專利名稱：一種自準直立體顯示系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及三維顯示，尤其涉及自準直立體顯示系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
三維顯示通常會存在這樣的問題，由于立體視覺、聚散度和視覺調(diào)節(jié)之間的沖突，一些觀看者會產(chǎn)生視覺疲勞。例如，3D顯示通常要求觀看者總是聚焦在屏幕表面上以保持聚焦，但是來自調(diào)節(jié)的深度暗示與來自聚散度的深度暗示不一致。例如，由于焦平面保持在屏幕平面，觀看者的眼睛強制集中于立體物體，其視差暗示的空間位置與屏幕平面不同。假設(shè)屏幕平面距離觀看者10英尺。他們的眼睛保持聚焦在屏幕平面時，但是立體顯示暗示物體距離觀看者15英尺。物體隨后從暗示的距離觀看者15英尺移動到暗示的距離觀看者7英尺。所有這些進行時，眼睛仍然保持調(diào)節(jié)/聚焦在距離10英尺的固定的屏幕平面上。人類大腦有允許人類期望后天的反應(yīng)或者調(diào)節(jié)/聚焦的肌肉存儲程度的捷徑。聚散和聚焦系統(tǒng)因此通常是協(xié)同的。在平面顯示的立體方案中，要求觀看者分離這種關(guān)系，觀看者已經(jīng)學(xué)習(xí)利用該關(guān)系來估計距離。隨著時間的推移，這種分離引起疲勞和緊張。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一方面是提供一種系統(tǒng)，其包括:一圖像生成器，其設(shè)置為提供立體圖像流，圖像流包括左眼圖像和右眼圖像；至少一圖像調(diào)制器，其設(shè)置為可以從所述圖像生成器接收所述立體圖像流并將光并入所述立體圖像以供觀看裝置觀看，所述觀看裝置將所述光分別過濾到所述左眼圖像和所述右眼圖像，從而在通過所述觀看裝置觀看時提供所述立體圖像的三維效果；以及一自準直裝置，該裝置設(shè)置為接收來自所述至少一圖像調(diào)制器的光并使所述光準直，使得在所述觀看裝置接收到所述立體圖像時光線基本平行。所述系統(tǒng)還可以包括:至少一投影儀，用于投射所述立體圖像，所述至少一投影儀包括所述至少一圖像調(diào)制器；至少一屏幕，所述立體圖像投射在所述屏幕上；至少一自準直鏡，用于將來自所述至少一屏幕的所述立體圖像反射，使得反射的光是準直的，所述自準直裝置包括所述至少一屏幕和所述至少一自準直鏡。所述至少一自準直鏡可以是球形的或拋物線形的，所述至少一屏幕的形狀可以與所述至少一自準直鏡的形狀互補。所述自準直裝置可以包括:至少一屏幕，所述立體圖像提供在該屏幕上；至少一自準直鏡，用于反射來自所述至少一屏幕的所述立體圖像，使得反射光是準直的。所述系統(tǒng)還可以包括一計算裝置，設(shè)置為執(zhí)行以下任務(wù)中的至少一個:在所述至少一圖像調(diào)制器將光并入所述立體圖像前翹曲所述立體圖像；根據(jù)所述觀看裝置相對所述自準直裝置的變化的位置重復(fù)所述翹曲；改變所述左眼圖像和所述右眼圖像之間的眼間距離；在所述立體圖像流中插入二維圖像。所述系統(tǒng)還包括一沉浸式環(huán)境，使得所述立體圖像與在所述沉浸式環(huán)境中身臨其境的體驗相關(guān)聯(lián)。所述沉浸式環(huán)境可以包括一模擬環(huán)境、一飛行模擬器和一駕駛模擬器中的一個或多個。所述沉浸式環(huán)境可以包括一可視化環(huán)境、一顯微可視化環(huán)境、一醫(yī)療圖像可視化環(huán)境、一油汽可視化環(huán)境、一地震學(xué)可視化環(huán)境中的一個或多個。所述沉浸式環(huán)境可以包括一訓(xùn)練環(huán)境。所述系統(tǒng)還可以包括:一頭部跟蹤裝置，設(shè)置為可以獲得所述觀看裝置的位置；和一處理器，設(shè)置為根據(jù)所述位置和所述觀看裝置的朝向中一個或多個來調(diào)節(jié)所述立體圖像以供觀看。所述立體圖像可以投射在一彎曲的表面上供觀看，所述處理器還可以設(shè)置為根據(jù)所述彎曲表面的幾何形狀調(diào)節(jié)所述立體圖像。所述系統(tǒng)還可以包括一存儲器，用于存儲表征所述幾何形狀的數(shù)據(jù)。所述處理器還可以設(shè)置為根據(jù)所述彎曲表面的幾何形狀通過以下步驟調(diào)節(jié)所述立體圖像:確定顯示的圖像，所述圖像包括要提供在平板屏幕上的所述立體圖像；根據(jù)表征所述彎曲表面的幾何形狀的數(shù)據(jù)和所述觀看裝置的位置確定所述平板屏幕的扭曲；根據(jù)所述扭曲調(diào)節(jié)所述圖像，使得所述立體圖像投射到所述彎曲表面時會呈現(xiàn)為未扭曲。每次確定觀看裝置的位置發(fā)生變化時，即可重復(fù)調(diào)節(jié)所述立體圖像。所述自準直裝置可以包括一自準直鏡，所述自準直鏡設(shè)置為反射來自所述彎曲表面的光，使得反射光是準直的。所述系統(tǒng)還可以包括:一處理器，設(shè)置為通過變化所述左眼圖像和所述右眼圖像之間的眼間距離來調(diào)節(jié)所述立體圖像。所述眼間距離可以根據(jù)所述立體圖像的觀看者和所述立體圖像的至少一個給定特征之間的虛擬距離來變化。所述眼間距離可以變化，使得提供的所述左眼圖像和所述右眼圖像為超立體感的。在所述虛擬距離為高于一第一給定閾值和低于一第二給定閾值中一個或多個時，提供的所述左眼圖像和所述右眼圖像為超立體感的。所述系統(tǒng)還可以包括:一處理器，設(shè)置為根據(jù)所述立體圖像的觀看者和所述立體圖像的至少一個給定特征之間的虛擬距離來插入二維圖像到所述立體圖像流。所述處理器還可設(shè)置為通過將所述左眼圖像和所述右眼圖像之一替換為所述左眼圖像和所述右眼圖像另一個來插入二維圖像到所述立體圖像流。所述處理器還可以設(shè)置為，在所述虛擬距離為高于一第一給定閾值和低于一第二給定閾值中一個或多個時插入二維圖像到所述立體圖像流。


為了更好理解在此描述的各種實施例以及更清楚地示出它們?nèi)绾螌嵤?，僅僅以示例方式參考附圖，附圖中:圖1示出了根據(jù)非限定實施例的自準直立體顯示系統(tǒng)；圖2示出了根據(jù)非限定實施例的使用中的圖1所示的系統(tǒng)；圖3-5示出了根據(jù)非限定實施例的、在人眼聚焦在投射到一屏幕上的立體圖像的虛擬物體時人眼的聚散(vergence)行為；圖6-8示出了根據(jù)非限定實施例的、在人眼聚焦在投射到一屏幕上的立體圖像的虛擬物體時人眼的調(diào)節(jié)(accommodation)行為；圖9-10示出了根據(jù)非限定實施例的自準直立體顯示系統(tǒng)；圖11示出了根據(jù)非限定實施例的帶有頭部跟蹤的自準直立體顯示系統(tǒng)；圖12示出了根據(jù)非限定實施例的使用中的圖11所示的系統(tǒng)；
