EP1535202A1 - Verfahren zur simulation von optischen bauteilen zur stereoskopischen erzeugung von r umlichen endr cken - Google Patents

Verfahren zur simulation von optischen bauteilen zur stereoskopischen erzeugung von r umlichen endr cken

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Publication number
EP1535202A1
EP1535202A1 EP03793786A EP03793786A EP1535202A1 EP 1535202 A1 EP1535202 A1 EP 1535202A1 EP 03793786 A EP03793786 A EP 03793786A EP 03793786 A EP03793786 A EP 03793786A EP 1535202 A1 EP1535202 A1 EP 1535202A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
image
geometry
wavelength
filter array
picture element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03793786A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Tzschoppe
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
X3D Technologies GmbH
Original Assignee
X3D Technologies GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by X3D Technologies GmbH filed Critical X3D Technologies GmbH
Publication of EP1535202A1 publication Critical patent/EP1535202A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B30/00—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images
    • G02B30/20—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes
    • G02B30/34—Stereoscopes providing a stereoscopic pair of separated images corresponding to parallactically displaced views of the same object, e.g. 3D slide viewers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00—Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/20—Image signal generators
    • H04N13/275—Image signal generators from 3D object models, e.g. computer-generated stereoscopic image signals

Definitions

  • the invention relates to a simulation method, in particular to a method for simulating spatial impressions that are generated by means of an image generator and one or more filter arrays.
  • a 3D arrangement using left and right stereo images is known from WO 93/1 0475.
  • 3 D objects / scenes are simulated by generating corresponding left and right stereo partial images.
  • the teaching of this document is also unsuitable for simulating 3D impressions of arrangements with filter arrays.
  • DE 100 03 326 C2 of the applicant describes a method and arrangements for generating a spatial impression, the viewer not needing any aids for SD perception.
  • a wavelength filter array is arranged in front of (possibly also behind) an image generator, so that directions of light propagation are predetermined for the light of the image elements of the image generator depending on their wavelength.
  • Combined image can represent, and g) stereoscopic visualization of the first and second secondary image or parts of these secondary images as a left or right stereoscopic image.
  • Steps a) to e) can under certain circumstances also be carried out in a changed order or even in parallel.
  • a view is referred to as a view which corresponds to a two-dimensional image or recording of a scene or an object, for example the test scene, from a specific recording position.
  • a view A k can correspond to a perspective view or a parallel projection of the test scene.
  • a combination image contains image information of several, ie at least two, views at the same time.
  • Said test scene preferably contains two to five, particularly preferably three different graphic objects. In the case of three graphic objects in the test scene, these are arranged within the spatial test scene in different depth positions z, wherein when comparing different views A, exactly one of the objects preferably has no horizontal displacement, exactly one has a positive and exactly one has a negative horizontal displacement. When displayed on an autostereoscopic display, one of the objects would thus appear to the viewer in front of the imaging area, one on top of it and one behind it.
  • the objects of the test scene can be colored homogeneously black, colored homogeneously gray or structured.
  • the objects of the test scene can be arranged against a white or structured background.
  • Views A of the test scene are advantageously recorded by virtual or real cameras, the optical axes of the virtual or real cameras being aligned parallel or converging, and preferably the corresponding camera positions of two adjacent views A k are always approximately the same distance apart.
  • virtual cameras which can be formed by a software-controlled PC, are arranged on a circular arc so that they converge on a certain point, the fixed point.
  • the equidistant arrangement of cameras on a straight line on the other hand, enables the virtual cameras to be aligned in parallel.
  • the views A k for k> l can be generated starting from the view A. by forming the view A. by means of a parallel projection of the test scene and by using the graphic objects depicted in the view A. for the test scene Creation of the views A k at k> l are individually shifted horizontally, the extent of the respective shift being proportional to the depth position of the respective object in the spatial test scene and the extent of the shift for different views, ie for different values k, is preferably selected differently.
  • the latter variation of the measure of the displacement for disjoint values k means in particular that the displacement of an object of an arbitrary but fixed depth position is generally greater the higher (or lower) the value k is.
  • the image generator geometry to be specified in step a) of the method according to the invention can be an orthogonal array of image elements in rows j and columns i, the image elements emitting or transmitting light of a specific wavelength or a specific wavelength range and wherein each picture element has an outline that can be described by a closed curve, preferably a polygonal, particularly preferably rectangular, outline.
  • picture element outlines are also conceivable which do not have a closed curve, but instead have, for example, several closed curves as outlines. This is the case, for example, if a picture element is ring-shaped and has a core not belonging to the picture element in the middle. In addition, two different outlines can sometimes be regarded as belonging to one picture element.
  • Orthogonal arrays of picture elements in rows j and columns i are e.g. relevant for commercially available TFT-LC displays or plasma displays.
  • finer details are taken into account when specifying the imaging geometry.
  • a smallest picture element of a TFT color LC display ie a color sub-pixel R, G or B, with a rectangular outline or with a polygonal outline that takes into account the shape of the transistor covering part of the picture element, can be specified.
  • a “black matrix” around an image element can also be taken into account if necessary.
  • further details such as the spectral radiation characteristics of the picture elements in the room or the color temperature can be incorporated into the picture geometry.
  • the imaging geometry would be described, for example, by an orthogonal array of picture elements in 768 lines and 3072 columns, the first column essentially emitting or transmitting red light, the second column essentially green light emits or transmits, the third column essentially emits or transmits blue light, the fourth column again emits or transmits essentially red light, etc.
  • each picture element has an essentially rectangular outline with a height of approximately 300 ⁇ m and a width of 100 ⁇ m.
  • the black matrix, the emission characteristic and possibly a transistor partially covering the picture elements would be disregarded.
  • these details can certainly find their way into the imaging geometry and thus into the process flow.
  • Step b) according to the invention is advantageously designed such that the filter array geometry of a filter array is specified in the form of a mask image.
  • Wavelength filters and / or grayscale filters ß are combined as filter elements in an array of rows q and columns p depending on their transparency wavelength, their transparency wavelength range or their transmittance ⁇ b according to the following function to form such a mask image
  • each wavelength or grayscale filter ⁇ has a contour which can be described by a closed curve, preferably a polygonal, particularly preferably rectangular, contour which generally includes a filter area of a few 10,000 ⁇ m 2 to a few mm 2 .
  • the filter array geometry also includes further optical properties such as the scattering behavior of the filters or the consideration of the real transmission degrees (if these deviate from the specified values).
  • each wavelength or grayscale filter element is made about one third as wide as a picture element.
  • the spatial arrangement geometry specified in step c) with respect to the image generator and the filter array in the three-dimensional coordinate system (X, Y, Z) each describes a plane for the image generator and the filter array as well as the spatial position of the top left and the left lower right corner of the filter array or imager.
  • the respective levels for the imaging device and the filter array will be parallel or at least essentially parallel.
  • said coordinate system has, for example, millimeters as a unit of measurement.
  • the parameters can be used to determine the distance between them, which, in conjunction with the equation described in DE 1 00 03 326 C2 mentioned above, relates to a selected viewing distance from said distance (“z”) "d a " implies.
  • This provides an exemplary viewing distance in front of the filter array, which may be taken into account in a further implementation of the simulation method according to the invention in step d) of specifying the monocular viewing positions.
  • the arrangement geometry sometimes also includes auxiliary arrangement components such as substrates, which function as carrier substrates for filter arrays, including their optical properties.
  • the monocular viewing positions in front of the arrangement geometry to be specified in step d) in the three-dimensional coordinate system (X, Y, Z) advantageously meet the condition that the absolute values of the coordinate components X, Y and Z are each less than three times the image diagonal of the specified image generator geometry if the origin of the coordinate system (X, Y, Z) is within the imager or the filter array.
  • coordinates for the monocular viewing positions that do not meet these specifications are also possible.
  • i the index of a picture element in a row of the grid
  • j the index of a picture element in a column of the grid
  • Integer values in the range of values from 0 to 255 for the basic colors red, green and blue are advantageous as setting values.
  • the digitized form of a (colored) image e.g. of the combination picture, therefore comprises a value matrix which contains a wealth of such setting values as entries.
  • a full-color picture element (full-color pixel) is generally represented by a triplet of such setting values, namely by one for red, green and one blue.
  • image element in the context of the present invention means in particular the smallest physical unit of an image generator, for example an R, G or B color subpixel.
  • step f) of the method according to the invention is preferably carried out as follows: copying the combination image (with the image elements ⁇ ..) into the corresponding secondary image to be created, determination for each individual image element copied in the secondary image Which part of the area of the same is visible to a viewer's eye at the corresponding viewing position, taking into account the predetermined filter array geometry, the predetermined imaging geometry and the spatial arrangement geometry, and modification (a) of the setting value of each individual copied image element in the secondary image by multiplying its original setting value by the Area quotient “determined visible area share of each one copied picture element in the secondary picture divided by the full area of the corresponding picture element "and / or
  • each copied picture element in the secondary picture which initially exactly corresponded to the specified combination picture, is modified, whereby the modification can sometimes also result in an unchanged picture element or an unchanged setting value of a picture element.
  • the modification (a) here relates to a modulation of the setting value, which is due, on the one hand, to the fact that, due to the filter array (s) in front of and / or behind the image generator, only a part of some such image elements from the respective monocular viewing position or nothing is visible.
  • the respective pixel setting values would be modified accordingly.
  • modification (b) results from influencing the perceptible luminance of the corresponding picture elements on the basis of the above-mentioned transmittance of the relevant wavelength or grayscale filter.
  • it can also play a role, for example, that real parameters are specified for the simulation, that is to say, for example, for a red filter, only 50% of the light intensity is transmitted in the red wavelength range in order to achieve largely real results (and not to be determined only theoretically with absolutely ideal filters).
  • the secondary images are thus determined, in particular, taking into account the wavelength / wavelength range assigned to the respective image element and taking into account all wavelength or grayscale filters located between the viewer's eye at the corresponding position. ter or taking into account all wavelength or grayscale filters following the respective picture element from the corresponding viewing direction.
  • a function to be specified should preferably also be taken into account.
  • this function to be specified describes the functional relationship between the measurable luminance of a picture element and its setting value, i.e. the set digital value, which usually takes values from 0 to 255.
  • Said function can be determined empirically, for example, by for the different wavelength ranges, e.g. the red, green and blue wavelength ranges, full-surface test images with different setting values are displayed on the corresponding imager and the corresponding luminance is measured.
  • the different wavelength ranges e.g. the red, green and blue wavelength ranges
  • step f) The determination of each of the secondary images mentioned in step f) according to the invention can also be carried out as follows:
  • the creation of the respective secondary image takes place in particular taking into account the wavelength / the assigned wavelength range assigned to the respective image element and taking into account all wavelength or grayscale filters located between the viewing eye and taking into account all the respective image element wavelength or grayscale filter following the corresponding viewing direction.
  • Said areal scanning preferably takes place according to (virtually predetermined) rows and columns, wherein several thousand rows and columns should be used here depending on the required quality of the simulation results.
  • the generation of the essentially correct image of the corresponding visible surface portions of the picture elements of the combination image or of the wavelength or grayscale filters illuminated by the picture elements of the combination image can take place, for example, using known ray tracing algorithms.
  • the specified filter array geometry, in particular wavelength-dependent or wavelength-independent transmission degrees of the wavelength or grayscale filter geometry, the specified imaging geometry and the spatial arrangement geometry can also be included.
  • a function to be specified should preferably also be taken into account.
  • Said function to be specified describes the relationship between the measurable luminance of a picture element and its setting value for an image generator to be specified, for example one that meets the specified image generator geometry requirements.
  • step f) according to the invention can also be implemented in another way.
  • a further embodiment of the method according to the invention provides that in step g) the secondary images for the left and right eyes are output separately, the secondary images being spatially adjacent to one another, spatially nested one within the other, or one after the other by an image generator, for example a cathode ray tube LC displays, a DMD projector or one Plasma displays.
  • an image generator for example a cathode ray tube LC displays, a DMD projector or one Plasma displays.
  • the output of the secondary images takes place particularly preferably by means of such an image generator which has the image generator geometry specified in step a), in particular with regard to the picture element structure and size.
  • a viewer in the context of the aforementioned separate output of the secondary images for the left and right eyes, produces a visual fusion of the secondary image pair or a visual fusion of enlarged sections of the secondary image pair to a virtual 3D impression. This can be done, for example, with or without a stereoscope. Both the uncrossed and the crossed fusion can be used advantageously.
  • an enlarged output of the combination image or a section thereof can also be considered, the color of the image elements (for example the subpixels R, G, B) and the number of the corresponding views A k (1... N ) are displayed visibly.
  • the associated modified setting value or the visible surface outline (depending on the configuration of step f) can then be output.
  • method step h) is carried out after or in parallel with the execution of method step g), which includes the following:
  • Image as well as for the stereoscopic visualization of the image pair from the views A k an image generator with approximately the same parameters is used.
  • the method according to the invention can expediently be expanded after or parallel to the execution of method step g) or h) by a method step i) which includes the following: - variation of the first and / or the second viewing position in at least one of its coordinates in the coordinate system (X, Y, Z) as well as performing steps e) to g) or e) to h) again, and optionally repeating step i) as often as desired.
  • step i) it is possible to make statements about the visible picture elements at various monocular viewing positions in front of the simulated arrangement consisting of an image generator and filter array (s). If a sufficient number of support points (i.e. monocular viewing positions) have been simulated, qualitative statements about the nature of the viewing area are made possible. A good compromise between the simulation effort (i.e. frequency) and the number of reference points in the observation space is obtained if the coordinates in the x direction or horizontally in front of the imager are changed by integer multiples of 65 mm. The value 65 mm corresponds to the average pupil distance in humans.
  • the variation of the simulation method can also be done in other advantageous ways: If, for example, one or more of the specifications in steps a), b) and / or c), i.e. If the imaging geometry, the filter array geometry and / or the spatial arrangement geometry varies from simulation to simulation (ie from an entire execution of the method to a further execution of the entire simulation method), different imaging and / or filter array and / or arrangement geometries can be used with regard to their visible picture elements can be compared at one or more viewing positions.
  • an arrangement for implementing the simulation method according to the invention comprising: a) means for digitally specifying the image generator geometry of an image generator, in particular with regard to picture element structure and size, b) means for digitally specifying the filter array geometry of a filter array, in particular with regard to filter element structure and size, c) means for digitally specifying a spatial arrangement geometry in relation to the image generator and the filter array in a three-dimensional coordinate system (X, Y, Z), d) means for digitally specifying a first and a second monocular viewing position in front of said arrangement geometry in said three-dimensional coordinate system (X, Y, Z), e) means for specifying a combination image which is suitable for the representation on the given image generator geometry and which in a defined one
  • the means a) to f) are preferably formed in one structural unit as a software-controlled PC. Furthermore, stereoscopes or shutter glasses and a monitor are preferred as means g). However, it is also conceivable for the stereoscopic visualization to be a purely visual fusion without any aids exploit. In this way, falsifications of results due to the incompleteness of the means for stereoscopic visualization are avoided.
  • step b) it is also conceivable, in step b) according to the invention, not to specify a filter array geometry, but a geometry describing other optical properties, for example that of a lenticular screen.
  • a geometry is preferably specified for optical components which is already used in the prior art in connection with the spatial representation.
  • the subsequent method steps are then adapted to the substitution of the filter array by said other geometry, which describes certain optical properties, according to their teaching. Even the simulation of the 3D impression of 3D glasses, such as anaglyph glasses, can thus be carried out within the framework of the teaching presented here.
  • the method according to the invention can be expanded to include a temporal component, for example to simulate the 3D impression of spatial moving images on a specific arrangement or to include the time-varying properties of certain temporally sequential 3D representation methods, for example shutter glasses arrangements, in the simulation included.
  • a temporal component for example to simulate the 3D impression of spatial moving images on a specific arrangement or to include the time-varying properties of certain temporally sequential 3D representation methods, for example shutter glasses arrangements, in the simulation included.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram to illustrate possible details in connection with the filter array, imaging and arrangement geometry
  • Fig. 2 shows an exemplary structure for a wavelength filter array
  • 4 is an example of a test scene that can advantageously be used in the method according to the invention
  • FIG. 5 shows a schematic diagram of an exemplary constellation of the eight views of virtual or real cameras, which in particular the
  • Illustrated camera convergence shows a schematic diagram for generating different views from a first view A. by horizontally shifting the depicted objects
  • FIG. 7 shows an example of a possible structure of a combination image composed of several views
  • FIG. 8 shows an example of a possible predetermined filter array structure
  • FIG. 9 and FIG. 0 show exemplary and schematically outlined results of the simulation method according to the invention
  • FIG. 1 shows a schematic diagram for determining a portion of the area of a red picture element that is visible through a red wavelength filter
  • FIG. 2 shows exemplary diagrams for the functional relationship of the measurable luminance with the digital setting values for an exemplary LCD
  • FIG. 1 shows an example of a first and second view and an example of a possible simulation result on the basis of these views in a schematic representation.
  • Fig.l shows a schematic diagram to illustrate possible details in connection with the filter array, imaging and arrangement geometry.
  • an exemplary structure 4 of a combination image which is composed of several views A k and which can be displayed on the image generator 1, is shown schematically.
