(57)【要約】【課題】アンチエリアシングにより、ボリュメトリック３次元画像部分間の移行部を滑らかにする。【解決手段】多平面ボリュメトリック表示システム１０及びその動作方法により、アレイ状に配設された複数の個々の光学要素３６、３８、４０、４２を含む多面光学装置３２と、それぞれの光学要素３６、３８、４０、４２上に画像を選択的に投影して、多面光学装置３２で観察可能な第１のボリュメトリック３次元画像３４を発生させる画像プロジェクタ２０と、第１のボリュメトリック３次元画像３４を投影して、多面光学装置３２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５６を発生させるフローティング画像発生器５４と用いて、ボリュメトリック３次元画像３４、５６を発生させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光学要素上に表示された３次元画像の第１のボクセルのアンチエリアシングを実行する方法であって、第１のボクセルの第１のボクセル深さの値が、第１のボクセルに接する一対の光学要素に対応する一対の光学要素の深さの値間にある方法であり、
第１のボクセル深さの値から深さ調節値を発生させるステップと、
深さ調節値を用いて、第１のボクセルと関連する第１の色値を調節するステップと、
調節された色値を用いて、一対の光学要素の少なくとも１つに第２のボクセルを表示するステップとを備えることを特徴とする、複数の光学要素上に表示された３次元画像の第１のボクセルのアンチエリアシングを実行する方法。
【請求項２】
複数の光学要素と関連する指標の所定の範囲内になるように、第１のボクセル深さの値をスケーリングするステップをさらに備え、
深さ調節値を発生させるステップが、スケーリングしたボクセル深さの値から深さ調節値を発生させるステップを備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
深さ調節値を発生させるステップが、
深さ調節値になるように、スケーリングしたボクセル深さの値の端数部分を決定するステップを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
第１の色値を調節するステップが、
第２のボクセルと関連する第２の色値を調節された色値として発生させるように、第１の色値を端数部分の関数で乗算するステップを含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
深さ調節値を発生させるステップが、
３次元画像の第１のボクセルの表示のアンチエリアシング度を制御するように、深さ調節値をアンチエリアシングパラメータで修正するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
第１の色値を調節するステップが、
深さ調節値を用いて調節された第１の色値から第２及び第３の色値を発生させるステップを含み、
第２のボクセルを表示するステップが、
第２及び第３の色値を用いて一対の光学要素のそれぞれ一つの要素に第２のボクセル及び第３のボクセルを表示するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
複数の光学要素の間隔が均一であることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
複数の光学要素の間隔が不均一であることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項９】
複数の光学要素の間隔がその間で可変であることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
一対の光学要素を決定するステップが、
一対の光学要素を決定するように、複数の光学要素に関連する複数の深さ値を探索するステップを含み、第１のボクセルの第１のボクセル深さの値が、一対の光学要素に関連する一対の光学要素の深さ値間にあることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
深さ調節値を発生させるステップが、
第１のボクセルの深さ値及びボクセルと一対の光学要素に関連する光学要素の深さ値それぞれから、深さ調節値を発生させるステップを含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項１２】
深さ調節値λを発生させるステップが、
【数１】
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により（ここで、｜Ｘ｜は、値又は変数Ｘの絶対値すなわち大きさの関数）、一対の光学要素の深さ値ＤＮＥＡＲ１及びＤＮＥＡＲ２に第１のボクセルの深さ値ＤＶを補間させるステップを含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
３次元画像の２次元スライスセットに対応する画像データを画像プロジェクタに与えるステップと、
多面光学装置を形成する複数の光学要素から選択された各光学要素に、画像プロジェクタから２次元スライスのそれぞれを選択的に投影するステップとを備えるボリュメトリック３次元画像を発生させる方法であって、該選択的に投影するステップが、
少なくとも一対の光学要素間の移行部でボクセルのアンチエリアシングを実行して、アンチエリアシングされたボクセルから得た調節された色値をスライスに発生させるステップと、
複数の液晶要素上に選択的に投影されたアンチエリアシングされたスライスから、多面光学装置で観察可能な第１のボリュメトリック３次元画像を発生させるステップを含む、ボリュメトリック３次元画像を発生させる方法。
【請求項１４】
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、フローティング画像発生器を用い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次元画像を発生するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
アンチエリアシングされたスライスをそれぞれ受けて表示するように、光学要素コントローラを用いて多面光学装置の複数の個々の光学要素のそれぞれの半透明性を制御する制御ステップをさらに備えることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
制御ステップが、
１つの液晶要素に不透明な光散乱状態をもつようにさせて、アンチエリアシングされたスライスを受けて表示するステップと、
残りの液晶要素に半透明性をもつようにさせて、画像のセットが１つの液晶要素の上にそれぞれ投影可能なようにするステップとを含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
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、
複数対の光学要素間の移行部でボクセルのアンチエリアシングを実行して、アンチエリアシングされたボクセルから得た調整された色値をスライスに発生させる画像プロジェクタであって、多面光学装置のそれぞれの光学要素上にアンチエリアシングされたボクセルを含む画像のセットを選択的に投影して、多面光学装置で観察可能な第１のボリュメトリック３次元画像を発生させる画像プロジェクタとを備えることを特徴とする、ボリュメトリック３次元画像を発生させるシステム。
【請求項１８】
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次元画像を発生させるフローティング画像発生器をさらに備えることを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
多面光学装置の複数の個々の光学要素のそれぞれが、制御可能な可変半透明性を有する液晶要素を含み、アンチエリアシングされた画像を受けることを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
【請求項２０】
液晶要素の半透明性を制御する光学要素コントローラをさらに備え、
１つの液晶要素が、不透明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アンチエリアシングされた画像のセットのそれぞれの画像を受けて表示し、
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ことを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
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して、多面光学装置で観察可能な第１のボリュメトリック３次元画像を発生させ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次元画像を発生させるフローティング画像発生器とを備えることを特徴とするボリュメトリック３次元画像を発生させるシステム。
【請求項２２】
多面光学装置の複数の個々の光学要素のそれぞれが、制御可能な可変の半透明性を有する液晶要素を含むことを特徴とする請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
液晶要素の半透明性を制御する光学要素コントローラをさらに備え、
１つの液晶要素が、不透明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の画像を受けて表示し、
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ことを特徴とする請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
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動作を実行して、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することで、光学要素コントローラにより、不透明な光散乱状態が複数の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次元画像を発生することを特徴とする請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
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発生させて、人間が認知可能な画像のちらつきを防ぐことを特徴とする請求項２１に記載のシステム。
【請求項２６】
多面光学装置が、約５０個の光学要素を含み、
画像プロジェクタが、少なくとも２ｋＨｚの速度で画像のセットのそれぞれを各光学要素に投影することを特徴とする請求項２５に記載のシステム。
【請求項２７】
画像プロジェクタが、
画像のセットを出力するプロジェクタレンズと、
プロジェクタ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ように、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とを含むことを特徴とする請求項２１に記載のシステム。
【請求項２８】
画像プロジェクタが、
複数の色で画像のセットを発生させ投影するように、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ことを特徴とする請求項２１に記載のシステム。
【請求項２９】
制御可能な可変の半透明性を有する複数の平面液晶要素を含む多平面光学装置と、
３次元画像の２次元スライスとして画像のセットを各液晶要素に選択的に投影して、多平面光学装置で観察される第１のボリュメトリック３次元画像を発生させる画像プロジェクタと、
多平面光学装置から第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次元画像を発生させるフローティング画像発生器とを備えることを特徴とするボリュメトリック３次元画像を空間中に発生させるシステム。
【請求項３０】
複数の平面液晶要素が、多平面光学装置を形成する線形アレイ状に積層されることを特徴とする請求項２９に記載のシステム。
【請求項３１】
複数の平面液晶要素の少なくとも１つが、それぞれの画像を受けて表示するための曲面であることを特徴とする請求項２９に記載のシステム。
【請求項３２】
液晶要素の半透明性を制御する光学要素コントローラをさらに備え、
１つの液晶要素が、不透明光散乱状態をもち、画像プロジェクタから画像のセットのそれぞれの画像を受けて表示するように、１つの液晶要素に対して、画像プロジェクタからの画像のセットのそれぞれ１つの出力と同期するように制御され、