圖13示出了根據(jù)非限定實施例的、在圖11所示的系統(tǒng)中在觀看裝置的位置變化時調(diào)節(jié)立體圖像的方法；圖14示出了根據(jù)非限定實施例的、帶有眼間距離變化的自準直立體顯示系統(tǒng)；圖15示出了根據(jù)非限定實施例的、用于圖14所示系統(tǒng)的虛擬景觀；圖16示出了根據(jù)非限定實施例的、在圖14所示系統(tǒng)的眼間距離變化時立體圖像的變化；圖17示出了根據(jù)非限定實施例向圖14所示系統(tǒng)的的三維圖像流插入二維圖像；圖18示出了根據(jù)非限定實施例、在人眼聚焦在投射到一屏幕上的立體圖像的虛擬物體時人眼的調(diào)節(jié)行為。
具體實施例方式現(xiàn)在參考圖1，示出了根據(jù)非限定實施例的自準直立體顯示系統(tǒng)100，圖2示出了使用中的系統(tǒng)100。系統(tǒng)100通常包括一圖像生成器101，圖像生成器101和至少一圖像調(diào)制器103通信。圖像生成器101通常設(shè)置為提供包括左眼圖像106a和右眼圖像106b的立體圖像105流。可以理解僅在圖1中標(biāo)記出了左眼圖像106a和右眼圖像106b，盡管如此在后續(xù)附圖中它們還是會出現(xiàn)在立體圖像105中。如圖所示，圖像生成器101和至少一圖像調(diào)制器103通過一可選的、處理立體圖像105的計算裝置通信，下面會討論。計算裝置104可以包括任何適當(dāng)?shù)挠嬎阍O(shè)備，包括但不限于翹曲引擎、視頻處理設(shè)備、個人電腦(PC)、服務(wù)器等。一般而言，計算裝置104包括一處理器112和一存儲器114 (其可以包括易失性和非易失性存儲器)以及任何適當(dāng)?shù)耐ㄐ沤涌?、輸入設(shè)備和顯不設(shè)備。圖像生成器101可以包括任何適當(dāng)?shù)膱D像生成器，包括但不限于存儲三維電影文件、三維視頻文件、三維顯示文件的存儲設(shè)備、視頻游戲系統(tǒng)、模擬系統(tǒng)、可視化系統(tǒng)、訓(xùn)練系統(tǒng)等。至少一圖像調(diào)制器103通常設(shè)置為從圖像生成器101接收立體圖像105流并將光107并入立體圖像105，以供觀看裝置109觀看。例如，在所示的實施例中，至少一圖像調(diào)制器103包括一投射立體圖像105的投影儀。此后，至少一圖像調(diào)制器103稱作不帶過分限制的“圖像調(diào)制器103”，但是可以理解，系統(tǒng)100可以包括一個或多個圖像調(diào)制器103。而且，這種用法會貫穿全文。圖像調(diào)制器103、圖像生成器101和計算裝置105，如果出現(xiàn)的話，可以使用任何適當(dāng)?shù)膮f(xié)議進行有線或無線通信，并且彼此可以是臨近的或遠程的。觀看裝置109通常設(shè)置為將光107分別過濾到左眼圖像106a和右眼圖像106b，從而在通過觀看裝置109觀看時提供立體圖像105的三維效果。換句話說，系統(tǒng)通常包括一用于三維觀看圖像的“3D (三維)”系統(tǒng)，因此圖像調(diào)制器103包括一投射立體圖像105的“3D”投影儀，觀看裝置109 (“3D”眼鏡)可以使用任何適當(dāng)?shù)募夹g(shù)將立體圖像105分成左眼圖像106a和右眼圖像106b。實際上，通?？梢岳斫庥^看裝置109與圖像調(diào)制器105匹配。例如，在圖像調(diào)制器103投射不同偏振狀態(tài)(包括但不限于正交線性偏振狀態(tài)和順時針/逆時針圓偏振狀態(tài))的左眼圖像106a和右眼圖像106b的實施例中，觀看裝置109包括適當(dāng)?shù)钠襁^濾器，以將左眼圖像106a和右眼圖像106b過濾到觀看者111相應(yīng)的眼中。類似地，在圖像調(diào)制器105交替(一個接一個)投射左眼圖像106a和右眼圖像106b的實施例中，觀看裝置109包括適當(dāng)?shù)碾娮涌扉T(包括但不限于基于IXD(液晶顯示)的快門)，其根據(jù)左眼圖像106a和右眼圖像106b的投射而打開和關(guān)閉，從而將左眼圖像106a和右眼圖像106b過濾到觀看者111相應(yīng)的眼中。無論如何，可以理解提供立體圖像105以供通過觀看裝置109觀看不應(yīng)考慮為有特別限定。例如，其他實施例包括但不限于使用色度信號梳形過濾器和/或偏振過濾器的主動式或被動式立體顯示系統(tǒng)。還可以理解，在觀看裝置109在圖1中示為面向頁面外，這種畫法僅僅是示意性的，觀看者111通?；旧厦嫦蜱R117來觀看圖像105。通?？梢岳斫?，立體圖像105提供在適當(dāng)?shù)谋砻?例如屏幕)以供觀看。但是，與現(xiàn)有技術(shù)的3D系統(tǒng)不同的是，系統(tǒng)100還包括一自準直裝置113，該裝置設(shè)置為接收來自圖像調(diào)制器103的光107并使之準直，使得光107的光線121在觀看裝置109接收時基本上是平行的。在所示的非限定性實施例中，自準直裝置113包括:至少一屏幕115，立體圖像105投射到其上；和至少一自準直鏡117，用于反射來自屏幕115的立體圖像105，使得反射光是準直的。屏幕115可以包括任何適當(dāng)?shù)?、能夠散?反射光107的屏幕，光107隨后被自準直鏡117反射。可以理解，屏幕115為基本上凸面，包括但不限于基本上球形和基本上拋物線形。使用凸面屏幕提供相對現(xiàn)有技術(shù)的二維模擬器的優(yōu)點，二維模擬器傾向于使用觀看圖像的凹面屏幕。例如，凹面屏幕容易從一側(cè)到一側(cè)和從頂部到底部發(fā)生串?dāng)_(crosstalk)，這是因為來自圖像一側(cè)的光反射在凹面屏幕對側(cè)。這導(dǎo)致分辨率下降、耀斑和重影。還可以理解，這些問題在使用背投影和/或后方投影到凹面屏幕時會更嚴重。例如，通常用于飛行模擬器的后投影屏幕被廣泛誤解。它們經(jīng)常被錯誤地理解為比正投影系統(tǒng)更亮和對比度更高，但是這僅僅在環(huán)境光線較強時才可能。相反，許多后投影屏幕由于幾何散射和屏幕吸收會發(fā)生嚴重的重影偏軸光線，導(dǎo)致重影和耀斑。與此相反，使用凸面的正投影屏幕，消除了串音問題，這導(dǎo)致提高的對比度、提高的亮度、提高的分辨率、降低的成本、寬松的投影儀設(shè)置、減少的耀斑、減少的重影等。自準直鏡117包括任何適當(dāng)凹面鏡，包括但不限于球形鏡和拋物線形鏡，它們的基本性能是反射光線121基本平行。