專利名稱：三維顯示系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及視覺顯示系統(tǒng)，尤其涉及三維顯示系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代三維("3D")顯示技術(shù)正在日益普及和實(shí)用，其不僅在計(jì) 算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域中，而且在其他不同的環(huán)境和技術(shù)中同樣得以實(shí)施。 其不斷增長的示例包括醫(yī)療診斷、飛行模擬、空中交通管制、戰(zhàn)場模 擬、天氣分析診斷學(xué)(weather diagnostics)、娛樂、廣告、教育、 動畫、虛擬現(xiàn)實(shí)(virtual reality)、機(jī)器人技術(shù)、生物力學(xué)研究、科 學(xué)可視化等等。
這種日益增長的關(guān)注度和普及度源于諸多因素。在我們的日常生 活中，印刷品和電視上充斥著合成計(jì)算機(jī)圖形圖像。現(xiàn)在，人們甚至 可以在家中在個人計(jì)算機(jī)上產(chǎn)生類似圖像。此外，我們還經(jīng)?？吹叫?用卡上的全息圖以及麥片盒上的珠粒狀顯示(lenticular display )。
當(dāng)然，對3D觀看的關(guān)注并不是新產(chǎn)生的。至少是從上世紀(jì)初的 立體鏡(stereoscope)時代，公眾就對這種體驗(yàn)抱有興趣。在上世紀(jì) 中期，新的興奮、關(guān)注和熱情也隨著對3D電影的狂熱一并產(chǎn)生，其 后出現(xiàn)的則是令人著迷的全息術(shù)，以及最近發(fā)展出的虛擬現(xiàn)實(shí)。
計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)方面的最新進(jìn)展使得空間3D圖像更為可
9行并且更易得到。以臺式工作站為例，其現(xiàn)有的計(jì)算能力已經(jīng)可以足 夠快地產(chǎn)生立體圖像對用于交互式顯示。在計(jì)算能力鐠
(computational power spectrum )的高端，允許以交互方式來操作和 動畫化復(fù)雜對象數(shù)據(jù)庫的相同技術(shù)進(jìn)展現(xiàn)在則已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)用于高 質(zhì)量3D顯示的大量圖像數(shù)據(jù)的渲染(render)。
此外，人們也越來越認(rèn)同對傳統(tǒng)上被稱為"3D計(jì)算機(jī)圖形學(xué)"的 3D場景的二維投影并不足以滿足觀看、導(dǎo)航和理解某些類型的多元 數(shù)據(jù)(multivariate data )的要求。如果不是借助3D渲染，那么即便 是具有才及佳視角描述(perspective depiction )的高質(zhì)量圖4象，看上去 仍舊會是不逼真的和扁平的。對此類應(yīng)用環(huán)境而言，人們?nèi)找嬲J(rèn)識到 人類的立體視覺深度線索、運(yùn)動視差以及(至少在較小的程度上)視 覺調(diào)節(jié)(ocular accommodation)對于促進(jìn)圖像理解及其逼真度而言 是意義重大且非常重要的。
在3D顯示技術(shù)的其他方面，例如就觀看所需的硬件而言，虛擬 現(xiàn)實(shí)的廣泛領(lǐng)域業(yè)已驅(qū)使計(jì)算機(jī)和光學(xué)工業(yè)制造出更好的頭盔式
(helmet mounted )和頭戴式(boom-mounted )立體顯示器，以及以 產(chǎn)生現(xiàn)實(shí)幻象所需要的速率和質(zhì)量來渲染場景的相關(guān)軟件及硬件。但 是，當(dāng)前大多數(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)旅行(voyage)是獨(dú)自進(jìn)行并且是妨礙性的 用戶通常要佩戴頭盔、特殊眼鏡或是其他只會將3D世界單獨(dú)顯示給 每個用戶的設(shè)備。
這種立體顯示器的一種常見形式是使用快門或被動偏光眼鏡
(eyewear)，其中觀察者佩戴的是阻擋兩個顯示圖像之一的眼鏡， 并且這兩個圖像中的每一個圖像都排他地對應(yīng)于一只眼睛。這種眼鏡 的示例包括一皮動偏光目艮鏡(passively polarized glasses )和快速交替的 快門式眼鏡(shuttered glasses )。
雖然這些方法通常是成功的，但是它們并未被廣泛接受，這是因 為觀察者通常不喜歡在眼睛上戴東西。此外，這些方法在要將3D圖 像投影給一個或多個偶然經(jīng)過的過路人、 一群合作者或全體觀眾，例 如在希望實(shí)現(xiàn)個性化投影的情況下是不切實(shí)際并且基本上是行不通
10的。即便給出相同的投影，此類狀況也還是需要不同并且開發(fā)度相對 較低的技術(shù)，例如常規(guī)的自動立體顯示器。
出于對免除頭戴物(headgear)的考慮，由此激發(fā)了自動立體顯 示器的發(fā)展，其中所述自動立體顯示器自動為觀察者渲染立體觀看體 驗(yàn)，而不需要觀察者使用或佩戴特殊的附件或設(shè)備。自動立體顯示器 嘗試在不使用眼鏡、護(hù)目鏡或其他個人佩戴的物理觀看工具的情況下 將空間圖像呈現(xiàn)給觀看者。這種自動立體顯示器非常吸引人，因?yàn)樗?具有提供最接近于實(shí)物光學(xué)特性的最佳體驗(yàn)的前景。
目前業(yè)已提出多種自動立體顯示方案，用以顯示那些實(shí)際看上去 是三維的圖像。對當(dāng)前可以物理實(shí)現(xiàn)的自動立體顯示器來說，這些顯 示器通?？梢苑譃槿箢悾粗匦鲁上耧@示器(re-imaging display)， 體顯示器(volumetric display )，以及視差顯示器(parallax display )。
重新成像顯示器通常獲取來自三維對象的光并將其重新輻射到 新的空間位置。體顯示器跨越一定體積的空間，并且照亮該空間的各 單獨(dú)部分。視差顯示器則是放射出亮度隨方向改變的光的表面。每種 顯示器都已經(jīng)在商業(yè)顯示系統(tǒng)中得到使用，并且每種顯示器都具有與 生俱來的優(yōu)點(diǎn)和弱點(diǎn)。
較常用的顯示方法往往可歸入體積型和視差型這兩種主要類別。
體積型自動立體顯示器是通過生成某個體積內(nèi)部的點(diǎn)的集合來 產(chǎn)生3D圖像的，其中這些點(diǎn)是用作發(fā)光光源或者看上去是發(fā)光的。 如果這些點(diǎn)像經(jīng)常發(fā)生的那樣以各向同性的方式發(fā)光的，那么最終得 到的圖像看上去將會是重影(ghosted)或透明的。由此，典型的體積 顯示器是不會創(chuàng)建真實(shí)的3D光場的，這是因?yàn)槟切┰谏疃壬蠈?zhǔn)的 體積元素是不會被察覺出是彼此阻礙的。換言之，該圖像是不會顯示 遮蔽物的。
視差型自動立體顯示器在內(nèi)部執(zhí)行圖像的立體分離處理，由此就 不需要觀察者使用附加的眼鏡。目前業(yè)已開發(fā)了多種此類顯示系統(tǒng)， 只要觀察者保持處于空間中的固定位置，那么這些顯示系統(tǒng)會向每一 只眼睛呈現(xiàn)不同圖像。這其中的大多數(shù)系統(tǒng)都是視差格柵(parallax
iibarrier)方法的變體，在該方法中，在顯示屏前方放置了精密垂直的 光柵或雙凸透鏡陣列。當(dāng)觀察者的眼睛保持固定在空間中的某個位置 時，每一只眼睛都只能通過光柵或透鏡陣列來觀看一組顯示像素(偶 數(shù)或奇數(shù))，而不會看到另一組顯示像素。然后，這種幾何形狀可以 確保每只眼睛都只看到自己的相應(yīng)圖像，并且所述相應(yīng)圖像與顯示不 同圖像視圖的像素組相對應(yīng)。這兩個被觀看者的相應(yīng)右眼和左眼各自 看到的圖像視圖被配置為使人眼視覺系統(tǒng)將單獨(dú)看到的圖像同時解 譯成單個3D圖像。該處理是在觀察者不必佩戴或使用任何個人輔助 設(shè)備的情況下進(jìn)行的。但是，視差格柵方法通常需要觀察者保持固定 在一個位置上。此外，在很多情況下，該顯示器產(chǎn)生的是提供水平視 差而不是垂直視差的二維光場。
較新并且有可能更逼真的自動立體顯示形式是全息圖。全息圖和 偽全息顯示器通過為觀看者有效地重新創(chuàng)建或模擬原始光波陣面來 輸出同時呈現(xiàn)多個不同視圖的局部光場。最終得到的圖像有可能會如 照片般逼真，它展現(xiàn)了遮蔽物以及依賴于視角的其他效果(例如反 射)，并且該圖像與觀看者的物理位置無關(guān)。實(shí)際上，觀看者可以來 回移動，以便觀察圖像的不同方面。另外，全息圖還可能允許多個觀 察者同時觀看同一圖像。
雖然更為逼真，但是與雙視圖立體顯示器通常需要的計(jì)算能力和 帶寬相比，動態(tài)呈現(xiàn)的全息圖像同樣需要更強(qiáng)的計(jì)算能力和更寬的帶 寬。此外，目前明顯缺乏有效的手段來以商業(yè)上可以接受的成本和實(shí) 時動態(tài)的方式重新創(chuàng)建原始波陣面或是其可接受的復(fù)制品。
由此，目前仍舊需要允許觀察者完全且無妨礙地自由移動的高有 效性、切實(shí)可行、高效率、低復(fù)雜度以及低成本的自動立體3D顯示 器。此外持續(xù)存在對在垂直以及水平移動方向上提供真實(shí)的視差體驗(yàn) 的實(shí)用自動立體3D顯示器的需要。
同時一直以來對此類實(shí)用自動立體3D顯示器還有著使其能夠獨(dú) 立并同時適應(yīng)多個觀看者的需要。如果提供這種同時觀看的需要得到 滿足，使得可以為處于相同觀看環(huán)境并可以完全自由移動的每一個觀看者呈現(xiàn)唯一定制的自動立體3D圖像，而且該圖像完全不同于那些 正被任何其他觀看者所觀看的圖像，那么將會是特別有利的。
更進(jìn)一步，除了令人畏懼的未解決的技術(shù)難題之外，由于特殊的 用戶要求， 一直以來還對實(shí)用自動立體3D顯示器有著使其提供逼真 的全息體驗(yàn)的特別需要。所以如果提出了一種解決方案能夠如上所述 滿足對多個同時且個體觀看的全息或偽全息觀看系統(tǒng)的需要，那么該 解決方案將會是更為杰出的。
