体積3Dイメージを表示する方法
【課題】体積3Dディスプレイで生理学的な、心理的な深度のキューを表示する方法を提供する。
【解決手段】体積3Dディスプレイの生理学的な深度のキュー、そして大きい心理的な深度のキューを両方表示するため、基本概念は2D画面によって歪斜的座標系を結合することであって、ディスプレイの体積は、物理的な3D空間および2D画面の内のバーチャ.スペースの2部分を含んでいる。すなわち表示されるべき物件が物理的な3D空間の内にあれば、物件は歪斜的な3D座標に従って体積3Dイメージとして表示される。物件がバーチャ.スペースの中に物理的な3D空間を越えてあれば、背景として2D画面の透視図によって表示される。
【解決手段】体積3Dディスプレイの生理学的な深度のキュー、そして大きい心理的な深度のキューを両方表示するため、基本概念は2D画面によって歪斜的座標系を結合することであって、ディスプレイの体積は、物理的な3D空間および2D画面の内のバーチャ.スペースの2部分を含んでいる。すなわち表示されるべき物件が物理的な3D空間の内にあれば、物件は歪斜的な3D座標に従って体積3Dイメージとして表示される。物件がバーチャ.スペースの中に物理的な3D空間を越えてあれば、背景として2D画面の透視図によって表示される。
【発明の詳細な説明】
【0001】
本発明は本出願人に次の特許および出願に関連している:
米国特許5,754,147、
米国特許5,954,414、
米国特許6,302,542B1、
米国特許6,765,566B1、
米国特許6,961,045B1、
米国特許出願公開2005−0280605−A1、
日本特許出願361090/99(國内特許出願通知2000/201362)、
日本特許出願2001/318189(國内特許出願通知2002/268136)、
日本特許出願2002/175379(國内特許出願通知2003/107399)、
出願人は上記の文書を本件に引用文献として取り入れている。
【技術分野】
【0002】
本発明は体積3Dディスプレイの分野に関連している。とりわけ、それは大きい心理的な視覚深さの色の体積3Dイメージの表示に関連している。
【背景技術】
【0003】
体積3Dディスプレイは、3Dイメージ実3D空間をに表示する。体積イメージの中の各「ボクセル」は、想定されるあるべき空間的位置に実際にかつ物理的に位置し、そして光線は、その位置から全方向に向けて直接走行して、実イメージをビューアの眼に形成する。その結果、体積3Dイメージは、生理學的及び心理學的な双方深度のキュー(depthcues)において全ての主要な要素を所有し、多数のビューアによって特別な眼鏡の必要性なしで見ること歩のまわりの360度を可能にする。
【0004】
体積3Dディスプレイの多くの異なったアプローチがずっとある。1つの部門は移動表示パネルを使用する。移動表示パネルは残像の効果によって体積3Dイメージを形作るために空間の2Dイメージのフレームを配る。例えば、Bcrlin米国特許4,160,973は円柱ディスプレイの体積を掃引する回転LEDのパネルが付いているシステムを記述する。別の例のため、Tsao日本特許出願通知2002/268136(図11)は「回転式往復運動式の」表示パネルが付いているシステムを記述する。平らなパネル・ディスプレイは軸線について固定方向に常に直面する表面と回る。その結果、表示パネルは表示空間をように往復動きで掃引する。
【0005】
体積3Dディスプレイの別の部門は移動スクリーンを使用し、スクリーンに2Dイメージを投影する。例えば、Tsao日本特許出願通知2002/268136(図2a、4a−4d、5b)は「回転式往復運動の」スクリーンおよび光学プロジェクターが付いているシステムを記述する。これはまたTsao米国特許6,765,566(図20)およびTsao米国特許6,302,542(図2a、4a−4bおよび5b)で記述されている。別の例のために、Tsao米国特許6,765,566(図14−15)は(また日本特許出願通知2000/201362で)回転スクリーンに基づいてシステムを記述する。他の例は下記のものを含んでいる:Batchko米国特許5,148,310、Shimada米国特許5,537,251、そしてDorval他米国特許6,554,430。Blundell米国特許5,703,606は別のタイプの移動スクリーンシステムを記述する。それは蛍光体が塗られる移動スクリーンを使用し、スクリーンでイメージを発生させるのに静止した電子銃を使用する。
【0006】
別の部門はディスプレイの体積として表示パネル(通常液晶表示装置)の積み重ねを使用する。例はLeungが及びIves米国特許5,745,197およびHattori他Optical Engineering、1992年、Vol.31の第2、p.350等含まれている。
【0007】
また別の部門は電気で切替可能なスクリーン(通常液晶)および光学プロジェクターの積み重ねを使用する。例はSullivan米国特許6,100,862およびSadovnik及びRizkin米国特許5,764,317が含まれている。
【0008】
まだ別の部門は「蛍光性の段階的な刺激」(または一般に呼ばれた「2−stage刺激」)の特性を持っている材料の体積を使用する。例は等Korevaar米国特許4,881,068および Downing 他、Science、1996年8月30日、Vol.273、p.1185含まれている。
【0009】
出願人は上記の文書を本件に引用文献として取り入れている。
【0010】
体積3Dディスプレイのイメージの質に関する1つの問題は心理的な視覚深さの限界である。表示空間に有限なサイズがあり、従って生理学的な視覚深さは限られている。対照的に、2Dディスプレイは透視図の形で心理的な深度のキューによって基本的に眺めの無限深さを表示できる。
