Выполненный с отгибом дисплей для трехмерного представления динамического отображения - RU2598788C2

Чертежи

Описание

Изобретение относится к устройству представления для представления трехмерного виртуального динамического отображения, устройству рабочего места для представления трехмерного виртуального динамического отображения, к применению устройства рабочего места для представления трехмерного виртуального динамического отображения для представления воздушных пространств и наблюдения за ними, а также к применению устройства рабочего места для представления трехмерного виртуального динамического отображения в качестве рабочего места авиадиспетчера.

Стереоскопические техники визуализации используются для создания впечатления трехмерного динамического отображения у наблюдателя стереоскопического дисплея. Впечатление трехмерности возникает у наблюдателя вследствие того, что глаза наблюдателя воспринимают различные изображения. Это может быть достигнуто, например, в результате проецирования двух различных изображений в направлении наблюдателя таким образом, что каждый глаз воспринимает в каждом случае только одно из обоих изображений. Также это может быть достигнуто посредством того, что наблюдатель надевает очки с поляризованными стеклами и на дисплее представлены по-разному поляризованные изображения и поляризации изображений и очков согласованы друг с другом таким образом, что каждый глаз наблюдателя воспринимает в каждом случае только одно изображение.

US 6,412,949 В1 показывает устройство представления, основанное на стереоскопическом принципе при использовании поляризационных светофильтров.

В качестве цели изобретения может быть указано устройство представления для представления трехмерного виртуального динамического отображения, которое делает возможным улучшенное представление трехмерного виртуального динамического отображения.

Предложены устройство представления, устройство рабочего места и применение устройства рабочего места согласно признакам независимых пунктов формулы изобретения. Варианты осуществления изобретения получены на основании дополнительных пунктов формулы изобретения и из последующего описания.

Предложено устройство представления для представления трехмерного виртуального динамического отображения, содержащее первую область представления и вторую область представления для представления трехмерного динамического отображения, причем:

первая область представления лежит в первой плоскости, а вторая область представления лежит во второй плоскости;

первая плоскость и вторая плоскость образуют внутренний угол α по отношению друг к другу;

первая область представления и вторая область представления образуют отображаемый объем, в котором может отображаться трехмерное виртуальное изображение; и

первая область представления и вторая область представления неразрывно переходят друг в друга и выполнены для совместного представления трехмерного динамического отображения.

Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в уменьшении расстояния между виртуальным объектом и отображающей поверхностью. Это, в свою очередь, позволяет уменьшить утомляемость оператора, работающего с предлагаемым устройством, как поясняется ниже.

Первой областью представления и второй областью представления может быть показывающий элемент, который выполнен для стереоскопической визуализации. Под областью представления понимают, например, дисплей или плоскость проецирования, пригодную к использованию в рамках стереоскопической техники визуализации.

Прежде всего, первая область представления и вторая область представления могут быть расположены таким образом, что две плоскости, в которых лежат в каждом случае по одной области представления, образуют между собой внутренний угол.

Предпочтительно, внутренний угол не равен нулю градусов. Однако внутренний угол может составлять 0°, то есть первая плоскость и вторая плоскость располагаются параллельно друг к другу и, предпочтительно, не перекрывают друг друга, то есть первая плоскость и вторая плоскость разнесены друг от друга в направлении перпендикуляра к одной из плоскостей.

Если плоскости описаны как лежащие параллельно друг другу, это означает, что у плоскостей нет общей точки пересечения и, соответственно, нет прямой пересечения.

Однако первая область представления и вторая область представления могут быть расположены по отношению друг к другу таким образом, чтобы первая плоскость и вторая плоскость, которые содержат соответственно первую область представления и вторую область представления, пересекались с образованием прямой пересечения.

Угол, под которым пересекаются первая плоскость и вторая плоскость, представляет собой внутренний угол α.

