DE68919867T2

DE68919867T2 - Stereoskopisches Graphik-Anzeigesystem mit mehreren Fenstern zur Darstellung von Mehrfachbildern.

Info

Publication number: DE68919867T2
Application number: DE68919867T
Authority: DE
Inventors: Daniel A Brokenshire
Original assignee: Tektronix Inc
Current assignee: Tektronix Inc
Priority date: 1988-02-08
Filing date: 1989-02-08
Publication date: 1995-08-10
Anticipated expiration: 2009-02-09
Also published as: JPH0693184B2; EP0328357B1; US4875034A; DE68919867D1; EP0328357A3; JPH024299A; EP0328357A2

Description

Technischer Bereich

Die vorliegende Erfindung betrifft stereoskopische Graphik- Anzeigesysteme und insbesondere Systeme, bei denen mehrere Fenster zur Anzeige von mehreren Bildern verwendet werden.

Hintergrund der Erfindung

Ein stereoskopisches Graphik-Anzeigesystem erstellt auf einem Anzeigebildschirm stereoskopische Bilder, die dreidimensionale Eigenschaften zu haben scheinen. Derartige Anzeigesysteme lassen sich vorteilhaft in Verbindung mit beispielsweise rechnergestützten Konstruktionssystemen im Maschinenbau einsetzen.
Eine stereoskopische Abbildung eines Objekts besteht aus einer mit dem rechten Auge wahrgenommenen Ansicht des Objekts und einer mit dem linken Auge wahrgenommenen Ansicht dieses Objekts. Die Ansichten mit dem rechten und dem linken Auge werden auf einem zweidimensionalen Anzeigebildschirm wiedergegeben und jeweils auf das rechte bzw. das linke Auge eines Betrachters gerichtet. Die Ansichten mit dem rechten und mit dem linken Auge unterscheiden sich um einen vorausgewählten Betrag einer binokularen Disparität, die durch ein binokulares Betrachtungsmodell festgelegt wurde. Die binokulare Disparität ermöglicht es dem Betrachter, aufgrund der Ansichten mit dem rechten und mit dem linken Auge die dreidimensionalen Eigenschaften des stereoskopischen Bildes wahrzunehmen.
Das binokulare Betrachtungsmodell legt ein dreidimensionales Betrachtungsvolumen fest, in dem die auf dem Anzeigebildschirm des stereoskopischen Graphik-Anzeigesystems wiedergegebenen stereoskopischen Bilder zu liegen scheinen. Bei einem typischen stereoskopischen Graphik-Anzeigesystem wird das Betrachtungsvolumen als einzelner kontinuierlicher Bildraum zur Anzeige eines einzelnen stereoskopischen Bildes verwendet. Obgleich er zur synthetischen Erstellung eines stereoskopischen Bildes in der Lage ist, welches verschiedene Gegenstände darstellende Bildkomponenten enthält, müssen bei einem derartigen System relativ komplexe mathematische Modelle verwendet werden, um derartige stereoskopische Bilder mit mehreren Komponenten erstellen zu können. Bedingt durch die Komplexität der mathematischen Modelle, die die aus mehreren Komponenten bestehenden stereoskopischen Bilder darstellen, werden sie nur relativ langsam wiedergegeben, wodurch sie nach jeder Änderung auch nur einer Bildkomponente neu wiedergegeben werden müssen. Als Ergebnis ist auch die Veränderung auch nur einer der Bildkomponenten ein relativ langsamer Vorgang.
Ferner werden bei derartigen Systemen alle Bildkomponenten typischerweise Fall entsprechend demselben binokularen Betrachtungsmodell wiedergegeben und haben daher dieselben Tiefenmerkmale. Es ist jedoch häufig zweckmäßig, verschiedene stereoskopische Bilder gemäß verschiedenen binokularen Betrachtungsmodellen zu betrachten.
Gewisse herkömmliche, auf Text basierende Systeme und zweidimensionale Graphik-Anzeigesysteme sind zur Anzeige mehrerer Bilder in der Lage. Derartige Systeme verwenden eine "Fenster"-Umgebung, bei der der Anzeigebildschirm des Systems in mehrere zweidimensionale Fenster unterteilt ist, die mehrere Bilder enthalten. Die Implementierung von Fenster-Umgebungen von auf Text basierenden und zweidimensionalen Graphik-Anzeigesystemen in einem stereoskopischen Graphik-Anzeigesystem hat sich jedoch bislang als problematisch erwiesen.
Eine erste Schwierigkeit ergibt sich aus der Tatsache heraus, daß von einem stereoskopischen Graphik-Anzeigesystem wiedergegebene Bilder Tiefenmerkmale haben. Bei den voranstehend beschriebenen auf Text basierenden und zweidimensionalen Systemen ist typischerweise ein "Stapeln" der Fenster möglich, so daß ein bevorzugtes Fenster ein anderes Fenster auf dem Anzeigebildschirm überschneiden und verdecken kann. Bei der Stapelung von Fenstern erscheint das bevorzugte Fenster typischerweise so, als sei es vor das andere Fenster gesetzt.
Bei einem stereoskopischen Anzeigesystein könnte jedoch das Bild im bevorzugten Fenster so erscheinen, als befände es sich an einer ersten Stelle, die hinter einer zweiten Stelle liegt, an der das Bild in dem anderen Fenster zu liegen scheint. Unter derartigen Umständen könnte ein Betrachter Widersprüche bezüglich der aufgerufenen Tiefe zwischen den beiden Fenstern dahingehend wahrnehmen, daß sich zwar das bevorzugte Fenster vor dem anderen Fenster zu befinden scheint, sich hierbei jedoch das Bild in dem bevorzugten Fenster hinter dem Bild in dem anderen Fenster zu befinden scheint. Widersprüche in der aufgerufenen Tiefe können zu Ermüdungserscheinungen der Augen oder Unwohlsein beim Betrachter führen.
Eine zweite Schwierigkeit beruht auf der Tatsache, daß verschiedene stereoskopische Bilder häufig gemäß verschiedener binokularer Betrachtungsmodelle wiedergegeben werden, die die Bilder mit unterschiedlichen Tiefenmerkmalen versehen. Eine Fenster-Umgebung in einem stereoskopischen Graphik-Anzeigesystem sollte daher darauf ausgelegt sein, verschiedene Fenster mit verschiedenen binokularen Betrachtungsmodellen bereitzustellen. Dies unterscheidet sich von der Wiedergabe der Bilder und der Fenster bei auf Text basierenden und zweidimensionalen Graphik-Systemen, die in der Ebene des Anzeigebildschirmes definiert sind.

