Устройство для управления углом обзора моделируемого пространства

Устройство для управления углом обзора моделируемого пространства
Предложенное техническое решение относится к стационарным демонстрационным стендам, и может быть использовано для наблюдения моделируемого пространства со стационарной позиции с жесткой привязкой по углу места (азимуту) к реальному пространству.
Известно устройство получения стереоскопического изображения (см., Н.А. Валюс, 1962, Стереоскопия, издательство АН SU, стр. 68-69), содержащее устройство одиночного двумерного (2D) цветного изображения и оптическая система одновременного наблюдения двумя глазами.
Известна нашлемная система индикации водителя транспортного средства (см., патент RU №2091837 МПК G02B 23/10, G02B 27/30, публикация от 27.09.1997), содержащая нашлемный коллиматорный визир, формирователь изображения и устройство определения ориентации оси визира, которая дополнена блоком с управляемым светопропусканием, совмещенным с полем зрения водителя и визира, блоком задания режима формирования изображения внешнего пространства, блоком определения относительного перемещения изображения внешнего пространства и поля зрения визира, блоком данных о элементах изображения внешнего пространства, блоком формирования синтезированного изображения внешнего пространства.
Известно устройство для воспроизведения стереоскопического изображения (см., патент US №6064424 МПК H04N 13/00, публикация от 16.05.2000), содержащее матрицу формирующая изображение элементов (пикселей дисплея), расположенных в строках и столбцах и оптически сопряженная с ней линзовый растр, состоящий из параллельных цилиндрических линз, причем поперечное сечение линз растра представляет собой часть круга.
Известно нашлемное устройство (см., патент US №6342872 НКИ 349/179, 349/118, 349/119, 349/121, 349/117, 349/120, публикации от 29.01.2002), содержащее сменный видеоинформационный модуль, моноскопический микродисплейный модуль и пропускающее - отражающее сферическое зеркало, при этом выход сменного видеоинформационного модуля подключен к входу моноскопического микродисплейного модуля, выход которого через канал отражения сферического зеркала оптически связан с обоими глазами наблюдателя, которые через канал пропускания сферического зеркала оптически связаны с объектами окружающей обстановки.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является стереокомпаратор по авторскому свидетельству 1083733 (SU 1083733 G01C 11/06, 23.08.88 г.), содержащий станину, параллактическую каретку с ручным штурвалом для ее перемещения вдоль оси ординат, два снимкодержателя, один из которых установлен на параллактической каретке, и оптическую систему для наблюдения стереопары, включающую в себя окулярную часть, неподвижно закрепленную на станине, и объективную часть, установленную на второй каретке, снабженной ручным штурвалом для перемещения ее вдоль оси ординат, и аналого-цифровые преобразователи, датчики которых расположены неподвижно на осях измерительных винтов параллактической и второй кареток, при этом с целью повышения производительности труда при обработке круговых панорамных стереоснимков путем измерения координат точек в линейноугловой мере, каждый из двух снимкодержателей выполнен последовательно, по ходу движения пленки снимков, в виде подающей катушки, опорного, двух выравнивающих и мерного валиков, а также приемной катушки, причем мерные валики механически связаны с дополнительными датчиками аналого-цифровых преобразователей угол-код, второй снимкодержатель закреплен на станине неподвижно.
Потенциально, при условии использования соответствующих наборов снимков, известное техническое решение позволяет осуществлять наблюдения ограниченного участка моделируемого пространства, соответствующего реальному пространству. Недостатками известного технического решения являются:
- отсутствие возможности управления углом обзора моделируемого пространства посредством изменения положения окулярной части в реальном пространстве;
- отсутствие возможности осуществления панорамного наблюдения моделируемого пространства в соотнесении его с реальным пространством по азимуту ввиду ограниченности участка пространства, описываемого круговыми панорамными стереоснимками, используемыми как источник данных для формирования моделируемого пространства в известном техническом решении.
Предлагаемая полезная модель направлена на решение задачи повышения эффективности и информативности демонстрации моделируемого пространства.
Техническим результатом предложенного решения является обеспечение синхронизации изменения угла обзора образов моделируемого пространства с изменением ориентации головного блока в реальном пространстве.
Технический результат предложенного решения достигается тем, что устройство для управления углом обзора моделируемого пространства включает стационарное основание и головной блок, причем головной блок установлен на стационарном основании шарнирно и содержит механизмы для осуществления его поворота и блок измерения его углового положения, состоящий из датчиков угла поворота в горизонтальной и вертикальной плоскостях, при этом блок измерения углового положения головного блока соединен через микроконтроллер с электронно-вычислительным устройством, в памяти которого зафиксирована модель моделируемого пространства с возможностью передачи видеоизображения на экран и стереоскопический бинокуляр, причем угловое положение головного блока определяется относительно стационарно закрепленного основания, а изменение угла обзора образов моделируемого пространства соответствует изменяемой в реальном пространстве ориентации головного блока.