Первая область представления и вторая область представления могут быть расположены таким образом, что они соединены по прямой пересечения первой плоскости и второй плоскости. Очевидно, первая область представления и вторая область представления могут быть расположены также таким образом, что они не соединяются друг с другом.

Конструкция согласно изобретению устройства представления для трехмерного виртуального динамического отображения делает возможным более продолжительное сконцентрированное рассмотрение виртуального трехмерного динамического отображения, поскольку конструкция устройства представления позволяет поддерживать неутомительный и щадящий режим работы зрительного аппарата наблюдателя трехмерного виртуального отображения.

При представлении пространственной информации посредством стереоскопических техник визуализации наличествующая при естественном зрении взаимосвязь между конвергенцией (сведением оптических осей глаз наблюдателя друг к другу) и аккомодацией (установкой преломляющей силы хрусталика), как правило, должна быть устранена.

Оптические оси глаза расположены при рассматривании по отношению друг к другу таким образом, что оба глаза непосредственно рассматривают наблюдаемый объект. В зависимости от удаления наблюдателя от рассматриваемого объекта, положение оптических осей глаза изменяется по отношению друг к другу, поскольку глаза человека удалены друг от друга в горизонтальном направлении. При этом конвергенция тем сильнее выражена, чем более незначительно удаление глаз от наблюдаемого объекта. При очень незначительном удалении рассмотренного объекта от глаз наблюдателя, то есть удалении в пределах немногих сантиметров, например от 3 до 5 см, конвергенция очень сильно выражена и рассматривание такого очень близкого объекта приводит к так называемому косоглазию у наблюдателя.

Удаление от рассматриваемого объекта оказывает наряду с влиянием на положение оптических осей глаза по отношению друг к другу, то есть на конвергенцию, также и влияние на установку преломляющей силы хрусталика глаза, то есть на аккомодацию.

Конвергенция и аккомодация обычно настолько взаимосвязаны при естественном зрении, что противоречивая информация, как, например, сильно выраженная конвергенция и незначительно выраженная аккомодация, может вызвать у наблюдателя объекта утомление зрительного аппарата, тошноту и головные боли. При этом противоречивая информация получается вследствие того, что конвергенция указывает на незначительное удаление от рассматриваемого объекта, а аккомодация указывает точно противоположно на большое удаление от рассматриваемого объекта.

Противоречие между конвергенцией и аккомодацией может возникать, прежде всего, при рассматривании трехмерных виртуальных изображений. Это происходит вследствие того, что конвергенция определена виртуальным местоположением виртуального объекта, а аккомодация, напротив, определена удалением от отображающей поверхности.

Такова природа предмета, что при использовании стереоскопических техник визуализации, которые производят виртуальное трехмерное динамическое отображение, виртуальное местоположение виртуального объекта в самых редких случаях совпадает с реальным местоположением отображающей поверхности.

Устройство представления с первой областью представления и второй областью представления, которые расположены относительно друг друга с отгибом, позволяет уменьшить конфликт между конвергенцией и аккомодацией при рассматривании трехмерного виртуального динамического отображения, поскольку отображающая поверхность, то есть первая область представления или вторая область представления в направлении взгляда наблюдателя на виртуальное динамическое отображение имеет более незначительное расстояние до рассмотренного виртуального объекта.

Очевидно, устройство представления может содержать также более двух областей представления, например три, четыре, пять или еще большее число областей представления.

Согласно варианту осуществления изобретения первая область представления и вторая область представления являются плоскими.

Это означает, что отображающая поверхность или, соответственно, поверхность визуализации областей представления выполнена в форме плоскости.

Однако области представления могут быть также выполнены в форме дуги или в форме сегмента полого цилиндра, то есть трехмерного соответствия дуги. Также области представления могут быть выполнены в виде полого полушария, причем отображающая поверхность в данном случае располагается на той поверхности области представления, которая обращена к центру сегмента полого цилиндра или, соответственно, полушария.

