(57)【要約】多平面ボリュメトリックディスプレイシステム（１０）および方法は、複数の画像深さに対応する複数の個々の光学要素（３６〜４０）を含む多面光学装置（３２）を使用してボリュメトリック３次元画像（３４および５６）を生成する。画像プロジェクタ（２０）は、それぞれの光学要素（３６〜４０）に画像（２４〜３０、４４〜５０）を選択的に投影することにより、多面光学装置（３２）で観察可能なボリュメトリック３次元画像（３４）を生成させる。３次元画像（３４）の生成中に物理的視覚キューを追加することにより、３次元画像を見ている時の深さ知覚を向上させる。フローティング画像生成器（５４）は、向上した深さを有する３次元画像を投影することにより、空間中にフローティングするように見える第２のボリュメトリック３次元画像（５６）を生成させる。
2005500578.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
仮想深さＤＶを有する３次元シーンのボリュメトリック３次元画像を表示するシステムであって、
（ａ）前記３次元シーンを通して種々の深さで一連の２次元スライスを表すデータを生成するコントローラと、
（ｂ）複数の光学要素を含む、物理的深さＤＤを有する多面光学装置と、
（ｃ）前記データに応じて、前記多面光学装置のそれぞれの光学要素上に前記一連の２次元スライスを選択的に投影することにより前記多面光学装置で観察可能な第１のボリュメトリック３次元画像を表示し、前記３次元シーンの前記仮想深さＤＶが前記多面光学装置の前記物理的深さＤＤに対応するようにマップされるものである画像プロジェクタと、
（ｄ）前記多面光学装置に形成される前記第１のボリュメトリック３次元画像を投影することにより、前記多面光学装置外の空間において観察可能な第２のボリュメトリック３次元画像を生成するプロジェクタと、
を具備する仮想深さＤＶを有する３次元シーンのボリュメトリック３次元画像を表示するシステム。
【請求項２】
前記３次元シーンの前記仮想深さＤＶは、線形関係により前記多面光学装置の物理的深さＤＤにマップされる請求項１に記載の仮想深さＤＶを有する３次元シーンのボリュメトリック３次元画像を表示するシステム。
【請求項３】
前記３次元シーンの前記仮想深さＤＶは、非線形関係により前記多面光学装置の物理的深さＤＤにマップされる請求項１に記載の仮想深さＤＶを有する３次元シーンのボリュメトリック３次元画像を表示するシステム。
【請求項４】
前記複数の光学要素は、深さ軸に沿って等しく間隔が空けられている請求項１に記載の仮想深さＤＶを有する３次元シーンのボリュメトリック３次元画像を表示するシステム。
【請求項５】
前記複数の光学要素は、深さ軸に沿って不均等な間隔が空けられている請求項１に記載の仮想深さＤＶを有する３次元シーンのボリュメトリック３次元画像を表示するシステム。
【請求項６】
前記第１の３次元画像内の深さは、前記複数の光学要素のうちの１つに対応するようにさらにマップされる請求項４または５に記載の仮想深さＤＶを有する３次元シーンのボリュメトリック３次元画像を表示するシステム。
【請求項７】
３次元シーンのボリュメトリック３次元画像を表示するシステムであって、
（ａ）３次元シーンの選択された部分を通して種々の深さで一連の２次元スライスを表すデータを生成し、前記選択された部分が、最大仮想深さ値ＺＭＡＸと最小仮想深さ値ＺＭＩＮとに対応するものであるコントローラと、
（ｂ）複数の光学要素が配置された多面光学装置と、
（ｃ）前記データに応じて、前記多面光学装置のそれぞれの光学要素に前記一連の２次元スライスを投影することにより前記多面光学装置において観察可能な第１のボリュメトリック３次元画像を表示し、前記最小仮想深さ値ＺＭＩＮに関連する前記スライスは該多面光学装置の前方の光学要素上に投影され、前記最大深さ値ＺＭＡＸに関連する前記スライスは、前記多面光学装置の後方の光学要素上に投影され、残りのスライスはそれらの間のそれぞれの光学要素上に投影されるものである画像プロジェクタと、
を具備する３次元シーンのボリュメトリック３次元画像を表示するシステム。
【請求項８】
前記最大仮想深さ値ＺＭＡＸを越える前記３次元シーンの部分は、後方の光学要素上に２次元画像として表示される請求項７に記載の３次元シーンのボリュメトリック３次元画像を表示するシステム。
【請求項９】
前記ＺＭＡＸおよびＺＭＩＮの値は、観察者によって対話的に割当てられる請求項７に記載の３次元シーンのボリュメトリック３次元画像を表示するシステム。
【請求項１０】
前記ＺＭＡＸおよびＺＭＩＮの値は、アプリケーション起動中に観察者によって割当てられる請求項７に記載の３次元シーンのボリュメトリック３次元画像を表示するシステム。
【請求項１１】
前記最小深さ値ＺＭＩＮに関連する前記スライスは、前記多面光学装置の最前方の光学要素上に投影され、前記最大深さ値ＺＭＡＸに関連する前記スライスは、該多面光学装置の最後方の光学要素上に投影される請求項８または９に記載の３次元シーンのボリュメトリック３次元画像を表示するシステム。
【請求項１２】
前記多面光学装置に形成される前記第１のボリュメトリック３次元画像を投影することにより、該多面光学装置外の位置において空間中にフローティングするように見える第２のボリュメトリック３次元画像を生成するフローティング画像生成器をさらに具備する請求項７または８に記載の３次元シーンのボリュメトリック３次元画像を表示するシステム。
【請求項１３】
３次元シーンの２次元スライスのボリュメトリック３次元画像を生成する方法であって、
（ａ）前記３次元シーンの選択された部分を通して種々の深さで一連の２次元スライスを表すデータを生成するステップであって、前記選択された部分が最大深さ値ＺＭＡＸと最小深さ値ＺＭＩＮとに対応するものであるデータを生成するステップと、
（ｂ）多面光学装置のそれぞれの光学要素上に前記一連の２次元スライスを投影するステップであって、それにより、該多面光学装置において観察可能な第１のボリュメトリック３次元画像を表示し、前記最小深さ値ＺＭＩＮに対応する前記スライスが、該多面光学装置の前方の光学要素上に投影され、前記最大深さ値ＺＭＡＸにおいて生成された前記スライスが、該多面光学装置の後方の光学要素上に投影され、残りのスライスが、それらの間のそれぞれの光学要素上に投影されるものである投影するステップと、
を含む３次元シーンの２次元スライスのボリュメトリック３次元画像を生成する方法。
【請求項１４】
前記最大深さ値ＺＭＡＸを越える前記３次元シーンの部分は、後方の光学要素上に２次元画像として投影される請求項１３に記載の３次元シーンの２次元スライスのボリュメトリック３次元画像を生成する方法。
【請求項１５】
前記ＺＭＡＸおよびＺＭＩＮの値は、観察者によって対話的に割当てられる請求項１３に記載の３次元シーンの２次元スライスのボリュメトリック３次元画像を生成する方法。
【請求項１６】
前記ＺＭＡＸおよびＺＭＩＮの値は、アプリケーション起動中に観察者によって割当てられる請求項１３に記載の３次元シーンの２次元スライスのボリュメトリック３次元画像を生成する方法。
【請求項１７】
前記最小深さ値ＺＭＩＮに対応する前記スライスは、前記多面光学装置の最前方の光学要素上に投影され、前記最大深さ値ＺＭＡＸに関連する前記スライスは、前記多面光学装置の最後方の光学要素上に投影される請求項１３または１４に記載の３次元シーンの２次元スライスのボリュメトリック３次元画像を生成する方法。
【請求項１８】
前記光学装置外の位置において空間中にフローティングするように見える第２のボリュメトリック３次元画像を生成する前記多面光学装置から前記第１のボリュメトリック３次元画像を投影するステップををさらに含む請求項１３または１４に記載の３次元シーンの２次元スライスのボリュメトリック３次元画像を生成する方法。
【請求項１９】
ボリュメトリック３次元画像を生成するシステムであって、
（ａ）３次元シーンをレンダリングすることにより少なくとも１つの心理的視覚キューを提供し前記ダリングした３次元シーンを通して一連の２次元スライスを生成するコントローラと、
（ｂ）前記２次元スライスが投影されることが可能な光学装置と、
（ｃ）前記光学装置上に前記一連の２次元スライスを選択的に投影することにより第１のボリュメトリック３次元画像を生成させ、前記少なくとも１つの心理的視覚キューにより、該第１のボリュメトリック３次元画像の見かけ上の深さが前記光学装置の物理的深さを超えるものである画像プロジェクタと、
を具備するボリュメトリック３次元画像を生成するシステム。
【請求項２０】
前記少なくとも１つの心理的キューは、前記レンダリングされた３次元シーンにシェーディングを含めることによって提供される請求項１９に記載のボリュメトリック３次元画像を生成するシステム。
【請求項２１】
前記少なくとも１つの心理的キューは、前記レンダリングされた３次元シーンに影を含めることによって提供される請求項１９に記載のボリュメトリック３次元画像を生成するシステム。
【請求項２２】
前記少なくとも１つの心理的キューは、前記レンダリングされた３次元シーンの閉塞部分によって提供される請求項１９に記載のボリュメトリック３次元画像を生成するシステム。
【請求項２３】
前記少なくとも１つの心理的キューは、前記レンダリングされた３次元シーンに強制的な透視を含めることによって提供される請求項１９に記載のボリュメトリック３次元画像を生成するシステム。
【請求項２４】
前記少なくとも１つの心理的キューは、前記レンダリングされた３次元シーンのより遠方の部分の表面テクスチャにおける解像度を低減することによって提供される請求項１９に記載のボリュメトリック３次元画像を生成するシステム。
【請求項２５】
前記少なくとも１つの心理的キューは、前記レンダリングされた３次元シーンのより遠方の部分のぼやけを増大させることによって提供される請求項１９に記載のボリュメトリック３次元画像を生成するシステム。
【請求項２６】
前記少なくとも１つの心理的キューは、前記レンダリングされた３次元シーンのより遠方の部分を青色に向かってシフトさせることによって提供される請求項１９に記載のボリュメトリック３次元画像を生成するシステム。
【請求項２７】
前記少なくとも１つの心理的キューは、前記レンダリングされた３次元シーンのより遠方の部分の表面テクスチャにおける輝度を低減することによって加えられる請求項１９に記載のボリュメトリック３次元画像を生成するシステム。
【請求項２８】
前記光学装置は、複数の光学要素を含む、請求項１９に記載のボリュメトリック３次元画像を生成するシステム。
【請求項２９】
前記複数の光学要素は、深さ軸に沿って配置されている請求項２９に記載のボリュメトリック３次元画像を生成するシステム。
【請求項３０】
前記光学装置から前記第１のボリュメトリック３次元画像を投影することにより、該光学装置外の位置において空間中にフローティングするように見える第２のボリュメトリック３次元画像を生成するフローティング画像生成器をさらに具備する請求項１９に記載のボリュメトリック３次元画像を生成するシステム。
【請求項３１】
３次元シーンのボリュメトリック３次元画像を生成する方法であって、
（ａ）少なくとも１つの心理的視覚キューを提供するように前記３次元シーンをレンダリングするステップと、
（ｂ）前記３次元シーンを通して２次元画像スライスのセットに対応する画像データを生成するステップと、
（ｃ）前記３次元シーンの前記２次元スライスのセットに対応する前記画像データを画像プロジェクタに提供するステップと、
（ｄ）前記画像プロジェクタから光学装置に前記２次元スライスの各々を選択的に投影するステップであって、それにより、第１のボリュメトリック３次元画像を生成させ、前記少なくとも１つの心理的視覚キューにより、該第１のボリュメトリック３次元画像の見かけ上の深さが該光学装置の物理的深さを超えるものである投影するステップと、
を含む３次元シーンのボリュメトリック３次元画像を生成する方法。
【請求項３２】
前記少なくとも１つの心理的キューは、前記３次元シーンのレンダリング中にシェーディングを加えることによって提供される請求項３２に記載の３次元シーンのボリュメトリック３次元画像を生成する方法。
【請求項３３】
前記少なくとも１つの心理的キューは、前記３次元シーンのレンダリング中に影を加えることによって提供される請求項３２に記載の３次元シーンのボリュメトリック３次元画像を生成する方法。
【請求項３４】
前記少なくとも１つの心理的キューは、前記３次元シーンのレンダリング中に前記シーンの閉塞部分によって提供される請求項３２に記載の３次元シーンのボリュメトリック３次元画像を生成する方法。
【請求項３５】
前記少なくとも１つの心理的キューは、前記３次元シーンのレンダリング中に強制的な透視を加えることによって提供される請求項３２に記載の３次元シーンのボリュメトリック３次元画像を生成する方法。
【請求項３６】
前記少なくとも１つの心理的キューを、レンダリング中に前記３次元シーンのより遠方の部分の表面テクスチャにおける解像度を低減することにより提供する請求項３２に記載の３次元シーンのボリュメトリック３次元画像を生成する方法。
【請求項３７】
前記少なくとも１つの心理的キューを、レンダリング中に前記３次元シーンのより遠方の部分のぼやけを増大させることにより提供する請求項３２に記載の３次元シーンのボリュメトリック３次元画像を生成する方法。
【請求項３８】
前記少なくとも１つの心理的キューを、レンダリング中に前記３次元シーンのより遠方の部分を青色に向かってシフトさせることにより提供する請求項３２に記載の３次元シーンのボリュメトリック３次元画像を生成する方法。
【請求項３９】
前記少なくとも１つの心理的キューを、レンダリング中に前記３次元シーンのより遠方の部分の輝度を減らすことにより提供する請求項３２に記載の３次元シーンのボリュメトリック３次元画像を生成する方法。
【請求項４０】
前記少なくとも１つの心理的キューを、レンダリング中に前記３次元シーンのより遠方の部分の焦点整合（focus）を減ずることにより提供する請求項３２に記載の３次元シーンのボリュメトリック３次元画像を生成する方法。
【請求項４１】
前記光学装置は、複数の光学要素を含む、請求項３２に記載の３次元シーンのボリュメトリック３次元画像を生成する方法。
【請求項４２】
前記複数の光学要素は、深さ軸に沿って配置されている請求項４２に記載の３次元シーンのボリュメトリック３次元画像を生成する方法。
【請求項４３】
前記第１のボリュメトリック３次元画像を投影することにより、該光学装置外の位置において空間中にフローティングするように見える第２のボリュメトリック３次元画像を生成するフローティング画像生成器をさらに含む請求項３２に記載の３次元シーンのボリュメトリック３次元画像を生成する方法。
【請求項４４】
複数の光学要素を具備する多面光学装置を使用してボリュメトリック３次元画像を生成する方法であって、
（ａ）深さ軸を有する３次元シーンをレンダリングするステップと、
（ｂ）該３次元シーンを通して種々の深さで２次元画像スライスのセットに対応するデータを生成するステップであって、該２次元画像スライスの各々が、各々が深さ座標（ｚ）を有する複数のトライデルによって画定されるものである生成するステップと、
（ｃ）前記トライデルのそれぞれの前記深さ座標ｚを、前記多面光学装置内の対応する深さ座標ｚ’にマップするステップと、
（ｄ）前記トライデルのそれぞれの前記深さ座標ｚ’を、前記複数の光学要素のうちの１つに対応する深さ座標ｋを有する少なくとも１つのボクセルにマップするステップと、
（ｅ）前記深さ座標ｋにおける前記ボクセルを対応する光学要素に選択的に投影することにより前記多面光学装置において観察可能な第１のボリュメトリック３次元画像を生成するステップと、
を含むボリュメトリック３次元画像を生成する方法。
【請求項４５】
前記第１のボリュメトリック３次元画像を投影するステップであって、それにより前記多面光学装置外の空間において観察可能な第２のボリュメトリック３次元画像を形成する投影するステップをさらに含む請求項４５に記載のボリュメトリック３次元画像を生成する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
この出願は、２００１年８月２０日に出願された米国特許出願第０９／９３３，４２４号の利益を請求する。
【０００２】
［発明の背景］
本発明は、３次元（３Ｄ）イメージングに関し、特に、ボリュメトリック３次元画像(volumetric three-dimensional image)を空間中に生成するための３Ｄアンチエリアシングを用いた多平面表示システムに関する。
【０００３】
３次元（３Ｄ）画像とは、生成すると空間中に現れるように見えるものであることが知られている。通常、ゴーグルおよび／またはヘルメットなどの特殊メガネ類が用いられるが、このようなメガネ類の装着は違和感を感じさせることがある。さらに、眼への付属品としての性質から、このようなメガネ類を装着すると、実際の３Ｄ画像を見る認知力が低下する。また、このようなメガネ類を用いることで眼に疲労が生じる（眼の疲労は、３Ｄ画像を見る時間が制限されることにより改善される）可能性があり、このメガネ類は大きく、装着することで不快感を感じることが多い。
【０００４】
このように、上記のようなメガネ類を用いることにより生じる欠点をもたないボリュメトリック３Ｄ画像およびディスプレイを生成する必要がある。
【０００５】
他のボリュメトリックシステムでは、例えば、自己発光ボリューム要素、すなわち、ボクセルを用いてこのようなボリュメトリック３Ｄ画像を生成する。かかるシステムの例を提供する前に、非常に濫用される「ボクセル（voxel）」という用語を、３Ｄデータ要素（本明細書では「トライデル（tridel）」と呼ぶ）から区別することが重要である。ボクセルは、３Ｄディスプレイにおいて実際に光を放っている点であり、２Ｄディスプレイにおけるピクセルに類似する。しかしながら、トライデルは、抽象的な３Ｄデータタイプである。より詳細には、ボクセルは、整数（ｉ，ｊ，ｋ）である位置を有し、色および輝度の特性しか有していないが、トライデルは、仮想画像空間における浮動小数点位置（ｘ，ｙ，ｚ）に画定されるパラメータのセットによって特徴付けられる。このため、トライデルは、その最も一般的な意味で、３Ｄデータタイプであり、任意数のアプリケーション特定データタイプを包含することができる。たとえば、トライデルを使用して３Ｄオブジェクトの多角形頂点を画定する場合、この抽象的な３Ｄデータタイプのデータパラメータは、色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）と視覚的不透明度（Ａ）とである。別の例として、トライデルが、医療コンピュータＸ線断層撮影（「ＣＴ」）スキャナによって生成される画像のデータ要素を表す場合、データパラメータは、Ｘ線不透明度である。さらに別の例では、トライデルが熱核プラズマを記述する場合、データパラメータはプラズマ成分のプラズマ密度、温度および平均速度であってもよい。
