KR102045586B1 - 3 차원 디스플레이 시스템 - Google Patents

Abstract

3 차원 디스플레이 시스템 (10) 은 디스플레이 하우징 (24) 과, 2 차원 이미지들 (102) 을 공간으로 투영하기 위한 복수의 투영기들 (12) 을 포함한다. 각각의 투영기 (12) 는 투영기 (12) 와 투영된 2 차원 이미지 (102) 사이의 거리를 조절하는 수단을 가지고, 각각의 투영기 (12) 는 투영기 (12) 에 대하여 투영된 2 차원 이미지 (102) 의 수평 및 수직 위치를 조절하기 위하여, 디스플레이 하우징 (24) 에 피봇가능하게 마운팅된다. 디스플레이 시스템 (10) 은 뷰어에 의해 안전하게 터치될 수 있는 고해상도, 3 차원, 멀티-컬러 이미지들을 제공한다. 디스플레이 시스템 (10) 은 디스플레이 영역에서 물리적 대상물들에 대해 응답될 수도 있다. 디스플레이 시스템 (10) 은 컴퓨터를 동작시키고 월드 와이드 웹을 브라우징하기 위하여 이용될 수도 있다.

Description

3 차원 디스플레이 시스템{THREE DIMENSIONAL DISPLAY SYSTEM}

본 발명은 3 차원 디스플레이에 관한 것으로, 구체적으로 그러나 배타적이지 않게, 사용자 상호작용을 허용하는 3 차원 디스플레이에 관한 것이다.

3 차원 디스플레이 시스템들은 잘 알려져 있고 몇몇 기술적 범주들에 속한다. 입체 시스템 (stereoscopic system) 들은 2 개의 상이한 이미지들을 뷰어 (viewer) 의 양안에 제시하는 것에 의존한다. 이것은 2 개의 이미지들을 동일한 스크린 상으로 투영함으로써, 그리고 제 1 이미지가 뷰어의 우안 (right eye) 에 의해서만 보이고 제 2 이미지는 뷰어의 좌안에 의해서만 보이도록 편광 안경 또는 컬러 필터들을 갖는 안경을 뷰어에게 제공함으로써 달성될 수도 있다. 안경을 필요로 하지 않는 자동입체 시스템 (autostereoscopic system) 들이 또한 이용가능하고, 이 자동입체 시스템은 시차 배리어 (parallax barrier) 또는 렌티큘러 어레이 (lenticular array) 를 통해 별도의 이미지들을 각각의 눈에 제시한다.

입체 시스템들에서는, 이미지에 대한 뷰어의 위치가 어떠하든지, 뷰어의 좌안 및 우안에 제시되는 이미지들은 동일한 이미지들이다. 그러므로, 뷰어는 이미지의 측면들 또는 후방을 볼 수는 없지만, 심도의 환영 (illusion of depth) 을 갖는 단일 투시도를 단순히 제시받는다. 아이 트랙킹 (eye tracking) 디바이스들은 뷰어의 시선을 추종하고 이미지를 실시간으로 조절하기 위하여 이용되었다. 그러나, 이러한 시스템들은 단일 뷰어에 의한 뷰잉 (viewing) 을 위해서만 적절하다.

체적형 디스플레이 (volumetric display) 들이 또한 알려져 있고, "스웹트-체적 (swept-volume)" 디바이스들을 포함한다. 이러한 디스플레이들은 3 차원 이미지를 뷰어에게 제시하기 위하여 시각의 잔상 (persistence of vision) 에 의존하면서, 3 차원 이미지의 슬라이스들을, 이동하는 2 차원 표면 상으로 신속하게 투영한다. 그러나, 이러한 디바이스들에서의 디스플레이 체적은 신속하게 이동하는 기계적인 부분을 포함해야 하므로, 대화형 (interactive) 디바이스로서의 스웹트-체적 디스플레이의 이용은 불가능한데, 이는 이미지가 터치 (touch) 되면 손상을 야기하기 때문이다. 이 디스플레이들은 랩톱들, 태블릿들 및 전화기들과 같은 이동 디바이스들에서의 이용에 또한 적절하지 않다.

'정적-체적 (static-volume)' 디바이스들이 또한 알려져 있고, 이 디바이스들은 디스플레이 체적에서 이동하는 부분들에 대한 필요성을 회피한다. 일 예의 정적-체적 디스플레이 디바이스는 레이저를 공기 중의 한 지점에 포커싱하고, 이 경우, 그 지점에서 공기를 이온화하여 플라즈마 볼 (ball of plasma) 을 생성한다. 이러한 디스플레이들은 디스플레이 체적에서 이동하는 부분들을 필요로 하지 않지만, 디스플레이된 이미지는 상대적으로 큰 픽셀들로 구성되어, 디스플레이 해상도가 낮다. 디스플레이는 또한 단일 컬러, 또는 작은 수의 컬러들로 제한된다.

3 차원 이미지들은 또한 홀로그래피 (holography) 에 의해 생성될 수 있다. 그러나, 알려진 홀로그래피 디스플레이들은 사용자 상호작용을 제공하지 않는다.

3 차원 디스플레이의 상기 언급된 많은 기존 타입들은 가상의 이미지, 또는 디스플레이 내에 국한된 이미지를 생성한다. 실제 이미지와는 대조적으로, 가상의 이미지는 터치될 수 없어서, 사용자 상호작용을 제공할 수 없다.

본 발명의 목적은 상기 언급된 문제들을 줄이거나 실질적으로 배제시키는 3 차원 대화형 디스플레이를 제공하는 것이다.

본 발명의 제 1 양태에 따르면, 3 차원 디스플레이 시스템은 디스플레이 하우징, 및 2 차원 이미지들을 자유 공간으로 투영하기 위한 복수의 투영기 (projector) 들을 포함하고, 각각의 투영기는 투영기로부터의 투영된 2 차원 이미지의 거리를 조절하는 수단을 가지며, 각각의 투영기는 투영기에 대하여 투영된 2 차원 이미지의 수평 및 수직 위치를 조절하기 위하여, 상기 디스플레이 하우징에 피봇가능하게 (pivotally) 마운팅된다 (mounted).