因此，與現(xiàn)有技術(shù)的3D系統(tǒng)相反，光線/平行光線121形成的立體圖像在到達觀看裝置109時是準直的，使得觀看者111的眼睛不必聚焦在屏幕115或自準直鏡117，而是聚焦在無窮遠。這樣的優(yōu)點下面會結(jié)合圖3-8介紹。但是可以理解，拋物線形鏡與球形鏡相比可以提供更好的準直。但是，拋物線形鏡制造起來比較昂貴，球形鏡盡管邊緣會引起像差但是更便宜且制造起來更容易。盡管如此，球形鏡在平衡準直度和費用上更好。因此可以理解，自準直鏡117的自準直不必是完美的。另外，自準直鏡117可以包括任何適當(dāng)?shù)牟牧?，包括但不限于玻璃和Maylar 牌薄膜。在后一,清況，制造完全拋物線形或完全球形的Maylar 牌薄膜鏡有一定挑戰(zhàn)性,通常Maylar 牌薄膜鏡包括一邊界和限壓垂曲弧，所述垂曲弧中部常常帶有一些鞍形凸出，用于廣角座艙的顯示。但是，盡管較低質(zhì)量的鏡會出現(xiàn)更多的像差，性能和舒適度會下降，準直度基本上是足夠的。還應(yīng)當(dāng)理解，屏幕115的形狀與自準直鏡117互補，因此屏幕115是基本上彎曲形的。例如，自準直鏡117為基本上凹面，屏幕115為基本上凸面:在自準直鏡117為基本上球形凹面的實施例中，屏幕115為基本上球形凸面；在自準直鏡117為基本上拋物線形凹面的實施例中，屏幕115為基本上拋物線形凸面。但是，應(yīng)當(dāng)理解，屏幕115不必完全與自準直鏡117成互補。例如，在自準直鏡117為球形的實施例中，屏幕115可以是拋物線形，反之亦然，計算裝置104會執(zhí)行對圖像105的校正，以校正在觀看的圖像中所產(chǎn)生的像差。實際上，還應(yīng)當(dāng)理解，偏離理想的凹面鏡或凸面屏幕均在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。盡管這樣的系統(tǒng)并不是理想的，這樣的系統(tǒng)仍然能夠提供在此描述的自準直立體顯示的優(yōu)點。例如，在一些實施例中，平面屏幕(即屏幕115)反射的圖像105可以使用寬半徑拋物面鏡(即自準直鏡117)觀看。在一些這樣的實施例中，計算裝置104會執(zhí)行對圖像105的校正，以校正在觀看的圖像中所產(chǎn)生的像差。還應(yīng)當(dāng)理解，自準直鏡117設(shè)置為使得抵達設(shè)計視點(DEP)123的平行光線121基本上與觀看者111的眼睛對齊。還應(yīng)當(dāng)理解，由DEP123返回的跟蹤光線121在屏幕115上產(chǎn)生匯聚，為觀看者111聚焦。換句話說，如圖所示，每個平行光線121可以通過相應(yīng)的反射光119追蹤到屏幕115。還應(yīng)當(dāng)理解，在一些實施例中，屏幕115的底部在自準直鏡117上部清楚或接近清楚。換句話說，屏幕115和自準直鏡117設(shè)置使得投射到屏幕115上的立體圖像105可以被觀看者111觀看，使得自準直鏡117的上部不會被屏幕115遮蔽。在所描述的實施例中，系統(tǒng)100包括計算裝置104，該計算裝置設(shè)置為在圖像調(diào)節(jié)器103將光107并入立體圖像105之前翹曲立體圖像105。例如，立體圖像105在計算裝置104翹曲使得在立體圖像105投射到彎曲屏幕115并通過平行光線121由觀看裝置109觀看時，立體圖像105不會出現(xiàn)彎曲。在又一些的實施例中，下面會討論，計算裝置104還可以設(shè)置為根據(jù)觀看裝置109相對自準直裝置113的變化的位置來重復(fù)翹曲操作。換句話說，系統(tǒng)100還可以包括頭部跟蹤裝置，下面會參考圖11和12描述，所述頭部跟蹤裝置跟蹤觀看裝置109和/或觀看者111的頭部的位置，根據(jù)觀看裝置109和/或觀看者111的頭部的位置動態(tài)翹曲立體圖像105，以提供改變的視角。在又一個的實施例中，會進一步描述，計算裝置104還可以設(shè)置為執(zhí)行以下操作中的至少一個:改變左眼圖像106a和右眼圖像106b之間的眼間距離(其也可以稱作瞳孔間距離)；和向立體圖像105流中插入二維圖像。但是，在其他實施例中，圖像生成器101可以設(shè)置為執(zhí)行計算裝置104的所有功能；因此，在這些實施例中，圖像生成器101和計算裝置104結(jié)合至一個設(shè)備，而圖像生成器101包括計算裝置104。在一些實施例中，系統(tǒng)100可以用于普通的3D視頻應(yīng)用，包括但不限于，3D自準直電影應(yīng)用、自準直3D顯示、個人臺式自準直3D顯示、3D自準直電視和3D自準直視頻游戲系統(tǒng)。還應(yīng)當(dāng)理解，系統(tǒng)100還可以包括一沉浸式環(huán)境，使得立體圖像105與所述沉浸式環(huán)境中的一身臨其境的體驗相關(guān)聯(lián)。例如，所述沉浸式環(huán)境包括一模擬環(huán)境，包括但不限于，飛行模擬器、駕駛模擬器、飛船模擬器等。因此，系統(tǒng)100可以包括“現(xiàn)實世界”控制，例如在飛行模擬器中，使得觀看者111可以控制立體圖像105以提供模擬飛行。立體圖像105因此可以在與圖像生成器101 (以及可選的計算裝置104)的反饋回路中動態(tài)更新，以包括模擬“現(xiàn)實世界”的圖像以復(fù)制現(xiàn)實世界，使得觀看者111以類似于與現(xiàn)實世界交互的方式與模擬環(huán)境交互。迄今為止，傳統(tǒng)上認為三維效果在自準直顯示系統(tǒng)中沒有用處，例如包括飛行模擬器的模擬環(huán)境，這是因為準直光假定為來自“光學(xué)無限”，其通常取為9米(約30英尺)。例如，光學(xué)無限通常認為是在該距離處左眼和右眼觀看一個物體的視角幾乎相同，因此還認為使用雙頻道成像和立體顯示系統(tǒng)沒有多少好處。但是，測試設(shè)置為飛行模擬器的系統(tǒng)100的工作樣機表明，這些假設(shè)都是錯的。實際上，與所述工作樣機交互的飛行員發(fā)現(xiàn)，自準直立體顯示系統(tǒng)所提供的交互體驗比自準直非立體顯示系統(tǒng)所提供的更真實。首先，甚至在從大約4英尺至至少大約400米(例如約1/4英里)的距離范圍可以對左眼和右眼產(chǎn)生帶不同景觀的模擬特征，其提供顯著的、提高的、帶更好深度感的三維效果O其次，在使用立體圖像而不是二維圖像時，感覺到飛行模擬器的更佳的分辨率，主要因為超分辨率作用；換句話說，人類大腦能夠疊加立體的左眼和右眼圖像并插入與左右眼均使用單個圖像(即二維圖像)相比更高分辨率的所得圖像。第三，在距離設(shè)計眼點約9米的飛行模擬器中可以提供一些特征，包括但不限于，空中加油的隆隆聲、低空飛行的直升機、駕駛模擬器和模擬著陸的景觀特征。