【０００６】
上述したことから、２Ｄまたは３Ｄのいずれかの画像を製作するために、各トライデルを数学的に処理してピクセルまたはボクセルにしなければならない、ということが理解されよう。この処理には、回転、スケーリング、伸張または圧縮、透視、投影および視点変換を含む幾何学変換が含まれてもよく、それらはすべて、トライデルのｘ、ｙ、ｚ座標に対して作用する。さらに、ピクセルまたはボクセルの色および輝度を確定するプロセスにおいて、トライデルを、１つのボクセルの空間内に多く存在する場合は互いに平均化してもよく、あるいは２つのトライデルの空間内に多くのピクセルがある場合は補間してもよい。トライデルとボクセルとの区別は、トライデルの深さ座標をＭＯＥ装置３２内のボクセル深さ座標にマップするための後述する深さ変換を考慮することによってより明確に理解されよう。
【０００７】
当技術分野で知られている別のボリュメトリック表示システムの例では、ボリュメトリック画像システムとしてはカリフォルニア州マウンテンビューの３Ｄテクノロジー・ラボラトリーズ(3D TECHNOLOGY LABORATORIES)のシステムが一例であり、このシステムでは、希土類不純物イオンをドーピングした中実の（solid）ガラスまたはプラスチックボリューム内で赤外線レーザービームを交差させるとことによって、このようなボクセルベースの画像を生成する。しかしながら、２本の不可視光の赤外線レーザービームから可視光を作り出す非線形効果の効率は、約１％と非常に低いため、大画面ディスプレイに明るい画像を作り出すには強力なレーザが必要となる。このようにレーザーが強力なものになると、眼を害する要因となる場合があるため、ディスプレイの周りに相当な保護用の囲いを設ける必要が生じる。さらに、通常、走査型のレーザーは低解像度となるため、ボクセル数が少なくなり、さらには、ボリュメトリック機構の中実性（solid nature）であるため、非常に重量のある大型のシステムとなる。
【０００８】
マサチューセッツ州ケンブリッジのアクチュアリティ・システムズ，インコーポレイテッド(Actuality Systems, Inc.)による別のボリュメトリック表示システムでは、高速スピン多面鏡から高速スピン投影スクリーンに反射されるレーザーダイオードの線状アレイが用いられている。しかしながら、このような高速スピン部品は、その大きさが比較的大きい場合があり、振動や起こる可能性がある規模の大きな破壊を防ぐように慎重にバランスをとらなければならない。さらに、ディスプレイ内のボクセルのサイズ、形状および向きは、それらの位置に左右されるため、ディスプレイの解像度が位置依存性のものとなる。
【０００９】
別のボリュメトリック表示システムが、フロリダ州メルボルンのネオズ・テクノロジーズ，インコーポレイテッド(NEOS TECHNOLOGIES, INC.)により提供されており、このシステムは、高速スピン螺旋状投影スクリーンに音響光学的にレーザービームを走査する。このようにスピン部品が大きいと、ディスプレイの動きと無関係に慎重にバランスを維持させる必要が生じる。レーザー走査システムは、低解像度・低速のもので、ボクセル数が大幅に制限されてしまう。さらに、ディスプレイ内のボクセルのサイズ、形状および方位は、それらの位置に左右されるため、ディスプレイの解像度が位置依存性のものとなる。最後に、ディスプレイが著しく非ユークリッド性ではない（non-rectilinear nature）ため、異なる２次元画像を計算する処理要件が大幅に増大する。
【００１０】
立体ディスプレイなど、知られている他のタイプの３Ｄイメージングシステムでは、あるシーンの僅かに異なる透視図を両眼のそれぞれに与える。次いで、脳が別々の画像を合わせて１つの３Ｄ画像にする。これらのシステムの中には、単一の視点のみを与えて特殊メガネ類を必要とするか、またはヘッドトラッキングを実行してメガネ類を不要にするものもあるが、これは３Ｄ画像の観察者が１人だけに限られてしまうことになり得る。別法として、ディスプレイは、多視野自動立体ディスプレイなど、異なる角度にある複数の視野ゾーンに、視点に合わせた各ゾーンの画像を与える場合もある。ユーザーの眼は、３Ｄ画像を見るためには、離れてはいるが隣り合う視野ゾーン内になければならず、さらに、ディスプレイに対して観察者が移動する際の不安定なジャンピングを防ぐには、視野ゾーンを非常に狭くしなければならない。このようなシステムの中には、横方向の視差／視る範囲のみしかないものがある。さらに、深さの焦点収束が一致しなければ、急速に眼精疲労が生じる場合があり、観察時間が大幅に限られてしまう。さらに、立体ディスプレイは、視野が限られていることから、仮想現実および／またはフォースフィードバックインタフェースなどの直接的な相互作用技術とともには現実的に使用不可能である。
【００１１】
仮想現実の応用では、通常、ヘッドマウンティング式ディスプレイ（ＨＭＤ）が用いられており、このディスプレイでは、一対のビデオディスプレイが左右眼のそれぞれに適切な透視図を提示する。１つのＨＭＤは、一度に１人のみでしか使用できず、それぞれの眼に与える視野は制限される。ヘッドトラッキングは、視差をもたらすように使用されなければならない。
【００１２】
他の表示システムには、ホログラフィーディスプレイがあり、このディスプレイでは、ホログラフィー回折格子として知られる非常に微細なラインのパターンとコヒーレントレーザー光を相互作用させて画像が作り出される。この回折格子は、入射光の方向および強度を変えるため、表示される物体の位置からくるように見える。しかしながら、通常の光ホログラムには大量の情報が含まれているため、ホログラフィーディスプレイを高速に更新することは、計算量的に集中的なものとなる。比較的サイズが大きく視野も十分なホログラフィーディスプレイの場合、ピクセル数は一般に、２億５千万個よりも多くなる。
【００１３】
したがって、処理システムに対して計算量的に許容可能な要求を課し、見やすさおよび実行性が改善された高品質ボリュメトリック３Ｄイメージングが必要とされている。
【００１４】
さらに、３次元イメージングにおいて、別々のボクセルを用いると、例えば、ボリュメトリック３Ｄ画像の別々の深さ間での移行部にある特徴のピクセル化により、画像の部分がギザギザな状態に見える。ボリュメトリック３Ｄ画像部分間の移行部を和らげる方法が必要とされている。
【００１５】
［発明の概要］
ボリュメトリック３次元画像を生成する多平面ボリュメトリックディスプレイ(MVD: Multi-planar volumetric display)システムおよびその動作方法を開示する。ＭＶＤシステムは、アレイ状に配設された複数の個々の光学要素を含む多面光学装置と、多面光学装置のそれぞれの光学要素上に画像のセットを選択的に投影する画像プロジェクタと、多面光学装置から第１のボリュメトリック３次元画像を投影して、多面光学装置から離れた位置で、空間中にフローティングするように見える第２のボリュメトリック３次元画像を生成するフローティング画像生成器とを含む。
【００１６】
多面光学装置の複数の個々の光学要素はそれぞれ、制御可能な可変の半透明性を有する液晶要素を含む。また、液晶要素の半透明性を制御するために、光学要素コントローラが設けられていることで、１つの液晶要素が不透明の光散乱状態をもつように制御されて、画像プロジェクタから画像のセットのそれぞれ１つを受けて表示し、さらに残りの液晶要素が、ほぼ透明になるように制御されて、不透明な液晶要素上に表示された画像が観察可能になる。
【００１７】
光学要素コントローラが、複数のイメージングサイクル中に高速で複数の液晶要素にラスタ走査を実行して、ある特定のイメージングサイクル中に不透明な光散乱状態になるように、複数の液晶要素から１つの液晶要素を選択し、不透明な光散乱状態が液晶要素を介して移動して、画像のセットを連続して受け、３次元の深さを有するボリュメトリック３次元画像を生成するようにする。
【００１８】
画像プロジェクタが、画像のセットを多面光学装置に投影して、３５Ｈｚよりも高速に第１のボリュメトリック３次元画像全体を多面光学装置に生成させて、人間が認知可能な画像のちらつきを防ぐ。例えば、ボリュームレートが約４０Ｈｚであってもよい。一実施形態では、例えば、約５０個の光学要素が約４０Ｈｚのボリュームレートで用いられる場合、画像プロジェクタが、２ｋＨｚのレートで画像のセットのそれぞれを各光学要素に投影する。
【００１９】
画像プロジェクタは、画像のセットを出力する投影レンズを含む。また、このプロジェクタは、投影レンズからの画像のセットの投影の解像度と深さを制御するために、画像のセットのそれぞれの焦点を各光学要素上に合わせる適応光学集束システムを含む。この替わりとして、またはこれに追加して、画像プロジェクタは、複数の色で画像のセットを生成させ投影するために、赤、緑、青のレーザー光をそれぞれ投影する複数のレーザー光源を含む。
【００２０】
さらに、３Ｄアンチエリアシング法を用いて、多面光学装置にある光学要素間の移行部で投影された画像の部分を滑らかにする。アンチエリアシングにより、光学要素間の遷移部のボクセルの表示が調節されることで、ボクセルの色値が、光学要素からのボクセルの距離の関数として修正されて、ボリュメトリック３次元画像の部分間の移行部が滑らかになる。
【００２１】
［好適な実施形態の詳細な説明］
以下図１を参照すると、事実上ボリュメトリックである３次元（３Ｄ）画像を生成する多平面ボリュメトリック表示システム１０が設けられており、この３Ｄ画像は、３Ｄ空間のある一定の限定されたボリュームを占め、画像が現れるロケーションに存在する。したがって、立体表示方法などにより光学的な視覚の錯覚を生じさせて、画像が３Ｄであるように認識させるものと異なり、このような３Ｄ画像は真の３Ｄである。
【００２２】
このシステム１０により生成する３Ｄ画像は、解像度が非常に高く、広い色範囲で表示できるため、実際の物体を見ているような特性を備えることができる。例えば、このような３Ｄ画像は、横と縦の両方の動きの視差または見る範囲をもつ場合があるため、３Ｄ画像を３Ｄに見える状態のままで、視覚的キューを観察者１２が動いても与えることができる。
【００２３】
さらに、３Ｄ画像を見るために立体表示用のバイザやメガネなどの、特殊なメガネ類を、観察者１２が全く装着する必要がなく、これは、そのようなめがね類が眼精疲労などを起こして違和感を感じさせるために利点である。さらには、３Ｄ画像は、横方向と縦方向の両方に連続した視野をもつもので、横方向の視野はあるディスプレイ構造で３６０°に等しいものである。さらに、観察者は、３Ｄ認知を失わずに、ＭＶＤシステム１０から任意の視距離の位置にいてよい。
【００２４】
多平面ボリュメトリック表示システム１０は、グラフィックデータ源１６から３Ｄグラフィックデータを受信するインタフェース１４を含み、このグラッフィクデータ源１６は、システム１０に組み込まれたり、または例えば、遠隔地から通信チャネルを介してシステム１０に動作可能に接続され、従来の遠隔通信リンクやインターネットなどの任意のネットワークで接続されてもよいコンピュータなどである。インタフェース１４は、カリフォルニア州サンタクララのインテル社(INTEL)から入手可能な、ＰＣＩバスや高速グラフィックポート（ＡＧＰ）インタフェースであってよい。ＩＥＥＥ１０１４規格で標準化されたＶＭＥバックプレインインターコネクションバスシステム、小型コンピュータシステムインタフェース（ＳＣＳＩ）、アップル社(Apple)のＭａｃｉｎｔｏｓｈコンピュータで使用されているＮｕＢｕｓ高性能拡張バスシステム、および他のシステムと共に、インダストリー・スタンダード・アーキテクチャ（ＩＳＡ）インタフェース、拡張ＩＳＡ（ＥＩＳＡ）インタフェース、ユニバーサル・シリアル・バス（ＵＳＢ）インタフェース、現在ＩＥＥＥ１３９４規格として標準化され、コンピュータに高速通信および等時性リアルタイムデータサービスを提供するファイアワイヤバスインタフェースと共に、公開または独占的なインタフェースなど、他のインタフェースを用いてもよい。
【００２５】
インタフェース１４は、非常に高速な画像バッファを含む多平面ボリュメトリックディスプレイ（ＭＶＤ）コントローラ１８に、３Ｄグラッフィックデータを送信する。ボリュメトリック３Ｄ画像として見える３次元画像は、ＭＶＤコントローラ１８により、３Ｄ画像を介して深さが変化するロケーションにある連続した２次元画像スライスに変換される。次いで、画像のスライスに対応するフレームデータは、ＭＶＤコントローラ１８の高速画像バッファから画像プロジェクタ２０へと高速に出力される。
【００２６】
ＭＶＤコントローラ１８およびインタフェース１４は、カリフォルニア州マウンテンビューのシリコン・グラフィックス社(SILICON  GRAPHICS)から市販されているＯＣＴＡＮＥグラフィックワークステーションなどのコンピュータで実行されてもよい。また、例えば、１９５ＭＨｚの縮小命令セットコンピュータ（ＲＩＳＣ）のマイクロプロセッサを用いたパーソナルコンピュータ（ＰＣ）など、他の一般的なコンピュータを用いたシステムを使用してもよい。したがって、開示するＭＶＤシステム１０およびその部品は、ハードウェアおよび／またはソフトウェアの特定の実施態様または現実化に限定されるものではないことを理解されたい。
【００２７】
グラフィックデータ源１６は、任意に、アプリケーション・プログラム・インタフェース（ＡＰＩ）を動作するコンピュータのグラフィック用アプリケーションプログラムや、インタフェース１４などの入出力（Ｉ／Ｏ）デバイスを介してコンピュータのＭＶＤコントローラ１８に適切な形式で３Ｄ画像データを与えるデバイスドライバであってもよい。ＭＶＤコントローラ１８は、例えば、パーソナルコンピュータで実行され、任意に、特殊なデータ処理用の拡張カードを用いたハードウェアおよび／またはソフトウェアであってよい。
【００２８】
例えば、ＭＶＤコントローラ１８の拡張カードには、グラフィックデータ源１６からの３Ｄデータセットを、スライス２４〜３０に対応する多平面データセットを形成する連続した２次元画像スライスに変換するグラフィックハードウェアおよび／またはソフトウェアが含まれていてもよい。このように、３Ｄ画像３４は、手術のシミュレーション、航空交通制御、または軍事用の指令および統制など、実世界の応用に、リアルタイムまたはほぼリアルタイムの更新レートで生成される。また、このような拡張カードには、３Ｄデータセットとテクスチャメモリを操作して、３Ｄ画像のテクスチャマッピングを実行するジオメトリエンジンが含まれていてもよい。
【００２９】
画像データを画像プロジェクタ２０に送信する前に、ＭＶＤコントローラ１８または、その替わりとしてグラフィックデータ源１６が、画像データ上に３Ｄアンチエリアシングを実行することで、３Ｄ画像３４に表示される特徴を滑らかにして、ｚ軸に垂直なｘ−ｙ平面に整列させた光学要素３６〜４２を有するＭＯＥデバイス３２の本来別個のボクセル構造により生じるディスプレイのピクセル化により、例えば、ｚ方向に沿った平行平面間の深さのギザギザな線が出ないようにする。画像スライス２４〜３０に対応するデータを生成するにつれ、画像素子が、平面の移行部縁付近、すなわち、例えば、光学要素３６〜３８の光学要素間に現れることがある。特定の画像素子で突然に移行しないように、スライス２４、２６は共に、画像４４〜４６のそれぞれが特定の画像素子を含むように生成されるため、画像素子は、光学要素３６〜３８により形成された両平面間で共有され、移行部を滑らかにして、３Ｄ画像３４がより連続的に現れるようにできる。それぞれの連続した光学要素上の画像素子の輝度は、画像データの画像素子の位置に応じて変化するものである。
【００３０】
また、グラフィックデータ源１６およびＭＶＤコントローラ１８は、ＭＶＤコントローラ１８への画像データの転送レートを最大限にして画像を生成するように、インタフェース１４を介してゼロラン符号化（zero run encoding）を実行してもよい。モーション・ピクチャ・エキスパート・グループ（ＭＰＥＧ）データ通信規格やデルタ（γ）圧縮など、他の画像データの転送技法を用いてもよいことが理解される。
【００３１】
３Ｄ画像には、４０Ｈｚのレートで更新される約５０ＳＶＧＡ解像度の画像が含まれている場合があり、表示される生データ信号レートが２ＧＢ／ｓｅｃよりも大きくなる。このような生データ信号レートは、ゼロを送信しないことにより大幅に低減される。通常、物体の内部、前景物体により遮られている背景物体、およびその周りの空の空間に関連する多数のゼロにより、ボリュメトリック３Ｄ画像が表される。グラフィックデータ源１６は、ゼロのランがゼロランフラグ（ＺＲＦ）またはゼロラン符号により表され、その後にランレングスが続くすなわちそれに伴うように画像データを符号化してもよい。このように、ゼロのカウントは、ゼロを送出せずに表示して送出されてもよい。ＭＶＤコントローラ１８の３Ｄデータ画像バッファが初期化されて、すべてのゼロを格納してもよく、画像データが画像バッファに格納されると、ＺＲＦフラグを検出することによって、ＭＶＤコントローラ１８が、ゼロのランレングスに等しいデータ位置またはピクセル数だけ、バッファで先に飛び越すことができる。次いで、３Ｄデータ画像バッファは、２次元画像を生成するために、ＳＬＭを動作するＳＬＭドライバを含む場合がある画像プロジェクタ２０に出力される３Ｄデータを含む。
【００３２】
画像プロジェクタ２０は、高フレームレートで時系列に３Ｄ画像の２次元スライス２４〜３０を複数の光学要素（ＭＯＥ）からなる装置３２に投影し、選択的にイメージングして、観察者１２にはＭＯＥ装置３２の空間にあるように見える第１のボリュメトリック３次元画像３４を生成する関連する光学要素２２を有する。ＭＯＥ装置３２は、複数の光学要素３６〜４２を含み、これらの光学要素は、ＭＶＤコントローラ１８の制御下で、２次元画像４４〜５０が表示される場合、スライス２４〜３０をそれぞれ選択的に受け、１つの光学要素は、各フレームレートサイクル中にそれぞれのスライスを受けて表示する。ＭＶＤコントローラ１８により生成した深さスライスの数は、光学要素３６〜４２の数に等しいものであり、言い換えれば、各光学要素は、生成および表示されるボリュメトリック３Ｄ画像の深さ解像度の単位を表すものである。
【００３３】
光学要素３６〜４２は、例えば、ネマチック、強誘電、コレステリック材料か、またはこのような組成の当業者には知られている修正ケントステート法を用いたコレステリックテクスチャなどの他のポリマー安定化材料からなる液晶ディスプレイであってもよい。