복수의 투영기들을 제공함으로써, 3 차원 이미지는 다수의 2 차원 이미지 컴포넌트들로 구축될 수도 있다. 이것은 여러 각도들로부터 실제의 대상물인 것처럼 뷰잉될 수 있는 3 차원 이미지를 제공한다. 각각의 이미지 컴포넌트는 작은 관측 시야를 가져서, 최소 광학 수차 (optical aberration) 에 종속될 것이므로, 작은 이미지 컴포넌트들로부터 이미지를 구축하는 것이 유리하다.

이상적으로는, 작은 이미지 컴포넌트들은 단일 3 차원 이미지를 형성하기 위하여 함께 병합될 것이다. 그러나, 강제적인 3 차원 효과는 2 차원 이미지들이 약간 분리될 때에도 얻어질 수도 있고, 다수의 분해된 3 차원 이미지들을 생성하는 것이 가끔 희망될 수도 있다.

투영기들에 조절가능한 덮개 (throw) 를 제공함으로써, 그리고 투영기들을 하우징 내에 피봇가능하게 마운팅함으로써, 각각의 2 차원 이미지 컴포넌트의 위치가 변동될 수도 있다. 따라서, 다수의 상이한 3 차원 이미지들이 디스플레이될 수도 있고, 동영상들이 생성될 수도 있다. 이동하는 부분들이 디스플레이 체적 내에 존재하지 않으므로, 투영된 이미지는 안전하게 터치될 수도 있다. 이미지는 고해상도 및 멀티 컬러일 수도 있고, 이미지를 뷰잉하기 위하여 특수한 장비가 필요하지 않다. 다수의 뷰어들은 디스플레이를 동시에 즐길 수도 있다.

각각의 투영기는 광원, 디스플레이 스크린 및 줌 렌즈를 포함할 수도 있다. 각각의 투영기는 파면 변조기 (wavefront modulator) 를 또한 포함할 수도 있다. 광원, 디스플레이 스크린 및 줌 렌즈를 갖는 투영기는, 줌 렌즈와, 제공될 경우, 변조기의 조절에 의해 결정되는 지점으로 포커싱된 이미지를 디스플레이 스크린 상에서 투영하기 위하여 기존의 방식으로 동작한다.

줌 렌즈는 액체 줌 렌즈일 수도 있다. 전통적인 기계적 줌 렌즈들에 비해 실질적인 공간 절약이 달성될 수 있으므로, 액체 줌은 디스플레이 디바이스가 모바일 이용 (mobile use) 을 위한 것일 경우에 특히 유리하다.

각각의 투영기는 기다란 정사각형 각기둥의 형상을 취할 수도 있는 투영기 하우징을 더 포함할 수도 있다. 이러한 형상은, 다수의 이러한 투영기들이 프레임 상에 효율적으로 마운팅될 수도 있기 때문에 유리하다.

각각의 투영기는 대안적으로 원추대 (frustum of a cone) 의 형상을 취하는 하우징을 포함할 수도 있고, 디스플레이 스크린은 하우징의 좁은 단부 근처에 배치될 수도 있고, 줌 렌즈는 넓은 단부 근처에 배치될 수도 있다. 이러한 형상은, 최소의 광이 하우징의 벽들에 의해 흡수되어 효율적인 동작으로 귀착되기 때문에 유리하다.

이미지 프로세싱 소프트웨어를 갖는 컴퓨터에 연결될 수도 있는 적어도 하나의 카메라가 제공될 수도 있다. 투영된 이미지에 관하여 실제의 대상물들의 존재 및 위치를 검출하기 위하여, 카메라는 디스플레이 디바이스의 디스플레이 체적 상에서 트레이닝 (training) 될 수도 있다.

카메라 및 컴퓨터가 제공될 경우, 숫자 또는 다른 기호는 각각의 투영된 2 차원 이미지 컴포넌트의 일부를 형성할 수도 있고, 이미지 프로세싱 소프트웨어는 카메라 또는 카메라들로부터의 비디오 신호 또는 비디오 신호들로부터 숫자들 또는 다른 기호들의 존재 또는 부재를 검출하도록 구성될 수도 있다. 이러한 방식으로, 컴퓨터는, 만약 존재한다면, 일부의 물리적 차단, 예를 들어, 사용자의 손의 존재에 의해 투영된 이미지의 일부들이 산란되었는지를 식별할 수 있다.

숫자들은 인간의 눈에 비가시적인 전자기 스펙트럼의 일부, 예를 들어, 자외선 또는 적외선에서 투영될 수도 있다.

본 발명의 제 2 양태에 따르면, 컴퓨터를 동작시키는 방법은,

(a) 디스플레이 하우징, 및 2 차원 이미지들을 자유 공간으로 투영하기 위한 복수의 투영기들을 포함하는 3 차원 디스플레이 시스템을 제공하는 단계로서, 각각의 투영기는 투영기로부터의 투영된 2 차원 이미지의 거리를 조절하는 수단을 가지며, 각각의 투영기는 투영기에 대하여 투영된 2 차원 이미지의 수평 및 수직 위치를 조절하기 위하여, 디스플레이 하우징에 피봇가능하게 마운팅되는, 상기 3 차원 디스플레이 시스템을 제공하는 단계;

(b) 3 차원 디스플레이 상에 3 차원 대상물을 디스플레이하는 단계;

(c) 대상물의 표면 상에 프로그램들, 기능들, 데이터 또는 디바이스들에 관한 기호들을 디스플레이하는 단계;

(d) 대상물의 표면에 인접한 사용자의 손 또는 다른 부속물의 존재 및 위치를 검출하는 단계; 및

(e) 사용자의 손이 검출되는 지점에 근접하게 디스플레이되는 기호에 따라, 프로그램을 개시하거나, 기능을 활성화하거나, 데이터를 로딩하거나 또는 기호에 의해 표현된 디바이스에 관한 기능들을 활성화하는 단계를 포함한다.

컴퓨터를 동작시키는 방법은,

(f) 단계 (a) 에서 디스플레이된 대상물의 크기를 감소시키는 단계; 및

(g) 시작된 프로그램의 기능들, 로딩된 데이터의 엘리먼트들, 또는 단계 (c) 에서 사용자에 의해 선택된 기호에 의해 표현된 디바이스의 내용들을 표현하기 위하여 새로운 대상물을 디스플레이하는 단계를 더 포함할 수도 있다.