  • a three-dimensional coordinate system (X, Y, Z) is also shown.
  • the reference number 5 provides two exemplary monocular viewing positions in the coordinate system (X, Y, Z).
  • the specification of the image generator geometry of an image generator 1 in step a) includes in particular the specification of the picture element structure and size. According to the illustration from Fig. 1, an RGBRGBRGB ... structure of the image generator would be given as an example, as is the case for many LCD and plasma screens.
  • the individual color sub-pixels R, G, B are, for example, rectangular, and any black matrix that may be present is initially neglected.
  • the color subpixels R, G, B could each be predetermined to be 300 ⁇ m high and 10 ⁇ m wide, with a total of 3072 columns and 768 lines being possible. This corresponds to a full color resolution of 1,024 x 768 pixels, ie an XGA resolution.
  • Said Abma ⁇ SSE are typical of a 1 5 "LCD.
  • step b) ie when specifying the filter array geometry of a filter array 2, in particular with regard to filter element structure and size, the filter array structure shown in FIG. 2 (in sections) would be specified here, for example.
  • Each individual filter element 3 on the array ie each individual wavelength filter or grayscale filter, has an essentially rectangular shape with a height of 299.3 ⁇ m and a width of 99.77 ⁇ m.
  • transparent filter elements 3 are identified with R ', green with G' and blue with B 'for the red wavelength range.
  • a black section on the filter array 2 in FIG. 1 or a filter element 3 labeled “S” in FIG. 2 corresponds to one or more opaque, that is to say opaque, filter elements 3.
  • a spatial arrangement geometry in step c) in relation to the image generator 1 and the filter array 2 in a three-dimensional coordinate system (X, Y, Z) includes in particular information on the (relative) arrangement of the image generator 1 and the filter array 2.
  • the respective levels for the imaging device 1 and the filter array 2 should be parallel or at least essentially parallel.
  • said coordinate system has, for example, millimeters as the unit of measurement.
  • the distance between the same can be seen from the parameters, which, in conjunction with the equation described in the above-mentioned DE 1 00 03 326 C2, corresponds to a selected viewing distance d a for the distance z implied.
  • This gives an exemplary viewing distance d a which may be taken into account in a further implementation of the simulation method according to the invention in step d) of specifying the monocular viewing positions 5.
  • the last-mentioned exemplary parameters serve only for a striking explanation; Of course, other values can also be specified for the simulation method according to the invention.
  • the arrangement geometry also sometimes includes auxiliary arrangement components such as substrates, which function as carrier substrates for filter arrays, including their optical properties.
  • a first and a second monocular viewing position 5 under step d) before said arrangement geometry in the three-dimensional coordinate system (X, Y, Z) is practically self-explanatory.
  • the viewing positions 5 in Fig.l are indicated schematically by two eyes.
  • a somewhat larger section of the same image combination structure is shown in FIG. 7 and will be discussed in more detail below.
  • step f) with the determination of a first and a second secondary image, which contains the 5 visible image elements on the basis of the predetermined filter array geometry in connection with the predetermined image generator geometry and the spatial arrangement geometry for a viewer eye at the respectively predetermined first and second monocular viewing position of the combination image, wherein an image element of a secondary image can explicitly represent only part of an image element of the combination image, reference is made to FIG.
  • an image generator 1 and a filter array 2 are shown schematically, with a backlight (6) radiating white light being additionally provided.
  • the arrangement according to FIG. 3 differs from the arrangement according to FIG. 1 in that the filter array 2 lies behind the image generator 1 in the viewing direction.
  • this imaging device 1 must be a transparent, translucent or at least transflective imaging device 1 so that the filter array 2 comes into effect.
  • 3 again shows two monocular viewing positions 5 schematically.
  • step f) of the method according to the invention is preferably carried out as follows: copying the combination image (with the image elements ⁇ ) into the corresponding secondary image to be created,
  • each copied picture element in the secondary picture which initially exactly corresponded to the specified combination picture is modified.
  • the modification here relates to a modulation of the setting value, which is due, on the one hand, to the fact that, due to the filter array (s) in front of and / or behind the imager of some such image elements, only a part or even some of the respective monocular viewing position 5 nothing is visible.
  • modification (b) results from influencing the perceptible luminance of the corresponding picture elements on the basis of the above-mentioned transmittance of the relevant wavelength or grayscale filter.
  • modification (b) results from influencing the perceptible luminance of the corresponding picture elements on the basis of the above-mentioned transmittance of the relevant wavelength or grayscale filter.
  • real parameters are specified for the simulation, that is to say, for example, for a red filter, only 50% of the light intensity is transmitted in the red wavelength range in order to achieve largely real results (and not to be determined only theoretically with absolutely ideal filters).
  • FIG. 3 is a schematic diagram in cross-sectional representation of the possible mode of operation of a filter array, which here is arranged, for example, behind a transparent or translucent image generator (for example an LCD).
  • a transparent or translucent image generator for example an LCD.
  • the drawing Fig.l 1 also serves to explain the facts of visible surface portions of a picture element.
  • It is a schematic diagram for determining the proportion of the area of a picture element that is visible through a red wavelength filter.
  • (R) denotes a red picture element of the combination picture, which is represented on the image generator 1.
  • opaque filter elements 3 wavelength or grayscale filters
  • S The unit (S) of filter elements 3 shown in the drawing can also be formed, for example, by closely fitting several opaque filter elements 3 together.
  • a red wavelength filter (R ') which is located in the configuration according to Fig.l in front of the imager 1 with the picture element (R), is shown. From Fig. 1 1 it can be seen that from the underlying monocular viewing position 5 of the image element (R) of the imager 1, which by convention represents a combination image from several views A k , only the area portion A vls is visible.
  • This proportion of the area can be determined, for example, using ray tracing methods and serves to modify (a) the setting value in the corresponding secondary image described above.
  • the area proportion A v] s corresponds to the “determined visible area proportion of each individual copied picture element in the secondary picture”, the “full area of the corresponding picture element” here corresponding to the entire area of the picture element (R).
  • the same procedure would be followed with every picture element of the imager 1, of course also with the green and blue ones, for example.
  • a function to be specified should preferably also be taken into account. For an image generator 1, for example one that meets the specified image generator geometry requirements, this function describes the functional relationship between the measurable luminance of a picture element and its setting value, ie the respective digital value with which the corresponding picture element is controlled.
  • Said function can be determined empirically, for example, by for the different wavelength ranges, e.g. the red, green and blue wavelength ranges, correspondingly colored full-area test images each with different setting values are shown on the corresponding imager 1 and the corresponding luminance is measured.
  • the different wavelength ranges e.g. the red, green and blue wavelength ranges
  • Exemplary results of this type are shown in the diagrams of FIG. 12 for an imager 1 of the type LG LM 155 X2-C2TH.
  • the diagrams were - as suggested above - taken for full-surface red, green and blue test images and show the above. functional relationship between the setting value (for red, green and blue picture elements) and the resulting luminance.
  • the respective setting value is recorded on the abscissa.
  • Setting values for RGB displays are usually specified in a value range from 0 ... 255 (for R, G, B).
  • the ordinate reflects the luminance that can be measured at a set value.
  • the function is simply given, for example, by the corresponding diagram: If, for example, the visible half of a green picture element (which is controlled in the combination picture by the highest setting value 255, for example) is represented by its modified setting value in the secondary picture, the modification of the setting value would be approx the setting value 1 85 may be necessary.
  • the setting value 1 85 can easily be read from the middle diagram in FIG. 12, in that, on the basis of the highest possible luminance, which corresponds to the setting value 255, the setting value is identified which corresponds to approximately half the maximum luminance.
  • the function to be specified supplements or replaces the quotient "determined visible area portion of each copied image element in the secondary image divided by the full area of the corresponding image element" by expanding the modification (a) of the digital setting value to be carried out in such a way that the modification of the luminance (of the corresponding picture element) resulting from the setting value modification is carried out in the correct ratio to the above-mentioned area ratio.
  • modification (b) is caused by influencing the respectively measurable luminance of the corresponding picture elements on the basis of the above-mentioned transmittance of the relevant wavelength or grayscale filter elements 3.
  • it can also play a role, for example, that real parameters are specified for the simulation. That is, for a red filter element 3 e.g. only 50% of the light intensity is transmitted in the red wavelength range in order to determine largely real results (and not only those that occur theoretically with absolutely ideal filters). This case is not shown in the drawing.
  • the functional relationship between the setting value and the measurable luminance which has already been described above, must be observed, for example by specifying a corresponding function or determining it empirically.
  • the secondary images are thus determined, in particular, taking into account the wavelength / the assigned wavelength range assigned to the respective image element and taking into account all wavelength or grayscale filter elements 3 located between the viewing eye and taking into account all of the respective image element from the corresponding wavelength or gray-scale filter elements 3 corresponding to the viewing direction.
  • views A k l ..n
  • a view A k can correspond to a single perspective view or a parallel projection of the test scene
  • a combination image contains image information of several, ie at least two, views at the same time.
  • Said test scene preferably contains two to five, particularly preferably three different graphic objects. If three graphical objects are included in the test scene, the objects within the spatial test scene are arranged in different depth positions z, whereby when comparing different views A k , exactly one of the objects preferably has no displacement, exactly one a positive and exactly one a negative horizontal displacement having. When displayed on an autostereoscopic display, one of the objects would appear to the viewer in front of the imaging surface, one on top of it and one behind it.
  • FIG. 4 schematically shows eight views A (“primary images”) taken from this test scene, for example with a virtual camera, the virtual camera as one with Software controlled PC can be designed. Of course, these can also be colored views A k .
  • Views A, of the test scene are advantageously recorded by virtual or real cameras, the axes of the virtual or real cameras being aligned parallel or converging and A k, with the corresponding camera positions of two adjacent views A k preferably always being approximately the same distance apart exhibit.
  • virtual cameras which can be formed by a software-controlled PC, are arranged on a circular arc so that they converge on a certain point, the fixed point. This fact is shown as a schematic diagram in Fig.5. The fixed point lies on the surface of the middle, structured cuboid.
  • the views A k for k> l are generated starting from the view A.
  • the measure of the respective shift being proportional to the depth position of the respective object in the spatial test scene and the measure of the shift for different views, ie different values k, is preferably selected differently.
  • the last-mentioned variation of the measure of the displacement for disjoint values k means in particular that the displacement of an object of an arbitrary but fixed depth position is generally greater, the higher (or lower) the value k is.
  • FIG. 6 This procedure is shown schematically in Fig. 6.
  • the illustration in Figure 6 corresponds to the upper left corner in about a much simplified parallel projection of Testsze ⁇ ne. Shadings and hatchings are omitted in Figure 6, since they are not necessary for understanding the Ver ⁇ in question approach.
  • Said upper left illustration would initially correspond to view A .. projected in parallel. From this view A, the graphic objects contained are shifted horizontally as described above.
  • step b) is advantageously designed in such a way that the filter array geometry of a filter array 2 is specified in the form of a mask image.
  • Wavelength filters and / or grayscale filters ⁇ are combined in an array of rows q and columns p depending on their transparency wavelength / their transparency wavelength range / their transmittance ⁇ b according to the following function to form such a mask image
  • p the index of a wavelength or grayscale filter ß in one row of the array
  • q the index of a wavelength or grayscale filter ß in a column of the array
  • - b an integer, which for a wavelength or grayscale filter ß pq on the Position p, q defines one of the proposed transparency wavelengths / wavelength ranges or a transmittance ⁇ b and can have values between 1 and b, n m an integer value greater than "zero", - d a selectable mask coefficient matrix for varying the generation of a mask image and
  • each wavelength or grayscale filter ⁇ can be described by a closed curve, preferably a polygonal, particularly preferably rectangular has an outline that includes a filter area of a few 1 0,000 ⁇ m 2 to a few mm 2 .
  • each wavelength or grayscale filter element ß becomes approximately one
  • a filter array 2 defined in this way is shown in FIG. 8, not to scale. It can advantageously be used with the image combination structure shown in FIG. 7 to achieve a spatial impression.
  • step e the combination image to be specified in step e) is created according to the following specification:
  • step f) The determination of each of the secondary images mentioned in step f) according to the invention can also be carried out as follows:
  • the creation of the respective secondary image takes place in particular taking into account the wavelength / the assigned wavelength range assigned to the respective image element and taking into account all wavelength or grayscale filters located between the viewing eye and taking into account all the respective image element from the corresponding viewing direction following wavelength or grayscale filter elements 3.
  • the flat scanning preferably takes place according to rows and columns, whereby several thousand rows and columns should be used depending on the required quality of the simulation results.
  • the generation of the essentially correct image of the corresponding visible surface portions of the image elements of the combination image or of the wavelength or gray level filters 3 illuminated by the image elements of the combination image can take place, for example, using known ray tracing algorithms.
  • the specified filter array geometry - in particular wavelength-dependent or wavelength-independent transmission degrees of the wavelength or grayscale filter - the specified imaging geometry and the spatial arrangement geometry can also be included.
  • step f) carried out according to the above regulation are shown in FIG. 9 and FIG. 10, but here the secondary, high-resolution images are shown in a special form:
  • Fig. 9 and Fig. 10 show, as it were, the manner in which one or two secondary images with certain (modified) image information result, as it were, from each of the predetermined monocular viewing positions 5 of the surface portions of individual image elements, the image elements here with regard to their view A k providing the image part information are marked.
  • a further detailed embodiment of the method according to the invention provides that in step g) the secondary images for the left and right eyes are output separately, the secondary images being spatially adjacent to one another, spatially nested one inside the other, or in succession by an imaging device, for example a cathode ray tube, an LC display, a DMD projector or a plasma display.
  • an imaging device for example a cathode ray tube, an LC display, a DMD projector or a plasma display.
  • the output of the secondary images takes place particularly preferably by means of such an image generator which has the image generator geometry specified in step a), in particular with regard to the picture element structure and size.
  • FIG. 1 3 shows an example of a first and a second view (in a sectional view) of a test scene (in the upper section of the picture) and an example of a possible simulation result based on these views in a schematic, greatly enlarged illustration (in the lower image section).
  • a test scene may result in the two views A k shown above in FIG. 1 3 (which can be generated, for example, from eight), the drawings being to be regarded as sections of the respective views.
  • a corresponding filter array geometry is given, which is not shown in further detail here, and it is assumed that the method according to the invention is carried out by specifying suitable monocular viewing positions and with the configuration of step f) in the form of the scanning described above , the simulation result shown in Fig.l 3 below could be the result.
  • the invention can be used advantageously with particularly little material effort to optimize 3D arrangements based on filter arrays. It can be used commercially in the context of development services in the field of 3D imaging.
  • the favorable cost-benefit ratio stems in particular from the fact that filter arrays or other optical assemblies to be created on a trial basis do not have to be physically manufactured for the initial assessment, but can be assessed beforehand with high precision. It is also a particularly fast and rational method for evaluating and optimizing the 3D image quality using the generally computer-aided simulation.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Simulationsverfahren, insbesondere auf ein Verfahren zur Simulation von räumlichen Eindrücken, welche mittels eines Bildgebers und eines oder mehrerer Filterarrays erzeugt werden. Das erfindungsgemässe Verfahren umfasst im wesentlichen die Schritte: 10 a) Vorgabe der Bildgebergeometrie eines Bildgebers, b) Vorgabe der Filterarraygeo metrie eines Filterarrays, c) Vorgabe einer räumlichen Anordnungsgeometrie im Bezug auf den Bildgeber und das Filterarray in einem dreidimensionalen Koordinatensystem (X,Y,Z), d) Vorgabe zweier monokularer Betrachtungspositionen vor besagter Anordnungsgeometrie, e) Vorgabe eines Kombinationsbildes, welches Teilinformationen aus mehreren Ansichten Ak (k=1 n) einer Szene enthält, f) Ermittlung eines ersten und eines zweiten sekundären Bildes, welches die auf Grund der vorgegebenen Filterarraygeometrie in Verbindung mit der vorgegebenen Bildgebergeometrie und der räumlichen Anordnungsgeometrie für ein Betrachterauge an der jeweils vorgegebenen ersten und zweiten monokularen Betrachtungsposition sichtbaren Bildelemente des vorgegebenen Kombinationsbildes enthält, sowie g) stereoskopische Sichtbarmachung des ersten und zweiten sekundären Bildes als jeweils linkes bzw. rechtes stereoskopisches Bild.

Description

Titel
VERFAHREN ZUR SIMULATION VON OPTISCHEN BAUTEILEN ZUR STEREOSKOPISCHEN ERZEUGUNG VON RÄUMLICHEN ENDRÜCKEN
Gebiet der Erfindung Die Erfindung bezieht sich auf ein Simulationsverfahren, insbesondere auf ein Verfahren zur Simulation von räumlichen Eindrücken, welche mittels eines Bildgebers und eines oder mehrerer Filterarrays erzeugt werden.
