoare, cât și în, respectiv, memoria-tampon de profunzime. în momentul în care toate obiectele scenei sunt realizate ca set de date pentru realizarea imaginii, metoda continuă în etapa 144-152. Ca variantă, sau în plus, imaginile reconstituite din memoria-tampon de cadru potfi afișate privitorului 12 ca imagine 3D pe un ecran 2D calculator, ca preludiu la generarea imaginilor 3D ca imagini 3D volumetrice 34, permițînd astfel privitorului 12 să selecteze ce imagini să fie generate ca imagini 3D, 34.

în derularea metodei pentru calcularea MPD, datele de la memoria-tampon color sunt citite în etapa 144, iar datele de la memoria-tampon de profunzime sunt citite în etapa 146. Memoria-tampon de cadru poate avea, de exemplu, același număr de pixeli în dimensiunea(axa)- x și dimensiunea- y ca mărime dorită a secțiunilor de imagine 24-30, care poate fi determinată de către dimensiunile pixelului a elementelor optice 36-42. Dacă numărul de pixeli per dimensiune nu este identic între memoria-tampon de cadru și secțiunile de imagine

RO 120509 Β1

24-30, datele din memoriile-tampon de culoare și profunzime sunt scalate (aduse la scară) 1 în etapa 148 pentru a avea aceeași rezoluție a sistemului MVD 10 cu dimensiunile dorite de pixel ale secțiunilor de imagine 24-30. Controlerul MVD 18 include o memorie-tampon de 3 ieșire în memorie, pentru stocarea unui MPD final generat din datele memoriilor-tampon de culoare și profunzime, care pot fi date scalate, conform celor prezentate mai sus. 5

Memoria-tampon de ieșire stochează un set de date corespunzătoare imaginilor

2D, cu astfel de imagini 2D având aceeași rezoluție și profunzime de culoare ca și imaginile 7 44-50 ce urmează a fi proiectate de secțiunile 24-30. într-un exemplu de realizare preferat, numărul de imagini 44-50 egalează numărul de planuri formate de către elementele optice 9 36-42 ale dispozitivului MOE 32. După ce calculele MPD sunt terminate și pixelii imaginilor 2D sunt sortați, în etapa 150, într-un amortizor-tampon de producere, amortizorul-tampon 11 de producere este transferat unui amortizor-tampon de imagine MVD, care poate fi menținut în memorie în proiectorul de imagine 20, din care imaginile 2D sunt convertite secțiunilor de 13 imagine 24-30 pentru a forma imaginile 3D 34 vizibile privitorului 12, așa cum a fost prezentat mai sus. Metoda se întoarce apoi la etapa 140, de exemplu, simultan cu generarea 15 de imagini 3D 34, să proceseze noile intrări și ca urmare să actualizeze sau schimbe imaginile 3D 34 pentru generarea, de exemplu, imaginilor animate 3D. 17

Sistemul 10 MVD operează în două moduri: de profunzime variabilă și de profunzime fixată (stabilă). în modul de profunzime variabilă, memoria-tampon de profunzime este 19 testată înaintea calculelor MPD inclusiv etapa 146, pentru a determina valoarea maximă de profunzime Z_MAX și valoarea minimă de profunzime Z_MIN care pot corespunde valorilor 21 extreme de profunzime ale imaginilor 3D pe un ecran separat 2D anterior realizării imaginii volumetrice prin sistemul 10 MVD. în modul de profunzime determinată/stabilă, Z^ și Z_MIN, 23 sunt atribuite de către privitorul 12, fie interactiv, fie pe parcursul declanșării aplicației pentru indicarea delimitărilor din spate și față, respectiv a imaginii 3D 34 generată de sistemul 10 25

MVD. Modul de profunzime variabilă permite tuturor obiectelor vizibile pe ecranul 2D să fie afișate în dispozitivul MOE 32 indiferent de intervalul de profunzimi sau de schimbări de pro- 27 funzime a imaginii, datorită manipulării interactive a unei scene având astfel de obiecte.

în modul de profunzime fixă, obiectele ce pot fi vizibile pe ecranul 2D pot să nu fie 29 vizibile în dispozitivul MOE 32, deoarece astfel de obiecte pot fi înafara unui interval virtual de profunzimi a dispozitivului MOE 32. într-un alt exemplu de realizare a modului de profun- 31 zime fixată, pixelii de imagine care pot fi determinați dincolo de cel din spate sau cel mai îndepărtat element optic al dispozitivului MOE 32, relativ la privitorul 12, poate fi, în schimb, 33 afișat pe cel mai îndepărtat element optic. De exemplu, din perspectiva privitorului 12 din fig. 1, elementul optic 36 este cel mai îndepărtat element optic, pe care pot fi proiectate ima- 35 gini la distanță . în acest fel, întreaga scenă de obiecte rămâne vizibilă, dar numai obiectele cu profunzimi între Z_MAX și Z_MIN, sunt vizibile în imaginea 3D volumetrică generată de dispo- 37 zitivul MOE 32.

în metoda MPD descrisă aici, utilizarea valorilor Z_MAX și Z_MtN, valorile (indicii) de pro- 39 funzime din memoria-tampon de profunzime pot fi, în etapa 148, decalate și scalate astfel încât un pixel cu profunzimea Z_MAX să aibă o profunzime scalată egală cu numărul de planuri 41 ale elementelor optice 36-42 ale dispozitivului MOE 32. în etapa 150 astfel de pixeli cu profunzimi scalate sunt apoi sortați și stocați în memoria-tampon de ieșire, prin testarea părții 43 întregi (d_t) a valorii de profunzime scalate (dj și prin atribuirea valorii de culoare din memoria-tampon de culoare secțiunilor MPD 24-30 corespunzătoare la aceleași coordonate 45 (x, y). Valoarea de culoare poate indica luminozitatea pixelului sau voxelului asociat.

RO 120509 Β1

Utilizând metoda dezvăluitâ de prezenta invenție, imaginile volumetrice 34 generate de către sistemul 10 MVD pot fi incomplete; adică obiecte sau porțiuni din ele sunt complet eliminate, dacă aceste obiecte sau porțiuni nu sunt vizibile din punctul de vedere al privitorului care vizualizează imaginile 3D corespunzătoare pe un ecran 2D de calculator. într-o afișare volumetrică generată de către sistemul 10 MVD este asigurată imaginea circulară, permițînd privitorului 12, în fig. 1, să se mute la un unghi de vedere, astfel încât obiectele anterior ascunse să devină vizibile, și astfel de sisteme 10 MVD sunt avantajoase față de existentele afișaje 2D sau imagini 3D.

într-un alt exemplu de realizare, metoda MPD poate implementa anticrenelarea, așa cum a fost descris până acum, prin utilizarea părții fracționare a valorii de profunzime adusă la scară; adică d, - [d,J, pentru atribuirea unei astfel de părți de valoare de culoare a pixelilor la două secțiuni de imagini adiacente MVD în setul de secțiuni 24-30. De exemplu, dacă o valoare de profunzime adusă la scară este 5,5 și fiecare secțiune corespunde unei valori de profunzime discrete, jumătate din luminozitatea pixelilor este atribuită fiecărei din secțiunile 5 și 6. Dacă profunzimea adusă la scară este de 5,25,75% din valoarea de culoare este atribuită secțiunii 5 deoarece secțiunea 5 este mai aproape de profunzimea adusă la scară, și 25% din valoarea de culoare este atribuită secțiunii 6.

Diferitele grade de anticrenelare pot fi corespunzătoare diferitelor sarcini de vizualizare. Gradul de anticrenelare poate fi variat de la o extremă; adică, ignorând valoarea de profunzime fracționară atribuită valorii de culoare, cealaltă extremă ce utilizează toate valorile de profunzime fracționare sau gradele de anticrenelare poate fi variată la orice valoare între aceste extreme. Astfel de anticrenelare variabilă poate fi realizată prin multiplicarea părții fracționare a profunzimii aduse la scară printr-un parametru de anticrenelare și apoi compensând (decalând) negativ valoarea rezultată de jumătatea parametrului de anticrenelare. Valoarea de culoare finală poate fi determinată prin fixarea sau strângerea valorii negativ compensate pentru a fi într-un interval predeterminat, cum ar fi între 0 și 1. Un parametru de anticrenelare de 1 corespunde unei anticrenelări complete iar un parametru de anticrenelare de infinit, corespunde lipsei anticrenelării. Parametrii de anticrenelare 1 pot fi de asemenea implementați.

La scalarea valorilor memoriei-tampon de profunzime, poate fi folosită o proiecție de profunzime, după cum este specificat în interfața software multiplatformă Open Graphics Library (OpenGL), pentru susținerea hardware-ul de grafică în operațiile de reconstituire (reprezentare) și realizare a imaginilor. O astfel de proiecție de perspectivă poate avea ca rezultat o ne-linearitate a valorilor memoriei-tampon de profunzime. Pentru o relație de acuratețe între profunzimea virtuală și profunzimea vizuală a imaginii 34 3D, controlerul 18 MVD are în vedere, la producerea în etapa 148 a profunzimii aduse la scară, o astfel de nelinearitate. Pentru scalarea valorilor memoriei-tampon de profunzime în etapa 148 poate fi, de asemenea, folosită o proiecție ortografică.

La monitoarele 2D existente, perspectiva este generată prin calcul la vizualizarea datelor 3D pentru a creea un sens al profunzimii, astfel încât acele obiecte aflate mai departe de privitor apar mai mici și liniile paralele para fi convergente. în sistemul MVD 10 dezvăluit, imaginea 34 3D este generată cu o perspectivă calculabilă, pentru a creea amintitul sens al profunzimii și astfel profunzimea imaginii 34 3D este amplificată.