但是，這樣的特征可以提供在大于9米或小于9米處。在這些情形，飛行員注意到這些三維立體圖像與二維圖像相比會提供更加真實的體驗。在又一些實施例中，所述沉浸式環(huán)境包括一可視化環(huán)境，其不必與現(xiàn)實世界環(huán)境相關(guān)聯(lián)。例如所述可視化環(huán)境可以包括但不限于CAVE (自動虛擬環(huán)境工作室)、醫(yī)療圖像可視化環(huán)境、油氣可視化環(huán)境、地震學(xué)可視化環(huán)境等中的一個或多個。在這些實施例中，系統(tǒng)100可以包括“操作”所述可視化環(huán)境的控制。例如，在這樣一個可視化環(huán)境中，相關(guān)的控制可以用于在立體圖像105中可視化和操作虛擬的醫(yī)療分子/藥物等、石油礦床、地震學(xué)板塊等。還可以理解，迄今為止自準直系統(tǒng)還沒有用于可視化環(huán)境，當(dāng)然不會與立體圖像結(jié)合使用。實際上，在顯示系統(tǒng)的整個范圍內(nèi)，模擬環(huán)境和可視化環(huán)境之間趨于很少重疊或沒有重疊。在又一些實施例中，所述沉浸式環(huán)境包括一訓(xùn)練環(huán)境，包括但不限于用于修理設(shè)備和/或建造設(shè)備等(作為一個非限定性實施例，工業(yè)車輛的制造和修理)的訓(xùn)練環(huán)境。例如，這樣的訓(xùn)練環(huán)境和相關(guān)的控制可以用于可視化和操作立體圖像105a中的虛擬物品來修理和/或建造設(shè)備。還可以理解，迄今為止自準直系統(tǒng)還沒有用于訓(xùn)練環(huán)境，當(dāng)然不會與立體圖像結(jié)合使用?，F(xiàn)在參考圖3-5和圖6-8和18來討論自準直立體顯示的一般優(yōu)點。特別地，圖3和4示出了在人眼聚焦在投射到一屏幕上的立體圖像的虛擬物體時人眼的聚散(vergence)行為，這時所述虛擬物體分別“位于”所述屏幕之前或之后。從圖3可以看出，在物體P3出現(xiàn)在屏幕之前時(即聚散)左眼和右眼試圖交叉，但在同時左眼圖像Pl和右眼圖像P2實際投射在屏幕上，這是沖突的像差，可能引起觀看者頭疼和惡心。可以理解，不舒服的程度因觀看者的不同而不同。參考圖4，在物體P3 “位于”屏幕后時該問題會變得不太尖銳，眼睛仍然試圖聚散。但是，參考圖5以及在本實施例中，物體P3 (圖5中未示出)名義上位于光學(xué)無窮遠，聚散暗示通常與圖像P1、P2的實際位置(即在屏幕上)相吻合，眼軸是基本上平行的，從而減小了眼疲勞。實際上，這種觀看基本上模擬望出實際窗口的實際景觀，即景色由眼間(例如瞳間)距離分開并舒適放松而眼軸基本平行，從而減小了眼疲勞。另外，眼的聚焦(調(diào)節(jié))在立體圖像中的虛擬物體分別“位于”屏幕之前和之后時也是沖突的。例如，圖6和7示出了在人眼聚焦在投射到一屏幕上的立體圖像的虛擬物體時人眼的調(diào)節(jié)行為，這時虛擬物體分別“位于”屏幕之前和之后。參考圖6，物體虛擬位于屏幕之前，眼睛試圖聚焦在屏幕之前，使得眼睛的前表面繃緊，睫狀肌會強迫目鏡必要彎曲，以將圖像聚焦在視網(wǎng)膜上。參考圖7，在物體“位于”屏幕之后，所述問題變得不太尖銳，眼睛和睫狀肌會經(jīng)受適度的張力。但是，調(diào)節(jié)和聚散之間的沖突仍然存在。但是，參考圖8以及本實施例，在物體(圖8中未示出)名義上位于光學(xué)無窮遠，調(diào)節(jié)暗示基本上與左右眼圖像的實際位置(即在屏幕處)吻合，眼睛和睫狀肌基本上放松，從而減小眼疲勞。但是，如上面所討論，甚至在許多物體名義上位于光學(xué)無窮遠，通過提供自準直立體顯示系統(tǒng)100，左右眼圖像的景觀仍然會有明顯的區(qū)別，系統(tǒng)100中會形成優(yōu)質(zhì)的立體圖像，從而提供長時間不疲勞的、更舒適的三維觀看體驗。換句話說，圖6、7和8為看窗外的三種“正常情形”。為了進一步說明本發(fā)明所解決的問題，可以參考圖18，其示出了眼睛聚焦在一窗或屏幕平面(這是所有現(xiàn)有3D顯示的正常情形)。實際上，當(dāng)人眼聚焦在近的物體時，3D顯示深度暗示是沖突的，特別是在物體“虛擬”示在屏幕之前而圖像實際出現(xiàn)在屏幕上的時候。例如，在觀看者觀看3D圖像時，例如觀看者18英尺前的電腦屏幕上的游戲，觀看者的聚焦是固定的，如圖6所示，前目鏡表面相當(dāng)陡而睫狀肌收縮。但是立體游戲或模擬或顯微鏡或者任何以3D所顯示可以描述為帶正確聚散度暗示的在無窮遠的物體(例如飛行器)，例如如圖5所示。因此，立體差異在視網(wǎng)膜上強的聚散度暗示表明圖像在無窮遠，但是來自調(diào)節(jié)的弱的深度暗示表明其僅在18英寸外。正是這種深度暗示的沖突引起眼疲勞。如果聚散度類似于圖3那樣，對于計算機屏幕前的例如約12英尺遠的物體，在聚焦調(diào)節(jié)告訴觀看者的大腦該物體仍然18英寸遠時，眼睛更疲勞和“不自然”。本發(fā)明在一定程度上解決了這種沖突，這是因為在調(diào)節(jié)和聚散暗示基本上同步而且物體被自準直鏡117 “推得”更遠時，會實現(xiàn)遠程物體的更舒適、更自然的景觀，使得無窮遠看起來像窗外真實的無窮遠，眼睛在聚散(不交叉或平行)和聚焦(即放松的更平直的鏡頭)時均放松。這使得觀看者可以容易地一次觀看模擬圖像數(shù)小時而眼疲勞不嚴重，甚至對于觀看3D圖像通常有很多困難的人來說也是這樣。下面參考圖9，示出了基本上類似于系統(tǒng)100的系統(tǒng)100a，類似的元件使用類似的附圖標(biāo)記，但是帶有后綴“a”。例如，圖像調(diào)制器IOOa類似于圖像調(diào)制器100。但是，在這些實施例中，屏幕115a包括一后投射屏幕(有時稱作背投屏幕(BPS))，圖像調(diào)制器IOOa設(shè)置為投射在屏幕115a的一后投射屏幕上，相應(yīng)的立體圖像由自準直鏡117a反射。換句話說，系統(tǒng)IOOa類似于系統(tǒng)100，但是，后投射幾何不同于前投射幾何。下面參考圖10，示出了基本上類似于系統(tǒng)100的系統(tǒng)100b，類似的元件使用類似的附圖標(biāo)記，但是帶有后綴“b”。例如自準直鏡117b類似于自準直鏡117。但是，在這些實施例中，圖像調(diào)制器103b與屏幕相結(jié)合:換句話說，圖像調(diào)制器103b包括一彎曲顯示(例如基于發(fā)光二極管(LED)、有機LED或產(chǎn)生彎曲顯示的任何適當(dāng)技術(shù))，相應(yīng)的立體圖像形成在所述彎曲顯示上，隨后被自準直鏡117b反射。