Zusammenfassung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein stereoskopisches Anzeige-System zur Verfügung zu stellen, das in der Lage ist, mehrere Fenster zur Anzeige mehrerer Bilder bereitzustellen.
Für ein stereoskopisches Graphik-Anzeigesystem mit einem Anzeigebildschirm, auf dem ein Bild gemäß stereoskopischen Bilddaten erstellt wird, welche Ansichten eines Objektes mit dem rechten und dem linken Auge darstellen, wobei die Ansicht aus dem linken Auge und die Ansicht aus dem rechten Auge sich um einen vorbestimmten Betrag einer binokularen Disparität unterscheiden, welche durch ein binokulares Betrachtungsmodell festgelegt wurde, stellt diese Erfindung ein Verfahren zur Bildung mehrerer Fenster, in denen mehrere Bilder gebildet sind, auf einem Anzeigebildschirm zur Verfügung, wobei dieses Verfahren folgende Schritte umfaßt:
Festlegen eines entsprechenden Bereiches des Anzeigebildschirmes für jedes der Fenster, wobei jeder Bereich einen peripheren Randbereich einschließt;
Zuordnen eines ersten binokularen Betrachtungsmodells für jedes Fenster, durch das Bilder innerhalb des dem Fenster entsprechenden Bereiches wiedergegeben werden, und eines zweiten binokularen Betrachtungsmodells, durch das eine Grenze oder ein Rand mit einer binokularen Disparität von Null innerhalb des peripheren Randbereiches wiedergegeben wird; und
Wiedergeben von Rändern oder Grenzen, die Umrisse der entsprechenden Fenster darstellen, innerhalb der peripheren Randabschnitte der Bereiche, wobei jeder Rand mit einer binokularen Disparität von Null wiedergegeben wird.
Diese Erfindung stellt auch ein stereoskopisches Graphik-Anzeigesystem zur Verfügung mit:
einem Anzeigebildschirm, auf dem ein Bild gemäß stereoskopischer Bilddaten, die Ansichten eines Objekts mit dem rechten und mit dem linken Auge entsprechen, erzeugt wird, wobei diese Ansichten mit dem rechten und dem linken Auge sich durch einen vorbestimmten Betrag einer binokularen Disparität unterscheiden, der durch ein binokulares Betrachtungsmodell ermittelt wird; und
eine Vorrichtung zur Steuerung des stereoskopischen Fensters, um auf dem Anzeigebildschirm mehrere Fenster in entsprechenden Anzeigebildschirmbereichen zu bilden, die periphere Randabschnitte beinhalten, und um Ränder, die die peripheren Randabschnitte gemäß binokularen Betrachtungsmodellen mit einer Disparität von Null definieren, wiederzugeben sowie Bilder innerhalb der Fenster gemäß vorher zugeordneten binokularen Betrachtungsmodellen.
Derartige Ränder erleichtern es einem Betrachter, ein einzelnes stereoskopisches Bild anhand der Ansichten mit dem rechten und mit dem linken Auge, die das Bild im Fenster bilden, wahrzunehmen.
In einer bevorzugten Ausführungsform stellt die Erfindung ein derartiges System zur Verfügung, welches Widersprüche in der aufgerufenen Tiefe zwischen verschiedenen der mehreren Fenster verringern kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform stellt die Erfindung ein derartiges System zur Verfügung, bei dem verschiedenen Fenstern verschiedene binokulare Betrachtungsmodelle zugeordnet werden können.
Die für verschiedene der mehreren Fenster festgelegten Bereiche können einander teilweise oder vollständig überschneiden, wodurch sich überschneidende oder "gestapelte" Fenster entstehen. Unter derartigen Umständen kann jedem der sich überschneidenden Fenster eine Anzeigepriorität bezüglich den anderen sich überschneidenden Fenstern vergeben werden. Fenster mit höheren Anzeigeprioritäten werden gegenüber Fenstern mit geringerer Anzeigepriorität bevorzugt angezeigt (d.h. so daß sie diese verdecken).
Zur Verringerung von Widersprüchen in der aufgerufenen Tiefe kann nur das Bild im Fenster mit höchster Anzeigepriorität gemäß einem binokularen Betrachtungsmodell mit einer binokularen Disparität von ungleich Null wiedergegeben werden. Den Bildern in den teilweise verdeckten Fenstern wird vorübergehend ein binokulares Betrachtungsmodell mit Null binokularer Disparität zugeordnet. Die Bilder in den teilweise verdeckten Fenstern scheinen daher in derselben Ebene zu liegen wie die der Ränder der Fenster.
In einem alternativen Verfahren zur Verringerung von Widersprüchen in der aufgerufenen Tiefe wird verdeckten Fenstern ein binokulares Betrachtungsmodell mit positiver binokularer Disparität zugeordnet. Die Bilder in den verdeckten Volumenelementen scheinen daher hinter der Ebene angeordnet zu sein, in der die Ränder der Fenster zu liegen scheinen.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung ihrer bevorzugten Ausführungsformen, in der auf die Zeichnungen Bezug genommen wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt ein Diagramm eines stereoskopischen Graphik-Anzeigesystems gemäß vorliegender Erfindung in direkter Datenverbindung mit einem Zentralrechner;
Fig. 2 zeigt eine Draufsicht in schematischer Darstellung eines Betrachters, dessen Blick auf das stereoskopische Betrachtungsvolumen gerichtet ist;
Fig. 3 zeigt eine beispielhafte Darstellung zweier gestapelter Fenster, die gemäß vorliegender Erfindung wiedergegeben werden;
Fig. 4 ist ein vereinfachtes Blockschaltbild und zeigt eine stereoskopische Fenstersteuerung, die in einem Graphik-Anzeigesystem eingebaut ist, welches sich in direkter Datenverbindung mit einem Zentralrechner, wie in Fig. 1 gezeigt, befindet;
Fig. 5 ist ein Ablaufplan, der den Vorgang darstellt, durch den ein Fenster in einem stereoskopischen Graphik-Anzeigesystem mit der Steuerung aus Fig. 4 erzeugt wird;
Fig. 6 ist ein vereinfachtes Blockschaltbild, welches eine stereoskopische Fenstersteuerung zeigt, die in einem Zentralrechner eingebaut ist, der sich in direkter Datenverbindung mit einem stereoskopischen Graphik-Anzeigesystem aus Fig. 1 befindet.

Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen

Fig. 1 ist ein Darstellung eines stereoskopischen Graphik-Anzeigesystems 10 in Diagrammform, welches sich in direkter Datenverbindung mit einem Haupt- oder Zentralrechner 12 befindet. Das Anzeigesystem 10 enthält eine Systemsteuerungseinheit 14, die durch eine Kommunikationseinrichtung oder einen Port 16 vom Zentralrechner 12 übertragene Bilddaten empfängt. Die Bilddaten werden von einem Anwendungsprogramm, beispielsweise einem rechnergestützten Konstruktionsprogramm für den Maschinenbau, welches im Zentralrechner 12 resident ist, erzeugt.
Die Systemsteuerungseinheit 14 enthält eine stereoskopische Fenstersteuervorrichtung oder -steuerung 18 (Fig. 4) und eine Anzeigesteuereinheit 20 (Fig. 4). Die Steuerung 18 und die Anzeigesteuereinheit 20 wirken zusammen, um auf einer Anzeigedatenverbindung 22 Steuersignale zu erzeugen, die eine Kathodenstrahlröhre 24 steuern, so daß diese auf ihrem Anzeigebildschirm 26 ein oder mehrere Fenster bildet, in denen ein oder mehrere Graphikanzeigebilder wiedergegeben werden, die den Bilddaten entsprechen.
Die vom Zentralrechner 12 übertragenen Bilddaten können entweder stereoskopische Bilddaten oder dreidimensionale Bilddaten sein. Dreidimensionale Bilddaten korrespondieren mit einer dreidimensionalen Darstellung eines physischen Objekts. Derartige Daten werden zur Wiedergabe eines Bildes verwendet, das eine dreidimensionale Ansicht des Objekts aus einem Auge auf einem zweidimensionalen Anzeigebildschirm darstellt.
Wenn sie zum Empfang dreidimensionaler Bilddaten konfiguriert wäre, würde die Systemsteuerungseinheit 14 einen Bilddatenprozessor (nicht gezeigt) zur Umwandlung der dreidimensionalen Bilddaten in stereoskopische Bilddaten enthalten. Ein derartiger geeigneter Prozessor ist in der U.S.-Patentschrift Nr. 4 896 210 (Brokenshire et al.), erteilt am 23. Januar 1990, mit dem Titel "Stereoscopic Graphics Display Terminal With Image Data Processing" beschrieben. Zum Zwecke der Vereinfachung wird der Zentralrechner 12 derart beschrieben, als wenn er stereoskopische Bilddaten an die Systemsteuerungseinheit 14 überträgt.
Stereoskopische Bilddaten entsprechen den Ansichten eines Objekts, wie vom rechten und vom linken Auge wahrgenommen, und diese Ansichten werden auf dem Anzeigebildschirm 26 gebildet und von einer stereoskopischen Schaltereinheit 28 auf jeweils das rechte bzw. das linke Auge eines Betrachters gerichtet. Die mit dem rechten bzw. mit dem linken Auge wahrgenommenen Ansichten umfassen ein stereoskopisches Bild des Objekts, welches es dem Betrachter ermöglicht, die dreidimensionalen Eigenschaften des Objekts zu erkennen. Das stereoskopische Bild kann perspektivische oder isometrische Ansichten verwenden und solche Darstellungshilfen wie die Ausblendung versteckter Linien, Schattierung und dergleichen enthalten, um einem Betrachter die Wahrnehmung der dreidimensionalen Eigenschaften des Objekts zu erleichtern.
Die U.S.-Patentschrift Nr. 4,719,507 (Bos), Erteilungsdatum 12. Januar 1988, mit dem Titel "Stereoscopic Imaging System With Passive Viewing Apparatus" beschreibt den Aufbau und den Betrieb einer geeigneten stereoskopischen Schaltereinheit 28, die aus einer polarisierten Brille 30 und einem Flüssigkristallkodiermodul 32, welches Steuersignale von einem Ausgang 35 der Systemsteuerungseinheit 14 empfängt, besteht.
Der Kodierer 32 kodiert separat abwechselnde Lichtbilder auf dem Anzeigebildschirm 26 der Kathodenstrahlröhre 24 in rechts und links zirkular polarisiertem Licht. Die abwechselnden Lichtbilder korrespondieren mit den Ansichten des Objekts aus dem rechten und linken Auge. Die polarisierten Brillengläser 30 bestehend aus einer rechten und einer linken Linse, die jeweils das rechts bzw. links zirkular polarisierte Licht übertragen, wodurch die mit dem rechten Auge wahrgenommene Ansicht des Objekts an das rechte Auge des Betrachters und die mit dem linken Auge wahrgenommene Ansicht des Objekts an das linke Auge des Betrachters übertragen wird. Die Kathodenstrahlröhre 24, das Flüssigkristallkodiermodul 32 und die Brille 30 bilden eine Anzeigevorrichtung oder -system 36.
Fig. 2 ist eine Ansicht von oben auf einen Betrachter 38, dessen Blick auf ein stereoskopisches Betrachtungsvolumen 40 gerichtet ist. Das Betrachtungsvolumen 40 umfaßt jeweils einen dreidimensionalen rechtäugigen 42 bzw. linkäugigen Betrachtungsraum 44, in dem eine stereoskopische Darstellung eines Objekts gezeigt ist. Das Betrachtungsvolumen 40 und die Betrachtungsräume 42 und 44 haben jeweils eine dritte Dimension, die in die Ebene der Seite verläuft. Die Betrachtungsräume 42 und 44 sind mit entsprechenden Sichtlinien 46 und 48 ausgerichtet, die durch einen binokularen Disparitätswinkel Ad getrennt sind. Der Disparitätswinkel Ad entspricht einer Drehverschiebung um eine vertikale Achse 52 des Betrachtungsraumes 42 relativ zum Betrachtungsraum 44. Vorzugsweise werden die Betrachtungsräume 42 und 44 in entgegengesetzten Richtungen um die Achse 52 um einen Betrag Ad 2 gedreht, um den Disparitätswinkel Ad zu bilden.