另一個迫切需要是不突兀的(unobtrusive) 3D觀看設(shè)備，其中 該設(shè)備對反饋進(jìn)行組合，以便結(jié)合針對3D用戶的輸入來優(yōu)化觀看體 驗(yàn)，這樣就能在3D空間中觀看和操作虛擬3D對象，而不需要特殊 的觀看護(hù)目鏡或頭戴物。
鑒于不斷增長的商業(yè)竟?fàn)帀毫Γ粩嘣鲩L的消費(fèi)者預(yù)期以及不斷
減小的為市場供應(yīng)與眾不同的有意義產(chǎn)品的機(jī)會，找出這些問題的答 案也變得越發(fā)重要。此外，對節(jié)省成本、提高效率、改進(jìn)性能以及滿 足這些竟?fàn)帀毫Φ男枨笠苍诓粩嘣鲩L，因此也就更為迫切地需要找出 這些問題的答案。
找尋這些問題解決方案的工作已經(jīng)進(jìn)行了很長時間，但是現(xiàn)有的 開發(fā)工作并未教導(dǎo)或提出任何解決方案，這就使得本領(lǐng)域技術(shù)人員長 期以來都無法得出這些問題的解決方案。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種三維顯示系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有一個投影屏，該投 影屏具有預(yù)定的角響應(yīng)反射表面函數(shù)。與預(yù)定角響應(yīng)反射表面函數(shù)配 合來分別調(diào)制三維圖像反射鏡，由此定義具有可編程偏轉(zhuǎn)角的可編程 鏡。
作為上述特性的補(bǔ)充或替換，本發(fā)明的某些實(shí)施例還具有其他特 性。通過參考附圖來閱讀下文中的詳細(xì)描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以清 楚了解這些特性。
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圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的三維顯示系統(tǒng)的功能框圖和示意性
說明；
圖2是對投影屏表面上的單個像素的描述； 圖3是對具有表面函數(shù)的投影屏的描述；
圖4是對投影儀到觀察者的光路徑的描述，其中所述光路徑隨投
影屏的表面函數(shù)而變化；
圖5是顯示隨距離x變化的法線角度以及正確瞄準(zhǔn)法線角度的
圖6是隨距離x變化的調(diào)制函數(shù)的圖7是描述調(diào)制函數(shù)的物理意義(physical significance )的圖示； 圖8顯示的是在數(shù)字信號處理器看來的觀察者的簡化形狀；以及 圖9是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的三維顯示系統(tǒng)的流程圖。
具體實(shí)施例方式
在下文中將對實(shí)施例進(jìn)行足夠詳細(xì)的描述，以使本領(lǐng)域技術(shù)人員 能夠制造和使用本發(fā)明。應(yīng)該理解的是，根據(jù)本公開，其他實(shí)施例將 會是顯而易見的，此外，可以在系統(tǒng)、處理或機(jī)械方面做出改變而不 背離本發(fā)明的范圍。
在后續(xù)描述中將會給出眾多具體細(xì)節(jié)，以便提供關(guān)于本發(fā)明的全 面理解。然而非常明顯的是，本發(fā)明是可以在沒有這些具體細(xì)節(jié)的情 況下實(shí)施的。為了避免混淆本發(fā)明，對某些公知的電路、系統(tǒng)配置和 操作步驟將不作詳細(xì)公開。
同樣，顯示系統(tǒng)實(shí)施例的附圖是半圖式的且非按比例繪制，特別 地，為使圖示清楚，在附圖中對某些維度進(jìn)行了放大顯示。同樣，雖 然為了便于描述，附圖中的視圖一般顯示的是相同的方位 (orientation)，但是對大多數(shù)部位來說，附圖中的這種描述是任意 的。 一般來說，本發(fā)明是可以在任何方位工作的。
此外，如果所公開或描述的實(shí)施例具有某些共有特征，那么為了清楚起見同時為了便于說明、描述和理解，彼此相似或相同的特征通 常將用相同的附圖標(biāo)記來描述。出于說明目的，這里使用的術(shù)語"水平"被定義成是與觀察者眼睛 的平面相平行的平面，而不考慮觀察者的方位。術(shù)語"垂直"指的是與如上剛定義的水平相垂直的方向。諸如"在......上"、"上方"、"下方"、"底部"、"頂部"、"側(cè)面"(如在"側(cè)壁，，中)、"更高"、"更低"、"較 高"、"在……之上"以及"在......之下"之類的術(shù)語都是相對于水平面來定義的。本發(fā)明提供了一種三維("3D")顯示系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有3D人機(jī) 接口能力并且能夠提供不突兀的且無妨礙的3D自動立體觀看體驗(yàn)。 觀察者無需佩戴頭戴物。在一個實(shí)施例中，本發(fā)明的系統(tǒng)提供了一種 立體3D顯示和觀看體驗(yàn)；在另一個實(shí)施例中，它提供了一種逼真的 全息3D顯示體驗(yàn)。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例， 一個或多個觀察者的位置將被實(shí)時追 蹤，以便能夠單獨(dú)為每一個觀察者持續(xù)定制投影到所述觀察者的3D 圖像。這種針對一個或多個觀察者的實(shí)時位置追蹤還能使3D圖像具 有逼真的垂直和水平視差。此外，每一個3D圖像都可以依照觀察者 單獨(dú)改變的觀看位置而被調(diào)整，由此能實(shí)現(xiàn)在動態(tài)、可變的環(huán)境中觀 看個性化定制和個體化的3D圖像。此外，位置追蹤以及位置響應(yīng)圖 像調(diào)整還能夠合成真實(shí)的全息觀看體驗(yàn)。由此，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在這里公開了自動立體顯示系統(tǒng)， 其中舉例來說，該系統(tǒng)包括如下結(jié)構(gòu)組塊(building block):。二維("2D")投影儀，包括才莫擬反射鏡(analog mirror)、 多邊形掃描儀或類似設(shè)備、以及驅(qū)動器電路；。3D成像器(它可以是2D投影儀的一部分)；。具有表面函數(shù)的投影屏；o 顯示界面.，。數(shù)字信號處理器("DSP");以及。具有3D渲染能力的主機(jī)中央處理器("CPU")。15應(yīng)該理解的是，依據(jù)所考慮的特定實(shí)施方式需要或是為了適應(yīng)特 定實(shí)施方式，這些和其他相關(guān)結(jié)構(gòu)組塊和元件既可以配置為獨(dú)立部 件，也可以一起組合在一個或多個配件中。現(xiàn)在參考圖1，該圖顯示的是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的三維("3D") 顯示系統(tǒng)100的功能框圖和示意性說明。主機(jī)CPU 102包括操作系統(tǒng) ("OS") 104、 3D/立體渲染引擎106、圖形卡108以及通?？梢岳斫?的其他元件(未顯示)。如下文中進(jìn)一步描述的那樣，3D/立體渲染引擎106渲染3D圖 像(例如，立體的或偽全息的)，并且可以根據(jù)所考慮的特定實(shí)施方 式實(shí)現(xiàn)為固件、軟件或硬件。相應(yīng)地，3D/立體渲染引擎106可以是 諸如圖形卡108之類的圖形卡的一部分、圖形芯片的一部分、運(yùn)行在 圖形芯片的圖形處理器單元("GPU")上的代碼、專門的專用集成電 路("ASIC")、運(yùn)行在主機(jī)CPU 102上的特定代碼等等。依據(jù)本公 開以及所考慮的特定實(shí)施方式的相關(guān)特性，關(guān)于實(shí)施方式的選擇對本 領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說將是顯而易見的。3D/立體渲染引擎106渲染的3D圖像經(jīng)由適當(dāng)互連，例如經(jīng)由 基于數(shù)字視頻接口 ("DVI，，)標(biāo)準(zhǔn)的互連而被發(fā)送到3D/立體顯示器 110。該互連既可以是無線的(例如^f吏用802.11x Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)、超寬帶 ("UWB")或其他適當(dāng)?shù)膮f(xié)議)，也可以是有線的(例如以模擬形式 或數(shù)字地傳送，如通過最小化傳輸差分信號("TMDS")或低電壓差 分信號("LVDS"))。位于3D/立體顯示器110內(nèi)部的顯示界面和圖像分割器(image splitter) 112將來自3D/立體渲染引擎106的3D圖像分成兩個3D子 圖像，即左邊子圖像114和右邊子圖像116。如圖2所示，所述左邊 和右邊子圖像114和116在各自的圖像調(diào)制器118和120中被調(diào)制， 以便如圖2所述，允許并控制投影儀122將左邊和右邊的子圖像114 和116分別光學(xué)地投影到觀察者的左眼208和右眼210。然后，觀察 者的大腦會將所投影的這兩個光學(xué)子圖像114和116組合成3D圖像， 從而為觀察者提供3D觀看體驗(yàn)。16偏轉(zhuǎn)射入觀察者的相應(yīng)左眼和右眼這一操作是使用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的投影屏124來完成的。該投影屏與依照本發(fā)明并如這里公開 和教導(dǎo)的那樣經(jīng)過恰當(dāng)調(diào)制的圖像數(shù)據(jù)相結(jié)合，由此形成具有可編程 偏轉(zhuǎn)角的可編程鏡(programmable mirror)的鏡設(shè)備126。 ^般來說， 由于這種組合要么通過操作并且依照觀察者的特定左眼和右眼的空 間位置而將光從投影屏反射到相應(yīng)眼睛，要么就好像光被濾除了那樣 不反射光，因此，這種組合會使投影屏構(gòu)成一個作為空間濾波器的可 編程鏡。由此，這里廣泛使用的術(shù)語"可編程鏡"被定義成意味著如本文在 此公開的投影屏124以及投影到其上并從其上反射的調(diào)制圖像數(shù)據(jù)具 有能為投影屏124上的特定有限位置可編程地改變的偏轉(zhuǎn)角，其中舉 例來說，所述特定有限位置可以是所投影圖像的單個像素的位置。更 概括地說，在這里將其定義成意味著可編程地來為與整個投影屏124 一樣多的反射點(diǎn)中的每一個反射點(diǎn)(例如像素)單獨(dú)控制和改變偏轉(zhuǎn) 角。