(57)【要約】  ビデオホログラフィック表示用のシステム及び方法。ホーゲルアパチャの数、大きさ、及び／又は間隔を指定する、複数のホーゲルアパチャを有する２Ｄホーゲルアレイに関する情報が受け取られる。３Ｄシーンを３Ｄ表示ボリュームにマップする倍率を含む、３Ｄシーンに関する情報が受け取られる。ホーゲルごとの放射パターンの段階的変化により、ホーゲルの疎らな部分集合からの色放射強度パターンを補間することにより、全てのパターンを計算する必要なしに全ホーゲルアレイの色放射強度パターン一式を生成することができる。その後、色放射強度パターン一式は３Ｄシーンをホログラフィックに表示するために使用することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のホーゲルアパチャを含む二次元（２Ｄ）ホーゲルアレイに関する情報を受け取ることであって、前記２Ｄホーゲルアレイに関する前記情報は、前記ホーゲルアパチャの数、大きさ、及び間隔を指定する、受け取ること、
３Ｄシーンを３Ｄ表示ボリュームにマップする倍率を含む、描画しようとする前記３Ｄシーンに関する情報を受け取ること、
前記２Ｄホーゲルアレイ内の前記ホーゲルの疎らな部分集合の各ホーゲルについて、
前記疎らな部分集合の前記ホーゲルの視点（ＰＯＶ）からの前記３Ｄシーンの２Ｄ透視描画を生成すること、
前記２Ｄ透視描画に基づいて色放射強度パターンを生成すること、
前記疎らな部分集合に対する前記ホーゲルの相補的部分集合の各ホーゲルについて、
前記ホーゲルの近くにある前記疎らな部分集合の３つ以上のホーゲルの前記色放射強度パターンを補間し、それにより前記相補的部分集合の前記ホーゲルのための補間された色放射強度パターンを生成すること、
ホーゲルの前記疎らな部分集合の前記色放射強度パターン、及び前記ホーゲルの前記相補的部分集合の前記補間された色放射強度パターンに基づき、前記２Ｄホーゲルアレイの色放射強度パターン一式を生成すること、及び
前記２Ｄホーゲルアレイの前記色放射強度パターン一式を記憶することであって、前記２Ｄホーゲルアレイの前記色放射強度パターン一式は、前記３Ｄシーンのホログラフィックビューを描画するために使用可能である、記憶すること
を実施するように少なくとも１個のプロセッサによって実行可能なプログラム命令を記憶する、コンピュータによってアクセス可能な非一時的メモリ媒体。
【請求項２】
前記２Ｄホーゲルアレイが面上に定められ、前記２Ｄホーゲルアレイに関する前記情報が前記面を更に指定する、請求項１に記載のコンピュータによってアクセス可能な非一時的メモリ媒体。
【請求項３】
少なくとも１個のプロセッサと、
前記少なくとも１個のプロセッサに結合されるメモリとを備えるビデオホログラフィック表示用のシステムであって、
前記メモリは、
複数のホーゲルアパチャを含む二次元（２Ｄ）ホーゲルアレイに関する情報を受け取ることであって、前記２Ｄホーゲルアレイに関する前記情報は、前記ホーゲルアパチャの数、大きさ、及び間隔を指定する、受け取ること、
３Ｄシーンを３Ｄ表示ボリュームにマップする倍率を含む、描画しようとする前記３Ｄシーンに関する情報を受け取ること、
前記２Ｄホーゲルアレイ内の前記ホーゲルの疎らな部分集合の各ホーゲルについて、
前記疎らな部分集合の前記ホーゲルの視点（ＰＯＶ）からの前記３Ｄシーンの２Ｄ透視描画を生成すること、
前記２Ｄ透視描画に基づいて色放射強度パターンを生成すること、
前記疎らな部分集合に対する前記ホーゲルの相補的部分集合の各ホーゲルについて、
前記ホーゲルの近くにある前記疎らな部分集合の３つ以上のホーゲルの前記色放射強度パターンを補間し、それにより前記相補的部分集合の前記ホーゲルのための補間された色放射強度パターンを生成すること、
ホーゲルの前記疎らな部分集合の前記色放射強度パターン、及び前記ホーゲルの前記相補的部分集合の前記補間された色放射強度パターンに基づき、前記２Ｄホーゲルアレイの色放射強度パターン一式を生成すること、及び
前記２Ｄホーゲルアレイの前記色放射強度パターン一式を記憶することであって、前記２Ｄホーゲルアレイの前記色放射強度パターン一式は、前記３Ｄシーンのホログラフィックビューを描画するために使用可能である、記憶すること
のために前記少なくとも１個のプロセッサによって実行可能なプログラム命令を記憶する、
システム。
【請求項４】