într-un alt exemplu de realizare, secțiunile 24-30 pot fi generate și proiectate astfel, încât unele din imaginile 44-50 sunt afișate respectiv pe unul sau mai multe din elementele optice 36-42, pentru a supra-experimenta profunzimea prin afișarea imaginilor într-un interval de profunzimi, în dispozitivul MOE 32, în loc de o singură profunzime corespunzătoare unui

RO 120509 Β1 singur element optic. De exemplu, supra-experimentarea poate fi avantajoasă, dacă dispozi- 1 tivul MOE 32 are mai multe planuri de elemente optice 36-42 decât numărul de secțiuni de imagine 24-30, și astfel numărul de imagini 44-50 este mai mare decât numărul de secțiuni 3 de imagine 24-30. De exemplu, o secțiune 24 afișată pe ambele elemente optice 36-38 ca, respectiv, imagini 44-46. Astfel de supra-experimentare generează imaginea 3D 34 cu un 5 aspect continuu fără creșterea numărului de elemente optice 36-42 sau cadrul de frecvență a proiectorului de imagine 20. Astfel de supra-experimentare poate fi realizată, de exemplu, 7 prin comutarea elementelor optice multiple în stare opacă pentru a primi o singură secvență proiectată pe parcursul unor respective cicluri multiple de proiecție pe respectivele elemente 9 optice multiple opace.

Se dau, mai jos, și alte exemple de realizare a sistemului MVD. 11 într-un exemplu alternativ, de realizare, dispozitivul MOE 32 include 10 panouri 36-42 de cristal lichid și are dimensiunile de 14 cm lungime și 13,3 cm lățime cu 4,8 cm înălțime. 13 Proiectorul de imagine 20 include un scanercu fascicul laser acusto-optic utilizând o pereche de laseri cu ioni pentru producerea luminii roșii, verzi și albastre, care a fost modulat și apoi 15 scanat de undele de sunet de înaltă frecvență. Scanerul laser este apt de scanare vectorială 166.000 puncte pe secundă la o rezoluție de 200x200 puncte. Combinat cu dispozitivul MOE 17 32 cu 10 planuri, operând la 40 Hz, sistemul MVD 10 produce imagini 3D cu un total de 400.000 voxeli, adică elemente de film 3D. Se obține o rezoluție a profunzimii de culoare de 19 24-bit RGB, cu o frecvență de actualizare a imaginii de 1 Hz. Utilizând un proiector 54 de imagine real, poate fi obținut un câmp de vedere de 100° x 45°. 21 într-un alt exemplu de realizare, dispozitivul MOE 32 include 12 panouri de cristale lichide 36 - 42 și este dimensionat a fi 6 inci (15,2 cm) lățime și 3 inci (7,7 cm) profunzime. 23 Proiectorul de imagine 20 include o pereche de video proiectoare TEXAS INSTRUMENTS DLP, desemnate a opera într-un mod de câmp-secvențial color pentru a produce imagini 25 scală de gri la o frecvență de cadru de 180 Hz. Prin interlegarea prin noduri a celor două proiectoare se formează un singur proiector efectiv la o frecvență de cadru de 360 Hz, pentru 27 a produce 12 imagini plane volumetrice la o frecvență de 30 Hz. Rezoluția transversală atinsă este de 640x480 puncte. La combinarea dispozitivului MOE 32 cu 12 plane operând 29 la 30 Hz, sistemul MVD 10 produce imagini 3D gri cu un total de 3.686.400 voxeli. Se obține o rezoluție a scalei de gri cu o adâncime de culoare de 8 biți, cu o rată de actualizare a 31 imaginii de 10 Hz. Utilizând un proiector 54 de imagine reală poate fi obținut un câmp de vedere de 100° x 45°. 33 într-un alt exemplu de realizare, dispozitivul MOE 32 include 50 panouri de cristale lichide 36 - 42 și este dimensionat a fi de 15 inci (38,1 cm) lungime, 13 inci (33,0 cm) lățime 35 și 10 inci (25,4 cm) profunzime. Imaginea proiectorului 20 include un LCD feroelectric analog de înaltă viteză asigurat de către BOULDER NONLINEAR SYSTEMS, care este extrem de 37 rapid la o frecvență de cadru de aproximativ 10 kHz. Rezoluția transversală posibil de atins este de 512x512 puncte. La combinarea dispozitivului MOE 32 cu 50 plane operând la 39 40 Hz, sistemul MVD 10 produce imagini 3D cu un total de 13.107.200 voxeli. Se obține o rezoluție RGB cu o adâncime color de 24 biți, cu o rată de actualizare a imaginii de 10 Hz. 41 Utilizând un proiector 54 de imagine reală poate fi obținut un câmp de vedere de 100° x 45°.

Cu o asemenea rezoluție și la o asemenea frecvență de volum de 40 Hz non-interfață, 43 sistemul MVD 10 are o capacitate de afișare echivalentă unui monitor convențional cu o diagonală de 20 inci (50,8 cm). 45 într-un alt exemplu de realizare, elementele optice 36-42 au o rezoluție transversală de 1280x1024 și o rezoluție de adâncime de 256 planuri. Sistemul va opera, potențial, într-un 47

RO 120509 Β1 mod de interlegare prin noduri la adâncime, în care planurile alternative sunt scrise la o frecvență totală de 75 Hz, la un volum complet de actualizare cu o rată de 37,5 Hz. Astfel de interlegare prin noduri asigură o frecvență mai mare de volum perceput, fără a trebui să fie crescută frecvența de cadru a proiectorului de imagine 20.

într-un alt exemplu de realizare, dispozitivul MOE 32 include 500 planuri, pentru o rezoluție de profunzime semnificativ mare, și o rezoluție transversală de 2048x2048 pixeli, care rezultă într-un cont voxel mai mare de 2 miliarde voxeli. Dimensiunea dispozitivului MOE 32, în această configurație, este 33 inci (84 cm) lungime pe 25 inci (64 cm) lățime și 25 inci (64 cm) adâncime, ceea ce este echivalent unui afișaj convențional cu o diagonală de 41 inci (104 cm). Proiectorul de imagine 20 din acest exemplu de realizare include tehnologia Granting Light Valve a SILICON LIGHT MACHINES, pentru asigurarea unei frecvențe de cadru de 20 kHz.

Cu aceste exemple de realizare, se pot obține aplicații de interacțiune virtuale.

Exemplele de realizare a sistemului 10 MVD încorporând dispozitivul 58 de reacție a utilizatorului, ca forță de reacție de interfață, permite privitorului 12 să perceapă și să experimenteze atingerea și simțirea imaginilor 3D 34,56 în același loc unde apar imaginile 3D 34, 56. Sistemul MVD 10 poate genera imagini 3D 34, 56 de înaltă rezoluție, astfel încât interacțiunea virtuală este implementată în sistemul MVD 10 utilizând un aparat adecvat de forță de reacție, pentru a genera texturi de suprafață de înaltă rezoluție și suprafețe foarte dure, adică suprafețe care par a rezista și/sau a avea o înțelegere slabă, în ceea ce privește mișcările realității virtuale ale porțiunilor suprafețelor de către privitorul 12.

Dispozitivul 58 de reacție a utilizatorului include dispozitive de codare de poziție, cu rezoluție înaltă și o buclă de reacție de înaltă frecvență, pentru coordonarea mișcărilor mâinilor privitorului 12 cu modificările imaginilor 3D 34,56 ca și senzațiile forței de reacție ale privitorului 12. De preferat este ca dispozitivul 58 de reacție a utilizatorului să includă și componente de realitate virtuală compacte și ușoare, cum ar fi mănuși de inducere a forței de reacție, pentru ca masa redusă și greutatea asociată și inerția componentelor să obstrucționeze cât mai puțin mișcările privitorului 12.

Astfel de dispozitive de reacție a utilizatorului pot include compozite de carbon ușoare, pentru reducerea dramatică a greutății oricăror componente portabile pe care observatorul 12 le poartă. Mai mult, în loc de dispozitive de codare poziționale optice de masă, cunoscute în tehnică, pentru determinarea poziției porțiunilor observatorului 12, cum ar fi orientarea mâinilor și a capului, pot fi folosite dispozitive de codare tip fibră optică (fiber-optic) sau tip poziție-capacitivă (capacitive-position) foarte compacte și cu o rezoluție mult mai mare.

Componentele cu care este dotat observatorul 12 includ sisteme procesor integrate (încorporate) pentru controlul dispozitivului 58 de reacție a utilizatorului, ajutând astfel procesarea overhead a controlerului MVD 18 și/sau a interfaței 14. Utilizând un procesor integrat a cărui singură sarcină este să urmărească interfața, frecvența de reacție pentru întregul sistem MVD 10 poate fi mai mare de 100 kHz. La combinarea cu dispozitive de codare, cu rezoluție foarte înaltă, sistemul MVD are o interfață a forței de reacție cu o fidelitate spectaculos de mare.

Utilizarea unor astfel de tehnologii de interacțiune virtuală, cu sistem MVD 10, care este capabil să afișeze astfel de imagini volumetrice 3D 34, 56 permite implementarea unui 3D GUI pentru a permite unui privitor 12 să acceseze și să manipuleze direct datele 3D. Dispozitivele cunoscute de interfață, cum ar fi mănușile, dispozitive video de recunoaștere a gesturilor, ca și sistemul FISH SENSOR al MIT MEDIA LAB din Cambridge, Massachusetts, pot fi utilizate pentru a permite utilizatorului o manipulare directă a datelor 3D, de exemplu, în grafice 3D și sisteme.

RO 120509 Β1

Pentru astfel de imagini 3D și manipulare de date, sitemul 10 MVD poate, de aseme- 1 nea, încorpora un dispozitiv mouse 3D, cum ar fi SPACE BALL disponibil de la Spacetec Imc Lowell Massachusetts, precum și dispozitive de indicare care mută un cursor 3D în orice 3 punct al volumului de afișaj, în jurul imaginii 34 în același mod în care un privitor 12 își mută mâna într-un spațiu real. Sistemul 10 MVD poate, prin intermediul dispozitivului 58 de reacție 5 a utilizatorului, interpreta mișcarea mâinii privitorului 12 ca și cursorul 3D.