由此，通過該定義，投影屏124不具有固定偏轉(zhuǎn)角。相反，偏轉(zhuǎn) 角(例如，其中一個偏轉(zhuǎn)角對應(yīng)于觀察者的左眼208，另一個偏轉(zhuǎn)角 對應(yīng)于觀察者的右眼210)可以被實(shí)時編程，以便根據(jù)需要隨著觀察 者眼部位置的變化(例如由于頭部傾斜度、頭部位置、觀察者位置等 等的變化)而變化。數(shù)字信號處理器("DSP" ) 128與3D成像器130相結(jié)合，用于 確定觀察者132 (也就是用戶)相對于投影屏124的正確位置。關(guān)于 該觀察者132的特性，例如觀察者的頭部位置、頭部傾斜度以及相對 于投影屏124的眼分距(eye separation distance )等，同樣是由DSP 128以及3D成像器130確定的。根據(jù)這些判定，對圖像調(diào)制器118 和120的調(diào)制函數(shù)、和/或?qū)ν队皟x122的偏轉(zhuǎn)角、對鏡設(shè)備126的可 編程偏轉(zhuǎn)角做出適當(dāng)?shù)母淖?，從而在不需?D護(hù)目鏡或其他引入注 意的觀看裝置的情況下為觀察者132提供最佳3D觀看體驗(yàn)。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，3D成像器130可以是任何適當(dāng)?shù)膾?描儀或是用于定位和確定每一個觀察者132的位置和特性的其他已知設(shè)備。例如，這些特性可以包括觀察者132的高度，頭部方位(旋轉(zhuǎn) 和傾斜)，臂和手的位置等等。在一個實(shí)施例中，3D成像器將會為 此目的利用由投影儀122投影并從投影屏124反射的光，這將在下文 中有進(jìn)一步的描述。特別有效和劃算的3D成像器可以可選地實(shí)現(xiàn)， 例如通過利用于2005年10月21日提交的且轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明申請人的 共同未決的美國專利申請No.11/255，348中的教導(dǎo)來實(shí)現(xiàn)。在某些實(shí)施例中，3D成像器130可以被配置成是投影儀122的 一個完整部分(integral part)。例如，投影儀122可以被配置成以 可控方式直接照亮觀察者132和投影屏124。然后則會放置一個恰當(dāng) 定位的光傳感器134，以便拾取從觀察者132反射的照明光。例如， 光傳感器134可以是一個適當(dāng)?shù)娜蚬鈧鞲衅鳎驗(yàn)?D成像器130 (或者如所述，可選的為投影儀122)是在已知的預(yù)定角度和高度上 以可控方式投射照明光的。觀察者132的位置于是就可以由來自3D 成像器130的投射照明光的角度和高度，以及測量得到的從3D成像 器130到光傳感器134的照明光的飛行時間 ("TOF")來確定。同 樣，雖然為了便于圖示說明而將光傳感器134顯示成是獨(dú)立單元，但 是它也可以并入任何其他系統(tǒng)元件中，例如3D成像器130。同樣， 3D成像器130和/或光傳感器134可以有利地并入和/或集成于投影儀 122中，由此可選地與之共享公共元件。3D成像器130和光傳感器134還可以提供用于觀察者輸入的裝 置。例如，3D顯示系統(tǒng)100可以將投影屏124前方的且觀察者132 位于其內(nèi)的體積構(gòu)造成一個虛擬顯示體136，其中該虛擬顯示體被回 顯(echo)為投影屏124上的3D顯示。該虛擬顯示體136于是就可 用于觀察者輸入。在一個實(shí)施例中，觀察者132于是就可以激勵例如 一個3D按鈕表示，以便激活虛擬活動桌面(未顯示)上的某些特征。 這個活動桌面是在虛擬顯示體136中虛擬表示的，并且憑借投影屏124 上的3D投影，該活動桌面在觀察者132看來是緊靠觀察者132并即 刻呈現(xiàn)在虛擬顯示體136中的3D圖像。根據(jù)本公開，本領(lǐng)域普通技 術(shù)人員將會理解，其他人機(jī)接口行為同樣是可行的?，F(xiàn)在參考圖2，該圖顯示的是對投影屏124 (圖1)表面上的單 個像素202的描述200。左邊光束204和右邊光束206被顯示為沿著 從投影儀122到投影屏124上的像素202的路徑前行，隨后分別返回 觀察者的左眼208和右眼210。進(jìn)入觀察者左眼208的左邊光束204 是投影光在像素位置Xl的反射光束；進(jìn)入觀察者右眼210的右邊光 束206是投影光在像素位置Xk的反射光束。在一個實(shí)施例中，像素 表面是用反射性材料處理的，例如拋光的銀或鋁。
對在本實(shí)施例中呈圓頂形的每一個像素202來說，存在投影光束 204和206從其纟皮分別反射進(jìn)入到觀察者的相應(yīng)左眼208和右眼210 的一個確切位置XL和一個確切位置XR。這是因?yàn)閬碜酝队皟x122的 照明光束的入射角與反射角在反射入射光束的點(diǎn)上相對于像素202的 表面法線212是相等的。(法線212是一條在入射光束被反射的點(diǎn)上 與像素202的表面相垂直的直線)。在這個位置或反射點(diǎn)(例如 或XR)，像素202的僅一小部分會向觀察者的相應(yīng)左眼208或右眼 210反射光。來自投影儀并且射至像素202的任何其他部分的光將會 被反射到觀察者的特定眼睛以外的其他位置。
由此，由于法線212垂直于像素202表面的斜率，并且所述斜率 在像素202范圍內(nèi)不恒定，使得對XL和XR而言，分別只存在一個理 想位置，在這個理想位置，光被反射到觀察者132的相應(yīng)左眼208和 右眼210。如果觀察者132移動到另一個位置，則需要新的反射位置 或反射點(diǎn)X^和Xk，才能持續(xù)地把光適當(dāng)反射到觀察者的眼睛。同樣， 處于其他位置的其他觀察者將分別需要像素202上其自身唯一的反射 位置Xl和Xk。
相應(yīng)地，通過在投影儀122掃描投影屏124 (圖1)時恰當(dāng)調(diào)制 (開啟或斷開)左邊光束204和右邊光束206，投影儀122可以分別 向觀察者132的左眼208和右眼210發(fā)送唯一圖像。例如，這種處理 可以通過在投影儀122朝向唯一位置Xt進(jìn)行投影的確切時刻將左眼 圖像信息投影到投影屏124上的每一個像素202，以及在投影儀122 朝向唯一位置XR進(jìn)行投影的確切時刻將右眼圖像信息投影到投影屏124上的每一個Y象素202來完成。
當(dāng)以這種方式使用時，投影屏124將會充當(dāng)并成為具有可編程偏 轉(zhuǎn)角的可編程鏡設(shè)備。換言之，通過對投影儀122編程來使其投影至 與特定的相應(yīng)偏轉(zhuǎn)角(例如用于投影到觀察者132的相應(yīng)的左眼208 和右眼210的角度)相關(guān)聯(lián)的唯一像素位置Xt和XR，投影屏124的 偏轉(zhuǎn)角將會根據(jù)這種編程而被唯一選擇和控制。由此，投影屏124(取 決于其結(jié)構(gòu))將會從(例如)全向反射表面轉(zhuǎn)換成具有可編程偏轉(zhuǎn)角
的可編程鏡設(shè)備。
如下文顯示和描述的那樣，在一個實(shí)施例中，為投影屏124選擇 正弦表面函數(shù)會是非常有用的。這里使用的術(shù)語"正弦表面函數(shù)，，被定 義成是投影屏124上的表面形貌(surface topography)，其中所述表 面形貌是作為沿投影屏124的至少一條軸線的位移的函數(shù)而正弦變化 的。
現(xiàn)在參考圖3，該圖顯示的是對具有表面函數(shù)302的投影屏124 的描述300。在本實(shí)施例中，表面函數(shù)302是一個正弦表面函數(shù)，由 此，如圖3概括性描述的那樣，該表面形貌正弦地變化，從而對應(yīng)于 入射光束304呈現(xiàn)出一種持續(xù)變化的、已知的且可預(yù)測的偏轉(zhuǎn)角3。。 對應(yīng)于反射光束306的偏轉(zhuǎn)角3。是參考投影屏124的平面308測得的， 由此該偏轉(zhuǎn)角是投影屏124上的位置或坐標(biāo)的正弦函數(shù)。在描述300 中，投影屏124的關(guān)聯(lián)法線212被顯示成是水平位移x的函數(shù)，并且 同樣是隨著x正弦地變化。
應(yīng)該理解的是，雖然在本實(shí)施例中將表面函數(shù)302描述為正弦函 數(shù)，但在更一般的意義上，只要是公知或明確定義的，該表面函數(shù)302 可以是任何恰當(dāng)?shù)暮瘮?shù)。如下文中更詳細(xì)描述的那樣，表面函數(shù)302 被定義為這樣一個函數(shù)，其中該函數(shù)是預(yù)定的(也就是已知和明確定 義的)、反射性的(也就是反射撞擊在其上的光)以及角響應(yīng)的 (angularly-responsive)。 角響應(yīng)(Angularly-response )被定義成意 味著其上撞擊光(impinging light)被反射的角度依賴于撞擊光指向 的表面函數(shù)上的位置而變化(也就是作為其函數(shù)變化，且該角度不恒
20定)，即使在光的實(shí)際撞擊角度保持恒定的情況下也是如此。由此， 光的反射角是以一種已知且可預(yù)測的方式來對光所瞄準(zhǔn)或指向的位
置做出響應(yīng)的("角響應(yīng)的")。相應(yīng)地，投影屏124具有空間濾波器 (表面函數(shù)302),該空間濾波器定義了一個預(yù)定角響應(yīng)反射表面函 數(shù)。
雖然優(yōu)選周期性表面函數(shù)和具有平滑斜率變化(例如彎曲外形) 的表面函數(shù)，但是只要定義明確，也可以采用鋸齒波函數(shù)、三角波函 數(shù)、不規(guī)則函數(shù)、非諧波函數(shù)或是其他任何適當(dāng)?shù)娜我夂瘮?shù)。該函數(shù) 既可以在數(shù)學(xué)上被明確定義，也可以通過掃描投影屏124并將所得到 的反射映射到例如相關(guān)表中而得以操作性地明確定義。
繼續(xù)參考圖3并且隨后轉(zhuǎn)到圖4，反射光數(shù)306的偏轉(zhuǎn)角3。作為
x的函數(shù)可^皮如下確定。
投影屏124的表面函數(shù)302以如下方式將投影屏124的厚度(由 此將表面高度)z(x)與沿著屏幕表面310的水平位移x相關(guān)聯(lián)(由此 就具體化為表面函數(shù)302):
= Z0 si幸。 義)+ Z附 A0 =
