為空間可變平面的投影確定當前投影數據的方法和裝置的製作方法
2023-05-09 07:20:36 3
專利名稱：為空間可變平面的投影確定當前投影數據的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及為空間可變平面的投影確定當前投影數據的方法和裝置。
通常在3D投影系統、例如「虛擬真實」系統(VR系統)或「視覺模擬」系統(VS系統)中確定如此數據，以便三維表示圖像或連續圖像。
從[1]中已知並且在圖2中描述了如此的3D投影系統。
3D投影系統200具有一個多節點結構，二個專用計算機210、220同整個系統連接。
二個專用計算機210、220經過乙太網絡數據線230彼此連接。此外二個專用計算210、220與各一個投影單元240、250連接。
為了在用戶和3D投影系統200之間實施相互作用第一專用計算機210與一個終端設備、即滑鼠260、和一個位置跟蹤系統270連接。
位置跟蹤系統270用於，用戶在一個真實環境或世界中的動作輸入3D投影系統200的虛擬世界中。因此位置跟蹤系統270可以直觀理解為在用戶的真實世界和3D投影系統200的虛擬世界之間的接口。
在3D投影系統200的多節點結構中第一專用計算機210履行控制和監控任務，例如同步三維圖像數據，在第一專用計算機210和第二專用計算220中確定這些數據並且把這些數據傳輸給各自與專用計算機連接的投影單元250、260用於同步投影。
該3D投影系統200為了確定三維圖像數據應用軟體程序「Lightning」[2]。在Linux作業系統[3]下執行該程序，該作業系統安裝在專用計算機210、220中。
軟體程序「Lightning」把一個程序庫執行者[4]用於三維圖像數據的顯像。
在3D投影系統200的多節點結構中第一專用計算機附加於三維圖像的確定還承擔3D投影系統的控制和監控。由於這個原因在3D投影系統200中在第一專用計算機上對計算能力的要求比在第二專用計算機上的要求高。
或者這導致，在應用二個同樣的專用計算機210、220的情況下二者工作負荷顯著不同(不對稱)。可是在這種情況下至少一個專用計算機210、220的工作是不見效的。
或者應用二個特殊的、匹配於各自所需計算能力的專用計算機210、220。可是對於這些特殊匹配的專用計算機210、220購置費用和維護費用是較高的。
因此本發明基於這個問題，給出一種方法和一個裝置，以該方法和裝置可以簡單並低成本地確定3D投影的投影數據。
通過根據各自獨立的權利要求的方法和裝置解決該問題。
在為空間可變平面的投影確定當前投影數據的方法中，在第一計算單元中確定變化數據，該數據表明空間可變平面從初態到終態的變化。變化數據傳輸給第二計算單元並傳輸給第三計算單元，二者分別與第一計算單元連接。在第二計算單元中在應用變化數據和第一個事先存儲的投影數據的情況下為空間可變平面的第一投影確定第一個當前投影數據。在第三計算單元中在應用變化數據和第二個事先存儲的投影數據的情況下為空間可變平面的第二投影確定第二個當前投影數據。
為空間可見平面的投影確定當前投影數據的裝置具有一個第一計算單元，如此建立該計算單元，即可以確定變化數據，該數據表明空間可變平面從初態到終態的變化，並且把該變化數據傳輸給第二計算單元並傳輸給第三計算單元，二者分別與第一計算單元連接。
如此建立第二計算單元，即在應用變化數據和第一個事先存儲的投影數據的情況下可以為空間可變平面的第一投影確定第一個當前投影數據。如此建立第三計算單元，即在應用變化數據和第二個事先存儲的投影數據的情況下可以為空間可變平面的第二投影確定第二個當前投影數據。
根據本發明的裝置直觀具有一個對稱結構，由此得出該對稱結構，即第二計算單元和第三計算單元彼此分別實施相應的方法步驟。
這導致第二和第三計算單元的對稱並因此有效的工作負荷。
本發明的另一個特別優點在於，可以通過商業硬體元件、例如通過商業PC實現本發明的元件。
因此簡單並低成本地實現本發明。此外在如此實現的情況下產生低的維護費用。
另一個優點在於，例如通過附加的第二和/或第三計算單元可以簡單並靈活地擴展根據本發明的裝置，也就是說可以定標。
此外本發明具有特別的優點，其獨立於計算機平臺並且以簡單方式能夠一體化在任意已知的投影系統和/或顯像系統中、例如「Lightning」、「Vega」和「Division」。此外由此實現的新投影系統和/或顯像系統的購置費用顯著低於原始系統。