【0011】
体積3Dディスプレイの別の問題は灰色の(または色)レベルの限界である。プロジェクショソに基づいて多くの体積3Dディスプレイではプロジェクターの好まれたイメージの源はDMD(Digital Micromirror Device)またはFLCD(Ferroelectric液晶表示装置)である。これらは白黒ピクセルの装置である。色を作成するためには、私達は3つのDMDまたはFLCDのパネル、別の原色の光によって照らされる各パネルを使用してもいい。代わりに、Tsao米国特許6,961,045は(また國内特許出願通知2003/107399で)色を発生させるのに単一のパネルを使用する方法を記述する。単一のパネルは3つのサブパネルに分けられ、各サブパネルは別の原色のライトによって照らされる。3つのサブパネルのイメージはプロジェクショソの1つにそれから組み変えられる。但し、各ピクセルに2つのレベルだけ(白および黒)あるので、3つのパネルまたはサブパネルの組合せは色の限られた量だけを発生できる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
この発明は体積3Dディスプレイで生理学的な、心理的な深度のキューを表示する方法を記述する。この付加的な心理的な視覚深さは無限深さの背景を表示できる。それは飛行シミュレーションまたは電子ゲームのような適用に有用である。この発明はまた色かグレイ・スケールの高レベルの体積3Dイメージを表示する方法を記述する。この発明はまた基本的な幾何学的な形のレンダリングの原則そしてアルゴリズムを記述する。これらの原則がおよびアルゴリズムは無限深さの色の体積3Dイメージそして背景を表示するのに使用されている。
【課題を解決するための手段】
【0013】
体積3Dディスプレイの生理学的な深度のキューそして大きい心理的な深度のキューを両方表示するため、基本概念は2D画面によって歪斜的座標系を結合することである。従って、ディスプレイの体積は2部分を含んでいる:物理的な3D空間および2D画面の内のバーチャ.スペース。表示されるべき物件が物理的な3D空間の内にあれば、物件は歪斜的な3D座標に従って体積3Dイメージとして表示される。物件がバーチャ.スペースの中に物理的な3D空間を越えておよびあればあれば、背景として2D画面の透視図によって、すなわち、表示される。
【0014】
2D画面に表示イメージへ3つの好適た方法がある。第1方法は平面の体積3Dイメージとして2D画面の表示イメージにある。即ち、これは3D体積の中の2D平面の透視図の表示イメージにある。基本的に、この第1方法はすべてのタイプの体積3Dディスプレイに適用することができる。2D画面はディスプレイの体積の任意位置そしてオリエンテーションに置くことができる。第2方法は複数の画像フレームを重ねることによって透視図の2Dイメージを表示する。第3方法は2D画面で透視図のイメージを発生させるのに別のプロジェクターを使用する。
【0015】
ハイカラー(か灰色)レベルの表示イメージは、ハイカラーのレベルの基本的な幾何学的な形(便宜上「幾何基形」と呼ばれる)のレンダリング方法記述されている。基本概念は幾何基形内の表示要素の総数に関して描画された表示要素の数の比率を制御することである。表示要素は体積3D空間の表示イメージの基本的な要素である。描画された表示要素の数は望ましい輝度のレベルを表す。表示要素の総数は最高の輝度のレベルを表す。この制御を達成する2つのアプローチがある:「点基づかせていたレンダリング」および「交面基づかせていたレンダリング」。
【0016】
点基づかせていたレンダリングでは、サンプル点は第一に幾何基形を表すために計算され、それからサンプル点は描画された。即ち、幾何基形を表示することはサンプル点を表示することである。従って、幾何基形およびスライスフレームの交差を計算する必要性がない。各サンプル点は1つの表示要素の位置に一般に対応する。しかしサンプル点のイメージのサイズは隣接した表示要素に点の膨張によって調節することができる。すなわち、点の膨張は1つのサンプル点からの複数の表示要素へマッピングである。一般に、幾何基形の輝度のレベルは描画された表示要素の数に比例している。表示要素自体にグレイ・スケール機能があれば、輝度のレベルは表示要素の輝度のスケールにまた比例している。サンプル点の空間的な配分そしてサイズの制御によって望ましい視覚輝度を与えるために、描画された表示要素の総数は制御することができる。
【0017】
交面基づかせていたレンダリングでは、幾何基形およびフレームの切れの交差は描画される。一般に、各交差はフレームのピクセルを含む小さいビットマップである。交差のすべての小さいビットマップを一緒にステッチすることは概念的な「合成ビットマップ」を形作る。望ましい輝度のレベルは合成ビットマップのピクセルの総数に関して描画されるピクセルの数の比率の制御によってそれから表現される。小さいビットマップは描画される合成ビットマップからの逆のマッピングによってそれから再描画される。再描画された小さいビットマップは望ましい輝度のレベルでそれから幾何基形を形作る。
【0018】
2D画面のイメージの表示の第1方法では、テクスチャのマッピング方法は応用である。透視図の背景はビットマップ(または他の同じようなフォーマット)としてコンピュータで第一に貯えられる。それから、2D画面はこのビットマップの使用によってようにテクスチャのマップ描画される。単色的テクスチャのマッピングの表面を描画する基本的な手順は次の通りある:
(1)多数個の異なった強度の範囲にテクスチャのマップの完全な強度のスケールを分けなさい。従って各強度の範囲はテクスチャのマップの別の地域に対応する。
(2)テクスチャのマップの各地域から表面の対応する地域にマッピングを確立しなさい。