残りの液晶要素が、ほぼ透明になり、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ように、画像のセットのそれぞれ１つの出力と同期するように制御されることを特徴とする請求項２９に記載のシステム。
【請求項３３】
多平面光学装置が、少なくとも５１２ポイント×少なくとも５１２ポイントの横解像度をそれぞれが有する少なくとも５０個の平面液晶要素を含むことにより、多平面光学装置が少なくとも１３００万個のボクセルを有するように形成されることを特徴とする請求項２９に記載のシステム。
【請求項３４】
３次元画像の２次元スライスセットに対応する画像データを画像プロジェクタに与えるステップと、
多面光学装置で観察可能な第１のボリュメトリック３次元画像を発生させるように、多面光学装置を形成する複数の液晶要素から選択された各液晶要素に、画像プロジェクタから前記２次元スライスのそれぞれを選択的に投影する選択的投影ステップと、
フローティング画像発生器を用いて、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次元画像を発生するステップとを備えることを特徴とするボリュメトリック３次元画像を発生する方法。
【請求項３５】
光学要素コントローラを用いて多面光学装置の複数の個々の光学要素のそれぞれの半透明性を制御する制御ステップをさらに備えることを特徴とする請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
制御ステップが、
１つの液晶要素に不透明な光散乱状態をもつようにさせるステップと、
残りの液晶要素に半透明性をもつようにさせて、画像のセットがその上にそれぞれ投影可能なようにするステップとを含むことを特徴とする請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
制御ステップが、
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動作を実行するステップと、
ある特定のイメージングサイクル中に１つの液晶要素が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するステップと、
不透明な光散乱状態を複数の液晶要素を介して移動させるステップと、
不透明な光散乱状態の対応する１つの液晶要素上に表示されるように、それぞれの画像の投影を同期させるステップと、
不透明状態の各液晶要素上に同期させた投影像を用いて、３次元深さを有するようにボリュメトリック３次元画像を発生させるステップとを含むことを特徴とする請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
選択的投影ステップが、
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発生させて、人間が認知可能な画像のちらつきを防ぐステップを含むことを特徴とする請求項３４に記載の方法。
【請求項３９】
多面光学装置が、約５０個の光学要素を含み、
選択的投影ステップが、少なくとも２ｋＨｚの速度で画像のセットのそれぞれを各光学要素に投影するステップを含むことを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
選択的投影ステップが、
複数の色で複数の光学要素に画像のセットを発生させ投影するように、複数のレーザー光源から赤、緑、青のレーザー光をそれぞれ投影するステップを含むことを特徴とする請求項３４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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）を空間中に発生させるための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。
【背景技術】
【０００２】
３次元（３Ｄ）画像とは、発生させ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、ゴーグル及び／又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ことがあるため、眼を疲労させないように３Ｄ画像を見る時間が制限されたり、このメガネ類は大きく装着することで不快感を感じる場合がある。
【０００３】
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画像及びディスプレイを発生させる必要がある。
【０００４】
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画像を発生する。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ソリッドガラス又はプラスチックボリュームで赤外線レーザービームを交差させると、このようなボクセルベースの画像が発生する。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、ボリュメトリックメカニズムのソリッド特性により、非常に重量のある大型のシステムとなる。
【０００５】
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形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、形状及び方位は、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。
【０００６】
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、形状及び方位は、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、ディスプレイが厳密に直線的なものではないという性質により、異なる２次元画像を計算する処理要求が大幅に増大する。
【０００７】
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、ある情景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、又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。この替わりとして、ディスプレイは、多視野自動立体ディスプレイなど、異なる角度にある多数の視野ゾーンに、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、離れた場所に位置するが、３Ｄ画像を見るためには視野ゾーンの近傍になければならず、さらに、ディスプレイに対して観察者が移動する場合に生じる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、仮想現実及び／又はフォースフィードバックインターフェースなどの直接的な相互作用技術とともに現実的に使用不可能である。
【０００８】
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与える。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。
【０００９】
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、入射光の方向及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、演算上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。
【００１０】
したがって、処理システムで演算上許容可能な要求で、見える能力と実行性を高め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。
【００１１】
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。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
ボリュメトリック３次元画像を発生させる多平面ボリュメトリックディスプレイ（ＭＶＤ：Ｍｕｌｔｉ−Ｐｌａｎａｒ  Ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ  Ｄｉｓｐｌａｙ）システム及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して、多面光学装置で観察可能な第１のボリュメトリック３次元画像を発生させ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次元画像を発生させるフローティング画像発生器とを含む。
【００１３】
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。
【００１４】
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動作を実行して、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次元画像を発生する。
【００１５】
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発生させて、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の速度で画像のセットのそれぞれを各光学要素に投影する。
【００１６】
画像プロジェクタは、画像のセットを出力するプロジェクタレンズを含む。また、このプロジェクタは、プロジェクタ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、又はこれに追加して、画像プロジェクタは、複数の色で画像のセットを発生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。
【００１７】
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が調節されることで、ボクセルの色値が、光学要素から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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下図１を参照すると、事実上体積的である（ボリュメトリックである）３次元（３Ｄ）画像を発生させ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、画像が現れる位置に存在する。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。
【００１９】
このシステム１０により発生する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又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、視覚的刺激を観察者１２が動いても与えることができる。
【００２０】
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、眼精疲労などを起こして違和感を感じさせるために欠点となっていた特殊なメガネ類を、観察者１２が全く装着する必要がない。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。
【００２１】
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ーフェース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、又は例えば、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。インターフェース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）インターフェースであってよい。ＩＥＥ１０１４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ーフェース（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、及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）インターフェース、拡張ＩＳＡ（ＥＩＳＡ）インターフェース、ユニバーサル・シリアル・バス（ＵＳＢ）インターフェース、現在ＩＥＥＥ１３９４規格として標準化され、コンピュータに高速通信及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システムと共に、公開又は独占的なインターフェースなど、他のインターフェスを用いてもよい。
【００２２】