【００３４】
表示される画像のセットとして、ＭＯＥ装置３２の光学要素３６〜４２によりスライス２４〜３０のそれぞれはすべて、以下に示すような十分に高いフレームレート、例えば、約３５Ｈｚよりも速いレートで表示されるため、人である観察者１２は、立体表示用ヘッドセットを用いずに直接見て、個々の２次元画像４４〜５０ではなく、連続したボリュメトリック３Ｄ画像３４を認知する。したがって、図１に示すように、画像４４〜５０は、球体の断面図であるため、このように生成した３Ｄ画像３４は、ＭＯＥ装置３２を形成する光学要素３６〜４２の真中に位置する球体として、観察者１２には見えることになる。
【００３５】
代替の実施形態では、画像４４〜５０は、球体の下側にキャプションとしての２Ｄテキストや、球体上の２Ｄテキストなど、２Ｄと３Ｄを混合させて表して画像全体を表示させるように生成してもよい。応用の１つには、グラフィック・ユーザー・インタフェース（ＧＵＩ）コントロールパッドがあり、これは２Ｄと３Ｄの両方の画像特性をもつことで、仮想フラットスクリーンディスプレイとして２Ｄスクリーンが現れ、仮想フラットスクリーンディスプレイ上に現れる球体などの３Ｄ画像を有するＭＩＣＲＯＳＯＦＴ ＷＩＮＤＯＷＳ（登録商標） ９５などのＧＵＩを観察者１２が観察することができる。
【００３６】
第１のボリュメトリック３Ｄ画像３４は、複数の向き（orientations）の範囲内で見ることができる。さらに、第１のボリュメトリック３Ｄ画像３４からの光５２は、ＭＯＥ装置３２からのある距離で空間にフローティングしている第１のボリュメトリック３Ｄ画像３４とほぼ同じ画像であるように観察者１２に表示される第２のボリュメトリック３Ｄ画像５６を生成するように実像プロジェクタ５４によってさらに処理される。実像プロジェクタ５４、あるいはその代わりにフローティング画像プロジェクタは、ＭＯＥ装置３２から出される光５２を集光し、３Ｄ画像３４を外側に自由空間に再イメージングする光学要素および／または鏡のセットであってもよい。実像プロジェクタ５４は、従来の球面鏡あるいは放物面鏡を含み、ＭＯＥ装置３２の光学軸上にある信号観察ゾーンを生成する高精細ボリュメトリックディスプレイ（ＨＤＶＤ）であってもよい。
【００３７】
例えば、実像投影システムは、Princeの米国特許第５，５５２，９３４号、およびCrabtree, IVの米国特許第５，５７２，３７５号に記載されている装置であってもよく、これらの特許の各々は参照により本明細書で援用される。代替の実施形態では、ホログラフィー光学要素は、光学軸と整列した中心領域の１つの観察ゾーンのような複数の観察ゾーンおよび光学軸のどちらかの側の観察ゾーンの場合を除いて、フローティング画像５６を生成するように従来の球面鏡あるいは放物面鏡と同じ機能を有する実画像プロジェクタ５４によって使用されてもよいので、複数の３Ｄフローティング画像５６は複数の観察者によって観察されてもよい。
【００３８】
他の代替の実施形態では、実像プロジェクタ５４は、予め存在する物体の記録画像を示していない、ホログラフィー光学要素（ＨＯＥ）、すなわち、従来の意味でホログラムを含んでもよい。その代わりに、ＨＯＥは、入射光を受光し、反射し、かつ再び向けるレンズおよび／または鏡のような従来の光学部品の役目を果たす。ガラスあるいはプラスチックのような従来の光学要素に比べて、ＨＯＥは、非常に軽量で、再生するのに安価であり、従来の光学部品で使用可能ではない固有の光学特性も持ってもよい。例えば、ＨＯＥは、所定の光学軸から異なる角度で同じ物体の複数の画像を生成できるので、比較的小さいＨＯＥを使用するディスプレイの視野は、従来の光学素子に対して必要に応じて光学素子サイズを増加しないで大幅に増加できる。したがって、実像プロジェクタ５４として少なくとも１つのＨＯＥを使用して、ＭＶＤシステム１０は、比較的コンパクトなシステムに３６０°の視野を備えるように製造されてもよい。さらに、レーザ光源を組み込む画像プロジェクタ２０に関しては、ＨＯＥは、ＨＯＥの波長選択性によるこのようなレーザ光源と高性能に関して特に適合している。
【００３９】
ボリュメトリック３Ｄ画像３４、５６のいずれかは、観察者１２に対してボリュームおよび深さ、および任意には色も有するようにみえるので、多平面ボリュメトリック表示システム１０は、外科手術を教示する立体感のあるアニメーションに対して後述される例のような、仮想現実および触覚の（haptic / tactile）用途に適合されてもよい。実像プロジェクタ５４は、フローティング３Ｄ画像５６が仮想対話に対して直接アクセスできることを可能にする。ＭＶＤシステム１０は、画像３４、５６のいずれかを操作しようと試みる観察者１２に対応する観察者１２からの手の動きを受け取るユーザフィードバック装置５８を含んでもよい。このような手の動きは、画像３４、５６の１つあるいは両方を修正し、観察者１２の動きに応答するようにみえるようにＭＶＤコントローラ１８へのインタフェース１４に伝達される制御信号として、ユーザフィードバック装置５８によって変換されてもよい。別法として、ユーザフィードバック装置５８は、画像３４、５６の１つあるいは両方を修正するために、３Ｄグラフィックスプロセッサを含むグラフィックデータ源１６に動作可能に接続されてもよい。
【００４０】
多数の新しい対話技法は、実像プロジェクタ５４を使用するＭＶＤ１０の改良された性能をもたらす。例えば、マサチューセッツ州ケンブリッジ市のセンシブルデバイズ（SENSIBLE DEVICES）社によって開発されたフォースフィードバックインタフェースは、ＭＶＤシステム１０が手で３Ｄ画像３４、５６を実際感じ、操作する能力を与えることができる使用可能な強力な技術である。適切なプログラミングで、観察者１２は、あたかも画像が粘土であるかのように３次元画像を、本出願の譲受人のディメンションナル・メディア・アソシエート（ＤＩＭＥＮＳＩＯＮＡＬ ＭＥＤＩＡ ＡＳＯＣＩＡＴＥＳ）の商品のデジタルクレイと呼ばれるシステムを使用して彫塑できる。
【００４１】
フォースフィードバックインタフェースを有するＭＶＤシステム１０の他のアプリケーションは、ユーザが、外科医としての許可を得て、革新的な新しい手技を実行し、あるいはさらに遠隔手術を、例えばインターネット通信プロトコルを使用するインターネットを介して実行するために、仮想鼓動のようなアニメーションを含み、ユーザによる仮想刺激（prodding）に反応する３次元仮想解剖を見て、感じることができる外科シミュレータおよびトレーナーである。
【００４２】
触覚作用は、実時間シミュレーションおよびＭＶＤシステム１０によって生成した３Ｄ画像で作動するユーザの刺激を与えるように、アニメーションとこのように結合されてもよい。例えば、観察者１２は、外科医が仮想現実で第１の３Ｄ画像３４を観察し操作する医学生を教える外科医であってもよいが、学生は、第１の３Ｄ画像３４の変化に応答する実像プロジェクタ５４により対応して操作され、修正された第２の３Ｄ画像５６を観察する。次に、学生は、３Ｄ画像３４、５４のようなアニメーションをイメージングすることによって鼓動でさえあってもよい心臓の画像のような画像３４を個別に操作するために回転を行ってもよい。次に、教えている外科医は、あたかもこのような画像が心臓外科手術のシミュレーションのように現実であるかのように、画像操作を実行する際に学生を観察し、採点する。
【００４３】
ＭＯＥ装置
例示された実施形態では、ＭＯＥ装置３２は、ガラス、プラスチック、液体、あるいは空気スペーサによって分離される光学要素３６〜４２として、ガラスで構成される単一ピクセル液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のスタックで構成されている。別法では、光学要素３６〜４２は、軽量構造のような様々な利点を有するプラスチックあるいは他の物質で構成されてもよい。ガラス、プラスチック、および／または空気スペーサは、内部界面での反射を除去するように光学的に連続している形状のガラスＬＣＤと結合されてもよい。ＬＣＤおよびスペーサの表面は、光学接触、屈折率整合流体、または光学結合剤のいずれかによって光学的に結合されてもよい。別法として、スペーサは、水、鉱物オイル、または屈折率整合流体などの流体と取り換えられてもよい。このような流体は、ＭＯＥ装置３２を冷却するために外部冷却装置によって循環することができる。さらに、このような流体を間に設けたＭＯＥ装置３２は、全重量を減らすように空の状態で輸送され、設置されてもよく、間に設ける液体は設置後に加えられる。
【００４４】
好ましい実施形態では、光学要素３６〜４２は、平面であり、矩形であるが、任意に曲げられてもよいしおよび／または円筒状のような任意の形状のものであってもよい。例えば、円筒状ＬＣＤディスプレイは、押しだし成形のような異なる技術によって製造されてもよいし、互いの内部でぴったりと重ね合わされてもよい。光学要素３６〜４２間の間隔距離は、一定であってもよいしあるいは代替の実施形態では、ＭＯＥ装置３２の深さが、光学要素３６〜４２の数を増加させないで著しく増加されてもよいように可変であってもよい。例えば、観察者１２の目が、増加された観察距離に対する深さ感度を失うので、観察者１２からさらに遠くに置かれた光学要素はさらに遠くに離れて置かれてもよい。光学要素３６〜４２間の間隔が観察者１２からの距離と共に直線的に増加した、対数関数の間隔が実現されてもよい。
【００４５】
光学要素３６〜４２は、図２に示されるような明るい非常に透明な状態と、図３に示されるような不透明な非常に散乱している状態との間で迅速に切り換えられるように、例えばＭＶＤコントローラ１８のＭＯＥ装置ドライバによって、電子的に切り換えられる特性を有する液晶形態で構成されている。図２〜３を参照すると、光学要素３６の断面が図示され、液晶分子６０〜６４は、ガラス、プラスチック、あるいは空気スペーサであってもよく、基板６６〜６８のそれぞれに加えられた透明導電層７０、７１も有してもよい液晶基板６６〜６８間に懸濁されてもよい。
【００４６】
導電層７０、７１は、優れた透明性および低抵抗を有するが、ガラスあるいはプラスチックの基板６６〜６８の屈折率に比べて比較的高い屈折率を有するインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）のスパッタ薄膜あるいは蒸着薄膜で構成されてもよい。これらの材料間の屈折率差は、その界面で反射を生じることもあり、反射防止（ＡＲ）材の付加コーティングあるいは層は、望ましくない反射のような反射光量を減らすように、導電層７０、７１と基板６６〜６８との間で基板６６〜６８上に任意に配設されてもよい。例えば、７６ｎｍのような通常の光の波長の１／４の光学的厚さを有し、約１．８の屈折率を有するＡＲ層は、基板導電層界面での反射を非常に低いレベルに減らす。
【００４７】
ＡＲコーティングを使用することによって、光学要素３６〜４２間の間隔材料は、それの間の空気あるいは真空状態を残すように取り除かれてもよいので、ＭＯＥ装置３２の全重量を減らす。このようなＡＲコーティングは真空蒸着された誘電体でもよいし、あるいは蒸発またはスパッタされた誘電体であってもよい。別法では、ＡＲコーティングは、スピンコーティング、ディップコーティング、あるいはゾルゲル（ＳＯＬ−ＧＥＬ）を有するメニスカスコーティングによって塗布されてもよい。
【００４８】
図２を参照すると、このような導電層７０、７１を使用して、それとの間の電源７２は、例えばＭＶＤコントローラ１８から、殆どあるいは全然散乱のない光学要素３６を通して光７６を液晶分子６０〜６４に整列させ、透過させる光学要素３６の基板６６〜６８間に電界７４を生成するので、光学要素３６はほぼ透明である。
【００４９】
図３を参照すると、電圧７２の除去は、例えば、ＭＶＤコントローラ１８によって制御される高速に切り換え可能なスイッチ７８を開くすることによるような、導電層７０、７１間で回路を開くすることによって起こり得る。電圧７２のこのような除去の際に、液晶分子６０〜６４は、ランダムな向きにあるので、光７６は散乱光８０を生成するようにランダムに散乱される。この構成では、光学要素３６は不透明に見えるので、画像プロジェクタ２０によってそれに集束されたそれぞれの画像４４を受像し、表示する投影スクリーンとして働いてもよい。
【００５０】
代替の実施形態では、図２および図３を参照すると、図示された光学要素３６は、第１の基板６６に隣接する導電層７０をアースに接続すると同時に、第２の導電層６８に隣接する導電層７１を約５０Ｖ〜約２５０Ｖの範囲にある電圧のような電源に接続することによって、図２に示された透明状態にあるように作動されてもよい。光学要素３６を図３のような散乱不透明状態にあるように切り換えるために、電圧の印加は反転されるすなわち、導電層７１は、約１ｍｓ〜約５ｍｓのような所定の遅延のためにアースにされ、次に導電層７０は電源に接続される。この手順は、光学要素３６を透明状態に戻すように再度反転される。したがって、平均直流（ＤＣ）すなわち直流電圧は、一定印加電圧を有することによって故障をもたらし得る光学要素３６に全く印加されない。さらに、加熱を生じ、光学要素への電力要件を増加する連続的な交流（ＡＣ）すなわち交流電圧も全くない。
【００５１】
動作中、ＭＯＥ装置３２の光学要素３６〜４２の１つだけは、所与の時間に散乱不透明な状態にあるので、散乱平面あるいは散乱表面を形成する。画像プロジェクタ２０は投影サイクル中、高レートでスライス２４〜３０を投影し、１スライスはサイクル毎に放射されるので、散乱平面は、可変の程度が弱い投影スクリーンを形成するようにＭＯＥ装置３２の深さを通して高速にラスタ走査を実行されると同時に、残りの透明光学要素によって、観察者１２は受像された画像スライス２４〜３０からの表示画像を見ることができる。
【００５２】
図４〜７に示されるように、連続フレームデータは、画像８２〜８８をフレームデータから生成するようにＭＶＤコントローラ１８から画像プロジェクタ２０に供給されるので、ＭＶＤコントローラ１８は、画像８２が図４のように光学要素３６の上に放射されるとき光学要素３６は不透明であり、画像８４が図５のように光学要素３８の上に放射されるとき光学要素３８が不透明であり、画像８６が図６のように光学要素４０の上に放射されるとき光学要素４０が不透明であり、画像８８が図７のように光学要素４２の上に放射されるとき光学要素４２が不透明であるように、光学要素３６〜４２の切り換えを同期化する。ＭＶＤコントローラ１８は、画像プロジェクタ２０が、フレームデータ１〜４のセットのそれぞれからそれぞれの画像８２〜８８を生成するのに十分な時間を遅延中に有するように、各フレームデータのセットを画像プロジェクタ２０に供給することと、所与の光学要素を不透明にさせることとの間に遅延を導入してもよい。
【００５３】
図４〜図７を参照すると、１つの光学要素が不透明であり、それぞれの画像をそれの上に表示するが、残りの光学要素は透明であるので、光学要素３６上の図４の画像８２は、例えば少なくとも光学要素３８を通して見ることができ、同様に画像８４は図５の少なくとも光学要素４０を通して見ることができ、画像８６は少なくとも光学要素４２を通して見ることができる。画像８２〜８８は、比較的高レートで不透明な状態および透明状態に切り換えられる光学要素３６〜４２上に画像プロジェクタ２０によって高速で表示されるので、画像８２〜８８は単一ボリュメトリック３Ｄ画像３４を形成する。
【００５４】
認知できるちらつきなしに連続するボリュメトリック３Ｄ画像３４を形成するために、各光学要素３６〜４２は、それぞれの画像を受像するためにあり、約３５Ｈｚよりも大きいフレームレートで不透明な状態に切り換えられるべきである。したがって、全３Ｄ画像をリフレッシュおよび／または更新するために、画像プロジェクタ２０のフレームレートは、約Ｎ×３５Ｈｚよりも大きくあるべきである。４０Ｈｚの個別の光学要素フレームレートを有するＭＯＥ装置３２を形成する５０個のＬＣＤ素子のスタックに関しては、画像プロジェクタ２０の全フレームレートは、約５０×４０Ｈｚ＝２ｋＨｚよりも大きいべきである。ＭＶＤシステム１０による高性能および／または高品質ボリュメトリック３Ｄイメージングは、約１５ｋＨｚの画像プロジェクタ２０のより大きいフレームレートを必要としてもよい。
【００５５】
一実施形態では、図４〜図７の画像８２〜８４は、順次表示され、このような順次フレーム配列は、ＭＯＥ装置３２の全ボリュームの光学要素３６〜４２を更新するためのボリューム周期毎に一度の深さの範囲の更新である。このような順次フレーム配列は、静止画像８２〜８８に対して約３２Ｈｚ、および動きを表示する画像８２〜８８に対して約４５Ｈｚのフレーム表示レートのような限界のフレームレート条件で十分であることもある。代替の実施形態では、半ランダム平面配列は、各光学要素が依然としてボリューム周期毎に一度だけ更新されるだけであるけれども、画像ジッタを低下させ、深さの範囲がより高い周波数で更新される動きアーティファクトを減少させるように実行されてもよい。画像プロジェクタ２０のフレームレートを増加させないで認知されたボリュームレートを増加させるこのような半ランダム平面配列は、偶数番号の付いた平面が画像で照らされ、次に奇数番号の付いた平面が照らされる多平面インタレーシングを含む。
【００５６】
ＭＯＥ装置３２は、画像プロジェクタ２０で最初に生成された画像解像度を保持し、高忠実度３次元画像を提供する。液晶パネル３６〜４２は、非常に透明で、明るく、透明状態にぼやけがなく、画像プロジェクタ２０からの光および画像が有効的にほぼ散乱されている不透明な散乱状態と、明るく透明な状態とを迅速に切り換えることができる。
【００５７】
さらなる実施形態では、ＭＯＥ装置３２は軽量であるように構成されてもよい。液晶パネル３６〜４２は、その内部表面上に透明導電層７０、７１を被覆された一対のガラス基板で構成されてもよく、透明導電層７０、７１は絶縁層で被覆されている。ポリマー配向層は絶縁層上に最適に配置されてもよい。所与の液晶パネルの基板間に、液晶組成の薄い層が約１０〜２０ミクロンの厚さであるように配設されている。
【００５８】
パネルの大部分のボリュームおよび重量は、パネルの横方向のサイズおよび数が増加されるとき、潜在的に非常に重いＭＯＥ装置３２に寄与するガラス基板に関連している。プラスチック基板で構成される液晶パネル３６〜４２の実施態様は、重量の増加に対する１つの解決策である。他の実施態様は、非常に薄いプラスチック基板上にロール・ツー・ロール法でＭＯＥ装置３２の光学要素を製造し、連続して非常に低いコスト方法によって製造される処理方法を使用することを含む。
【００５９】