이러한 컴퓨터를 동작시키는 방법은 매우 시각적인 인간-컴퓨터 상호작용을 제공하고, 사용자는, 예를 들어, 자신이 뷰잉하고 있는 데이터의 구성의 표현을 유지하기 위하여 3 차원 공간의 장점을 경험할 수 있다. 이것은 기존의 2 차원 인터페이스들에 의한 것보다, 복잡한 상호연결된 데이터 및 기능들에 대한 훨씬 더 신속한 이해를 가능하게 한다.

본 발명의 제 3 양태에 따르면, 월드 와이드 웹 (world wide web) 을 브라우징하는 방법은,

(a) 디스플레이 하우징, 및 2 차원 이미지들을 자유 공간으로 투영하기 위한 복수의 투영기들을 포함하는 3 차원 디스플레이 시스템을 제공하는 단계로서, 각각의 투영기는 투영기로부터의 투영된 2 차원 이미지의 거리를 조절하는 수단을 가지며, 각각의 투영기는 투영기에 대하여 투영된 2 차원 이미지의 수평 및 수직 위치를 조절하기 위하여, 디스플레이 하우징에 피봇가능하게 마운팅되는, 3 차원 디스플레이 시스템을 제공하는 단계;

(b) 3 차원 디스플레이 상에 제 1 웹 페이지를 디스플레이하는 단계;

(c) 디스플레이된 웹 페이지에 인접한 사용자의 손 또는 다른 부속물의 존재 및 위치를 검출하는 단계; 및

(d) 사용자의 손이 제 1 웹 페이지 상의 하이퍼링크에 근접하게 검출될 경우, 제 1 웹 페이지의 크기를 감소시키고 하이퍼링크의 타겟 (target) 인 웹 페이지를 보다 큰 크기로 디스플레이하는 단계를 포함한다.

본 발명의 제 2 양태의 방법과 같이, 이 방법은 사용자가 방문하고 있는 웹 페이지들의 상호연결된 특성에 대한 증가된 지각 (awareness) 및 이해를 사용자에게 제공한다. 임의의 특정한 페이지를 뷰잉하고 있는 동안, 사용자는 자신이 그 페이지로부터 어디로 갈 수도 있는지 뿐만 아니라, 거기에 가기 위해 어느 곳으로부터 나왔는지도 지각하지 못한다. 이러한 방식으로, 이전에 방문한 사이트들로의 백-트랙킹 (back-tracking) 을 포함하는 비-선형 브라우징이 더 용이해지고, 정보는 사용자의 마음에 더욱 용이하게 동화된다.

웹 페이지들은 각각의 엘리먼트의 3 차원 위치가 정의되는 마크업 언어 (markup language) 로 기록될 수도 있다. 그러므로, 이러한 웹 페이지들은 본 발명의 제 3 양태에 따른 디스플레이 및 상호작용 방법에 대해 최적화될 수도 있다.

대안적으로, 각각의 페이지 컴포넌트의 3 차원 위치를 정의하는 3 차원 스타일은 표준적인 2 차원 브라우저에서의 디스플레이를 위해 설계된 HTML 또는 XHTML 웹페이지에 적용될 수도 있다.

본 발명의 양호한 이해를 위하여, 그리고 발명이 어떻게 실시될 수도 있는지를 더욱 명확하게 도시하기 위하여, 지금부터 오직 예로서 첨부한 도면들을 참조할 것이다.
도 1 은 본 발명의 제 1 양태에 따른 3 차원 디스플레이 시스템의 개략적인 투시도를 도시한다.
도 2 는 도 1 의 3 차원 디스플레이 시스템의 컴포넌트 부분인 투영기의 개략적인 투시도를 도시한다.
도 3 은 도 1 의 디스플레이 시스템에서 도 2 의 투영기에 대한 대안인 투영기의 대안적인 실시형태를 도시한다.
도 4 는 도 2 의 투영기와 도 3 의 투영기 사이의 비교를 도시한다.
도 5 는 도 2 의 투영기의 회전 마운팅을 예시한다.
도 6 은 도 2 의 투영기의 피봇 마운팅을 예시한다.
도 7 은 프레임 상에서의 도 2 의 투영기의 다수의 복제물들의 배치를 도시한다.
도 8 은 프레임 상에서의 도 2 의 투영기의 다수의 복제물들의 대안적인 배치를 도시한다.
도 9 는 프레임 상에서의 도 2 의 투영기의 다수의 복제물들의 추가의 대안적인 배치를 도시한다.
도 10 은 프레임 상에서의 도 2 의 투영기의 다수의 복제물들의 추가의 대안적인 배치를 도시한다.
도 11 은 프레임 상에서의 도 2 의 투영기의 다수의 복제물들의 추가의 대안적인 배치를 도시한다.
도 12 는 프레임 상에서의 도 2 의 투영기의 다수의 복제물들의 추가의 대안적인 배치를 도시한다.
도 13 은 이용 시에, 표시된 다수의 뷰잉 관점들을 갖는 도 1 의 디스플레이 디바이스를 도시한다.
도 14 는 투영된 3 차원 이미지가 하우징 내에 포함되는 도 1 의 디스플레이 디바이스를 도시한다.
도 15 는 투영된 3 차원 이미지가 하우징 내에 부분적으로 포함되는 도 1 의 디스플레이 디바이스를 도시한다.
도 16 은 투영된 3 차원 이미지가 완전히 하우징 외부에 있는 도 1 의 디스플레이 디바이스를 도시한다.
도 17 은 배경 (background) 부분, 중경 (mid-ground) 부분 및 전경 (foreground) 부분으로 이루어진 도 1 의 디스플레이 디바이스에 의해 투영된 이미지를 도시한다.
도 18 은 실제의 사람에 의해 터치되고 있는, 도 1 의 디스플레이 디바이스에 의해 투영된 연질 시트 (pliant sheet) 의 이미지를 도시한다.
도 19 는 실제의 사람에 의해 터치되고 있는, 도 1 의 디스플레이 디바이스에 의해 투영된 유체의 보디 (body) 의 표면의 이미지를 도시한다.
도 20 은 실제의 사람에 의해 터치되고 있는, 도 1 의 디스플레이 디바이스에 의해 투영된 소프트 보디 (soft body) 의 표면의 이미지를 도시한다.
도 21 은 도 1 의 디스플레이 디바이스에 의해 투영되고 있는 휴머노이드 (humanoid) 의 이미지를 도시한다.
도 22 는 이동가능한 마운트 상의 오목 거울을 도시한다.
도 23 은 도 22 의 오목 거울과 함께 이용되는 도 1 의 3 차원 디스플레이 시스템을 도시한다.
도 24 는 상이한 위치에서의 도 23 의 배치를 도시한다.
도 25 는 더 추가의 위치에서의 도 24 의 배치를 도시한다.
도 26 은 본 발명의 제 2 양태에 따른 컴퓨터 동작 인터페이스를 도시한다.
도 27 은 도 26 의 이미지의 일부가 사용자의 손에 의해 터치된 후의 도 26 의 인터페이스를 도시한다.
도 28 은 도 26 의 인터페이스의 일부인 이메일 메시지 디스플레이를 도시한다.
도 29 는 본 발명의 제 3 양태에 따른 웹 브라우저 (web browser) 를 도시한다.
도 30 은 레거시 2 차원 웹사이트들이 디스플레이되고 있는 도 29 의 웹 브라우저를 도시한다.
도 31 은 본 발명의 제 4 양태에 따른 양면 (double-faced) 시계를 도시한다.
도 32 는 도 31 의 시계의 하나의 면을 도시한다.