換句話說，系統(tǒng)IOOb類似于系統(tǒng)100，但是，投射元件替換為彎曲板顯示技術(shù)。實際上，可以理解，使用彎曲板顯示技術(shù)能夠使與目前飛行模擬器使用的大的BPS相比更小功率和大小的近眼顯示成為可能。下面參考圖11，示出了基本上類似于系統(tǒng)100的系統(tǒng)100c，類似的元件使用類似的附圖標(biāo)記，但是帶有后綴“C”。例如圖像調(diào)制器IOOc類似于圖像調(diào)制器100。圖12示出了使用中的系統(tǒng)100。但是，系統(tǒng)IOOc還包括一與計算裝置104c通信的頭部跟蹤裝置1101，頭部跟蹤裝置1101使得能夠獲得觀看裝置的位置，包括但不限于觀看者Illc的頭部的位置?？梢岳斫猓^看裝置109c的位置包括但不限于觀看裝置109c在自準直鏡117c前的區(qū)域內(nèi)的位置和觀看裝置109c的朝向(例如觀看者Illc向左、向右、向上、向下、直著向前看等)。圖11和12示出了計算裝置104c的進一步的細節(jié)，下面會詳細討論。但是可以理解，計算裝置104c包括一處理器1103和一存儲器1105，分別類似于處理器112和存儲器114。在示出的非限定性實施例中，頭部跟蹤裝置1101包括數(shù)碼相機和數(shù)碼攝像機中的一個或多個(通常一個相機)，其朝向設(shè)置為對觀看裝置109c和/或觀看者Illc的頭部照相(例如在自準直鏡117c前的一個區(qū)域)。但是可以理解，任何適當(dāng)?shù)念^部跟蹤裝置均在本發(fā)明的范圍之內(nèi)，本說明書并不意在過分限制在一個照相機。在一些實施例中，頭部跟蹤裝置還可以包括一計算裝置(未示出)，用于處理頭部跟蹤數(shù)據(jù)以確定觀看裝置109c的位置；代表觀看裝置109c的位置的數(shù)據(jù)隨后可以傳輸?shù)接嬎阊b置104c。但是，在其他的實施例中，一旦頭部跟蹤裝置1101獲得觀看裝置109c的位置，所獲得的數(shù)據(jù)即傳輸給計算裝置104c處理，使得處理器1103通過處理所獲得的數(shù)據(jù)確定觀
看裝置的位置。實際上，可以理解，處理器1103通常能夠根據(jù)觀看裝置109c的位置調(diào)節(jié)立體圖像105c以供觀看。例如，在觀看裝置109c的位置變化時，立體圖像105c調(diào)節(jié)為使得觀看者Illc所看到的是所述位置變化相應(yīng)的景觀。例如，在觀看者Illc向左或向右走動和/或向上或向下移動他/她的頭時，可以調(diào)整立體圖像105c中的平行視差和景觀，以反映所述位置和/或朝向的變化。但是，還應(yīng)當(dāng)理解，由于立體圖像105c投射在彎曲表面(即屏幕115c)上以供觀看，處理器1103因此還設(shè)置為根據(jù)所述彎曲表面的幾何形狀調(diào)整立體圖像105c。換句話說，處理器1103通常設(shè)置為能夠改變立體圖像105c所代表的景觀并能夠在變化的景觀中針對彎曲表面調(diào)整。還應(yīng)當(dāng)理解，頭部跟蹤裝置1101可以執(zhí)行以下動作中的一個或多個:在探測到觀看裝置109c的位置發(fā)生變化時與計算裝置104c通信；和周期性傳輸觀看裝置104c的位置以及所述位置是否發(fā)生了改變給計算裝置104c，使得可以根據(jù)不同通信之間的位置區(qū)別來確定位置的變化?，F(xiàn)在參考圖13，其示出了觀看裝置109c的位置發(fā)生變化時調(diào)節(jié)立體圖像105c的方法1300。為了解釋方法1300，假設(shè)用系統(tǒng)IOOc執(zhí)行方法1300。另外，下面對方法1300的討論會幫助進一步理解系統(tǒng)IOOc和其各種部件。但是，應(yīng)當(dāng)理解，系統(tǒng)IOOc和/或方法1300可以變化，并且也不必像在此討論的完全彼此結(jié)合工作，這些變化在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。方法1300還假設(shè)代表系統(tǒng)100的幾何形狀的數(shù)據(jù)1201已經(jīng)存儲在存儲器1105，數(shù)據(jù)1201包括但不限于代表彎曲表面(即屏幕115c)的幾何形狀的數(shù)據(jù)，包括但不限于屏幕115c的曲率和圖像調(diào)制器103c、屏幕115c和自準直鏡117c的相對位置，以及名義DEPlllc的位置，其假設(shè)為在觀看裝置109c的位置和/或朝向變化時發(fā)生變化。在塊1301，處理器1103接收代表觀看裝置109c的位置已經(jīng)變化的數(shù)據(jù)。例如，頭部跟蹤裝置1101探測到觀看裝置109c的位置的變化并將表征這種變化的數(shù)據(jù)傳輸給處理器 1103。在塊1303，處理器1103確定顯示的圖像，所述圖像包括根據(jù)變化的位置要投射到平的屏幕上的立體圖像105c。例如，在觀看裝置109c向上、向下、向左、向右移動時，DEP123C變化，這可以反映在立體圖像105c的虛擬特征的觀看視角的變化以及平行視差的變化等上。因此，處理器1103能夠處理立體圖像105c以反映這些變化，就像立體圖像105c要提供在平的平面上(不彎曲)那樣。在塊1305，處理器1103根據(jù)表征彎曲表面(即屏幕115c)的幾何形狀和觀看裝置109c的位置的數(shù)據(jù)來確定平的表面的扭曲。換句話說，平的平面處理為可以扭曲的網(wǎng)格，在從變化位置的觀看裝置109c觀看立體圖像時105c時，所述平面扭曲以反映屏幕115c的形狀。在塊1307，在塊1301產(chǎn)生的圖像根據(jù)塊1305的扭曲調(diào)整，使得在投射到所述彎曲表面時立體圖像105c顯得不扭曲。相反，傳統(tǒng)的顯示生成器產(chǎn)生的內(nèi)容用于立體的單個點。通常，生成這種內(nèi)容的假設(shè)是，顯示板是平的表面且簡單的視錐體可以描述觀看的顯示區(qū)域，且觀看者處于空間上的固定位置，以簡化模擬屏幕上的幾何形狀的繪制。可以理解，要實現(xiàn)廣角景觀，自準直顯示通常采用彎曲的投射表面。圖像翹曲允許通常平面的目標(biāo)可以像柔性的網(wǎng)格處理，允許圖像均勻的、適當(dāng)?shù)呐で?，使得一旦傳遞到自準直顯示方案中的光學(xué)元件(例如自準直鏡)，從觀看者的視角來看結(jié)果是沒有彎曲或光學(xué)變形的圖像。但是，這樣的系統(tǒng)沒有考慮到觀看者的位置可能發(fā)生變化。針對這一問題，本發(fā)明提供了這樣一個方案，如方法1300，通過跟蹤觀看者的空間位置與實時校正圖像的扭曲相結(jié)合來調(diào)節(jié)?？梢岳斫?