Stand der Technik
In der US 5,31 1 ,356 wird die Simulation der Effekte optischer Linsen beschrieben. Dazu werden Szenerien mittels bestimmter Linsen auf Folien aufgenommen. Diese Folien werden dem Betrachter zum Vergleich sichtbar dargeboten. Die Folie mit dem visuell besten Eindruck indiziert die auszuwählende Linse. Mit der in dieser Veröf- fentlichung beschriebenen Methode ist es allerdings nur möglich, reale Szenen Aufzunehmen und die entstehenden Folien zu bewerten, um eine bestimme Linse auszuwählen. Die Simulation eines 3D-Eindruckes für Filterarrays kann durch die Lehre der genannten Schrift nicht gewährleistet werden.
Aus der WO 93/1 0475 ist eine 3D-Anordnung unter Verwendung von linken und rechten Stereobildern bekannt. Dabei werden 3 D-Objekte/Szenen simuliert, indem entsprechende linke und rechte Stereoteilbilder erzeugt werden. Die Lehre dieser Schrift ist jedoch ebenfalls nicht geeignet, 3D-Eindrücke von Anordnungen mit Filterarrays zu simulieren. Die DE 100 03 326 C2 der Anmelderin beschreibt ein Verfahren sowie Anordnungen zur Erzeugung eines räumlichen Eindrucks, wobei die Betrachter zur SD- Wahrnehmung keinerlei Hilfsmittel benötigen. Bei diesem Verfahren wird ein Wel- lenlängenfilterarray vor (ggf. auch hinter) einem Bildgeber angeordnet, so daß für das Licht der Bildelemente des Bildgebers in Abhängigkeit deren Wellenlänge Lichtausbreitungsrichtungen vorgegebenen werden. In Verbindung mit dem Sichtbarmachen eines aus mehreren Ansichten einer Szene oder eines Gegenstandes zusammengesetzten Kombinationsbildes auf den Bildelementen des Bildgebers wird somit erreicht, daß Betrachter von einer Vielzahl von Betrachtungspositionen aus jeweils mit einem Auge überwiegend eine erste Auswahl aus den Ansichten und jeweils mit dem anderen Auge überwiegend eine zweite Auswahl aus den Ansichten sehen. Dadurch kommt ein räumlicher Eindruck zu Stande.
Während mit diesem Verfahren sehr gute räumliche Eindrücke erzielt werden kön- nen, ist die Neuentwicklung von Filterarrays in Kombination mit der Veränderung der entsprechenden Bildkombinationsvorschriften aufwendig und mühsam. Bislang muß jede neue Filterstruktur zum Ausprobieren ihrer Wirkung körperlich hergestellt werden, wodurch die Filterentwicklung verteuert wird.
Beschreibung der Erfindung
Von diesem Stand der Technik ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit dem die räumlichen Eindrücke, welche vermöge eines Bildgebers und eines Filterarrays zu erzeugen sind, simuliert werden können. Das Simula- tionsverfahren soll mit möglichst einfachen und kostengünstigen Mitteln umsetzbar sein. Fernerhin soll eine Anordnung zur Umsetzung des Verfahrens beschrieben werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Simulation von räumlichen Seheindrücken, umfassend die folgenden Schritte: a) Vorgabe der Bildgebergeometrie eines Bildgebers, insbesondere hinsichtlich Bildelementstruktur und -große, b) Vorgabe der Filterarraygeometrie eines Filterarrays, insbesondere hinsichtlich Filterelementstruktur und -große, c) Vorgabe einer räumlichen Anordnungsgeometrie im Bezug auf den Bildgeber und das Filterarray in einem dreidimensionalen Koordinatensystem (X,Y,Z), d) Vorgabe einer ersten und einer zweiten monokularen Betrachtungsposition vor besagter Anordnungsgeometrie in dem dreidimensionalen Koordinatensystem (X,Y,Z), e) Vorgabe eines Kombinationsbildes, welches für die Darstellung auf der vor- gegebenen Bildgebergeometrie geeignet ist und welches in definierter Zuordnung zu den Bildelementen Bildinformationen aus verschiedenen gegebenen primären Bildern, welche verschiedenen Ansichten Ak (k=l ..n) einer virtuellen oder realen Szene bzw. eines virtuellen oder realen Gegenstandes identisch sind, enthält, f) Ermittlung eines ersten und eines zweiten sekundären Bildes, welches die auf Grund der Filterarraygeometrie in Verbindung mit der Bildgebergeometrie und der räumlichen Anordnungsgeometrie für ein Betrachterauge an der jeweils ersten und zweiten monokularen Betrachtungsposition sichtbaren Bildelemente des Kombinationsbildes enthält, wobei ein Bildelement eines sekundären Bildes explizit auch lediglich einen Teil eines Bildelementes des
Kombinationsbildes repräsentieren kann, sowie g) stereoskopische Sichtbarmachung des ersten und zweiten sekundären Bildes oder von Teilen dieser sekundären Bilder als jeweils linkes bzw. rechtes stereoskopisches Bild.
Die Schritte a) bis e) können unter Umständen auch in veränderter Reihenfolge oder sogar parallel durchgeführt werden.
Es ist von Vorteil, wenn die Ansichten Ak (k=l ..n), aus denen das Kombinationsbild des Schrittes e) seine Bildinformationen bezieht, Ansichten, sogenannte „primäre Bilder", einer räumlichen Testszene sind.
Als Ansicht wird in diesem Zusammenhang wie auch im folgenden eine Ansicht bezeichnet, die einer zweidimensionalen Abbildung bzw. Aufnahme einer Szene oder eines Gegenstandes, beispielsweise der Testszene, von einer bestimmten Aufnahmeposition aus entspricht. So kann eine Ansicht Ak beispielsweise einer Perspektivansicht oder einer Parallelprojektion der Testszene entsprechen. Im Unterschied dazu enthält ein Kombinationsbild Bildinformationen gleichzeitig mehrerer, d.h. mindestens zweier, Ansichten. Die besagte Testszene beinhaltet bevorzugt zwei bis fünf, besonders bevorzugt drei verschiedene graphische Objekte. Im Falle dreier graphischer Objekte in der Testszene sind diese innerhalb der räumlichen Testszene in jeweils verschiedenen Tiefenpositionen z angeordnet, wobei beim Vergleich verschiedener Ansichten A bevorzugt genau eines der Objekte keine horizontale Verschiebung, genau eines eine positive und genau eines eine negative horizontale Verschiebung aufweist. Bei der Darstellung auf einem autostereoskopischen Display würde somit eines der Objekte dem Betrachter vor der Bildgeberfläche, eines etwa darauf und eines dahinter erscheinen.
Für das hier beschriebene Simulationsverfahren sollten die abgebildeten Objekte in den Ansichten Ak (k=l ..n) eine Breite von mindestens einer vollen Pixelspalte und eine Höhe von bevorzugt mindestens 24 Pixelzeilen aufweisen. Die Objekte der Testszene können homogen schwarz gefärbt, homogen grau gefärbt oder struktu- riert sein. Fernerhin können die Objekte der Testszene vor einem weißen oder strukturierten Hintergrund angeordnet sein.
Vorteilhaft werden die Ansichten A der Testszene von virtuellen oder realen Käme- ras aufgenommen, wobei die optischen Achsen der virtuellen oder realen Kameras parallel oder konvergierend ausgerichtet sind und wobei bevorzugt die entsprechenden Kamerapositionen jeweils zweier benachbarter Ansichten Ak stets in etwa den gleichen Abstand aufweisen. Dieses Merkmal ist leicht auszubilden: Virtuelle Kameras, die etwa von einem mit Software gesteuerten PC gebildet werden können, werden gleichabständig auf einem Kreisbogen angeordnet, so daß sie auf einen bestimmten Punkt, den Fixpunkt, konvergieren. Die äquidistante Anordnung von Kameras auf einer Geraden hingegen ermöglicht die Parallelausrichtung der virtuellen Kameras.
Es ist demgegenüber ebenfalls möglich, daß die Ansichten Ak für k>l ausgehend von der Ansicht A. erzeugt werden, indem die Ansicht A. vermöge einer Parallelprojektion der Testszene gebildet wird und indem die in der Ansicht A. abgebildeten graphischen Objekte der Testszene zur Erstellung der Ansichten Ak bei k>l jeweils einzeln horizontal verschoben werden, wobei das Maß der jeweiligen Verschiebung proportional zur Tiefenposition des jeweiligen Objektes in der räumli- chen Testszene ist und wobei das Maß der Verschiebung für unterschiedliche Ansichten, d.h. für unterschiedliche Werte k, bevorzugt unterschiedlich gewählt ist. Mit der letztgenannten Variation der Maßes der Verschiebung für disjunkte Werte k ist insbesondere gemeint, daß die Verschiebung eines Objektes einer beliebigen, aber festen Tiefenposition in der Regel um so größer ist, je höher (oder niedriger) der Wert k ist.
In der Regel - aber nicht zwingend - kann die in Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens vorzugebende Bildgebergeometrie ein orthogonales Array von Bildelementen in Zeilen j und Spalten i sein, wobei die Bildelemente Licht einer bestimmten Wellenlänge oder eines bestimmten Wellenlängenbereiches abstrahlen bzw. trans- mittieren und wobei jedes Bildelement einen durch eine geschlossene Kurve beschreibbaren, bevorzugt einen vieleckigen, besonders bevorzugt rechteckigen Umriß aufweist.
Für besondere Fälle sind auch Bildelementumrisse denkbar, welche keine geschlos- sene Kurve, sondern beispielsweise mehrere geschlossene Kurven als Umrisse aufweisen. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn ein Bildelement ringförmig ausgebildet ist und in der Mitte einen nicht zum Bildelement gehörenden Kern aufweist. Außerdem können mitunter auch zwei verschiedene Umrisse als zu einem Bildelement gehörig betrachtet werden.
Oftmals kommen als entsprechende Wellenlängenbereiche die der Grundfarben Rot, Grün und Blau in Frage. Es sind aber auch völlig andere Bildgeberprimärvalenzen denkbar.
Orthogonale Arrays von Bildelementen in Zeilen j und Spalten i sind z.B. für kommerziell erhältliche TFT-LC-Displays oder Plasma-Displays relevant.
Je nach Genauigkeitsanforderung an das erfindungsgemäße Simulationsverfahren werden bei der Vorgabe der Bildgebergeometrie feinere Details beachtet. So kann etwa ein kleinstes Bildelement eines TFT-Farb-LC-Displays, d.h. ein Farbsubpixel R, G oder B, mit einem rechteckigen Umriß oder aber mit einem vieleckigen Umriß, der die Form des einen Teil des Bildelementes abdeckenden Transistors berücksichtigt, vorgegeben werden. Auch eine „Black-Matrix" um ein Bildelement herum kann ggf. berücksichtigt werden. Ferner können - je nach Anforderungen an die Simulation - weitere Details wie die spektrale Abstrahlungscharakteristik der Bildelemente in den Raum oder die Farbtemperatur in die Bildgebergeometrie eingearbeitet werden.
Im Falle eines 1 5"-TFT-LC-Displays würde die Bildgebergeometrie z.B. durch ein orthogonales Array von Bildelementen in 768 Zeilen und 3072 Spalten beschrieben werden, wobei die erste Spalte im wesentlichen rotes Licht emittiert oder transmit- tiert, die zweite Spalte im wesentlichen grünes Licht emittiert oder transmittiert, die dritte Spalte im wesentlichen blaues Licht emittiert oder transmittiert, die vierte Spalte wiederum im wesentlichen rotes Licht emittiert oder transmittiert, usw.
Dabei weist beispielsweise - zum Zwecke einer Simulation mit eingeschränktem Aufwand - jedes Bildelement einen im wesentlichen rechteckigen Umriß mit etwa 300 μm Höhe und 1 00 μm Breite auf. Hierbei würden also die Black-Matrix, die Ab- Strahlcharakteristik und ggf. ein die Bildelemente teilweise bedeckender Transistor unberücksichtigt bleiben. Für detaillierte Simulationen können diese Details jedoch durchaus Eingang in die Bildgebergeometrie und damit in den Verfahrensablauf finden.
Der erfindungsgemäße Schritt b) ist vorteilhaft derartig auszugestalten, daß die Filterarraygeometrie eines Filterarrays in Form eines Maskenbildes vorgegeben wird. Dabei werden Wellenlängenfilter und/oder Graustufenfilter ß als Filterelemente in einem Array aus Zeilen q und Spalten p in Abhängigkeit von ihrer Transparenzwellenlänge, ihrem Transparenzwellenlängenbereich bzw. ihrem Transmissionsgrad λb nach folgender Funktion zu einem solchen Maskenbild kombiniert
P -dn - q - b = p -d - q — nm - IntegerPart mit nm p dem Index eines Wellenlängen- bzw. Graustufenfilters ß in einer Zeile des Arrays, q dem Index eines Wellenlängen- bzw. Graustufenfilters ß in einer Spalte des Arrays, b einer ganzen Zahl, die für ein Wellenlängen- bzw. Graustufenfilter ßpc] an der Position p,q eine der vorgesehenen Transparenzwellenlängen, Transparenzwellenlängenbereiche bzw. einen Transmissionsgrad λb festlegt und Werte zwischen 1 und b haben kann, - n einem ganzzahligen Wert größer „Null", d einer wählbaren Maskenkoeffizientenmatrix zur Variation der Erzeugung eines Maskenbildes und
IntegerPart einer Funktion zur Erzeugung der größten ganzen Zahl, die das in eckige Klammern gesetzte Argument nicht übersteigt; und wobei jedes Wellenlängen- bzw. Graustufenfilter ß einen durch eine geschlossene Kurve beschreibbaren, bevorzugt einen vieleckigen, besonders bevorzugt rechteckigen Umriß aufweist, der in der Regel eine Filterfläche von wenigen 1 0.000 μm2 bis einigen mm2 beinhaltet.
Für detailgerechte Simulationen umfaßt die Filterarraygeometrie auch weitergehende optische Eigenschaften wie etwa das Streuverhalten der Filter oder die Berücksichtigung der realen Transmissiongrade (falls diese von den vorgegebenen Werten abweichen).
Beispielshalber wird jedes Wellenlängen- bzw. Graustufenfilterelement etwa ein Drittel so breit wie ein Bildelement ausgebildet. Das Maskenbild kann z.B. den Parametern n =24 und d =-l =const genügen, wobei λ .. λ, für das sichtbare Licht voll- kommen transparente Transparenzwellenlängenbereiche und λ4.. λ24 für das sichtbare Licht vollkommen opake Transparenzwellenlängenbereiche sind. Weitere bei- spielhafte Parameter finden sich in der schon genannten DE 1 00 033 26 C2 und in der Gebrauchsmusterschrift DE 201 21 31 8 UI .
Vorteilhaft beschreibt die in Schritt c) vorgegebene räumliche Anordnungsgeometrie im Bezug auf den Bildgeber und das Filterarray in dem dreidimensionalen Koordina- tensystem (X,Y,Z) jeweils eine Ebene für den Bildgeber und das Filterarray sowie jeweils die räumliche Position des linken oberen und des rechten unteren Eckpunktes des Filterarrays bzw. des Bildgebers. Für praktische Anwendungsfälle werden die jeweiligen Ebenen für den Bildgeber und das Filterarray parallel oder zumindest im wesentlichen parallel sein.
Für ein 1 5"-LCD weist besagtes Koordinatensystem z.B. als Maßeinheit Millimeter auf. Beispielhaft genügt die Bildgeberebene dem Parameter z = 0 mm und die Filter- arrayebene der Bedingung z e [-20...+20 mm]. Die Position des jeweils linken oberen Eckpunkts des Filterarrays bzw. des Bildgebers genügt den Parametern x=y=0 mm, und die Position des jeweils rechten unteren Eckpunkts des Filterarrays bzw. des Bildgebers genügt z.B. den Parametern x = 307,2 mm y = 230,4 mm. Aus den Parametern ist im Falle der Parallelität der Ebenen für den Bildgeber und das Filterarray der Abstand zwischen selbigen entnehmbar, welcher in Verbindung mit der in der oben genannten DE 1 00 03 326 C2 beschriebenen Gleichung zu besagtem Abstand („z") einen ausgewählten Betrachtungsabstand ,,da" impliziert. Damit ist ein beispielhafter Betrachtungsabstand vor dem Filterarray gegeben, der bei einer weiteren Durchführung des erfindungsgemäßen Simulationsverfahrens beim Schritt d) der Vorgabe der monokularen Betrachtungspositionen gegebenenfalls Berücksichtigung finden kann.
Die letztgenannten beispielhaften Parameter dienen nur der plakativen Erläuterung; selbstverständlich können auch andere Werte für das erfindungsgemäße Simulationsverfahren vorgegeben werden.
Zur Anordnungsgeometrie zählen für sophistizierte Simulationen mitunter auch solche hilfsweisen Anordnungsbestandteile wie Substrate, welche etwa als Trägersubstrate von Filterarrays fungieren, einschließlich ihrer optischen Eigenschaften.
Die in Schritt d) in dem dreidimensionalen Koordinatensystem (X,Y,Z) vorzugeben- den monokularen Betrachtungspositionen vor der Anordnungsgeometrie erfüllen vorteilhaft die Bedingung, daß die Absolutwerte der Koordinatenkomponenten X, Y bzw. Z jeweils kleiner als das Dreifache der Bilddiagonale der vorgegebenen Bildgebergeometrie sind, sofern der Ursprung des Koordinatensystems (X,Y,Z) sich innerhalb des Bildgebers oder des Filterarrays befindet. Diese Vorgaben nicht erfüllende Koordinaten für die monokularen Betrachtungspositionen sind jedoch ebenfalls möglich.