într-un exemplu de realizare, dispozitivul 58 de reacție a utilizatorului poate include 7 componente de sesizare a poziției și orientării mâinii privitorului 12. De exemplu, privitorul 12 poate ține sau purta un senzor de poziție, cum ar fi un senzor magnetic disponibil de la 9 POLYHEMUS, INC și/sau alte tipuri de senzori, cum ar fi senzorii poziționali încorporați în niște mănuși purtătoare de date de realitate virtuală. 11

De asemenea, poziția mâinii este sesizată în volumul afișării imaginii 34 3D, prin utilizarea procesării imaginii de către calculator sau un senzor de radiofrecvență, cum ar fi sen- 13 zorii produși de MIT MEDIA LAB. Pentru a evita oboseala musculară, dispozitivul 58 de reacție a utilizatorului poate sesiza mișcarea mâinii sau a degetului privitorului 12, într-un spațiu 15 de sesizare mult mai mic, ce este fizic separat de imaginea 34 3D afișată, într-un mod similar unei mișcări 2D a mouse-ului convențional 2D pe o suprafață plată, a unui ecran pentru a 17 controla poziția unui cursor 2D pe un ecran 2D a unui calculator personal.

Prin utilizarea unui sistem 10 MVD, imaginile 34, 56 3D sunt generate astfel, încât 19 să asigure privitorului 12 o vedere naturală, adică imaginile 34, 56 au, în mod substanțial, toate indicațiile de profunzime, asociate cu vizualizarea unui obiect real, care minimizează 21 oboseala ochiului și permite vizualizarea pe o perioadă extinsă de timp, fără oboseală.

Sistemul 10 MVD asigură un cont de rezoluție/voxel mare, cu dispozitivul MOE 32 23 asigurând conturi voxel mai mari ca, de exemplu, 3.000.000, care este cel puțin un ordin de mărime deasupra multor afișaje volumetrice cunoscute în tehnică. în plus, utilizînd, de 25 preferință, o geometrie rectilinie pentru afișarea imaginii 34 3D, precum un dispozitiv MOE 32 având o secțiune transversală rectangulară, adaptată să afișeze secțiuni de imagine 24 - 27 ca imagini 44-50 2D, sistemul MVD 10 utilizează un sistem de coordonate care este compatibil cu sistemele interne de coordonate ale multor calculatoare grafice și aplicații gra- 29 fice de calculator, care facilitează și maximizează performanțele calculatorului și afișează frecvența de actualizare fără a necesita o conversie suplimentară software. în plus, într-un 31 exemplu preferat de realizare, voxelurile de imagine a dispozitivului MOE 32 au forme, dimensiuni și orientări identice și constante, care elimină astfel distorsiunea imaginii în 33 imaginea 34 3D.

Spre deosebire de afișările autostereoscopice, cu mai multe vederi, cunoscute în sta- 35 diul tehnicii, sistemul MVD 10 asigură un câmp larg de vedere cu paralaxe atât verticale, cât și orizontale, care permit imaginii 3D să fie privită de jur împrejur de către privitor, în mai 37 multe dimensiuni decât una singură. în plus, spre deosebire de afișările autostereoscopice cu mai multe vederi, câmpul de vedere al sistemului 10 MVD este continuu pe toate direcțiile, 39 neexistând salturi în imaginea 3D a imaginii 34 pe măsură ce privitorul 12 se mișcă față de/relativ la dispozitivul MOE 32. 41

Mai mult, datorită construcției elementelor optice 36-42 în dispozitivul MOE 32 nu există părți mobile care, la o pierdere a echilibrului întregului dispozitiv MOE 32 , ar rezulta 43 în distorsiuni ale imaginii, vibrații ale afișajului și chiar eșecuri mecanice, fatale, ale dispozitivului MOE 32. 45

Sistemul MVD 10 poate, de asemenea, evita ocluziunile, adică obstrucția prin primplanul obiectelor luminii emise de obiectele din fundal. O formă limitată a ocluziunii, numită 47

RO 120509 Β1 ocluzie de calcul, poate fi produsă prin alegerea unui anumit punct de vedere și apoi prin simpla nedesenare a suprafețelor care nu pot fi văzute din acel punct de vedere, pentru a putea îmbunătăți frecvența construcției de imagine și afișajul. Totuși, în momentul când privitorul 12 încearcă să privească împrejur, la obiectele din fundal, părți ale obiectelor din fundal, care nu sunt desenate, nu sunt vizibile. într-un exemplu de realizare, sistemul MVD 10 compensează lipsa ocluziunii printr-un element optic de dispersare prin intercalare (interspersing scattering optical element), afișând o imagine cu alte elemente optice, în stare de dispersare pentru creerea ocluziunii prin absorbția luminii de fundal. Cristalele lichide polimer-dispersate oaspete-gazdă pot fi utilizate în elementele optice 36-42, în care un colorant este amestecat cu molecule de cristal lichid, permițând ca culoarea materialului să fie schimbată la aplicarea tensiunii.

Sistemul MVD 10 nu prezintă, de asemenea, degradare de contrast, datorită iluminării ambientului sistemului MVD 10, deoarece utilizarea proiectorului 54 de imagine reală necesită un spațiu de extindere la dispozitivul MOE 32, care, la rândul lui, reduce cantitatea de lumină ambientă ce atinge dispozitivul MOE 32, prevenind astfel degradarea contrastului.

Degradarea contrastului poate fi, de asemenea, redusă prin creșterea iluminării de la proiectorul de imagine 20 proporțional cu iluminarea ambientului și prin instalarea unei închideri absorbante de plastic, în jurul dispozitivului MOE 32 pentru reducerea strălucirii imaginii la nivele posibil a fi vizualizate. Lumina de ambient trebuie să treacă de două ori prin închiderea absorbantă pentru a ajunge la privitorul 12 - o dată la drumul de intrare și apoi, din nou, după dispersarea elementelor optice 36-42 a dispozitivului MOE 32. în mod contrar, lumina de la proiectorul de imagine 20 care formează imaginile 44-50 trece doar prin închiderea absorbantă la trecerea spre privitorul 12, având astfel o pierdere redusă de iluminare, care este o funcție a rădăcinii pătrate a pierderii suferite de către lumina ambientului.

Un alt exemplu de realizare reduce efectele luminii ambientului prin utilizarea unei închideri ce are trei benzi spectrale înguste, de trecere în roșu, verde și albastru, și o absorbție mare pentru lumina din afara benzii, ceea ce este o măsură eficientă, pentru a reduce astfel de efecte ale luminii ambientului. în ceea ce privește lumina ambientului, performanțe mai mari se obțin prin utilizarea surselor de lumină laser în proiectorul de imagine 20, deoarece lumina benzii înguste de la sursele de lumină laser trece neatenuată după dispersarea de la dispozitivul MOE 32, în timp ce lumina de la banda lată de la iluminarea ambientului este în majoritate absorbită.

într-un alt exemplu de realizare, cu referire la fig. 16 și descris aici, anterior transmisiei datelor de imagine, către proiectorul de imagine 20 și astfel, elementelor optice 160-168 ale dispozitivului MOE 32, controlerul MVD 18 sau sursa 16 de date grafice pot realiza anticrenelarea 3D pe datele de imagine, pentru a ușura afișarea caracteristicilor în imaginea 3D 34 pe elementele optice 160 -168. Utilizarea anticrenelării 3D, sistemul 10 evită realizarea unor linii zimțate ale imaginii sau regiuni incomplete în profunzime, de exemplu, dintre planurile paralele 162-164 de-a lungul direcției z, datorită afișării pixelizării cauzate de construcția inerent discretă a voxelului a dispozitivului MOE 32 cu elementele optice 160-168 aliniate în planurile x-z normale la axele z.

Datele corespunzătoare secțiunilor de imagine fiind generate, un element de imagine 170 poate apărea aproape de marginea unui plan de tranziție, adică dintre elementele optice, de exemplu, elementele optice 162-164. în scopuri ilustrative, configurația elementelor optice 160-168 și voxelul 170, prezentate în fig. 16-18, sunt exagerate pentru o mai bună descriere și ilustrare a sistemului și metodei de anticrenelare, astfel pentru a scoate în evidență faptul că elementele optice 160-168 pot avea spații relativ mici între ele.