<formula>formula see original document page 21</formula> (式1 )
其中
z。是ZOFF ( "Z偏移量，，)與投影屏124的最大厚度(Zoff+Z。)之間 的差值(由此，Z。實(shí)質(zhì)上是表面函數(shù)的幅度)， Zom是投影屏124的平均厚度， z(x)是投影屏124在位置x的厚度，以及
Ap是一個像素202 (圖2)的波長(由此，；是一個360。循環(huán)的正弦 波，而這代表了一個完整的表面函數(shù)周期)。
為了計(jì)算隨x改變的正切或斜率312，對(式1)求取x的微分:
<formula>formula see original document page 21</formula>(式2 )
角度^于是被計(jì)算為tan(/ '(x)):
/7'(x) = arctan(Z。
A:。' cos(fc。' ；0)
(式3)
角度P是法線212相對于投影屏124的表面308的角度。為了獲 取法線212隨位置x改變的角度p，卩可被如下計(jì)算為
= / ' (x) +卯=arctan(Z。
fc。. cos(&o. ;c)) + 90 (戈4 ) 現(xiàn)在參考圖4，該圖顯示的是對從投影儀122到觀察者132的光
路徑402 (包括入射光束304和反射光束306 )的描述400，其中所述 光路徑是隨投影屏124的表面函數(shù)302而改變的。 角度^和3?？?皮如下計(jì)算為
tan(&):
以及
<formula>formula see original document page 22</formula>
(式5)
<formula>formula see original document page 22</formula>
(式6)
<formula>formula see original document page 22</formula>
借助等式5和6，現(xiàn)在就可以計(jì)算法線相對于x軸的角度。由于 角度^正好介于^與^中間，因此，法線隨x的變化是
<formula>formula see original document page 22</formula>
(式7)
3。p (式7)與風(fēng)x)(式4)中的函數(shù)相交的位置提供了如下文中 的MATLAB (MathWorks, Natick， MA)腳本所示的調(diào)制函數(shù)% MATLAB script for the calculation of the modulation % ftmction
%
% Initialize variables in mm % Setup:
% Width of display: 500mm
% Location of projector: 250mm from left edge of display,
% 500mm away from projection screen
% Location of observer: 125mm from left edge of display,
% 500mm away from projection screen
% Average thickness of display: 10mm
0/o Pixel spacing: 25mm
% Pixel depth: 1mm
ZOFF = 10
Z0= 1
lambdaP = 50 k0 = 360/lambdaP; LO- 125 LP = 250o/o Define vectors beta - zeros( 1,500); delta = zeros(l，500;i; mod = zeros( 1,500);
% Generate ftmctions forx= 1:1:500
delta(x) = 0.5*(atand((LP-x)/(LPS-ZOFF+Z0*sind(k0*x)))+atand((LO-x)/(LOS-ZOFF+Z0*sind(k0*x))))+90; beta(x) = atand(Z0*k0*cosd(k0*x))+90;
% determine points that are common to both functions for counter = 1: ] :500 mod(counter) = 0; if delta(counter) > beta(counter) if(flag==0) mod(counter) = delta(counter); flag= 1; end else
if (flag ==1) mod(counter) flag - 0; end end end
delta( counter);
% plot graphs
% the red graph shows the angle of the normal when the
% screen is illuminated as a function of x
% the green graph shows the angle of the normal when
% observer is at location Lo, projector is at location Ls and
0/o the screen is illuminated as a function of x
0/o the blue graph shows the modulation function, the y axis
% showing the associated angle. Note that the modulation
o/o function has a constant amplitude of 1 ，
x°= 1:1:500 figure
plot (x，delta,'r') hold on plot(x,beta，'g')
24title 'Angle of Normal as a function of x' xlabel 'Screen location/mm' ylabd ，Phase/degrees， figure
plot(x，mod，，b')
title 'Modulation ftinction as a function of x' xlabel 'Screen location/mm' ylabel 'Phase/degrees'
雖然投影屏124的大小、像素202、投影距離、觀看距離等等取 決于所考慮的特定用途，但是上述MATLAB⑥腳本中的參數(shù)代表了這 樣一個實(shí)施例。在該實(shí)施例中，投影儀122與投影屏124相距500 mm 且與所顯示圖像(未顯示)的左邊緣相距250 mm,所顯示圖像的寬 度是500 mm，觀察者與投影屏124相距500 mm且與所顯示圖像的 左邊緣相距125 mm, 以及像素202具有大小為1 mm的深度以及25 mm的間隔。
在MATALAB⑧腳本之前的介紹中，注意到^pW(式7 )中與風(fēng)" (式4)的函數(shù)相交的位置提供了調(diào)制函數(shù)，現(xiàn)在將會對此進(jìn)行描述。
現(xiàn)在參考圖5，該圖顯示的是示出了風(fēng)"的曲線502的圖500， 其中所述風(fēng)x)是法線212隨x改變的(圖3)角度。
此外，在圖5中還示出了5。pW的曲線(在本實(shí)施例中實(shí)質(zhì)上是 一條直線)。如曲線504所示，^是隨距離x逐漸改變的?？梢栽O(shè)想， 作為距離x的函數(shù)，3。p("與法線212 (圖4)的角度相對應(yīng)，其中后 者將反射光束306瞄準(zhǔn)觀察者132的眼睛的正確角度(參見圖4)。
現(xiàn)在參考圖6，該圖顯示的是隨距離x改變的調(diào)制函數(shù)602的圖 600。在p(x)與^(x)的交叉點(diǎn)(如圖5所示)，該調(diào)制函數(shù)602具有
值1，而在其他位置則具有值0。存在用于觀察者左眼的調(diào)制函數(shù)， 以及用于觀察者右眼的調(diào)制函數(shù)。在處于入射光束304 (圖4)撞擊 投影屏124的表面函數(shù)302 (例如在圖2所示的位置Xl和Xr上)的 確切相應(yīng)角度^時，這些調(diào)制函數(shù)將被用于開啟投影儀122 (例如調(diào) 制函數(shù)值=1)，由此將入射光束直接反射到觀察者132的相應(yīng)左眼208 和右眼210。也就是說，每一個左邊和右邊調(diào)制函數(shù)都會在正確時刻 控制并開啟其各自左邊或右邊的圖像投影，使其只到達(dá)相應(yīng)的左眼或右眼。在其他時間，投影儀122關(guān)閉(例如調(diào)制函數(shù)值=0)并且不會 進(jìn)行投影，由此會在投影光束沒有瞄準(zhǔn)以到達(dá)觀察者眼睛的時候遮蔽 或禁止(gate out)投影光束(也就是入射光束304)。
應(yīng)該理解的是，毫無疑問，投影光束(例如入射光束304)未必 像所描述的那樣受到遮蔽，這是因?yàn)槠湓谖疵闇?zhǔn)恰當(dāng)反射點(diǎn)(例如 Xl和XR)時是不會被直接反射到觀察者眼睛的。但是，由于在商業(yè) 上實(shí)現(xiàn)的反射表面并不完美，使得所述反射通常不是鏡面反射而是會 顯現(xiàn)出某種程度的漫反射，因此，優(yōu)選仍采用遮蔽處理。如所述，如 果投影光束撞擊到恰當(dāng)反射點(diǎn)之外的位置，那么這種漫反射有可能降 低圖像質(zhì)量。
類似的考慮因素暗示，入射光束304的寬度不但應(yīng)該小于恰當(dāng)反 射點(diǎn)Xt和XR之間的距離，而且優(yōu)選應(yīng)該要比上述距離小很多，例如 標(biāo)稱上不到上述距離的一半。
現(xiàn)在參考圖7，該圖顯示的是描述了圖6所示的調(diào)制函數(shù)602物 理意義的圖示700。特別地，圖7顯示了調(diào)制函數(shù)602與投影屏124 的表面函數(shù)302的關(guān)系，以及由此產(chǎn)生針對來自投影儀122的入射光 束304 (圖4)的、受控的、同步傳輸和抑制。
在一個實(shí)施例中，入射光束304周期性掃過(sweep )投影屏124 的表面。入射光束304的這種周期性掃過會使其路徑在其掃過投影屏 124的過程中隨時間規(guī)則(即周期性)變化。由此，入射光束304的 位置或位移(x，y)是時間t的函數(shù)。(為了簡化說明，未顯示y)。