도 1 을 먼저 참조하면, 3 차원 디스플레이 시스템은 전반적으로 10 으로 표시된다. 디스플레이 시스템 (10) 은 복수의 투영 블록들 (12), 복수의 카메라들 (22), 디스플레이 하우징 (24) 및 컴퓨터 (26) 를 포함한다. 각각의 투영 블록 (12) 은 2 차원 이미지 컴포넌트 (102) 를 디스플레이 시스템 (10) 의 전방의 공간으로 투영한다. 2 차원 이미지 컴포넌트들 (102) 은 3 차원 이미지 (100) 를 형성하기 위하여 합성된다.

각각의 투영 블록 (12) 의 구조는 도 2 에 예시되어 있다. 각각의 투영 블록은 블록 하우징 (14), 2 차원 디스플레이 스크린 (16), 줌 렌즈 (18) 및 변조기 (20) 를 포함한다. 하우징 (14) 은 기다란 정사각형 각기둥의 형상이다. 2 차원 디스플레이 스크린 (16) 은 기다란 하우징 (14) 의 하나의 단부에 있고, 줌 렌즈 (18) 는 반대 단부에 있다. 변조기 (20) 는 디스플레이 스크린 (16) 보다 줌 렌즈 (18) 에 더 가까운, 단부들 사이의 실질적으로 1/4 의 거리에 배치된다.

2 차원 디스플레이 스크린 (16) 은 이 실시형태에서 컴퓨터 (26) 에 의해 제어되는 LCD 디스플레이이다. 디스플레이 스크린 (16) 은 백릿 (backlit) 이다. 이용 시에, 이미지 컴포넌트는 디스플레이 스크린 (16) 상에 디스플레이되고, 줌 렌즈 (18) 및 변조기 (20) 는 투영 블록 (12) 으로부터의 설정가능한 거리인 공간 내의 지점에서 예리한 이미지를 디스플레이하도록 조절된다. 블록 하우징 (14) 은 차광 재료로 이루어지므로, 광이 동일한 프레임 상에 마운팅된 투영 블록들 (12) 사이를 교차하지 않아서, 간섭을 야기시킨다. 줌 렌즈 (18) 는, 예를 들어, 영국 특허 제 2432010 호 (SAMSUNG) 에 개시된 바와 같은 액체 줌 렌즈일 수도 있다.

투영된 이미지 컴포넌트 (102) 의 일부 수차 (aberration) 는 변조기 (20) 및/또는 렌즈 (18) 에 의해 도입될 수도 있다. 왜곡은 도입될 수도 있는 수차의 하나의 타입이고, 이것은 컴퓨터 (26) 에 의해 예측될 수도 있고, 2 차원 디스플레이 스크린 (16) 으로 전송되는 이미지에 반대 개념의 왜곡을 도입함으로써 보상될 수도 있다. 실제로, 구면 수차가 다수의 상황들에서는 뷰어에게 현저하지 않지만, 구면 수차가 이러한 방식으로 또한 수정될 수 있다.

헤이즈 머신 (haze machine; 도시되지 않음) 은 공기 중에서 부유 입자 (suspended particle) 들의 구름 (cloud) 을 제공하여, 반투명 안개 (fog) 를 형성한다. 이것은 투영 블록들 (12) 이 공기 중에서 부유하는 이미지를 투영하도록 한다. 헤이즈 머신은 바람직하게는, 뷰어에게 비가시적이거나 거의 비가시적인 두드러지지 않은 안개를 생성하도록 선택된다.

투영 블록 (28) 의 대안적인 실시형태가 도 3 에 도시되어 있다. 대안적인 실시형태에서, 블록 하우징 (30) 은 원추대의 형상이다. 이 실시형태에서, 2 차원 디스플레이 스크린 (16) 은 하우징 (30) 의 좁은 단부에 있고, 줌 렌즈 (18) 는 넓은 단부에 있다.

투영 블록 (12 또는 28) 의 어느 하나의 실시형태에서는, 디스플레이 스크린 (16) 이 블록 (12 또는 28) 의 단부 근처에 있는 대신에, 도 6 에 도시된 바와 같이, 블록 (12 또는 28) 의 단부로부터 약간의 거리를 두어 배치될 수도 있다.

투영 블록 (28) 의 형상은, 백릿 디스플레이 스크린 (16) 으로부터의 광의 높은 비율이 도 4 에 예시된 바와 같이, 차광 벽들에 의해 흡수되는 것이 아니라, 투영기 하우징 (30) 의 외부로 투영되는 것을 보장하기 때문에 유리하다.

투영 블록들은 지점, 픽셀 또는 이미지 컴포넌트를 공간으로 투영할 수 있는 임의의 다른 디바이스에 의해 대안적으로 대체될 수도 있다. 예를 들어, 레이저들은 기체에서 가시 방사 (visible radiation) 를 촉진시키기 위하여 이용될 수도 있다.