(3)マッピングに従ってその地域の強度の範囲に基づいて表面の対応する各々の地域に輝度のレベルを割り当てなさい。
(4)別の輝度のレベルを表すために表示要素の別の密度の表面の対応する各々の地域を描画しなさい。点基づかせていたレンダリングは好まれる方法である。基本的に、表面の対応する各々の地域は全表面への望ましい輝度を与えるメッシュ・システムの下で描画されるが、サンプル点は対応する地域の内にだけ置かれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【大きい心理的な視覚深さの表示】
【0019】
体積3Dディスプレイの生理学的な深度のキューそして大きい心理的な深度のキューを両方表示するため、基本概念は2D画面によって歪斜的座標系を結合することである。従って、ディスプレイの体積は2部分を含んでいる:物理的な3D空間および2D画面の内のバーチャ.スペース。表示されるべき物件が物理的な3D空間の内にあれば、物件は歪斜的な3D座標に従って体積3Dイメージとして表示される。物件の位置そしてサイズは両方歪斜的座標系に従って表示されるべきである。物件がバーチャ.スペースの中に物理的な3D空間を越えておよびあればあれば、背景として2D画面の透視図によって、すなわち、表示される。
【0020】
図1は歪斜的座標系の例を説明する。平面OPQRと平面ABCDの間で区切られる空間は歪斜的な次元の直角3D空間である。直線BCに直線PQと同じ長さがあるが、PQより短いすなわち心理的な深度のキューを提供するために距離を増幅するために、示される。従って、平面ABCDに平面OPQRと実際に同じ面積があるが、より小さい示される。従ってOPQRおよびABCDによって区切られる空間は「歪斜的な空間」である。平面ABCDは2D画面である。歪斜的な空間の外のそして平面ABCDを越える物件はバーチャ.スペースの「内部」である。このバーチャ.スペースにバーチャ3D座標系がある。バーチャ.スペースの物件はこのバーチャ3D座標系に従って表示される。従ってこの2D画面は無限深さの背景を表示できる。2つの座標系、バーチャ座標系および歪斜的座標系は平面ABCDで、接続する。その結果、飛行機のイメージのような物件は、2つの空間、1バーチャと1物理的の間で、滑らかに動くことができる。飛行機は0PQRの平面に近いとき、より大きいようである。それは平面ABCDの方にOPQRの平面から移るとき、ずっと動き、歪斜的座標系のためにサイズでより小さくなる。従ってそれは空間により遠い動かすようである。飛行機は2D画面の内部に動くとき、基本的に無限深さに続くことができる。自然に、視覚効果はABCDに平面OPQRから見ることのために最も適している。
【0021】
図2は座標系のマッピングの幾何学的な分析を提供する。長方形JKCLは体積3Dディスプレイの表示空間の側面図を表す。バーチャ.スペースを表示するための2D画面は表示空間の「底」、KCで選ばれる。参照の位置Oは2D画面の上の距離OBの目の位置として、置かれる。幾何学的な分析は中心線OBの1つの側面でグラフが対称的であるので、なされる。
【0022】
第一に、非歪斜的な座標系で、目からの距離ObのサイズWの基準面bb′を置きなさい。見られた場合それから位置Oから、2D画面BCのサイズと基準面bb′のサイズに同じをしなさい。WとOb間の関係は次のとおりである:
BC/W=OB/Ob (001)
【0023】
仮定CQは直線である、そして座標系のマッピングは長方形の空間Pbb′Qと歪斜的な空間PBCQ間のマッピング、および平面bb′を越える空間と2D画面BCのバーチャ.スペース間のマッピングである。
【0024】
ff′は目の位置からのOfの距離(Of<Ob)にサイズWの平面である。座標系のマッピングに従って、歪斜的座標系の対応する平面の位置のおよびサイズFF′は得ることができる。
三角形Off′から、
OF/Of=FF′/W. (002)
三角形LCQから、
BF/BP=(FF′−PL)/(PQ−PL)
(OB−OF)/BP=(FF′−PL)/(W−PL) (003)
OFおよびFF′はOfおよび他の知られていた量の函数として、式(002)および(003)から得ることができる。即ち、fのサイズFF′のイメージおよびfのイメージff′は同じサイズであることをようである。
【0025】
hh′は目の位置からのOhの距離(Oh>Ob)にサイズWの平面である。座標系のマッピングに従って、BCの対応する平面のサイズBH′は得ることができる。三角形Ohh′から、
BH′/W=OB/Oh (004)
【0026】
平面ff′のポイント、450、および平面FF′の対応するポイント、451、間のマッピングは次のとおりである:
Fn/fm=FF′/W (005)
同じ原則は平面hh′と平面BH′間のマッピングに適用する、それに応じて、PQの平面を越える非歪斜的な空間のポイントはマッピングポイントを歪斜的空間PBCQの中のまたは2D画面の中の見つけることができる。
【0027】
2D画面のイメージの表示の3つの好適た方法がある。第1方法は平面の体積3Dイメージとして2D画面のイメージを表示する。即ち、これは3D体積の中の2D平面の透視図のイメージ表示にある。テクスチャのマッピング方法は応用である。透視図のイメージはビットマップ(または他の同じようなフォーマット)としてコンピュータで最初に貯えられる。それから2D画面はこのビットマップの使用によってようにテクスチャのマップ描画される。テクスチャのマッピングの方法は後で記述されていることである。
【0028】