該裝置特別適合於實施根本發明的方法或其如下闡述的改進。
從屬權利要求中得出本發明的優選改進。
進一步描述的改進不僅涉及該方法而且也涉及該裝置。
不僅可以軟體而且也可以硬體、例如在應用特殊電路的情況下、實現本發明和進一步描述的改進。
此外通過計算機可讀的存儲介體能夠實現本發明或進一步描述的改進，在該存儲介體上存儲本發明或改進執行的電腦程式。
也可以通過電腦程式產品實現本發明和/或每個進一步描述的改進，該電腦程式產品具有一個存儲介體，在該存儲介體上存儲本發明或改進執行的電腦程式。
本發明此外具有特別的優點，以特別簡單的方式可以擴展或者定標本發明並因此可以十分靈活使用本發明。在一個擴展中該裝置配備多個第二和/或第三計算單元，每一個計算單元與第一計算單元連接。
通過僅僅把變化數據傳輸給第二和第三計算單元和接下來在第二和第三計算單元中分別從變化數據中再現表明空間可變的平面的數據代替確定表明空間可變平面的數據，在第二和第三計算單元中顯著降低傳輸數據量和在計算單元中所需的計算能力。
因此在本發明的一個擴展中在應用標準硬體元件的情況下能夠實現該裝置。如此例如可以分別通過商業PC實現第一計算單元、第二計算單元和第三計算單元。
在一個擴展中在第二和第三計算單元中存儲第一個當前投影數據和第二個當前投影數據。在另外的後面投影中原當前投影數據是事先存儲的投影數據。在這種情況下遞推實施該方法。
根據本發明的裝置特別適合於例如在虛擬真實系統和/或視覺模擬系統中投影三維圖像(3D圖像)或由3D圖像形成的連續圖像的投影系統。
在這種情況下空間可變平面包含在3D圖像中，通過虛擬真實系統/和或視覺模擬系統產生該圖像。
本發明對如此投影系統的改進具有用於第一個投影的第一投影單元和用於第二個投影的第二投影單元，其中第一投影單元與第二計算單元連接，第二投影單元與第三計算單元連接。
如果例如通過把同步信息從第一計算單元分別傳輸給第二和第三計算單元同步投影單元的投影，則當然實現高質量的空間可變平面投影。
通過廣播機理特別簡單實現同步，在該機理中第一計算單元把廣播信息傳輸給第二和第三計算單元。
如果第一投影數據的確定和第二投影數據的確定也同步，則得出投影的進一步改善。為此第一計算單元把第一同步信息傳輸給第二計算單元並且把第二同步信息傳輸給第三計算單元。在應用第一和第二同步信息的情況下同步確定第一和第二投影數據。
通過廣播機理也能夠簡單實現該同步。
如果通過畫面記錄器表明空間可變的平面，則在本發明的一個擴展中當然特別簡單地實現空間可變平面的已知投影方法的一體化。
在這種情況下從空間可變平面在初態中的畫面記錄器與空間可變平面在終態中的畫面記錄器相比的變化中確定變化。
在3D連續圖像的3D圖像投影時空間可變平面分別包含在3D連續圖像的一個3D圖像中。在這種情況下為3D連續圖像的每個3D圖像確定畫面記錄器。
在本發明的一個改進中實施初始化，其中表明在初始狀態中的空間可變平面的初始化數據傳輸給第二和第三計算單元。在第二計算單元中在應用初始化數據的情況下確定第一初始化投影數據以及在第三計算單元中在應用初始化數據的情況下確定第二初始化投影數據。
在圖中描述本發明的實施例並且進一步詳細闡述本發明的實施例。
圖1指出了根據第一實施例的VR系統簡圖；圖2指出了根據現技術狀況的3D投影系統簡圖；圖3指出了具有在3D投影時執行的方法步驟的簡圖4指出了具有適合於根據第一和第二實施例的3D投影系統的軟體結構簡圖；圖5指出了根據第二實施例的3D投影系統簡圖。
圖1指出了具有用於3D畫面顯像的交聯計算機結構100的「虛擬真實」系統(VR系統)。
在這個交聯的計算機結構100中控制計算機(主機)110與一個輸入/輸出單元120和四個投影計算機(從屬)130、131、132、133連接。
每個投影計算機130、131、132、133進一步與一個投影儀141、141、142、143連接。各一個投影計算機130、131、132、133和一個與投影計算機130、131、132、133連接的投影儀141、141、142、143一起形成投影單元。
各二個這樣的投影單元在一個投影屏150、151上投影3D圖像。與此相應該VR系統具有二個如此的投影屏150、151。
一個數據網160、通過該數據網連接交聯的計算機結構100的元件、是一個商業乙太網絡。控制計算機110和投影計算機130、131、132、133分別配備乙太網網絡卡和相應乙太網軟體。