투영 블록들의 일부 또는 전부는 이전에 레코딩된 홀로그램을 갖는 사진 건판 및 레이저를 포함하는 홀로그램을 투영할 수 있는 구성일 수도 있다고 예상된다.

지금부터 도 5 및 도 6 을 참조하면, 각각의 투영 블록 (12 또는 28) 은 디스플레이 하우징 (24) 에 마운팅되므로, 디스플레이 스크린 (16) 과 동일한 평면에서 하우징 (12 또는 28) 의 단부에 있으며 디스플레이 스크린 (16) 의 에지에 대해 각각 수직인 2 개의 직교 축 (A-A 및 B-B) 중의 어느 하나의 주위로 피봇할 수 있다. 각각의 투영 블록 (12 또는 28) 은 또한, 블록 하우징의 각기둥 또는 절두체의 장축 (major axis) 주위로 90°회전될 수도 있다. 마운팅들은 동력화되고 컴퓨터 (26) 에 의해 제어되므로, 이용 시에, 각각의 투영된 이미지 컴포넌트 (102) 는, 투영 블록 (12 또는 28) 을 축 (A-A) 주위로 피봇시킴으로써 디스플레이 시스템 (10) 의 표면에 대해 평행한 수평 X 방향으로 이동될 수도 있고, 투영 블록 (12 또는 28) 을 축 (B-B) 주위로 피봇시킴으로써 디스플레이 시스템 (10) 의 표면에 대해 평행한 수직 Y 방향으로 이동될 수도 있으며, 줌 렌즈 (18) 및 변조기 (20) 를 조절함으로써 디스플레이 시스템 (10) 의 표면에 대해 수직인 Z 방향으로 이동될 수도 있다. 하우징의 회전은, 3 차원 이미지 (100) 를 형성하기 위한 이미지 컴포넌트들 (102) 의 배치의 측면에서 추가적인 유연성을 제공하기 때문에 유리하다.

이 실시형태에서는, 디스플레이 스크린 (16) 이 정사각형이다. 그러나, 다른 형상들의 디스플레이 스크린들이 이용될 수도 있고, 그리고 이러한 경우에는, 90° 회전은 2 차원 이미지 컴포넌트 (102) 에서 상이한 종횡비 (aspect ratio) 를 제공한다.

디스플레이 하우징들 (24) 내에서의 투영 블록들 (12 또는 28) 의 상이한 배치들은 도 7 내지 도 12 에 도시되어 있다. 투영 블록들 (12 또는 28) 의 배치는 디스플레이 상에서 보여지도록 의도된 이미지의 형상에 최적으로 맞도록 선택될 수도 있다. 예를 들어, 도 10 은, 투영 블록들 (12 또는 28) 이 디스플레이로부터 외부를 향해 가리키므로 3 차원 이미지 (100) 가 디스플레이를 완전히 둘러쌀 수도 있는 투영 블록들의 구형 배치를 도시한다. 3 차원 이미지 (100) 는, 예를 들어, 파노라마 풍경일 수도 있고, 디스플레이 디바이스 (10) 의 주위, 위 그리고 아래로 이동하는 다수의 뷰어들에 의해 뷰잉될 수도 있다. 도 12 는 랩톱, 태블릿, 또는 이동 전화와 같은 이동 디바이스에서 이용하기 위해 적절한 반구형 배치를 도시한다.

이용 시에, 도 13 에 도시된 바와 같이, 다수의 이미지 컴포넌트들 (102) 로 이루어진 3 차원 이미지 (100) 는 디스플레이 디바이스 (10) 에 의해 투영된다. 뷰어 (112) 의 위치에 따라서는, 일부 이미지 컴포넌트들 (102) 이 뷰어의 관측 시야 내에 있을 것이지만, 다른 것들은 보이지 않을 수 있다. 이것은 실제의 3 차원 대상물의 뷰어의 경험과 부합하고: 다른 부분들에 의해 가려지지 않은 부분들만이 보일 수도 있다. 도 13 에서, 뷰어 (112a) 는 이미지 컴포넌트 (102a) 를 볼 수 있지만, 이미지 컴포넌트 (102b) 를 볼 수는 없다. 마찬가지로, 뷰어 (112b) 는 이미지 컴포넌트 (102b) 를 볼 수 있지만, 이미지 컴포넌트 (102a) 를 볼 수는 없다. 각각의 이미지 컴포넌트는 각도들의 특정한 범위 내에서 관찰자에 의해 뷰잉될 수도 있고, 그 각도 범위의 외부에서는 관찰자에게 비가시적이다.

투영된 3 차원 이미지는 도 14 에 도시된 바와 같이, 디스플레이 하우징 (24) 의 경계들 내에 있을 수도 있거나, 또는 대안적으로, 도 15 및 도 16 에 도시된 바와 같이, 완전히 또는 부분적으로 하우징의 경계들 너머에 있을 수도 있다.

도 17 은 2 차원 전경 (104), 중경 (106) 및 배경 (108) 으로 구축된 3 차원 이미지 (100) 를 예시한다. 전경 (104) 은 자신이 커버하는 중경 (106) 및 배경 (108) 의 부분들을 막는다. 그러나, 뷰어는 자신의 위치를 배경 (108) 및 중경 (106) 의 이전에 가려진 부분들까지 이동시킴으로써, 전경을 너머보거나 돌아볼 수도 있다.

3 차원 이미지 (100) 는 물리적 대상물들의 존재에 응답할 수 있고, 이것은 사용자가 3 차원 디스플레이 (10) 상에서 이미지 (100) 와 상호작용하도록 할 수 있다.

도 18 내지 도 20 은 다수의 예의 상호작용들을 도시한다. 도 18 에서, 투영된 이미지 (100) 는 연질 시트이다. 3 차원 이미지 (100) 는 물리적 연질 시트가 행하는 바와 같이 사용자의 터치에 응답하는 것으로 보인다. 도 19 에서, 투영된 이미지 (100) 는 유체의 보디의 표면이다. 사용자의 손 (110) 이 이미지와 만날 때, 파 (wave) 또는 맥동 (ripple) 은 접촉의 지점으로부터 외부를 향해 이동하는 것으로 보인다. 도 20 에서, 투영된 이미지 (100) 는 소프트하고 비-탄성 (non-resilient) 재료, 예를 들어, 모래의 보디의 표면이다. 사용자의 손 (110) 이 투영된 이미지의 표면과 만날 때, 손 (110) 이 멀어진 후에 남아 있는 골짜기 (trough) 가 표면에서 만들어진다. 도면에서, 손 (110) 은 이미지의 좌측으로부터 우측으로 수평으로 이동되었고, 이는 선형의 골짜기를 생성하였다.