インターフェース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場所にある連続した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。
【００２３】
ＭＶＤコントローラ１８及びインターフェース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、１９５Ｈｚ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及びその部品は、ハードウェア及び／又はソフトウェアの特定の実施又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。
【００２４】
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・インターフェース（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、インターフェース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及び／又はソフトウェアであってよい。
【００２５】
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次元画像に変換する、グラフィックハードウェア及び／又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、又は軍事用の指令及び統制など、実世界の応用に、リアルタイム又はほぼリアルタイムの更新速度で発生される。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。
【００２６】
画像データを画像プロジェクタ２０に伝送する前に、ＭＶＤコントローラ１８又は、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に対応するデータが発生するにつれ、画像素子が、平面の移行部縁付近、すなわち、光学要素３６〜３８など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発生されるため、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。
【００２７】
また、グラフィックデータ源１６及び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率を最大限にして画像を発生させるように、インターフェース１４を介してゼロの連続の符号化を実行してもよい。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（Δ）圧縮など、他の画像データの転送技術を用いてもよいことが理解される。
【００２８】
３Ｄ画像には、４０Ｈｚの速度で更新される約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速度が２ＧＢ／ｓｅｃよりも大きくなる。このような生データ信号速度は、ゼロを伝送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、連続したゼロがゼロ連続フラグ（ＺＲＦ）又はゼロ連続符号により表され、その後に連続長が続くか又はそれに関連させる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、ゼロを送信せずに表示して送信されてもよい。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、ゼロの連続長に等しいデータ位置又はピクセル数だけ、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次元画像を発生させるために、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。
【００２９】
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を多数の光学要素（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を発生させる。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により発生され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、発生及び表示されるボリュメトリック３Ｄ画像の深さ解像度のユニットを表すものである。
【００３０】
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、又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。
【００３１】
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よりも速い速度で表示されるため、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、このように発生した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。
【００３２】
代替実施形態では、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発生されてもよい。応用の１つには、グラフィック・ユーザー・インターフェース（ＧＵＩ）コントロールパッドがあり、これは２Ｄと３Ｄの両方の画像特徴をもつことで、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。
【００３３】
第１のボリュメトリック３Ｄ画像３４は、配置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を発生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レンズ及び／又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発生する高精細体積ディスプレイ（ＨＤＶＤ）であってもよい。
【００３４】
例えば、実像投影システムは、Ｐｒｉｎｃｅの米国特許第５，５５２，９３４号、及び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してここに組み込まれる。他の実施形態では、ホログラフィーレンズは、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及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を発生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。
【００３５】
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及び／又は鏡のような従来の光学要素の役目を果たす。ガラスあるいはプラスティ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、従来の光学素子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発生できるので、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非常に増加できる。したがって、実像プロジェクタ５４として少なくとも一つの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。
【００３６】
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及び深さ、及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、仮想現実及び触覚の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。一方、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。
【００３７】
多数の新しい対話技術は、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に実際感知し、操作する能力を与えることができる効果的な使用可能な技術である。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（ＤＥＭＥＮＳＩＯＮＡＬ  ＭＥＤＩＡ  ＡＳＯＣＩＡＴＥＳ）の商品のディ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。
【００３８】
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、革新的な新しい処置を実行し、あるいはそれどころか遠隔手術を、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、ユーザによる仮想プロッディングに反応する３次元仮想解剖を見て、感知することができる外科シミュレータ及びトレーナーである。
【００３９】
触覚作用は、実時間シミュレーション及びＭＶＤシステム１０によって発生された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。
【００４０】
ＭＯＥ装置
例示された実施形態では、ＭＯＥ装置３２は、ガラス、プラスティック、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。一方、光学要素３６〜４２は、軽量構造のような様々な長所を有するプラスティックあるいは他の物質で構成されてもよい。ガラス、プラスティック、及び／又は空気スペーサは、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及びスペーサの表面は、光学接触、屈折率整合流体、あるい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。一方、スペーサは、水、鉱物オイル、あるい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。
【００４１】
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及び／又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他の実施形態では、ＭＯＥ装置３２の深さが、光学要素３６〜４２の数を増加させないで非常に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。
【００４２】
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スイッチされるように、例えばＭＶＤコントローラ１８のＭＯＥ装置ドライバによって、迅速に電子的にスイッチされる特性を有する液晶形態で構成されている。図２〜図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、プラスティック、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も有してもよい基板６６〜６８間に懸濁されてもよい。
【００４３】
導電層７０、７１は、優れた透明性及び低抵抗を有するが、ガラスあるいはプラスティックの基板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上に任意に配置されてもよい。例えば、７６ｎｍのような典型的な光の波長の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。
【００４４】
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コーティングは蒸着された誘電体でもよいし、あるいは蒸発あるいはスパッタされた誘電体であってもよい。一方、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。
【００４５】
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を発生するので、光学要素３６はほぼ透明である。
【００４６】
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迅速にスイッチ可能なスイッチ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、ランダムに配向されているので、光７６は散乱光８０を発生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の役目を果たしてもよい。