，為了三維深度暗示，立體觀測使用:融合兩個獨特的立體景觀(即左眼和右眼);單眼深度暗示調(diào)節(jié)(聚焦);和雙眼深度暗示聚散。借助加入的運動平行視差(通過在此描述的立體跟蹤視角)，人類的所有單眼深度暗示可以用來增強立體深度暗示。因此可以理解，可以用于立體體驗的單眼深度暗示包括:。-景觀(從觀看者的空間位置的視角，現(xiàn)有的實施例使得隨著觀看者的移動景觀會像現(xiàn)實世界那樣可以改變)。-運動深度(在可見的景觀中運動平行視差和物體大小的改變，其通常綁定到景觀。例如，在觀看森林中的樹時，樹位于相對觀看者位置的不同平面；隨著觀看者移動，在觀看者的視野范圍內(nèi)，近的樹顯得移動得快而遠的樹顯得移動得慢)。-遮蔽(移動改變物體的可見性的效果，物體彼此遮蔽。例如，森林里的樹位于相對觀看者位置的不同平面；隨著觀看者移動，遠的樹可以被接近觀看者的樹遮蔽)。因此，根據(jù)觀看者Illc的位置調(diào)節(jié)圖像105，所有前述的深度暗示可以集成到系統(tǒng)IOOc中，這使得虛擬體驗更加逼真。可以理解，每次確定觀看裝置109c的位置發(fā)生變化，可以重復(fù)方法1300。因此，立體圖像105c可以隨觀看者相對自準直鏡117c的移動動態(tài)調(diào)節(jié)，以提供整體增強的3D環(huán)境。實際上，可以理解運動視差暗示可以是非常強大的附加深度暗示，遠遠超過調(diào)節(jié)，其通常限于一個弧分乘以聚焦深度，所述聚焦深度根據(jù)良好光線下的2mm瞳孔計算。來自頭部移動的運動視差可以提供強于眼間隔和聚散的暗示，這是因為圖像的帶立體視差的圖像“基線”可以更長。例如，如果觀看者看一個景觀時移動頭部2至3次，由于運動視差，通過64_的標(biāo)稱眼間距，可以獲得更大的景深和微變敏度。例如，如果有好的頭部跟蹤，甚至有一只壞眼的觀看者也可以通過頭部移動和調(diào)節(jié)來感知深度。這樣，運動視差可以取代聚散度暗不。還應(yīng)當(dāng)理解，在一些實施例中，頭部跟蹤可以打開和關(guān)閉。例如，對于多個觀看者系統(tǒng)(例如作為非限定性實施例，有飛行員和副駕駛的交叉駕駛艙自準直模擬器)，頭部跟蹤可能不是期望的，除非只有一個觀看者使用該系統(tǒng)。因此，在這些實施例中，頭部跟蹤可以為單個的觀看者打開而對多個觀看者關(guān)閉?，F(xiàn)在參考圖14，示出了“使用中”的、基本上類似于系統(tǒng)IOOc的系統(tǒng)100d，類似的元件使用類似的附圖標(biāo)記，但是帶有后綴“d”而不是后綴“C”。例如計算裝置IOOd類似于計算裝置100c。但是在這些實施例中，頭部跟蹤裝置是可選的(并且實際上未示出)，處理器1103d設(shè)置為通過改變左眼圖像106ad和右眼圖像106bd之間的眼間距離來調(diào)節(jié)立體圖像105d。例如，如圖15所示的曲線所示，“虛擬的”景觀1500可以包括虛擬特征1501，例如地理特征諸如小山或山脈。DEP 123d在圖15中示為在“天空”中，這是因為假設(shè)景觀1500是飛行模擬系統(tǒng)的一部分，因此觀看者Illd會位于景觀1500之上?？梢源_定DEP 123d (即觀看者Illd)和特征1501之間的虛擬距離?？梢岳斫?，景觀1500不會像圖15所示那樣被觀看者Illd “看到”，而是會生成代表好像從DEP 123d看到的景觀1500的立體圖像105d。通常，根據(jù)人類標(biāo)準的眼間距離約64mm (盡管人類的標(biāo)準眼間距離被認為在約62mm到約65mm，因此可以選擇適當(dāng)?shù)难坶g距離來代表標(biāo)準間距離；但是，人類的眼間距離在在約58mm到71mm)來生成立體圖像。但是如圖16所示，左眼圖像106ad和右眼圖像106bd之間的眼間距離可以根據(jù)虛擬距離1503變化，例如增大或減小，以生成根據(jù)新的眼間距離的更新的左眼圖像106ad'和右眼圖像106bd/。例如，如圖16所示，眼間距離可以增大，使得所提供的左眼圖像106ad'和右眼圖像106bd'為超立體的，其通?？梢岳斫鉃榭梢韵蛴^看者提供比標(biāo)準立體圖像更多的光學(xué)深度信息。換句話說，在這些實施例中，系統(tǒng)IOOd可視化設(shè)置進入超立體模式。可以理解，超立體可以影響比例感，而且對于增加遠的物體的立體視差很有效。例如，超立體用于帶很長基線的航空圖片以生成地形圖。其對雙筒望遠鏡和測距儀也有用，以有效增加眼間距離和基線以判斷相對深度。而且，在距離大于約IOOm時，幾百英尺的眼間距離不會顯著影響距離感，但是會增加遠的物體的立體像差。因此，例如，提供景觀的超立體圖像可以提供虛擬特征的增強的細節(jié)。實際上，地球軌道(例如從行星軌道的一側(cè)到另一偵D的超立體基線圖像已經(jīng)用于月球的科學(xué)3D研究。在一些實施例中，處理器1103d可以設(shè)置為，在虛擬距離1503大于一第一給定閾值和小于一第二給定閾值中的一個或多個時，提供超立體的左眼圖像106ad和右眼圖像106bd。例如，第一給定閾值可以是約100米，第二給定閾值可以是約1000米，但是任何適當(dāng)?shù)拈撝稻诒景l(fā)明的范圍之內(nèi)。例如，基線低于64mm可以用于微觀和宏觀工作，例如檢查小蟲或血液細胞。但是，例如在有星系的可視化時，使用基線光年和/或秒差距和/或天文單位均在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。因此，可以理解，本發(fā)明的眼間距沒有特別限定，其可以從零(對于二維圖像，如下面所述，到非常大的距離)。還應(yīng)當(dāng)理解，視點正負相同地增加的“正常”的眼間距離，對于左眼約-32_，對于右眼約+32_ (合計約64_)。但是，第二閾值可以小于第一閾值，使得可以在小距離和大距離提供超立體感:例如，第二閾值可以小于9米，使得靠近DEP 123d的虛擬特征顯得比實際上大，以提供比在眼間距離為人類標(biāo)準值時能正常得到的更多的光學(xué)細節(jié)。還應(yīng)當(dāng)理解，在此的變化的眼間距離的例子均涉及飛行模擬器，變化的眼間距離可以用于任何適當(dāng)?shù)?、上面所述的沉浸式環(huán)境。例如，取決于模擬環(huán)境中觀看的實際距離，可變化的眼間距離可以手工輸入或自動變化(例如在觀看者接近地面時可以使用更自然的眼間距離，在觀看者高處時可以使用超立體設(shè)置)。在一些這樣的實施例中，如圖16所示(見左眼圖像106ad"和右眼圖像106bd")，可以使用低于人類標(biāo)準值的眼間距。