ＭＯＥ装置３２に対してこのような比較的軽量の部品を使用すると、ＭＯＥ装置３２も、動作中でない場合、ＭＶＤシステム１０が携帯であり得るように折り畳み式であってもよい。さらに、光学要素３６〜４２は、さらに、あるいはスピンコーティングあるいはディップコーティングによって有機的に塗布されるＩＴＯ層のような液晶技術の代わりに、他の無機材料を含んでもよい。
【００６０】
高フレームレート画像プロジェクタ
ＭＶＤシステム１０によって生成された３次元画像３４、５６の最大解像度および色深さは、高フレームレート画像プロジェクタ２０の解像度および色深さによって直接求められる。ＭＯＥ装置３２の役割は、主に画像プロジェクタ２０からの一連の２次元画像を３Ｄボリュメトリック画像に変換することにある。
【００６１】
一実施形態では、画像プロジェクタ２０は、短いアークを有するアークランプ光源を含む。ランプからの光は、カラー分離光学素子によって赤成分、緑成分および青成分に分離され、３つの分離空間光変調器（ＳＬＭ）を照明するために使用される。ＳＬＭによる変調後、３つのカラーチャネルは、単一ビームに再結合され、スライス２４〜３０からの各それぞれの２次元画像が、光学要素３６〜４２の中の１つに表示されるように、集束レンズのような光学素子２２からＭＯＥ装置３２に投影される。
【００６２】
代替の実施形態では、画像プロジェクタ２０は、アークランプおよびカラー分離光学部品の代わりに高出力固体レーザを含む。レーザ光源は、効率が高いこと、ビームの指向性が高いこと、および単一波長動作をすること含む複数の利点を有する。さらに、レーザ光源はかなり飽和した明るい色を生じる。
【００６３】
さらにもう一つの実施形態において、もし高速動作が得られるとすれば、異なる技術は、ＳＬＭを実施するために使用されてもよい。例えば、高速液晶装置、マイクロ電気機械（ＭＥＭＳ）装置に基づく変調器、あるいは他の光変調方法は、このような高フレームレートイメージングを行うために使用されてもよい。例えば、テキサス州ダラス市にあるテキサスインストルメンツ(TEXAS INSTRUMENTS)社のデジタルライトプロセッシング（ＤＬＰ）技術、カリフォルニア州のサニーベール市にあるシリコンライトマシンズ(SILICON LIGHT MACHINES)社の回折格子光弁（ＧＬＶ）技術、コロラド州のボールダーにあるボールダーノンリニアシステムズ（BOULDER NONLINEAR SYSTEMS）社のアナログ強誘電型ＬＣＤ装置は、画像プロジェクタ２０によって出力するための画像を変調するために使用されてもよい。さらに、ＳＬＭは、強誘電型液晶（ＦＬＣ）装置であってもよく、ＦＬＣ  ＳＬＭの偏光バイアスが実施されてもよい。
【００６４】
ＭＶＤシステム１０の非常に高い解像度の画像を得るために、画像４４〜５０は、各対応する画像を光学要素上に適当な深さで表示するために、ＭＯＥ装置の各対応する光学要素上に適切に迅速に再集束されねばならない。このような再集束要求を満たすために、http://guernsey.et.tudelft.nl/focus/index.htmlでインターネットで利用可能であるG. Vdovin著「マイクロマシン適応ミラーを使用するイメージング光学部品の高速集束(Fast focusing of imaging optics using micro machined adaptive mirros)」に記載された、高速集束装置のような当該技術分野で知られている装置であってもよい適応光学系が使用される。図８に示されるように、膜光変調器（ＭＬＭ）９０は、制御できる反射および集束特性を有する鏡の役目を果たす薄い可撓性膜９２として有する。膜９２は、プラスチック、ニトロセルローズ、「マイラー（ＭＹＬＡＲ）」、あるいはそれから張力の下で、反射性である金属コーティングの導電性反射層で被覆されているアルミニウムのような金属膜で構成されてもよい。電極および／または圧電アクチュエータ９４は、膜９２にほぼ隣接しているように置かれている。電極９４は、膜９２の表面に対して２次元で延びるように、平坦あるいはほぼ平面であってもよい。膜９２は、円形リングのような楕円取り付けリングのような取り付け構造９６によって、電極９４にほぼ隣接して取り付けられている。
【００６５】
電極９４は、電圧源９８からの約１，０００ボルトのような高圧に置かれることができる。この電圧は、膜９２を引き付けるおよび／またははね返すように所望の範囲内で変えられてもよい。アース１００に接続することによってアース電位にあってもよい膜９２は、このように静電引力によって歪められ、変形させられて、放物状のような曲げられた形状になる。そのように変形される場合、膜９２は、焦点距離、したがって電極電圧を変えることによって高速に変えることができる投影距離を有する集束光学素子として働く。例えば、膜９２の曲面は、曲げられた膜９２の曲率半径の半分に等しい焦点距離を有してもよく、この曲率半径は、膜９２上の張力、膜９２の材料の機械的特性、膜９２および電極９４の分離、電極９４に印加された電圧によって決定される。
【００６６】
一実施形態では、膜９４の偏位は常に電極９４に向かう。別法では、電極９４から膜９２の反対側の透明導電層を有する窓を設置し、次に一定電圧を窓に加えることによって、膜９２は両方向に、すなわち、電極９４から離れてあるいは電極９４の方へ偏位させられるので、より大きい範囲の集束画像を可能にする。複数の方向のこのような膜９２のこのような制御された変化は、例えば、ＳＰＩＥ会議議事録（SPIE CONFERENCE PROCEEDINGS）VOL. 75, pp97-102 (1976)でMartin Yellinによる論文に記載されている。
【００６７】
ＭＬＭ９０の偏向の光学効果は、投影光学部品２２によって拡大され、物体平面からの投影画像を、高再集束レートの画像プロジェクタ２０から様々な距離で集束させてもよい。さらに、ＭＬＭ９０は、その全集束範囲にわたってほとんど一定の画像倍率を保持できる。
【００６８】
図９を参照すると、ＭＬＭ９０は、例えば、画像を投影光学部品２２に集束するために、１／４波長板１０４およびビームスプリッタ１０６に隣接している適応光学系１０２に組み込まれてもよい。物体あるいは物体平面１１２からの画像１１０は、ビームスプリッタ１０６によって水平方向に偏光される偏光子１０８を通過するので、１／４波長板１０４を通過し、反射および集束するために膜９２に入射する円形偏光された光を生じる。反射後、このような集束画像１１４は、入射光１１０の方向に対して９０°偏光された光１１４を生じる１／４波長板１０４を通過し戻される。次に、ビームスプリッタ１０６は、光１１４を投影光学部品２２の方へ反射し、物体の画像を形成する。１／４波長板１０４および偏光子１０８をＭＬＭ９０とを併用することによって、適応光学系は、ＭＬＭ９０を軸ずれでおよび／または投影レンズ２２からの距離に取り付けることを避ける比較的コンパクトな形状に折り畳まれてもよい。
【００６９】
この画像は、投影光学部品２２から垂直な投影平面１１６に対する垂直距離ＦＮに集束されてもよく、最小投影平面１１８からの最小距離ＦＭＩＸ対投影光学部品２２から最大投影平面１２０に対する最大距離ＦＭＡＸ間で、高速に再集束されてもよく、画像の高解像度が保持される。
【００７０】
図１０に示されるように、ＭＬＭ９０、１／４波長板１０４、および偏光子１０８を有する適応光学系を含む画像プロジェクタ２０は、２Ｄスライスが少なくとも１つの光学要素上に集束されるように、２ＤスライスがＭＯＥ装置３２の光学要素３６〜４４間のスペーサ１２２上に入射しないように高集束精度で、３Ｄ画像の個別の２Ｄスライスを個別の光学要素３６〜４２上にこのように選択的に、高速に投影してもよい。
【００７１】
図９および図１０を参照すると、他の代替の実施形態では、画像プロジェクタ２０は、物体平面１１２からの光１１０を変調する複数のピクセル１２６を有するＳＬＭ１２４を含む。切り換えることができる１／２波長板が、９０°だけ向きが異なるＳＬＭ１２４の前部基板および後部基板上に配向層を生成することによって形成されるツイステッドネマティック（ＴＮ）ＳＬＭが使用されてもよい。ＴＮ  ＳＬＭの液晶は、各表面上の配向層に配向し、次に、２つの基板間で滑らかに結合し、１／２周期のらせんを形成する。らせんのピッチは光の波長近くに選択され、らせんは、１／２波長板の役目を果たし、入射光偏光を９０°だけ回転させる。ＴＮ  ＳＬＭに十分な強度の電界の印加によって、２つの基板間の大部分の液晶材料は、基板に垂直な点に再度配向し、らせんを巻き戻し１／２波長板を無効にるので、入射光の偏光の回転を除去する。固有偏光がＴＮ液晶材料にないことによって、ＴＮ  ＳＬＭは、印加電圧の符号に影響を受けなく、電圧のどちらかの符号は波長板の働きで同じ減少を生じるので、ＴＮ  ＳＬＭは、印加電圧の大きさによって決まる遅延を有する波長板の役目を果たす。
【００７２】
別法として、図１１に示されるように、ＳＬＭ１２４は、複数のピクセル１２６で構成される強誘電型液晶（ＦＬＣ）ベースの装置であってもよく、各ピクセル１２６はシリコン基板１３０のような半導体基板上に置かれたＦＬＣ材料１２８を有し、電極１３２はそれとの間に置かれている。電極１３２はアルミニウムで構成されてもよい。透明導体１３４は、ＦＬＣ材料１２８の上に配設され、２．５Ｖの作動電圧のような電圧源に接続されている。例えば、ガラスで構成されるカバースライド１３６は、透明導体１３４上に置かれている。
【００７３】
このようなピクセル１２６で構成されているＦＬＣ  ＳＬＭは、例えば、電極１２８と導体１３４間への電界への印加が、入射光の偏光の回転を生じるツイステッドネマティック（ＴＮ）ＳＬＭと同様に作動する。回転度は印加電圧に比例し、０°〜９０°まで変わる。偏光子１０８のような外部偏光子と組み合わせて、ＳＬＭ１２４の偏光回転は入射光の輝度変調を生じる。
【００７４】
ＴＮ  ＳＬＭと違って、ＦＬＣ  ＳＬＭは、印加電圧とは無関係の遅延を有する波長板を形成する所望の厚さを有するＦＬＣ  ＳＬＭを生じる固有偏光を有する。ＦＬＣ  ＳＬＭは、印加電圧の大きさおよび符号の両方によって決まる向きを有する波長板の役目を果たす。
【００７５】
図１１のＦＬＣ  ＳＬＭ１２４のピクセル１２６に関して、ＦＬＣ  ＳＬＭ１２４の１／２波長板は、水平基準軸に対して約２２．５°である電力供給されていない状態の（un-powred）向きを有するように一般的に実施され、入射光偏光の４５°回転を生じる。電力が供給される場合、透明導体１３４は、ピクセル１２６の電極１３２の電圧範囲の半分であってもよい２．５Ｖにバイアスされる。
【００７６】
図１２〜図１４を参照すると、ＦＬＣ  ＳＬＭ１２４のピクセル１２６によって形成される１／２波長板の主軸の向きは、０°、４５°および９０°偏光をそれぞれ有するように０Ｖ、２．５Ｖ、および５Ｖのそれぞれで示されている。
【００７７】
ＴＮ  ＳＬＭおよびＦＬＣ  ＳＬＭの両方は正しい動作を維持するようにバランスされる直流（ＤＣ）にあるべきである。ピクセル１２６に連続するＤＣ電界を加えることによって、ピクセル１２６を破壊する不純物イオン衝撃によって基板上の配向層の破壊を生じる。このような損傷を防止するために、電界は、ＴＮ  ＳＬＭの場合に約１００Ｈｚ、およびＦＬＣ  ＳＬＭの場合に約１Ｈｚ程度の周波数で周期的および／または不規則的に符号反転される。電界の符号に対するＴＮ  ＳＬＭの感度がないことによって、電界が反転されるとき一定の外観を有するＴＮＳＬＭを通過する画像を生じる。しかしながら、ＦＬＣ  ＳＬＭは、通常、ＳＬＭがＤＣバランスされる場合に画像の黒領域が白に変わり、画像の白領域が黒に変わるグレイスケール反転を生じる電界の符号に影響を受ける。
【００７８】
ＳＬＭ１２４のＤＣバランス中のグレイスケール反転を防止するために、入射光の偏光は、ピクセル１２６への電界の印加によって引き起こされる正負の画像が同じ外観を有するようにバイアスされる。ＳＬＭ１２４および／または個別ピクセル１２６は、ＳＬＭ１２４の前に入射光１１０を受光するように置かれている静止１／２波長板１３８を有する。波長板１３８は、入射光の偏光の２２．５°回転を行うように向けられ、生じるグレイスケールは電極１３２に印加される０Ｖあるいは５Ｖのいずれかに対して最大輝度を有し、２．５Ｖが電極１３２に印加される場合に最大輝度を有する。代替の実施形態では、波長板１３８を包含することによって最大輝度の減少を防止するために、偏光バイアスされたＦＬＣ  ＳＬＭ１２４の最大輝度が波長板１３８なしにバイアスされていないＳＬＭの最大輝度に一致させることができる４５°の静止配向を有するＦＬＣ材料１２８が使用されてもよい。
【００７９】
前述されているように、画像プロジェクタ２０の代替の実施形態では、物体平面１１２の彩色されたおよび／または固体のカラー生成レーザのようなレーザが使用されてもよい。このようなレーザは、例えばＣＤＲＯＭならびにレーザビデオシステムのような他の情報記憶および検索技術で現在で使用可能である青および緑の固体レーザを組み込んでもよい。
【００８０】
画像プロジェクタ２０の１つの代替の実施形態では、適応光学部品は、深さで用いられておらず、その代わりに観察者１２の方へあるいは観察者１２から離れて移動されてもよい３Ｄ画像を生成するように、ヘッドアップディスプレイで使用されてもよい。ＭＯＥ装置３２を使用しないで、２Ｄ画像スライス２４〜３０は、正しい深さで表示するために観察者１２の目の中に直接投影されてもよい。このようなスライス２４〜３０を観察者１２に高速に表示することによって、３Ｄ画像は観察者１２によって認知される。ＭＶＤシステム１０のこの実施形態では、画像プロジェクタ２０の適応光学部品および他の部品は、ヘルメット装着形ディスプレイ用のまたはコックピットでの既存のヘッドアップディスプレイ、あるいは車両のダッシュボード装着形システムに組み込まれるように非常にコンパクトであってもよい。
【００８１】
代替の実施形態では、スライス２４〜３０は、画像４４〜５０のいくつかが、単一光学要素に対応する単一深さでの代わりにＭＯＥ装置３２の深さの範囲にわたって画像を表示することによって、深さをオーバサンプリングするために光学要素３６〜４２の２つ以上にそれぞれ表示されるように生成され、投影されてもよい。例えば、ＭＯＥ装置３２が画像スライス２４〜３０の数よりも多くの光学要素３６〜４２の平面を有する場合、オーバサンプリングは有利であるので、画像４４〜５０の数は画像スライス２４〜３０の数よりも大きい。例えば、スライス２４は、光学要素３６〜３８の両方に画像４４〜４６のそれぞれとして表示した。このようなオーバサンプリングは、光学要素３６〜４２の数あるいは画像プロジェクタ２０のフレームレートを増加させないで、より連続している外観を有する３Ｄ画像３４を生成する。このようなオーバサンプリングは、例えば、それぞれの不透明な複数の光学要素上へのそれぞれの複数の投影サイクル中、単一の投影スライスを受け取るように複数の光学要素を不透明な状態に切り換えことによって実行されてもよい。
【００８２】
多平面データセットからの３Ｄ画像の生成
３Ｄ画像３４を形成するように２Ｄ画像４４〜５０のセットとして表示される２Ｄ画像スライス２４〜３０のセットを生成するために、多平面データセットは、グラフィックスデータ源１６からＭＶＤコントローラ１８によって受信された３Ｄ画像データから生成される。スライス２４〜３０の各々は、ＭＯＥ装置３２内の適切な深さで表示される。すなわち、スライス２４〜３０は、光学要素３６〜４２の特定の１つに選択的に投影される。３Ｄ画像３４のスライス２４〜３０が十分接近して作られている場合、画像３４は連続している３Ｄ画像であるようにみえる。本明細書に記載されている任意の多平面アンチエリアシングも、３Ｄ画像３４の連続している外観を強調するために使用されてもよい。
【００８３】
多平面データセット（ＭＰＤ）を計算する方法は、ＭＶＤシステム１０によって実行される。特に、ＭＶＤコントローラ１８は、このような方法を実行し、グラフィックスコンピュータであってもよいグラフィックスデータ源１６のフレームバッファの色バッファおよび深さ（すなわちｚ）バッファからの情報を結合する。この方法は一定の深さ動作およびアンチエリアシングも含む。
【００８４】
図１５を参照すると、この方法は、ステップ１４０において応答し、ＧＵＩあるいは任意のユーザフィードバック装置５８によるようなＭＶＤシステム１０を操作するユーザ１２と対話し、表示される画像を選択および操作する。このような操作および／または対話から、ＭＶＤシステム１０は、例えば、ＭＶＤコントローラ１８のメモリであってもよいフレームバッファに記憶された画像データからの画像レンダリングをステップ１４２において実行する。フレームバッファは、色バッファおよび深さバッファのようなサブバッファを含んでもよい。通常のレンダリング処理中、グラフィックスコンピュータは、深さバッファの同じ（ｘ，ｙ）位置の各ピクセルのカラーおよび深さを計算する。新しいピクセルの深さが予め計算されたピクセルの深さよりも小さい場合、新しいピクセルは観察者により接近しているので、新しいピクセルのカラーおよび深さは、それぞれ色バッファおよび深さバッファの両方の古いピクセルのカラーおよび深さと取り換えられる。一旦シーンの全ての物体がイメージングのためのデータセットとして表現されると、この方法はステップ１４４〜１５２において連続する。別法としてまたはさらに、フレームバッファの描写画像は、ボリュメトリック３Ｄ画像３４のような３Ｄ画像の生成の準備としての２Ｄコンピュータスクリーン上の３Ｄ画像として観察者１２に表示されてもよいので、観察者１２は、どの画像が３Ｄ画像３４として生成するかを選択できる。
【００８５】
ＭＰＤ計算のための方法を実行する際に、色バッファからのデータはステップ１４４において読み出され、深さバッファからのデータはステップ１４６において読み出される。フレームバッファは、例えば、光学要素３６〜４２のピクセル寸法によって決定されてもよい所望の画像スライス２４〜４２のサイズと同じ、ｘ寸法およびｙ寸法のピクセル数を有してもよい。寸法当たりのピクセル数がフレームバッファと画像スライス２４〜３０との間で同じでない場合、色バッファおよび深さバッファのデータは、画像スライス２４〜３０の所望のピクセル寸法を有するＭＶＤシステム１０と同じ解像度を有するようにステップ１４８においてスケーリングされる。ＭＶＤコントローラ１８は、前述のようにスケーリングされたデータであってもよい色バッファおよび深さバッファのデータから生成された最終ＭＰＤを記憶するメモリの出力バッファを含む。
【００８６】