위에서 기술되고 도 18 내지 도 20 에서 도시된 그러한 예들로 제한되지 않는 3 차원 상호작용들은 카메라들 (22) 을 이용함으로써 실현될 수 있다. 카메라들 (22) 은 이미지 (100) 가 투영되고 있는 영역 상에서 트레이닝된다. 각각의 이미지 컴포넌트 (102) 는 도 21 에 보이는 바와 같이 숫자로 표기된다. 숫자들은 두드러지지 않도록 그리고 사용자에게 거의 비가시적이 되도록 작을 수도 있다. 숫자들은 전자기 스펙트럼의 비가시적인 부분, 예를 들어, 자외선 또는 적외선에서 투영될 수도 있다. 컴퓨터 (26) 는 카메라들 (22) 로부터 비디오 신호들을 수신하고, 더 이상 가시적이지 않은 그 이미지 컴포넌트 (102) 에서의 숫자로 인해, 이미지 컴포넌트 (102) 가 대상물의 존재에 의해 언제 산란되었는지를 식별할 수 있다. 이러한 방식으로, 외부 대상물의 위치가 파악될 수 있고, 디스플레이 스크린들 (16) 로 전송된 비디오 신호들, 투영 블록들 (12) 의 줌 렌즈 (18) 및 변조기 (20), 그리고 동력화된 마운팅들 상의 투영 블록들 (12) 의 각도 위치에 대한 조절에 의하여, 투영된 3 차원 이미지 (100) 가 적절하게 반응하게 될 수 있다.

대안적으로, 컴퓨터 (26) 는 카메라들 (22) 의 관측 시야 내에서 대상물들의 위치 및 움직임을 검출할 수 있는 이미지 프로세싱 소프트웨어를 제공받을 수도 있다. 이 방법은 숫자들을 갖는 투영된 이미지 (100) 를 가리는 것을 필요로 하지 않으므로 유리하다. 적절한 이미지 프로세싱 기술들은 Dellaert et al . (2000), Structure from Motion without Correspondence , IEEE Computer Society Conference on Computer Vision and Pattern Recognition, 및 Hartley and Zisserman (2004), Multiple View Geometry in Computer Vision , Cambridge University Press 에서 기술되어 있다. 공간에서 대상물의 위치를 검출할 수 있는 레이저들, 레이더, 또는 유사한 기술들은 동일한 효과를 위해 또한 이용될 수도 있다.

카메라들 (22) 은 이동하는 사람 또는 대상물을 레코딩하기 위하여 또한 이용될 수도 있다. 카메라들 (22) 로부터의 비디오 스트림들은 알려진 기술들을 이용하여 장면 (scene) 의 3 차원 모델을 구축하기 위하여 컴퓨터 (26) 에 의해 이용될 수도 있다. 3 차원 모델은 이후에 3 차원 디스플레이 디바이스 (10) 를 통해 재생될 수도 있다. 레코딩된 것은 저장될 수도 있고, 예를 들어, 이메일을 통해 또 다른 사람에게 송신될 수도 있다.

도 22 에서, 오목 거울 유닛 (40) 은 전반적으로 40 으로 표시된다. 거울 유닛 (40) 은 오목 거울 (42), 오목 거울의 외부 표면의 중심에 고정되며 그 지점에서 굴곡된 표면의 접선에 수직으로 연장되는 제 1 지지 부재 (44), 및 제 1 지지 부재에 피봇가능하게 연결되는 제 2 지지 부재 (46) 를 포함한다. 제 2 지지 부재 (46) 는 이용 시에, 예를 들어, 바닥 또는 벽에 견고하게 부착된다. 동력화된 마운팅 (48) 은, 제 1 지지 부재 (44) 가 제 2 지지 부재에 연결될 경우에 제공되고, 3 개의 직교 축들 주위의 거울 (42) 의 회전을 허용한다. 오목 거울의 위치를 조절하기 위하여, 동력화된 마운팅은 컴퓨터 (26) 에 의해 제어된다.

도 23 에 도시된 바와 같이, 이동가능한 오목 거울 유닛 (40) 은 디스플레이 디바이스 (10) 에 의해 투영된 3 차원 이미지 (100) 가 반사되어, 이에 따라 그 전체적으로 상이한 위치로 이동되도록 한다. 3 차원 이미지의 위치는 동력화된 마운팅 (48) 을 제어함으로써 컴퓨터에 의해 제어될 수 있다. 제 2 동력화된 마운팅 (50) 은 지지 트러스 (52) 상에서 3 차원 디스플레이 하우징 (24) 을 지지하도록 또한 제공된다. 제 2 동력화된 마운팅 (50) 은 제 1 동력화된 마운팅 (48) 과 유사한 운동 자유도를 제공하고, 컴퓨터에 의해 제어되고, 투영된 이미지 (100) 를 위치시킴에 있어서 추가의 유연성을 제공한다.

조절가능한 이미지 위치는 3 차원 이미지 (100) 가 도 23 내지 도 25 에 도시된 바와 같이, 서 있거나, 앉아 있거나 또는 누워 있는 뷰어에 의해 관찰되도록 한다. 이미지 위치는, 예를 들어, 원격 제어를 통해 사용자에 의해 수동으로 조절될 수도 있다. 대안적으로, 사용자의 머리의 위치를 추적하기 위하여 카메라들 (22) 로부터 입력을 취하는 컴퓨터 (26) 에 의해, 이미지 위치가 자동으로 조절될 수도 있다.