相應(yīng)地，閨7將時間t與入射光束304在其掃過投影屏124過程 中的物理移動或位移x相關(guān)聯(lián)。借助t與x之間的這一相關(guān)性，被投 影給觀察者132的圖像中的單個像素可以與表面函數(shù)302的一個像素 相關(guān)聯(lián)。于是，通過使用調(diào)制函數(shù)602來恰當(dāng)調(diào)制該圖像，可以標(biāo)出 像素中與特定法線212相關(guān)聯(lián)的具體部分，其中圍繞所述特定法線發(fā) 生了針對觀察者132的選定眼睛的預(yù)期反射。在一個實(shí)施例中，入射 光束304是在其周期性掃過投影屏124的表面過程中由調(diào)制函數(shù)602 相應(yīng)地投影到觀察者132的左眼208和右眼210 (圖2 )。
于是，在圖7頂部顯示了一個描述代表性圖像數(shù)據(jù)信號的圖像數(shù)據(jù)信號702。所述圖像數(shù)據(jù)信號702可以包括例如關(guān)于左邊子圖像114(圖1)的分量702L以及關(guān)于右邊子圖像116的分量702R。然后，調(diào)制函數(shù)602對相應(yīng)的圖像調(diào)制器118和120進(jìn)行控制，以便只要在調(diào)制函數(shù)602具有值1的時候就調(diào)制左邊子圖像114和右邊子圖像116并將相應(yīng)圖像數(shù)據(jù)信號702 (即702L和702R)傳遞到投影儀122。同樣，當(dāng)調(diào)制函數(shù)602具有值0時，就沒有信號會被傳遞到投影儀122 。這樣做會使投影儀122只在入射光束304的角度與表面函數(shù)302正確配合的精確時刻投影要調(diào)制的圖像數(shù)據(jù)信號702,以定義相應(yīng)的分離光路徑402，從而在空間上分別指引圖像數(shù)據(jù)702以及其內(nèi)的左邊和右邊子圖像(114和116，由702L和702R表示)從投影屏124單獨(dú)并且實(shí)質(zhì)上只反射到觀察者132的相應(yīng)左眼208和右眼210的位置。相應(yīng)地，在圖7中將經(jīng)過調(diào)制函數(shù)602調(diào)制的圖像數(shù)據(jù)信號702的投影部分描述成了投影部分704L和704R。
圖7底部顯示的是投影屏124的表面函數(shù)304的相應(yīng)部分。在這里表現(xiàn)的是x、t、調(diào)制函數(shù)602以及對應(yīng)于觀察者左眼208和右眼210的相應(yīng)法線212L和212R之間的關(guān)系。如前所述，法線212相關(guān)并且
確角度以及投影目標(biāo)的位置。如所述，在這些位置(x)和相應(yīng)時間(t)處，調(diào)制函數(shù)602會在具有調(diào)制函數(shù)值1的情況下"接通"投影儀122。
相應(yīng)地，通過使用調(diào)制函數(shù)602來適當(dāng)調(diào)制圖像數(shù)據(jù)702，可以為左眼208和右眼210創(chuàng)建相應(yīng)的空間反射。通過與角響應(yīng)反射表面函數(shù)302配合而在角度和強(qiáng)度上分別調(diào)制左邊子圖像114和右邊子圖像116，可以提供并定義具有可編程偏轉(zhuǎn)角的可編程鏡126。
同樣，如下文中進(jìn)一步說明的那樣，出于成像目的，3D顯示系統(tǒng)IOO可以產(chǎn)生空間反射。入射光束304或反射光束306可用于成^f象某個對象。更具體地說，它可以用于為給定偏轉(zhuǎn)角確定給定對象的距離。在這種特定模式中，3D顯示系統(tǒng)100將會成像其視野，以便創(chuàng) 建代表對象距離的映射，以此作為掃描光束在設(shè)備視野中的垂直和水 平位移的函數(shù)。舉個例子，在一個實(shí)施例中，在光束離開投影儀122 之后，隨后它會被可編程鏡126偏轉(zhuǎn)到對象上(例如觀察者132), 然后則從該對象進(jìn)入光傳感器134。根據(jù)調(diào)制光束的路徑延遲，DSP 128于是就可以計(jì)算光束傳播距離，由此計(jì)算所要掃描的特定對象的 距離。該特征有助于計(jì)算最優(yōu)偏轉(zhuǎn)角，以便為觀察者132給出最佳的 可能立體觀看體驗(yàn)。
現(xiàn)在，根據(jù)本公開可以理解，調(diào)制函數(shù)602并不局限于調(diào)制圖像 數(shù)據(jù)702。該調(diào)制函數(shù)602還可以用于在水平和/或垂直方向上調(diào)制掃 描光束(例如入射光束304)的掃描速度。舉個例子，在一個實(shí)施例 中，該實(shí)施方式會將投影儀持續(xù)保持在"開啟"狀態(tài)，并且簡單地將入 射光束304直接"跳轉(zhuǎn)"到相應(yīng)像素的每一條相應(yīng)法線212的位置， 其中，在該時刻入射光束304將被投影到所述相應(yīng)像素位置以及從該
相應(yīng)像素位置投影到觀察者的選定或目標(biāo)眼睛。
此外還應(yīng)該理解，調(diào)制函數(shù)602可以編碼在投影屏124的表面中， 使得在以恒定速度掃描投影屏124時將會命中合適的目標(biāo)偏轉(zhuǎn)角3。。 例如，當(dāng)觀察者132處于相當(dāng)固定的位置時，這種處理是非常有利的。 在某些此類環(huán)境中，掃描波束是可以持續(xù)保持開啟的。
如上所述根據(jù)本發(fā)明的公開，通過與依照本發(fā)明公開而被調(diào)制的 投影圖像光束相結(jié)合來配置這里公開的投影屏，就可以提供具有可編 程偏轉(zhuǎn)角3。的鏡。
如上文中結(jié)合圖l描述的那樣，通過引入被觀察者132之類的物 理對象反射的光進(jìn)行評估的拾取傳感器，例如3D成像器130和光傳 感器134 (圖1)，可以使用系統(tǒng)100來成像一個或多個現(xiàn)有對象或 觀察者。這樣做能夠確定所述對象的位置和形狀特性。此外舉例來說， 確定此類特定特性的處理可以使用已知的圖像識別技術(shù)輕易完成。由 此舉例來說，該處理能使系統(tǒng)100將觀察者頭部左側(cè)與對應(yīng)于左眼208 的左偏轉(zhuǎn)角相關(guān)聯(lián)，并將觀察者頭部右側(cè)與對應(yīng)于右眼210的右偏轉(zhuǎn)角相關(guān)聯(lián)。
應(yīng)該理解的是，對觀察者132來說，此類位置和形狀特性是調(diào)整用于左邊和右邊圖像的投影光束的恰當(dāng)偏轉(zhuǎn)角S。，以確保其正確到達(dá)
觀察者相應(yīng)的左眼208和右眼210所必需的。這種用于確定觀察者位置和形狀特性的成像能力在系統(tǒng)100中產(chǎn)生了一種反饋機(jī)制(例如3D成像器130和光傳感器134)，它允許觀察者在投影屏124附近移動，由此系統(tǒng)100將會適應(yīng)這種移動，并且持續(xù)追蹤和跟隨觀察者。換言之，觀察者的移動將被追蹤，以便提供能夠進(jìn)行合適實(shí)時調(diào)整的反饋，從而在觀察者移動并改變位置時持續(xù)將3D圖像正確直接地引導(dǎo)到察者的左眼和右眼。
該反饋還可用于定義和追蹤觀察者的特性，例如頭部方位(旋轉(zhuǎn)和傾斜)、臂、手及手指位置等等，這些特性隨后可以被解譯為反饋，以便為各種觀察者激勵的控制輸入提供系統(tǒng)輸入。這些控制輸入則又可用于控制3D顯示系統(tǒng)100的操作，以便控制和/或操作虛擬顯示體136中的虛擬對象等等。
例如，3D顯示系統(tǒng)100可以在虛擬顯示體中向觀察者132呈現(xiàn)一個不突兀的3D虛擬桌面(未顯示)。觀察者132于是可以通過進(jìn)入虛擬顯示體136來"抓握"、"推動"或以好像桌面內(nèi)部的虛擬對象似乎實(shí)際存在(看上去是實(shí)際存在的)的其他方式操縱這些虛擬對象，由此能夠操作桌面內(nèi)的這些虛擬對象。可以對虛擬對象進(jìn)行操作是因?yàn)榉答仚C(jī)制識別了觀察者在虛擬對象位置處的移動，例如手指移動，并且響應(yīng)于此而對虛擬對象顯示進(jìn)行了重新配置。
一般來說，虛擬顯示體136由此充當(dāng)了用于3D交互的虛擬體。這種3D交互和用戶界面("UI")可以與3D立體投影和XC看相結(jié)合，或者與3D全息(或是下文中進(jìn)一步描述的偽全息)投影及觀看相結(jié)合。
在一個檢測和反饋實(shí)施例中，例如在用來自投影儀122的光照亮觀察者132以便由光傳感器134進(jìn)行檢測時，由投影儀122投影的每個圖像幀均可分為3個子幀。被投影的左圖像子幀，它是指定給觀察者132的左眼208 (圖 2)的3D立體圖像中的左邊3D子圖像(也就是左邊子圖像114)的 幀；
。被投影的右圖像子幀，它是指定給觀察者132的右眼210(圖 2)的3D立體圖像中的右邊3D子圖像(也就是右邊子圖像116)的 幀；以及
。被投影的掃描圖像子幀，它是通過照亮觀察者132來確定和定 位觀察者的實(shí)際位置和方位的幀。
由此在該實(shí)施例中，投影掃描圖像子幀的處理是以與投影左邊和 右邊3D子圖像的處理相一致的方式進(jìn)行的。
掃描圖像子幀可以用于掃過在其中會對觀察者進(jìn)行追蹤的整個 目標(biāo)區(qū)域，或者當(dāng)觀察者的大致位置已知時，可以將掃描圖像子幀期 間的投影光束以更為具體的方式指向這個大致已知的位置來照亮觀 察者132。作為替換，觀察者132也可以通過將來自投影屏124的光 反射到該觀察者而被間接照亮。從觀察者132反射的光于是可以用于 創(chuàng)建觀察者132的3D輪廓，以及定義觀察者132與投影屏124之間 的關(guān)系。例如，這種關(guān)系可以被定義成是觀察者與投影屏之間的距離 z,以及各種觀察者特性在與投影屏124的平面平行且相距z的相應(yīng) x，y平面中的x，y,z位置。掃描圖像子幀的數(shù)量和速率既可以是固定 的，也可以適應(yīng)性地依賴并響應(yīng)于觀察者132的移動程度和速率。
如先前所述，處于投影屏124附近的現(xiàn)存對象和/或觀察者的成 像處理可以由投影儀122或是3D成像器130之類的獨(dú)立成像器提供， 而光傳感器134可以并入其中或與之分離。
現(xiàn)在參考圖8，該圖顯示的是觀察者132在被3D成像器130使 用適當(dāng)?shù)膱D像識別法成像之后的簡化形狀800，這樣該形狀在DSP 128 (圖1)看起來是已知的。DSP 128中的適當(dāng)圖像識別處理隨后會識 別出觀察者132的左肩802和右肩804。觀察者頭部的左側(cè)806和右 側(cè)808也會被識別，并且觀察者的左眼208和右眼210的相應(yīng)位置同 樣也被識別(如果對3D成像器130不可見，那么它們可以通過內(nèi)插法而從已被識別的其他頭部特征位置、例如左側(cè)806和右側(cè)808中識 別)。其中舉例來說，用于實(shí)現(xiàn)眼部位置內(nèi)插法的適當(dāng)數(shù)據(jù)和過程可 以用DSP 128來存儲。