RO 120509 Β1

Pentru a evita o tranziție abruptă la un anumit element de imagine 170 și în imaginea 1

3D compusă din cel puțin un voxel și/sau un element de imagine 170, ambele secțiuni descrise aici iluminate pe elementele optice 162-164 de la proiectorul 20 pot fi generate de așa 3 manieră că fiecare din imaginile 172-174 de pe elementele optice, respectiv, 162-164 include elementul de imagine 170 sau un fragment sau formă derivată din el, astfel că elementul de 5 imagine 170 este împărțit între ambele planuri formate de elementele optice 162-164, care ușurează tranziția și permite imaginii 34 3D, în fig. 1, să apară mai continuă. Strălucirea ele- 7 mentelor de imagine 172-174 pe elementele optice consecutive respective 162-164 este variată, în conformitate cu amplasarea elementelor de imagine 172-174 în datele de imagine. 9

Conform fig. 16, numărul N de elemente optice 160-168 pot fi suprafețe planare LCD și pot fi astfel etichetate P_1t P₂, P₃,... P_N și acoperă o distanță D ce este grosimea dispoziti- 11 vului MOE 32. Fiecare dintre elementele optice 160-168 poate fi spațiat la distanțe D,, D₂, D₃, ... D_n de-a lungul axei z dintr-un punct comun de referință, astfel că D_N - D, = D. De 13 exemplu, punctul comun de referință poate fi elementul optic 160 cel mai apropiat de-a lungul axei z la proiectorul 20, astfel D, =0 și D_N =D. Distanțele dintre elementele optice 160-168 15 pot fi măsurate de la lentilele 22 ale proiectorului 20, astfel încât distanța de decalaj (offset) ^Decalaj la elementul optic 160 și lentilele 22 pot fi scăzute din distanțele absolute D₁₍ D₂, 17

D₃,... D_n ale elementelor optice 160-168 de la lentilele 22 pentru a obține distanțe relative de la elementul optic 160. La fel, Di =D_DecalaJ. Elementele optice 160-168 pot de asemenea 19 avea o spațiere uniformă S între ele, sau spațiul dintre elementele optice 160-168 poate varia. 21

După cum a fost descris anterior, o valoare de profunzime, a fiecărui voxel 170, este măsurată de-a lungul axei z de la un punct de referință fie la lentilele 22, fie la elementul 23 optic 160, și astfel de valori de profunzime sunt stocate într-o memorie tampon, de profunzime, cu o valoare asociată de culoarea stocată într-o memorie tampon de culoare. 25 De exemplu, o valoare de profunzime D„ este asociată cu voxelul 170.

Pentru a realiza anticrenelarea și astfel a netezi aparența (aspectul vizual) voxelului 27 170 dintre elementele optice 162-164, distanțele D_A, D_B dintre valorile de profunzime D_v și respectiv elementele optice 162-164, sunt determinate, și astfel de distanțe sunt utilizate 29 pentru a genera un parametru de anticrenelare. Parametrul de anticrenelare este apoi folosit pentru a genera doi voxeli 172-174 pe, respectiv, elementele optice 162-164, valoarea cores- 31 punzătoare de culoare a voxelului 170 fiind modificată de un parametru anticrenelare pentru a genera valorile respective de culoare pentru cele două voxele 172-174. 33

Fig. 17 prezintă un afișaj al voxelului, fără utilizarea anticrenelării. După cum este figurat în fig. 17, voxelurile 176-178 de pe elementul optic 162 și voxelurile 180-184 35 de pe elementul optic 164 formează o tranziție bruscă la granița definită de către voxelurile 178-180. Dacă distanța dintre elementele optice 162-164 este semnificativă, se poate forma 37 o vizibilă imagine zimțată sau spartă, datorită combinării voxelurilor 176-184 afișate. De exemplu, voxelurile 178-180 pot avea valori de profunzime între elementele optice 162 -164, 39 de exemplu, cu voxelul 178 fiind mai apropiat de, dar nu pe, elementul optic 162 și voxelul 180 fiind mai apropiat de, dar nu pe, elementul optic 162. Astfel de valori intermediare de 41 profunzime pot astfel fi apoi convertite la valorile discrete de profunzime D₂, D₃ a respectiv elementelor optice 162 -164, pentru a afișa voxelurile 178 -180. Mai mult, valorile de culoare 43 ale voxelurilor 178-180 din fig. 17 sunt neschimbate, și astfel intensitatea culorii voxelurilor 178-180 poate apărea anormală pentru astfel de profunzimi optice diferite. Alternativ, voxe- 45 lurile 178-180 la tranziție pot fi omise datorită profunzimilor lor intermediare, dar apoi imaginea 34 3D compusă din voxelurile 176 și 182 -184 poate apărea ca având găuri sau fracturi. 47

RO 120509 Β1

Prin utilizarea anticrenelării prezentată în fig. 18, ambele voxele tranzitorii 178 -180 potfi folosite pentru a genera noi voxele 178A-178B și 180A-180B, cu voxelurile 178A-180A afișate pe elementul optic 162 și voxelurile 178B-180B afișate pe elementul optic 164. în plus, așa cum este prezentat în fig. 18, în timp ce valorile de culoare ale voxelurilor 176 și 182-184 sunt neschimbate, prin realizarea anticrenelării, valorile de culoare ale noilor voxeli potfi modificate astfel încât fiecare din noile voxele 178A-178B și 180A-180B are o culoare ajustată pentru a ușura tranziția imaginii în planul x-y de-a lungul diferitelor profunzimi. După cum este figurat în fig. 19, în timp ce voxelurile 176-184 au o tranziție abruptă în profunzimea aparentă conform curbei 176 pentru realizarea unei imagini în fig. 17, voxelurile 176,178A178B, 180A-180B, și 182-184 în fig. 18 au o tranziție relativ ușoară în profunzimea aparentă conform curbei 188. De menționat este faptul că, numai în scopuri ilustrative, curbele 186188 nu sunt suprapoziționate în fig. 18 pentru a prezenta în mod clar curbele 186-188, și astfel să se înțeleagă că, în fig. 18, profunzimea aparentă a voxelurilor 176 și 182-184 sunt identice cu și fără anticrenelare.

în fig. 19, voxelurile 178A-178B din fig. 18 formează o imagine de-a lungul elementelor optice 162-164, cu o profunzime aparentă 178C intermediară, între profunzimile voxelurilor 178A-178B și corespunzând profunzimii originale a voxelului 178, în fig. 17, de a fi mai aproape de, dar nu pe, elementul optic 162. în mod similar, voxelurile 180A-180B din fig. 18 formează o imagine de-a lungul elementelor optice 162-164 cu o profunzime aparentă 180C intermediară între profunzimile voxelurilor 180A-180B și corespunzând profunzimii originale a voxelului 180, în fig. 17, de a fi mai aproape de, dar nu pe, elementul optic 164.

Trebuie reținut că anticrenelarea nu este limitată la cele două elemente optice de graniță cele mai apropiate, voxelurile 178-180 putând fi utilizate pentru a genera o pluralitate de voxeli corespunzători pe o respectivă pluralitate de elemente optice 160-168, sigurând astfel curbe de tranziție de profunzime care pot fi, de exemplu, mai line decât curbele 188 din fig. 19. De exemplu, curba de tranziție de profunzime 188 poate aproxima, datorită anticrenelării, o funcție tangentă sau o funcție sigmoid.

în ceea ce privește fig. 16, pentru realizarea anticrenelării pentru voxelul 170, este generată cel puțin o valoare de profunzime de ajustare Ă, care este o funcție a distanței voxelului 170 de la cel puțin un element optic. într-un exemplu de realizare, potfi generate valorile de ajustare λ, μ, care sunt funcții ale valorilor de punere în scală ale distanțelor D_A, D_B de la respectivele elemente optice 162-164. Valorile de ajustare λ, μ sunt apoi utilizate pentru a modifica o valoare de culoare C_v asociată cu voxelul 170 pentru a genera noi valori de culoare C_A, C_B asociate cu noii voxeli generați 172-174, respectiv cu voxelii 172-174 având respectiv pozițiile x-y pe elementele optice 162-164 identice poziției x-y a voxelului 170.

Valoarea de culoare a voxelului poate specifica cel puțin luminozitatea voxelului ce urmează a fi afișat. Voxelul 170 poate fi asociat cu un set de parametri incluzând cel puțin un scalar specificând luminozitatea voxelului colorat. Modificarea valorilor de culoare poate fi realizată prin multiplicarea valorii de culoare printr-o valoare de ajustare. De exemplu, pentru o valoare de culoare C_v=12 unități de luminozitate și o valoare de ajustare λ=5, valoarea de modificare a culorii C_A este determinată a fi C_v Ă= (12 unități de luminozitate)x(.5) = 6 unități de luminozitate.

într-un exemplu de realizare, distanța D_v este scalată (adusă la scară) pentru a fi o valoare de profunzime de la 1 la N, în care N este un număr de elemente optice 160-168 și fiecare din valorile întregi 1 la N corespunde unui anume element dintre elementele optice 160-168, de exemplu, ca indici pentru etichetele P,, P₂, P₃... P_N figurate în fig. 16. Valorile

RO 120509 Β1 de ajustare λ μ, sunt determinate din valorile de profunzime puse la scară. Dacă elementele 1 optice 160-168 sunt uniform spațiate cu o spațiere constantă S de-a lungul distanței D,

atunci:	3
	D <1> N- 1 5

astfel încât o distanță pusă la scară a voxelului 170 este:

Decalai (2) unde D_v este distanța absolută măsurată de la lentilele 22 sau alte puncte de referință. De exemplu, lentila 22 fiind originea axei z, elementul optic 160 poate fi la distanța D^Dp^^. 15

D_Scalat este o valoare real numerică astfel încât 1 < D_Scalat <N, astfel încât porțiunea fracționară a D_Scalat cu valori între 0 și 1, indică distanța relativă de la elementele optice 17 162-164. Pentru elementele optice 162-164 la graniță cu voxelul 170 pe oricare parte de-a lungul axei z, indicele elementelor optice 162-164 sunt, respectiv: 19 [D_Scalat] și (3) [Dscalat 1+1 (4) unde [X] este baza (partea întregă) sau funcția întregă a unei valori sau variabile X; adică o funcție ce restitue cel mai mare întreg mai mic decât X.

Porțiunea fracționară (zecimală) a lui D_Scalat este dată de relația:

și astfel:

b Dg_ca|_at - [oscalat μ = 1-λ (5) (6)

Valorilor de culoare C_A, C_B indicând respectiv luminozitatea asociată cu voxelii 172, respectiv 174 le sunt atribuite valorile:33

C_A: = (1-λ) C_v (7)35

C_B. = ĂC_v=(1-p)C, (8) unde simbolul := indică atribuirea unei noi valori.39

De exemplu, pentru un voxel 170 avînd o profunzime D_v=9,2 unități de la lentilele 22, cu un decalaj D_Oecalai = 3,0 unități, dispozitivul MOE 32 având cinci elemente optice egal spa- 41 țiate extinzând douăzeci unități în lungime, N=5, D=20, apoi spațiere S= 5 unități, conform Ecuației (1), și D_Scai_al = 2,24, conform Ecuației (2). Voxelul 170 este astfel poziționat între ele- 43 mentele optice având indici [D_Scalat] = 2 și [D_scala, + 1=3, conform ecuațiilor (3)-(4), și astfel, în fig. 16, elementele optice 162-164 având etichetele P₂ și P₃ sunt identificate ca elemente 45 optice pe care noi voxeli 172-174 sunt afișați corespunzător pe voxelul 170.