3 차원 디스플레이 시스템 (10) 은 도 22 내지 도 24 에 도시된 바와 같이, 컴퓨터를 동작시키기 위하여 이용될 수도 있다. 도 26 에서, 3 차원 컴퓨팅 인터페이스 (120) 는, 3 차원 디스플레이 시스템 (10) 에 의해 투영되는 제 1 의 3 차원 구 (sphere; 122) 의 투영된 이미지를 포함한다. 컴퓨터에 연결된 상이한 저장 디바이스들은 제 1 구 (122) 의 표면 상의 글자들 또는 기호들 (124) 에 의해 표현된다. 프로그램들 또는 데이터 파일들은 유사한 글자들 또는 기호들에 의해 또한 표현될 수도 있다. 사용자가 위에서 언급된 방법들 중의 임의의 하나에 의해 검출될 수도 있는 적절한 기호를 터치할 때, 제 1 구 (122) 의 크기가 감소되고, 제 2 구 (126) 는, 도 27 에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 선택된 저장 디바이스에서의 파일들 또는 디렉토리들, 선택된 프로그램의 기능들, 선택된 데이터 파일에서의 데이터를 표현하기 위하여 투영된다. 몇몇 프로그램들, 디렉토리들 또는 파일들은 임의의 특정한 시간에 개방되어 있을 수도 있고, 각각은 그 자신의 구, 사용자 상호작용을 현재 누리고 있지 않은 배경 작업들을 표현하는 더 작은 구들에 의해 표현된다. 구들 이외의 형상들은 컴퓨터 시스템 내의 디바이스들, 프로그램들 및 데이터를 표현하기 위하여 동일하게 이용될 수도 있다는 것을 이해할 것이다. 도 28 에서, 이메일 메시지가 수신되고, 전송자의 3 차원 이미지와 함께, 3 차원 디스플레이 (10) 상에 도시된다.

도 29 및 도 30 은 3 차원 웹 브라우저 (130) 를 도시한다. 3 차원 컴퓨팅 인터페이스 (120) 와 유사하게, 웹 페이지들 (132) 은 브라우저 (130) 에 의해 구들로서 표현된다. 사용자가 또 다른 웹사이트에 대한 링크를 표현하도록 표기되어 있는 제 1 구의 표면의 일부를 터치할 때, 제 1 구의 크기가 감소되고, 큰 크기의 제 2 구는 링크된 페이지를 표현하는 것으로 보인다. 웹 페이지들 (132) 은, 각각의 컴포넌트의 3 차원 위치를 특정하는 마크업 언어로, 3 차원 디스플레이를 위해 특히 설계될 수도 있다. 대안적으로, 3 차원 스타일들은 전통적인 2 차원 HTML 또는 XHTML 웹 페이지들에 국부적으로 적용될 수도 있다. 브라우저는 몇몇 웹 페이지들을 연속적으로 보여줄 수도 있다. 호환성을 위하여, 웹 브라우저 (130) 는 3 차원 스타일 정의를 추가하지 않으면서 2 차원 웹 페이지들 (134) 을 또한 디스플레이할 수 있다. 3 차원 비디오들은 웹 페이지들 내로 내장될 수도 있다.

지금부터 도 31 및 도 32 를 참조하면, 양면 시계 (70) 는 제 1 및 제 2 시계 면들 (72, 74) 및 면들을 연결하는 스트랩 (76) 을 포함한다. 시계 (70) 는 2 개의 면들이 착용자의 손목의 양측 상에 안착하게 착용되도록 설계된다. 시계 면들 (72, 74) 사이의 통신을 위하여 배선들이 스트랩 (76) 내에 내장된다.

도 32 는 시계 면들 (72, 74) 중의 하나의 확대도를 도시한다. 각각의 시계 면은 위에서 실질적으로 기술된 바와 같이, 3 차원 대화형 디스플레이를 포함한다. 시계는 시간 및 3 차원 디스플레이에 대한 다른 유용한 정보를 보여준다. 디스플레이들은 독립적으로 동작할 수도 있거나, 동일한 3 차원 대화형 디스플레이의 일부를 형성할 수도 있고, 각각의 시계 면 내의 투영기들은 착용자의 손을 실질적으로 둘러싸는 디스플레이 영역을 향해 가리킨다. 착용자의 친구들에게 감동을 주기 위하여, 고해상도 및 멀티-컬러의 3 차원 효과들이 시계 (70) 에 의해 생성될 수도 있다.

예를 들어, Wi-Fi (RTM) 표준을 준수하는 무선 통신 링크가 시계에 제공된다. 이것은 시계가 3 차원 비디오 메시지들을 포함하는 전자 메시지들을 전송하기 위하여 이용되도록 한다. 텍스트-기반 메시지들을 전송하기 위하여, 대화형 키보드가 3 차원 대화형 디스플레이에 의해 투영될 수도 있다.

디스플레이 하우징 및 차광 투영기 하우징은 플라스틱으로 이루어질 수도 있고, 특히, 그 유용한 수명의 말기에 디바이스의 환경적 영향을 감소시키기 위하여 분해가능한 바이오플라스틱 (bioplastics) 으로 이루어질 수도 있다.

Claims (23)