圖8描述的是觀察者的簡化形狀800,如上所述，它涉及x、 y 和z軸。在這方面，觀察者132被識別成是面朝投影屏124 (在圖8 中并未顯示)、觀察者的背朝3D成像器130、且位于投影屏124附 近(參見圖1)。
然后，以這種方式使用的被成像觀察者132的簡化形狀800將會 用于確定觀察者頭部的左側(cè)806和右側(cè)808的精確位置，以便(例如 通過內(nèi)插)恰當(dāng)確定觀察者左眼208和右眼210的位置。系統(tǒng)100于 是使用該眼部位置信息來分別對左邊和右邊圖像的偏轉(zhuǎn)角3。做出正 確調(diào)整，以使其到達(dá)所確定的(內(nèi)插得到的)眼部位置處的觀察者的 左眼208和右眼210。此外，當(dāng)觀察者132移動時，系統(tǒng)100追蹤這 種移動，并且追蹤觀察者眼部位置的移動，以及(通過內(nèi)插)恰當(dāng)確 定新的眼部位置，以便響應(yīng)于所追蹤的移動來調(diào)整左邊和右邊的子圖 像。如下文中要進(jìn)一步說明的那樣，通過響應(yīng)于所追蹤的移動來調(diào)整 左邊和右邊子圖像，就能夠產(chǎn)生出模擬全息圖的圖像。
現(xiàn)在，根據(jù)這里的公開，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該進(jìn)一步預(yù)見并
了解，本發(fā)明可以同時適應(yīng)多個觀察者在同一時間共同使用3D顯示
系統(tǒng)IOO。當(dāng)存在多個觀察者時，3D成像器130或其他掃描系統(tǒng)(如
先前所述)將會以持續(xù)和同時的方式來檢測并定義多個觀察者中的每
一個的個人形狀和位置。調(diào)制函數(shù)602和圖像數(shù)據(jù)信號702隨后將被
適當(dāng)修改，以便追蹤多個用戶中的每一個的位置和方位，從而得以啟 動和控制與每一個單獨(dú)觀察者相關(guān)聯(lián)的恰當(dāng)唯一的個人圖像數(shù)據(jù)流
以及空間反射。以此方式，就很容易為每一個單獨(dú)用戶同時提供唯一 的個人3D視覺體驗(yàn)，其中每一個視覺體驗(yàn)(也就是投影圖像)都可 以根據(jù)需要選擇性地與其他視覺體驗(yàn)相似或不同。
此外，可以實(shí)施圖像識別來對觀察者和非觀察者加以區(qū)分，由此 僅僅將圖像投影到具有例如能對其加以區(qū)分的某些預(yù)先定義特征的預(yù)期目標(biāo)(也就是在場的實(shí)際觀察者)。
更進(jìn)一步，在這里不但可以單獨(dú)區(qū)分、檢測和追蹤單個的觀察者
132，而且可以根據(jù)與眾不同的個人特征(例如身高、肩寬、獨(dú)特輪 廓等)來唯一識別這些觀察者。于是，在這里可以存儲個性化的觀察 者偏好，并且將其與這里的每一個觀察者相關(guān)聯(lián)。由此舉例來說，一 旦進(jìn)入3D顯示系統(tǒng)100的環(huán)境，那么該系統(tǒng)將會識別該觀察者132， 并且根據(jù)與之相關(guān)聯(lián)的唯一的偏好和參數(shù)來定制觀察者的體驗(yàn)。其示 例包括自動驗(yàn)證觀察者，在觀察者到來時以個性化方式問候觀察者， 為該觀察者提供僅為其定制的桌面，為該觀察者提供定制的控制響應(yīng) (例如針對頭部移動的響應(yīng))，恢復(fù)先前停止的3D顯示等等。
本發(fā)明的有價(jià)值的且有利的特征是自動對準(zhǔn)處理("自對準(zhǔn)"， auto-alignment)。本發(fā)明的自對準(zhǔn)特征能夠在投影儀122、 3D成像 器130 (如果獨(dú)立于投影儀122)、投影屏124以及觀察者132之間 執(zhí)行恰當(dāng)?shù)淖詣訉?zhǔn)。在一個實(shí)施例中，該自對準(zhǔn)特征會在3D成像 器和光傳感器并入投影儀122的情況下利用投影儀122作為傳感器。 在另一個實(shí)施例中，自對準(zhǔn)特征使用了獨(dú)立的3D成像器和傳感器， 例如3D成像器130和/或光傳感器134。
借助自對準(zhǔn)和校準(zhǔn)特征，DSP 128和諸如3D成像器130之類的 3D成像器不但確定了觀察者的位置，而且還確定了投影屏124的位 置。這種處理是通過以與掃描觀察者132相似的方式掃描投影屏124 來完成的。這種掃描確定投影屏124、觀察者132以及投影儀122的 確切相對位置和維度。DSP 128隨后根據(jù)由該自校準(zhǔn)由此確定的更新 的當(dāng)前屏幕位置和/或坐標(biāo)來對調(diào)制函數(shù)602做出合適的調(diào)整(校準(zhǔn)或 重新校準(zhǔn))。如果期望或是需要的話，可以周期性地重復(fù)執(zhí)行所述自 對準(zhǔn)校準(zhǔn)處理，以便確保在投影屏124或其他元件的位置應(yīng)該改變的 時候仍然繼續(xù)對準(zhǔn)。這種自校準(zhǔn)處理確保了為觀察者132提供極佳的 觀看體驗(yàn)。
根據(jù)這里的公開，現(xiàn)在還應(yīng)該理解，即使是對于投影屏124上的 單個像素，通過適當(dāng)掃描投影屏124并記錄將投影光束返回到諸如光傳感器之類的特定位置的投影角，也是可以對其進(jìn)行單獨(dú)校準(zhǔn)的。然
后，在投影屏的表面函數(shù)302已知并且光傳感器的位置同樣已知的情 況下，據(jù)此就能很容易地計(jì)算和規(guī)定調(diào)制函數(shù)602，以便唯一投影到 任何其他位置，例如觀察者的特定的左眼208和右眼210。
本發(fā)明的一個特殊方面在于它可以產(chǎn)生肉眼上幾乎無法與觀看 真實(shí)全息圖相區(qū)分的觀看體驗(yàn)。這種"偽全息"圖像直接來源于本發(fā)明 追蹤并響應(yīng)于觀察者移動的能力。通過追蹤觀察者眼部位置的移動， 可以響應(yīng)于所追蹤的眼部移動來調(diào)整左邊和右邊的3D子圖像，以便 產(chǎn)生模擬真實(shí)全息圖的圖像。本發(fā)明因此可以持續(xù)將3D圖像投影給 觀察者，也就是說當(dāng)觀察者在空間中(例如在虛擬顯示體136中)走 來走去并由此處于其中所顯示的不同虛擬對象附近時，就會重建觀察 者應(yīng)該具有的實(shí)際觀看體驗(yàn)。這與全息圖提供的體驗(yàn)性觀看效果是相 同的。此外，舉例來說，它還允許觀察者在虛擬對象周圍移動，并且 從不同的角度觀察該對象的多個側(cè)面，而普通的3D圖像顯示的是3D 透視圖，但卻不會支持相對于所觀看對象(例如在其周圍)的移動。 通過檢測和跟隨(也就是追蹤)觀察者在空間中的實(shí)際移動，以及響 應(yīng)于此恰當(dāng)重建所觀看的3D圖像，并且由此模仿在一個或多個此類 虛擬對象周圍的實(shí)際移動，本發(fā)明投影的偽全息圖像于是就能以與真 實(shí)全息圖相同的方式動態(tài)改變對象的3D視圖。
本發(fā)明的偽全息能力的一個強(qiáng)大且出乎意料的擴(kuò)展是全息加速。 借助這里教導(dǎo)的全息加速，通過使得偽全息圖像以快于觀察者實(shí)際移 動或位移的速度來進(jìn)行相對于觀察者的相應(yīng)移動，就可以增加觀察者 的似動(apparent movement)。例如，當(dāng)圍繞某個對象移動時，該 對象將會看上去以比觀察者實(shí)際圍繞其移動的速度更快的速度旋轉(zhuǎn)。 在直線移動時，相對于被投影圖像的移動將會看上去比觀察者的實(shí)際 移動更快。其中舉例來說，圖像加速的程度可以由觀察者選擇，并且 4艮容易即可由3D顯示系統(tǒng)100實(shí)施。
在本發(fā)明的環(huán)境中，全息加速是非常有利的，這是因?yàn)樘摂M顯示 體136的范圍是有限的，并且觀察者是面朝投影屏124的。舉例來說，當(dāng)投影屏124是扁平狀的時候，讓觀察者以實(shí)際步行方式圍繞虛擬對 象任意行走是不切實(shí)際的。但是借助全息加速，觀察者通過只圍繞對 象移動一個較小的弧度就可以實(shí)現(xiàn)相同效果，在執(zhí)行這種處理時，觀 察者將會觀察到所述對象是旋轉(zhuǎn)的，就好像觀察者正移動經(jīng)過大的多 的弧度。這種觀看體驗(yàn)當(dāng)前是不能用實(shí)際的全息圖來實(shí)現(xiàn)的，由此也 是本發(fā)明的一個顯著的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。
現(xiàn)在參考圖9，該圖顯示的是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的三維顯示系統(tǒng) 900的流程圖。該三維顯示系統(tǒng)900包括在方框902中，提供具有 預(yù)定角響應(yīng)反射表面函數(shù)的投影屏；以及在方框904中，通過與預(yù)定 角響應(yīng)反射表面函數(shù)相配合來分別調(diào)制3D圖像，以便定義具有可編 程偏轉(zhuǎn)角的可編程鏡。
出人意料的是，本發(fā)明由此被發(fā)現(xiàn)具有很多特性。
這其中的一個主要方面在于本發(fā)明提供了一種允許觀察者完全 且無阻礙地自由移動的高有效性、實(shí)用的、高效率、低復(fù)雜度以及低 成本的自動立體顯示器。
另 一個重要方面在于本發(fā)明同時在垂直和水平移動方向上提供 了真實(shí)的視差體驗(yàn)。
再一個重要方面在于本發(fā)明提供了可以獨(dú)立且同時地支持多個 觀察者的實(shí)用的自動立體顯示器。
本發(fā)明的一個非常重要的方面在于其提供了這樣一種同時進(jìn)行 的觀看活動，即可以向在相同觀看環(huán)境中全都可以完全自由移動的每 一個觀察者呈現(xiàn)唯一定制的自動立體圖像，并且該圖像可以完全不同 于同時正由在場的其他觀察者所觀看的圖像。
本發(fā)明的另一個特別重要的方面在于能夠?qū)崿F(xiàn)和提供一種提供 逼真全息體驗(yàn)的實(shí)用的自動立體顯示器。更令人驚訝的是，根據(jù)本發(fā) 明的全息或偽全息觀看解決方案能夠?qū)崿F(xiàn)多個同時進(jìn)行的個性化觀 看活動。