RO 120509 Β1 în acest exemplu, din ecuațiile (5)-(6), valoarea fracționară a profunzimii aduse la scară este λ=0,24 și astfel μ=0,76. Ca urmare, (1-Ă) = 0,76 și (1-p)= 0,24 și din ecuațiile (7)-(8) valoarea de culoare a voxelului 172 este C_A= 0,76 C_v=76% din luminozitatea voxelului original 170, iar valoarea de culoare a voxelului 174 este C_B=24 C_v=24% din luminozitatea voxelului original 170. Astfel, deoarece voxelul 170 este mai aproape de elementul optic 162 decât de elementul optic 164, voxelurile noi corespunzătoare 172-174 au o luminozitate distribuită de așa natură încât elementul optic 162, mai apropiat, afișează majoritatea culorii dintre cei doi voxeli 172-174, în timp ce elementul optic 164, mai îndepărtat, contribuie cu o cantitate mai mică, dar diferită de zero, în ce privește aparența la tranziție a imaginii volumetrice 3D între elementele optice 162-164, la voxelul 170.

Pentru ca voxelul 170 să aibă valori de profunzime exact corespunzătoare elementelor optice 160-168 se cere ca anticrenelarea să nu aibă loc. Corespunzător, ecuațiile (2)-(4) degenerează în valori întregi, iar ecuațiile (5)-(6) conduc la valorile de ajustare λ, μ fiind egale cu 0 și respectiv 1, sau 1 și respectiv 0, astfel încât nu este realizată nici o ajustare a valorilor de culoare. Pentru a evita calcule inutile, controlerul MVD 18 poate verifica dacă calculul ecuației (2) are ca rezultat un întreg, în interiorul unei toleranțe predeterminate de eroare cum ar fi 1%, și în acest caz, voxelul 170 este determinat sau constrâns să se afle cu precizie pe unul din elementele optice 160-168. Procedura de anticrenelare este terminată pentru voxelul 170 curent procesat, iar procedura poate apoi continua să proceseze alți voxeli ai imaginii 34 3D.

în acest exemplu de realizare, utilizând ecuațiile (1)-(8) și spațierea uniformă și alte caracteristici ale dispozitivului MOE 32 sunt cunoscute, nu este necesară nici o căutare pentru cea mai apropiată graniță de elemente optice, distanța D_v a voxelului 170 și caracteristicile dispozitivului MOE determinând, prin ecuațiile (3)-(4), elementele optice ce au graniță cu voxelul 170.

într-un alt exemplu de realizare, prin utilizarea ecuațiilor (9)-(13), prezentate în continuare, în combinație cu ecuațiile (7)-(8) de mai sus, poate fi realizată anticrenelarea pentru elementele optice 160-168 ale dispozitivului MOE 32 care au fie o spațiere uniformă fie o spațiere variabilă și/sau neuniformă. De exemplu, pentru dispozitive MOE ce au spațiere variabilă și/sau decalaj variabil al dispozitivului MOE de la proiectorul 20 și lentilele 22, metoda anticrenelare poate fi realizată din zbor (on-the-fly) pe parcursul modificării spațierii sau configurației elementelor optice 160-168. Deoarece distanțele/profunzimile elementelor optice 160-168 pot varia, într-un alt exemplu de realizare, metoda de anticrenelare determină cel puțin cele două elemente optice ce au graniță cu voxelul 170 aflat în procesare, prin căutarea valorilor de profunzime a fiecăruia din elementele optice 160-168 pentru cele două elemente optice de graniță având valori de distanță/profunzime D_APR0P1 și D_APR0P2 astfel încât:

DaPROP 1 ⁵ DaPROP 2 (9)

Variabilele APROP.1 și APROP.2 pot fi indici întregi specificând elementele optice asociate dintre elementele optice 160-168. De exemplu, în fig. 16, APROP.1 =2 și APROP.2 = 3, corespunzând elementelor optice 162-164 la graniță cu voxelul 170 de-a lungul axei z.

RO 120509 Β1

Valorile de ajustare a profunzimii λ, μ sunt determinate a fi:

λ =	&APROPA DaPROP\ ~DAPROP2	(10)
μ =	^V~^APROP.2 &APROPA ~^APPOF.2	(11)

unde |X| este valoarea absolută (modulul) sau funcția de magnitudine a valorii sau variabilei X.

Valorile de ajustare a profunzimii din ecuațiile (10)-(11) sunt ambele numere pozitive reale care satisfac condițiile:

Os λ,μ s 1 (12) λ + μ = 1 (¹³) și astfel valorile de ajustare a profunzimii scalează distanțele ne-uniforme și/sau variabile 19 dintre elementele optice și sunt apoi utilizate în ecuațiile (7)-(8) pentru a genera voxelurile 172-174 cu valorile ajustate de culoare corespunzătoare. După cum este prezentat în 21 ecuațiile (10)-(11), valorile ajustate ale profunzimii λ, μ se bazează pe interpolările profunzimii voxelului 170 în intervalul profunzimilor voxelurilor 172-174 asociate cu 23 elementele optice 162 respectiv 164.

în exemplul anterior, având o spațiere uniformă, sunt aplicate ecuațiile (9)-(13) cu D_v 25 = 9,2 unități, D_APR0P1 = D₂ = 8 unități și D_APR0P2 =13 unități, astfel:

9,2-8

813

9,2-13

8-13 — 0.76 ceea ce concordă cu valorile de ajustare utilizând ecuațiile (1 )-(8). Un alt exemplu de reali- 35 zare este util dacă caracteristicile dimensionale și spațiale ale dispozitivului MOE 32 și elementele optice 160-168 variază, dar este necesară o cercetare pentru a determina elemen- 37 tele optice 162-164 de graniță adecvate pentru generarea noilor voxeli 172-174.

Fig. 20 ilustrează o diagramă a implementării metodei de anticrenelare 3D așa cum 39 a fost ea descrisă, în care, pentru afișarea unui voxel curent, cum ar fi voxelul 170, metoda citește valorile de profunzime corespunzătoare valorii D_v și valorii de culoare C_v de la me- 41 moria tampon de profunzime și culoare, respectiv în etapa 192; de exemplu, o configurație stabilită a controlerului MVD 18 poate indica dacă elementele 160-168 sunt fixate, având o 43 distribuție uniformă sau ne-uniformă, și/sau controlerul MVD 18 și dispozitivul MOE 32 operează într-un mod de spațiere variabil, așa cum a fost anterior descris. 45

Dacă spațierea este constantă, metoda scalează apoi în etapa 194 valoarea de profunzime D_v pentru a fi în intervalul indicelor elementelor optice 160-168 utilizând ecuațiile 47

RO 120509 Β1 (1) - (2), metoda determinând apoi cele mai apropiate elemente optice de și la granița cu valoarea de profunzime D_v în etapa 196 utilizând ecuațiile (3)-(4) în etapa 196. în caz contrar, dacă în etapa 192 spațierea nu este constantă, metoda poate realiza într-un alt exemplu de realizare etapa 196 fără etapa 194 pentru a determina elementele optice ce satisfac ecuația (9); adică, utilizând o procedură prin valorile distanță/profunzime ale fiecăruia din elementele optice 160-168. într-o altă variantă a metodei, etapa 192 poate fi opțional implementată sau omisă, funcție de configurația și modul de operare a controlerului 18 MVD și a dispozitivului MOE 32.

Metoda determină apoi o valoare de ajustare a profunzimii λ și/sau o a doua valoare μ în etapa 198 utilizând ecuațiile (5)-(6) sau ecuațiile (10)-(11), funcție de exemplul de realizare implementat descris mai sus. Metoda ajustează apoi, în etapa 200, valorile de culoare pentru voxelii de pe cele mai apropiate elemente optice de graniță utilizând valorile de ajustare a profunzimii sau valorile utilizând ecuațiile (7)-(8), metoda afișând în etapa 202 voxelii ajustați pe cele mai apropiate elemente optice de graniță cu valorile de culoare ajustate.

într-un alt exemplu de realizare, poate fi implementat un grad intermediar de anticrenelare. De exemplu, valorile de ajustare λ, μ pot fi fixate la valoarea, de exemplu, de 5, astfel încât jumătate din luminozitatea voxelului 170 este atribuită fiecăruia din voxelii 172-174. Astfel de anticrenelare intermediară poate genera profunzimi aparente cum ar fi o profunzime intermediară 180D corespunzând curbelor intermediare de tranziție cum ar fi cele prezentate de curba 189 în fig. 19.

într-un alt exemplu de realizare, gradul de anticrenelare poate varia de la o extremă, adică ignorând valorile de profunzime fracționare λ, μ, pentru evaluarea valorilor de culoare; la cealaltă extremă de utilizare a tuturor valorilor de profunzime fracționară λ, μ sau gradul de anticrenelare poate fi variat la orice valoare între aceste extreme. Aceste variabile anticrenelare pot fi realizate prin împărțirea fragmentului fracționar λ al profunzimii scalate printr-un parametru anticrenelare P și apoi compensarea negativă a valorii rezultate dintr-una. După ce a este calculat în ecuațiile (5) și (10), se calculează o valoare variabilă Ă_VAR astfel ca:

Valoarea de culoare finală poate fi determinată prin fixarea sau strângerea valorii de compensare negativă într-un anumit interval predeterminat, cum ar între 0 și 1. în mod corespunzător, ecuațiile (7)-(8) sunt modificate pentru anticrenelarea variabilă astfel ca:

^A2 - 0 ~ ^var) θν

Etapele 198-202 din fig. 20 pot astfel implementa ecuațiile (14)-(16) respectiv pot asigura anticrenelare variabilă.