Сущность предложенного технического решения заключается в том, что управление углом обзора моделируемого пространства осуществляют с помощью изменения углового положения головного блока в реальном пространстве, что позволяет настроить обзор моделируемого пространства по угловому положения и линейным размерам в соответствии с окружающим реальным пространством (позволяет совместить горизонт моделируемого пространства с реальным, совместить существующие объекты с их образами в моделируемом пространстве, привести в соответствие дальности до различных объектов), что невозможно получить с помощью переносных устройств, устройств, которые для управления обзором используют различные измерения движения тела пользователя, а также устройств, закрепленных стационарно без возможности осуществления управления угловым положением головного блока в реальном пространстве. В предлагаемом техническом решении, угол обзора образов моделируемого пространства соответствует ориентации головной части устройства в реальном пространстве.
Кроме того, при заданном направлении (азимуте) головного блока устройства в горизонтальной и вертикальной плоскостях, которое измеряется с помощью датчиков угла поворота относительно стационарного основания устройства, с помощью электронно-вычислительного устройства, в памяти которого зафиксирована модель моделируемого пространства, в каждый момент времени осуществляется трансляция на экран видеоизображения моделируемого пространства, соответствующего данному азимуту. Наблюдатель может рассматривать формируемое на экране изображение посредством стереоскопического бинокуляра, что обеспечивает формирование трехмерного видеоизображения.
Стационарное исполнение предложенного устройства и управление углом обзора моделируемого пространства позволяет применять устройство в общественных местах и использовать его большому количеству пользователей, не требуя проведения подготовительных действий, в частности, по настройке азимутального угла, для начала пользования устройством и не вызывая дискомфорта при наблюдении моделируемого пространства, в отличие от нестационарных устройств.
Сравнение предлагаемого решения с известными техническими решениями показывает, что оно обладает новой совокупностью существенных признаков, так как средства ориентации в реальном пространстве головного блока, представленная механизмами для осуществления его поворота и блоком измерения углового положения головного блока, состоящим из датчиков угла поворота в горизонтальной и вертикальной плоскостях, который соединен через микроконтроллер с электронно-вычислительным устройством, позволяет определять угол обзора моделируемого пространства (положение глаз наблюдателя в системе отображения) относительно стационарно закрепленного основания, с обеспечением соответствия изменения угла обзора образов моделируемого пространства ориентации головного блока в реальном пространстве, не связанной с положением непосредственного наблюдателя в пространстве, при полном замещении реальности, а не ее дополнении, что совместно с известными признаками позволяет достигнуть заявленного технического результата.
На чертеже показана структурная схема устройства для управления углом обзора моделируемого пространства.
Обозначения на чертеже:
1. Стационарное основание.
2. Головной блок.
3. Система ориентации головного блока:
3.1. Механизм поворота в горизонтальной плоскости.
3.2. Механизм поворота в вертикальной плоскости.
3.3. Датчик угла поворота в горизонтальной плоскости.
3.4. Датчик угла поворота в вертикальной плоскости.
3.5. Микроконтроллер.
4. Электронно-вычислительное устройство.
5. Экран (например, микродисплейный модуль либо жидкокристаллический дисплей).
6. Стереоскопический бинокуляр.
7. Источник питания.
Устройства для управления углом обзора моделируемого пространства работает следующим образом.
При включенном источнике питания 7 микроконтроллер 3.5 постоянно производит измерения показаний датчиков угла поворота 3.3 и 3.4 и на электронно-вычислительное устройство 4 поступают оцифрованные показания углов поворота головного блока 2, по которым происходит как расчет положения головного блока 2 в пространстве, так и расчет изображений, представляемых к наблюдения посредством стереоскопического бинокуляра 6 и обеспечивающих формирование целостного трехмерного изображения, соответствующего данному положению головного блока 2. Рассчитанные изображения передаются на экран 5 (микродисплейный модуль либо жидкокристаллический дисплей) 6..
Пользователь, глядя в окуляры стереоскопического бинокуляра 6, видит объемное панорамное изображение.
Техническо-экономическим эффектом полезной модели является повышение эффективности и информативности демонстрации моделируемого пространства по угловому направлению (азимуту), заданному ориентацией головного блока устройства в реальном пространстве и облегчение использования устройства пользователем. В частности, устройство может применяться при реконструкции исторических эпох, моделировании возможной обстановки будущего (в форме интерактивных трехмерных панорам), а также для показа панорамного видеоизображения существующих объектов.