В случае, когда области представления не выполнены в форме плоскости, первая плоскость и вторая плоскость представлены в каждом случае соответствующими касательными к областям представления плоскостями. Прежде всего, каждая область представления в случае, когда области представления не выполнены в форме плоскости, может быть образована несколькими касательными плоскостями. Например, каждая строка развертки отображающей поверхности области представления может иметь собственную касательную плоскость.

Дугообразные области представления могут быть расположены тогда, прежде всего, таким образом по отношению друг к другу, что первая касательная плоскость первой области представления и вторая касательная плоскость второй области представления образуют внутренний угол α между собой.

Согласно другому варианту осуществления изобретения внутренний угол α лежит в пределах между 90° и 150°.

Тем самым первая область представления и вторая область представления, которая располагается под внутренним углом α к первой области представления, а также положение глаз наблюдателя образуют расширенный отображаемый объем. При этом отображаемый объем является пространством, в котором представляется виртуальное трехмерное динамическое отображение, то есть в котором виртуальное местоположение виртуальных объектов может представляться в трехмерном динамическом отображении.

Очевидно, трехмерное виртуальное динамическое отображение может представляться также таким образом, что виртуальные объекты находятся с точки зрения наблюдателя за поверхностью визуализации области представления.

Согласно другому варианту осуществления изобретения внутренний угол α, который первая область представления и вторая область представления образуют по отношению друг к другу, составляет 120°.

Согласно другому варианту осуществления изобретения устройство представления в области отгиба между первой областью представления и второй областью представления содержит скругленный переход.

Если первая область представления и вторая область представления соединены друг с другом, это может привести к тому, что между областями представления возникает реально наличествующая кромка, которая сама по себе заметна и является помехой при рассматривании трехмерного виртуального динамического отображения.

Скругленный переход между первой областью представления и второй областью представления устраняет заметность кромки и может улучшить вследствие этого впечатление трехмерности виртуального изображения у наблюдателя.

Согласно другому варианту осуществления изобретения устройство представления выполнено для представления трехмерного виртуального динамического отображения посредством стереоскопических техник визуализации.

Наряду с этим, могут использоваться также специальные техники проекции, которые предназначены для создания у наблюдателя впечатления трехмерности виртуального изображения. Прежде всего, для создания впечатления трехмерности у наблюдателя может быть использована произвольная техника визуализации, в рамках которой применяется отображающая поверхность или, соответственно, поверхность визуализации.

Согласно другому аспекту изобретения предложено устройство рабочего места для представления трехмерного виртуального динамического отображения с устройством представления трехмерного виртуального динамического отображения, как описано выше и ниже.

Устройство рабочего места может применяться, например, также для наблюдения за произвольными динамическими отображениями одним или несколькими пользователями.

Устройство рабочего места, как описано выше и ниже, очевидно может располагать несколькими устройствами представления и, кроме того, содержать один или несколько обычных дисплеев для представления дополнительной двухмерной информации.

Также устройство рабочего места может содержать элементы ввода, которые могут использоваться для взаимодействия с трехмерным виртуальным динамическим отображением.

Устройство рабочего места может содержать так называемую компьютерную мышь, клавиатуру или типичные для подобных применений устройства взаимодействия, например, такие, которые используются на рабочих местах авиадиспетчеров.

Под дисплеями имеются в виду либо обычные дисплеи, либо чувствительные к прикосновению дисплеи (так называемые сенсорные экраны).

Согласно другому аспекту изобретения предложено устройство рабочего места, как описано выше и ниже, для представления воздушных пространств и наблюдения за ними.

Согласно другому аспекту изобретения предложено устройство рабочего места, как описано выше и ниже, для применения в качестве рабочего места авиадиспетчеров.

Деятельность авиадиспетчеров может потребовать наивысшей концентрации в течение достаточно длительного периода. При этом устройство рабочего места, как описано выше и ниже, предлагает трехмерный способ изображения воздушного пространства, который делает возможным естественное представление воздушного пространства и предохраняет наблюдателя виртуального изображения также при длительной деятельности от утомления его зрительного аппарата.