前記２Ｄホーゲルアレイが面上に定められ、前記２Ｄホーゲルアレイに関する前記情報が前記面を更に指定する、請求項３に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、発明者がＭｉｃｈａｅｌ  Ｂ．  Ｄｏｅｒｒ、Ｊａｎ  Ｄ．  Ｇａｒｍａｎｙ、Ｍｉｃｈａｅｌ  Ｂ．  Ｓｏｌｋａ、及びＭａｒｔｉｎ  Ａ．  Ｈｕｎｔであり、参照により十分且つ完全にあたかも本明細書に記載されているようにその全体を本明細書に援用する、２０１１年８月１９日に出願され、「Ｔｈｒｅｅ  Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｃｏｍｐｕｔｅ  Ｓｙｓｔｅｍ」と題された米国仮特許出願第６１／５２５，５７９号明細書の優先権の利益を主張する。
【０００２】
本発明は、一般に三次元（３Ｄ）グラフィックス表示に関し、より詳細にはダイナミック３Ｄシーンのビデオホログラフィック表示に関する。
【背景技術】
【０００３】
ビデオホログラフィシステムでは、見る人がオブジェクトの完全な視差的ビューによる完全に三次元（３Ｄ）のオブジェクトを認識するような方法で、即ち見る人が自身の頭部を動かすと、たとえ描画オブジェクトが変化しなくてもその人の目に示される画像が変化するような方法で、描画図形オブジェクトのビューが提示される。このビデオホログラフィシステムを実現する１つの方法は、「ホーゲル（ｈｏｇｅｌ）」と呼ばれるホログラフィック要素のグリッド又はアレイによってであり、このホーゲルは視野角に依存する描画オブジェクトのピンホールビューとして機能する。画面から投影される光の全体は４Ｄ波動場と呼ばれ、光照射野としても知られている。「４Ｄ」の側面は、２Ｄホーゲルアレイ、及び各ホーゲルからの光の２Ｄ角分散又は角度依存に起因する。各ホーゲルは視野角と呼ばれる立体角で光を発し、ホーゲルから発せられる放射は立体角によって均一に分散される離散ビームの観点から説明される。各構成ビームによって範囲が定められる小さい立体角は「アングレット（ａｎｇｌｅｔ）」と呼ばれ、全立体角を放射パターン内のアングレットの数で除算することによって計算することができる。変則的な使い方では、アングレットはビーム方向を指すために使用されても良い。
【０００４】
全４Ｄ波動場を指定するのに必要な各ホーゲルからの放射パターンを導き出すために、描画シーンから放射パターンを得る、又はシーン内の個々のファセットの寄与率から波動場を直接計算する必要がある。４Ｄ描画のための総当り法では、描画のＰＯＶを定める透視図の２Ｄ描画がホーゲルごとに必要である。
【０００５】
【表１】
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【０００６】
Ｅｒｒｏｒ！  Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  ｓｏｕｒｃｅ  ｎｏｔ  ｆｏｕｎｄ．１に見られるように、総当り計算法を使って本システムを実装するのは非現実的である。実現可能な解決策を得るには、Ｎｖｉｄｉａによる能力において約２０，０００倍の改善、ＡＭＤによる１０，０００倍の改善、及びＣｏｈｅｒｅｎｔ  Ｌｏｇｉｘによる１，４００倍の改善が必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
三次元グラフィックス表示のための改善された方法及び機構が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ダイナミック３Ｄシーンのビデオホログラフィック表示のためのシステム及び方法の様々な実施形態を示す。
【０００９】
複数のホーゲルアパチャを含む二次元（２Ｄ）ホーゲルアレイ（即ちホーゲルのアレイ）に関する情報が受け取られても良い。この２Ｄホーゲルアレイに関する情報は、ホーゲルアパチャの数、大きさ、及び／又は間隔を指定することができる。３Ｄシーンを３Ｄ表示ボリュームにマップする倍率を含む、描画しようとする３Ｄシーンに関する情報も受け取られても良い。２Ｄホーゲルアレイ内のホーゲルの疎らな部分集合の各ホーゲルについて、疎らな部分集合のホーゲルの視点（ＰＯＶ）からの３Ｄシーンの２Ｄ透視描画（ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ  ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ）、及びその２Ｄ透視描画に基づいて色放射強度パターンが生成されても良い。疎らな部分集合に対するホーゲルの相補的部分集合の各ホーゲルについて、ホーゲルの近くにある疎らな部分集合の３つ以上のホーゲルの色放射強度パターンが生成され、それにより相補的部分集合のホーゲルのための補間された色放射強度パターンが生成されても良い。