第2方法は複数の画像フレームを重ねることによって透視図の2Dイメージを表示する。「回転式往復運動式の」スクリーン(か表示パネルに)基づいて体積3Dディスプレイではスクリーンが最下の(または上)位置の近くにあるとき、多数フレームは限られた空間に置くことができる。これは2D画面の色または灰色レベルを増加できる。図3は考えを説明する。移動スクリーン570の実際のトラックが円であり、2つの隣接したフレーム間の縦の間隔が一般に均一であるので、1つのフレームからの次への回転角度は常に変わっている。スクリーンが底の近くにある時、2つの隣接したフレーム、例えば580c及び580d間の回転角度は、中間の位置の近くでそれ、例えば580a及び580bよりかなり大きい。即ち、2つの隣接したフレーム間の時間はスクリーンが一定した速度で回るのでスクリーンが近い最下の位置(または上の)ときかなりより長い。従って、フレームはより小さい縦ピッチで表示することができる。例えば、付加的なフレーム550は元のフレームの位置590d−590f間で挿入することができる。2Dイメージを発生させるのにより多くのイメージフレームが使用されているのでより多くの色または灰色レベルは表示することができる。2D画面はまだテクスチャのマッピングによって表示することができる。代わりに、底の近くのフレームの期限は比率を持つために選ぶことができる。その結果、異なったフレームのピクセルに異なったフレームの期限のために別の輝度が、ある。この輝度の相違はりっぱな輝度のレベルを増加できる。例えば、3つのフレームが1:2:4の輝度の比率と使用されれば、それから重ねられた2Dイメージの各ピクセル3の代りに、8つ(0−7)の輝度レベルがある。これは参照によってここに組み込まれるHornbeck米国特許5,280,277のpulse−width調節の方法に類似している。
【0029】
第3方法は2D画面で透視図のイメージを発生させるのに別のプロジェクターを使用する。この方法は体積3Dディスプレイに移動スクリーンに基づいてシステムを使用する。図4は好適た具体化を説明する。別の2Dプロジェクター601およびオリジナルプロジェクター15からのプロジェクショソのビームは投射経路102に切替可能な反射器602の使用によって持って来られる。切替可能な反射器の1つの例は液晶に基づく電気で切替可能なミラーである。それは参照によってここに組み込まれるSID International Symposium 1985年、v.16、p.345で記述されている。スクリーンが2D画面の位置に動くとき、切替可能な反射器は第2プロジェクター601が2Dイメージを投影するように反射に作られる。スクリーンが歪斜的な空間に動くとき、切替可能な反射器はオリジナルプロジェクター15からのイメージだけ投射経路102に入るように透明に作られる。
【0030】
一般に、歪斜的で物理的な空間そしてバーチャ.スペースの2D平面を結合する方法は体積3Dディスプレイのすべての形態に適用することができる。目の参照の位置は表示空間の中間の上であるならない。それは中心線からマッピングがそれに応じて終った必要ならば相殺することができる。更に、2D画面は表示空間の底のあらゆる望ましい位置に、ちょうど置くことができる。例えば、図5は最下の平面KCを離れて置かれる2D画面YBを説明する。空間のマッピングの原則は同じである。基準面Zbは選ばれる。位置Oから見られたとき基準面および2D画面YBに同じサイズがあるようである。座標系のマッピングは空間XZbPと歪斜的な空間XYBP間のマッピング、および平面Zbを越える空間と2D画面YBのバーチャ.スペース間のマッピングである。さらに、中心線の右側は図2と丁度同じである。従って、私達は眺めの広角を覆うために歪斜的な空間および2D画面の2つ、または多く、セットが表示空間で定義され、統合することができることを見ることができる。
【0031】
今、私達は第1方法で2D画面を描画する好まれる方法、即ち、テクスチャのマッピング方法を記述する。第一に、テクスチャのマッピング方法がこれらの原則およびアルゴリズムを使用するので、私達は少数の幾何基形の描画の原則そしてアルゴリズムを記述しなければならない。幾何基形は点、直線および三角の表面を含んでいる。これらの原則およびアルゴリズムはまた物理的な空間の色の体積3Dイメージを表示するのに使用することができる。
【0032】
一般に、体積3Dディスプレイの表示空間は光の要素の3D配列で構成される。これらの光の要素は[背景技術]のセクションで記述されているように異った方法によって、形作られる。便宜上、これらの光の要素は「格子要素」と呼ばれる(または一般に「表示要素」)。また便宜上、私達は原則およびアルゴリズムを記述するのに例として「回転式往復運動式の」スクリーンが付いているシステムを使用する。このシステムはTsaoの日本特許出願通知2002/268136(図4b)で記述されている。これらの原則およびアルゴリズムがまた他のタイプの体積3Dディスプレイに適用することが後で、示される。それに応じて、3D空間の格子要素のコレクションは図6で示されているように3D格子システムのようである。格子要素は201として長さ、幅および高さを、持っている3D点である。長さ202および幅203は投影されたイメージフレームのピクセルのサイズに対応する。高さ204はスクリーンの動きの方に測定される、体積3Dイメージの1つの「フレーム」または「スライス」の「厚さ」である。各格子要素の長さ、幅および高さはそれぞれdM、dNおよびdTである。それらはデータのレンダリングに使用する座標系に関して計算される。便宜上、彼らは「格子要素のスケール」と呼ばれる。一般的な妥当性を緩めないで記述の容易さのために、実例は格子要素が直角方法で一直線に並ぶことを仮定する。
【0033】