Тем самым устройство рабочего места способно повысить, прежде всего, производительность авиадиспетчера при наблюдении за выделенным ему воздушным пространством. Очевидно, устройство рабочего места может быть использовано также для других целей, например для наблюдения за беспилотными летательными аппаратами и управления ими.

Также устройство рабочего места может быть использовано для управления компонентами, такими как, например, фотокамеры или прочие воспринимающие элементы, которые являются составными частями беспилотного летательного аппарата.

В дальнейшем варианты осуществления изобретения описаны со ссылками на чертежи.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 показывает устройство представления согласно одному варианту осуществления изобретения.

Фиг. 2 показывает устройство представления согласно другому варианту осуществления изобретения.

Фиг. 3 показывает устройство представления согласно другому варианту осуществления изобретения.

Фиг. 4 показывает вид сбоку устройства рабочего места согласно варианту осуществления изобретения.

Фиг. 5 показывает вид сбоку устройства рабочего места согласно другому варианту осуществления изобретения.

Подробное описание вариантов осуществления

Одинаковые ссылочные обозначения, использованные в последующем при описании чертежей, соотносятся с одинаковыми или с похожими элементами. Изображения на чертежах схематические и выполнены без соблюдения масштаба.

Фиг. 1 показывает устройство 100 представления с первой областью 111 представления и второй областью 112 представления.

Первая область представления и вторая область представления расположены таким образом, что они образуют внутренний угол α 115 по отношению друг к другу. Тем самым первая область представления, вторая область представления и положение 195 глаз наблюдателя устройства представления образуют расширенный отображаемый объем 130, в котором представляется виртуальное трехмерное изображение с виртуальными объектами 301.

Конфликт между конвергенцией и аккомодацией у наблюдателя трехмерного виртуального динамического отображения в отображаемом объеме 130 может быть значительно уменьшен посредством того, что первая область представления и вторая область представления расположены под углом друг к другу.

Конвергенция определяется удалением глаз 195 наблюдателя от виртуального местоположения рассматриваемого виртуального объекта 301 вдоль направления 170 взгляда наблюдателя. Напротив, аккомодация определяется удалением отображающей поверхности (на фиг. 1 - второй области 112 представления) от глаза 195 наблюдателя в направлении 170 взгляда.

Естественным образом виртуальное представление трехмерного динамического отображения приводит к конфликту между конвергенцией и аккомодацией, поскольку виртуальное трехмерное динамическое отображение содержит информацию по глубине, без того, чтобы эта информация по глубине была реальной, поскольку отображающая поверхность области представления выполнена сугубо двухмерной.

Внутренний угол α 115, под которым первая область представления и вторая область представления расположены относительно друг друга, позволяет уменьшить конфликт между конвергенцией и аккомодацией посредством сокращения первого расстояния 180 между виртуальным местоположением виртуального объекта 301 и отображающей поверхностью области представления на основе отогнутого положения областей представления по отношению друг к другу.

Фиг. 1 показывает рядом с отогнутой, второй областью 112 представления гипотетическую изображенную пунктиром область 112а представления, которая не повернута на внутренний угол относительно первой области представления 111.

Другими словами, первая область 111 представления и гипотетическая область 112а представления лежат в одной плоскости.

Как отчетливо показано на фиг. 1, второе расстояние 180а между виртуальным объектом 301 и гипотетической областью 112а представления значительно превышает первое расстояние 180 между виртуальным объектом 301 и второй областью 112 представления, наклонной по отношению к первой области представления.

По сравнению со вторым расстоянием 180а, отчетливо уменьшенное первое расстояние 180 между виртуальным объектом 301 и отображающей поверхностью позволяет уменьшить противоречие между конвергенцией и аккомодацией у наблюдателя трехмерного динамического отображения и делает таким образом возможным более длительное сконцентрированное рассмотрение трехмерного изображения в более щадящем режиме работы зрительного аппарата наблюдателя по сравнению с устройством представления, выполненным с областями представления, не имеющими отгиба по отношению друг к другу.