Weiterhin ist es von Vorteil, das in Schritt e) vorzugebende Kombinationsbild nach folgender Vorschrift zu erstellen: - Einteilen der Ansichten Ak (k=l ...n) in ein jeweils gleichartiges Raster mit Zeilen j und Spalten i,
Kombinieren der n Ansichten Ak in Zeilen und Spalten miteinander, um ein einziges Kombinationsbild mit Bildelementen α zu erzeugen, wobei die Zuordnung von Teilinformationen aus den Ansichten Ak (k=l ...n) zu Bildelementen α der Positionen i j nach der Funktion festgelegt ist ; - cϋ -j -\ k = i -Cy - j -n - IntegerPart , mit
i dem Index eines Bildelementes in einer Zeile des Rasters, j dem Index eines Bildelementes in einer Spalte des Rasters, k der fortlaufenden Nummer des Bildes Ak (k=l ...n), aus dem die Teilinformati- on stammt, die auf einem bestimmten Bildelement α wiedergegeben werden soll, c einer wählbaren Koeffizienten matrix zur Kombination bzw. Mischung der verschiedenen von den Bildern Ak (k=l ...n) stammenden Teilinformationen auf dem Raster und - IntegerPart einer Funktion zur Erzeugung der größten ganzen Zahl, die das in eckige Klammern gesetzte Argument nicht übersteigt.
Eine derartige Kombinationsvorschrift zur Erstellung von Kombinationsbildern aus mehreren Ansichten ist bereits in der DE 1 00 03 326 C2 beschrieben.
Abweichend hiervon kommt eine weitere vorteilhafte Möglichkeit zur Erstellung des Kombinationsbildes in Frage, bei der mindestens einem Bildelement Bildteilinformationen aus mindestens zwei Ansichten zugeordnet wird. Derartige Bildteilinformationen mindestens zweier Ansichten werden auf mindestens einem Bildelement quasi gewichtet gemischt dargestellt. Dieser neuartige Ansatz ist in DE 1 01 45 1 33 Cl der Anmelderin näher beschrieben. Das in Schritt e) vorzugebende Kombinationsbild wird dabei bevorzugt nach folgender Vorschrift erstellt:
Einteilen der Ansichten Ak (k=l ...n) in ein jeweils gleichartiges Raster mit Zeilen j' und Spalten i', wodurch ein Tensor Akl dritter Stufe entsteht, welcher die Bil- dinformationen der Ansichten k (k=l ..n) in dem jeweils gleichartigen Raster
(i'j') enthält, Kombinieren der Bildinformationen A.„„ miteinander, um ein einziges Kombina- tionsbild mit Bildelementen α in einem Raster (i,j) zu erzeugen, wobei die Zuordnung von Teilinformationen aus den Tensorelementen Akrj, (k=l ...n) zu Bild- elementen α an den Positionen ij des Rasters (ij) nach der Funktion festgelegt ist
aü = ΣΣ∑ H - ' Skv ϋ • wobei k V f (g) ein Tensor fünfter Stufe ist, dessen Elemente g„, reelle Zahlen sind und die
Wirkung von Wichtungsfaktoren, die das Gewicht der betreffenden Teilinformation (A ) in einem Bildelement bestimmen, haben, und wobei die Raster (ij) und (i'j') bevorzugt gleich viele Spalten und gleich viele Zeilen aufweisen.
Im Hinblick auf die nachfolgenden Darlegungen sei bemerkt, daß ein durch den jeweiligen Bildgeber bedingter funktionaler Zusammenhang zwischen dem Einstellwert (Digitalwert) für jedes Bildelement und die durch entsprechende Bildelement erzeugte meßbare Leuchtdichte besteht. Wird im folgenden von der Modifikation eines Einstellwertes gesprochen, so wird selbstredend davon ausgegangen, daß ein veränderter Einstellwert eine ebenfalls veränderte meßbare Leuchtdichte auf dem entsprechenden Bildelement zur Folge hat.
Als Einstellwerte kommen hier vorteilhaft ganzzahlige Werte im Wertebereich von 0 bis 255 für jeweils die Grundfarben Rot, Grün und Blau in Frage. Die digitalisierte Form eines (farbigen) Bildes, z.B. des Kombinationsbildes, umfaßt demnach also eine Wertematrix, welche als Einträge eine Fülle solcher Einstellwerte enthält. Liegt ein RGB-Bildgeber zu Grunde, wird ein vollfarbiges Bildelement (Vollfarbpixel) in der Regel durch ein Triplett solcher Einstellwerte repräsentiert, nämlich durch jeweils eines für Rot, Grün und Blau. Demgegenüber ist mit dem Wort „Bildelement" im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere die kleinste physische Einheit eines Bildgebers, also z.B. ein R-, G- oder B-Farbsubpixel, gemeint.
Dies vorausgeschickt, wird die im erfindungsgemäßen Verfahrensschritt Schritt f) genannte Ermittlung jedes der sekundären Bilder bevorzugt wie folgt durchgeführt: Kopieren des Kombinationsbildes (mit den Bildelementen α..) in das entsprechende zu erstellende sekundäre Bild, Ermittlung für jedes einzelne kopierte Bildelement im sekundären Bild, welcher Flächenanteil desselben für ein Betrachterauge an der entsprechenden Betrachtungsposition sichtbar ist, wobei die vorgegebene Filterarraygeometrie, die vorgegebene Bildgebergeometrie und die räumliche Anordnungsgeometrie berücksichtigt werden, sowie Modifikation (a) des Einstellwertes jedes einzelnen kopierten Bildelementes im sekundären Bild durch Multiplikation seines ursprünglichen Einstellwertes mit dem Flächenquotienten „ermittelter sichtbarer Flächenanteil jedes einzelnen kopierten Bildelementes im sekundären Bild dividiert durch volle Fläche des entsprechenden Bildelementes" und/oder
Modifikation (b) des Einstellwertes jedes einzelnen kopierten Bildelementes im sekundären Bild durch Multiplikation seines ursprünglichen bzw. bereits modi- fizierten Einstellwertes mit einem Korrekturfaktor fk, für den bevorzugt 0<fk≤l gilt, und der ein Maß für den wellenlängenabhängigen bzw. wellenlängenunabhängigen Transmissionsgrad aller zwischen dem Betrachterauge an der entsprechenden Position und dem jeweiligen Bildelement liegenden Wellenlängen- und/oder Graustufenfilter ist bzw. der ein Maß ist für den wellenlängenabhän- gigen oder wellenlängenunabhängigen Transmissionsgrad aller dem jeweiligen
Bildelement aus der entsprechenden Betrachtungsrichtung nachfolgenden Wellenlängen- und/oder Graustufenfilter.
Es wird mit anderen Worten jedes kopierte Bildelement im sekundären Bild, welches eingangs exakt dem vorgegebenen Kombinationsbild entsprach, modifiziert, wobei die Modifikation mitunter auch ein unverändertes Bildelement bzw. einen unveränderten Einstellwert eines Bildelementes zur Folge haben kann. Die Modifikation (a) bezieht sich hierbei auf eine Modulation des Einstellwertes, die zum einen daher rührt, daß auf Grund des/der Filterarray(s) vor oder/und hinter dem Bildgeber von einigen derartigen Bildelementen von der jeweiligen monokularen Betrachtungsposition aus nur ein Teil oder gar nichts sichtbar ist. Entsprechend würde der jeweilige Bildelementeinstellwerte modifiziert.
Zum anderen rührt die Modifikation (b) von der Beeinflussung der wahrnehmbaren Leuchtdichte der entsprechenden Bildelemente auf Grund der genannten Transmissionsgrade der relevanten Wellenlängen- oder Graustufenfilter her. In letzterem Zusammenhang kann es beispielsweise auch eine Rolle spielen, daß für die Simulation reale Parameter vorgegeben werden, das heißt zum Beispiel für ein rotes Filter wird die Lichtintensität zu nur 50% im roten Wellenlängenbereich transmittierend vorge- geben, um weitestgehend reale Ergebnisse (und nicht nur theoretisch bei absolut idealen Filtern vorkommende) zu ermitteln.
Die Ermittlung der sekundären Bilder geschieht also insbesondere unter Berücksichtigung der dem jeweiligen Bildelement zugeordneten Wellenlänge/des zugeordne- ten Wellenlängenbereiches und unter Berücksichtigung aller zwischen dem Betrachterauge an der entsprechenden Position liegenden Wellenlängen- oder Graustufenfil- ter bzw. unter Berücksichtigung aller dem jeweiligen Bildelement aus der entsprechenden Betrachtungsrichtung nachfolgenden Wellenlängen- oder Graustufenfilter.
Bei den vorstehend genannten, für Schritt f) näher beschriebenen Modifikationen (a) und (b) des Einstellwertes jedes einzelnen kopierten Bildelementes im sekundären Bild sollte vorzugsweise noch eine vorzugebende Funktion berücksichtigt werden. Diese vorzugebende Funktion beschreibt für einen Bildgeber den funktionalen Zusammenhang zwischen der meßbaren Leuchtdichte eines Bildelementes und dessen Einstellwert, d.h. dem eingestellten Digitalwert, welcher in der Regel Werte von 0 bis 255 annimmt.
Die besagte Funktion kann beispielsweise empirisch ermittelt werden, indem für die verschiedenen Wellenlängenbereiche, z.B. die roten, grünen und blauen Wellenlän- gen-bereiche, vollflächige Testbilder mit jeweils verschiedenen Einstellwerten auf dem entsprechenden Bildgeber dargestellt werden und die entsprechende Leuchtdichte gemessen wird.
Für besondere Anwendungsfälle kann es auch sinnvoll sein, mehr als nur zwei sekundäre Bilder für entsprechend mehr als zwei monokulare Betrachtungspositionen nach der erfindungsgemäßen Lehre zu ermitteln.
Die im erfindungsgemäßen Schritt f) genannte Ermittlung jedes der sekundären Bilder kann außerdem wie folgt durchgeführt werden:
Flächiges Abrastern des der jeweiligen monokularen Betrachtungsposition gemäß der vorgegebenen Anordnungsgeometrie nächstliegenden flächigen Bauteiles, d.h. entweder eines Filterarrays oder des Bildgebers, und mit dem flächigen Abrastern einhergehende Erstellung eines hinreichend aufgelösten sekundären Bildes, welches ein im wesentlichen korrektes Abbild der entsprechenden sichtbaren Flächenanteile der Bildelemente des Kombinationsbildes bzw. der durch die Bildelemente des Kombinationsbildes beleuchteten Wellenlängen- bzw. Graustufenfilter ist, wobei die vorgegebene Filterarraygeometrie - insbesondere wellenlängenabhängige oder wellenlängenunabhängige Transmissionsgrade der Wellenlängen- bzw. Graustufenfil- tergeometrie, die vorgegebene Bildgebergeometrie und die räumliche Anordnungs- geometrie berücksichtigt werden. Auch hier geschieht die Erstellung des jeweiligen sekundären Bildes wieder insbesondere unter Berücksichtigung der dem jeweiligen Bildelement zugeordneten Wellenlänge/des zugeordneten Wellenlängenbereiches und unter Berücksichtigung aller zwischen dem Betrachterauge an der entsprechenden Position liegenden Wellenlän- gen- oder Graustufenfilter bzw. unter Berücksichtigung aller dem jeweiligen Bildelement aus der entsprechenden Betrachtungsrichtung nachfolgenden Wellenlängen- oder Graustufenfilter.
Besagtes flächige Abrastern geschieht vorzugsweise nach (virtuell vorgegebenen) Zeilen und Spalten, wobei hier je nach erforderlicher Güte der Simulationsergebnisse jeweils mehrere tausend Zeilen und Spalten angesetzt werden sollten.
Die Erzeugung des im wesentlichen korrekten Abbildes der entsprechenden sichtbaren Flächenanteile der Bildelemente des Kombinationsbildes bzw. der durch die Bildelemente des Kombinationsbildes beleuchteten Wellenlängen- bzw. Graustufenfilter kann beispielsweise unter Anwendung von bekannten Raytracing-Algorithmen stattfinden. Dabei sind auch die vorgegebene Filterarraygeometrie, insbesondere wellenlängenabhängige bzw. wellenlängenunabhängige Transmissionsgrade der Wellenlängen- bzw. Graustufenfiltergeometrie, die vorgegebene Bildgebergeometrie und die räumliche Anordnungsgeometrie einbeziehbar.
Bei der vorstehend genannten, für Schritt f) näher beschriebenen Ermittlung des sekundären Bildes vermöge des dargestellten Abrasterns sollte vorzugsweise auch noch eine vorzugebende Funktion berücksichtigt werden. Besagte vorzugebende Funktion beschreibt für einen vorzugebenden Bildgeber, etwa für einen solchen, der den vorgegebenen Bildgebergeometrieanforderungen genügt, den Zusammenhang zwischen der meßbaren Leuchtdichte eines Bildelementes und dessen Einstellwert.
Selbstverständlich kann der erfindungsgemäße Verfahrensschritt f) noch auf andere Weise umgesetzt werden.
Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß in Schritt g) eine getrennte Ausgabe der sekundären Bilder für das linke und rechte Auge erfolgt, wobei die sekundären Bilder örtlich nebeneinander, örtlich ineinander verschachtelt oder zeitlich nacheinander vermöge eines Bildgebers, beispielsweise einer Kathodenstrahlröhre, eines LC-Displays, eines DMD-Projektors oder eines Plasma-Displays, dargestellt werden. Dabei findet die Ausgabe der sekundären Bilder besonders bevorzugt vermöge eines solchen Bildgebers statt, der die in Schritt a) vorgegebene Bildgebergeometrie, insbesondere hinsichtlich Bildelementstruktur und -große, aufweist.
Im Rahmen der vorgenannten getrennten Ausgabe der sekundären Bilder für das linke und das rechte Auge wird bei einem Betrachter vermöge eines stereoskopischen Visualisierungsverfahrens eine visuelle Fusion des sekundären Bildpaares oder eine visuelle Fusion vergrößerter Ausschnitte des sekundären Bildpaares zu einem virtuellen 3D-Eindruck herbeigeführt. Dies kann beispielsweise mit oder ohne Stereoskop geschehen. Sowohl die ungekreuzte als auch die gekreuzte Fusion sind vorteilhaft nutzbar.
Optional kommt ebenfalls eine vergrößerte Ausgabe des Kombinationsbildes bzw. eines Ausschnittes desselben in Betracht, wobei die Farbe der Bildelemente (z.B. der Subpixel R,G,B) und die Nummer der entsprechenden, dem betreffenden Bildelement zugeordneten Ansichten Ak (1 ...n) sichtbar ausgegeben werden. Zuzüglich zu dieser Information kann dann entweder der zugehörige modifizierte Einstellwert oder der sichtbare Flächenumriß (je nach Ausgestaltung des Schrittes f) ausgegeben werden. Für besondere Simulationen mag es ferner von Vorteil sein, eine bildele- mentgenaue und vorzugsweise flächenleuchtdichtegenaue Ausgabe der sekundären Bilder durchzuführen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist ferner derart erweiterbar, daß nach oder par- allel zu der Ausführung des Verfahrensschrittes g) ein zusätzlicher Verfahrensschritt h) ausgeführt wird, der folgendes beinhaltet:
Räumlich versetzter und/oder zeitlich versetzter Vergleich des stereoskopisch sichtbar gemachten ersten und zweiten sekundären Bildes mit einem stereoskopisch sichtbar gemachten Bildpaar aus den Ansichten Ak, wobei bevorzugt für die stereoskopische Sichtbarmachung des ersten und zweiten sekundären
Bildes als auch für die stereoskopische Sichtbarmachung des Bildpaares aus den Ansichten Ak jeweils ein Bildgeber mit in etwa gleichen Parametern verwendet wird.
Optional werden dabei nur jeweils Ausschnittvergrößerungen besagter Bilder stereoskopisch sichtbar gemacht. Ferner kann das erfindungsgemäße Verfahren zweckmäßig nach oder parallel zu der Ausführung des Verfahrensschrittes g) oder h) noch um einen Verfahrensschritt i), der folgendes beinhaltet, erweitert werden: - Variation der ersten und/oder der zweiten Betrachtungsposition in mindestens einer ihrer Koordinaten im Koordinatensystem (X,Y,Z) sowie erneute Durchführung der Schritte e) bis g) bzw. e) bis h), sowie optional beliebig häufige Wiederholung des vorstehend beschriebenen Schrittes i).
Vermöge dieses Verfahrensschrittes i) ist es möglich, an diversen monokularen Betrachtungspositionen vor der simulierten Anordnung, bestehend aus Bildgeber und Filterarray(s), Aussagen über die sichtbaren Bildelemente zu treffen. Sind ausreichend viele Stützstellen (d.h. monokulare Betrachtungspositionen) simuliert worden, werden qualitative Aussagen über die Beschaffenheit des Betrachtungsraumes er- möglicht. Ein guter Kompromiß zwischen Simulationsaufwand (d.h. -häufigkeit) und Stützstellenhäufigkeit im Betrachtungsraum ergibt sich, wenn die Koordinaten in x- Richtung bzw. horizontal vor dem Bildgeber um jeweils ganzzahlige Vielfache von 65 mm verändert werden. Der Wert 65 mm entspricht der durchschnittlichen Pupillendistanz beim Menschen.