【００１０】
ホーゲルの疎らな部分集合の色放射強度パターン、及びホーゲルの相補的部分集合の補間された色放射強度パターンに基づき、２Ｄホーゲルアレイの色放射強度パターン一式が生成され得る。２Ｄホーゲルアレイの色放射強度パターン一式は記憶しても良い。２Ｄホーゲルアレイの色放射強度パターン一式は、３Ｄシーンのホログラフィックビューを描画するために使用可能であり得る。更に、かかるシーンのシーケンスを動的に描画するために、例えばホログラフィックビデオを例えば実時間で提示するために、上記の方法の要素を反復的方法で１回以上繰り返しても良い。
【００１１】
一部の実施形態では、２Ｄホーゲルアレイが面、例えば曲面、ことによると複雑な面上に定められても良く、２Ｄホーゲルアレイに関する情報がその面を更に指定しても良い。従ってこの方法は、本明細書に開示する技法を実施する際に２Ｄホーゲルアレイの形状を考慮に入れることができる。
【００１２】
本明細書に示す手法についての以下の詳細な説明に照らして、これらの及び他の特徴及び利点が当業者に明らかになる。
【００１３】
以下の詳細な説明を添付図面と併せて検討するとき、本発明のより優れた理解を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態を実施するように構成されるコンピュータシステムを示す。
【図２】３Ｄシーン内のオブジェクト上の点までの深度に対する、ホーゲルごとの放射パターンの角度変動速度の依存関係を示す。
【図３】ダイナミック３Ｄシーンのビデオホログラフィック描画のための方法の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明は様々な修正形態及び代替形態を認めるが、その特定の実施形態を例として図示し、本明細書で詳しく説明する。但し、図面及び図面に対する詳細な説明は、本発明を開示する特定の形態に限定することは意図せず、逆に本発明は、特許請求の範囲によって定める本発明の趣旨及び範囲に含まれるあらゆる修正形態、等価物、及び代替形態を範囲に含むことを理解すべきである。
【００１６】
参照による援用
以下の参考文献は、参照により十分且つ完全にあたかも本明細書に記載されているようにその全体を本明細書に援用する。
【００１７】
２０１１年８月１９日に出願され、「Ｔｈｒｅｅ  Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｃｏｍｐｕｔｅ  Ｓｙｓｔｅｍ」と題された米国仮特許出願第６１／５２５，５７９号明細書。
【００１８】
図１Ａ−コンピュータシステム
図１は、実施形態を実施するように構成されるコンピュータシステム８２を示す。図１に示すように、コンピュータシステム８２は、表示装置及び少なくとも１つのメモリ媒体を含むことができ、メモリ媒体上には、本発明の一実施形態による１つ若しくは複数のコンピュータプログラム又はソフトウェアコンポーネントが記憶され得る。例えばメモリ媒体は、本明細書に記載の方法を実行するために実行可能な１つ又は複数のプログラムを記憶することができる。メモリ媒体は、オペレーティングシステムソフトウェア並びにコンピュータシステムを動作させるための他のソフトウェアも記憶することができる。様々な実施形態は、上記の説明に従って実施される命令及び／又はデータを搬送媒体上で受け取り、若しくは記憶することを更に含む。
【００１９】
ビデオホログラフィックダイナミック３Ｄシーンを描画するための計算要件の低減
以下の内容では、ダイナミック３Ｄシーンのビデオホログラフィック描画のためのシステム及び方法の様々な実施形態について説明する。上記のように、従来技術の技法を使用すると、合成ビデオホログラフィに関連するデータ量及び計算要件はホーゲルアレイのサイズに比例して急速に警戒すべきものとなり、それは、原則的に各ホーゲルのＰＯＶからの３Ｄ描画が全体的に行われなければならず、ホーゲルごとの色放射強度パターンが各描画から導き出され、ホログラフィックディスプレイに伝送するために保持されなければならないからである。しかし、隣接するホーゲルとの間の通常は遅いホーゲル放射パターンの変化により、計算の大幅な削減を実現することができる。