例如在醫(yī)療可視化環(huán)境中對藥物成像時，或者在任何適當(dāng)?shù)某两江h(huán)境中任何非常小的特征，人類標(biāo)準值不會產(chǎn)生該特征的清楚景觀，可以使用低于人類標(biāo)準值的眼間距離。換句話說，系統(tǒng)IOOd也可以設(shè)置進入亞立體模式，其對于非常近工作景觀很有用，例如顯微鏡或微距應(yīng)用。通常，應(yīng)當(dāng)理解，眼間距離可以以任何適當(dāng)?shù)姆绞阶兓?，包括但不限于根?jù)閾值和/或虛擬距離用于任何適當(dāng)?shù)某两江h(huán)境。還應(yīng)當(dāng)理解，人類的眼間距離或因人而異，系統(tǒng)IOOd的眼間距離也會隨給定觀看者的眼間距離而變化。例如，系統(tǒng)IOOd的眼間距離對于給定的觀看者是固定的，而對于不同的觀看者會變化，以適應(yīng)不同觀看者的眼間距離的變化。在這些實施例中，在給定觀看者使用系統(tǒng)IOOd之前,可以輸入基礎(chǔ)眼間距離到系統(tǒng)100d。在其他實施例中，如圖17所示，處理器1103d可以設(shè)置為根據(jù)虛擬距離1503插入二維圖像1701到立體圖像105d的流1703中。實際上，插入二維圖像1701意味著所述眼間距離減小至0mm。在一些事實例中，處理器1103d設(shè)置為在虛擬距離1503為大于一第一給定閾值和小于一第二給定閾值中的一個或多個時，插入二維圖像1701到立體圖像105d的流1703中。例如，虛擬距離1503大于一給定閾值，例如1000米，立體圖像105c中會很少出現(xiàn)立體像差，因此通過插入二維圖像1701到立體圖像105d的流1703中來切換到二維景觀可以減少處理時間?？梢岳斫猓魏芜m當(dāng)數(shù)量的二維圖像1701可以插入到流1703中，可以根據(jù)虛擬距離插入任何適當(dāng)?shù)臅r長。類似地，低于一第二給定閾值，會出現(xiàn)三維圖像不適當(dāng)或不期望的情形，因此系統(tǒng)IOOd可以轉(zhuǎn)換到二維模式。轉(zhuǎn)換的二維模式可以減少處理時間，例如對于高幀率和/或處理景觀中多個特征時(例如處理多個多邊形)。
在一些實施例中，處理器1103d設(shè)置為通過將左眼圖像106ad和右眼圖像106bd中的一個替換為左眼圖像106ad和右眼圖像106bd中的另一個來插入二維圖像1701到流1703中。換句話說，在左眼和右眼中的每一個提供相同的圖像。實際上，現(xiàn)在看來，改變眼間距離，包括但不限于對于二維模式設(shè)置眼間距離為0mm，可以包括交互式實時控制眼間距離，以使得各種特征成為可能，包括但不限于:1.從一個觀看者到有不同眼間距離的另一個觀看者快速切換和重新校準，使得生活時間縮放效應(yīng)和距離判斷與給定觀看者在他的/她的一生中在他的/她的特定眼間距離上的訓(xùn)練有關(guān)。2.從在“正?！毖坶g距離的三維模式快速切換到二維模式，以節(jié)約帶寬或者在僅僅可以看到非常長的距離時。3.通過在正常模式(眼間距離處于基線)與超立體模式(眼間距離大于基線)或亞立體模式(眼間距離小于基線)的切換，改變系統(tǒng)IOOd的“感覺”和/或景觀。盡管在此描述的實施例中為單獨描述，但是可以理解頭部跟蹤和眼間距離變化可以以任何適當(dāng)?shù)姆绞浇Y(jié)合。在此，已經(jīng)描述了自準直立體顯示系統(tǒng)，以在觀看三維立體圖像時緩和眼疲勞，各種進一步的改進可以改進三維立體觀看體驗。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，在一些實施例中，系統(tǒng)100，100a，100b，100c，IOOd
可以實施為使用預(yù)編程硬件或固件元件(例如專用集成電路(ASIC)、電擦寫只讀存儲器(EEPROM)等)或相關(guān)部件。在其他實施例中，100，100a，100b，100c，IOOd的功能可以通過一計算裝置來實現(xiàn)，該計算裝置訪問代碼存儲器(未示出)，代碼存儲器存儲操作該計算裝置的計算機可讀程序代碼。所述計算機可讀程序代碼可以存儲在一計算機可讀存儲介質(zhì)上，所述計算機可讀存儲介質(zhì)是固定的、可觸摸的、可以被這些部件讀取的(例如可移動盤、⑶-ROM、ROM、硬盤、USB驅(qū)動器)。而且，可以理解，計算機可讀程序可以存儲為包括計算機可用介質(zhì)的計算機程序。另外，永久性儲存裝置可以包括計算機可讀程序代碼。還可以理解，計算機可讀程序代碼和/或計算機可用介質(zhì)可以包括非臨時性計算機可讀程序代碼和/或非臨時性計算機可用介質(zhì)。或者，所述計算機可讀程序代碼可以遠程儲存，但是可以通過連接到網(wǎng)絡(luò)(包括但不限于因特網(wǎng))的調(diào)制解調(diào)器或其他接口裝置經(jīng)傳輸介質(zhì)傳輸?shù)竭@些部件。所述傳輸介質(zhì)可以是非移動介質(zhì)(例如光學(xué)和/或數(shù)字和/或模擬通信線路)或移動介質(zhì)(例如微波、紅外、自由空間光學(xué)或其他傳輸方式)或者其組合。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，可能有其他的實施方式和改動，以上實施例僅僅是示例性的。因此，本發(fā)明的范圍由后附的權(quán)利請求書來限定。
權(quán)利要求
1.一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 一圖像生成器，其設(shè)置為提供立體圖像流，圖像流包括左眼圖像和右眼圖像； 至少一圖像調(diào)制器，其設(shè)置為可以從所述圖像生成器接收所述立體圖像流并將光并入所述立體圖像以供觀看裝置觀看，所述觀看裝置將所述光分別過濾到所述左眼圖像和所述右眼圖像，從而在通過所述觀看裝置觀看時提供所述立體圖像的三維效果；以及 一自準直裝置，該裝置設(shè)置為接收來自所述至少一圖像調(diào)制器的光并使所述光準直，使得所述觀看裝置接收到所述立體圖像時光線基本平行。
2.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括: 至少一投影儀，用于投射所述立體圖像，所述至少一投影儀包括所述至少一圖像調(diào)制器； 至少一屏幕，所述立體圖像投射在所述屏幕上； 至少一自準直鏡，用于將來自所述至少一屏幕的所述立體圖像反射，使得反射的光是準直的，所述自準直裝置包括所述至少一屏幕和所述至少一自準直鏡。
3.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一自準直鏡是球形和拋物線形之一，所述至少一屏幕的形狀與所述至少一自準直鏡的形狀互補。