Un parametru anticrenelare P=1 corespunde unei anticrenelări depline, și un parametru anticrenelare infinit, P · «>, care poate fi implementat prin calculare cu o valoare numerică arbitrar mare, corespunde unei lipse de anticrenelare. Parametrii anticrenelare mai mici ca 1 pot fi de asemenea implementați. De exemplu, când P=1, se implementează anticrenelarea descrisă anterior pentru ecuațiile (1)-(13).

RO 120509 Β1 într-un alt exemplu, pentru o valoare anticrenelare de λ = 0,24 și un parametru anti- 1 crenelare de 3, Ă_VAR =0,08 prin ecuația (14) și astfel =0,92 C_v =92% din valoarea de culoare a voxelului 170, în timp ce C_B2 = 0,08 C_v = 8% din valoarea de culoare a voxelului 3 170, conform ecuațiilor (15)-( 16). Comparativ cu anteriorul exemplu numeric, astfel de variabile anticrenelare cresc contribuția voxelului 172 în profunzimea aparentă de la 76% la 92%, 5 în timp ce voxelul 174 are o contribuție de descreștere, de la 24% sau aproximativ o pătrime, descrește la mai puțin de 10%. într-un alt exemplu, pentru P - °°, anticrenelarea este elimi- 7 nată, și astfel Ă_VAR =0,00 din ecuația (14). Astfel, = 1,0 C_v= 100% din valoarea de culoare a voxelului 170, în timp ce C_B2 = 0,0 C_v = 0% din valoarea de culoare a voxelului 170, con- 9 form ecuațiilor (15)-(16). Corespunzător, orice voxel 170 dintre elementele optice 162-164 sunt afișate pe elementele optice 162 mai apropiate, fără anticrenelare, și astfel faza 202 din 11 fig. 20 poate include mai departe faza de non-generare și astfel de ne-afișare a unui al doilea voxel mai depărtat de punctul de referință dacă P - De exemplu, voxelul 174 nu este 13 generat.

într-un alt exemplu de realizare ce utilizează anticrenelarea, metoda din fig. 20 poate 15 include afișarea noilor voxeli numai dacă valorile ajustate de culoare sunt mai mari decât un prag predeterminat. De exemplu, 17 dacă (1-Ă_VAR) C_v> T atunci C_A2=(1-\_AR)C_V (17)19 altfel =0 dacăC_vA_VAR>T atunci C_B2=C_V Ă_VAR(18) altfel C_B2=023

De exemplu, T poate fi egal cu .05 și astfel contribuțiile de culoare mai mici de aproxi- 25 mativ 5% pot fi considerate neglijabile, de exemplu voxelurile cu astfel de valori de culoare sunt afișate pe elementele optice 160-168 la comutarea modului de operare opac/dispersare. 27

Astfel de contribuții neglijabile la ansamblul imaginii 3D sunt îndepărtate și voxelii care nu contribuie nu sunt afișați, ceea ce poate duce la reducerea numărului de voxeli ce urmează 29 a fi afișați și la îmbunătățirea procesării calculabile a imaginii 3D.

într-un alt exemplu de realizare, sistemul MVD 10 este capabil să genereze imagini 31 34 3D având o aparență de transluciditate a fragmentelor imaginii 34 3D. Astfel, imaginile 44-50 afișate pe elementele optice 36-42 ale dispozitivului MOE 32 au umbre și culori 33 adecvate astfel încât fragmente ale unei imagini pot apare ca fiind translucide, cu un alt fragment al unei imagini secunde fiind vizibilă prin porțiunea translucidă. Astfel de aparențe 35 de transluciditate (transparență) pot fi generate cu sau fără anticrenelare.

La generarea imaginii 34 3D, metoda folosită de către sistemul MVD 10 realizează 37 calcularea MVD utilizând, de exemplu, date de cadru de memorie tampon OpenGL, cum ar fi memoriile de tampon de culoare și profunzime (sau z) ale memoriei tampon de cadre ale 39 sursei 16 de date grafice. O valoare în memoria tampon de profunzime este profunzimea pixelului corespunzător memoriei tampon de culoare, și este utilizată pentru determinarea 41 amplasamentului pixelului sau voxelului, cum ar fi voxelul 170 din fig. 16, afișat în dispozitivul MOE 32. Această metodă de calcul MPD este adecvată în situații în care este de dorit ca 43 fragmente ale imaginii obiectelor de fundal ale imaginii volumetrice 34 din dispozitivul MOE 32 nu sunt transmise dacă astfel de imagini sunt ocluzionate de imagini ale obiectelor 45 de fundal.

RO 120509 Β1

Pentru generarea imaginilor în dispozitivul MOE 32 în care imaginile obiectelor de prim plan sunt translucide pentru a permite imaginilor corespunzând unui obiect de fundal ocluzionat ca acesta să fie văzut, este utilizat un canal tehnic în care parametrul a (alpha) determină culoarea pixelului/voxelului în memoria tampon de culoare prin combinarea culorilor atât ale obiectelor din prim plan cât și din fundal, funcție de valoarea lui a. Opacitatea totală este dată de a=1 și transluciditatea totală este dată de a=0. La utilizarea unui astfel de canal alpha de realizare a imaginilor pentru generarea imaginilor color de la memoria tampon care să apară corect, valoarea de profunzime în memoria tampon poate fi neschimbată, corespunzând astfel, totuși, profunzimii imaginii obiectelor din chiar prim plan.

în sistemele de afișare cunoscute profunzimile nemodificate fac imposibilă afișarea corectă a imaginilor în sistemele volumetrice de afișaj, deoarece pot fi multiple suprafețe la o varietate de profunzimi ce urmează a fi afișate utilizând doar o singură valoare de profunzime. Sistemul MVD 10 dezvăluit generează imagini volumetrice 34 având, de exemplu, obiecte translucide sau porțiuni translucide care evită imposibilitatea, conform stadiului tehnicii, de afișare a suprafețelor multiple la o varietate de profunzimi pentru o singură valoare de profunzime. Sistemul 10 MVD dezvăluit utilizează caracteristici adiționale OpenGL pentru a genera clipuri de planuri localizate într-un model spațial al sistemului MVD 10 cu care transmiterea este posibil a fi făcută numai, de exemplu, la o anumită parte predeterminată al fiecărui clip a planului, astfel încât o parte pozitivă este opusă unei părți negative.

Pentru un dispozitiv MOE 32 având N planuri 204-212 care potfi numărate cu indici de la 1 la N și având o spațiere uniformă Δ între ele, precum este prezentat în fig. 21-24, este transmisă de N ori o scenă precum o imagine volumetrică 34 cu clipurile de plan fața în față unul față de celălalt, separate de distanța Δ și centrate pe o anume amplasare a unui plan MOE dat al planurilor 204-212 în modelul spațial. Astfel, sunt generate diferite imagini N iar memoria tampon de culoare corespunzătoare este regăsită de la cadrul tampon ce este trimis controlerului MVD 18 . La transmiterea memoriei tampon de culoare către controlerul MVD 18 pentru afișare în dispozitivul MOE 32, canalul alpha poate fi închis deoarece sistemul 10 MVD are o valoare alpha inerentă asociată cu dispozitivul MOE care este folosit pentru a genera imaginea volumetrică 34 3D.

Transmiterea cu clipuri de plan poate fi implementată fără anticrenelare așa cum este prezentă în fig. 21-22, în care clipurile de planuri 214-216 sunt folosite corespunzând fragmentelor de imagine poziționate mai aproape de un observator 218 și fragmentele de imagine 34 sunt generate și afișate pe un prim plan 206 poziționat între clipul planurilor 214-216, cu fragmente de imagine între clipul de imagini 214-216 afișate pe un prim plan 206. Noi fragmente ale imaginii 34 sunt generate între clipul de imagini 220-222 pentru afișare pe un plan secund 208 mai îndepărtat de observatorul 218 și poziționat între clipul de planuri 220222, cu fragmente de imagine între clipul de imagini 220-222 afișate pe un plan secund 208.

Pentru implementarea anticrenelării cu mai sus menționata metodă utilizând un canal alpha sunt folosite alte caracteristici ale OpenGL, cum ar fi un efect atmosferic implementând realizarea de imagini cețoase folosite pentru anticrenelare. Caracteristicile cețoase determină ca culoarea fiecărui obiect de prezentat să fie combinat cu culoarea cetii într-o proporție determinată de densitatea cetii și profunzimea modelului relativ la gradul de profunzime asociat cu valorile de apropiere și depărtare specificate de către ceață.