不僅控制計算機110而且投影計算機130、131、132、133也是商業Intel Pentium III PCs，投影計算機130、131、132、133分別附加配備一個3D圖形卡。
在控制計算機110上和在投影計算機130、131、132、133上分別安裝「Linux」作業系統[3]。投影儀141、141、142、143是商業LCD或DLP投影儀。
在控制計算機110上安裝一個虛擬真實應用軟體，在這種情況下應用軟體是「Vega」[5]和3D圖形庫「SGI Performer」2.3版。
在每個投影計算機130、131、132、133同樣安裝3D圖形庫「SGIPerformer」2.3版。
此外在控制計算機110和投影計算機130、131、132、133上分別安裝可執行的軟體，以該軟體可以在顯像3D畫面時執行下面描述的方法步驟。
在圖3中描述了具有在顯像3D畫面時的方法步驟的簡圖。
通過軟體執行方法步驟301、310、315、320和330，該軟體安裝在控制計算機110上。分別在所有投影計算機130、131、132、133上通過在那裡安裝的軟體執行方法步驟350、351、355、360和365。
對於一個投影計算機130、131、132、133示範描述方法步驟350、351、355、360和365。可是這些方法步驟相應地在所有另外投影計算機350、351、355、360和365上執行。
通過一個所謂的畫面記錄器描述在VR系統100中在3D圖像中的所有空間信息，該畫面記錄器在[6]中說明。
箭頭、通過該箭頭方法步驟彼此連接、說明分別連接的方法步驟的時間順序。
在控制計算機110的初始化方法步驟301和投影計算機130、131、132、133的初始化方法步驟350中初始化VR系統。
對此在控制計算機110中在使用應用阮件「vega」的情況下確定一個3D初始化圖像並且傳輸給投影計算機130、131、132、133。
此外在初始化VR系統時確定成像參數，其在用戶的真實世界和VR系統100的虛擬世界之間建立交互連接。
在應用成像參數的情況下用戶在真實世界中實施的動作作為相應的連續圖像輸入VR系統100的虛擬世界。
在方法步驟310中，在控制計算機110中處理用戶的輸入。對此用戶在真實世界中的動作輸入VR系統100的虛擬世界中。接下來控制計算機110在方法步驟315中確定一個當前的3D圖像。
在方法步驟320中確定當前3D圖像與時間先前、在控制計算機中確定並存儲的3D圖像相比的變化。
這是通過確定在當前3D圖像中的畫面記錄器與在時間先前的3D圖像中畫面記錄器相比的變化實現的。
對此直觀確定在當前畫面記錄中和時間先前的畫面記錄器之間的差別(變化數據)。
在方法步驟325中變化數據傳輸給投影計算機130、131、132、133。
在方法步驟330中控制計算機110控制並監控投影計算機130、131、132、133的同步，下面特別描述投影計算機的同步。
接下來控制計算機可以再度處理用戶的新動作，其中象描述的一樣再度執行方法步驟310、315、320、325、330。
在方法步驟351中投影計算機130、131、132、133接收變化數據(參見方法步驟325)。
在方法步驟355中，在投影計算機130、131、132、133中在應用變化數據和時間先前3D圖像的畫面記錄器的情況下「再現」當前的畫面記錄器。
在方法步驟360中在應用3D圖形庫「SGI Performer」2.3版[4]的情況下從再現的畫面記錄器中確定投影數據。
在方法步驟365中投影數據傳輸給投影儀140、141、142、143並投影。對此在所有投影計算機130、131、132、133中同步實現到各自投影儀140、141、142、143的傳輸。
同步在圖1的VR系統100中實現二次同步。
分別通過所謂的廣播機理執行二個同步，該機理在[7]中描述。
在該廣播機理中控制計算機110把廣播消息傳輸給投影計算機130、131、132、133以便同步在投影計算機130、131、132、133中的計算機動作。
這個傳輸的廣播消息相當於直觀的同步脈衝，通過該同步脈衝同步計算機動作。
在第一同步中控制計算機110同步把變化數據傳輸給投影計算機130、131、132、133。
在投影計算機130、131、132、133中分別確定當前的畫面記錄器並且確定相應的投影數據用於3D圖像的投影。投影數據存儲在投影計算機130、131、132、133的特殊存儲器中。