システムのプロジェクターが白色光の源の単一DMDまたFLCDを使用すれば、各格子要素は二進(黒いまたは白)点である。代わりに、Tsao米国特許6,961,045は(また日本特許出願通知2003/1107399で)(図6b−e)「変倍照明」の方法を記述する。「変倍照明」は別の強度によって少数の隣接したピクセルの各自を照らす。少数の隣接したピクセルの各グループは「合成ピクセル」と呼ばれる。合成ピクセルはいくつかのグレイ・スケールを表示できる。そのような場合、各々の合成ピクセルは1つの格子要素と定義することができる。従って、各格子要素にグレースケールの機能がある。
【0034】
3つの表示パネルか3つのサブパネルに基づいて色の体積3Dディスプレイでは各格子要素の位置に3つの重ねられた格子要素がある。3つの重ねられた格子要素に3つの原色がある。同じ原色のすべての格子要素のコレクションは「場」(field)と呼ばれる。従って、色の体積3Dディスプレイの表示空間に3つの重ねられた場がある。各場は別の原色を持っていることを除く単色的(monochromatic)ディスプレイのようである。
【0035】
3つの基本的な幾何基形がある:
一般に、どの3D形でも3つの幾何基形の組合せによって表示することができる。各幾何基形は位置を定義する座標のデータを含んでいる。単色的なイメージでは、各幾何基形に「強度」データがある。「強度」データは幾何基形の輝度かグレイ・スケールを表す。色のイメージでは、各幾何基形に「色」データがある。一般に、「色」データは3つの原色の3つの強度の値を含んでいる。
【点幾何基形のレンダリング】
【0036】
点のレンダリングは図6の3D格子の1つの格子要素の位置へ点座標(x、y、z)のマッピングである。図7[A]は格子要素構造を示し見られてようにx−zの平面に直面する。各々の正方形の格子は、301のような、フレームのピクセルを表す。マッピングは基本的に1の点(P0のような)から1の格子要素の位置(302のような)である。マッピングはまた1の点から以上1の格子要素にである場合もある。これは「ピクセルの膨張」と呼ばれる。ピクセルの膨張は別の輝度を表すために点のサイズを調節する。P1で示されている、ピクセルの膨張は点の異なったサイズを表示するのに隣接したピクセルを使用する。8つの隣接した格子要素を膨張のために使用していたら、そして点に3x3格子要素があり、10のサイズのレベルを持つことができる(0−9つの格子要素、0の表現の黒(またはブランク))。3つの隣接した格子要素を膨張のために使用していたら、それから1点のための5つのサイズのレベルが付いている2x2格子要素が(0−4つの格子要素)ある。
【0037】
一般に、点のマッピングは1つに「スライス」(または「フレーム」)なされる。しかしマッピングはまた1つのスライス以上に望まれたとき作ることができる。図8[B]で411で示されている、「スライスする厚さ」ds1=dT(実際のフレームの厚さ)をマッピングで使用されたら、直線の格子要素はコーナー411でだけ接続してもよい。その結果、直線のイメージは非一体のようであることができる。より大きいスライスの厚さ、例えばds2=1.5xdTの使用によって、点のマッピングは2つの隣接したフレームに作ることができる。付加的な格子要素412は直線に加えられ、直線を連続的なようである作る。同じは表面のレンダリングの例に適用する。因数1.5xは「Over−Sampling Factor」と呼ばれる(OSF)。
【直線幾何基形のレンダリング】
【0038】
一般に、点基づかせていたレンダリングは直線および三角面のための好適たレンダリング方法である。点基づかせていたレンダリングは次の2つの主要なステップが含まれている:
(1)幾何基形を表す一組のサンプル点に幾何基形を変えること。各サンプル点は点幾何基形である。
(2)各サンプル点のレンダリング。
【0039】
一般に、幾何基形の輝度のレベルは描画された表示要素の数に比例している。表示要素自体にグレイ・スケール機能があれば、輝度のレベルは表示要素の輝度のスケールにまた比例している。サンプル点の空間的な配分そしてサイズの制御によって望ましい視覚輝度を与えるために、描画された表示要素の総数は制御することができる。
【0040】
直線は図8[A]で説明されるように等間隔の点、見本抽出される。
直線を仮定することはNsの区分に分けられる、そして次の通りサンプル点は得ることができる:
n=0は点P0(x0、y0、z0)であり、n=NsはP1(x1、y1、z1)である、全く2つの端ポイントを含むNs+1点がある。
【0041】
点基づかせていたレンダリングによって、直線に沿う点配分の密度そして各点のサイズが直線の(または直線の各場の)グレイ・スケール(か輝度または強度)表現するのに使用することができる。これはサンプル点の最適数(Ns_op+1)についてされる。(Ns_op+1)は体積3Dディスプレイで表示されたとき直線に沿うすべての格子要素を満たすために必要のサンプル点の最少量ある。これは直線のイメージの完全な強度(輝度)を与える。Ns_opより大きいNsは直線により多くの格子要素を加えなかったりし、それ故に輝度を更に高めない。
【0042】
直線幾何基形のためのNs_opは次の方式から計算される:
【0043】
基本的に、式(102)それぞれx、yおよびzの方向で必要なサンプル点の最少量を計算し、最大数を選ぶ。サンプル点の最高額を与える方向は「支配的な見本抽出の軸線」か「支配的な見本抽出の方向」と呼ばれる。各方向の最低の間隔は格子要素のスケールと直接関連している。ピクセルの膨張が応用なら、xおよびyの方向の最低の間隔は高められる。
【0044】
図8[B]膨張するピクセルを仮定しない2つの簡単だった例を説明する。直線L1(縦直線):
平行斜線の長方形は描画された格子要素を表す。直線のイメージはzの方向で連続的である。支配的な見本抽出の軸線はz軸である。直線L2(x−zの平面に平行直線):
Ns_op=int[Max[0,6,4]=6.