【００４７】
他の実施形態では、図２〜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供給電圧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は供給電圧に接続される。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）あるいは電圧は、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）あるいは電圧も全くない。
【００４８】
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、高速度でスライス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、効果的に可変深さの投影スクリーンを形成するようにＭＯＥ装置３２の深さを通して迅速にラスタ動作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。
【００４９】
図４〜図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発生するように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のスイッチングを同期化する。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を発生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。
【００５０】
図４〜７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、比較的高速度で不透明な状態及び透明状態にスイッチされる光学要素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。
【００５１】
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スイッチされるべきである。したがって、全３Ｄ画像をリフレッシュ及び／又は更新するために、画像プロジェクタ２０のフレームレートは、約Ｎ×３５Ｈｚよりも大きいべきである。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による高性能及び／又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。
【００５２】
一実施形態では、図４〜図７の画像８２〜８４は、逐次表示され、このような逐次フレーム配列は、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。このような逐次フレーム配列は、静止画像８２〜８８に対して約３２Ｈｚ、及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要件で十分であることもある。代替実施形態では、半ランダム平面配列は、各光学要素がボリューム周期毎に一回さらに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。
【００５３】
ＭＯＥ装置３２は、画像プロジェクタ２０で最初に発生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、明るさにごりがなく、透明状態であり、画像プロジェクタ２０からの光及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。
【００５４】
他の実施形態では、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置されている。
【００５５】
パネルの大部分のボリューム及び重量は、パネルの横方向のサイズ及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。プラスティック基板で構成される液晶パネル３６〜４２の実現は、重量の増加に対する１つの解決策である。他の実現は、非常に薄いプラスティ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。
【００５６】
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。
【００５７】
高フレームレート画像プロジェクタ
ＭＶＤシステム１０によって発生された３次元画像３４、５６の最大解像度及び色深さは、高フレームレート画像プロジェクタ２０の解像度及び色深さによって直接決定される。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。
【００５８】
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、緑成分及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によって変調後、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。
【００５９】
他の実施形態では、画像プロジェクタ２０は、アークランプ及びカラー分離レンズの代わりに高出力固体レーザを含む。レーザ光源は、増加された効率、強い方向性ビーム、及び単一波長動作を含む多数の長所を有する。さらに、レーザ光源はかなり飽和した明るい色を生じる。
【００６０】
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を実現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（ＭＥＭ）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）社のディ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（ＦＣＬ）装置であってもよく、ＦＬＣ  ＳＬＭの偏光バイアスが実現されてもよい。
【００６１】
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著の「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素子の高速集束（Ｆａｓｔ  ｆｏｃｕｓｉｎｇ  ｏｆ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｏｐｔｉｃｓ  ｕｓｉｎｇ  ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  ａｄａｐｔｉｖｅ  ｍｉｒｒｏｓ）」に記載された、高速集束装置のような当該技術で知られている装置であってもよい適応光学素子系が使用される。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、プラスティック、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。電極及び／又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。
【００６２】
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を引き付ける及び／又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迅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の役目を果たす。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及び電極９４の分離、電極９４に印加された電圧によって決定される。
【００６３】
一実施形態では、膜９４の偏向は常に電極９４の方へである。一方、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の方へ偏向させられるので、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，ＶＯＬ．７５，ｐｐ９７−１０２（１９７６）でＭａｒｔｉｎ  Ｙｅｌｌｉｎによる論文に記載されている。
【００６４】
ＭＬＭ９０の偏向の光学効果は、投影光学素子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。
【００６５】
図９を参照すると、ＭＬＭ９０は、例えば、画像を投影光学素子２２に集束するために、１／４波長板１０４及びビームスプリッタ１０６に隣接している適応光学素子系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、反射及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を投影光学素子２２の方へ反射し、物体の画像を形成する。１／４波長板１０４及び偏光子１０８をＭＬＭ９０とを併用することによって、適応光学素子系は、ＭＬＭ９０を軸ずれで及び／又は投影レンズ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。
【００６６】
この画像は、投影光学素子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対投影光学素子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。
【００６７】
図１０に示されるように、ＭＬＭ９０、１／４波長板１０４、及び偏光子１０８を有する適応光学素子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、迅速に投影してもよい。
【００６８】
図９〜図１０を参照すると、他の代替実施形態では、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の前部基板及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。ＴＮＳＬＭ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。らせんを巻き戻し、１／２波長板を無効にしＴＮＳＬＭ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するので、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、ＴＮＳＬＭ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、ＴＮＳＬＭは、印加電圧の大きさの関数である遅延を有する波長板の役目を果たす。
【００６９】
一方、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の上に配置され、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。
【００７０】
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°から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。
【００７１】
ＴＮＳＬＭ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、印加電圧の大きさ及び符号の両方の関数である向きを有する波長板の役目を果たす。
【００７２】
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°である電力の供給のない配向を有するように一般的に実現され、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。
【００７３】
図１２〜１４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°及び９０°偏光をそれぞれ有するように０Ｖ、２．５Ｖ、及び５Ｖのそれぞれで示されている。
【００７４】
ＴＮＳＬＭ及び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、ＴＮＳＬＭの場合に約１００Ｈｚ、及びＦＬＣ  ＳＬＭの場合に約１Ｈｚのオーダーの周波数で周期的及び／又は不規則的に符号反転される。電界の符号に対するＴＮＳＬＭ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、一般的には、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。
【００７５】