Die Variation des Simulationsverfahrens kann überdies auch noch auf andere vorteilhafte Weise geschehen: Werden beispielsweise eine oder mehrere der Vorgaben in den Schritten a), b) und/oder c), d.h. die Bildgebergeometrie, die Filterarraygeometrie, und/oder die räumliche Anordnungsgeometrie von Simulation zu Simulation (d.h. von einer gesamten Ausführung des Verfahrens zu einer weiteren Ausführung des gesamten Simulationsverfahrens) variiert, so können unterschiedliche Bildgeberund/oder Filterarray- und/oder Anordnungsgeometrien hinsichtlich ihrer sichtbaren Bildelemente an einer oder mehreren Betrachtungspositionen miteinander verglichen werden.
Derartige Vergleiche sind für die Weiterentwicklung von Anordnungen zur räumlichen Darstellung mittels Filterarray(s) und Bildgebern von großer Hilfe. Hierzu können im übrigen noch weitere Kriterien zur Bewertung der ermittelten sekundären Bilder herangezogen werden, etwa die Anzahl der sichtbaren Bildelemente an einer vorgegebenen monokularen Betrachtungsposition bzw. deren spektrale Zusammensetzung. Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst durch eine Anordnung zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Simulationsverfahrens, umfassend: a) Mittel zur digitalen Vorgabe der Bildgebergeometrie eines Bildgebers, insbe- sondere hinsichtlich Bildelementstruktur und -große, b) Mittel zur digitalen Vorgabe der Filterarraygeometrie eines Filterarrays, insbesondere hinsichtlich Filterelementstruktur und -große, c) Mittel zur digitalen Vorgabe einer räumlichen Anordnungsgeometrie im Bezug auf den Bildgeber und das Filterarray in einem dreidimensionalen Koor- dinatensystem (X,Y,Z), d) Mittel zur digitalen Vorgabe einer ersten und einer zweiten monokularen Betrachtungsposition vor besagter Anordnungsgeometrie in besagtem dreidimensionalen Koordinatensystem (X,Y,Z), e) Mittel zur Vorgabe eines Kombinationsbildes, welches für die Darstellung auf der vorgegebenen Bildgebergeometrie geeignet ist und welches in definierter
Zuordnung zu den Bildelementen Bildinformationen aus verschiedenen gegebenen primären Bildern, welche verschiedenen Ansichten Ak (k=l ..n) einer virtuellen oder realen Szene bzw. eines virtuellen oder realen Gegenstandes identisch sind, enthält, f) Mittel zur Ermittlung eines ersten und eines zweiten sekundären Bildes, welches die auf Grund der vorgegebenen Filterarraygeometrie in Verbindung mit der vorgegebenen Bildgebergeometrie und der räumlichen Anordnungsgeometrie für ein Betrachterauge an der jeweils vorgegebenen ersten und zweiten monokularen Betrachtungsposition sichtbaren Bildelemente des vorge- gebenen Kombinationsbildes enthält, wobei ein Bildelement eines sekundären Bildes explizit auch lediglich einen Teil eines Bildelementes des vorgegebenen Kombinationsbildes repräsentieren kann, sowie g) Mittel zur stereoskopischen Sichtbarmachung des ersten und zweiten sekundären Bildes oder von Teilen dieser sekundären Bilder als jeweils linkes bzw. rechtes stereoskopisches Bild.
Die Mittel a) bis f) werden bevorzugt in einer Baueinheit als ein mit Software gesteuerter PC ausgebildet. Ferner kommen bevorzugt als Mittel g) ein Stereoskop oder eine Shutterbrille und ein Monitor in Frage. Es ist aber auch denkbar, bei der stereo- skopischen Sichtbarmachung eine rein visuelle Fusion ohne jedwede Hilfsmittel auszunutzen. Auf diese Weise werden Ergebnisverfälschungen auf Grund der Un- vollkommenheit der Mittel zur stereoskopischen Sichtbarmachung vermieden.
Es ist im übrigen auch denkbar, beim erfindungsgemäßen Schritt b) keine Filter- arraygeometrie, sondern eine andere optische Eigenschaften beschreibende Geometrie, beispielsweise die eines Lentikularschirms, vorzugeben. Vorzugsweise wird dabei eine solche Geometrie für optische Bauteile vorgegeben, die bereits im Stand der Technik in Zusammenhang mit der räumlichen Darstellung verwendet wird. Die nachfolgenden Verfahrensschritte werden dann entsprechend ihrer Lehre an die Substitution des Filterarrays durch besagte andere Geometrie, welche bestimmte optische Eigenschaften beschreibt, angepaßt. Selbst die Simulation des 3D- Eindrucks einer 3D-Brille, etwa einer Anaglyphenbrille, ist somit im Rahmen der hier vorgestellten Lehre durchführbar.
Überdies kann das erfindungsgemäße Verfahren noch um eine zeitliche Komponente erweitert werden, etwa um den 3D-Eindruck räumlicher Bewegtbilder auf einer bestimmten Anordnung zu simulieren oder aber um die zeitlich veränderlichen Eigenschaften von bestimmten zeitlich sequentiellen 3D-Darstellungsverfahren, etwa von Shutterbrillenanordnungen, mit in die Simulation einzubeziehen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig.l eine Prinzipskizze zur Veranschaulichung möglicher Details im Zusammenhang mit der Filterarray-, Bildgeber- und Anordnungsgeometrie, Fig.2 eine beispielhafte Struktur für ein Wellenlängenfilterarray, Fig.3 eine Prinzipskizze in Querschnittsdarstellung zur möglichen Wirkungsweise eines Filterarrays, welches hier beispielhaft hinter einem transluzenten bzw. transparenten Bildgeber (z.B. einem LCD) angeordnet ist, Fig.4 ein Beispiel für eine im erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhaft verwendbare Testszene, Fig.5 eine Prinzipskizze zu einer beispielhaften Konstellation von die acht Ansich- ten aufnehmenden virtuellen oder reellen Kameras, welche insbesondere die
Kamerakonvergenz illustriert, Fig.6 eine Prinzipskizze zur Erzeugung verschiedener Ansichten aus einer ersten Ansicht A. durch horizontale Verschiebung der abgebildeten Objekte,
Fig.7 ein Beispiel einer möglichen Struktur eines aus mehreren Ansichten zusammengesetzten Kombinationsbildes, Fig.8 ein Beispiel für eine mögliche vorgegebene Filterarraystruktur,
Fig.9 und Fig.1 0 beispielhafte und schematisch skizzierte Ergebnisse des erfindungsgemäßen Simulationsverfahrens,
Fig.1 1 eine Prinzipskizze zur Ermittlung eines durch ein rotes Wellenlängenfilter sichtbaren Flächenanteils eines roten Bildelementes, Fig.1 2 beispielhafte Diagramme zum funktionalen Zusammenhang der meßbaren Leuchtdichte mit den digitalen Einstellwerten für ein beispielhaftes LCD, und
Fig.1 3 ein Beispiel für eine erste und zweite Ansicht und ein Beispiel für ein mögliches Simulationsergebnis auf der Basis dieser Ansichten in schematischer Darstellung.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Die Fig.l zeigt eine Prinzipskizze zur Veranschaulichung möglicher Details im Zusammenhang mit der Filterarray-, Bildgeber- und Anordnungsgeometrie. Dabei ist ein Bildgeber 1 und ein Filterarray 2 mit einer Vielzahl von Wellenlängen- und/oder Graustufenfiltern 3, von denen hier nur wenige zeichnerisch sichtbar gemacht sind, dargestellt. Ferner ist schemenhaft eine beispielhafte Struktur 4 eines Kombinationsbildes, welches aus mehreren Ansichten Ak zusammengesetzt ist und welches auf dem Bildgeber 1 angezeigt werden kann, eingezeichnet. Außerdem ist ein drei- dimensionales Koordinatensystem (X,Y,Z) dargestellt. Mit dem Bezugszeichen 5 sind zwei beispielhafte monokulare Betrachtungspositionen im Koordinatensystem (X,Y,Z) versehen.
Unter Zugrundelegung der Fig.l wird nun die Ausführung des eingangs beschriebe- nen erfindungsgemäßen Verfahren zur Simulation von räumlichen Seheindrücken näher erläutert.
Wie bereits dargelegt lauten die Verfahrensschritte: a) Vorgabe der Bildgebergeometrie eines Bildgebers 1 , insbesondere hinsichtlich Bildelementstruktur und -große, b) Vorgabe der Filterarraygeometrie eines Filterarrays 2, insbesondere hinsichtlich Filterelementstruktur und -große, c) Vorgabe einer räumlichen Anordnungsgeometrie im Bezug auf den Bildgeber 1 und das Filterarray 2 in einem dreidimensionalen Koordinatensystem (X,Y,Z), d) Vorgabe einer ersten und einer zweiten monokularen Betrachtungsposition 5 vor besagter Anordnungsgeometrie in besagtem dreidimensionalen Koordinatensystem (X,Y,Z), e) Vorgabe eines Kombinationsbildes, welches für die Darstellung auf der vorgegebenen Bildgebergeometrie geeignet ist und welches in definierter Zuordnung zu den Bildelementen Bildinformationen aus verschiedenen gegebenen primären Bildern, welche verschiedenen Ansichten Ak (k=l ..n) einer virtuellen oder realen Szene bzw. eines virtuellen oder realen Gegenstandes identisch sind, enthält, f) Ermittlung eines ersten und eines zweiten sekundären Bildes, welches die auf Grund der vorgegebenen Filterarraygeometrie in Verbindung mit der vorgegebenen Bildgebergeometrie und der räumlichen Anordnungsgeometrie für ein Betrachterauge an der jeweils vor-gegebenen ersten und zweiten monokularen Betrachtungsposition 5 sichtbaren Bildelemente des vorgegebenen Kombinationsbildes enthält, wobei ein Bildelement eines sekundären Bildes explizit auch lediglich einen Teil eines Bildelementes des vorgegebenen Kombinationsbildes repräsentieren kann, sowie g) stereoskopische Sichtbarmachung des ersten und zweiten sekundären Bildes oder Teile dieser sekundären Bilder als jeweils linkes bzw. rechtes stereoskopisches Bild.
Die Vorgabe der Bildgebergeometrie eines Bildgebers 1 in Schritt a) beinhaltet insbesondere die Vorgabe der Bildelementstruktur und -große. Nach der Darstellung aus Fig.l würde beispielhaft eine RGBRGBRGB... -Struktur des Bildgebers vorgegeben sein, so wie es für viele LCD und Plasmabildschirme der Fall ist.
Die einzelnen Farbsubpixel R, G, B sind z.B. rechteckig, eine eventuell vorhandene Black-Matrix sei zunächst vernachlässigt. Beispielhaft könnten die Farbsubpixel R, G, B jeweils 300μm hoch und l OOμm breit vorgegeben werden, wobei insgesamt 3072 Spalten und 768 Zeilen vorgesehen sein können. Dies entspricht einer Vollfar- bauflösung von 1 024 x 768 Pixeln, d.h. einer XGA-Auflösung. Die genannten Abma¬ ße sind für ein 1 5" LCD typisch. Bei Schritt b), d.h. bei der Vorgabe der Filterarraygeometrie eines Filterarrays 2, insbesondere hinsichtlich Filterelementstruktur und -große, würde hier beispielsweise die in Fig.2 (ausschnittsweise) gezeigte Filterarraystruktur vorgegeben werden. Je- des einzelne Filterelement 3 auf dem Array, d.h. jedes einzelne Wellenlängenfilter bzw. Graustufenfilter, habe eine im wesentlichen rechteckige Form mit einer Höhe von 299,3 μm und einer Breite von 99,77 μm. In der Zeichnung sind für den roten Wellenlängenbereich transparente Filterelemente 3 mit R', grüne mit G' und blaue mit B' gekennzeichnet. Ein schwarzer Abschnitt auf dem Filterarray 2 in Fig.l bzw. ein mit „S" gekennzeichnetes Filterelement 3 in Fig.2 entspricht jeweils einem bzw. mehreren lichtundurchlässigen, also opaken Filterelementen 3.
Es seien auf dem Filterarray 2 so viele Zeilen und Spalten vorgesehen, daß eine mindestens ebenso große Fläche mit Filterelementen 3 bedeckt wird, wie der Bildgeber 1 als bildgebende Oberfläche aufweist. Es ist im übrigen in Fig.l nur ein Ausschnitt von Filterelementen 3 auf dem Filterarray 2 angedeutet.
Die Vorgabe einer räumlichen Anordnungsgeometrie in Schritt c) im Bezug auf den Bildgeber 1 und das Filterarray 2 in einem dreidimensionalen Koordinatensystem (X,Y,Z) umfaßt insbesondere eine Information zur (Relativ)anordnung des Bildgebers 1 und des Filterarrays 2. Vorteilhaft beschreibt die vorgegebene räumliche Anordnungsgeometrie im Bezug auf den Bildgeber 1 und das Filterarray 2 in dem dreidimensionalen Koordinatensystem (X,Y,Z) jeweils eine Ebene für den Bildgeber 1 und das Filterarray 2 sowie jeweils die räumliche Position des linken oberen und des rechten unteren Eckpunktes des Filterarrays 2 bzw. des Bildgebers 1 . Für praktische Anwendungsfälle sollten die jeweiligen Ebenen für den Bildgeber 1 und das Filterarray 2 parallel oder zumindest im wesentlichen parallel sein.
Für ein 1 5"-LCD weist besagtes Koordinatensystem z.B. als Maßeinheit Millimeter auf. Die Bildgeberebene genügt beispielsweise dem Parameter z = 0 mm und die Filterarrayebene der Bedingung z e [-20...+20 mm], gemäß der Zeichnung Fig.l genau genommen z e [0...20 mm], da sich das Filterarray 2 in Betrachtungsrichtung vor dem Bildgeber 1 befindet. Die Position des jeweils linken oberen Eckpunkts des Filterarrays 2 bzw. des Bildgebers 1 genügt den Parametern x = y = 0 mm, und die Position des jeweils rechten unteren Eckpunkts des Filterarrays 2 bzw. des Bildgebers 1 genügt den Parametern x=307,2 mm y=230,4 mm. Aus den Parametern ist im Falle der Parallelität der Ebenen für den Bildgeber 1 und das Filterarray 2 der Abstand zwischen selbigen entnehmbar, welcher in Verbindung mit der in der oben genannten DE 1 00 03 326 C2 beschriebenen Gleichung zu dem Abstand z einen ausgewählten Betrachtungsabstand da impliziert. Damit ist ein beispielhafter Betrachtungsabstand da gegeben, der bei einer weiteren Durchführung des erfindungsgemäßen Simulationsverfahrens beim Schritt d) der Vorgabe der monokularen Betrachtungspositionen 5 gegebenenfalls Berücksichtigung finden kann. Die letztgenannten beispielhaften Parameter dienen nur der plakativen Erläu- terung; selbstverständlich können auch andere Werte für das erfindungsgemäße Simulationsverfahren vorgegeben werden.
Zur Anordnungsgeometrie zählen für sophistizierte Simulationen mitunter auch solche hilfsweisen Anordnungsbestandteile wie Substrate, welche etwa als Träger- Substrate von Filterarrays fungieren, einschließlich ihrer optischen Eigenschaften.
Erneut bezugnehmend auf Fig.l erläutert sich die unter Schritt d) vorgenommene Vorgabe einer ersten und einer zweiten monokularen Betrachtungsposition 5 vor besagter Anordnungsgeometrie in dem dreidimensionalen Koordinatensystem (X,Y,Z) quasi von selbst. Es liegen dann beispielsweise zwei Sätze von Koordinaten (X ,Y. ,Z.) bzw. (X2,Y2,Z2) vor, welche die zwei monokularen Betrachtungspositionen 5 klar definieren. Die Betrachtungspositionen 5 in Fig.l sind schematisch durch zwei Augen angedeutet. Beispielhaft können die Betrachtungspositionskoordinaten wie folgt gewählt sein: (X- = 1 50 mm, Y = 1 1 5 mm, Z. = 700 mm) bzw. (X2 = 21 5 mm, Y = 1 1 5 mm, Z = 700 mm).
Zurückkommend auf Schritt e), der die Vorgabe eines Kombinationsbildes umfaßt, welches für die Darstellung auf der Bildgebergeometrie geeignet ist und welches in definierter Zuordnung zu den Bildelementen Bildinformationen aus verschiedenen gegebenen primären Bildern, welche verschiedenen Ansichten Ak (k=l ..n) einer virtuellen oder realen Szene bzw. eines virtuellen oder realen Gegenstandes identisch sind, enthält, wird auf die Bildkomponente 4 in Fig.l verwiesen. Hier ist schemenhaft und in einem kleinen Ausschnitt eine mögliche Bildkombinationsstruktur vorgegeben. Dabei bedeuten die Buchstaben R,G,B jeweils die roten, grünen und blau- en Subpixelspalten (Bildelementspalten) eines Bildgebers 1 ; jede Zahl von 1 bis 8 indiziert die Nummer der Ansicht Ak (k=l ..8), aus der die an der jeweiligen Bildposi- tion im Kombinationsbild wiederzugebende Bildteilinformation herrührt. Ein etwas größerer Ausschnitt derselben Bildkombinationsstruktur ist in Fig.7 gezeigt und wird weiter unten noch näher diskutiert.