Das rechte Auge 54 des Betrachters betrachtet eine zweidimensionale Ebene 56 der mit dem rechten Auge wahrgenommenen Ansicht, in der eine dreidimensionale Darstellung einer mit dem rechten Auge wahrgenommenen Ansicht des Objekts geformt ist, unter Verwendung von visuellen Darstellungshilfen wie Perspektive, Ausblendung versteckter Linien, Schattierung und dergleichen, um Tiefe darzustellen. Ebenso betrachtet das linke Auge 58 des Betrachters eine zweidimensionale Ebene 60 der mit dem linken Auge wahrgenommenen Ansicht, in der eine ähnliche dreidimensionale Darstellung einer mit dem linken Auge wahrgenommenen Ansicht des Objekts gebildet ist. Die Betrachtungsebenen 56 und 60 entsprechen im typischen Fall der Ebene des Anzeigebildschirms 26, auf der die mit dem rechten und mit dem linken Auge wahrgenommenen Ansichten des Objekts abwechselnd gebildet werden. Unterschiede zwischen den mit dem rechten und mit dem linken Auge wahrgenommenen Ansichten des Objekts entsprechen einer binokularen Disparität, die es dem Betrachter ermöglicht, Tiefe im stereoskopischen Bild des Gegenstands wahrzunehmen.
Fig. 3 zeigt eine beispielhafte Anzeige 70, die auf dem Anzeigebildschirm 26 der Kathodenstrahlröhre 24 wiedergegeben wird. Die Anzeige 70 besteht aus einem ersten Fenster 72 und einem zweiten Fenster 74, in denen ein erstes Graphikanzeigebild 76 bzw. ein zweites Graphikanzeigebild 78 wiedergegeben sind. Jedes der Bilder 76 und 78 kann unabhängig vom anderen bearbeitet werden, ohne hierdurch das andere der Bilder zu beeinträchtigen. Als Ergebnis läßt sich ein bearbeitetes Bild relativ schnell wiedergeben.
Die Fenster 72 und 74 sind von entsprechenden Fenstergrenzen 80 und 82 umgeben. Die Fenster 72 und 74 sind so angeordnet, daß sie "gestapelt" zu sein scheinen, wobei das erste Fenster 72 über dem zweiten Fenster 74 liegt und dieses zum Teil verdeckt. Die Anzeige 70 wird mittels einer stereoskopischen Schaltereinheit 28 in ein stereoskopisches Bild umgewandelt. Es versteht sich, daß in einer anderen Anzeige die Fenster auch derart auf dem Anzeigebildschirm 26 angeordnet sein könnten, daß sie nicht gestapelt erscheinen.
Das Bild 76 im Fenster 72 stellt eine Schachtel dar, deren vertikale Höhe die kürzeste Dimension ist und bei der die Tiefe in die Ebene der Seite hinein die längste Dimension der Schachtel bildet. Das Bild 76 besteht aus einer mit dem rechten Auge wahrgenommenen Ansicht 88 und einer mit dem linken Auge wahrgenommenen Ansicht 90, die durch Drehung der Ansichten um eine vertikale Achse 92, die in der Ebene der Seite liegt, erzeugt werden. Die mit dem rechten Auge wahrgenommene Ansicht 88 ist der Klarheit halber gestrichelt dargestellt. Im Betrieb würden sowohl die mit dem rechten Auge wahrgenommene Ansicht 88 als auch die mit dem linken Auge wahrgenommene Ansicht 90 mit durchgezogenen Linien auf dem Anzeigebildschirm wiedergegeben.
Die Ansichten werden in entgegengesetzten Richtungen um einen Betrag Ad1 2 um die Achse 92 herum gedreht, um zwischen den Ansichten einen Disparitätswinkel Ad1 zu bilden. Die Lage der Achse 92 und der Betrag des Disparitätswinkels Ad1 bilden ein binokulares Betrachtungsmodell, welches Fenster 72 eigen ist. Das binokulare Betrachtungsmodell erstellt das Bild 76 mit positiver binokularer Disparität, so daß das Bild hinter dem Anzeigebildschirm 26 zu liegen scheint. Es versteht sich, daß die Ansichten 88 und 90 auch durch Scherung oder durch Verwendung zweier Projektionszentren gebildet werden können.
Der Rand 80 von Fenster 72 wird mit einer binokularen Disparität gleich Null wiedergegeben und scheint in der Ebene des Anzeigebildschirmes 26 zu liegen. Die mit dem rechten Auge und die mit dem linken Auge wahrgenommene Ansicht des Randes 80 sind gleich, da sie eine binokulare Disparität gleich Null haben. Der Rand 80 erzeugt daher die mit dem rechten Auge wahrgenommene Ansicht 88 und die mit dem linken Auge wahrgenommene Ansicht 90 mit gleichen Merkmalen, die es einem Betrachter erleichtern, die beiden Ansichten zu dem einen stereoskopischen Bild 76 zusammenzufügen.
Das Fenster 74 hat auch ein bestimmtes binokulares Betrachtungsmodell, das eine Achse 94 und einen Disparitätswinkel Ad2 ungleich Null zum Bilden stereoskopischer Bilder umfaßt. Das binokulare Betrachtungsmodell von Fenster 74 würde das Bild 78 mit negativer binokularer Disparität erzeugen, so daß der Eindruck entsteht, das Bild sei vor dem Anzeigebildschirm 26 angeordnet. Das Bild 78 wird jedoch mit einer binokularen Disparität von Null wiedergegeben und enthält nur eine einzige Ansicht 96, wie nachstehend im einzelnen beschrieben.
Der Rand 82 von Fenster 74 wird mit einer binokularen Disparität von Null wiedergegeben und scheint in der Ebene des Anzeigebildschirmes 26 zu liegen. Es entsteht daher der Eindruck, das Fenster 82 läge in derselben Ebene wie der Rand 80 von Fenster 72. Die Ränder 80 und 82 sind als Paare paralleler Linien gezeigt, die jeweils die Fenster 72 bzw. 74 in ihrem Umriß umgeben. Die Ränder 80 und 82 können alternativ als einzelne Linien wiedergegeben werden.