出力バッファは、２Ｄ画像に対応するデータのセットを記憶し、このような２Ｄ画像は、スライス２４〜３０によって投影される画像４４〜５０と同じ解像度およびカラー深さを有する。好ましい実施形態では、画像４４〜５０の数は、ＭＯＥ装置３２の光学要素３６〜４２によって形成される平面数に等しい。ＭＰＤ計算が完了され、２Ｄ画像のピクセルがステップ１５０において出力バッファに記憶された後、出力バッファは、画像プロジェクタ２０のメモリに保持されてもよいＭＶＤ画像バッファに転送される。画像プロジェクタ２０からの２Ｄ画像は、前述されるように、観察者１２によって観察される３Ｄ画像３４を形成するために画像スライス２４〜３０に変換される。次に、この方法は、例えば３Ｄ画像３４の生成と同時にステップ１４０にループバックし、新しい入力を処理し、それゆえ３Ｄ画像３４を更新あるいは変更し、例えば動画３Ｄ画像を生成する。
【００８７】
ＭＶＤシステム１０は、２つのモード、すなわち可変深さモードおよび固定深さモードで作動してもよい。可変深さモードでは、深さバッファは、ＭＶＤシステム１０による３Ｄボリュメトリックイメージングより前に、別個の２Ｄスクリーン上の３Ｄ画像の極端な深さの値に対応してもよい最大深さ値ＺＭＡＸおよび最小深さ値ＺＭＩＸを決定するために、ステップ１４６を含むＭＰＤ計算より前に試験される。固定深さモードでは、ＺＭＡＸおよびＺＭＩＸは、ＭＶＤシステム１０によって生成される３Ｄ画像３４の前部境界および後部境界のそれぞれを示すために対話形式で、あるいはアプリケーション起動中のいずれかで観察者１２によって割り当てられた値である。可変深さモードによって、２Ｄスクリーン上で見ることができる物体の全ては、このような物体を有するシーンの対話式操作による深さの範囲あるいは画像深さの変化に関係なくＭＯＥ装置３２に表示できる。
【００８８】
固定深さモードでは、このような物体はＭＯＥ装置３２の仮想深さの範囲外にあってもよいので、２Ｄスクリーン上で見ることができる物体は、ＭＯＥ装置３２で見えなくてもよい。固定深さモードの代替の実施形態では、ＭＯＥ装置３２の「背部」あるいは最も後部の光学要素の外側にあるように決定されてもよい画像ピクセルは、その代わりに、観察者１２に対して、最も後部の光学要素上に表示されてもよい。例えば、図１の観察者１２の観点から、この光学要素３６は、遠い画像が投影されてもよい最も後部の光学要素である。このように、物体の全シーンは目に見えるままであるが、ＺＭＡＸおよびＺＭＩＸ間の深さを有する物体だけは、ＭＯＥ装置３２によって生成されるボリュメトリック３Ｄ画像において見える。
【００８９】
本明細書に示されたＭＰＤ方法では、ＺＭＡＸおよびＺＭＩＮの値を使用して、深さバッファ内の深さ値は、ステップ１４８においてオフセットされ、スケーリングされるので、ＺＭＩＮの深さを有するピクセルは０のスケーリングされた深さを有し、ＺＭＡＸの深さを有するピクセルは、ＭＯＥ装置３２の光学要素３６〜４２の平面数に等しいスケーリングされた深さを有する。ステップ１５０において、スケーリングされた深さを有するこのようなピクセルは、そこで、スケーリングされた深さ値ｄｉの整数部［ｄｉ］を試験し、色バッファからのカラー値を同じ（ｘ，ｙ）座標の適切なＭＰＤスライス２４〜３０に割り当てることによって出力バッファ内で分類され、記憶される。このカラー値は関連ピクセルあるいはボクセルの輝度を指示してもよい。
【００９０】
上述したことに基づき、当業者には、ＭＯＥ装置３２の光学要素３６〜４２の選択されたサブセットを使用することにより、同じ効果を達成することができるということが明らかとなろう。しかしながら、好ましい実施形態では、ＭＯＥ装置３２のすべての光学要素３６〜４２を利用する。
【００９１】
上述したように、ボクセルとトライデルとの区別を考慮して、仮想空間からのトライデルの深さをディスプレイ内のそのボクセル深さ座標にマップするプロセスは、実際には２つのステップで生成する。第１のステップは、トライデルの仮想深さ座標（ｚ）を多平面ディスプレイ内の実際の深さ座標（ｚ’）に変換することを含む。第２のステップは、トライデルの連続したｚ’値を特定のディスプレイボクセル（ｋ）の別個の深さ座標ｋに変換することを含む。この理由は、後に明らかとなろう。
【００９２】
ｚからｚ’への変換を、ＭＶＤコントローラ１８において行うこともグラフィックデータ源１６において行うことも可能である。この変換は幾分かディスプレイ依存であるため、好ましくは、ソフトウェア（アプリケーション、ＡＰＩまたはデバイスドライバのいずれか）によるかまたはＭＶＤコントローラ１８内のグラフィックカードハードウェアによって実行される。同様に、ｚ’からｋへの変換を、ＭＶＤコントローラ１８かたまはグラフィックデータ源１６において実行することができる。しかしながら、この変換は、ディスプレイの特定パラメータに依存するため、しばしば、ＭＶＤコントローラ１８において、ハードウェアかまたはファームウェアのいずれかによって実行される。
【００９３】
しかしながら、多平面フレームバッファが実際にはグラフィックデータ源１６のグラフィックカードにあるシステムでは、ｚ’からｋへの変換を、グラフィックカードハードウェアで実行しなければならない。この場合、グラフィックカードは、ＭＶＤコントローラ１８に対して、そのｚ’からｋへのマッピング特性に関して、それらをトライデルのボクセルへの処理中に使用することができるように問合せすることができなければならない。
【００９４】
グラフィックデータ源１６内の仮想深さ座標は、潜在的には、ボリュメトリックディスプレイの物理深さよりずっと深い範囲を有する可能性がある。たとえば、家および通りのシーンは、５０ｍの仮想深さ範囲を有する可能性があるが、ＭＯＥ装置３２は物理的に０．３ｍ深さでしかない可能性がある。さらに、トライデルの仮想深さｚの物理深さｚ’へのマッピングは、一価であればいかなる関数形式をとってもよい。たとえば、上述した可変深さモードでは、もっとも単純なマッピングは、全仮想深さ範囲ＤＶをＭＯＥ装置３２の深さＤＤ内でＤＤ／ＤＶに等しい一定スケールパラメータにより線形に適合するようにスケーリングするというものである。同様に、上述した固定深さモードでは、仮想空間の最初の０．３ｍを１の一定スケールでディスプレイにマップすることができる。ＤＤより大きい深さを有するシーンの部分は、表示しなくてもよく、または２Ｄ背景としてディスプレイの最深平面に描いてもよい。
【００９５】
別の有用なマッピングは、非線形なマッピングであってもよく、低深さ値に対して高解像度を提供しより高い深さ値では低減した解像度を提供する。たとえば、平方根関数では、０近くで最高解像度が提供され、ｚが増大するにしたがい解像度が減る。ＤＶおよびＤＤに対する上記値を使用する例は、０〜５０ｍの範囲のｚに対し以下のマッピングを使用するというものである。
【００９６】
【数１】
2005500578.tif 000003
【００９７】
概して、ｚをｚ’にマップするためにいかなる一価関数を使用してもよく、特定の画像またはアプリケーションに対し最も適当なｚからｚ’へのマッピングをいかに行うかは、プログラマまたは観察者の判断に任される。
【００９８】
ＭＯＥ装置３２内で画像を作成するためには、トライデルの所望の物理深さｚ’から別個のボクセル深さｋを計算する方法が必要である。ＭＯＥ装置３２は、０とＤＤとの間の物理深さの範囲を占有する複数の光学要素または画像平面（Ｎｐｌａｎｅｓ）から構成される。最も簡単な場合では、それらの平面を、量△＝ＤＤ／（Ｎｐｌａｎｅｓ−１）だけ等しく間隔を空けることができる。これにより、ｚ’とｋとの関係が単純で、線形でかつｋ＝ｚ’／△に等しくなる。しかしながら、時に、平面間の間隔を観察者からの深さが増大するにしたがって増大させることが望ましい場合がある。この場合、ｚ’とｋとの関係は非線形となる。たとえば、平面ｋとｋ＋１との間の間隔が
△ｋ＝△０＋△１ｋ
によって与えられる場合、ディスプレイの深さ全体は、
ＤＤ＝（Ｎｐｌａｎｅｓ−１）△０＋（Ｎｐｌａｎｅｓ−１）（Ｎｐｌａｎｅｓ−２）／２
であり、平面ｋの物理深さｚ’は
ｚ’＝△１ｋ＋△１／２・ｋ（ｋ−１）
である。
【００９９】
上記式を、ｋに対して解くことにより、
【０１００】
【数２】
2005500578.tif 000004
【０１０１】
が得られる。
【０１０２】
検分することにより、上記式の負の根が明らかに非物理的な解である負の値を与えるため、正の根が、物理深さｚ’からボクセル深さｋを計算するために使用すべきものであると判断することができる。ボクセル深さを、ボクセルデータがディスプレイに転送される際に「オンザフライで」上記式から計算することができるが、ｚ’およびｋの両方の範囲がＭＯＥ装置３２の設計から既知となるため、事前計算されたルックアップテーブルを使用することがより効率的である場合がある。
【０１０３】
上記式から、概して結果として整数値が得られない、ということが留意される。これは、多平面アンチエリアシングが、仮想深さｚにおけるトライデルに関連する深さｋにおけるボクセルの輝度を２つの隣接するディスプレイボクセル間でいかにして分割することができるかを判断するために役立つため、許容可能である。ｋの整数部により、トライデルの輝度が割当てられる平面の対が確定され、ｋの小数部により、２つの平面間でいかに輝度が配分されるかが確定されるということを想起されたい。たとえば、（ｉ，ｊ）におけるトライデルが５．３４に等しいｋの値を有する場合、トライデルの輝度の３４％が（ｉ，ｊ，６）のボクセルに見られ、トライデルの輝度の６６％が、（ｉ，ｊ，５）のボクセルに見られる。
【０１０４】
開示されたＭＰＤ方法を使用すると、ＭＶＤシステム１０によって生成されたボリュメトリック３Ｄ画像３４は不完全であってもよい。すなわち、このような物体あるいは部分が２Ｄコンピュータスクリーン上の対応する３Ｄ画像を観察する観察者の観点から見えない場合、その物体あるいは部分が完全に除去される。ＭＶＤシステム１０によって生成されたボリュメトリックディスプレイでは、予め隠された物体が見えるようになるように、図１の観察者１２が視角まで移動できる画像観察が行われるので、このようなＭＶＤシステム１０は、３Ｄ画像の既存の２Ｄ表示よりも有利である。
【０１０５】
代替の実施形態では、ＭＰＤ方法は、スケーリングされた深さ値の分数部分、すなわち、そのようなピクセルのカラー値の分数をスライス２４〜３０のセットの２つの隣接ＭＶＤ画像スライスに割り当てるｄｉ−［ｄｉ］、を使用することによって、本明細書に示されるように、アンチエリアシングを実施してもよい。例えば、スケーリングされた深さ値が５．５であり、各スライスが個別の深さ値に対応する場合、ピクセルの輝度の半分はスライス５およびスライス６の各々に割り当てられる。一方、スケーリングされた深さが５．２５の場合、スライス５はスケーリングされた深さに「より接近」し、カラー値の２５％はスライス６に割り当てられるので、色値の７５％はスライス５に割り当てられる。
【０１０６】
アンチエリアシングの異なる度合いは、異なる可視化タスクに適切であり得る。アンチエリアシングの度合いは一方の極値から変えることができるすなわち、カラー値を分数の深さ値の全てを使用する他方の極値に割り当てるために分数深さ値を無視するか、あるいはアンチエリアシングの度合いはこのような極値間の任意の値に変えることができる。このような可変アンチエリアシングは、スケーリングされた深さの分数部分をアンチエリアシングパラメータと乗算し、それから得られた値をアンチエリアシングパラメータの半分だけ負にオフセットすることによって実行されてもよい。最終カラー値は、０と１との間のように負にオフセットされた値を所定の範囲内であるように固定あるいはクランプすることによって決定されてもよい。１のアンチエリアシングパラメータは、全アンチエリアシングに対応し、無限大のアンチエリアシングは全くアンチエリアシングに対応しない。１よりも小さいアンチエリアシングも実施されてもよい。
【０１０７】
深さバッファ値をスケーリングする際に、レンダリング動作およびイメージング動作をサポートするグラフィックスハードウェアのオープングラフィックスライブラリ（ＯｐｅｎＧＬ）マルチプラットホームソフトウェアインタフェースで特定されるような透視投影図が使用されてもよい。このような透視投影図は、深さバッファに非線形の値を生じてもよい。３Ｄ画像３４の仮想深さと可視深さとの間の正確な関係に関しては、ＭＶＤコントローラ１８は、ステップ１４８においてスケーリングされた深さバッファ値をスケーリングするためにこのような非線形性を考慮する。別法として、正投影を、ステップ１４８において深さバッファ値をスケーリングするために使用してもよい。
【０１０８】
当業者には、オブジェクトまたはシーンを３次元で知覚する人間の視覚の能力に寄与する多くの要素があるということが理解されよう。これらの要素には、物理的視覚キュー（cue）と心理的視覚キューとがある。たとえば、物理的視覚キューは、限定されないが以下の物理的効果から生成する。
【０１０９】
シーンの３次元性は、各眼に対してわずかに異なる画像が提供されるという事実に関連する。この両眼効果すなわちいわゆる立体視は、脳が、見ているものに対して３次元性を与えるために処理する重要な物理的キューである。さらに、現実の３次元シーンを見る際、観察者の眼は、３次元シーン内の異なる深さに焦点を合せる際にそれらの焦点を変化させなければならない。時に眼の焦点調節と呼ばれるこの眼の焦点合せの差は、脳が３次元シーンを見ていると結論を下すことを可能にする別の物理的視覚キューである。密接に関連する物理的キューは、眼の輻輳であり、これは、両眼が同じ点を向きそれに焦点を合せなければならないことを意味する。現実の３次元シーンを見る際、眼が３次元シーン内の異なる深さに焦点を合せるのにしたがって眼の輻輳の量が変化する。これにより、見ているシーンが３次元であるという別の物理的キューが脳に提供される。
【０１１０】
物理的キューの別の例は、現実の３次元シーンでは３次元シーンの異なる部分を見るために観察者が移動する必要があるという事実から発生する。このいわゆる「画像回り込み（image look around）」すなわち運動視差は、見ているシーンが実際に３次元であるという知覚を脳に与える現実の３次元シーンに関連するさらに別の物理的キューである。
【０１１１】
上記効果によって例証されるような物理的視覚キューは、空間のボリューム内に作成されそれを占有するため、本明細書で開示するボリュメトリック３次元画像に本質的に存在する。これらの物理的キューは、かかる画像を、３次元であるように見えるが実際にはテレビ画面またはコンピュータモニタ等の２次元ディスプレイ上にレンダリングされる画像とは区別する。
【０１１２】
本質的に、本明細書で開示するボリュメトリック３次元画像ディスプレイは、測定可能であるが有限の深さを有する画像を生成させる。この深さを、含まれる複数の光学要素３６〜４２の数および間隔を含む、ＭＯＥ装置３２の幾何学的特徴を変化させることによって、調整することができるが、ＭＯＥ３２によって生成されるボリュメトリック画像の知覚される深さは、必然的に実際的な考慮によって制限される。
【０１１３】
本技術分野では、現実の３次元シーンを見る場合に脳に提供される物理的視覚キューに加えて、１つまたは複数の心理的キューを使用することにより２次元画像内に深さまたは３次元性の幻影を作成し際立たせることも可能であるということが知られている。限定ではなく例として、シーンの物体に対して深さの外観を与えるように適当なシェーディングおよび／またはシャドーイングによってシーンをレンダリングすることにより、心理的視覚キューを提供することができ、それによりシーンに対して全３次元外観を与えることができる。
【０１１４】
一般的な心理学的視覚キューは強制透視（forced perspective）を用いることによる。既存の２Ｄモニタでは、透視は、観察者からより遠い物体がより小さく見え、平行線が集中するように見えるように、深さの意味を作成する３Ｄデータの可視化において計算上生成される。開示されたＭＶＤシステム１０では、３Ｄ画像３４は、前述の深さの意味を作成する計算上の透視で生成されるので、３Ｄ画像３４の深さは強められる。
【０１１５】
さらに、シーン内の物体を、それらが、物体の観察者からの見かけ上の距離が増大するにしたがって解像度が低減する表面テクスチャを有するようにレンダリングすることにより、シーンに３次元外観を提供することができる。これにより、表面の外観に、シーン内の見かけ上の深さが増大するにしたがって増大する「曖昧さ（fuzziness）」が提供される。この心理的視覚キューに密接に関連するのは、風景等のシーンのレンダリング中に、遠方の物体に関連する不明瞭さの度合いを増大させることにより、または遠方の物体の色を、それらの見かけ上の距離が増大するにしたがって青色に向ってシフトさせることにより、雰囲気効果（atmospheric effect）を追加することである。シーンに３次元深さの外観を与えるさらに他の心理的視覚キューは、遠方にあるものとして知覚される物体の輝度が低減することか、またはかかる物体の焦点が合わなくなることである。
【０１１６】
さらに別の心理的視覚キューは、閉塞の使用であり、それは、前景の物体によってより遠方の物体の一部が不明瞭になる可能性があることを意味する。ボリュメトリックディスプレイは、画像の前景部分が画像の背景部分からの光を遮ることができないため、３Ｄ画像内に真の物理的閉塞を提供することができない。このため、３Ｄ画像の前景部分と背景部分とがともに全体として生成される場合、前景部分を中実ではなく半透明に見えるようにして、背景部分を、前景部分を透かして見えるようにする。しかしながら、前景画像によって遮られる背景画像の部分を生成しないことにより、準閉塞効果をもたらすことができる。このため、少なくとも選択された観察軸を中心とする角範囲内で、この技術により見かけ上の閉塞効果を得ることができる。
【０１１７】
２次元ペインティングに３次元特性を与えること等を望む画家およびアーティストには、心理的視覚キューを使用することは既知であるが、本発明者は、かかる心理的視覚キューの組合せを、本明細書において開示するボリュメトリック３次元ディスプレイによって固有に提供される物理的キューと結合した場合、見かけ上の深さがＭＯＥ装置３２の物理的深さを時に大きい率で超過することが可能な３Ｄ画像が提供されるということを発見した。
【０１１８】
たとえば、３Ｄボックスの内部の画像を、本明細書で開示するシステムにより３Ｄボリュメトリック画像にレンダリングすることができる。ボックスを幾何学的に正確な方法でレンダリングすることにより、ボックスの内部は、ディスプレイの深さ（すなわち、ＭＯＥ装置３２の深さ）より深くは見えない。しかしながら、ボリュメトリック画像を形成する前に３Ｄボックスのレンダリング中に強制的な透視を採用することにより（それによって画像のより深い部分が低減されたスケールでレンダリングされる）、３Ｄボックスを、３次元画像に他の方法で現れるより、大幅に深く見えるようにすることができる。
