Визуализация объемных изображений методом пространственной селекции ракурсов. 3D монитор

УДК 681.775.7 А.А. Гиенко

ФГУП «СНИИМ», Новосибирск

ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ОБЪЕМНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ МЕТОДОМ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СЕЛЕКЦИИ РАКУРСОВ. 3D МОНИТОР

Рассматривается применение метода пространственной селекции ракурсов для визуализации объемных изображений. Приведены схемы многоракурсных устройств. Предложено многоракурсное устройство с просветным линзовым экраном и дополнительными зеркалами, увеличивающими эффект оглядывания объекта.

A.A. Gienko

Siberian State Metrology Research Institute, Novosibirsk

VISUALIZATION OF THE VOLUMETRIC IMAGES BY A METHOD OF SPATIAL SEPARATION OF CAMERA ANGLES. 3D MONITOR

The application of a method of spatial division of camera angles for visualization of the volumetric images is considered. The circuits of devices are given. The device with additional mirrors and with a transparent screen lens is offered. The mirrors serve for increase of effect of the review of object.

Для большинства современных систем управления отдельными

специализированными станками,

сложными технологическими

процессами и т.д. максимальная

эффективность достигается лишь при участии человека-оператора. Поэтому важнейшая роль здесь отводится средствам визуального отображения разнообразной технологической

информации. В некоторых случаях

весьма полезным (а иногда - даже необходимым) для оператора является воспроизведение визуальной

информации в трехмерной форме. Здесь

приходится применять различные

стереоскопические и многоракурсные устройства отображения.

В отличие от стереоскопических (с числом ракурсов равным 2) в многоракурсных устройствах (с числом ракурсов более 2-х) актуальной становится проблема селекции ракурсов для левого и правого глаза. В стереоскопических устройствах такая селекция

осуществляется достаточно просто - при помощи очков различной конструкции: анаглифных, поляризационных, обтюрационных.

Метод селекции ракурсов при помощи очков-анаглифов представлен на рис.

При этом изображения для левого и правого глаза (ракурсы) совмещаются на одном экране. Примеры стереоизображений, предназначенных для просмотра сквозь очки-анаглифы, представлены на рис. 2 и 3.

Л

Рис. 2

Рис. 3

Метод поляризационной селекции используется в стереоскопическом дисплее БВ2220^ показанном на рис. 4. Здесь изображения для левого и правого глаза формируются на отдельных экранах и совмещаются на полупрозрачном зеркале.

Метод обтюрационной селекции ракурсов можно использовать в современных телевизорах с частотой кадровой развертки не менее 100 Гц. Совмещение изображений здесь реализуется поочередной подачей на экран изображений для левого и для правого глаза.

Селекция осуществляется обтюрационными Рис. 4

очками, синхронизированными с кадровой разверткой телевизора.

Однако селекция ракурсов при помощи очков не лишена серьезных недостатков. Например, очки-селекторы трудно применять людям, уже носящим обычные очки для коррекции зрения. Количество изображений (ракурсов) не может превышать 2-х. Кроме того, при использовании очков-селекторов глаза быстро утомляются, поэтому у операторов возможны осложнения со зрением.

В многоракурсных устройствах отображения используется метод пространственной селекции ракурсов путем формирования в пространстве перед экраном зон избирательного видения (ЗИВ). Располагая голову так, чтобы левый глаз попадал в одну из ЗИВ, а правый - в соседнюю, оператор может наблюдать стереоскопическое изображение. Если оператор перемещает голову

по горизонтали так, что его глаза последовательно попадают в ЗИВ нескольких изображений (ракурсов), то он ощущает эффект оглядывания.

Метод пространственной селекции реализован в микрорастровых многоракурсных устройствах. Здесь совмещение изображений (ракурсов) количеством до 12 производится на одном экране в виде специального изображения - параллакс-панорамограммы. На экран со стороны наблюдателя наложен микрорастр - совокупность мелких цилиндрических линз. Именно линзовый микрорастр и формирует в пространстве зоны избирательного видения изображений, закодированных в параллакс-панорамограмме. Микрорастровые устройства сейчас являются довольно перспективными для производства 3Э мониторов. Однако для таких устройств существует ограничение числа ракурсов, зависящее от толщины цилиндрической линзы растра и размера элементарной световой точки экрана - пикселя.

Нами проводились исследования многоракурсного устройства с просветным линзовым экраном, схематически изображенного на рис. 5. Зоны избирательного видения 4 и 5 здесь формируются линзой-коллиматором 3 (она же - экран), на поверхности которой совмещаются изображения для левого и правого глаза. Эти изображения переносятся на поверхность линзы-коллиматора соответствующими проекционными объективами 2 и 7 с диапозитивов 1 и 6. Впоследствии вместо диапозитивов использовался экран монитора компьютера, разделенный надвое. Сами ЗИВ 4 и 5 в данном устройстве физически представляют собой действительные изображения проекционных объективов 2 и 7.

1 - изображение для левого глаза; 2 - проекционный объектив для левого глаза; 3 - линза-коллиматор; 4 - ЗИВ для левого глаза; 5 - ЗИВ для правого глаза; 6 -изображение для правого глаза; 7 - проекционный объектив для правого глаза; 8

Теоретически количество изображений (ракурсов) в подобных устройствах неограниченно. Поэтому для получения еще двух дополнительных ракурсов устройство было оснащено зеркалами - рис. 6. Объектив 2 отражается в зеркале 5 в виде мнимого изображения объектива 3. Для последнего линзой-

0;00тЕ-\ И

Рис. 5

оптическая ось проектора для правого глаза

коллиматором создается дополнительная ЗИВ 6. Это позволило усилить эффект оглядывания.

Рис. 6

1 - изображение для левого глаза; 2 - проекционный объектив для левого глаза; 3 - мнимое изображение объектива 2 в зеркале; 4 - ЗИВ для левого глаза; 5 -зеркало; 6 - дополнительная ЗИВ для мнимого изображения 3

Практическое применение устройств подобного рода возможно в установках визуализации виртуальной реальности, дополненной реальности, или например, в рекламных установках для презентации товаров.

© А.А. Гиенко, 2010