在投影計算機130、131、132、133中一確定投影數據，各自投影計算機130、131、132、133就給控制計算機傳輸消息。由此投影計算機130、131、132、133告知控制計算機，其準備好接下來的投影。
控制計算機110從所有投影計算機130、131、132、133一獲得報告，控制計算機就同步接下來的投影(第二同步)。
同樣通過廣播消息實現第二同步，該廣播消息從控制計算機100傳輸給投影計算機130、131、132、133。
控制計算機110直觀要求投影計算機130、131、132、133，把投影數據從特殊存儲器中同時傳輸給投影儀投影。
在圖4中分別通過具有分級裝置層的層結構描述控制計算機的軟體結構401和投影計算機402的軟體結構。
下面代表投影計算機描述的層結構象描述的一樣在所有投影計算機中實現。
如此層結構的層理解為軟體模塊，其提供其上一層的業務。對此層的軟體模塊可以使用其上一層的業務。
每個層提供一個API(應用程式接口)使用，其為可支配的業務定義輸入數據的可支配業務和格式。
控制計算機的如此軟體結構401具有第一個、最上面的層、應用層410。應用層410是到用戶接口410。
隸屬於第一層410的第二層411是VR系統。在那裡產生、管理3D數據並且數據作為畫面記錄器移交給SGI Performer 2.3版用於顯像。
在隸屬於第二層411的第三層412中確定變化數據，其表明在二個時間連續的畫面中畫面記錄器的變化，並且變化數據傳遞給在投影計算機中的對應層420。
在最深層、第四層413中存儲3D圖形庫「SGI Performer」2.3版的數據。在該層中實現顯像。
投影計算機402的軟體結構包含二個層。
在第一層420中接收變化數據，其表明在二個時間連續的畫面中畫面記錄器的變化，並且變化數據傳送給「SGI Performer」2.3版。
在隸屬於第一層的第二層421中存儲3D圖形庫「SGI Performer」2.3版的數據。
使控制計算機的軟體結構的第三層412與投影計算機的軟體結構的第一層420連接的連接箭頭430說明，在這二個層之間交換數據，該數據由控制計算機傳輸給投影計算機。
第二實施例VR系統圖5指出了具有用於3D畫面顯像的交聯計算機結構的第二「虛擬真實」系統(VR系統)500。
在該交聯的計算機結構中控制計算機(主機)501與根據第一實施例的六個投影單元510、511、512、513、514、515連接。
根據第一實施例投影單元510、511、512、513、514、515中的二個分別在投影屏520上投影3D圖像。
彼此連接、半圓形布置在這種情況下必須的三個投影屏521、522、523並且因此使用戶能夠「環視」。
根據第一實施例實現數據網530、通過該數據網連接交聯的計算機結構的元件、控制計算機501、投影計算機510、511、512、513、514、515、投影儀560、561、562、563、564、565。
根據第一實施例實現控制計算機501和投影計算機510、511、512、513、514、515的軟體。
相應在根據第二實施例的VR系統500中執行在圖3中描述並且在第一實施例的範圍內說明的方法步驟。
在本文獻的範圍內引用如下出版物[1]prospektblatt 「personal Immersion」，Arbeitswirschaftund Organisation(IAO)的Frauenhofer學院，Stuttgart06/2000；[2]關於「Lightning」的產品信息，在http//www.cenit.de/d/data/cae/vr/lightingl.htm下在13.07.2000可以得到；[3]關於「Linux」的產品信息，在http//www.linux.org/info/index.html下在13.07.2000可得到[4]關於「Performer」的產品信息，在http//www.sgi.com/software/performer/下在13.07.2000可得到；[5]關於「Vega」的產品信息，在http//www.multigen.com/products/pdf_files/Vega72dpi.pdf下在13.07.2000可得到；[6]關於「畫面記錄器」的產品信息，在http//www.sgi.com/software/performer/presentations/perfwpclr.pdf下在13.07.20000可得到；[7]W.Richard Stevens，UNIX Netzwork Programming，seite192，prentice Hall，1990。