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及び／又は個別ピクセル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ＯＶ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。他の実施形態では、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。
【００７６】
前述されているように、画像プロジェクタ２０の代替実施形態では、物体平面１１２の彩色された及び／又は固体のカラー発生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、青及び緑の固体レーザを組み込んでもよい。
【００７７】
画像プロジェクタ２０の１つの代替実施形態では、適応光学素子は、深さが固定されておらず、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。このスライス２４〜３０を観察者１２に迅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の適応光学素子及び他の部品は、ヘルメット装着形ディスプレイのためのコックピットのあるいは既存のヘッドアップディスプレイ、あるいは自動車のダッシュボード装着形システムに組み込まれているように非常にコンパクトであってもよい。
【００７８】
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発生され、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を発生する。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。
【００７９】
多平面データセットからの３Ｄ画像の発生
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画像データから発生される。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。ここ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。
【００８０】
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及び深さ（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及びアンチエリアシングも含む。
【００８１】
図１５を参照すると、この方法は、ステップ１４０で応答し、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及び操作する。このような操作及び／又は対話から、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で実行する。フレームバッファは、色バッファ及び深さバッファのようなサブバッファを含んでもよい。典型的な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及び深さを計算する。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及び深さは、それぞれ色バッファ及び深さバッファの両方の古いピクセルのカラー及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で連続する。一方あるいはさらに、フレームバッファの再現画像は、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として発生するかを選択できる。
【００８２】
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で読み出され、深さバッファからのデータはステップ１４６で読み出される。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寸法及び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、色バッファ及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で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及び深さバッファのデータから発生された最終ＭＰＤを記憶するメモリの出力バッファを含む。
【００８３】
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と同じ解像度及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で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画像を発生する。
【００８４】
ＭＶＤシステム１０は、２つのモード、すなわち可変深さモード及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及び最小深さ値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及びＺＭＩＸは、ＭＶＤシステム１０によって発生される３Ｄ画像３４の前部境界及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。
【００８５】
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。固定深さモードの他の実施形態では、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及びＺＭＩＸ間の深さを有する物体だけは、ＭＯＥ装置３２によって発生されるボリュメトリック３Ｄ画像において見える。
【００８６】
ここに示されたＭＰＤ方法では、ＺＭＡＸ及び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でオフセットされ、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では、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
【数２】
2007164784.tif 000003
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。
【００８７】
開示されたＭＰＤ方法を使用すると、ＭＶＤシステム１０によって発生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によって発生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。
【００８８】
代替実施形態では、ＭＰＤ方法は、スケーリングされた深さ値の端数部分、すなわち、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
【数３】
2007164784.tif 000004
を使用することによって、ここに示されるように、アンチエリアシングを実行してもよい。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及びスライス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５．２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。
【００８９】
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、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一方の極値から変えることができるか、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端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行されてもよい。
【００９０】
深さバッファ値をスケーリングする際に、レンダリング動作及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でスケーリングされた深さを生じる際にこのような非線形性を考慮する。一方、正投影は、ステップ１４８で深さバッファ値をスケーリングするために使用されてもよい。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
ＭＶＤシステムの他の実施形態
一つの他の実施形態では、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、緑及び青の光を生じる一対のイオンレーザを使用する音響音波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、４００，０００ボクセル、すなわち３Ｄ画素を有する３Ｄ画像を発生する。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。
【００９４】
他の代替実施形態では、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、フィールドシーケンシャルカラーモードで作動するように構成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、全部が３，６８６，４００ボクセルを有するグレイ３Ｄ画像を生成する。８ビットのグレイスケール解像度のカラー深さは、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。
【００９５】
さらなる代替実施形態では、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。このような解像度及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。
【００９６】
他の実施形態では、光学要素３６〜４２は、１２８０×１０２４の横方向解像度及び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。
【００９７】
他の実施形態では、ＭＯＥ装置３２は、著しく大きい深さ解像度、及び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。
【００９８】
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装置５８を組み込むＭＶＤシステム１０の他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の触覚及び感覚を認知し、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及び非常に硬い面、すなわち、観察者１２による表面の一部の仮想現実運動を考慮して低コンプライアンスに抵抗し及び／又は低コンプライアンスを持つように表示す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システムで実行される。
【００９９】
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及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及びボリューム及び関連重量ならびに慣性が最少で観察者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。
【０１００】
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非常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、手及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。
【０１０１】
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及び／又はインタフェース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、非常に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。
【０１０２】