Die positive bzw. negative binokulare Disparität der Fenster 72 bzw. 74 könnten, zusammen mit der Stapelung der Fenster, dazu führen, daß ein Betrachter Widersprüche in der aufgerufenen Tiefe zwischen den Fenstern feststellt. Insbesondere ist das Fenster 72 auf das Fenster 74 gestapelt und scheint vor diesem zu liegen. Gemäß dem binokularen Betrachtungsmodell von Fenster 72 scheint das Bild 76 hinter dem Anzeigebildschirm 26 und den Rändern 80 und 82 zu liegen. Würde das Bild 78 gemäß dem binokularen Betrachtungsmodell von Fenster 74 wiedergegeben, entstünde der Eindruck, das Bild 78 läge vor dem Anzeigebildschirm 26 und den Rändern 80 und 82. Ein derartiger Eindruck würde beim Betrachter zu widersprüchlichen Wahrnehmungen bezüglich der Tiefe führen, da das Bild 74 hierbei hinter dem Fenster 72 zu liegen scheint, jedoch das Fenster 78 vor dem Fenster 72 zu liegen scheint.
Widersprüche in der aufgerufenen Tiefe verringern sich daher, wenn die Bilder in verdeckten Fenstern wie Fenster 74 mit einer binokularen Disparität von Null wiedergegeben werden. Alternativ lassen sich Widersprüche in der aufgerufenen Tiefe verringern, indem die Bilder in den verdeckten Fenstern mit positiver binokularer Disparität wiedergegeben werden. Die Bilder in verdeckten Fenstern können daher den Eindruck erwecken, sie lägen in der Ebene des Anzeigebildschirmes 26 oder hinter ihm. Ein solches Erscheinungsbild entspräche der relativen Stapelung der Fenster.
Es versteht sich, daß gemäß den binokularen Betrachtungsmodellen mehrerer, sich nicht überschneidender Fenster mehrere stereoskopische Bilder gleichzeitig wiedergegeben werden können. Bei derartigen Fenstern treten die Widersprüche hinsichtlich der aufgerufenen Tiefe, die bei gestapelten, sich überschneidenden Fenstern auftreten, nicht auf. Bei derartigen Fenstern ist es daher möglich, stereoskopische Bilder mehrerer Objekte oder stereoskopische Bilder mehrerer Ansichten eines einzelnen Objektes gleichzeitig anzuzeigen.
Fig. 4 ist ein Blockschaltbild, das die Systemsteuerungseinheit 14 in direkter Datenverbindung mit dem Zentralrechner 12 zeigt. Ein Anwendungsprogramm 102, welches im Zentralrechner 12 resident ist, erzeugt stereoskopische Bilddaten, die beispielsweise die Bilder 76 und 78 (Fig. 3) repräsentieren. Die stereoskopischen Bilddaten sind durch einen Satz von Koordinaten definiert, die dem Betrachtungsvolumen 40 entsprechen (Fig. 2).
Die stereoskopischen Bilddaten werden über einen Datenübertragungsbus 104 an die Anzeigesteuereinheit 20 geleitet, die Signale zur Steuerung des Bildanzeigesystems 36 erzeugt. Insbesondere erzeugt die Steuerschaltung 20 Steuersignale für die Kathodenstrahlröhre 24 (Fig. 1) und das Kodiermodul 32 (Fig. 1), wobei die Signale gleichzeitig jeweils an den Datenübertragungsbus 22 bzw. den Ausgang 35 der Systemsteuerungseinheit 14 gelegt werden, zur abwechselnden Anzeige der mit dem rechten Auge und der mit dem linken Auge wahrgenommenen Ansicht des Objekts. Ein Betrachter, der die Brille 30 trägt, empfängt daher ein stereoskopisches Bild des Objekts.
Die stereoskopische Fenstersteuerung l8 kommuniziert mit dem Zentralrechner 12 und der Anzeigesteuerschaltung 20 über den Datenübertragungsbus 104. Die Fenstersteuerung 18 erzeugt Bildinformation zur Wiedergabe der Fenster 72 und 74 auf dem Anzeigebildschirm 26, in denen jeweils die Bilder 76 bzw. 78 geformt sind. Die Fenster 72 und 74 können über eine Dateneingabevorrichtung, beispielsweise einer Tastatur 106, bearbeitet werden, wie es nachstehend im einzelnen beschrieben ist.
Fig. 5 ist ein Ablaufplan, der unter Bezugnahme auf die Fign. 3 und 4 die Verfahrensschritte zeigt, durch die die Fenster 72 und 74 wiedergegeben werden. Es versteht sich, daß diese Verfahrensschritte in einen Rechner oder Mikroprozessor einprogrammiert und von diesem ausgeführt werden können oder alternativ von einer zu diesem Zweck vorgesehenen elektronischen Schaltung ausgeführt werden können.
Der Verfahrensblock 110 gibt an, daß für ein gerade in Bearbeitung befindliches Fenster ("aktuelles Fenster"), zum Beispiel Fenster 72, Daten über die Größe und Lage des Fensters auf dem Anzeigebildschirm 26 ausgewählt werden. Daten über das binokulare Betrachtungsmodell für das Fenster werden ebenfalls ausgewählt. Ein Betrachter, der das Anzeigesystem 10 verwendet, kann die Größe und Lage eines aktuellen Fensters auswählen, indem er jeweils Befehle hinsichtlich der Größe bzw. der Lage über die Tastatur 106 an die Fenstersteuerung eingibt. Ebenso kann der Betrachter Befehle hinsichtlich des binokularen Betrachtungsmodells eingeben. In jedem Fall, in dem der Betrachter die Größe und Lage eines aktuellen Fensters nicht auswählt, verwendet die Fenstersteuerung 18 vorbestimmte Ausgangswerte für die Daten.