【０１１９】
別の例として、ボリュメトリックディスプレイ内で遠方に後退する道路の画像を、レンダリングプロセス中にローパスフィルタリングによって実施することができるように、ディスプレイの物理的な深さと、強制的な透視と距離に対する画像解像度の低減との両方の使用と、の組合せを通して、大幅により現実的に見えるようにすることができる。
【０１２０】
上述したことから明らかであるように、ボリュメトリック３Ｄ画像を形成するためにシーンを投影する前のシーンのレンダリング中に、他のものと同様に上述した心理的視覚キューの１つまたは複数を追加することが有利な場合がある。
【０１２１】
ＭＶＤシステムを実施する際、３Ｄ  Ｓｔｕｄｉｏ  Ｍａｘ、ＳｏｆｔＩｍａｇｅおよびＬｉｇｈｔｗａｖｅ等の市販のソフトウェアアプリケーションを使用することにより、ＭＶＤシステム１０内のレンダリングプロセス中に心理的視覚キューを追加することができる。これらのソフトウェアアプリケーションは、グラフィックデータ源１６、ＭＶＤコントローラ１８に存在してもよく、あるいは機能的にＭＶＤコントローラ１８の一部である別個のスタンドアロンプロセッサに含まれてもよい。例として、短い焦点深度に起因する背景ぼけは、シーンの複数のレンダリングを合成することによって追加することができる心理的視覚キューであり、各レンダリングは、カメラを焦点の周囲でわずかに枢動させることによってもたらされる。
【０１２２】
また、グラフィックデータ源１６の入力プロセッサ、ＭＶＤコントローラ１８またはＭＶＤコントローラ１８の一部である別個のプロセッサにより、ぼやけ、深さに対する光の青色シフト、深さに対する輝度の低減および焦点深度という心理的視覚キュー（すなわち、雰囲気心理的キュー）も、リアルタイムで追加することができる。より詳細には、ディスプレイのフレームバッファに転送される画像データを、異なる深さにおける画像が別々の記憶領域にあるように格納することができる。これにより、雰囲気キューをもたらすように深さ依存画像処理を実行することができる。たとえば、深い方の画像のコントラストを低減することにより、ぼやけを追加することができる。深い方の画像の色バランスを青色に向ってシフトさせることにより、青色シフトを追加することができる。深い方の画像の輝度を低減することにより、減光を追加することができる。焦点深度のいずれかの側において距離が増大する画像に対し強度が増大するガウスぼけフィルタを適用することにより、焦点深度ぼけを追加することができる。
【０１２３】
たとえば米国特許第５，８８６，８１８号明細書に述べられているように、空間中にフローティングしているように見えるように投影される拡張２Ｄ画像に関して、しばしば物理的および／または心理的深さキューを追加することにより、２Ｄ画像の表示を「３Ｄ」外観を与えるように向上させる。しかしながら、以前は、限定されないが上述したものを含む物理的および心理的深さキューもまた、本明細書で開示したシステムおよび技法によって生成されるボリュメトリック３Ｄ画像の３Ｄ外観を大幅に向上させることができるということは認識されていなかった。このため、これらのシステムおよび技法によってボリュメトリック３Ｄ画像が生成されるという事実にも係らず、画像レンダリングプロセス中に物理的および／または心理的深さキューをその３Ｄ画像に追加することにより、３次元においてかかるキューがない場合よりさらに現実的であるように知覚される３Ｄボリュメトリック画像が作成される。
【０１２４】
他の実施形態では、スライス２４〜３０は、画像４４〜５０のいくつかが単一の光学要素に対応する単一の深さでの代わりに、ＭＯＥ装置３２の深さの範囲にわたって画像を表示することによって深さをオーバサンプリングするために、光学要素３６〜４２の２つ以上にそれぞれ表示されるように生成され、投影されてもよい。例えば、ＭＯＥ装置３２が画像スライス２４〜３０の数よりも多い平面の光学要素３６〜４２を有する場合、オーバサンプリングは有利であることもあるので、画像４４〜５０の数は画像スライス２４〜３０の数よりも多い。例えば、スライス２４は、光学要素３６〜３８の両方に画像４４〜４６としてそれぞれ表示した。このようなオーバサンプリングは、画像プロジェクタ２０の光学要素３６〜４２の数あるいはフレームレートを増加させないで、より連続する外観を有する３Ｄ画像３４を生成する。このようなオーバサンプリングは、例えば、それぞれの不透明な複数の光学要素へのそれぞれの複数の投影サイクル中、単一投影スライスを受け取るように複数の光学要素を不透明な状態にあるように切り換えることによって実行されてもよい。
【０１２５】
ＭＶＤシステムの代替の実施形態
１つの代替の実施形態では、ＭＯＥ装置３２は、１０個の液晶パネル３６〜４２を含み、長さ５．５インチ（１４ｃｍ）×幅５．２５インチ（１３．３ｃｍ）×奥行き２インチ（４．８ｃｍ）であるような寸法にされる。画像プロジェクタ２０は、赤、緑および青の光を生じる一対のイオンレーザを使用する音響光学レーザビームスキャナを含んでおり、イオンレーザは、高周波数音波によって変調され、次に走査される。レーザスキャナは、２００×２００ポイントの解像度の毎秒１６６，０００ポイントをベクトル走査することができる。４０Ｈｚで作動する１０個の平面ＭＯＥ装置３２と結合される場合、ＭＶＤシステム１０は、全部で４００，０００ボクセル、すなわち３Ｄ画素を有する３Ｄ画像を生成する。２４ビットＲＧＢ解像度のカラー深さは、１Ｈｚの画像更新レートで得られる。実像プロジェクタ５４を使用すると、１００°×４５°の視野を得ることができる。
【０１２６】
他の代替の実施形態では、ＭＯＥ装置３２は、１２個の液晶パネル３６〜４２を含み、長さ６インチ（１５．２ｃｍ）×幅６インチ（１５．２ｃｍ）×奥行き３インチ（７．７ｃｍ）であるような寸法にされる。実像プロジェクタ２０は、１８０Ｈｚのフレームレートでグレイスケール画像を生成するように、フィールド順次カラーモードで作動するようにデザインされた一対のテキサスインストルメンツＤＬＰビデオプロジェクタを含む。２つのプロジェクタをインターレースすることによって、有効的な単一プロジェクタは、３０Ｈｚのレートで１２個の平面ボリュメトリック画像を生成するように３６０Ｈｚのフレームレートで形成される。達成できる横方向解像度は６４０×４８０ポイントである。３０Ｈｚで作動する１２個の平面ＭＯＥ装置３２と結合される場合、ＭＶＤシステム１０は、全部で３，６８６，４００ボクセルを有するグレイ３Ｄ画像を生成する。実像プロジェクタ５４を使用すると、１００°×４５°の視野を得ることができる。
【０１２７】
さらなる代替の実施形態では、ＭＯＥ装置３２は、５０個の液晶パネル３６〜４２を含み、長さ１５インチ（３８．１ｃｍ）×幅１３インチ（３３．０ｃｍ）×奥行き１０インチ（２５．４ｃｍ）であるような寸法にされる。画像プロジェクタ２０は、約１０ｋＨｚのフレームレートで非常に高速であるボールダーノンリニアシステムズから市販されている高速アナログ強誘電型ＬＣＤを含む。達成できる横方向解像度は５１２×５１２ポイントである。４０Ｈｚで作動する５０個の平面ＭＯＥ装置３２と結合される場合、ＭＶＤシステム１０は、全部で１３，１０７，２００ボクセルを有するグレイ３Ｄ画像を生成する。２４ビットＲＧＢ解像度のカラーの深さは、１０Ｈｚの画像更新レートで得られる。実像プロジェクタ５４を使用すると、１００°×４５°の視野を得ることができる。このような解像度および非インタフェースの４０Ｈｚのボリュームレートに関しては、ＭＶＤシステム１０は、２０インチ（５０．８ｃｍ）対角線を有する従来のモニタに等価のディスプレイ機能を有する。
【０１２８】
別の実施形態では、光学要素３６〜４２は、１２８０×１０２４の横方向解像度および２５６の平面の深さ解像度を有してもよい。このシステムは、３７．５Ｈｚのレートで更新される全ボリュームを有する７５Ｈｚの合計レートで交互の平面が書き込まれるインターレースされた深さモードで動作する可能性がある。このようなインタレースは、画像プロジェクタ２０のフレームレートを増加させないで、より高い認知されたボリュームレートを提供する。
【０１２９】
他の実施形態では、ＭＯＥ装置３２は、著しく大きい深さ解像度、および２０億ボクセルよりも大きいボクセル数を生じる２０４８×２０４８ピクセルの横方向解像度のために５００個の平面を含む。この構成のＭＯＥ装置３２のサイズは、４１インチ（１０４ｃｍ）対角線を有する従来のディスプレイに相当する長さ３３インチ（８４ｃｍ）×幅２５インチ（６４ｃｍ）×奥行き２５インチ（６４ｃｍ）である。本実施形態の画像プロジェクタ２０は、２０ｋＨｚのフレームレートを供給するシリコンライトマシンズの回折格子光弁技術を含む。
【０１３０】
仮想対話アプリケーション
フォースフィードバックインタフェースとしてユーザフィードバック装置５８を組み込むＭＶＤシステム１０の代替の実施形態によって、観察者１２は、３Ｄ画像３４、５６がみえる同じ位置で、３Ｄ画像３４、５６の触覚および感覚を認知し、経験する。ＭＶＤシステム１０は、高解像度３Ｄ画像３４、５６を生成できるので、仮想対話は、高解像度表面テクスチュアおよび非常に硬い面、すなわち、観察者１２による表面の一部の仮想現実感の動きの観点から抗力の大きいかつ／またはコンプライアンスが低くみえる面を生成するように、適切なフォースフィードバック装置を使用してＭＶＤシステムで実施される。
【０１３１】
したがって、ユーザフィードバック５８は、高解像度位置エンコーダおよび高周波数フィードバックループを含み、観察者１２の手の運動を、３Ｄ画像３４、５６の修正ならびに観察者１２のフォースフィードバック感覚と調和させる。好ましくは、ユーザフィード装置５８は、部品の減少された質量およびかさばりおよび関連重量ならびに慣性が最少限に観察者１２の動きを邪魔するように、フォースフィードバック誘導グローブのような軽量で、コンパクトな仮想現実部品を含む。
【０１３２】
このようなユーザフィードバック装置は、観察者１２によって着用された任意の着用可能な部品の重量を劇的に減らす軽量炭素複合物を含んでもよい。さらに、非常にコンパクトで、非常に高い解像度光ファイバあるいは容量性位置エンコーダは、手および頭の向きのような観察者１２の一部の位置を決定するために当該技術分野で知られているかさばった光学位置エンコーダの代わりに使用されてもよい。
【０１３３】
観察者１２に着用可能な部品は、ユーザフィードバック装置５８を制御する埋め込みプロセッサシステムを含むので、ＭＶＤコントローラ１８および／またはインタフェース１４の処理オーバーヘッドを軽くする。その唯一の仕事がインタフェースを実行することにある埋め込みプロセッサを使用することによって、全ＭＶＤシステム１０のためのフィードバックレートは、１００ｋＨｚよりも大きくてもよい。非常に高い解像度エンコーダと結合される場合、ＭＶＤシステムは、劇的な高忠実度フォースフィードバックインタフェースを有する。
【０１３４】
このような仮想対話技術を、このようなボリュメトリック３Ｄ画像３４、５６を表示できるＭＶＤシステム１０と併用すると、３ＤＧＵＩは、観察者１２が３Ｄデータをアクセスし、直接操作できるように実施される。データグローブのような知られているインタフェース装置、ビデオジェスチャ認識装置、およびマサチューセッツ州のケンブリッジ市のＭＩＴメディア研究所（MIT MEDIA LAB）から入手できるフィッシュセンサ（ＦＩＳＨ  ＳＥＮＳＯＲ）システムは、ユーザが、例えば、３Ｄグラフィックスおよびコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）システムで、３Ｄデータを直接操作できるように使用できる。
【０１３５】
このような３Ｄ画像およびデータ操作に関しては、ＭＶＤシステム１０は、マサチューセッツ州のローウェル市のスペーステック(Spacetec)社から市販されているスペースボールのような３Ｄマウス装置、ならびに観察者１２が本当の空間で手を移動させるのと同じように画像３４の周りの表示ボリューム領域において３Ｄカーソルをどこへでも移動させる３Ｄポイント装置も組み込んでもよい。別法として、ＭＶＤシステム１０は、ユーザフィードバック装置５８により、観察者１２の手の移動を３Ｄカーソルとして解釈してもよい。
【０１３６】
一実施形態では、ユーザフィードバック装置５８は、観察者１２の手の位置および向きを感知する部品を含んでもよい。例えば、観察者１２は、ポリマス（POLYHEMUS）社から入手できる磁気センサのような位置センサ、および／または仮想現実データグローブに組み込まれた位置センサのような他の種類のセンサを保持あるいは着用してもよい。別法として、手の位置は、コンピュータ画像処理あるいはＭＩＴメディア研究所で開発されたセンサのような無線周波数センサの使用により、３Ｄ画像３４の表示ボリューム内で感知される。筋肉疲労を避けるために、ユーザフィードバック装置５８は、パーソナルコンピュータの２Ｄスクリーン上の２Ｄカーソルの位置を制御するためにデスクトップのフラットな表面上の従来の２Ｄマウスの２Ｄ移動と同様に表示された３Ｄ画像３４から、物理的に離れている非常に小さい感知空間の観察者１２の手あるいは指の移動を感知してもよい。
【０１３７】
ＭＶＤシステムの利点
ＭＶＤシステム１０を使用して、３Ｄ画像３４、５６は、観察者１２による自然観察を与えるように生成されるが、それは、すなわち、３Ｄ画像３４、５６が、現実の物体を観察することに関連する深さキューすべてを実質的に有し、目の過労を最小限度にし、疲労せずに延長された時間の間も観察することを可能にする。
【０１３８】
ＭＶＤシステム１０は、当該技術分野において知られている数多くのボリュメトリックディスプレイ上の大きさの少なくとも１つの大きさの度合いである例えば、３，０００，０００よりも大きなボクセル数を提供するＭＯＥ装置３２により、高度の解像度／ボクセル数を提供する。さらに、２Ｄ画像４４〜５０のように画像スライス２４〜３０を表示するように適応させた矩形の断面を有するＭＯＥ装置３２などの、３Ｄ画像３４を表示するために直線幾何学を、好ましくは使用することによって、ＭＶＤシステム１０は、付加的な変換ソフトウエアを必要としないで、コンピュータ性能とディスプレイ更新レートを容易にしかつ最大限にする数多くの知られているグラフィックスコンピュータならびにグラフィカルアプリケーションプログラムの内部座標システムにマッチする１つの座標システムを使用している。さらに付け加えると、１つの好適な実施形態においては、ＭＯＥ３２の画像ボクセルは、同一かつ定常的な形状、大きさ、向きを有しており、それにより３Ｄ画像３４における画像の歪みを消去する。
【０１３９】
当該技術分野において知られているマルチビュー自動立体ディスプレイとは異なり、ＭＶＤシステム１０は、たった１つだけの代わりに複数次元における観察により３Ｄ画像を「見渡せる」ことを可能にする水平と垂直の両方の視差により広範な視野を提供する。さらに、マルチビュー自動立体ディスプレイとは異なり、ＭＶＤシステム１０の視野は、全方向において連続的であり、それはすなわち、ＭＯＥ装置３２に対して観察者１２が動く際に、３Ｄ画像３４で混乱させるようなジャンプがない。
【０１４０】
さらに、ＭＯＥ装置３２における光学要素３６〜４２の静的構成のため、ＭＯＥ装置３２の全体のバランスを喪失するような場合に、ＭＯＥ装置３２の画像の歪み、ディスプレイ振動、また破滅的な機械的障害をも結果的に生じる可動部品がない。
【０１４１】
ＭＶＤシステム１０はまた、閉塞、すなわち、背景物体によって放射される光の前景物体による障害を避けることが可能である。コンピュータ上の閉塞と呼ばれる閉塞の１つの限定された形態は、画像構築と表示のレートを改善するため、特定の視点を取り上げて、またその後にその視点からは見ることができない表面を単に描かないことによって作り出すことができる。しかし、観察者１２が前景物体を見渡そうと試みる場合には、描かれなかった背景物体の部品は見えない。１つの実施形態においては、ＭＶＤシステム１０は、背景光を吸収することにより閉塞を作り出す散乱状態にある他の光学要素とともに、１つの画像を表示する散乱している光学要素を散らばらせることにより、閉塞の欠如に対する補償を行う。ゲストホストポリマー分散液晶は、染料が液晶分子と一緒に混合され、印加される電圧により材料の色が変化することを許容する光学要素３６〜４２において使用することができる。
【０１４２】
ＭＶＤシステム１０はまた、実画像プロジェクタ５４を使用すると、ＭＯＥ装置３２まで達するハウジングを必要し、そのためＭＯＥ装置３２に達する周囲光の量を減らすことになり、またそれによってコントラストグラデーションを防ぐことになるため、ＭＶＤシステム１０の周囲の照明によるコントラストグラデーションをほとんど有していないに等しい。
【０１４３】
別法として、コントラストグラデーションは、周囲の照明に比例して画像プロジェクタ２０からの照明を増加することにより、また観察可能なレベルにまで画像の明るさを減らすために、ＭＯＥ装置３２の周囲に吸収用プラスチックの囲いを取り付けることにより、減らすことができる。周囲光が、観察者１２に達するには吸収用の囲いを２度通過しなければならない。一度は途中で、またもう一度はＭＯＥ装置３２の光学要素３６〜４２を散乱させた後である。反対に、画像４４〜５０を形成する画像プロジェクタ２０からの光は、観察者１２への途中で吸収用の囲いの中を通過するだけであり、またそのため、周囲光により受ける損失の平方根の関数である照明の損失が減った。
【０１４４】
周囲光の影響を減らす代替の実施形態の１つは、赤、緑、青における３つの狭いスペクトルのバンドパスを付けた１つの囲いと、そうした周囲光の影響を減らすためには非常に効果的であるバンド外の光に対する高度な吸収材料を使用するものである。レーザー光源からの狭いバンドの光はＭＯＥ装置３２から散乱した後も減衰されずに透過し、一方、周囲の照明から得られる広域バンド光はほとんどが吸収されるため、画像プロジェクタ２０でレーザー光源を使用することにより、周囲光の点でより高い性能が得られる。
【０１４５】
ＭＯＥ装置におけるアンチエリアシング
もう１つの代替の実施形態においては、図１６を参照して、また本明細書に説明されているように、画像データの画像プロジェクタ２０への送信の前に、またそこからＭＯＥ装置３２の光学要素１６０〜１６８までの送信の前に、ＭＶＤコントローラ１８または別法としてグラフィックスデータ源１６が、光学要素１６０〜１６８上に３Ｄ画像３４に表示されている特徴を円滑にするように、画像データ上で３Ｄアンチエリアシングを行うことができる。３Ｄアンチエリアシングを使用して、システム１０は、ｚ軸に対して垂直であるｘ−ｙ平面に整列している光学要素１６０〜１６８により、ＭＯＥ装置３２の固有の分離ボクセル構成により引き起こされる表示のピクセル化による例えば、ｚ方向に沿って平行平面１６２〜１６４の間にある深さの画像のきざきざになった線または不完全な領域を回避する。