直線のイメージzおよびyの両方方向で連続的である。支配的な見本抽出の軸線はy軸である。
【0045】
NsがNs_opより小さいとき、格子要素の少量は描画される。従って、直線の輝度は減る。直線幾何基形の「輝度比率」は直線の完全な輝度について定義することができる:
BR_1(直線幾何基形の「輝度比率」)=Br_1/Br_1_op (103)
Br_1=直線幾何基形の望ましい輝度のレベル
Br_1_op=直線幾何基形の完全な輝度のレベル(即ち、サンプル点の最適数を使用して)
【0046】
幾何基形の輝度のレベルは描画された表示要素の数に比例している。表示要素自体にグレイ・スケール機能があれば、輝度のレベルは表示要素の輝度のスケールにまた比例している。従って、
BR_1=Nge_1*Bge/(Nge_1_op*Bge_f) (104)
Nge_1=直線で描画されるべき格子要素の数
Nge_1_op=完全描画されたら直線の格子要素の数、
Bge=各々の描画される格子要素の輝度のレベル
Bge_f=格子要素の完全な輝度のレベル
【0047】
直線が完全に描画されるとき、直線の格子要素の数はサンプル点の数によって次の通り表現することができる:
Nge_1_op=Ns_op*Fd2 (106)
Ns_opは式(102)から計算される。
Fdは式(102)のピクセル膨張の因数である。
同様に、格子要素の望ましい数は次のとおりである:
Nge_1=Ns*n_pd (107)
n_pd=「膨張数」
=点の膨張させたピクセルの数(元の1つを含んで)
例えば2x2の膨張が(fd=2)応用なら、そしてn_pdは0から4の間で価値を取り、膨張の異なったレベルを示す。
【0048】
従って、式(106)および(107)から、式(104)なる:
BR_1=(Ns/Ns_op)*(n_pd/Fd2)*(Bge/Bge_f) (108)
Ns*n_pd*(Bge/Bge_f)=Ns_op*Fd2*BR_1 (109)
式(109)は輝度比率BR_1の直線のレンダリングを要約する。それはサンプル点の数、ピクセルの膨張および格子要素のグレースケールの機能の効果を含んでいる。一般に、一組の満足式(109)の値(Ns、n_pd、(Bge/Bge_f))は望ましい輝度比率BR_1で直線を描画する。
ピクセルが二進であり、膨張がないば、そしてn_pd = (Bge/Bge_f)= fd = 1。式(109)なる
Ns=Ns_op*BR_1 (110)
ここに、点密度制御だけ直線輝度。
Nsがおよび(Bge/Bge_f)固定なら、ピクセルの膨張は唯一の制御要因である。例えば、3x3膨張は10の輝度のレベルを与える。4x4膨張は17のレベルを与える。
【三角面幾何基形の簡単レンダリング】
【0049】
簡単レンダリングはサンプル点の1つの層だけ使用によって三角面幾何基形を描画する。サンプル点を得る好まれたアプローチは三角面を「満たすこと直線によって」である。直線は直線幾何基形としてそれから描画することができる。それはサンプル点の密度の配分そしてサイズの制御によって幾何基形のグレースケールを制御する。
【0050】
第一に、私達は完全に三角形を描画する方法を記述する。直線のレンダリングの場合にはように、完全に三角形を描画する基本的なアプローチは生じられた格子要素が三角形をカバーするようにちょうど足りるだけのサンプル点を描画することである。好適たステップは次のとおりである:
【0051】
(1)三角形の3つの端の各自のためのサンプル点の最適数を、式(102)を使用して計算する。
(2)「方向の端」として最多のサンプル点がある端を選び、「基盤の端」として最少のサンプル点がある端を選び、そして両方の端のサンプル点の位置を見つける。これはちょうど必要なだけ完全に三角面を描画するためにサンプル点の最少量を与える。
【0052】
(3)三角形上のメッシュ・システムを概念上基盤の端の各サンプル点からの直線を描画し、直線を方向の端に平行にし、そして方向の端の各サンプル点からの直線を描画し、そして直線を基盤の端に平行にすることによって組み立てる。三角形の内で落ちるラインの交差は描画されるべきサンプル点の位置を示す。圖9を見なさい。
【0053】
(4)すべてのメッシュ・直線のサンプル点を式(101)の使用によって得る。直線が2つの端の1つに平行であり、2つの端のメッシュ・サイズが知られているので、各直線のサンプル点の数は容易に計算することができる。
【0054】
(5)すべてのサンプル点のレンダリング。方向の端に平行であるすべての直線は方向の端と同じ密度で描画される。基盤の端に平行であるすべての直線は基盤の端と同じ密度で描画される。方向の端および基盤の端が完全に描画される両方であるので、すべての直線は完全に描画される。それ故に、点密度はすべての方向で最適である。図9を見なさい。三角形の2つの端基づいてレンダリングのメッシュの構築におよび最適メッシュサイズ独自に2方向で設定によって、上記のアルゴリズムは異なったサイズの三角形のための大体均一点密度を与える。
【0055】
より少しにより完全に輝度の三角形を表示するためには、サンプル点の総数は減らされた輝度に一致させるように減る。輝度比率は:
BR_st(三角面の輝度比率)=Br_st/Br_st_op (201)
Br_st=三角面の望ましい輝度のレベル
Br_st_op=三角面の完全な輝度のレベル(即ち、サンプル点の最適数を使用して)
【0056】
幾何基形の輝度のレベルは描画された表示要素の数に比例している。表示要素自体にグレイ・スケール機能があれば、輝度のレベルは表示要素の輝度のスケールにまた比例している。従って、
BR_st=Nge_st*Bge/(Nge_st_op*Bge_f) (202)
Nge_st=三角面で描画されるべき格子要素の数
Nge_st_op=完全描画されたら三角面の格子要素の数、
【0057】
三角面が完全に描画されるとき、三角面の格子要素の数はサンプル点の数によって次の通り表現することができる:
Nge_st_op=(完全描画される三角面のサンプル点の数)*Fd2 (203)
Fdは式(102)のピクセル膨張の因数である。
(完全描画される三角面のサンプル点の数)=Ns_op_b*Ns_op_d/2 (204)
Ns_op_b=基盤の端のサンプル点の最適数
Ns_op_d=方向の端のサンプル点の最適数
従って、
Nge_st_op=Ns_op_b*Ns_op_d*Fd2/2 (205)
Nge_st(格子要素の望ましい数)=Ns_b*Ns_d*n_pd/2 (206)