本發(fā)明的另一個特別重要的方面在于能夠?qū)崿F(xiàn)并提供不突兀的 3D觀看系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)對反饋進(jìn)行組合，以便結(jié)合針對3D觀察者/用戶輸入的規(guī)定來優(yōu)化觀看體驗(yàn)，由此能在3D空間中觀看和操作3D 對象，而不需要特殊的觀看護(hù)目鏡或頭戴物。
本發(fā)明的又一個重要方面在于其極大地支持并提供了降低成本、 簡化系統(tǒng)及增加性能的歷史趨勢的服務(wù)。
由此，本發(fā)明的這些以及其他有價(jià)值的方面就是將現(xiàn)有技術(shù)至少 提升到了下一個等級。
由此可以發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的3D顯示系統(tǒng)為視覺顯示系統(tǒng)、尤其為 3D自動立體和偽全息顯示系統(tǒng)提供了極為重要的解決方案、能力以 及功能方面，迄今為止對其的進(jìn)一步應(yīng)用可以說仍然是未知的和不可 用的。相比之下，其最終得到的系統(tǒng)配置卻簡單直接的、劃算的、復(fù) 雜度低的、用途廣泛且非常有效的。而且更令人驚訝的是，這種系統(tǒng) 配置是可以通過采用已知的技術(shù)而以一種非顯而易見的方式實(shí)施的， 因此是與常規(guī)的制造工藝和技術(shù)完全兼容的。
雖然在這里結(jié)合特定的最佳實(shí)施方式而對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但 是應(yīng)該理解，根據(jù)以上描述，眾多替換、修改和變更對本領(lǐng)域技術(shù)人 員來說都是顯而易見的。相應(yīng)的，所有這些替換、修改和變更全都應(yīng) 該落入所包含的權(quán)利要求的范圍以內(nèi)。在這里闡述或是在附圖中顯示 的所有內(nèi)容都是以示例性而非限制意義來解釋的。
權(quán)利要求
1.一種三維顯示系統(tǒng)(100)，包括提供(902)具有預(yù)定角響應(yīng)反射表面函數(shù)(302)的投影屏(124)；以及與預(yù)定角響應(yīng)反射表面函數(shù)(302)配合來分別調(diào)制(904)三維圖像(114，116)，以定義具有可編程偏轉(zhuǎn)角的可編程鏡(126)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(100 ),還包括在虛擬體(136 ) 中追蹤預(yù)定觀察者特性(208， 210， 802， 804, 806， 808)，以便提 供關(guān)于觀察者(132)激勵的交互式控制輸入的反饋。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)(100),還包括使用掃描圖像 子幀來掃過觀察者(132)正被追蹤的目標(biāo)區(qū)域。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(100 )，還包括在投影屏(124 ) 前方構(gòu)造預(yù)定虛擬顯示體(136 )，作為用于三維交互的虛擬體(136 )。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)(100),其中調(diào)制(904)三維 圖像(114, 116)還包括開啟和關(guān)閉所述圖像(114， 116)來控制 射入觀察者(132)左眼和右眼(208, 210)的光學(xué)投影。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)(100),其中調(diào)制(卯4)三維 圖像(114， 116)還包括調(diào)制掃描射束(304)的掃描速度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(100)，還包括使用如下等式 來確定表面函數(shù)(302)的法線(212)的角度〃0) = / ' O) +卯=arctan(Z。. &. cos(A。 . x》+ 90 。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)(100)，還包括使用以下等式 來確定表面函數(shù)(302 )的法線(212)的角度，其中所述函數(shù)對于將 反射射束(306)瞄準(zhǔn)到觀察者(132)眼(208， 210)中的處理進(jìn)行 校正<formula>formula see original document page 2</formula>
9.根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)(100)，還包括 將調(diào)制函數(shù)(602)編碼到投影屏(124)的表面(310)中
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括將調(diào)制函數(shù)(602) 編碼到投影屏(124)的表面(310)中，以便在以恒定速度掃描投影 屏(124)時命中預(yù)定目標(biāo)偏轉(zhuǎn)角。
11. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)(100)，還包括 在觀察者(132)與非觀察者之間加以區(qū)分；以及 僅將圖像(114， 116)投影(122)給觀察者(132)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)(100)，還包括 確定至少一個觀察者(132)的左眼和右眼(208， 210)位置； 將左邊和右邊的三維子圖像(114， 116)向投影屏(124)投影(122);以及與預(yù)定角響應(yīng)反射表面函數(shù)(302)配合來分別調(diào)制(118， 120) 子圖像(114, 116)，以4更分別將左邊和右邊的子圖像(114， 116) 實(shí)質(zhì)上只投影到相應(yīng)的左眼和右眼(208， 210)位置。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，還包括追蹤眼(208, 210) 位置的移動。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，還包括 追蹤眼(208， 210)位置的移動；以及響應(yīng)于所追蹤的移動，調(diào)整左邊和右邊的子圖像(114， 116)， 以便產(chǎn)生模擬全息圖的圖像。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中調(diào)制(118, 120)子圖 像(114， 116)還包括在未瞄準(zhǔn)子圖像(114， 116)使其到達(dá)觀察 者(132)眼(208， 210)時，遮蔽或禁止子圖像(114， 116)的投 影。
16. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中調(diào)制(118， 120)還包括與表面函數(shù)(302)的法線(212)進(jìn) 行關(guān)聯(lián)；以及將左邊和右邊的三維子圖像(114, 116)向投影屏(124)投影 還包括將入射光射束(304 )投影到對應(yīng)像素的每一條相應(yīng)法線(212 ) 的位置，其中在該時刻所述入射光射束(304)將被投影到所述法線(212)的位置以及從所述法線(212)的位置投影。
17. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中將左邊和右邊的三維子 圖像(114， 116)向投影屏(124)投影還包括將入射光射束(304) 投影到對應(yīng)像素的每一條相應(yīng)法線(212)的位置，其中在該時刻所 述入射光射束(304)將被投影到所述法線(212)的位置以及從所述 法線(212)的位置投影，所述入射射束的寬度小于像素(202)的反 射點(diǎn)&與XR之間的距離。
18. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，還包括 唯一標(biāo)識各個觀察者(132 ); 存儲個性化的觀察者(132)偏好；以及根據(jù)與觀察者(132 )相關(guān)聯(lián)的偏好來定制所述觀察者(132 )的體驗(yàn)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，還包括通過下列處理來自 動對準(zhǔn)投影屏(124 )以及左邊和右邊子圖像(114， 116 )的投影(122 ):掃描投影屏(124)來確定其位置；以及根據(jù)所確定的投影屏(124 )的位置來調(diào)整所述調(diào)制(118, 120 )。
20. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，還包括通過下列處理來自 動對準(zhǔn)投影屏(124)以及左邊和右邊子圖像(114， 116)的投影(122):確定投影屏(124)的位置；記錄至少一個投影角，其中該投影角將至少一個被投影的子圖像 返回給預(yù)定位置；以及據(jù)此來調(diào)整所述調(diào)制(118， 120)。
21. —種三維顯示系統(tǒng)，包括追蹤觀察者(132)的眼(208， 210)位置的移動； 將左邊和右邊的三維偽全息子圖像(114， 116)向觀察者(132)的相應(yīng)的左眼和右眼(208， 210)位置投影；以及響應(yīng)于所追蹤的移動，調(diào)整左邊和右邊的子圖像(114， 116)，以便產(chǎn)生模擬全息圖的偽全息圖像。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，還包括使所述偽全息圖像(114, 116)相對于觀察者以比觀察者(132)的實(shí)際移動更快的速 度來進(jìn)行對應(yīng)移動，以便通過增加觀察者(132)的表觀移動來提供 全息加速度。
23. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，還包括結(jié)合三維偽全息投 影和觀察，在觀察者(132)前方構(gòu)造預(yù)定虛擬顯示體(136)作為三 維交互的虛擬體(136)。