【０１４６】
画像スライスに対応するデータが生成されると、画像素子１７０が平面移行部の１つの端の近傍に現れて、すなわち、光学要素の間、例えば、光学要素１６２〜１６４の間に現れる。説明的な目的のためにのみ、図１６〜図１８に示されている光学要素１６０〜１６８とボクセル１７０の構造形態は、開示されているアンチエリアシングシステムおよび方法をさらに明らかに説明し図示するために誇張されており、またそのため、光学要素１６０〜１６８は相対的にその間に小さな間隙を有していることが理解されるべきである。
【０１４７】
特定の画像素子１７０におけるかつプロジェクタ２０から光学要素１６２〜１６４上に照明される３Ｄ画像における突然の移行を避けるために、光学要素１６２〜１６４上の各画像１７２〜１７４が、それぞれ画像素子１７０または一部分あるいはその誘導形態を含むように生成することができ、したがって、画像素子１７０は、その移行を柔軟化し、またさらに図１の３Ｄ画像３４が連続的にみえることを可能にする光学要素１６２〜１６４により形成される両方の平面の間で共有される。それぞれ連続的になっている光学要素１６２〜１６４上の画像素子１７２〜１７４の輝度は、画像データにおける画像素子１７２〜１７４の位置により変わる。
【０１４８】
図１６を参照すると、光学要素１６０〜１６８の数Ｎは、平面ＬＣＤ表面（複数）になっていて、したがって、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、・・・ＰＮと標識され、またＭＯＥ装置３２の幅である距離Ｄにわたっている。したがって、光学要素１６０〜１６８それぞれは、ＤＮ−Ｄ１＝Ｄとなるように、共通基準点からｚ軸に沿って距離Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、・・・ＤＮの間隔で配置されることができる。例えば、共通基準点は、プロジェクタ２０に対してｚ軸に沿ってもっとも近い光学要素１６０であり、したがってＤ１＝０、またＤＮ＝Ｄであることができる。別法として、光学要素１６０〜１６８の距離は、プロジェクタ２０のレンズ２２から測定され、したがって光学要素１６０からの相対的距離を得るために、光学要素１６０とレンズ２２からのオフセット距離ＤＯＦＦＳＥＴが、レンズ２２からの光学要素１６０〜１６８の絶対的距離Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、・・・ＤＮから減算される。したがって、Ｄ１＝ＤＯＦＦＳＥＴとなる。光学要素１６０〜１６８はまた、その間の均一な間隙Ｓを有してもよい、あるいは別法として、光学要素１６０〜１６８の間の間隙は変化してもよい。
【０１４９】
本明細書に説明されているように、各ボクセル１７０の深さ値は、レンズ２２あるいは光学要素１６０のいずれかにおいて、基準点からｚ軸に沿って測定され、またそうした深さ値は、色バッファのなかに格納されている関連する色値とともに深さバッファのなかに格納されている。例えば、深さ値ＤＶは、ボクセル１７０と関連している。
【０１５０】
アンチエリアシングを実施するために、またしたがって光学要素１６２〜１６４の間に横たわっているボクセル１７０の外観を円滑にするために、深さ値ＤＶと光学要素１６２〜１６４の間の距離ＤＡ、ＤＢがそれぞれ測定され、そうした距離はアンチエリアシングパラメータを生成するのに使用される。アンチエリアシングパラメータは、その後、２つのボクセル１７２〜１７４のそれぞれの色値を生成するために、アンチエリアシングパラメータにより修正されたボクセル１７０に対応している色値が、光学要素１６２〜１６４上の２つのボクセル１７２〜１７４をそれぞれ生成するのに使用される。
【０１５１】
図１７はアンチエリアシングを使用していない、１つのボクセル表示を示している。図１７に示されているように、光学要素１６２上のボクセル１７６〜１７８と、光学要素１６４上のボクセル１８０〜１８４は、ボクセル１７８〜１８０により規定されている境界で急峻な移行を形成する。光学要素１６２〜１６４の間の距離が大きい場合には、画像３４の目立ったぎざぎざな、あるいは断続的な外観が、表示されたボクセル１７６〜１８４の組み合わせにより形成される可能性がある。例えば、ボクセル１７８は光学要素１６２により近いが、光学要素１６２の上になく、またボクセル１８０は光学要素１６２により近いが、光学要素１６２上にないといった、ボクセル１７８〜１８０が、光学要素１６２〜１６４の間の深さ値を有することもある。こうした中間的な深さ値はその後に、ボクセル１７８〜１８０を表示するために、光学要素１６２〜１６４の分離深さ値Ｄ２、Ｄ３にそれぞれ変換されてもよい。さらに、図１７におけるボクセル１７８〜１８０の色値は変わらず、したがってこのボクセル１７８〜１８０の色の強度は、このように異なった光学的深さでは異常に見えることもある。別法として、移行部のボクセル１７８〜１８０は、それらの中間的な深さのため除外されるが、ボクセル１７６と１８２〜１８４で構成される３Ｄ画像３４には、穴あるいは破損があるように見える。
【０１５２】
アンチエリアシングを使用して、図１８に示されているように、両方の移行ボクセル１７８〜１８０を、光学要素１６２上に表示されているボクセル１７８Ａ〜１８０Ａと光学要素１６４上に表示されているボクセル１７８Ｂ〜１８０Ｂとともに、新しいボクセル１７８Ａ〜１７８Ｂと、１８０Ａ〜１８０Ｂを生成するのに使用してもよい。さらに、図１８に示されているように、ボクセル１７６と１８２〜１８４の色値は変化しないように修正されるが、アンチエリアシングを実施することにより、新しいボクセルの色値が、新しいボクセル１７８Ａ〜１７８Ｂと１８０Ａ〜１８０Ｂがそれぞれ、異なった深さにわたってｘ−ｙ平面における画像の移行を柔軟化するために調節された色を有するように、修正されることがある。したがって、図１９に示されているように、ボクセル１７６〜１８４は、図１７にある画像に関して曲線１７６により見かけ上の深さで突然の移行が行われるが、図１８にあるボクセル１７６、１７８Ａ〜１７８Ｂ、１８０Ａ〜１８０Ｂ、１８２〜１８４は、曲線１８８により見かけ上の深さで相対的により円滑な移行が行われる。説明的な目的のみのために、曲線１８６〜１８８は、曲線１８６〜１８８を明瞭に示すために、図１８に重ね描きされてはいないことに留意すべきであり、したがって、図１８において、ボクセル１７６と１８２〜１８４の見かけ上の深さは、アンチエリアシングをするしないに関わらず同一であることに留意されたい。
【０１５３】
図１９においては、図１８のボクセル１７８Ａ〜１７８Ｂは、ボクセル１７８Ａ〜１７８Ｂの深さの中間にあって、また光学要素１６２上にはないが、そのより近傍にあるように、図１７のボクセル１７８の元の深さに対応している見かけ上の深さ１７８Ｃをもって、光学要素１６２〜１６４にわたる画像を形成する。同様に、図１８のボクセル１８０Ａ〜１８０Ｂは、ボクセル１８０Ａ〜１８０Ｂの深さの中間にあって、光学要素１６４上にではなく、その近傍にあるように、図１７のボクセル１８０の元の深さに対応している見かけ上の深さ１８０Ｃをもって、光学要素１６２〜１６４にわたる画像を形成する。
【０１５４】
アンチエリアシングは、もっとも近傍の境界光学要素に限定されていないが、その代わりに、ボクセル１７８〜１８０は、それぞれの複数の光学要素１６０〜１６８上に対応する複数のボクセルを生成するのに使用してもよく、したがって、例えば、図１９の曲線１８８よりも円滑である深さ移行曲線を提供するために使用してもよい。例えば、アンチエリアシングによる深さ移行曲線１８８は、シグモイドあるいはタンジェント関数に近似することが可能である。
【０１５５】
図１６を参照すると、ボクセル１７０のアンチエリアシングを実施するために、少なくとも１つの光学要素からボクセル１７０までの距離の関数である少なくとも１つの深さ調節値１が生成される。１つの実施形態においては、各光学要素１６２〜１６４からの距離ＤＡ、ＤＢのスケーリング値の関数である調節値１、ｍが生成されてもよい。調節値１、ｍはその後に、ボクセル１７０のｘ−ｙ位置に等しい光学要素１６２〜１６４上の各ｘ−ｙ位置を有するボクセル１７２〜１７４とともに、新たに生成されたボクセル１７２〜１７４に関連している新しい色値ＣＡ、ＣＢを生成するように、ボクセル１７０に関連する色値ＣＶを修正するのに使用される。
【０１５６】
１つのボクセルの色値は、表示されるべきボクセルの輝度を少なくとも特定することができる。別法として、ボクセル１７０を、色づけしたボクセルの輝度を特定する少なくとも１つのスカラを含むパラメータのセットに関連させることが可能である。したがって、色値の修正が、調節値による色値の乗算によって実施され得る。例えば、色値ＣＶ＝１２輝度単位および調節値λ＝０．５に関しては、修正色値ＣＡは、ＣＶλ＝（１２輝度単位）×（０．５）＝６輝度単位であるとして求められる。
【０１５７】
１つの実施形態においては、距離ＤＶは、１からＮまでの深さ値であるようにスケーリングされ、Ｎは光学要素１６０〜１６８の数であり、例えば、図１６に示されているように、標識Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、・・・ＰＮに対する指標として、各整数値１〜Ｎが光学要素１６０〜１６８の特定の１つに対応している。調節値１、ｍはスケーリングされた深さ値から求められる。光学要素１６０〜１６８が距離Ｄに沿って定常間隙Ｓをもって一様な間隔で配置されている場合には、すなわち、
Ｓ＝Ｄ／（Ｎ−１）                                                  （１）
したがってボクセル１７０のスケーリング距離は、
ＤＳＣＡＬＥＤ＝）（ＤＶ−ＤＯＦＦＳＥＴ）／Ｓ＋１                  （２）
であり、ここでは、ＤＶはレンズ２２ないし他の基準点から測定された絶対距離である。例えば、レンズ２２がｚ軸の原点であれば、光学要素１６０は距離Ｄ１＝ＤＯＦＦＳＥＴにあることになる。
【０１５８】
ＤＳＣＡＬＥＤは、１≦ＤＳＣＡＬＥＤ≦Ｎであるような実数値であり、したがって０と１の間の範囲にあるＤＳＣＡＬＥＤの分数部分は、光学要素１６２〜１６４からの相対距離を示す。ｚ軸に沿っていずれの側にもボクセル１７０と接している光学要素１６２〜１６４に関しては、光学要素１６２〜１６４の指標はそれぞれ、
［ＤＳＣＡＬＥＤ]および                                            （３）
［ＤＳＣＡＬＥＤ]＋１                                              （４）
であり、ここで、［Ｘ］は、１つの値あるいは変数Ｘのフロアあるいは整数関数であり、すなわち、Ｘ未満の最大整数を返す関数である。
【０１５９】
ＤＳＣＡＬＥＤの分数部分は、
λ＝ＤＳＣＡＬＥＤ−［ＤＳＣＡＬＥＤ］                              （５）
であり、したがって、
μ＝１−λ                                                          （６）
である。ボクセル１７２、１７４にそれぞれ関連している各輝度を示す色値ＣＡ、ＣＢは、以下のように値を割り当てられる。すなわち、
ＣＡ：＝ＣＶ（１−λ）                                              （７）
ＣＢ：＝ＣＶλ＝ＣＶ（１−μ）                                      （８）
である。ここでは、シンボル「：＝」は、１つの新しい値の割り当てを示している。
【０１６０】
例えば、レンズ２２から深さＤＶ＝９．２単位を有するボクセル１７０に関しては、オフセットＤＯＦＦＳＥＴ＝３．０単位であり、ＭＯＥ装置３２が長さで２０単位伸びている５つの均等に間隔を空けて配置された光学要素を有する場合には、式（１）により、Ｎ＝５、Ｄ＝２０、その後に間隔Ｓ＝５単位であり、また式（２）によりＤＳＣＡＬＥＤ＝２．２４である。ボクセル１７０はこのように、式（３）および（４）に対し、指標［ＤＳＣＡＬＥＤ]＝２および[ＤＳＣＡＬＥＤ]＋１＝３を有する光学要素の間に位置決めされており、また、したがって図１６において、標識Ｐ２とＰ３を有する光学要素１６２〜１６４は、新しいボクセル１７２〜１７４がボクセル１７０に対応してその上に表示されるべき光学要素として特定される。
【０１６１】
本実施例においては、式（５）および（６）からスケーリングされた深さの分数値はλ＝０．２４であり、またしたがってμ＝０．７６である。したがって、（１−λ）＝０．７６、および（１−μ）＝０．２４であり、また式（７）および（８）から、ボクセル１７２の色値は、元のボクセル１７０の輝度のＣＡ＝０．７６ＣＶ＝７６％であり、またボクセル１７４の色値は元のボクセル１７０の輝度のＣＢ＝０．２４ＣＶ＝２４％である。したがって、ボクセル１７０は、光学要素１６４よりも光学要素１６２に「より近い」ため、対応する新しいボクセル１７２〜１７４は、より近い光学要素１６２が、２つのボクセル１７２〜１７４の間の色の大部分を表示するように分布された輝度を有し、一方、さらに遠くにある光学要素１６４は、ボクセル１７０で光学要素１６２〜１６４の間にある３Ｄボリュメトリック画像の移行部の外観に対してより少ないがしかしゼロ量ではなく貢献する。
【０１６２】
光学要素１６０〜１６８上に正確にある深さ値を有するボクセル１７０に関しては、アンチエリアシングは必要ない。したがって、式（２）〜（４）は、整数値に退化し、また式（５）および（６）の結果は、調節値λ、μはそれぞれ０と１であり、あるいはそれぞれ１と０であり、したがって、色値の調節は行われない。不必要な計算を避けるために、ＭＶＤコントローラ１８は、式（２）における計算が、１パーセントといった所定の誤り公差内にあって、結果的に整数になるかどうかをチェックすることができ、また、もし整数になるのであれば、ボクセル１７０は、光学要素１６０〜１６８のうちの１つ上に正確にあるように求められ、あるいはそのように考えられる。アンチエリアシングの手順は現時点で処理されたボクセル１７０に関しては完了し、またその手順はその後に、３Ｄ画像３４の他のボクセルを処理するよう継続することができる。
【０１６３】
式（１）〜（８）を使用する本実施形態においては、ＭＯＥ装置３２の均一な間隔と他の特性が知られているため、ボクセル１７０の距離ＤＶとＭＯＥ装置の特性が、式（３）および（４）によってどの光学要素がボクセル１７０と接するかを判定するので、もっとも近くにある境界光学要素を検索する必要はない。
【０１６４】
もう１つの実施形態においては、均一な間隔か、あるいは可変および／または非均等な間隔かのいずれかを有するＭＯＥ装置３２の光学要素１６０〜１６８に関しては、アンチエリアシングは、上の式（７）および（８）と関連して下に説明されている式（９）〜（１３）を使用して実施することができる。例えば、プロジェクタ２０とレンズ２２からのＭＯＥ装置の可変間隔および／または可変オフセットを有するＭＯＥ装置に関しては、アンチエリアシング方法を、光学要素１６０〜１６８の間隔と構造形態の修正の間にオンザフライ式に実施することができる。光学要素１６０〜１６８の距離／深さが変化し得るため、代替の実施形態においては、アンチエリアシング法では、現時点で処理されているボクセル１７０と接している少なくとも２つの光学要素を、以下のように、距離／深さ値ＤＮＥＡＲ１とＤＮＥＡＲ２を有する２つの境界光学要素に対して光学要素１６０〜１６８それぞれの深さ値を検索することにより求める。すなわち、
ＤＮＥＡＲ１≦ＤＶ≦ＤＮＥＡＲ２                                  （９）
【０１６５】
変数ＮＥＡＲ１とＮＥＡＲ２は、光学要素１６０〜１６８のなかから関連する光学要素を特定する整数指標であることができる。例えば、図１６において、ＮＥＡＲ１＝２とＮＥＡＲ２＝３は、ｚ軸に沿ってボクセル１７０と接している光学要素１６２〜１６４に対応している。
【０１６６】
深さ調節値λとμは次にように決定される。
λ＝｜（Ｄｖ−ＤＮＥＡＲ１）／（ＤＮＥＡＲ１−ＤＮＥＡＲ２）｜    （１０）
λ＝｜（Ｄｖ−ＤＮＥＡＲ２）／（ＤＮＥＡＲ１−ＤＮＥＡＲ２）｜    （１１）
ここで、｜Ｘ｜は値すなわち変数Ｘの絶対値すなわち大きさの関数である。
【０１６７】
式（１０）および（１１）から得られる深さ調節値は双方共が次式を満足する正の実数である。
０≦λ，μ≦１                                                    （１２）
λ＋μ＝１                                                        （１３）
したがって、深さ調節値が、光学要素間の非一様なかつ／または可変の距離をスケーリングし、次に式（７）および（８）中で用いられて、対応する調節済み色値を持ったボクセル１７２〜１７４を生成する。式（１０）および（１１）に示すように、深さ調節値１とｍは、光学要素１６２〜１６４にそれぞれ関連したボクセル１７２〜１７４の深さの範囲内においてボクセル１７０の深さの内挿に基づいている。
【０１６８】
一様な間隔を有する上記の例では、式（９）〜（１３）はＤＶ＝９．２単位、ＤＮＥＡＲ１＝Ｄ２＝８単位、ＤＮＥＡＲ２＝Ｄ３＝１３単位という条件で適用されており、したがって、
λ＝｜（９．２−８）／（８−１３）｜＝１．２／５＝０．２４
μ＝｜（９．２−１３）／（８−１３）｜＝３．８／５＝０．７６
となるが、これは式（１）〜（８）を用いた調節値と一致している。この代替の実施形態は、ＭＯＥ装置３２と光学要素１６０〜１６８の寸法的および空間的特徴が変化する場合には有用であるが、新しいボクセル１７２〜１７４を生成するために適切な境界光学要素１６２〜１６４を決定するための検索が必要である。
【０１６９】
図２０は本明細書に述べる３Ｄアンチエリアシングを実施する方法の流れ図を示すが、同図では、ボクセル１７０のような表示される現行のボクセルに対して、本方法は、それに対応する深さ値ＤＶと色値ＣＶをステップ１９０でそれぞれ深さバッファと色バッファから読み取る。次に、本方法は、光学要素間間隔が一定であるかどうかをステップ１９２で判断する。例えば、ＭＶＤコントローラ１８の構成設定が、光学要素１６０〜１６８が固定されていて、一様または非一様な分布を有しているかどうか、および／またはＭＶＤコントローラ１８とＭＯＥ装置３２が、本明細書で説明するように可変間隔モードで動作するかどうかを示すこともある。