Funcțiile de ceață disponibile în OpenGL includ funcții lineare, exponențiale și exponențiale la pătrat. Sistemul 10 MVD dezvăluit poate folosi astfel de funcții, ca și combinații de astfel de funcții de ceață, cum ar fi superpoziționarea funcțiilor lineare de ceață 224-227 așa cum este prezentat în fig. 23-24. într-un exemplu de realizare ilustrat în fig. 23-24 fiecare

RO 120509 Β1 din combinațiile funcțiilor lineare de ceață 224-227 pornește de la valoarea 0, corespunzând 1 unei setări la negru, la o profunzime apropiată a cetii, și progresează într-o manieră lineară la o valoare de unu, corespunzând unei setări de culori adevărate, la distanța (DEPĂRT. - 3

APROP.)/2 de la localizarea profunzimii apropiate. Funcția de ceață se întoarce apoi la zero la profunzimea îndepărtată a cetii. Cu o astfel de funcție de ceață și cu clip de planuri sepa- 5 rate de o distanță de 2Δ cu centrul lor fiind poziționat pe un plan dat MOE în modelul spațial pe care imaginea 34 urmează a fi afișată, imaginea 34 este transmisă de N ori, și de fiecare 7 dată datele de la memoria tampon de culoare sunt trimise planului corespunzător a dispozitivului MOE 32. 9 într-un exemplu ilustrat de realizare, combinația funcțiilor lineare de ceață și procesarea datelor de imagine a voxelului cu astfel de combinații sunt realizate prin sintetizarea ima- 11 ginilor pentru un anume element optic, cum ar fi planul 206 în fig. 23, cu cel puțin două treceri de transmitere. Pe parcursul unei prime treceri, două clipuri de planuri sunt separate de 13 către distanța Δ, cu un prim clip de plan 228 poziționat pe un element optic 204 având imagini transmise înaintea elementului optic curent 206 și cu al doilea clip de imagine poziționat 15 pe elementul optic curent 206. Următoarea funcție lineară de ceață 224, având distanțe crescute, cu APROP. mai mic decât DEPĂRT., este apoi folosită cu mai sus menționatul clip 17 de planuri pentru a transmite un set de imagini pentru elementul optic 206.

Pe parcursul celei de-a doua treceri, cele două clipuri de planuri sunt separate de 19 către distanța Δ, cu un prim clip de plan poziționat pe elementul optic curent 206. Funcția întârziată lineară de ceață 225, având distanțe crescute, cu DEPĂRT. mai mic decât 21 APROP., este apoi folosită cu sus amintitele clipuri de planuri pentru transmiterea unui al doilea set de imagini pentru elementul optic 206. 23

Cele două seturi de imagini transmise cu diferitele funcții lineare de ceață 224-225 sunt apoi adăgate împreună cu sistemul MVD 10 pentru afișare pe elementul optic 206. 25

Pentru transmiterea unei prime imagini pe un prim plan 206 conform fig. 23, funcțiile de ceață 224-225 sunt centrate pe primul plan 206, iar imaginile de la clipurile de planuri 27 228-230 și profunzimile dintre ele au valorile de culoare modificate prin valoarea corespunzătoare a funcțiilor de ceață 224-225 la profunzimile asociate. După transmiterea imaginilor 29 adăugate pe elementul optic 206 utilizând funcțiile 224-225, sistemul 10 MVD începe transmiterea imaginii succesive pe un plan secund 208 conform fig. 24, cu funcțiile de ceață 31 226-227 traslatate pentru a fi centrate pe un plan secund 208. Imaginile de la clipul planurilor 232-234 și profunzimile dintre ele au valorile de culoare corespunzătoare modificate de 33 valoarea corespunzătoare a funcției de ceață 226 la profunzimile asociate. Sistemul MVD începe să mute progresiv funcția de ceață și să proceseze clipul de planuri corespunzător 35 pentru ajustarea culorii fiecărei respective imagini utilizând metoda canal alpha. în alte exemple de realizare, funcția de ceață diferită poate fi implementată pentru diferite planuri 37 204-212, de exemplu, pentru a avea densități de ceață mai mari la distanțe mai mari de la observatorul 218 pentru a crește efectele percepute ale profunzimii a imaginii volumetrice 39 34 3D afișate.

De exemplu, conform fig. 23, pentru imaginile 236 la o profunzime 228 etichetată D 41 și având o respectivă valoare de culoare C; pentru fiecare fragment de imagine, valoarea 240 a funcției de ceață 224 la profunzimea D este ot_o, astfel încât valoarea ajustată de 43 culoare afișată pentru imaginile 236 este a_D C,. Valorile de culoare Q pot fi valorile ajustate de culoare ale profunzimii conform ecuațiilor (7)-(8) și/sau (15)-(18) menționate mai sus, 45 astfel încât ajustările de canal alpha pot fi opțional implementate în etapa 200 a fig. 20 pentru realizarea anticrenelării cu tehnicile canal alpha descrise. 47

RO 120509 Β1

Prin cele prezentate conform invenției, prin exemplul preferat de realizare, au fost astfel dezvăluite un sistem 10 de afișare a imaginilor volumetrice pe mai multe planuri și o metodă de operare, noi și ne-evidente. Totuși, fără a se depărta de spiritul invenției, pot fi făcute numeroase modificări și înlocuiri. De exemplu, în timp ce exemplul preferat de realizare utilizează elemente optice plane cum ar fi afișaje de cristal lichid panouri plane, folosirea elementelor optice curbe este în totalitate în spiritul invenției, în maniera descrisă până acum.

Sistemul MVD 10 poate fi implementat utilizând aparatul și metoda descrise în cererea de brevet US nr. 60/082442, înregistrată la data de 20 aprilie 1998, ca și aparatul și metoda descrise în cererea de brevet US nr. 08/743483, înregistrată la data de 4 noiembrie 1996, care este o continuare în parte a brevetului US nr. 5.572.375, care este divizionar brevetului 5.090.789. Sistemul 10 MVD poate fi de asemenea implementat utilizând aparatul și metoda descrisă în cererea de brevet US nr. 09/004722, înregistrată la data de 8 ianuarie 1998. Fiecare din aceste cereri de brevet și brevete menționate sunt încorporate în prezenta, la referințe. Ca urmare, invenția a fost descrisă într-o manieră ilustrativă mai degrabă decât limitativă.

Claims (28)

1. Metodă pentru generarea de imagini tridimensionale, volumetrice, caracterizată prin aceea că aceasta cuprinde etapele de:

- furnizare de date de imagine, corespunzătoare unui set de secțiuni bidimensionale (24-30) ale imaginii tridimensionale, la un proiector de imagine (20);

- proiectarea selectivă a fiecărei secțiuni bidimensionale (24-30) de la proiectorul de imagine (20) pe elementul optic respectiv, selectat dintr-o multitudine de elemente optice (36, 38, 40, și 42), formând un dispozitiv optic multisuprafață (32), incuzând etapele de;

- efectuare a anticrenelării voxelilor la tranzițiile între cel puțin o pereche de elemente optice, pentru a genera secțiuni cu valori de culoare ajustate, rezultate din voxelii anticrenelati;

- generarea unei imagini tridimensionale, volumetrice, vizibilă în dispozitivul optic multisuprafață (32), din secțiunile anticrenelate proiectate selectiv pe o multitudine de elemente cu cristale lichide.

2. Metodă conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că aceasta cuprinde etapa de proiectare a primei imagini tridimensionale volumetrice (34), de la dispozitivul optic multisuprafață (32), folosind un generator de imagine - flotantă (54), pentru a genera o a doua imagine tridimensională volumetrică (54), vizibilă ca plutind în spațiu, într-un loc separat de dispozitivul optic multisuprafață (32).

3. Metodă conform revendicării 2, caracterizată prin aceea că mai cuprinde etapa de comandă a transparenței fiecărui element optic din multitudinea de elemente optice (36, 38,40, și 42) ale dispozitivului optic multisuprafață (32), folosind un controler (18) de element optic, pentru a recepționa și, respectiv, a afișa secțiuni anticrenelate.

4. Metodă conform revendicării 3, caracterizată prin aceea că etapa de reglare include etapa:

- determinare a unui singur element cu cristal lichid să aibă o stare opacă, prin dispersia luminii, pentru a recepționa și a afișa secțiuni anticrenelate;

- determinarea restului de elemente cu cristale lichide să aibă o transparență care să permită setului de imagini să fie, respectiv, proiectate pe acestea.

RO 120509 Β1

5. Sistem pentru generarea de imagini tridimensionale, volumetrice, caracterizat prin 1 aceea că acesta cuprinde :

- un dispozitiv optic multisuprafață (32), incluzând o multitudine de elemente optice 3 (36, 38, 40, și 42) individuale aranjate într-o ordine;

- un proiector de imagine (20) pentru realizarea anticrenelării voxelilor la tranziția între 5 perechi de elemente optice, pentru a genera secțiuni cu valori de culoare ajustate, rezultate din voxelii anticrenelați, și pentru proiectarea selectivă a unui set de imagini incluzând voxelii 7 anticrenelați, pe respectivele elemente optice ale dispozitivului optic multisuprafață (32), pentru a genera o primă imagine tridimensională volumetrică (34) vizibilă în dispozitivul optic 9 multisuprafață (32).

6. Sistem conform revendicării 5, caracterizat prin aceea că mai cuprinde un gene- 11 rator de imagine - flotantă (54), pentru proiectarea primei imagini tridimensionale volumetrice (34) de la dispozitivul optic multisuprafață (32), pentru generarea unei a doua imagini tridi- 13 mensionale volumetrice (54) vizibilă ca plutind în spațiu într-un loc separat de dispozitivul optic multisuprafață (32). 15

7. Sistem conform revendicării 5, caracterizat prin aceea că fiecare din multitudinea de elemente optice (36, 38, 40, și 42) individuale ale dispozitivului optic multisuprafață (32) 17 include un element cu cristal lichid având o transparență variabilă, controlabilă pentru a recepționa imagini anticrenelate. 19

8. Sistem conform revendicării 7, caracterizat prin aceea că mai cuprinde un controler (18) de element optic, pentru comanda transparenței elementelor cu cristale lichide în 21 care:

- un singur element cu cristal lichid este comandat să aibă o stare opacă prin disper- 23 sia luminii, pentru a recepționa și a afișa respectivul set din seturile de imagini anticrenelate de la proiectorul de imagine (20); și25

- restul de elemente cu cristale lichide este comandat să aibă o transparență efectivă ca să permită vizibilitatea imaginii afișate pe element cu cristal lichid opac.27

9. Sistem pentru generarea de imagini tridimensionale, volumetrice, caracterizat prin aceea că sistemul cuprinde :29

- un dispozitiv optic multisuprafață (32) incluzând o multitudine de elemente optice individuale (36, 38, 40, și 42) aranjate într-o ordine;31

- un proiector de imagine (20), pentru proiectarea selectivă a unui set de imagini pe respectivele elemente optice ale dispozitivului optic multisuprafață (32), pentru a genera o 33 primă imagine tridimensională volumetrică (34) vizibilă în dispozitivul optic multisuprafață (32);35

- un generator de imagine - flotantă (54), pentru proiectarea primei imagini tridimensionale volumetrice (34) de la dispozitivul optic multisuprafață (32) pentru generarea unei a 37 doua imagini tridimensionale volumetrice (54), vizibilă ca plutind în spațiu, într-un loc separat de dispozitivul optic multisuprafață (32).39

10. Sistem conform revendicării 9, caracterizat prin aceea că fiecare din multitudinea de elemente optice (36,38,40, și 42) indivicuale, ale dispozitivului optic multisuprafață 41 (32) include un element cu cristal lichid având o transparență variabilă, controlabilă.