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現される。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、ビデオゼスチャ認識装置、及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（ＭＥＤＩＡ  ＬＡＢ）から入手できるフィッシュセンサは、ユーザが、例えば、３Ｄグラフィックス及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。
【０１０３】
このような３Ｄ画像及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が真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。一方、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。
【０１０４】
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の手の位置及び向きを検知する部品を含んでもよい。例えば、観察者１２は、ポリヘマウス（ＰＯＬＹＨＥＭＵＳ，ＩＮＣ．，）社から入手できる磁気センサのような位置センサ、及び／又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。一方、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検知される。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検知空間の観察者１２の手あるいは指の移動を検知してもよい。
【０１０５】
ＭＶＤシステムの長所
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期間も観察することを可能にする。
【０１０６】
ＭＶＤシステム１０は、当業者には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、ディスプレイ画像スライス２４〜３０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適に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コンピュータ性能とディスプレイ更新速度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、３Ｄ画像３４における画像の歪みを消去する、同一かつ定常的な形状、大きさ、方向を有している。
【０１０７】
当業者には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の範囲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。
【０１０８】
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動的な部品がない。
【０１０９】
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、画像構築と表示の速度を改善するため、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ほか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。
【０１１０】
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に達する周囲の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。
【０１１１】
代替的には、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設置することにより、減らすことができる。周囲の光が、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への途中で吸収用囲いのなかを通過するだけであり、またそのため、周囲の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。
【０１１２】
周囲の光の影響を減らす代替的な実施形態の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、そうした周囲の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、周囲の光の点でより高い性能が得られる。
【０１１３】
ＭＯＥ装置におけるアンチエリアシング
もう１つの代替的な実施形態においては、図１６に参照して、また本出願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への伝送の前に、またそこからＭＯＥ装置３２の光学要素１６０〜１６８までの伝送の前に、ＭＶＤコントローラ１８ないしは代替的には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ないしは不完全な領域を回避する。
【０１１４】
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１６〜１８に図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と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。
【０１１５】
特定の画像素子１７０と、少なくともボクセル及び／又は画像素子１７０で構成される３Ｄ画像での突然の移行を避けるために、光学要素１６２〜１６４上でプロジェクタ２０から照明を受けている、本出願に説明されているような両方のスライスを、光学要素１６２〜１６４上の各画像１７２〜１７４が、それぞれ画像素子１７０ないしは一部分ないし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。
【０１１６】
図１６に参照すると、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と標識化され、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、各光学要素１６０〜１６８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をもって間隔を空ける。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。代替的には、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、あるいは代替的には、光学要素１６０〜１６８の間の間隙にバラツキがあるものも考えられる。
【０１１７】
本出願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においてかあるいは光学要素１６０においてかのいずれかで、基準点からｚ軸に沿った測定され、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。
【０１１８】
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はそれぞれ測定され、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。
【０１１９】
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図示している。図１７に図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鋭い移行を形成する。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、しかし光学要素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。代替的には、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、しかしボクセル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。
【０１２０】
アンチエリアシングを使用して、図１８に図示されているように、両方の移行ボクセル１７８〜１８０が、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に図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、各新しいボクセル１７８Ａ〜１７８Ｂと１８０Ａ〜１８０Ｂが、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に図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に拠り、また拠らずに同一であると理解されたい。
【０１２１】
図１９においては、図１８のボクセル１７８Ａ〜１７８Ｂは、ボクセル１７８Ａ〜１７８Ｂの深さの間の中間にあって、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の深さの間の中間にあって、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。
【０１２２】
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、光学要素１６０〜１６８のそれぞれの複数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。
【０１２３】
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λ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λ、μが生成されてもよい。調節値λ、μ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。
【０１２４】
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。代替的には、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る。例えば、色値ＣＶ＝１２輝度単位及び調節値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。
【０１２５】
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に図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λ、μ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をもって一様に間隔決め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、
【数４】
2007164784.tif 000005
ここでは、ＤＶはレンズ２２ないしほか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。
【０１２６】
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の端数部分は、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、すなわち、
【数５】
2007164784.tif 000006
【数６】
2007164784.tif 000007
ここでは、
【数７】
2007164784.tif 000008
は１つの値あるいは変数Ｘのフロアあるいは整関数であり、すなわち、Ｘ未満の最大整数をもとに戻す関数である。
【０１２７】
ＤＳＣＡＬＥＤの端数部分は、すなわち、
【数８】
2007164784.tif 000009
したがって、
μ＝１−λ                    （６）
【０１２８】
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）
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。
【０１２９】
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つの均等に間隔決め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）〜（４）により、指標
【数９】
2007164784.tif 000010
を有する光学要素の間に間隔決めされており、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同定される。
【０１３０】