【０１７０】
間隔が一定である場合、本方法は次にステップ１９４で、式（１）および（２）を用いて光学要素１６０〜１６８の指標の範囲内にあるように深さ値ＤＶをスケーリングし、次に本方法はステップ１９６で式（３）および（４）を用いて、ステップ１９６において深さ値ＤＶに最も近く、これと接する光学要素を決定する。そうでなく、ステップ１９２で間隔が一定でなかった場合、本方法はこの代替の実施形態で、ステップ１９４なしでステップ１９６を実行して、式（９）を満足する光学要素を決定することができる。すなわち、光学要素１６０〜１６８の各々の距離／深さの値を検索する手順を用いる。別の代替方法では、ステップ１９２は、ＭＶＤコントローラ１８とＭＯＥ装置３２の構成と動作モード次第で、任意に実行されたり省略されたりし得る。
【０１７１】
次に、本方法は、本明細書で説明するように実施される実施形態によって、式（５）および（６）または式（１０）および（１１）を用いてステップ１９８で深さ調節値λおよび／または第２の値μを決定する。次に、本方法は、式（７）および（８）を用いて１つまたは複数の深さ調節値を用いて最も近い境界光学要素上のボクセルに対してステップ２００で色値を調節し、また、この調節された色値を持つ最も近い境界光学要素上の調節済みボクセルをステップ２０２で表示する。
【０１７２】
別の代替の実施形態では、中程度のアンチエリアシングが実施される。例えば、調節値λとμは、例えば、ボクセル１７０の輝度の半分が、ボクセル１７２〜１７４の各々に割り当てられるように、０．５という値に固定されてもよい。このような中程度のアンチエリアシングによって、図１９の曲線１８９で示されるような中間移行曲線に対応する中間深さ１８０Ｄなどの見かけ上の深さが生成されることがある。
【０１７３】
他の代替の実施形態では、アンチエリアシングの程度は、１つの極値から、すなわち、色値を割り当てるために深さの分数値λとμを無視して、深さの分数値λとμの全てを用いる別の極値まで変化し得るすなわち、アンチエリアシングの程度はこのような２つの極値間のいかなる値でも取り得る。このような可変のアンチエリアシングは、スケーリングされた深さの分数部分１をアンチエリアシングパラメータＰで除算し、次にその結果値を１から負の方向にオフセットすることによって実行され得る。すなわち、ａを式（５）および（１０）で計算した後で、変数値λＶＡＲが次式のように計算される。
λＶＡＲ＝λ／Ｐ                                                  （１４）
【０１７４】
最終的な色値は、負方向にオフセットされた値を所定の範囲内、例えば０と１の間に収まるように固定またはクランプすることによって決定され得る。したがって、式（７）および（８）は可変のアンチエリアシングに対して次式のように修正される。
ＣＡ２＝ＣＶ（１−λＶＡＲ）                                      （１５）
ＣＢ２＝ＣＶλＶＡＲ                                              （１６）
【０１７５】
このように、図２０のステップ１９８〜２０２はそれぞれ式（１４）〜（１６）を実施して、可変アンチエリアシングを提供することができる。
【０１７６】
Ｐ＝１のアンチエリアシングパラメータは、全アンチエリアシングに対応し、任意の高い数値で計算的に実施され得る無限のアンチエリアシングパラメータＰ→∞は、いかなるアンチエリアシングにも対応していない。１未満のアンチエリアシングパラメータもまた実施され得る。例えば、Ｐ＝１である場合、上記の式（１）〜（１３）に対するアンチエリアシングが実施される。
【０１７７】
別の例では、アンチエリアシング値がλ＝０．２４でアンチエリアシングパラメータが３である場合、式（１４）によってλＶＡＲ＝０．０８であり、したがってＣＡ２＝０．９２ ＣＶ＝ボクセル１７０の色値の９２％であり、一方、式（１５）および（１６）につき、ＣＢ２＝０．０８ＣＶ＝ボクセル１７０の色値の８％となる。前の数値の例と比較して、このような可変アンチエリアシングは、見かけ上の深さにおけるボクセル１７２の貢献度を７６％から９２％に増加させ、一方、ボクセル１７４の貢献度は２４％すなわち約１／４から１０％未満にまで減少する。さらなる例では、Ｐ→∞の場合、アンチエリアシングは消滅し、したがって、式（１４）によってλＶＡＲ＝０．００となる。このように、式（１５）および（１６）につき、ＣＡ２＝（１．０）ＣＶ＝ボクセル１７０の色値の１００％であり、一方ＣＢ２＝（０．０）ＣＶ＝ボクセル１７０の色値の０％である。したがって、光学要素１６２〜１２４の間にあるあらゆるボクセル１７０がアンチエリアシング無しで、より近い光学要素１６２上に表示され、したがって、図２０のステップ２０２は、Ｐ→∞の場合、基準点からより遠い第２のボクセルを生成しない、したがって表示しないステップをさらに含む。例えば、ボクセル１７４は生成されない。
【０１７８】
可変アンチエリアシングを用いるさらなる代替の実施形態では、図２０の方法は、調節された色値が所定のしきい値Ｔより大きい場合にだけ、新しいボクセルを表示することを含むことがある。例えば、
ＣＶ（１−λＶＡＲ）＞Ｔであれば、ＣＡ２＝ＣＶ（１−λＶＡＲ）、そうでなければ、ＣＡ２＝０                                                        （１７）
ＣＶλＶＡＲ＞Ｔであれば、ＣＢ２＝ＣＶλＶＡＲ、そうでなければ、ＣＢ２＝０          （１８）
【０１７９】
例えば、Ｔは０．０５に等しいことがあり、したがって、例えば、約５％未満の色の貢献度は無視可能であると考えられるが、その理由は、このような色値を持つボクセルは、不透明／散乱モードに切り換えられたときに光学要素１６０〜１６８上に表示されるからである。したがって、全体的な３Ｄ画像に対するこのような無視可能な貢献度は切り捨てられ、また、非貢献のボクセルは表示されず、３Ｄ画像の計算処理が改善される。
【０１８０】
追加の代替の実施形態では、ＭＶＤシステム１０は、３Ｄ画像３４のある部分の外観が半透明である３Ｄ画像３４を生成することが可能である。すなわち、ＭＯＥ装置３２の光学要素３６〜４２上に表示される画像４４〜５０は、１つの画像のある部分が半透明に見え、第２の画像の別の部分がこの半透明な部分を通して観測可能であるように見えるように、適切なシェーディングと色を有する。このような半透明な外観は、アンチエリアシングあるなしに関わらず生成され得る。
【０１８１】
３Ｄ画像３４を生成するに際して、ＭＶＤシステム１０が用いる方法は、例えばグラフィックデータ源１６のフレームバッファの色バッファと深さ（またはｚ）バッファなどのＯｐｅｎＧＬフレームバッファデータを用いて、ＰＰＤ計算を実行する。この深さバッファ中の値は、色バッファ中にある対応するピクセルの深さであり、ＭＯＥ装置３２内に表示される図１６のボクセル１７０などのピクセルまたはボクセルのロケーションを決定するために用いられる。このＭＰＤ計算方法は、ＭＯＥ装置３２３からのボリュメトリック画像３４の背景物体の画像の部分が、このような画像が前景物体の画像によって塞がれている場合には、描写されないのが望ましい状況下では適切である。前景物体の画像が半透明であるため塞がれている背景物体に対応する画像が見えるＭＯＥ装置３２中で画像を生成するために、アルファチャネル技法が用いられるが、この場合、パラメータα（アルファ）によって、αの値次第で前景物体と背景物体双方の色を合成することによって色バッファ中のピクセル／ボクセルの色が決定される。完全な不透明はα＝１で与えられ、完全な透明はα＝０で与えられる。このようなアルファチャネルイメージングを用いて、正確に見える色画像を色バッファから生成する一方では、深さバッファ中の深さ値は不変であり、このため、最も前方にある物体の画像の深さにまだ対応している。知られている表示システムでは、深さが修正されていないとボリュメトリック表示システム中で画像が適切に表示されないが、その理由は、たった１つの深さ値を用いて表示されるはずの様々な深さにある複数の表面があり得るからである。本明細書で開示するＭＶＤシステム１０は、例えば半透明な物体または部分を有するボリュメトリック画像３４を生成し、これによって、単一の深さ値に対する様々な深さで複数の表面を表示する際の先行技術における禁止を避けている。この開示のＭＶＤシステム１０は、ＯｐｅｎＧＬの追加の機能を用いて、ＭＶＤシステム１０のモデル空間中に位置しているクリップ平面を生成するが、これでは、例えば、負の側に対面した正の側のような各クリップ平面の所定の側上で単に描写し得るだけである。
【０１８２】
図２１〜図２４に示すように、指標１からＮで番号付けされ、これらの間に一様な間隔Δを有するＮ個の平面２０４〜２１２を有するＭＯＥ装置３２の場合、ボリュメトリック画像３４などのシーンは、互いに対面しており、距離Δだけ離間しており、モデル空間中の平面２０４〜２１２から成る所与のＭＯＥ平面のロケーションに集中されているクリップ平面でＮ回も描写される。したがって、Ｎ個の異なった画像が生成し、それに対応する色バッファが、フレームバッファから検索されてＭＶＤコントローラ１８に送られる。ＭＯＥ装置３２中で表示するために色バッファをＭＶＤコントローラ１８に送ると、アルファチャネルがオフされることがあるが、その理由は、ＭＶＤシステム１０が、３Ｄボリュメトリック画像３４を生成するために用いられているＭＯＥ装置と関連する固有のアルファ値を有するからである。
【０１８３】
クリップ平面で描写することは、図２１および図２２に示すようにアンチエリアシング無しでも実行され得るが、この場合、クリップ平面２１４〜２１６を観測者２１８に近接して位置している画像部分に対応して用いられ、また、画像３４のある部分が生成されて、クリップ平面２１４〜２１６間に位置している第１の平面２０６上に表示され、クリップ平面２１４〜２１６間にある画像部分は第１の平面２０６上に表示される。画像３４の新しい部分はクリップ平面２２０〜２２２間で生成されて、観測者２１８からさらに離れ、クリップ平面２２０〜２２２間に置かれた第２の平面２０８上で表示され、クリップ平面２２０〜２２２間にある画像部分は第２の平面２０８上に表示される。
【０１８４】
アルファチャネルを用いる上記の方法でアンチエリアシングを実行するために、アンチエリアシングで用いられるフォグ状イメージングを実施する雰囲気効果など、ＯｐｅｎＧＬの他の特徴が用いられる。フォグ特徴によって、フォグの密度と、そのフォグに対して指定された遠値と近値に関連した深さ範囲を基準としたモデルの深さとによって決まる比率で、各イメージングされた物体の色がフォグの色と合成される。
【０１８５】
ＯｐｅｎＧＬで利用可能なフォグ関数には、線形関数、指数関数および平方指数関数がある。本開示のＭＶＤシステム１０はこのような関数とさらに、図２３および図２４に示すような線形フォグ関数２２４〜２２７の重ね合わせなどの、このようなフォグ関数の組合せを用いてもよい。図２３および図２４に示す図示の実施形態では、線形フォグ関数２２４〜２２７の組み合わせはそれぞれ、フォグの近い深さで黒色の設定に応じてゼロという値から始まり、線形に進行して、真の色の設定に応じて、近い深さのロケーションから（ＦＡＲ−ＮＥＡＲ）／２の距離だけ離れたところで１という値に達する。次に、フォグ関数はフォグの遠い深さのところでゼロに戻る。このようなフォグ関数によって、また、画像３４が表示されるモデル空間中の所与のＭＯＥ平面上に中心を持つ距離２Δだけ離間したクリップ平面によって、画像３４は、Ｎ回だけ描写されるが、毎回色バッファからのデータが、ＭＯＥ装置３２の対応する平面に送られる。
【０１８６】
ある図示の実施形態では、線形フォグ関数の組合せとこのような組合せを用いるボクセル画像データの処理とは、所与の光学要素、例えば図２３の平面２０６に対する画像を、少なくとも２つの描写パスによって合成することによって実行される。第１のパスの間では、２つのクリップ平面が距離Δだけ離間されるが、第１のクリップ平面２２８は、現行の光学要素２０６の前で描写されている画像を持つ光学要素２０４上にあり、第２のクリップ平面はこの現行の光学要素２０６上にある。ＮＥＡＲがＦＡＲ未満であり、距離が増加する前方線形フォグ関数２２４が、次に上記のクリップ平面と共に用いられて、光学要素２０６に対する画像の第１のセットを描写する。
【０１８７】
第２のパスの間では、この２つのクリップ平面は距離Ｄだけ離間しており、第１のクリップ平面は現行の光学要素２０６上にあり、第２のクリップ平面２３０は光学要素２０８上に置かれて、現行の光学要素２０６の後でその上にある画像が描写され、第２のクリップ平面は現行の光学要素２０６上にある。距離が増加し、ＦＡＲがＮＥＡＲ未満である後方線形フォグ関数２２５が次に上記のクリップ平面と共に用いられて、光学要素２０６に対する画像の第２のセットを描写する。
【０１８８】
様々な線形フォグ関数２２４および２２５で描写されたこの２つのセットの画像は次に、ＭＶＤシステム１０によって一緒に加算されて、光学要素２０６上で表示される。
【０１８９】
図２３に示すように第１の画像を第１の平面２０６上で描写するために、フォグ関数２２４および２２５が第１の平面２０６の周りに集中され、クリップ平面２２８〜２３０からの画像とこれら間の深さは自身の対応する色値が、関連する深さでフォグ関数２２４および２２５の対応する値によって修正される。この加算された画像を光学要素２０６上で関数２２４および２２５を用いて描写した後は、ＭＶＤシステム１０は、連続する画像を第２の平面２０８上で図２４に示すように描写するが、フォグ関数２２６および２２７は第２の平面２０８の周りに集中するように変換される。クリップ平面２３２〜２３４からの画像とこれら間の深さは、自身の対応する色値が関連する深さでフォグ関数２２６の対応する値によって修正される。ＭＶＤシステム１０は、連続的にフォグ関数を移動させ、また、対応するクリップ平面を処理して、各個別の画像をアルファチャネル方法を用いて色調節する。代替の実施形態では、例えば観測者２１８からの距離が大きいとフォグ密度も大きくなるように、別のフォグ関数が様々な平面２０４〜２１２に対して実施され、これによって、表示された３Ｄボリュメトリック画像３４の深さ認識効果を増してもよい。
【０１９０】
例えば、図２３を参照すると、Ｄと標識付けされた深さ２３８にあり、それぞれの色値Ｃｉを画像の各部分に対して有する画像２３６の場合、深さαＤにおけるフォグ関数２２４の値２４０はαＤであり、したがって、画像２３６に対して表示される調節された色値はαＤＣｉである。この色値Ｃｉは、本明細書で述べるように式（７）および（８）および／または式（１５）〜（１８）中のような深さ調節された色値であってもよく、したがってアルファチャネル調節は図２０のステップ２００で任意に実施されて、本明細書で述べるアルファチャネル技法でアンチエリアシングを実行する。
【０１９１】
上記によって、新規で非自明な多平面ボリュメトリック表示システム１０と動作方法を、好ましい実施形態を参照として開示した。しかしながら、本発明の精神から逸脱することなく多くの修正や置換を行うことが可能である。例えば、好ましい実施形態は平坦パネル液晶表示などの平面光学要素を用いて説明したが、上記のように湾曲した光学要素を想定することも本発明の全体説明（preview）に完全に含まれる。
【０１９２】
ＭＶＤシステム１０は、１９９８年４月２０日提出の同時係属中の米国仮特許出願第６０／０８２，４４２号に記載の装置と方法、さらに、米国特許第５，０９０，７８９号の分割である米国特許第５，５７２，３７５号の部分継続出願である１９９６年１１月４日提出の米国特許第５，９９０，９９０号に記載の装置と方法を用いて実施してもよい。ＭＶＤシステム１０はまた、１９９８年１月８日提出の同時継続中の米国特許出願第０９／００４，７２２号に記載の装置と方法を用いて実施してもよい。上記のそれぞれ仮のおよび仮ではない特許出願と発行済みの特許は各々が、参照として本明細書中に援用される。したがって、本発明は制限目的ではなく図示目的で記載されたものである。
【図面の簡単な説明】
【０１９３】
【図１】開示する多平面ボリュメトリック表示システムを示す図である。
【図２】透明状態を有する液晶に基づく光学要素を示す図である。
【図３】散乱不透明状態にある図２の光学要素を示す図である。
【図４】ボリュメトリック３Ｄ画像を形成するためのもので、複数の光学要素上での連続した画像の表示を示す図である。
【図５】ボリュメトリック３Ｄ画像を形成するためのもので、複数の光学要素上での連続した画像の表示を示す図である。
【図６】ボリュメトリック３Ｄ画像を形成するためのもので、複数の光学要素上での連続した画像の表示を示す図である。
【図７】ボリュメトリック３Ｄ画像を形成するためのもので、複数の光学要素上での連続した画像の表示を示す図である。
【図８】膜光変調器を示す図である。
【図９】画像プロジェクタで使用される適応光学システムを示す図である。
【図１０】複数の光学要素システムと共に、図９の適応光学システムを示す図である。
【図１１】強誘電性液晶（ＦＬＣ）空間光変調器（ＳＬＭ）のピクセルの横断面図である。
【図１２】図１１のＦＬＣ  ＳＬＭの軸の角度（angular orientation）を示す図である。
【図１３】図１１のＦＬＣ  ＳＬＭの軸の角度を示す図である。
【図１４】図１１のＦＬＣ  ＳＬＭの軸の角度を示す図である。
【図１５】多平面データセットを生成させる方法の流れ図である。
【図１６】複数の光学要素でのボクセルの３Ｄアンチエリアシングを示す図である。
【図１７】３Ｄアンチエリアシングを用いない場合のボクセル表示を示す図である。
【図１８】３Ｄアンチエリアシングを用いた場合のボクセル表示を示す図である。
【図１９】３Ｄアンチエリアシングを用いた場合と用いない場合の見かけ上の深さを比較したグラフである。
【図２０】３Ｄアンチエリアシングの実施方法の流れ図である。
【図２１】アンチエリアシングを用いない場合の半透明の前景物体を有する３Ｄ画像の生成を示す図である。
【図２２】アンチエリアシングを用いない場合の半透明の前景物体を有する３Ｄ画像の生成を示す図である。
【図２３】アンチエリアシングを用いた場合の半透明の前景物体を有する３Ｄ画像の生成を示す図である。
【図２４】アンチエリアシングを用いた場合の半透明の前景物体を有する３Ｄ画像の生成を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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