【００２０】
隣接するホーゲルからの対応するビームに関し、強度の変化は段階的である。本明細書ではこの関係性を「アングレット相関」と呼ぶ。２５６ｘ２５６のアングレットアレイにおける予期されるアングレット相関の程度を知るために、アングレット間の角度分離の推定から始めることができる。半角θの円錐によって範囲が定められる立体角は次式によって与えられる。
【数１】
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【００２１】
９０度の全視野角では、立体角は
【数２】
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である。
【００２２】
立体角を２16アングレット（２５６2）にわたって分散させ、半角θ0の小さい円錐に近似ΔΩ〜πθ02を使用し、θ0〜３ミリラジアン又は１１分が得られる。放射パターンのサンプリングの中心間の間隔は約２０分であり、これは描画オブジェクト上の代表点におけるホーゲルの分離によって範囲が定められる角度に比べて大きい。隣接する（又は近くの）ホーゲルからのアングレットとの間の重複により、ＰＯＶの位置、例えばホーゲルを各方向に１５倍以上アンダーサンプルし、３Ｄ描画の計算負担の相応の（この特定の例示的事例では）２２５倍の低減をもたらすことができる。概して、ホーゲル位置を通るαのストライドでは、描画の計算を１／α2倍減らすことができる。従って、介在するホーゲルの波動場を補間することができ、これはホーゲルのＰＯＶごとに描画するよりも遥かに少ない計算量を必要とする。
【００２３】
ホーゲル間の高度に相関した挙動（即ち段階的な角度変動）は、計算需要を現実的水準まで減らすために、ホーゲルにわたる大きなストライドを使用することを促進し得る。ホーゲルの放射パターンのサンプリングされた依存関係が、抜かされたホーゲルに補間されても良い。一部の実施形態では、この補間は実際には非常に疎らな初期サンプリングの描画よりも多くの計算を必要とする場合がある。
【００２４】
従って、実際にはホーゲルごとの放射パターン間の高度の相関を活用し、必要とされる資源を実現可能な水準まで減らすことができる。
【００２５】
図２：オブジェクトの深度に対する放射パターンの角度変動速度の依存関係
図２は、３Ｄシーン内のオブジェクト上の点までの深度に対する、ホーゲルごとの放射パターンの角度変動速度の依存関係を示す。この例示的実施形態では、ｈ１及びｈ２のそれぞれによって図示するように、３Ｄシーン内の２つのオブジェクト点、具体的にはオブジェクト点１及びオブジェクト点２が異なる深度（ホーゲルアレイ（面）からの距離）にある。見て取れるように、ホーゲルアレイ（面）までのオブジェクト点の近さが、ホーゲルごとの放射パターンの角度変動速度と呼ばれる、隣接するホーゲルによって発せられる光の角度変動を決定し、従ってホーゲルアレイ面からｈ１にあるオブジェクト点１では、角度ａによって図示される隣接するホーゲルとの間の発せられる光の角度差は、ホーゲルアレイ面からｈ２にあるオブジェクト点２の角度差、即ち角度ｂよりも小さい。
【００２６】
従って、ホーゲル面に非常に近いオブジェクトの部分では、上記の放射パターンの相関度がもはや成立しなくなる。ホーゲル面のサンプリングはより細かくても良く、最大解像度までとすることさえできる。しかし、かかるホーゲルでは、限られた視野の視錐台が最も近い頂点以外の全てを切り離すことができ、そのため３Ｄ描画の問題を大幅に減らすことができる。本明細書では相関による補間と呼ばれる、（約）１倍から２２５倍まで様々なこの複雑さの低減は、ビデオ合成ホログラフィック表示の開発を部分的に実用的にし得ることが予期される。描画される１組のシーン（ホーゲルの総数よりも数の上では遥かに少ない）から、楕円領域又は四角形領域上のシーン強度の適切な平均値を形成することができる。領域の形状は、角度サンプリングの選択された幾何学的形状によって決められても良い。例えば、ホーゲルからの円錐形のアングレットビューが、楕円内のシーンの面と交差する場合がある。平均値によって形成される強度は、ビュー平面の法線に対するアングレットビューの軸によって作り出される角度の余弦を乗じることができる。或いは、角度放射サンプリングは、所望の解像度を実現するための不規則サンプリングにわたる平均化とともに、サブサンプリングされる各ホーゲルに対する各ファセットの寄与率に関して直接行うことができる。