Zur näheren Erläuterung des Schrittes f) mit der Ermittlung eines ersten und eines zweiten sekundären Bildes, welches die auf Grund der vorgegebenen Filterarraygeometrie in Verbindung mit der vorgegebenen Bildgebergeometrie und der räumlichen Anordnungsgeometrie für ein Betrachterauge an der jeweils vorgegebenen ersten und zweiten monokularen Betrachtungsposition 5 sichtbaren Bildelemente des Kombinationsbildes enthält, wobei ein Bildelement eines sekundären Bildes explizit auch lediglich einen Teil eines Bildelementes des Kombinationsbildes repräsentieren kann, sei auf Fig.3 verwiesen.
Hier sind auch wieder schematisch ein Bildgeber 1 und ein Filterarray 2 gezeigt, wobei zusätzlich noch eine weißes Licht flächig abstrahlende Hintergrundbeleuchtung (6) vorgesehen ist. Die Anordnung nach Fig.3 differiert insofern von der Anordnung nach Fig. l , als daß hier das Filterarray 2 in Betrachtungsrichtung hinter dem Bildgeber 1 liegt. Selbstverständlich muß es sich bei diesem Bildgeber 1 um einen transparenten, transluzenten oder zumindest transflektiven Bildgeber 1 han- dein, damit das Filterarray 2 zur Wirkung kommt. In Fig.3 sind wiederum zwei monokulare Betrachtungspositionen 5 schematisch angedeutet.
Die im erfindungsgemäßen Verfahrensschritt Schritt f) genannte Ermittlung jedes der sekundären Bilder wird bevorzugt wie folgt durchgeführt: - Kopieren des Kombinationsbildes (mit den Bildelementen α ) in das entsprechende zu erstellende sekundäre Bild,
Ermittlung für jedes einzelne kopierte Bildelement im sekundären Bild, welcher Flächenanteil desselben für ein Betrachterauge an der entsprechenden Betrachtungsposition 5 sichtbar ist, wobei die vorgegebene Filterarraygeometrie, die vorgegebene Bildgebergeometrie und die räumliche Anordnungsgeometrie berücksichtigt werden, sowie
Modifikation (a) des Einstellwertes jedes einzelnen kopierten Bildelementes im sekundären Bild durch Multiplikation seines ursprünglichen Einstellwertes mit dem Flächenquotienten „ermittelter sichtbarer Flächenanteil jedes einzelnen kopierten Bildelementes im sekundären Bild dividiert durch volle Fläche des entsprechenden Bildelementes" und/oder Modifikation (b) des Einstellwertes jedes einzelnen kopierten Bildelementes im sekundären Bild durch Multiplikation seines ursprünglichen bzw. bereits modifizierten Einstellwertes mit einem Korrekturfaktor fk, für den bevorzugt 0<fk<l gilt, und der ein Maß für den wellenlängenabhängigen bzw. wellenlängenunab- hängigen Transmissionsgrad aller zwischen dem Betrachterauge an der entsprechenden Position und dem jeweiligen Bildelement liegenden Wellenlängen- und/oder Graustufenfilterelement 3 bzw. der ein Maß für den wellenlängenabhängigen bzw. wellenlängenunabhängigen Transmissionsgrad aller dem jeweiligen Bildelement aus der entsprechenden Betrachtungsrichtung nachfolgenden Wellenlängen- und/oder Graustufenfilterelement 3 ist.
Es wird mit anderen Worten jedes kopierte Bildelement im sekundären Bild, welches eingangs exakt dem vorgegebenen Kombinationsbild entsprach, modifiziert. Die Modifikation bezieht sich hierbei auf eine Modulation des Einstellwertes, die zum einen daher rührt, daß auf Grund des/der Filterarray(s) vor oder/und hinter dem Bildgeber von einigen derartigen Bildelementen von der jeweiligen monokularen Betrachtungsposition 5 aus nur ein Teil oder gar nichts sichtbar ist.
Entsprechend würde der jeweilige Bildelementeinstellwert modifiziert. Zum anderen rührt die Modifikation (b) von der Beeinflussung der wahrnehmbaren Leuchtdichte der entsprechenden Bildelemente auf Grund der genannten Transmissionsgrade der relevanten Wellenlängen- oder Graustufenfilter her. In letzterem Zusammenhang kann es beispielsweise auch eine Rolle spielen, daß für die Simulation reale Parameter vorgegeben werden, das heißt zum Beispiel für ein rotes Filter wird die Lichtin- tensität zu nur 50% im roten Wellenlängenbereich transmittierend vorgegeben, um weitestgehend reale Ergebnisse (und nicht nur theoretisch bei absolut idealen Filtern vorkommende) zu ermitteln.
Die Fig.3 ist eine Prinzipskizze in Querschnittsdarstellung zur möglichen Wirkungs- weise eines Filterarrays, welches hier beispielhaft hinter einem transparenten oder transluzenten Bildgeber (z.B. einem LCD) angeordnet ist. Hieraus ist ersichtlich, daß von den beiden monokularen Betrachtungspositionen 5 aus von nahezu jedem (sichtbaren) Bildelement, d.h. Farbsubpixel, des Bildgebers 1 nur jeweils ein be¬ stimmter flächenhafter Anteil sichtbar ist. Genau dieser sichtbare Anteil liegt der vorstehend beschriebenen Modulation (a) des Einstellwertes zu Grunde. Die Farbsubpixel sind hier mit R, G und B gekennzeichnet. ln der Praxis ist es selbstverständlich auch möglich, das o.g. Kopieren des Kombinationsbildes, die Ermittlung der sichtbaren Flächenanteile sowie die Modifikationen (a) und/oder (b) der Einstellwerte quasi gleichzeitig oder in einer anderen Reihen- folge, welche die angestrebte Funktionalität jedoch ebenfalls gewährleistet, oder jeweils in der genannten Reihenfolge, jedoch bildelementweise, durchzuführen.
Zur Erläuterung des Sachverhaltes von sichtbaren Flächenanteilen eines Bildelementes dient ferner die Zeichnung Fig.l 1 . Hier ist schemenhaft eine nicht maßstäblich und starke Ausschnittvergrößerung eines möglichen Sichtverhältnisses aus einer möglichen monokularen Betrachtungsposition abgebildet. Es handelt sich dabei um eine Prinzipskizze zur Ermittlung des durch ein rotes Wellenlängenfilter sichtbaren Flächenanteils eines Bildelementes.
Mit (R) ist ein rotes Bildelement des Kombinationsbildes bezeichnet, welches auf dem Bildgeber 1 repräsentiert wird. Weiterhin sind opake, also für das sichtbare Licht undurchlässige Filterelemente 3 (Wellenlängen- bzw. Graustufenfilter) vorhanden, die hier als eine Einheit (S) schraffiert eingezeichnet sind. Die zeichnerisch dargestellte Einheit (S) von Filterelementen 3 kann beispielsweise auch durch enges Aneinanderlegen mehrerer opaker Filterelemente 3 gebildet werden.
Außerdem ist ein rotes Wellenlängenfilter (R'), welches sich in der Konfiguration nach Fig.l vor dem Bildgeber 1 mit dem Bildelement (R) befindet, dargestellt. Aus Fig.l 1 ist ersichtlich, daß aus der zu Grunde liegenden monokularen Betrachtungs- position 5 vom Bildelement (R) des Bildgebers 1 , welcher vereinbarungsgemäß ein Kombinationsbild aus mehreren Ansichten Ak repräsentiert, nur der Flächenanteil Avls sichtbar ist.
Dieser Flächenanteil kann z.B. über Raytracing-Verfahren ermittelt werden und dient der oben beschriebenen Modifikation (a) des Einstellwertes im entsprechenden sekundären Bild. Es entspricht hier der Flächenanteil Av]s dem „ermittelten sichtbaren Flächenanteil jedes einzelnen kopierten Bildelementes im sekundären Bild", wobei die „volle Fläche des entsprechenden Bildelementes" hier der gesamten Fläche des Bildelementes (R) entspricht. Analog würde mit jedem Bildelement des Bildgebers 1 verfahren, natürlich auch mit den beispielsweise grünen und blauen. Bei der vorstehend genannten, für Schritt f) näher beschriebenen Ermittlung des sekundären Bildes sollte vorzugsweise auch noch eine vorzugebende Funktion berücksichtigt werden. Diese Funktion beschreibt für einen Bildgeber 1 , etwa für einen solchen, der den vorgegebenen Bildgebergeometrieanforderungen genügt, den funktionalen Zusammenhang zwischen der meßbaren Leuchtdichte eines Bildelementes und dessen Einstellwert, d.h. dem jeweiligen Digitalwert, mit dem das entsprechende Bildelement angesteuert wird.
Die besagte Funktion kann beispielsweise empirisch ermittelt werden, indem für die verschiedenen Wellenlängenbereiche, z.B. die roten, grünen und blauen Wellenlängenbereiche, entsprechend gefärbte vollflächige Testbilder mit jeweils verschiedenen Einstellwerten auf dem entsprechenden Bildgeber 1 dargestellt und die entsprechende Leuchtdichte gemessen wird.
Beispielhafte Ergebnisse dieser Art sind für einen Bildgeber 1 vom Typ LG LM l 51 X2- C2TH in den Diagrammen der Fig.l 2 gezeigt. Die Diagramme wurden jeweils - wie vorstehend angeregt - für vollflächige rote, grüne und blaue Testbilder aufgenommen und zeigen den o.g. funktionalen Zusammenhang zwischen Einstellwert (für jeweils rote, grüne und blaue Bildelemente) und der resultierenden Leuchtdichte auf.
Dabei ist der jeweilige Einstellwert auf der Abszisse verzeichnet. Üblicherweise werden Einstellwerte für RGB-Displays in einem Wertebereich von 0...255 (für jeweils R, G, B) angegeben. Die Ordinate spiegelt die jeweils bei einem verzeichneten Einstell- wert meßbare Leuchtdichte wider.
Deutlich zu erkennen ist in diesen Diagrammen, daß ein nicht linearer Zusammenhang zwischen dem Einstellwert und der meßbaren Leuchtdichte vorliegt, so daß beispielsweise die sichtbare Hälfte eines Bildelementes nicht einfach durch die Hal- bierung (bei der Modifikation (a)) des Einstellwert implementiert werden kann. Hier ist vielmehr - wie schon erwähnt - eine entsprechend vorzugebende Funktion, die vorzugsweise für jeden zu behandelnden Wellenlängenbereich separat ermittelt bzw. vorgegeben wird, anzusetzen, um eine geeignete Modifikation (a) - und auch (b) - des Einstellwertes zu erzielen. Die Funktion ist beispielsweise einfach durch das entsprechende Diagramm gegeben: Soll etwa die sichtbare Hälfte eines grünen Bildelementes (welches im Kombinationsbild beispielsweise durch den höchsten Einstellwert 255 angesteuert wird) durch dessen modifizierten Einstellwert im sekundären Bild repräsentiert werden, so würde die Modifikation des Einstellwertes auf ca. den Einstellwert 1 85 nötig sein. Der Einstellwert 1 85 ist leicht aus dem mittleren Diagramm der Fig.l 2 abzulesen, indem ausgehend von der höchstmöglichen Leuchtdichte, die dem Einstellwert 255 entspricht, derjenige Einstellwert ausgemacht wird, dem etwa die halbe maximale Leuchtdichte entspricht.
Die vorzugebende Funktion ergänzt bzw. ersetzt demnach den oben genannten Quotienten „ermittelter sichtbarer Flächenanteil jedes einzelnen kopierten Bildelementes im sekundären Bild dividiert durch volle Fläche des entsprechenden Bildelementes", indem sie die durchzuführende Modifikation (a) des digitalen Einstellwer- tes derart erweitert, daß die aus der Einstellwertmodifikation resultierende Veränderung der Leuchtdichte (des entsprechenden Bildelementes) im richtigen Verhältnis zum o.g. Flächenanteilsquotienten durchgeführt wird.
Demgegenüber ist die Modifikation (b) durch die Beeinflussung der jeweils meßba- ren Leuchtdichte der entsprechenden Bildelemente auf Grund der genannten Transmissionsgrade der relevanten Wellenlängen- oder Graustufenfilterelemente 3 bedingt. In letzterem Zusammenhang kann es beispielsweise auch eine Rolle spielen, daß für die Simulation reale Parameter vorgegeben werden. Das heißt, für ein rotes Filterelement 3 wird z.B. die Lichtintensität zu nur 50% im roten Wellenlän- genbereich transmittierend vorgegeben, um weitestgehend reale Ergebnisse (und nicht nur theoretisch bei absolut idealen Filtern vorkommende) zu ermitteln. Dieser Fall ist zeichnerisch nicht dargestellt. Auch bei der letztgenannten Modifikation (b) ist der weiter oben schon beschriebene funktionale Zusammenhang zwischen Einstellwert und meßbarer Leuchtdichte zu beachten, indem beispielsweise eine ent- sprechende Funktion vorgegeben oder empirisch ermittelt wird.
Die Ermittlung der sekundären Bilder geschieht also insbesondere unter Berücksichtigung der dem jeweiligen Bildelement zugeordneten Wellenlänge/des zugeordneten Wellenlängenbereiches und unter Berücksichtigung aller zwischen dem Betrach- terauge an der entsprechenden Position liegenden Wellenlängen- oder Graustufenfilterelemente 3 bzw. unter Berücksichtigung aller dem jeweiligen Bildelement aus der entsprechenden Betrachtungsrichtung nachfolgenden Wellenlängen- oder Graustu- fenfilterelemente 3.
Zur stereoskopischen Sichtbarmachung (Schritt g)) des ersten und zweiten sekundä- ren Bildes oder Teile dieser sekundären Bilder als jeweils linkes bzw. rechtes stereoskopisches Bild sind keine Zeichnungen beigefügt, da hierzu im Stand der Technik diverse Ansätze existieren.
Wie eingangs erwähnt ist es von Vorteil, wenn die Ansichten Ak (k=l ..n), aus denen das Kombinationsbild des Schrittes e) seine Bildinformationen bezieht, Ansichten („primäre Bilder") einer räumlichen Testszene sind. Als Ansicht wird in diesem Zusammenhang wie auch im folgenden eine Ansicht bezeichnet, die einer zweidimensionalen Abbildung bzw. Aufnahme einer Szene oder eines Gegenstandes, beispielsweise der Testszene, von einer bestimmten Aufnahmeposition aus entspricht. So kann eine Ansicht Ak beispielsweise einer einzigen Perspektivansicht oder einer Parallelprojektion der Testszene entsprechen. (Im Unterschied dazu enthält ein Kombinationsbild Bildinformationen gleichzeitig mehrerer, d.h. mindestens zweier, Ansichten.)
Besagte Testszene beinhaltet bevorzugt zwei bis fünf, besonders bevorzugt drei verschiedene graphische Objekte. Im Falle der Beinhaltung dreier graphischer Objekte in der Testszene sind die Objekte innerhalb der räumlichen Testszene in jeweils verschiedenen Tiefenpositionen z angeordnet, wobei beim Vergleich verschiedener Ansichten Ak bevorzugt genau eines der Objekte keine Verschiebung, genau eines eine positive und genau eines eine negative horizontale Verschiebung aufweist. Bei der Darstellung auf einem autostereoskopischen Display würde somit eines der Objekte dem Betrachter vor der Bildgeberfläche, eines etwa darauf und eines dahinter erscheinen.
Eine solche Szene ist schemenhaft im oberen Abschnitt der Fig.4 skizziert. Dabei würde die Kugel an einer hinteren Tiefenposition, der strukturierte Quader an der mittleren Tiefenposition (korrespondierend zur Bildgeberoberfläche eines autostereoskopischen Bildgebers) und der nur mit Strichen dargestellte Quader in einer vorderen Tiefenposition angeordnet sein. Der untere Abschnitt in Fig.4 zeigt sche- menhaft acht von dieser Testszene beispielsweise mit einer virtuellen Kamera aufgenommene Ansichten A („primäre Bilder"), wobei die virtuelle Kamera als ein mit Software gesteuerter PC ausgebildet sein kann. Selbstverständlich kann es sich hierbei ebenso um farbige Ansichten Ak handeln. Das im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Kombinationsbild ist nach einer jeweils vorgegebenen Bildkombinationsstruktur (z.B. nach der aus Fig.7) aus diesen Ansichten Ak (k=1 ..8) zusam- mengesetzt.