1. 3 차원 디스플레이 시스템으로서,
   디스플레이 하우징, 및
   2 차원 이미지 컴포넌트들을 자유 공간으로 투영하기 위한 복수의 투영기들
   을 포함하고,
   각각의 투영기는 상기 투영기로부터의 상기 투영된 2 차원 이미지 컴포넌트들의 거리를 조절하는 수단을 가지며,
   각각의 투영기는 상기 투영기에 대하여 상기 투영된 2 차원 이미지 컴포넌트의 수평 및 수직 위치를 조절하기 위하여, 상기 디스플레이 하우징에 피봇가능하게 (pivotally) 마운팅되고,
   상기 투영기들로부터의 상기 2 차원 이미지 컴포넌트들은 3 차원 이미지를 형성하기 위하여 합성되는, 3 차원 디스플레이 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   각각의 투영기는 그 투영 라인 주위로 회전가능한, 3 차원 디스플레이 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,
   각각의 투영기는 광원, 디스플레이 스크린 및 줌 렌즈를 포함하는, 3 차원 디스플레이 시스템.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 줌 렌즈는 액체 줌 렌즈인, 3 차원 디스플레이 시스템.
5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
   각각의 투영기는 파면 변조기 (wavefront modulator) 를 더 포함하는, 3 차원 디스플레이 시스템.
6. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
   상기 투영기는 기다란 정사각형 각기둥의 형상을 취하는 투영기 하우징을 더 포함하는, 3 차원 디스플레이 시스템.
7. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
   상기 투영기는 원추대 (frustum of a cone) 의 형상을 취하는 투영기 하우징을 더 포함하고,
   상기 디스플레이 스크린은 상기 하우징의 좁은 단부 근처에 배치되며,
   상기 줌 렌즈는 넓은 단부 근처에 배치되는, 3 차원 디스플레이 시스템.
8. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   적어도 하나의 카메라, 및
   이미지 프로세싱 소프트웨어가 제공된 컴퓨터
   를 더 포함하는, 3 차원 디스플레이 시스템.
9. 제 8 항에 있어서,
   숫자 또는 다른 기호는 각각의 투영된 2 차원 이미지 컴포넌트의 일부를 형성하고,
   상기 이미지 프로세싱 소프트웨어는 상기 카메라 또는 카메라들로부터의 비디오 신호 또는 비디오 신호들로부터 숫자들 또는 다른 기호들의 산란을 검출하도록 구성되는, 3 차원 디스플레이 시스템.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 숫자들 또는 다른 기호들은 인간의 눈에 비가시적인 전자기 스펙트럼의 일부에서 투영되는, 3 차원 디스플레이 시스템.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 숫자들 또는 다른 기호들은 자외선 광에서 투영되는, 3 차원 디스플레이 시스템.
12. 제 10 항에 있어서,
    상기 숫자들 또는 다른 기호들은 적외선 광에서 투영되는, 3 차원 디스플레이 시스템.
13. 컴퓨터를 동작시키는 방법으로서,
    (a) 디스플레이 하우징, 및 2 차원 이미지 컴포넌트들을 자유 공간으로 투영하기 위한 복수의 투영기들을 포함하는 3 차원 디스플레이 시스템을 제공하는 단계로서, 각각의 투영기는 상기 투영기로부터의 상기 투영된 2 차원 이미지 컴포넌트들의 거리를 조절하는 수단을 가지며, 각각의 투영기는 상기 투영기에 대하여 상기 투영된 2 차원 이미지 컴포넌트의 수평 및 수직 위치를 조절하기 위하여, 상기 디스플레이 하우징에 피봇가능하게 마운팅되고, 상기 투영기들로부터의 상기 2 차원 이미지 컴포넌트들은 3 차원 이미지를 형성하기 위하여 합성되는, 상기 3 차원 디스플레이 시스템을 제공하는 단계;
    (b) 상기 디스플레이의 3 차원 대상물을 디스플레이하는 단계;
    (c) 상기 대상물의 표면 상에 프로그램들, 기능들, 데이터 또는 디바이스들에 관한 기호들을 디스플레이하는 단계;
    (d) 상기 대상물의 표면에 인접한 사용자의 손 또는 다른 부속물의 존재 및 위치를 검출하는 단계; 및
    (e) 사용자의 손이 검출되는 지점에 근접하게 디스플레이되는 기호에 따라, 상기 프로그램을 개시하거나, 상기 기능을 활성화하거나, 상기 데이터를 로딩하거나 또는 상기 기호에 의해 표현된 디바이스에 관한 기능들을 활성화하는 단계를 포함하는, 컴퓨터를 동작시키는 방법.
14. 제 13 항에 있어서,
    (f) 단계 (a) 에서 디스플레이된 상기 대상물의 크기를 감소시키는 단계; 및
    (g) 개시된 상기 프로그램의 상기 기능들, 로딩된 상기 데이터의 엘리먼트들, 또는 단계 (c) 에서 사용자에 의해 선택된 상기 기호에 의해 표현된 상기 디바이스의 내용들을 표현하기 위하여 새로운 대상물을 디스플레이하는 단계
    를 더 포함하는, 컴퓨터를 동작시키는 방법.
15. 월드 와이드 웹 (world wide web) 을 브라우징하는 방법으로서,
    (a) 디스플레이 하우징, 및 2 차원 이미지 컴포넌트들을 자유 공간으로 투영하기 위한 복수의 투영기들을 포함하는 3 차원 디스플레이 시스템을 제공하는 단계로서, 각각의 투영기는 상기 투영기로부터의 상기 투영된 2 차원 이미지 컴포넌트들의 거리를 조절하는 수단을 가지며, 각각의 투영기는 상기 투영기에 대하여 상기 투영된 2 차원 이미지 컴포넌트의 수평 및 수직 위치를 조절하기 위하여, 상기 디스플레이 하우징에 피봇가능하게 마운팅되고, 상기 투영기들로부터의 상기 2 차원 이미지 컴포넌트들은 3 차원 이미지를 형성하기 위하여 합성되는, 상기 3 차원 디스플레이 시스템을 제공하는 단계;
    (b) 3 차원 디스플레이 상에 제 1 웹 페이지를 디스플레이하는 단계;
    (c) 상기 디스플레이된 웹 페이지에 인접한 사용자의 손 또는 다른 부속물의 존재 및 위치를 검출하는 단계;
    (d) 상기 사용자의 손이 상기 제 1 웹 페이지 상의 하이퍼링크에 근접하게 검출될 경우, 상기 제 1 웹 페이지의 크기를 감소시키고 상기 하이퍼링크의 타겟 (target) 인 웹 페이지를 보다 큰 크기로 디스플레이하는 단계
    를 포함하는, 월드 와이드 웹을 브라우징하는 방법.
16. 제 15 항에 있어서,
    웹 페이지들 중 적어도 하나는, 각각의 컴포넌트의 3 차원 위치를 정의하는 마크업 언어로 기록되는, 월드 와이드 웹을 브라우징하는 방법.
17. 제 15 항에 있어서,
    웹 페이지들 중 적어도 하나는, 표준적인 2 차원 디스플레이를 위해 설계된 HTML 또는 XHTML 웹 페이지이고,
    각각의 페이지 컴포넌트의 3 차원 위치를 정의하는 3 차원 스타일이 적용되는, 월드 와이드 웹을 브라우징하는 방법.
18. 2 개의 시계 면들 및 시계 스트랩을 포함하고,
    상기 시계 면들 중 적어도 하나는 제 1 항에 기재된 3 차원 디스플레이를 포함하는, 양면 손목 시계.
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