24. —種三維顯示系統(tǒng)，包括投影屏(124)，具有預(yù)定角響應(yīng)反射表面函數(shù)(302);以及 與預(yù)定角響應(yīng)反射表面函數(shù)(302)配合來分別調(diào)制三維圖像(114， 116),以定義具有可編程偏轉(zhuǎn)角的可編程鏡(126)的設(shè)備(118， 120)。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，還包括用于在虛擬體(136) 中追蹤預(yù)定觀察者特性(208， 210， 802， 804， 806， 808)來提供關(guān) 于觀察者(132)激勵的交互式控制輸入的反饋的設(shè)備(102， 110)。
26. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，還包括用于使用掃描圖像 子幀來掃過觀察者(132)正被追蹤的目標(biāo)區(qū)域的設(shè)備(102， 110)。
27. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，還包括在投影屏(124)前 方被構(gòu)造為用于三維交互的虛擬體(136)的預(yù)定虛擬顯示體(136)。
28. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其中用于調(diào)制三維圖像(114， 116)的設(shè)備(118， 120)還包括用于開啟和關(guān)閉所述圖像(114, 116)來控制射入觀察者(132)左眼和右眼(208， 210)的光學(xué)投影 的設(shè)備(118， 120)。
29. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其中用于調(diào)制三維圖像(114， 116)的設(shè)備(118， 120)還包括用于調(diào)制掃描射束(304)的掃描 速度的設(shè)備(118， 120)。
30. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，還包括用于使用如下等式來確定表面函數(shù)(302)的法線(212)的角度的電路(102):/ (jf) = + 90 = arctan(Z。. & . cos(*。. at))+ 90 。
31. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，還包括用于使用以下等式來確定表面函數(shù)(302 )的法線(212)的角度的電路(102),其中 所述函數(shù)對于將反射射束(306 )瞄準(zhǔn)到觀察者(132 )眼(208， 210 ) 中的處理進(jìn)行校正<formula>formula see original document page 6</formula>
32. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，還包括在投影屏(124)的 表面(310)中編碼的調(diào)制函數(shù)(602 )。
33. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，還包括在投影屏(124)的 表面(310)中編碼以便在以恒定速度掃描投影屏(124)時命中預(yù)定 目標(biāo)偏轉(zhuǎn)角的調(diào)制函數(shù)(602)。
34. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，還包括用于實(shí)施下列處理的 設(shè)備(102， 110):在觀察者(132)與非觀察者之間加以區(qū)分；以及 僅將圖像(114， 116)投影(122)給觀察者(132)。
35. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，還包括 用于確定至少一個觀察者(132)的左眼和右眼(208， 210)位置的設(shè)備(102, 110);用于將左邊和右邊的三維子圖像(114， 116)向投影屏(124) 投影的設(shè)備(122);以及用于與預(yù)定角響應(yīng)反射表面函數(shù)(302)配合來分別調(diào)制子圖像 (114， 116)以便分別將左邊和右邊的子圖像(114, 116)實(shí)質(zhì)上只 投影到相應(yīng)的左眼和右眼(208， 210)位置的設(shè)備(118， 120)。
36. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，還包括用于追蹤眼(208, 210)位置的移動的設(shè)備(102， 110)。
37. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，還包括用于實(shí)施下列處理的 設(shè)備(102， 110):追蹤眼(208， 210)位置的移動；以及響應(yīng)于所追蹤的移動，調(diào)整左邊和右邊的子圖像(114， 116)， 以便產(chǎn)生模擬全息圖的圖像。
38. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其中用于調(diào)制子圖像(114，116)的設(shè)備(118， 120)還包括用于在未瞄準(zhǔn)子圖像(114， 116) 使其到達(dá)觀察者(132)眼(208, 210)時遮蔽或禁止子圖像(114， 116)的投影的設(shè)備(118， 120)。
39. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其中用于調(diào)制的設(shè)備(118， 120)還包括用于與表面函數(shù)(302) 的法線(212)進(jìn)行關(guān)聯(lián)的設(shè)備；以及用于將左邊和右邊的三維子圖像(114， 116)向投影屏(124) 投影的設(shè)備(122)還包括用于將入射光射束(304)投影到對應(yīng)像 素的每一條相應(yīng)法線(212)的位置的設(shè)備(122)，其中在該時刻所 述入射光射束(304)將被投影到所述法線(212)的位置以及從所述 法線(212)的位置投影。
40. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其中用于將左邊和右邊的三 維子圖像(114, 116)向投影屏(124)投影的設(shè)備(122)還包括 用于將入射光射束(304)投影到對應(yīng)像素的每一條相應(yīng)法線(212) 位置的設(shè)備(122)，其中在該時刻所述入射光射束(304)將被投影 到所述法線(212)的位置以及從所述法線(212)的位置投影，所述 入射射束的寬度小于像素(202)的反射點(diǎn)Xl與XK之間的距離。
41. 根據(jù)權(quán)利要求53所述的系統(tǒng)，還包括用于實(shí)施下列處理的 設(shè)備(102， 110):唯一標(biāo)識各個觀察者(132 ); 存儲個性化的觀察者(132)偏好；以及根據(jù)與觀察者(132 )相關(guān)聯(lián)的偏好來定制所述觀察者(132 )的體驗(yàn)。
42. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，還包括用于自動對準(zhǔn)投影 屏(124)的設(shè)備(102, 110)以及用于通過下列處理來投影左邊和 右邊子圖像(114, 116)的設(shè)備(122):掃描投影屏(124)來確定其位置；以及根據(jù)所確定的投影屏(124)的位置來調(diào)整所述用于調(diào)制的設(shè)備 (118, 120)。
43. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，還包括用于自動對準(zhǔn)投影 屏(124)的設(shè)備(102， 110)以及用于通過下列處理來投影左邊和 右邊子圖像(114， 116)的設(shè)備(122):確定投影屏(124)的位置；記錄至少一個投影角，其中該投影角將至少一個被投影的子圖像 返回給預(yù)定位置；以及據(jù)此來調(diào)整所述用于調(diào)制的設(shè)備(118， 120)。
44. 一種三維顯示系統(tǒng)，包括用于追蹤觀察者(132)眼(208, 210)位置的移動的設(shè)備(102，110);用于將左邊和右邊的三維偽全息子圖像(114， 116)向觀察者 (132)的相應(yīng)的左眼和右眼(208, 210)位置投影的設(shè)備(122); 以及用于響應(yīng)于所追蹤的移動來調(diào)整左邊和右邊的子圖像(114， 116)，以便產(chǎn)生模擬全息圖的偽全息圖像的設(shè)備(102， 110)。
45. 根據(jù)權(quán)利要求44所述的系統(tǒng)，還包括用于使所述偽全息 圖像(114， 116)相對于觀察者以比觀察者(132)的實(shí)際移動更快 的速度來進(jìn)行對應(yīng)移動，以便通過增加觀察者(132)的表觀移動來 產(chǎn)生全息加速度的設(shè)備(102， 110)。
46. 根據(jù)權(quán)利要求44所述的系統(tǒng)，還包括結(jié)合三維偽全息投 影和觀察，在觀察者(132)前方作為三維交互的虛擬體(136)構(gòu)造 的預(yù)定虛擬顯示體(136)。
全文摘要
一種三維顯示系統(tǒng)(100)，該系統(tǒng)提供了一個具有預(yù)定角響應(yīng)反射表面函數(shù)(302)的投影屏(124)。在預(yù)定角響應(yīng)反射表面函數(shù)(302)的配置下，三維圖像(114，116)被分別調(diào)制(904)，由此定義了一個具有可編程偏轉(zhuǎn)角的可編程鏡(126)。
文檔編號H04N13/00GK101518096SQ200780034985
公開日2009年8月26日 申請日期2007年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月20日
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