Vorteilhaft werden die Ansichten A, der Testszene von virtuellen oder realen Kame- ras aufgenommen, wobei die Achsen der virtuellen oder realen Kameras parallel oder konvergierend ausgerichtet sind und Ak wobei bevorzugt die entsprechenden Kamerapositionen jeweils zweier benachbarter Ansichten Ak stets in etwa den gleichen Abstand aufweisen. Dieses Merkmal ist leicht auszubilden: Virtuelle Kameras, die etwa von einem mit Software gesteuerten PC gebildet werden können, werden gleichabständig auf einem Kreisbogen angeordnet, so daß sie auf einen bestimmten Punkt, den Fixpunkt, konvergieren. Dieser Sachverhalt ist als Prinzipskizze in Fig.5 dargestellt. Der Fixpunkt liegt hier auf der Oberfläche des mittleren, strukturierten Quaders.
Es ist demgegenüber jedoch auch möglich, daß die Ansichten Ak für k>l ausgehend von der Ansicht A. erzeugt werden, indem die Ansicht A vermöge einer Parallel- projektion der Testszene gebildet wird und indem die in der Ansicht A abgebildeten graphischen Objekte der Testszene zur Erstellung der Ansichten Ak bei k>l jeweils einzeln horizontal verschoben werden, wobei das Maß der jeweiligen Verschiebung proportional zur Tiefenposition des jeweiligen Objektes in der räumlichen Testszene ist und wobei das Maß der Verschiebung für unterschiedliche An- sichten, d.h. unterschiedliche Werte k, bevorzugt unterschiedlich gewählt ist. Mit der letztgenannten Variation der Maßes der Verschiebung für disjunkte Werte k ist insbesondere gemeint, daß die Verschiebung eines Objektes einer beliebigen, aber festen Tiefenposition in der Regel um so größer ist, je höher (oder niedriger) der Wert k ist.
Diese Vorgehensweise ist schematisch in Fig.6 gezeigt. Die Abbildung links oben in Fig.6 entspricht in etwa einer deutlich vereinfachten Parallelprojektion der Testsze¬ ne. Schattierungen und Schraffuren wurden in Fig.6 weggelassen, da sie zum Ver¬ ständnis des in Rede stehenden Vorgehens nicht notwendig sind. Besagte linke obe- re Abbildung entspräche nun zunächst der parallelprojizierten Ansicht A.. Ausge- hend von dieser Ansicht A werden die enthaltenen graphischen Objekte wie obenstehend beschrieben horizontal verschoben.
Diese Vorgehensweise ist in Fig.6 im Abschnitt rechts unten illustriert: Die gestri- chelten Linien verdeutlichen die Außenkanten der Objekte in der derartig erzeugten Ansicht A2. Sollte die - hier nicht dargestellte - Ansicht A3 ebenfalls erzeugt werden, so würde wie vorstehend beschrieben das Maß der Verschiebung verstärkt und das linke bzw. rechte Objekt würden zur Synthese dieser Ansicht A3 noch weiter verschoben werden, als für die Ansicht A2. Der mittlere Quader wird wegen seiner mit- tigen Tiefenposition, die der Bildgeberoberfläche eines autostereoskopischen Bildgebers entspricht, nicht verschoben.
Wie eingangs schon erwähnt ist der erfindungsgemäße Schritt b) vorteilhaft derartig auszugestalten, daß die Filterarraygeometrie eines Filterarrays 2 in Form eines Mas- kenbildes vorgegeben wird. Dabei werden Wellenlängenfilter und/oder Graustufenfilter ß (d.h. die Filterelemente 3 des Filterarrays 2) in einem Array aus Zeilen q und Spalten p in Abhängigkeit von ihrer Transparenzwellenlänge/ihrem Transparenzwellenlängenbereich/ ihrem Transmissionsgrad λb nach folgender Funktion zu einem solchen Maskenbild kombiniert
p dem Index eines Wellenlängen- bzw. Graustufenfilters ß in einer Zeile des Arrays, q dem Index eines Wellenlängen- bzw. Graustufenfilters ß in einer Spalte des Arrays, - b einer ganzen Zahl, die für ein Wellenlängen- bzw. Graustufenfilter ßpq an der Position p,q eine der vorgesehenen Transparenzwellenlängen/- wellenlängenbereiche bzw. einen Transmissionsgrad λb festlegt und Werte zwischen 1 und b haben kann, nm einem ganzzahligen Wert größer „Null", - d einer wählbaren Maskenkoeffizientenmatrix zur Variation der Erzeugung eines Maskenbildes und
IntegerPart einer Funktion zur Erzeugung der größten ganzen Zahl, die das in eckige Klammern gesetzte Argument nicht übersteigt; und wobei jedes Wellenlängen- bzw. Graustufenfilter ß einen durch eine geschlossene Kurve beschreibbaren, bevorzugt einen vieleckigen, besonders bevorzugt rechtecki- gen Umriß aufweist, der eine Filterfläche von wenigen 1 0.000 μm2 bis einigen mm2 beinhaltet.
Beispielshalber wird jedes Wellenlängen- bzw. Graustufenfilterelement ß etwa ein
Drittel so breit wie ein Bildelement des Bildgebers 1 , das heißt zum Beispiel 33,26 μm breit und 299,3 μm hoch ausgebildet. Ein beispielhaftes Maskenbild läßt sich mit den folgenden Parametern erzeugen: λ .. λ3 sind für das sichtbare Licht vollkommen transparente Transparenzwellenlängenbereiche, λ4.. λ24 sind für das sichtbare Licht vollkommen opake Transparenzwellenlängenbereiche, n = 24 und
_ p - [((p + 2 - q - l)mod24) + 1] d pq
O
Demnach sind drei horizontal benachbarte Filterelemente 3 zusammen etwa so groß wie ein Bildelement. Ein derartig definiertes Filterarray 2 ist - nicht maßstäblich - in Fig.8 dargestellt. Es kann vorteilhaft mit der in Fig.7 gezeigten Bildkombinationsstruktur zur Erzielung eines räumlichen Eindrucks eingesetzt werden.
Zur Beschreibung der Bildkombinationsvorschrift bzw. der Struktur des Kombinationsbildes wird das in Schritt e) vorzugebende Kombinationsbild nach folgender Vorschrift erstellt:
Einteilen der Ansichten Ak (k=1 ...n) in ein jeweils gleichartiges Raster mit Zeilen j und Spalten i,
Kombinieren der n Ansichten Ak in Zeilen und Spalten miteinander, um ein einziges Kombinationsbild mit Bildelementen α zu erzeugen, wobei die Zuord- nung von Teilinformationen aus den Ansichten Ak (k=l ...n) zu Bildelementen α der Positionen ij nach der Funktion festgelegt ist
k - i -Cy - j — n - IntegerPart , mit
i dem Index eines Bildelementes α in einer Zeile des Rasters, ü j dem Index eines Bildelementes α in einer Spalte des Rasters, - k der fortlaufenden Nummer des Bildes Ak (k=l ...n), aus dem die Teilinformation stammt, die auf einem bestimmten Bildelement α.. wiedergegeben werden soll, cu einer wählbaren Koeffizientenmatrix zur Kombination bzw. Mischung der verschiedenen von den Bildern Ak (k=l ...n) stammenden Teilinformationen auf dem Raster und
IntegerPart einer Funktion zur Erzeugung der größten ganzen Zahl, die das in eckige Klammern gesetzte Argument nicht übersteigt.
Insofern das Raster (ij) dem Raster der Farbsubpixel R,G,B eines LCD-Bildschirms entspricht und insofern als Koeffizientenmatrix
■ [(lntegerPart(i + j ■ f )mod8)+ 1] cv = -
bei n = 8 gewählt wird, ergibt sich die schon mehrfach zitierte Bildkombinationsstruktur, die ausschnittsweise in Fig.7 gezeigt ist.
Die im erfindungsgemäßen Schritt f) genannte Ermittlung jedes der sekundären Bilder kann außerdem wie folgt durchgeführt werden:
Flächiges Abrastern des der jeweiligen monokularen Betrachtungsposition gemäß der vorgegebenen Anordnungsgeometrie nächstliegenden flächigen Bauteiles, d.h. entweder eines Filterarrays 2 oder des Bildgebers 1 , und mit dem flächigen Abrastern einhergehende Erstellung eines hinreichend aufgelösten sekundären Bildes, welches ein im wesentlichen korrektes Abbild der entsprechenden sichtbaren Flächenanteile der Bildelemente des Kombinationsbildes bzw. der durch die Bildelemente des Kombinationsbildes beleuchteten Wellenlängen- bzw. Graustufenfilterelemente 3 ist, wobei die vorgegebene Filterarray- geometrie - insbesondere wellenlängenabhängige bzw. wellenlängenunabhängige Transmissionsgrade der Wellenlängen- bzw. Graustufenfilterelemente 3 - die vorgegebene Bildgebergeometrie und die räumliche Anordnungsgeometrie berücksichtigt werden.
Auch hier geschieht die Erstellung des jeweiligen sekundären Bildes wieder insbesondere unter Berücksichtigung der dem jeweiligen Bildelement zugeordneten Wellenlänge/des zugeordneten Wellenlängenbereiches und unter Berücksichtigung aller zwischen dem Betrachterauge an der entsprechenden Position liegenden Wellenlängen- oder Graustufenfilter bzw. unter Berücksichtigung aller dem jeweiligen Bild- element aus der entsprechenden Betrachtungsrichtung nachfolgenden Wellenlängen- oder Graustufenfilterelemente 3.
Das flächige Abrastern geschieht vorzugsweise nach Zeilen und Spalten, wobei hier je nach erforderlicher Güte der Simulationsergebnisse jeweils mehrere tausend Zeilen und Spalten angesetzt werden sollten.
Die Erzeugung des im wesentlichen korrekten Abbildes der entsprechenden sichtbaren Flächenanteile der Bildelemente des Kombinationsbildes bzw. der durch die Bildelemente des Kombinationsbildes beleuchteten Wellenlängen- bzw. Graustufenfilter 3 kann beispielsweise unter Anwendung von bekannten Raytracing- Algorithmen stattfinden. Dabei sind auch die vorgegebene Filterarraygeometrie - insbesondere wellenlängenabhängige bzw. wellenlängenunabhängige Transmissionsgrade der Wellenlängen- bzw. Graustufenfilter - die vorgegebene Bildgebergeo- metrie und die räumliche Anordnungsgeometrie einbeziehbar.
Unter Zugrundelegung einer Anordnungsgeometrie nach Fig.l , einer Kombinationsbildstruktur nach Fig.7 und einem Filterarray 2 nach Fig.8 würden dann beispielsweise bei besagtem Abrastern - hier des Filterarrays 2 - aus den beiden monokula- ren Betrachtungspositionen 5 Bildelemente jeweils komplett, teilweise oder nicht sichtbar sein und entsprechend in den sekundären Bildern Eingang finden.
Beispielhafte Ergebnisse des nach der vorstehenden Vorschrift ausgeführten Schrittes f) sind in Fig.9 und Fig. l 0 dargestellt, wobei hier allerdings die sekundären, hochaufgelösten Bilder in einer besonderen Form dargestellt sind: Während die tatsächliche Ausführung des Schrittes f) nach der vorstehend beschriebenen Art und Weise tatsächlich ein bzw. zwei sekundäre Bilder mit bestimmten (modifizierten) Bildinformationen zur Folge hat, zeigen Fig.9 und Fig.l 0 gewissermaßen die jeweils aus den vorgegebenen monokularen Betrachtungspositionen 5 sichtbaren Flächen- anteile einzelner Bildelemente, wobei die Bildelemente hier hinsichtlich ihrer die Bildteilinformation liefernden Ansicht Ak gekennzeichnet sind. So wären beispielsweise aus der der Fig.9 zu Grunde liegenden monokularen Betrachtungsposition 5 nur Bildelemente sichtbar, die ihre Bildteilinformation aus den Ansichten Ak mit k=l und k=2 beziehen. Gemäß Fig.l 0 lägen entsprechend Bildteilinformation aus den Ansichten A k mit k = 4 und k = 5 zu Grunde. Es ist an diesen Zeichnungen im übrigen recht gut die in der DE 1 00 03 326 C2 beschriebene Funktionsweise der Erzeugung des räumlichen Eindruckes zu erkennen: Jedes Auge sieht überwiegend eine Auswahl aus bestimmten Ansichten.
Eine weitere detaillierte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß in Schritt g) eine getrennte Ausgabe der sekundären Bilder für das linke und rechte Auge erfolgt, wobei die sekundären Bilder örtlich nebeneinander, örtlich ineinander verschachtelt oder zeitlich nacheinander vermöge eines Bildgebers, beispielsweise einer Kathodenstrahlröhre, eines LC-Displays, eines DMD-Projektors oder eines Plasma-Displays, dargestellt werden. Dabei findet die Ausgabe der sekundären Bilder besonders bevorzugt vermöge eines solchen Bildgebers statt, der die in Schritt a) vorgegebene Bildgebergeometrie, insbesondere hinsichtlich Bildelementstruktur und -große, aufweist.
Schließlich zeigt die Fig.l 3 ein Beispiel für eine erste und eine zweite Ansicht (in Ausschnittdarstellung) einer Testszene (im oberen Bildabschnitt) sowie ein Beispiel für ein mögliches Simulationsergebnis auf der Basis dieser Ansichten in schemati- scher, stark vergrößerter Darstellung (im unteren Bildabschnitt).
Eine hier nicht näher beschriebene Testszene möge die in Fig.l 3 oben gezeigten zwei (aus beispielsweise acht erzeugbaren) Ansichten Ak ergeben, wobei die Zeichnungen als Ausschnitte der jeweiligen Ansichten anzusehen sind. Vorausgesetzt, es wird nun eine entsprechende Filterarraygeometrie, welche hier nicht weiter im Detail dargestellt ist, vorgegeben und es wird angenommen, das erfindungsgemäße Ver- fahren werde unter Vorgabe geeigneter monokularer Betrachtungspositionen und mit der Ausgestaltung des Schrittes f) in Form der oben beschriebenen Abrasterung durchgeführt, so könnte das in der Fig.l 3 unten gezeigte Simulationsergebnis als Resultat stehen. Es handelt sich hier um eine schematische Darstellung des an sich möglichst hochaufgelöst zu erzeugenden sekundären Bildpaares.
Die Erfindung kann mit besonders geringem materiellen Aufwand vorteilhaft zur Optimierung von 3D-Anordnungen auf der Basis von Filterarrays eingesetzt werden. Gewerblich anwendbar ist sie insbesondere im Rahmen von Entwicklungsdienstleistungen auf dem Gebiet der 3D-Darstellung. Die günstige Kosten-Nutzen-Relation rührt insbesondere daher, daß versuchsweise zu erstellende Filterarrays bzw. andere optische Baugruppen zur Erstbewertung nicht körperlich hergestellt werden müssen, sondern vorab mit hoher Präzision bewertet werden können. Es handelt sich ferner um ein besonders schnelles und ra- tionelles Verfahren zur Bewertung und Optimierung der 3D-Bildqualität durch die in der Regel rechnergestützte Simulation.
Weitere Vorteile sind der Ausschluß von Fehlereinflüssen durch unvollkommene Filtergeometrien bzw. -funktionen körperlich hergestellter Filterarrays, die Nach- vollziehbarkeit der Wirkungsweise simulierter Anordnungen im Detail sowie die direkte Vergleichbarkeit zwischen herkömmlichen primären Bildern (d.h. den Ansichten Ak) und sekundären Bildern. Die physiologischen Faktoren des binokularen Raumsehens bleiben wirksam.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Simulation von räumlichen Seheindrücken, umfassend die fol- genden Schritte: a) Vorgabe der Bildgebergeometrie eines Bildgebers, insbesondere hinsichtlich Bildelementstruktur und -große, b) Vorgabe der Filterarraygeometrie eines Filterarrays, insbesondere hinsichtlich Filterelementstruktur und -große, c) Vorgabe einer räumlichen Anordnungsgeometrie im Bezug auf den Bildgeber und das Filterarray in einem dreidimensionalen Koordinatensystem (X,Y,Z), d) Vorgabe einer ersten und einer zweiten monokularen Betrachtungsposition vor besagter Anordnungsgeometrie in besagtem dreidimensionalen Koordinatensystem (X,Y,Z), e) Vorgabe eines Kombinationsbildes, welches für die Darstellung auf der vorgegebenen Bildgebergeometrie geeignet ist und welches in definierter Zuordnung zu den Bildelementen Bildinformationen aus verschiedenen gegebenen primären Bildern, welche verschiedenen Ansichten Ak (k=l ..n) einer virtuellen oder realen Szene bzw. eines virtuellen oder realen Gegenstandes identisch sind, enthält, f) Ermittlung eines ersten und eines zweiten sekundären Bildes, welches die auf Grund der vorgegebenen Filterarraygeometrie in Verbindung mit der vorgegebenen Bildgebergeometrie und der räumlichen Anordnungsgeometrie für ein Betrachterauge an der jeweils vorgegebenen ersten und zweiten monokularen Betrachtungsposition sichtbaren Bildelemente des vorgegebenen Kombinationsbildes enthält, wobei ein Bildelement eines sekundären Bildes explizit auch lediglich einen Teil eines Bildelementes des vorgegebenen Kombinationsbildes repräsentieren kann, sowie g) stereoskopische Sichtbarmachung des ersten und zweiten sekundären Bildes oder von Teilen dieser sekundären Bilder als jeweils linkes bzw. rechtes stereoskopisches Bild.
2. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansichten A k ,' aus denen das Kombinationsbild seine Bildinformatio- nen bezieht, Ansichten einer räumlichen Testszene sind, wobei die Testszene bevorzugt zwei bis fünf, besonders bevorzugt drei verschiedene graphische Objekte beinhaltet.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei mindestens drei graphische Objekte in der Testszene enthalten sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Objekte innerhalb der räumlichen Testszene in jeweils verschiedenen Tiefenpositionen z angeordnet sind, wobei beim Vergleich verschiedener Ansichten Ak bevorzugt genau eines der Objekte keine horizontale Verschiebung, genau eines eine positive und genau eines eine negative horizontale Verschiebung aufweist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3 , dadurch gekennzeichnet, daß die abgebildeten Objekte in den Ansichten Ak ein Breite von mindestens einer vollen Pixelspalte und eine Höhe von bevorzugt mindestens 24 Pixelzeilen aufweisen.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Objekte der Testszene homogen schwarz gefärbt, homogen grau gefärbt oder strukturiert sind.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Objekte der Testszene vor einem weißen oder strukturierten Hintergrund angeordnet sind.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansichten Ak der Testszene von virtuellen oder realen Kameras aufgenommen werden, wobei die Achsen der virtuellen oder realen Kameras parallel oder konvergierend ausgerichtet sind und wobei bevorzugt die entsprechenden Kamerapositionen jeweils zweier benachbarter Ansichten stets in etwa den gleichen Abstand aufweisen.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansichten Ak für k>l ausgehend von der Ansicht A- erzeugt werden, indem die Ansicht A- vermöge einer Parallelprojektion der Testszene gebildet wird und indem die in der Ansicht A. abgebildeten graphischen Objekte der Tests- zene zur Erstellung der Ansichten Ak mit k>l jeweils einzeln horizontal ver¬ schoben werden, wobei das Maß der jeweiligen Verschiebung proportional zur Tiefenposition des jeweiligen Objektes in der räumlichen Testszene ist und wobei das Maß der Verschiebung für unterschiedliche Ansichten, d.h. unterschiedliche Werte k, bevorzugt unterschiedlich gewählt ist.
9. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in Schritt a) vorgegebene Bildgebergeometrie ein orthogonales Array von Bildelementen in Zeilen j und Spalten i ist, wobei die Bildelemente Licht einer bestimmten Wellenlänge oder eines bestimmten Wellenlängenbereiches abstrahlen bzw. transmittieren und wobei jedes Bildelement einen durch eine geschlossene Kurve beschreibbaren, bevorzugt einen vieleckigen, besonders bevorzugt rechteckigen Umriß aufweist.
1 0. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildgebergeometrie ein orthogonales Array von Bildelementen in 768 Zeilen und 3072 Spal- ten ist, wobei die erste Spalte im wesentlichen rotes Licht emittiert oder transmittiert, die zweite Spalte im wesentlichen grünes Licht emittiert oder transmittiert, die dritte Spalte im wesentlichen blaues Licht emittiert oder transmittiert, die vierte Spalte wiederum im wesentlichen rotes Licht emittiert oder transmittiert, usw., und wobei jedes Bildelement einen im wesentlichen rechteckigen Umriß mit etwa 300 μm Höhe und 1 00 μm Breite aufweist.
1 1 . Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt b) die Filterarraygeometrie eines Filterarrays in Form eines Maskenbildes vorgegeben wird, wobei Wellenlängenfilter und/oder Graustufenfil- ter ß , d.h. die Filterelemente des Filterarrays, in einem Array aus Zeilen q und
Spalten p in Abhängigkeit von ihrer Transparenzwellenlänge/ihrem Transparenzwellenlängenbereich/ihrem Transmissionsgrad λb nach folgender Funktion zu einem solchen Maskenbild kombiniert werden
P- d„ - q- p -d - q - nm - IntegerPart mit
- P dem Index eines Wellenlängen- bzw. Graustufenfilters ßpq in einer Zeile des Arrays, q dem Index eines Wellenlängen- bzw. Graustufenfilters ßpq in einer Spalte des Arrays, b einer ganzen Zahl, die für ein Wellenlängen- bzw. Graustufenfilter ß an der Position p,q eine der vorgesehenen Transparenzwellenlängen/- wellenlängenbereiche bzw. einen Transmissionsgrad λb festlegt und Werte zwischen 1 und b max haben kann, nm einem ganzzahligen Wert größer „Null", d pq einer wählbaren Maskenkoeffizientenmatrix zur Variation der Erzeu- gung eines Maskenbildes und
IntegerPart einer Funktion zur Erzeugung der größten ganzen Zahl, die das in eckige Klammern gesetzte Argument nicht übersteigt; und wobei jedes Wellenlängen- bzw. Graustufenfilter ß einen durch eine geschlossene Kurve beschreibbaren, bevorzugt einen vieleckigen, besonders bevorzugt rechteckigen Umriß aufweist, der eine Filterfläche von wenigen 1 0.000 μm2 bis einigen mm2 beinhaltet.
. Verfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, daß jedes Wellenlängen- bzw. Graustufenfilterelement etwa ein Drittel so breit ist wie ein Bildele- ment und daß das Maskenbild den Parametern n rn =24 und d pq =-1 =const genügt, wobei λ... λ3 für das sichtbare Licht vollkommen transparente Transparenzwellenlängenbereiche und λ4.. λ24 für das sichtbare Licht vollkommen opake Transparenzwellenlängenbereiche sind.
1 3. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in Schritt c) vorgegebene räumliche Anordnungsgeometrie im Bezug auf den Bildgeber und das Filterarray in besagtem dreidimensionalen Koordinatensystem (X,Y,Z) jeweils eine Ebene für den Bildgeber und das Filterarray sowie jeweils die räumliche Position des linken oberen und des rechten unte- ren Eckpunktes des Filterarrays bzw. des Bildgebers beschreibt.
14. Verfahren nach Anspruch 1 3, dadurch gekennzeichnet, daß besagtes Koordinatensystem als Maßeinheit Millimeter aufweist, die Bildgeberebene dem Parameter z=0 mm und die Filterarrayebene der Bedingung z e [-20...+20 mm] genügt, daß die Position des jeweils linken oberen Eckpunkts des Filterarrays bzw. des Bildgebers den Parametern x = y = 0 mm genügt, und daß die Position des jeweils rechten unteren Eckpunkts des Filterarrays bzw. des Bildgebers den Parametern x = 307,2 mm und y = 230,4 mm genügt.
5. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das in Schritt e) vorzugebende Kombinationsbild nach folgender Vorschrift erstellt wird:
Einteilen der Ansichten Ak (k=l ...n) in ein jeweils gleichartiges Raster mit
Zeilen j und Spalten i, Kombinieren der n Ansichten Ak in Zeilen und Spalten miteinander, um ein einziges Kombinationsbild mit Bildelementen zu erzeugen, wobei die Zuordnung von Teilinformationen aus den Ansichten Ak (k=l ...n) zu Bildelementen α.. der Positionen i j nach der Funktion festgelegt ist
i dem Index eines Bildelementes α in einer Zeile des Rasters, j dem Index eines Bildelementes α in einer Spalte des Rasters, k der fortlaufenden Nummer des Bildes Ak (k=l ...n), aus dem die Teilinformation stammt, die auf einem bestimmten Bildelement α wiedergege- ben werden soll, c einer wählbaren Koeffizientenmatrix zur Kombination bzw. Mischung der verschiedenen von den Bildern A, (k=l ...n) stammenden Teilinforma- tionen auf dem Raster und
IntegerPart einer Funktion zur Erzeugung der größten ganzen Zahl, die das in eckige Klammern gesetzte Argument nicht übersteigt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1 4, dadurch gekennzeichnet, daß das in Schritt e) vorzugebende Kombinationsbild nach folgender Vorschrift erstellt wird: - Einteilen der Ansichten Ak (k=l ...n) in ein jeweils gleichartiges Raster mit
Zeilen j' und Spalten i', wodurch ein Tensor A dritter Stufe entsteht, welcher die Bildinformationen der Ansichten k (k=l ..n) in dem jeweils gleichartigen Raster (i'j') enthält,
Kombinieren der Bildinformationen A,„, miteinander, um ein einziges Kombinationsbild mit Bildelementen α in einem Raster (ij) zu erzeugen, wobei die Zuordnung von Teilinformationen aus den Tensorelementen A.„„
( (kk==ll ......nn)) zzuu BBiillddeelleemmeenntteenn α an den Positionen ij des Rasters (ij) nach der Funktion festgelegt ist aij = ΣΣΣAicrr • Skr/u • wo ei
* (' ;" (g) ein Tensor fünfter Stufe ist, dessen Elemente g reelle Zahlen sind und die Wirkung von Wichtungsfaktoren, die das Gewicht der betreffenden Teilinformation (A ) in einem Bildelement α bestimmen, haben, und wobei die Raster (ij) und (i'j') bevorzugt gleich viele Spalten und gleich viele Zeilen aufweisen.
17. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in Schritt f) genannte Ermittlung jedes der sekundären Bilder wie folgt durchgeführt wird: - Kopieren des Kombinationsbildes (mit den Bildelementen α ) in das entsprechende zu erstellende sekundäre Bild,
Ermittlung für jedes einzelne kopierte Bildelement im sekundären Bild, welcher Flächenanteil desselben für ein Betrachterauge an der entsprechenden Betrachtungsposition sichtbar ist, wobei die vorgegebene Filter- arraygeometrie, die vorgegebene Bildgebergeometrie und die räumliche
Anordnungsgeometrie berücksichtigt werden, sowie Modifikation (a) des Einstellwertes jedes einzelnen kopierten Bildelementes im sekundären Bild durch Multiplikation seines ursprünglichen Einstellwertes mit dem Flächenquotienten „ermittelter sichtbarer Flächenan- teil jedes einzelnen kopierten Bildelementes im sekundären Bild dividiert durch volle Fläche des entsprechenden Bildelementes" und/oder Modifikation (b) des Einstellwertes jedes einzelnen kopierten Bildelementes im sekundären Bild durch Multiplikation seines ursprünglichen bzw. bereits modifizierten Einstellwertes mit einem Korrekturfaktor f, k , für den bevorzugt 0<fk<l gilt, und der ein Maß für den wellenlängenabhängigen bzw. wellenlängenunabhängigen Transmissionsgrad aller zwischen dem Betrachterauge an der entsprechenden Position und dem jeweiligen Bildelement liegenden Wellenlängen- und/oder Graustufenfilter bzw. der ein Maß für den wellenlängenabhängigen bzw. wellenlängenunabhängigen Transmissionsgrad aller dem jeweiligen Bildelement aus der entsprechenden Betrachtungsrichtung nachfolgenden Wellenlängen- und/oder Graustufenfilter ist.
1 8. Verfahren nach Anspruch 1 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei den für Schritt f) näher beschriebenen Modifikationen (a) bzw. (b) des Einstellwertes jedes einzelnen kopierten Bildelementes im sekundären Bild eine für einen vorzuge- benden Bildgeber vorzugebende Funktion, die den funktionalen Zusammenhang zwischen der meßbaren Leuchtdichte eines Bildelementes und dessen Einstellwert beschreibt, berücksichtigt wird.
1 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in Schritt f) genannte Ermittlung jedes der sekundären Bilder wie folgt durchgeführt wird:
Flächiges Abrastern des der jeweiligen monokularen Betrachtungsposition gemäß der vorgegebenen Anordnungsgeometrie nächstliegenden flächi- gen Bauteiles, d.h. entweder eines Filterarrays oder des Bildgebers, und mit dem flächigen Abrastern einhergehende Erstellung eines hinreichend aufgelösten sekundären Bildes, welches ein im wesentlichen korrektes Abbild der entsprechenden sichtbaren Flächenanteile der Bildelemente des Kombinationsbildes bzw. der durch die Bildelemente des Kombinati- onsbildes beleuchteten Wellenlängen- bzw. Graustufenfilter ist, wobei die vorgegebene Filterarraygeometrie - insbesondere wellenlängenabhängige bzw. wellenlängenunabhängige Transmissionsgrade der Wellenlängenbzw. Graustufenfilter - die vorgegebene Bildgebergeometrie und die räumliche Anordnungsgeometrie berücksichtigt werden.
20. Verfahren nach Anspruch 1 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei der für Schritt f) näher beschriebenen Ermittlung des sekundären Bildes eine für einen vorzugebenden Bildgeber vorzugebende Funktion, die den funktionalen Zusammenhang zwischen der meßbaren Leuchtdichte eines Bildelementes und des- sen Einstellwert beschreibt, berücksichtigt wird.
21 . Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt g) eine getrennte Ausgabe der sekundären Bilder für das linke und rechte Auge erfolgt, wobei die sekundären Bilder örtlich nebeneinander, örtlich ineinander verschachtelt oder zeitlich nacheinander vermöge eines
Bildgebers, beispielsweise einer Kathodenstrahlröhre, eines LC-Displays, eines DM D- Projektors oder eines Plasma-Displays, dargestellt werden und wobei die Ausgabe der sekundären Bilder besonders bevorzugt vermöge eines solchen Bildgebers stattfindet, der die in Schritt a) vorgegebene Bildgebergeometrie, insbesondere hinsichtlich Bildelementstruktur und -große, aufweist.
22. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt g) bei einem Betrachter vermöge eines stereoskopischen Visualisierungsverfahrens eine visuelle Fusion des sekundären Bildpaares oder eine visuelle Fusion vergrößerter Aus- schnitte des sekundären Bildpaares zu einem virtuellen 3D-Eindruck herbeigeführt wird.
23. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, nach oder parallel zu der Ausführung des Verfahrensschrittes g) erweitert um einen Verfahrensschritt h), der folgendes beinhaltet: räumlich versetzter und/oder zeitlich versetzter Vergleich des stereoskopisch sichtbar gemachten ersten und zweiten sekundären Bildes mit einem stereoskopisch sichtbar gemachten Bildpaar aus den Ansichten Ak, wobei bevorzugt für die stereoskopische Sichtbarmachung des ersten und zweiten sekundären Bildes als auch für die stereoskopische Sichtbarmachung des Bildpaares aus den Ansichten Ak jeweils ein Bildgeber mit in etwa gleichen Parametern verwendet wird und wobei optional jeweils nur Ausschnittvergrößerungen besagter Bilder stereoskopisch sichtbar gemacht werden.
24. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, nach oder parallel zu der Ausführung des Verfahrensschrittes g) oder h) erweitert um einen Verfahrensschritt i), der folgendes beinhaltet:
Variation der ersten und/oder der zweiten Betrachtungsposition in min- destens einer ihrer Koordinaten im Koordinatensystem (X,Y,Z) sowie erneute Durchführung der Schritte e) bis g) bzw. e) bis h), sowie optional beliebig häufige Wiederholung des vorstehend beschriebenen Schrittes i).
25. Anordnung zur Umsetzung des Simulationsverfahrens von räumlichen Sehein- drücken nach Anspruch 1 , umfassend: a) Mittel zur digitalen Vorgabe der Bildgebergeometrie eines Bildgebers, insbesondere hinsichtlich Bildelementstruktur und -große, b) Mittel zur digitalen Vorgabe der Filterarraygeometrie eines Filterarrays, insbesondere hinsichtlich Filterelementstruktur und -große, c) Mittel zur digitalen Vorgabe einer räumlichen Anordnungsgeometrie im Bezug auf den Bildgeber und das Filterarray in einem dreidimensionalen Koordinatensystem (X,Y,Z), d) Mittel zur digitalen Vorgabe einer ersten und einer zweiten monokularen Be- trachtungsposition vor besagter Anordnungsgeometrie in besagtem dreidimensionalen Koordinatensystem (X,Y,Z), e) Mittel zur Vorgabe eines Kombinationsbildes, welches für die Darstellung auf der vorgegebenen Bildgebergeometrie geeignet ist und welches in definierter Zuordnung zu den Bildelementen Bildinformationen aus verschiedenen gege- benen primären Bildern, welche verschiedenen Ansichten Ak (k=l ..n) einer virtuellen oder realen Szene bzw. eines virtuellen oder realen Gegenstandes identisch sind, enthält, f) Mittel zur Ermittlung eines ersten und eines zweiten sekundären Bildes, welches die auf Grund der vorgegebenen Filterarraygeometrie in Verbindung mit der vorgegebenen Bildgebergeometrie und der räumlichen Anordnungsgeometrie für ein Betrachterauge an der jeweils vorgegebenen ersten und zweiten monokularen Betrachtungsposition sichtbaren Bildelemente des vorgegebenen Kombinationsbildes enthält, wobei ein Bildelement eines sekundären Bildes explizit auch lediglich einen Teil eines Bildelementes des vorgegebenen Kom- binationsbildes repräsentieren kann, sowie g) Mittel zur stereoskopischen Sichtbarmachung des ersten und zweiten sekundären Bildes oder von Teilen dieser sekundären Bilder als jeweils linkes bzw. rechtes stereoskopisches Bild.
26. Anordnung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel a) bis f) in einer Baueinheit als ein mit Software gesteuerter PC ausgebildet sind und daß die Mittel g) ein Stereoskop oder eine Shutterbrille und einen Monitor um¬ fassen.
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