Ns_b=基盤の端のサンプル点の数
Ns_d=方向の端のサンプル点の数
従って、
式(210)は輝度比率BR_stの三角面のレンダリングを要約する。それはサンプル点の数、ピクセルの膨張および格子要素のグレースケールの機能の効果を含んでいる。一般に、一組の満足式(210)の値は望ましい輝度比率BR_stで三角面を描画する。
【0058】
Ns_bおよびNs_dは式(102)と同じような次の式によって計算される:
Ns=int[Max[Δx/dx,Δy/dy,Δz/dz]] (102A)
Δxは端のx方向のスパンである、dx=Nsを計算するための間隔
Δyは端のy方向のスパンである、dy=Nsを計算するための間隔
Δzは端のz方向のスパンである、dz=Nsを計算するための間隔
一般に、dTがdMとdN異なって、およびピクセルの膨張がdM_dN方向で主に作動するので、dx、dy、dzは格子要素構造に関連して三角面のオリエンテーションに従って計算される。これは端のための最適見本抽出の間隔の選択に影響を与える。3つの場合がある:
【0059】
場合(1):基盤端および方向端両方の支配的な見本抽出の方向はz軸である。式(102A)から:
Ns=int[Δz/dz]
式(102)から:
Ns_op∝Δz/dz_op
Ns/Ns_op=dz_op/dz=dT/dz (212)
式(210)および(212)から:
sqrt[内容]:内容の二乗根操作
dzは式(214)から得ることができるおよびNsは得ることができる。
【0060】
場合(2):基盤端および方向端両方の支配的な見本抽出の方向はxまたはy軸である。式(102A)から:
Ns=int[Δx/dx]or int[Δy/dy]
式(102)から:
一般に、dM=dNはおよび私達dx=dyを取ることができる。式(210)および(216)から:
【0061】
場合(3):2つの端の1つにz軸で支配的な見本抽出の方向およびxかy軸で他がある。次のプロシージャは好まれる。プロシージャは2つのする方向のおよそ等しい間隔のメッシュを与える、
式(210)、(212)および(216)の結合:
dx<dTが、それからdz=dTを取れば。(220)から:
dx/(n_pd*Bge/Bge_f)=dM/(Fd*BR_st) (222)
従って、
すなわち、式(224)の状態の下で、dz=dTおよび式(222)から計算したdxを式(102A)で使用する。
dx>=dTが、それからdz=dxを取れば。(220)から:
すなわち、式(228)の状態の下で、式(226)から計算したdxを式(102A)で使用する。
【三角面幾何基形の多層レンダリング】
【0062】
簡単なレンダリングが応用のとき、指定三角形内の格子要素の総数は固定である。この数は実際に表示され、感知することができる輝度のレベルの数を限る。三角形のより多くの格子要素は、より多くの輝度のレベル表示することができる。多層レンダリングは1つの三角面のレンダリングで1つ以上の三角の表面を(補助表面と呼ばれる)使用する。図10[A]は考えを説明する。原則は一緒に密接に複数の補助表面、1101a_1101cを積み重ねることである。視覚でそれらは1つの三角面のようである。実用的により多くの格子要素が輝度のより多くのレベルを表現するのに使用されている。そして元の形へ最低のゆがみがある。
【0063】
仮定NLの補助表面は使用され、望ましい輝度比率はBR_ms、レンダリングのプロシージャ後で記述されているである。輝度比率の概念および式(201)と(202)はまだ適用する。しかし、明快さのために、式(201)多数の補助表面の場合のためにように書直される、
BR_ms(輝度比率)=Br_ms/Br_ms_op (301)
Br_ms=三角面の望ましい輝度のレベル
Br_ms_op=三角面の完全な輝度のレベル
Br_ms_op=NL*Nge_ss_op*Bge_f
Nge_ss_op=1つの完全な輝度の補助表面の格子要素の数
従って、
BR_ms=Nge_ms*Bge/(NL*Nge_ss_op*Bge_f) (302)
Nge_ms=三角面で描画されるべき格子要素の数
=すべてのNLの補助表面のされた格子要素の数の合計。
式(302)から、私達は補助表面の輝度比率の合計が三角面の輝度比率と等しいことを見る、
BR_ms=BR_ss_0+BR_ss_1+...+BR_ss_(NL−1) (304)
【0064】
一般に、式(304)を満たす補助表面の輝度比率の組合せ与える同じような結果を。
しかし次は最も便利な方法である:
各補助表面は描画されるべき元の三角面と同じサイズ、形およびオリエンテーションの1つの三角面である。各々の補助表面のBR_ssの輝度比率はまたBR_stと同じ方法定義される。そう、補助表面は三角面の簡単なレンダリングとによって同じ方法丁度描画することができる。
【0065】
隣接した2つ補助表面間の間隔(ts)は同じフレームの格子要素を重複することを防ぐ好まれた最小値がある、図10[B]で説明される、
ts=ds*sinα
ds=dT*OSF
αは表面の法線と地平線間の角度ある。
単位の法線ベクトルN=[nx,ny,nz]の三角面、
ts=ds*|nz| (505)
小さくαなる時、Tsは小さくなる。式(505)によdM*Fdより小さくなるTsなら、そして次の最小値は使用されるべきである:
ts=dM・Fd (505A)
補助表面は三角面の法線の方向に沿って角の最高点の計算によって見つけることができる:
(x,y,z)j,k=(xj−k*ts*nx,yj−k*ts*ny,zj−k*ts*nz) (507)
(xj,yj,zj)は元の三角面の角の最高点ある
j=0,1,2(3つ角の最高点)
k=0,1,...NL−1は補助表面の指数である。
【0066】
図11[A]で示されているように、全2Dビットマップをカバーする2D座標系(u,v)は定義される。座標(u,v)の範囲は(0,0)および(1,1)その間ある。ビットマップにuの方向でMのピクセルおよびvの方向でNのピクセルがある。各ピクセルは整数の指数[M,N]によってM= 0,1,2... M−1およびN = 0,1,2... N−1、と見つけることができる。従って、[m,n]指数と(u,v)座標間にマッピングがある。
【0067】