Der Verfahrensblock 112 gibt an, daß die Fenstersteuerung 18 einen Bereich des Anzeigebildschirmes 26 als dem aktuellen Fenster 72 entsprechend festlegt. Der Bereich wird entsprechend den Größe- und Lagedaten für das aktuelle Fenster 72 festgelegt und enthält einen Randabschnitt, in dem der Rand 80 gebildet werden soll.
Der Verfahrensblock 114 gibt an, daß die Fenstersteuerung 18 bestimmt, ob der Bereich des aktuellen Fensters 72 den Bereich eines anderen Fensters, beispielsweise Fenster 74, überschneidet. Überschneidungen werden zum Beispiel durch die Durchführung einer logischen UND-Operation von Bildpunkt zu Bildpunkt zwischen dem Bereich des aktuellen Fensters 72 und dem Bereich des anderen Fensters 74 identifiziert. Überschneidungen zwischen den Bereichen verschiedener Fenster stellen eine Stapelung der verschiedenen Fenster dar. Der Einfachheit halber werden Überschneidungen zwischen den Bereichen verschiedener Fenster auch als Überschneidungen zwischen den Fenstern bezeichnet.
Verfahrensblock 116 gibt an, daß jedem der Fenster mit Überschneidung eine Anzeigepriorität vergeben wird. Die Anzeigepriorität definiert die Lage eines Fensters in einem Stapel sich überschneidender Fenster. Insbesondere bietet die Anzeigepriorität eine Möglichkeit zu bestimmen, welche Fenster einer Anzahl sich überschneidender Fenster sichtbar sind. Bei jeder Überschneidung verschiedener Fenster verdecken Fenster mit höherer Anzeigepriorität Fenster mit geringerer Anzeigepriorität. In der Anzeige 70 hat das Fenster 72 eine höhere Anzeigepriorität als Fenster 74. Es versteht sich, daß mehrere Fenster, die sich nicht überschneiden, dieselbe Anzeigepriorität haben können.
Der Verfahrensblock 118 gibt an, daß Bildern in Fenstern mit geringerer Priorität binokulare Betrachtungsmodelle mit einer binokularen Disparität von Null zugeordnet sind, wodurch Widersprüche hinsichtlich der aufgeruf enen Tiefe zwischen den Fenstern eliminiert werden.
Der Verfahrensblock 120 gibt an, daß die Fenstersteuerung 18 die Anzeigesteuereinheit 20 mit Bilddaten versorgt, die der Anzeige 70 entsprechen. Insbesondere liefert die Fenstersteuerung 18 Information an die Anzeigesteuereinheit 20, um jedes Fenster mit höchster Anzeigepriorität und die nichtverdeckten Abschnitte der Fenster mit geringerer Anzeigepriorität wiederzugeben. Die Information über die Ränder der Fenster enthält binokulare Betrachtungsmodelle, die eine Wiedergabe der Ränder mit einer binokularen Disparität von Null ermöglichen.
Der Entscheidungsblock 122 stellt eine Anfrage dahingehend dar, ob ein bestehendes Fenster verändert werden soll oder ein neues Fenster erzeugt werden soll. Soll ein bestehendes Fenster verändert werden oder ein neues Fenster erzeugt werden, geht der Entscheidungsblock 122 weiter zum Verfahrensblock 110, und das zu verändernde Fenster oder das neue Fenster wird zum aktuellen Fenster. Soll ein bestehendes Fenster nicht verändert werden oder kein neues Fenster erzeugt werden, wartet der Entscheidungsblock 122 auf eine Fensteranforderung.
Das in Fig. 5 dargestellte Verfahren ermöglicht es einem Benutzer, in einem stereoskopischen Graphik-Anzeigesystem 10 Bearbeitungen von Fenstern vorzunehmen, die typischerweise in einer Fensterumgebung verfügbar sind. Zum Beispiel können Fenster erzeugt oder gelöscht, an andere Stellen des Anzeigebildschirmes bewegt, vergrößert oder verkleinert, von anderen Fenstern vollständig verdeckt werden oder andere Fenster vollständig verdecken.
Fig. 6 ist ein Blockschaltbild, das eine alternative bevorzugte Ausführungsform zur Verwendung der stereoskopischen Fenstersteuerung 18 mit dem Graphik-Anzeigesystem 10 darstellt. Insbesondere liegt die Fenstersteuerung 18 in Form eines Rechnerprogramms vor, welches im Zentralrechner 12 resident ist und sich in Datenverbindung mit dem Anwendungsprogramm 102 befindet. Bilddaten, die Bildern und Fenstern entsprechen, werden über den Verbindungsport 16 an die Anzeigesteuereinheit 20 in der Systemsteuereinheit 14 übertragen. Die Anzeigesteuereinheit 20 erzeugt Steuersignale zur Steuerung des Bildanzeigesystems 36. Die Ausführungsformen der Fign. 4 und 6 erzeugen mittels ähnlicher Verfahren eine Fensterumgebung für stereoskopische Graphik-Anzeigesysteme.
Für den Fachmann auf dem Gebiet ist offensichtlich, daß zahlreiche Veränderungen an den Einzelheiten der voranstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne daß hierbei vom Grundgedanken der Erfindung abgegangen wird. Zum Beispiel könnte das stereoskopische Graphik-Anzeigesystem 10 zusätzlich zur Erzeugung von Fenstern für die Anzeige stereoskopischer Bilder auch Fenster erzeugen, in denen Text, zweidimensionale Graphikbilder und monokulare dreidimensionale Graphikbilder angezeigt werden. Den Fenstern für derartige stereoskopische Bilder sind daher binokulare Betrachtungsmodelle mit einer binokularen Disparität von Null zugeordnet. Der Umfang der vorliegenden Erfindung soll daher nur durch die nachstehenden Ansprüche festgelegt sein.