本実施例においては、式（５）〜（６）からスケーリングされた深さの端数値は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、及び（１−μ）＝０．２４であり、また式（７）〜（８）から、ボクセル１７２の色値は、元のボクセル１７０の輝度のＣＡ＝０．７６  ＣＶ＝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＝０．２４  ＣＶ＝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。
【０１３１】
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、整数値に縮重し、また式（５）〜（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し、また、もしそうであれば、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のほかのボクセルを処理するよう継続することができる。
【０１３２】
式（１）〜（８）を使用する本実施形態においては、ＭＯＥ装置３２の均一な間隔とほか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）〜（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探索する必要はない。
【０１３３】
もう１つの実施形態においては、均一な間隔か、あるいは可変及び／又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）〜（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装置の可変間隔及び／又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／深さが可変するため、代替的な実施形態においては、アンチエリアシング方法では、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各光学要素１６０〜１６８の深さ値を探索することにより求める。すなわち、
ＤＮＥＡＲ１≦ＤＶ≦ＤＮＥＡＲ２                      （９）
【０１３４】
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。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。
【０１３５】
深さ調節値λとμは次にように決定される。
【数１０】
2007164784.tif 000011
【数１１】
2007164784.tif 000012
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。
【０１３６】
式（１０）と（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及び／又は可変の距離をスケーリングし、次に式（７）と（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を発生する。式（１０）と（１１）に示すように、深さ調節値λとμ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。
【０１３７】
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、
【数１２】
2007164784.tif 000013
となるが、これは式（１）〜（８）を用いた調節値と一致している。この代替実施形態は、ＭＯＥ装置３２と光学要素１６０〜１６８の寸法的及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を発生するために適切な境界光学要素１６２〜１６４を決定するための探索が必要である。
【０１３８】
図２０は本明細書に述べる３次元アンチエリアシングを実現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、一様又は非一様な分布を有しているかどうか、及び／又は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がどうかを示すこともある。
【０１３９】
間隔が一定である場合、本方法は次にステップ１９４で、式（１）と（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）と（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。しかし、ステップ１９２で間隔が一定でなかった場合、本方法はこの代替実施形態で、ステップ１９４を無視してステップ１９６を実行して、式（９）を満足する光学要素を決定する。すなわち、光学要素１６０〜１６８の各々の間隔／深さの値を探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しだいで、任意に実行されたり省略されたりする。
【０１４０】
次に、本方法は、本明細書で説明するように実現される実施形態によって、式（５）と（６）又は式（１０）と（１１）を用いてステップ１９８で深さ調節値λ及び／又は第２の値μを決定する。次に、本方法は、式（７）と（８）を用いて１つ又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。
【０１４１】
別の代替実施形態では、中間程度のアンチエリアシングが実現される。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。このような中間的な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発生されることがある。
【０１４２】
他の代替実施形態では、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端数値λとμを無視して、深さの端数値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端数部分λ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、αを式（５）と（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）
【０１４３】
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又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）と（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）
このように、図２０のステップ１９８〜２０２はそれぞれ式（１４）〜（１６）を実現して、可変アンチエリアシングを提供する。
【０１４４】
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現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現され得る。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現される。
【０１４５】
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）と（１６）により、ＣＢ２＝０．０８  ＣＶ＝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）と（１６）によれば、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１６２〜１６４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のボクセルを発生しない、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は発生されない。
【０１４６】
可変アンチエリアシングを用いるさらなる代替実施形態では、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）
でなければ、ＣＡ２＝０                    （１７）
ＣＶλＶＡＲ＞Ｔであれば、ＣＢ２＝ＣＶλＶＡＲ
でなければ、ＣＢ２＝０                              （１８）
【０１４７】
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３次元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、これによって、表示されるボクセルの数が減少し、３次元画像の計算処理が向上する。
【０１４８】
追加の代替実施形態では、ＭＶＤシステム１０は、３次元画像３４のある部分の外観が半透明である３次元画像３４を発生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発生され得る。
【０１４９】
３次元画像３４を発生するに際して、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（又はｚ）バッファなどのＯｐｅｎＧＬフレームバッファデータを用いて、ＭＰＤ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などのピクセル又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３２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、再現されないのが望ましい状況下では適切である。
【０１５０】
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中で画像を発生するために、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、完全な透明性は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、正確に見える画像を色バッファから発生する一方では、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。
【０１５１】
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、これらの画像が、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であり得るからである。ここで開示するＭＶＤシステム１０は、例えば半透明な物体又は部分を有するボリュメトリック画像３４を発生し、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発生するが、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再現し得るだけである。
【０１５２】
図２１〜２４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中心付けされているクリップ平面でＮ回も再現される。したがって、Ｎ個の異なった画像が発生し、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、３次元ボリュメトリック画像３４を発生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。
【０１５３】
クリップ平面で再現するという動作は、図２１〜２２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のある部分が発生して、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間で発生して、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。
【０１５４】
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現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。
【０１５５】
ＯｐｅｎＧＬで利用可能なフォグ関数には、線形関数、指数関数及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２３〜２４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２３〜２４に示す図示実施形態では、線形フォグ関数２２４〜２２７の各組み合わせは、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回だけ再現されるが、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。