11. Sistem conform revendicării 10, caracterizat prin aceea că mai cuprinde un 43 controler (18) de element optic pentru comanda transparenței elementelor cu cristale lichide în care: 45

- un singur element cu cristal lichid este comandat să aibă o stare opacă, prin dispersia luminii pentru a recepționa și a afișa, respectivul set din seturile de imagini 47 anticrenelate de la proiectorul de imagine (20);

RO 120509 Β1

- restul de elemente cu cristale lichide este comandat să aibă o transparență efectivă ca să permită vizibilitatea imaginii afișate pe element cu cristal lichid opac.

12. Sistem conform revendicării 11, caracterizat prin aceea că controlerul (18) de element optic baleiază printre elementele cu cristale lichide la o rată înaltă în timpul unei multitudini de cicluri de imagine pentru a selecta un element cu cristal lichid dintre acestea care să fie în starea opacă prin împrăștierea luminii, în timpul unui ciclu de imagine particular, în care controlerul (18) de element optic determină starea opacă prin împrăștierea luminii, să se deplaseze prin elementele cu cristale lichide pentru succesiva recepționare a setului de imagini și pentru generarea imaginilor tridimensionale volumetrice cu profunzime tridimensională.

13. Sistem conform revendicării 9, caracterizat prin aceea că proiectorul de imagine (20) proiectează setul de imagini în dispozitivul optic multisuprafață (32) ca să genereze întreaga primă imagine tridimensională volumetrică (34) în dispozitivul optic multisuprafață (32) la o rată mai mare de 35 Hz pentru a preveni pâlpâirea imaginii, perceptibilă de către om.

14. Sistem conform revendicării 13, caracterizat prin aceea că dispozitivul optic multisuprafață (32) include în jur de 50 de elemente optice; și proiectorul de imagine(20) proiectează fiecare din setul de imagini pe un element optic respectiv, la o rată de cel puțin 2 kHz.

15. Sistem conform revendicării 9m caracterizat prin aceea că proiectorul de imagine (20) include:

- o lentilă de proiecție (22) pentru producerea setului de imagini;

- un sistem optic de focalizare adaptiv pentru focalizarea fiecărui set de imagini pe respectivele elemente optice, în vederea controlului rezoluției și profunzimii proiecției setului de imagini de la lentila de proiecție (22).

16. Sistem conform revendicării 9, caracterizat prin aceea că proiectorul de imagine (20) include o multitudine de surse de lumină laser pentru proiectarea de lumină laser, respectiv, roșie, verde și albastră pentru a genera și proiecta setul de imagini într-o multitudine de culori.

17. Sistem pentru generarea de imagini tridimensionale volumetrice în spațiu, caracterizat prin aceea că sistemul cuprinde :

- un dispozitiv optic multiplan incluzând o multitudine de elemente cu cristale lichide plane având o transparență variabilă, controlabilă;

- un proiector de imagine (20) pentru proiectarea selectivă a unui set de imagini ca secțiuni bidimensionale (24-30) ale unei imagini tridimensionale pe respectivele elemente optice pentru a genera o primă imagine tridimensională volumetrică (34), vizibilă în dispozitivul optic multisuprafață (32);

- un generator de imagine-flotantă (54) pentru proiectarea primei imagini tridimensionale volumetrice (34) de la dispozitivul optic multisuprafață (32) pentru generarea unei a doua imagini tridimensionale volumetrice (54) vizibilă ca plutind în spațiu într-un loc separat de dispozitivul optic multisuprafață (32).

18. Sistem conform revendicării 17, caracterizat prin aceea că multitudinea de elemente cu cristal lichid plane sunt aranjate într-o ordine liniară formând dispozitivul optic multiplan.

19. Sistem conform revendicării 17, caracterizat prin aceea că cel puțin unul din multitudinea de elemente cu cristale lichide plane este o suprafață curbată pentru recepționarea și afișarea respectivei imagini.

RO 120509 Β1

20. Sistem conform revendicării 17, caracterizat prin aceea că mai cuprinde: 1

- un controler (18) de element optic, pentru comanda transparenței elementelor cu cristale lichide, în care un singur element cu cristal lichid este comandat să fie sincronizat 3 cu ieșirea unui respectiv set din seturile de imagini de la proiectorul de imagine (20) pentru ca singurul element cu cristal lichid este comandat să aibă o stare opacă prin dispersia 5 luminii pentru a recepționa și a afișa, respectivul set din seturile de imagini de la proiectorul de imagine (20); 7

- restul de elemente cu cristale lichide este comandat să fie sincronizate cu ieșirea respectivului set din seturile de imagini de la proiectorul de imagine (20) pentru a fi efectiv 9 transparente ca să permită vizibilitatea imaginii afișate pe element cu cristal lichid opac.

21. Sistem conform revendicării 17, caracterizat prin aceea că dispozitivul optic mul- 11 tiplan include cel puțin 50 de elemente cu cristale lichide plane, fiecare element cu cristal lichid având o rezoluție transversală de cel puțin 512 puncte ori cel puțin 512 puncte, prin 13 aceasta formând un dispozitiv optic multiplan având cel puțin 13milioane de voxeli.

22. Metodă pentru generarea de imagini tridimensionale, volumetrice, caracterizată 15 prin aceea că aceasta cuprinde etapele de:

- furnizare de date de imagine corespunzătoare unui set de secțiuni bidimensionale 17 (24-30) ale imaginii tridimensionale la un proiector de imagine (20);

- proiectarea selectivă a fiecărei secțiuni bidimensionale (24-30) de la proiectorul de 19 imagine (20) pe elementul optic respectiv, selectat dintr-o multitudine de elemente optice (36,

38, 40, și 42) formând un dispozitiv optic multisuprafață (32), pentru a genera o primă ima- 21 gine tridimensională volumetrică (34) vizibilă în dispozitivul optic multisuprafață (32);

- proiectare a primei imagini tridimensionale volumetrice (34) de la dispozitivul optic 23 multisuprafață (32) folosind un generator de imagine - flotantă (54), pentru a genera o a doua imagine tridimensională volumetrică (54) vizibilă ca plutind în spațiu într-un loc separat de 25 dispozitivul optic multisuprafață (32).

23. Metodă conform revendicării 22, caracterizată prin aceea că metoda cuprinde 27 etapa de comandă a transparenței fiecărui element optic din multitudinea de elemente optice (36, 38, 40, și 42) ale dispozitivului optic multisuprafață (32), folosind un controler (18) de 29 element optic.

24. Metodă conform revendicării 23, caracterizată prin aceea că etapa de comandă 31 include etapele de:

- determinare a unui singur element cu cristal lichid să aibă o stare opacă prin 33 dispersia luminii;

- determinarea restului de elemente cu cristale lichide să aibă o transparență care să 35 permită setului de imagini să fie, respectiv, proiectate pe acestea.

25. Metodă conform revendicării 24, caracterizată prin aceea că etapa de comandă 37 include etapele de:

- baleiere printre elementele cu cristale lichide la o rată înaltă, în timpul unei 39 multitudini de cicluri de imagine;

- selectare a unui element cu cristal lichid dintre acestea, care să fie singurul în starea 41 opacă, prin împrăștierea luminii, în timpul unui ciclu de imagine particular;

- determinare ca starea opacă prin împrăștierea luminii, să se deplaseze prin 43 elementele cu cristale lichide;

- sincronizare a proiectării imaginilor respective pentru a fi afișate pe singurul element 45 cu cristal lichid corespunzător, aflat în stare opacă prin dispersia luminii;

- generare a imaginilor tridimensionale volumetrice având profunzime tridimensională 47 folosind imaginile proiectate sincronizat pe respectivele elemente cu cristale lichide.

RO 120509 Β1

1

26. Metodă conform revendicării 22, caracterizată prin aceea că etapa proiectării selective include etapa de proiectare a setului de imagini în dispozitivul optic multisuprafață

3 (32) ca să genereze întreaga primă imagine tridimensională volumetrică (34) în dispozitivul optic multisuprafață (32) la o rată mai mare de 35 Hz pentru a preveni pâlpâirea imaginii, per5 ceptibilă de către om.

27. Metodă conform revendicării 26. caracterizată prin aceea că dispozitivul optic 7 multisuprafață (32) include în jur de 50 de elemente optice și etapa proiectării selective include etapa de proiectare a fiecăruia din setul de imagini pe un element optic respectiv, la 9 o rată de cel puțin 2 kHz.

28. Metodă conform revendicării 22. caracterizată prin aceea că etapa proiectării

11 selective include etapa de proiectare de lumină laser roșie, verde și albastră de la, respectiv, o multitudine de surse de lumină laser, pentru a genera și proiecta setul de imagini în 13 multitudinea de elemente optice (36, 38, 40, Și 42), într-o multitudine de culori.