Claims

1. Verfahren zur Bildung mehrerer Fenster, in denen mehrere Bilder gebildet sind, auf einem Anzeigebildschirm eines stereoskopischen Graphik-Anzeigesystems gemäß stereoskopischen Bilddaten, die Ansichten eines Gegenstandes mit dem rechten und mit dem linken Auge darstellen, wobei die Ansichten mit dem rechten und mit dem linken Auge sich um einen vorausgewählten Betrag einer binokularen Disparität unterscheiden, die durch ein binokulares Betrachtungsmodell festgelegt wurde, wobei dieses Verfahren folgendes umfaßt:

Festlegen eines entsprechenden Bereiches des Anzeigebildschirmes für jedes der Fenster, wobei jeder Bereich einen peripheren Randbereich einschließt;

Zuordnen eines ersten binokularen Betrachtungsmodells für jedes Fenster, durch das Bilder innerhalb des dem Fenster entsprechenden Bereiches wiedergegeben werden, und eines zweiten binokularen Betrachtungsmodells, durch das ein Rand mit einer binokularen Disparität von Null innerhalb des peripheren Randbereiches wiedergegeben wird; und

Wiedergeben von Rändern, die Umrisse der entsprechenden Fenster darstellen, innerhalb der peripheren Randabschnitte der Bereiche, wobei jeder Rand mit einer binokularen Disparität von Null wiedergegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin folgendes umfassend:

Erfassen eines jeden Bereiches, der mit mehreren der Fenster korrespondiert;

Vergeben einer Anzeigepriorität für jedes der Fenster, mit denen der erfaßte Bereich korrespondiert, wobei die Anzeigeprioritäten in einem Bereich von einer höchsten Anzeigepriorität bis zu einer geringsten Anzeigepriorität liegen; und

Wiedergeben des Randes des Fensters, das eine höhere Anzeigepriorität hat als die Anzeigepriorität jedweden anderen Fensters, mit dem der Bereich korrespondiert, um jeden erfaßten Bereich herum, wodurch in diesem Bereich jedes Fenster mit geringerer Anzeigepriorität verdeckt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem ein Fenster mit geringerer Anzeigepriorität durch ein Fenster mit höherer Anzeigepriorität verdeckt wird, wobei das Verfahren weiterhin das Zuordnen eines binokularen Betrachtungsmodells mit einer binokularen Disparität von Null zu dem Fenster mit geringerer Anzeigepriorität umfaßt, wodurch Widersprüche bezüglich der aufgerufenen Tiefe zwischen den Fenstern mit jeweils höherer bzw. geringerer Anzeigepriorität verringert werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem ein Fenster mit geringerer Anzeigepriorität durch ein Fenster mit höherer Anzeigepriorität verdeckt wird und bei dem die binokularen Betrachtungsmodelle in der Lage sind, entweder negative binokulare Disparität oder positive binokulare Disparität zu erzeugen, so daß der Eindruck entsteht, Bilder sind jeweils vor bzw. hinter dem Anzeigebildschirm angeordnet, wobei das Verfahren weiterhin das Zuordnen eines binokularen Betrachtungsmodells mit positiver binokularer Disparität zu einem Fenster mit geringerer Anzeigepriorität umfaßt, wodurch Widersprüche bezüglich der aufgerufenen Tiefe zwischen den Fenstern mit jeweils höherer bzw. geringerer Anzeigepriorität verringert werden.

5. Stereoskopisches Graphik-Anzeigesystem, mit:

einem Anzeigebildschirm, auf dem ein Bild gemäß stereoskopischer Bilddaten, die Ansichten eines Gegenstandes mit dem rechten und mit dem linken Auge entsprechen, erzeugt wird, wobei diese Ansichten mit dem rechten und dem linken Auge sich durch einen vorbestimmten Betrag einer binokularen Disparität unterscheiden, der durch ein binokulares Betrachtungsmodell ermittelt wird; und

eine Vorrichtung zur Steuerung des stereoskopischen Fensters, um auf dem Anzeigebildschirm mehrere Fenster in entsprechenden Anzeigebildschirmbereichen zu bilden, die periphere Randabschnitte beinhalten, und um Ränder, die die peripheren Randabschnitte gemäß binokularen Betrachtungsmodellen mit einer Disparität von Null definieren, wiederzugeben sowie Bilder innerhalb der Fenster gemäß vorher zugeordneten binokularen Betrachtungsmodellen.

6. System nach Anspruch 5, bei dem die Vorrichtung zur Steuerung des stereoskopischen Fensters weiterhin eine Vorrichtung zum Erfassen jedes Bereiches aufweist, der mit mehreren der Fenster korrespondiert; zum Zuordnen einer Anzeigepriorität für jedes der Fenster, mit dem der erfaßte Bereich korrespondiert, wobei die Anzeigeprioritäten in einem Bereich von einer höchsten Anzeigepriorität bis einer geringsten Anzeigepriorität liegen; und zum Anweisen des Anzeigesystems, um jeden erfaßten Bereich herum den Rand des Fensters wiederzugeben, das eine höhere Anzeigepriorität hat als die Anzeigepriorität jedweden anderen Fensters, mit dem der Bereich korrespondiert, wodurch in diesem Bereich jedes Fenster mit geringerer Anzeigepriorität verdeckt wird.

7. System nach Anspruch 6, bei dem ein Fenster mit geringerer Anzeigepriorität durch ein Fenster mit höherer Anzeigepriorität verdeckt wird, wobei die Vorrichtung zur Steuerung des stereoskopischen Fensters weiterhin eine Vorrichtung zum Zuordnen eines binokularen Betrachtungsmodells mit einer Disparität von Null zu dem Fenster mit geringerer Anzeigepriorität umfaßt, wodurch Widersprüche bezüglich der aufgerufenen Tiefe zwischen den Fenstern mit jeweils höherer bzw. geringerer Anzeigepriorität verringert werden.

8. System nach Anspruch 6, bei dem ein Fenster mit geringerer Anzeigepriorität durch ein Fenster mit höherer Anzeigepriorität verdeckt wird und bei dem die binokularen Betrachtungsmodelle in der Lage sind, entweder negative binokulare Disparität oder positive binokulare Disparität zu erzeugen, so daß der Eindruck entsteht, Bilder sind jeweils vor bzw. hinter dem Anzeigebildschirm angeordnet, wobei die Vorrichtung zur Steuerung des stereoskopischen Fensters weiterhin eine Vorrichtung zum Zuordnen eines binokularen Betrachtungsmodells mit positiver binokularer Disparität zu dem Fenster mit geringerer Anzeigepriorität umfaßt, wodurch Widersprüche bezüglich der aufgerufenen Tiefe zwischen den Fenstern mit jeweils höherer bzw. geringerer Anzeigepriorität verringert werden.