權利要求
1.為空間可變平面的投影確定當前投影數據的方法，-在該方法中在第一計算單元中確定變化數據，該數據表明空間可變平面從初態到終態的變化，-在該方法中變化數據傳輸給第二計算單元並傳輸給第三計算單元，二者分別與第一第一計算單元連接，-在該方法中在第二計算單元中在應用變化數據和第一個事先存儲的投影數據的情況下為空間可變平面的第一投影確定第一個當前投影數據，-在該方法中在第三計算單元中在應用變化數據和第二個事先存儲的投影數據的情況下為空間可變平面的第二投影確定第二個當前投影數據。
2.按照權利要求1的方法，在該方法中存儲第一個當前投影數據和/或第二個當前投影數據。
3.按照權利要求1或2的方法，在該方法中第一計算單元把第一同步信息傳輸給第二計算單元並把第二同步信息傳輸給第三計算單元，以這二個同步信息同步確定第一和第二投影數據。
4.按照權利要求1至3之一的方法，在該方法中第一計算單元把第三同步信息傳輸給第二計算單元並把第四同步信息傳輸給第三計算單元，以這二個同步信息同步第一和第二投影。
5.按照權利要求3或4的方法，在該方法中同步信息是廣播機理的廣播信息。
6.按照權利要求1至5之一的方法，在該方法中，實施初始化，其中在初始化狀態中表明空間可變平面的初始化數據傳輸給第二和第三計算單元並在第二計算單元中在應用初始化數據的情況下確定第一個初始化投影數據以及在第三計算單元中在應用初始化數據的情況下確定第二初始化投影數據。
7.按照權利要求1至以6之一的方法，在該方法中通過畫面記錄器說明空間可變面。
8.按照權利要求7的方法，在該方法中從空間可變平面在初態中的畫面記錄器到空間可變平面在終態中的畫面記錄器的變化中確定變化。
9.按照權利要求1至8之一的方法，在該方法中，空間可變平面包含在3D圖像的初態中和/或空間可變平面包含在3D圖像的終態中。
10.按照權利要求9的方法，用於3D連續圖像的3D圖像的投影，其中為3D連續圖像的每個3D圖像確定畫面記錄器。
11.按照權利要求10的方法，用在虛擬真實系統的範圍內和/或用在視覺模擬系統的範圍內，其中在應用虛擬真實系統和/或視覺模擬系統的情況下產生圖像。
12.為空間可變平面的投影確定當前投影數據的裝置，-具有一個第一計算單元，如此建立該第一計算單元，即確定變化數據，該數據表明空間可變平面從初態到終態的變化，並且把變化數據傳輸給第二計算單元並且傳輸給第三計算單元，二者分別與第一計算單元連接，-具有第二計算單元，如此建立該第二計算單元，即在應用變化數據和第一個事先存儲的投影數據的情況下為空間可變平面的第一投影確定第一個當前投影數據，-具有第三計算單元，如此建立該第二計算單元，即在應用變化數據和第二個事先存儲的投影數據的情況下為空間可變平面的第二投影確定第二個當前投影數據。
13.按照權利要求12的裝置，具有多個第二和/或第三計算單元，每一個計算單元與第一計算單元連接。
14.按照權利要求12或13的裝置，在該裝置中第一計算單元、第二計算單元和第三計算單元分別是一個PC。
15.按照權利要求12至14之一的裝置，-具有一個第一投影單元，其與第二計算單元連接並且產生第一投影，-具有一個第二投影單元，其與第三計算單元連接並且產生第二投影。
16.按照權利要求12至15之一的裝置，在該裝置中第一和第二投影同步。
全文摘要
在為空間可變平面的投影確定投影數據的方法和裝置中，在第一計算單元中確定變化數據，該數據表明空間可變平面從初態到終態的變化。把變化數據傳輸給第二計算單元並傳輸給第三計算單元，二者分別與第一計算單元連接。在第二計算單元中在應用變化數據和第一個事先存儲的投影數據的情況下為空間可變平面的第一投影確定第一個當前投影數據。在第三計算單元中在應用變化數據和第二個事先存儲的投影數據的情況下為空間可變平面的第二投影確定第二個當前投影數據。
文檔編號H04N17/00GK1443422SQ01813014
公開日2003年9月17日 申請日期2001年7月10日 優先權日2000年7月17日
發明者T·魯格, A·Y·克茨克, C·－P·維德曼 申請人:西門子公司