Фиг. 2 показывает устройство 100 представления с первой областью 111 представления и второй областью 112 представления, причем области представления содержат скругленный переход в области 113 отгиба.

При этом область 113 отгиба представляет собой область, в которой первая область представления соединяется со второй областью представления.

Скругленный переход между первой областью представления и второй областью представления позволяет избегать, прежде всего, отрицательного влияния реальной видимой кромки между областями представления на впечатление трехмерности виртуального динамического отображения.

Для получения наиболее неискаженного и наименее раздражающего для глаз наблюдателя впечатления трехмерности представленного виртуального изображения, необходимо удалять по возможности реальные видимые объекты из отображаемого объема 130.

Даже наличие кромки между первой областью представления и второй областью представления может отрицательно отразиться на сочетании конвергенции и аккомодации у наблюдателя виртуальной сцены, поскольку возникает конфликт в зрительном аппарате наблюдателя вследствие разницы расстояний между реальным местоположением видимой кромки и виртуальным местоположением виртуального объекта.

Фиг. 3 показывает устройство представления 100, которое выполнено дугообразным.

При этом первая область представления и вторая область представления неразрывно переходят друг в друга. Благодаря дугообразно оформленной отображающей поверхности устройства 100 представления на фиг. 3 также уменьшено противоречие между конвергенцией и аккомодацией в зрительном аппарате пользователя за счет того, что виртуальное местоположение виртуального объекта в отображаемом объеме 130 с точки зрения наблюдателя 195 удалено на минимальное расстояние от отображающей поверхности устройства представления.

Фиг. 4 показывает устройство 200 рабочего места для наблюдателя или, соответственно, оператора трехмерного виртуального динамического отображения.

Устройство 200 рабочего места содержит устройство 100 представления с первой областью 111 представления и второй областью 112 представления, причем вторая область представления расположена с отгибом относительно первой области представления в направлении пользователя таким образом, что обе области представления образуют внутренний угол α 115.

Первая область представления 111 и вторая область 112 представления образуют совместно с положением наблюдателя 195, то есть положением глаз наблюдателя, расширенный отображаемый объем 130 для трехмерного виртуального динамического отображения благодаря своему отогнутому расположению по отношению друг к другу.

Под отображаемым объемом 130 понимают пространственный объем, в котором представляется видимое трехмерное виртуальное изображение.

Оператор, который использует место 190 для сидения во время пользования устройством 200 рабочего места, может использовать наряду с отображаемым объемом 130 для трехмерного виртуального динамического отображения также область 140 рабочего места, на которой могут находиться дополнительные чувствительные к прикосновению или обычные дисплеи.

Внутренний угол α 115 может быть задан таким образом, что все виртуальные объекты располагаются в отображаемом объеме 130 в пределах дальности действия руки пользователя устройства 200 рабочего места. Прежде всего, при внутреннем угле α, который лежит между 90° и 150°, получается хорошее приспособление устройства для дальности действия руки пользователя.

Внутренний угол α может быть приспособлен, например, также и к индивидуальным потребностям отдельного пользователя и при этом как не достигать области от 90° до 150°, так и превосходить ее. В варианте осуществления внутренний угол α составляет 120°.

Максимально возможное покрытие дальностью действия руки и, соответственно, зоной досягаемости оператора отображаемого объема 130 позволяет поддерживать интуитивный, неутомительный и эргономичный режим рассматривания виртуального изображения и обслуживания устройства 200 рабочего места.

Прежде всего, отогнутая геометрия устройства 100 представления позволяет уменьшить конфликт между конвергенцией и аккомодацией при использовании стереоскопических техник визуализации.

Отогнутая геометрия устройства представления позволяет минимизировать конфликт между конвергенцией и аккомодацией у наблюдателя виртуального трехмерного изображения за счет того, что виртуальные объекты на основе отогнутой геометрии позиционируются наиболее близко к отображающей области представления.