4.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，所述自準直裝置包括: 至少一屏幕，所述立體圖像提供在該屏幕上； 至少一自準直鏡，用于 反射來自所述至少一屏幕的所述立體圖像，使得反射光是準直的。
5.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，還包括一計算裝置，設(shè)置為執(zhí)行以下任務(wù)中的至少一個: 在所述至少一圖像調(diào)制器將光并入所述立體圖像前，翹曲所述立體圖像； 根據(jù)所述觀看裝置相對所述自準直裝置的變化的位置重復(fù)所述翹曲； 改變所述左眼圖像和所述右眼圖像之間的眼間距離； 在所述立體圖像流中插入二維圖像。
6.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括一沉浸式環(huán)境，使得所述立體圖像與在所述沉浸式環(huán)境中身臨其境的體驗相關(guān)聯(lián)。
7.如權(quán)利要求6的系統(tǒng),其特征在于,所述沉浸式環(huán)境包括一模擬環(huán)境、一飛行模擬器和一駕駛模擬器中的一個或多個。
8.如權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其特征在于，所述沉浸式環(huán)境包括一可視化環(huán)境、一顯微可視化環(huán)境、一醫(yī)療圖像可視化環(huán)境、一油汽可視化環(huán)境和一地震學(xué)可視化環(huán)境中的一個或多個。
9.如權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其特征在于，所述沉浸式環(huán)境包括一訓(xùn)練環(huán)境。
10.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括: 一頭部跟蹤裝置，設(shè)置為可以獲得所述觀看裝置的位置；和 一處理器，設(shè)置為根據(jù)所述位置和所述觀看裝置的朝向中一個或多個來調(diào)節(jié)所述立體圖像以供觀看。
11.如權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其特征在于，所述立體圖像投射在一彎曲的表面上供觀看，所述處理器還設(shè)置為根據(jù)所述彎曲表面的幾何形狀調(diào)節(jié)所述立體圖像。
12.如權(quán)利要求11的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括一存儲器，用于存儲表征所述幾何形狀的數(shù)據(jù)。
13.如權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器還設(shè)置為根據(jù)所述彎曲表面的幾何形狀通過以下步驟調(diào)節(jié)所述立體圖像: 確定顯示的圖像，所述圖像包括要提供在平板屏幕上的所述立體圖像； 根據(jù)表征所述彎曲表面的幾何形狀的數(shù)據(jù)和所述觀看裝置的位置確定所述平板屏幕的扭曲；和 根據(jù)所述扭曲調(diào)節(jié)所述圖像，使得所述立體圖像投射到所述彎曲表面時會呈現(xiàn)為未扭曲。
14.如權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其特征在于，每次確定觀看裝置的位置發(fā)生變化時，重復(fù)調(diào)節(jié)所述立體圖像。
15.如權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其特征在于，所述自準直裝置包括一自準直鏡，所述自準直鏡設(shè)置為反射來自所述彎曲表面的光，使得反射光是準直的。
16.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括: 一處理器，設(shè)置為通過變化所述左眼圖像和所述右眼圖像之間的眼間距離來調(diào)節(jié)所述立體圖像。
17.如權(quán)利要求16的系統(tǒng)，其特征在于，根據(jù)所述立體圖像的觀看者和所述立體圖像的至少一個給定特征之間的虛 擬距離來變化所述眼間距離。
18.如權(quán)利要求16的系統(tǒng)，其特征在于，所述眼間距離變化使得提供的所述左眼圖像和所述右眼圖像為超立體感的。
19.如權(quán)利要求18的系統(tǒng)，其特征在于，在所述虛擬距離為高于一第一給定閾值和低于一第二給定閾值中一個或多個時，提供的所述左眼圖像和所述右眼圖像為超立體感的。
20.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括: 一處理器，設(shè)置為根據(jù)所述立體圖像的觀看者和所述立體圖像的至少一個給定特征之間的虛擬距離來插入二維圖像到所述立體圖像流。
21.如權(quán)利要求20的系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器還設(shè)置為通過將所述左眼圖像和所述右眼圖像之一替換為所述左眼圖像和所述右眼圖像另一個來插入二維圖像到所述立體圖像流。
22.如權(quán)利要求20的系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器還設(shè)置為，在所述虛擬距離為高于一第一給定閾值和低于一第二給定閾值中一個或多個時插入二維圖像到所述立體圖像流。
全文摘要
公開了一種自準直顯示系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一圖像生成器，其設(shè)置為提供立體圖像流，圖像流包括左眼圖像和右眼圖像；至少一圖像調(diào)制器，其設(shè)置為從所述圖像生成器接收所述立體圖像流并將光并入所述立體圖像以供觀看裝置觀看，所述觀看裝置將所述光分別過濾到所述左眼圖像和所述右眼圖像，從而在通過所述觀看裝置觀看時提供所述立體圖像的三維效果；以及一自準直裝置，該裝置設(shè)置為接收來自所述至少一圖像調(diào)制器的光并使所述光準直，使得所述觀看裝置接收到所述立體圖像時光線基本平行。
文檔編號H04N13/00GK103118265SQ201210459109
公開日2013年5月22日 申請日期2012年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月16日
發(fā)明者高登·哈里斯, 拉里·保羅, 羅伊·安東尼 申請人:克里斯蒂數(shù)字系統(tǒng)美國有限公司