【００２７】
図３：ダイナミック３Ｄシーンのビデオホログラフィック描画のための方法の流れ図
図３は、ダイナミック３Ｄシーンのビデオホログラフィック描画のための方法の流れ図である。図３に示す方法は、幾つかある装置の中で特に上記の図面内に示したコンピュータシステム又は装置の何れかと組み合わせて使用することができる。様々な実施形態において、図示の方法要素の一部を同時に行うことができ、図面に示すのとは異なる順序で行うことができ、又は省略しても良い。追加の方法要素を所望の通りに実行しても良い。図示のように、この方法は以下のように機能し得る。
【００２８】
３０２で、複数のホーゲルアパチャを含む二次元（２Ｄ）ホーゲルアレイ（即ちホーゲルのアレイ）に関する情報を受け取ることができる。この２Ｄホーゲルアレイに関する情報は、ホーゲルアパチャの数、大きさ、及び／又は間隔を指定することができる。
【００２９】
３０４で、３Ｄシーンを３Ｄ表示ボリュームにマップする倍率を含む、描画しようとする３Ｄシーンに関する情報も受け取ることができる。言い換えれば、３Ｄシーンの大きさを３Ｄ表示ボリュームの大きさにマップすることができる。
【００３０】
３０６に示すように、２Ｄホーゲルアレイ内のホーゲルの疎らな部分集合の各ホーゲルについて、疎らな部分集合のホーゲルの視点（ＰＯＶ）からの３Ｄシーンの２Ｄ透視描画（ｐｅｒ３２０）、及びその２Ｄ透視描画に基づいて色放射強度パターンを生成することができる（ｐｅｒ３３０）。
【００３１】
３０８では、疎らな部分集合に対するホーゲルの相補的部分集合の各ホーゲルについて、ホーゲルの近くにある疎らな部分集合の３つ以上のホーゲルの色放射強度パターンを生成し、それにより相補的部分集合のホーゲルのための補間された色放射強度パターンを生成することができる。
【００３２】
３１０で、ホーゲルの疎らな部分集合の色放射強度パターン、及びホーゲルの相補的部分集合の補間された色放射強度パターンに基づき、２Ｄホーゲルアレイの色放射強度パターン一式を生成することができる。
【００３３】
３１２で、２Ｄホーゲルアレイの色放射強度パターン一式を、例えばメモリ媒体に記憶することができる。２Ｄホーゲルアレイの色放射強度パターン一式は、３Ｄシーンのホログラフィックビューを描画するために使用可能であり得る。更に、かかるシーンのシーケンスを動的に描画するために、例えばホログラフィックビデオを例えば実時間で提示するために、上記の方法の要素を反復的方法で１回以上繰り返しても良い。
【００３４】
一部の実施形態では、２Ｄホーゲルアレイが面、例えば曲面、ことによると複雑な面上に定められても良く、２Ｄホーゲルアレイに関する情報がその面を更に指定しても良い。従ってこの方法は、本明細書に開示した技法を実施する際に２Ｄホーゲルアレイの形状を考慮に入れることができる。
【００３５】
【表２】
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【００３６】
表２は、相関による補間の描画手法を実現するための、現在の最先端のプロセッサに基づく計算量（１秒当たりの演算）及びハードウェアを示す。これらの結果は、全ホーゲルにわたる計算における約２００倍の係数低減（２００ｘ  ｆａｃｔｏｒ  ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）に基づいている。但し実際にはこの係数は、上記で論じたように画面から分解されるシーン及び距離ごとに異なることが予期され得る。見て取れるように、本明細書に記載した技法の実施形態では、ダイナミック３Ｄシーンを（合成して）ホログラフィックに描画するのに必要な計算負荷を大幅に減らすことができる。
【００３７】
上記の実施形態についてかなり詳細に説明してきたが、上記の開示を完全に理解すれば数多くの改変形態及び修正形態が当業者に明らかになる。上記の実施形態は、実装の非限定的な例に過ぎないことも強調しておく。特許請求の範囲は、かかる全ての改変形態及び修正形態を包含するように解釈されることを意図する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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