Поскольку положение виртуальных объектов и в целом геометрия виртуального динамического отображения задается для каждого специального приложения, геометрия устройства представления, например внутренний угол α, может быть приспособлена к соответствующему приложению.

При наблюдении за воздушным пространством трехмерное виртуальное динамическое отображение может представляться, например, таким образом, что вторая область 112 представления соответствует виртуально представленной поверхности земли или поверхности отсчета в пространстве.

Тем самым соответствующее изобретению устройство рабочего места подходит, прежде всего, для более длительных и неутомительных рассмотрения и обработки трехмерных виртуальных динамических отображений с интегрированными пространственными представлениями географически привязанных данных, как например, летательных аппаратов, точек взлета, контрольных зон, угрожаемых зон, топографии территории и метеорологических явлений, при обеспечении простых интуитивных возможностей взаимодействия в рамках одновременного представления как обзорной области, так и детальной области.

Устройство рабочего места, как описано выше и ниже, делает тем самым возможным обеспечение большого стереоскопического объема представления и, соответственно, отображаемого пространства. Кроме того, устройство рабочего места позволяет располагать виртуальную отсчетную поверхность в виртуальном трехмерном динамическом отображении, например земную поверхность, на том же уровне, как реально наличествующую область представления.

Тем самым удаление виртуальных объектов от поверхностей областей представления может быть сокращено и, таким образом, конфликт между конвергенцией и аккомодацией у наблюдателя уменьшен. Также вследствие этого уменьшены мешающие влияния на впечатление трехмерности, которые возникают вследствие того, что оператор действует рукой в отображаемом объеме и глаз наблюдателя воспринимает таким образом одновременно реальный объект, то есть руку оператора, и виртуальные объекты.

Фиг. 5 показывает устройство 200 рабочего места с устройством 100 представления и наблюдателя 501 представленного трехмерного виртуального динамического отображения. Устройство 100 представления содержит первую область 111 представления и вторую область 112 представления, которые образуют совместно с глазами оператора 501 отображаемый объем 130, в котором находятся виртуальные объекты 301 трехмерного виртуального динамического отображения.

Расстояние пользователя 501 от устройства 100 представления может быть задано таким образом, чтобы обеспечить пользователю возможность достигать большей части или всего отображаемого объема 130 по меньшей мере одной из его рук. Тем самым наблюдателю предоставлена возможность взаимодействия с объектами виртуального динамического отображения.

Устройство представления, как описано выше и ниже, может быть очевидно выполнено для представления виртуальных объектов, виртуальные местоположения которых находятся с точки зрения пользователя за поверхностью визуализации модуля представления. Однако в этом случае никакое непосредственное взаимодействие пользователя с виртуальными объектами не является возможным, поскольку пользователь не может проникнуть рукой сквозь модуль представления.

Реальное положение руки 502 пользователя, реальное положение устройства 100 представления и виртуальное положение виртуальных объектов 301 в виртуальном трехмерном динамическом отображении отклоняются при этом в минимальной степени друг от друга таким образом, что конфликт между конвергенцией и аккомодацией в зрительном аппарате пользователя сведен к минимуму.

Конструкция устройства рабочего места способна поддерживать более длительное сконцентрированное использование устройства рабочего места, как описано выше и ниже, при одновременном уменьшении побочных эффектов конфликта между конвергенцией и аккомодацией у пользователя, таких как, например, головные боли и тошнота.

Реферат

Изобретение относится к устройству представления для представления трехмерного виртуального динамического отображения. Техническим результатом является уменьшение расстояния между виртуальным объектом и отображающей поверхностью. Устройство содержит первую область представления и вторую область представления для представления трехмерного динамического отображения, причем первая область представления лежит в первой плоскости, а вторая область представления лежит во второй плоскости, причем первая плоскость и вторая плоскость образуют внутренний угол α по отношению друг к другу. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

Формула