【０１５６】
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もち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つの再現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の前で再現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、次に前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のセットを再現する。
【０１５７】
第２のパスの間では、この２つのクリップ平面は距離Δ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の後でその画像が再現され、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が次に前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のセットを再現する。
【０１５８】
様々な線形フォグ関数２２４〜２２５で再現されたこの第２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。
【０１５９】
図２３に示すように第１の画像を第１の平面２０６上で再現するために、フォグ関数２２４〜２２５が第１の平面２０６の周りに中心付けされ、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２２４〜２２５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２２４〜２２５を用いて再現した後は、ＭＶＤシステム１０は、連続する画像を第２の平面２０８上で図２４に示すように再現するが、フォグ関数２２６〜２２７は第２の平面２０８の周りに中心付けされ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。代替実施形態では、例えば観測者２１８からより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に対して実現され、これによって、表示された３次元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。
【０１６０】
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Ｄ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）〜（８）及び／又は式（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で任意に実現されて、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。
【０１６１】
前記によって、新規で明瞭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に完全に含まれる。
【０１６２】
ＭＶＤシステム１０は、１９９８年４月２０日提出の同時係属米国仮特許出願第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日提出の同時継続米国特許出願第０８／７４３，４８３号に記載の装置と方法を用いて実現してもよい。ＭＶＤシステム１０はまた、１９９８年１月８日提出の同時継続米国出願第０９／００４，７２２号に記載の装置と方法を用いて実現してもよい。上記のそれぞれ仮の及び仮ではない特許出願と発行済みの特許は各々が、参照してここに組み込まれる。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】
【０１６３】
【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の軸の角度方位を示す図である。
【図１３】図１１のＦＬＣ  ＳＬＭの軸の角度方位を示す図である。
【図１４】図１１のＦＬＣ  ＳＬＭの軸の角度方位を示す図である。
【図１５】多平面データセットを発生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掛け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画像の発生を示す図である。
【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画像の発生を示す図である。
【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画像の発生を示す図である。
【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画像の発生を示す図である。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成18年12月19日(2006.12.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元画像の深さの値に関連する深さの値を有する複数の光学要素上に滑らかにされた深さ外観を有するボリュメトリック３次元画像を発生させる方法であって、
そのボクセルが、複数の光学要素の深さの値に対応しない深さの値を含む、前記３次元画像を表す画像データを与えるステップと、
アンチエリアシングされた画像データを生成するために、前記ボクセルを処理することにより前記画像データをアンチエリアシングするステップと、
前記ボリュメトリック３次元画像を発生させるために、前記処理されたボクセルを含むアンチエリアシングされた画像データのスライスを複数の光学要素に選択的に投影するステップとを含む方法。
【請求項２】
前記ボクセルは、１つまたは複数の前記ボクセルに対して深さ調節値を発生させるために処理される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
１つまたは複数の前記ボクセル各々の深さ調節値が、少なくとも１つの光学要素からの前記ボクセルの距離の関数として発生される請求項２に記載の方法。
【請求項４】
深さ調節値λが、
【数１】
2007164784.tif 000039
により計算され、ＤＶは、ボクセル深さの値を表し、ＤＮＥＡＲ１およびＤＮＥＡＲ２は条件ＤＮＥＡＲ１≦ＤＶ≦ＤＮＥＡＲ２を満足する光学要素の深さの値を表す、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
ボクセルの深さ調節値が、光学要素の少なくとも１つ上への選択的な投影用の修正された色値をそれぞれが有する１つまたは複数の処理されたボクセルを発生させるように、その色値を修正するために使用される請求項２に記載の方法。
【請求項６】
修正された色値の１つが、ボクセルの色値をその深さ調節値λで乗算することにより得られる請求項５に記載の方法。
【請求項７】
修正された色値の１つが、ボクセルの色値をその量（１−λ）で乗算することにより得られる請求項５に記載の方法。
【請求項８】
色値がボクセルの少なくとも輝度を指定する請求項５に記載の方法。
【請求項９】
アンチエリアシングの程度を制御するために、深さ調節値をアンチエリアシングパラメータＰで除する請求項５に記載の方法。
【請求項１０】
前記処理されたボクセルの少なくとも１つの修正された色値が、前記ボクセルの色値にλ／Ｐを乗算することにより決定される請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記処理されたボクセルの少なくとも１つの修正された色値が、前記ボクセルの色値に（１−λ／Ｐ）を乗算することにより決定される請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記１つまたは複数の処理されたボクセルが、それら修正された色値が所定の閾値を超えた場合にのみ選択的に投影される請求項１０または１１に記載の方法。
【請求項１３】
ボリュメトリック３次元画像を発生させるための方法であって、
前記画像データ内にゼロの連続の存在を示すために、３次元画像に対応する画像データをコードで符号化するステップと、
前記３次元画像の一組の２次元スライスに対応するデータを前記符号化されたデータから発生させるステップと、
前記ボリュメトリック３次元画像を発生させるために、２次元スライスのそれぞれを多平面光学要素のそれぞれの光学要素上に選択的に投影するステップとを含む方法。
【請求項１４】
前記コードはゼロ連続フラグを含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記符号化するステップは、前記コードに続く前記ゼロの連続に含まれるゼロの回数を与えるステップをさらに含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
すべてのゼロを記憶するために画像データバッファを初期化するステップと、
前記符号化された画像データを前記画像データバッファに送るステップと、
前記コードを検出するステップと、
前記検出するステップに応じて、前記ゼロの回数と等しいデータ位置の数だけ前記バッファを前へ跳び越すステップとをさらに含む請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
ボリュメトリック３次元画像を発生させるシステムであって、
３次元シーンをレンダリングし、前記レンダリングされた３次元シーンを通して一連の２次元スライスを発生させるコントローラと、
前記２次元スライスをその上に投影することのできる光学装置と、
第１のボリュメトリック３次元画像の明白な深さが前記光学装置の物理的深さを超えるように、前記第１のボリュメトリック３次元画像を発生させるために前記光学装置上に一連の２次元スライスを選択的に投影する画像プロジェクタとを含むシステム。
【請求項１８】
前記明白な深さは、前記レンダリングされた３次元シーンの部分を閉塞することにより与えられる請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記明白な深さは、前記レンダリングされた３次元シーンに強制的なパースペクティブを含めることにより与えられる請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
アンチエリアシングしたボリュメトリックの３次元画像を発生させるシステムであって、
複数の個別の光学要素を含む多平面光学装置と、
調節された色値で処理したボクセルを有する画像スライスを発生させるために、光学要素の深さの値の間の深さの値を有するボクセルを含む画像データのアンチエリアシングのためのコントローラであって、前記ボリュメトリック３次元画像の深さの感覚を強調するために計算上のパースペクティブを前記画像スライスに組み込むコントローラと、
ボリュメトリック３次元画像を発生させるために、画像スライスのそれぞれを、多平面光学装置のそれぞれの光学要素の１つ上に投影する画像プロジェクタとを含むシステム。
【請求項２１】
画像データを与える前記ステップが、前記ボリュメトリック３次元画像の深さの感覚を強調するために、計算上のパースペクティブを、前記３次元画像を表す前記画像データに組み込むステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
深さ軸に沿って配置された複数の光学要素を含む多平面光学装置上に表示するために、深さが強調された３次元ボリュメトリック画像を発生させるシステムであって、
前記３次元ボリュメトリック画像の深さの感覚を強調するために、計算上のパースペクティブを含めるよう一連の２次元画像スライスを含む３次元ボリュメトリック画像をレンダリングするコントローラと、
深さの強調された３次元ボリュメトリック画像を形成するために、前記計算上のパースペクティブを有する前記２次元画像スライスを、前記複数の光学要素上に選択的に投影するための画像プロジェクタとを含むシステム。
【請求項２３】
深さ軸に沿って配置された複数の光学要素を含む多平面光学装置上に表示するために、深さが強調された３次元ボリュメトリック画像を発生させるための方法であって、
前記３次元ボリュメトリック画像の深さの感覚を強調するために、計算上のパースペクティブを含めるよう一連の２次元画像スライスを含む３次元ボリュメトリック画像をレンダリングするステップと、
深さの強調された３次元ボリュメトリック画像を形成するために、前記計算上のパースペクティブを有する前記２次元画像スライスを、前記複数の光学要素上に選択的に投影するステップとを含む方法。