三角面へのビットマップのテクスチャのマッピングはu−v平面の対応の2D三角形によって定義される。対応の三角形は(明快さのためのUVTと呼ばれる)3D三角面に3つの角の最高点によって(明快さのための3DTと呼ばれる)対応する。UVTによってカバーされるビットマップ区域と3DT間のマッピングは線形割合に基づいている。従って、図11[B]で説明されるように、3DTのグループ1211と望ましいビットマップ区域をカバーするUVTのグループ1210間のマッピングはまた作ることができる。
【0068】
色のテクスチャのマッピングおよびレンダリングは1つの場一度に行う。即ち、色ビットマップは3つの場のマップ(R(紅)場、G(緑)場およびB(青)場)に最初に分かれている。従って各場のマップは単色的なイメージマップ、同じプロシージャによって描画することができる。体積3Dディスプレイの光学はそして3つの場を組み変え、色のテクスチャのマップを示す。単色的なテクスチャのマップの三角面を描かれたする基本的な手順は次の通りある:
(1)多数個の異なった強度の範囲にテクスチャのマップの完全な強度のスケールを分けなさい。従って各強度の範囲はテクスチャのマップの別の地域に対応する。
(2)テクスチャのマップの各地域から三角面の対応する地域にマッピングを確立しなさい。前に記述されているUVT−3DTのマッピングのプロシージャを使用しなさい。
(3)マッピングに従ってその地域の強度の範囲に基づいて三角面の対応する各々の地域に輝度のレベルを割り当てなさい。輝度比率は前に記述されていると同じ方法定義される。
(4)別の輝度のレベルを表すために表示要素の別の密度の三角面の対応する各々の地域を描画しなさい。点基づかせていたレンダリングは好まれる方法である。基本的に、表面の対応する各々の地域は全表面への望ましい輝度を与えるメッシュ・システムの下で描画されるが、サンプル点は対応する地域の内にだけ置かれる。
【0069】
詳細なステップは次の通りある:
ステップ1:ビットマップから、各ピクセルの紅、緑および青の強度の値を得、3つのピクセルデータ構造をセットアップしなさい:
Pixel_Rfield[m][n].intensity=FI(field intensity)R;
Pixel_Gfield[m][n].intensity=FIG;
Pixel_Bfield[m][n].intensity=FIB;
FIはfield intensityを意味する。
ステップ2:各場では、Nrgnの地域に強度のスケール、1250を分けなさい。部分は強度0とFI_fullの間にあるならない。お好みであれば、分割はFI_lowとFI_highの間で置くことができる、図11[C]見なさい。
【0070】
ステップ3:各場では、強度の価FIに従ってNrgn「地域」の1つに各ピクセルを割り当てなさい。地域iの地域指数:
i=(int)[((FI−FI_low)/(FI_high−FI_low))*Nrgn]
(int)[内容]:取得「内容」より小さいの最低の整数の操作
地域指数のデータ構造をセットアップしなさい、(例としてR(紅)場を使用して)
Pixel_Rfield[m][n].region_idx=i; (700A)
【0071】
ステップ4:三角面1の地域を一度に描画しなさい。地域iでは、対応する輝度比率のBR[i]見つけるためにこの地域の下限の強度を取りなさい。図11[C]に従って線形補入を使用しなさい:
これは三角面のこの地域を描画するのに使用されるべき輝度比率BRである。
BRが計算されれば、私達はそれから三角面のこの地域を描画するために前に記述されている簡単レンダリングか多層レンダリングを使用してもいい。多層レンダリングが使用されれば、補助表面それぞれの輝度比率は更に式(303)によって計算されるべきである。
【0072】
知られていた輝度比率の地域iのレンダリングは次のステップを含んでいる:
(ステップ4.1):3D三角面(3DT)の基盤の端と方向の端のサンプル点の数((Ns_b[i]+1)と(Ns_d[i]+1))を定めなさい。簡単レンダリングか多層レンダリングを使用し、対応するプロシージャに続きなさい。
【0073】
(ステップ4.2):三角形の対応するUVTにNs_b[i]およびNs_d[i]を適用し、サンプル点(u,v)j,kを計算しなさい。サンプル点の計算は前にと同じ、式(101)を使用する各グリッド線で但し例外としては(u,v)取り替える(x,y)およびZ座標あるゼロが。図11[D]見なさい。
【0074】
(ステップ4.3):この現在の地域iに属するかどうか各々の計算されたサンプル点(u,v)j,kを確認しなさい、地域iに属する点だけこの現在の点密度で描画される。即ち、発見(u,v)点の対応するピクセル配列の指数[m][n]、それから次が本当であるかどうかデータ構造を確認しなさい:
Pixel_Rfield[m][n].region_idx=i;
それが本当でなかったら、次の(u,v)サンプル点を計算しなさい。
それが本当、そしてこの(u,v)j,kの対応する点(x,y,z)j,kを計算し、そして3DTの中のそれを描画しなさい。これはこの指数(j,k)を使用し、3DTに式(101)を加えること単にである。
3DTの基盤の端は(xa,ya,za)から(xb,yb,zb)にあり、方向の端は(xb,yb,zb)から(xc,yc,zc)にある。
【0075】
このように、一度に1つの地域に、テクスチャビットマップは三角面の表面に描画することができる。図11[E]別の輝度(強度)の3つの地域の三角形を説明する。それ故に、三角形に3つのメッシュ・システムがある。地域の指数のデータ構造が効率的にサンプル点がされるべき地域の内にあるかどうか確認するのに使用されている。
【0076】
従って、2D画面の透視図のレンダリングは上で記述されているテクスチャのマッピング方法の適用によって行うことができる。
【補足の記述】
【0077】
レンダリングのもう一つの好まれる方法は交面基づかせていたレンダリングである。交面基づかせていた簡単なレンダリングはスライスフレームが付いている交差を計算することとスライスフレームの交面ビットマップのピクセル密度を制御することによって幾何基形を描画する。
【0078】
一般に、各交差はフレームのピクセルを含む小さいビットマップである。交差のすべての小さいビットマップを一緒にステッチすることは概念的な「合成ビットマップ」を形作る。望ましい輝度のレベルは合成ビットマップのピクセルの総数に関して描画されるピクセルの数の比率の制御によってそれから表現される。小さいビットマップは描画される合成ビットマップからの逆のマッピングによってそれから再描画される。再描画された小さいビットマップは望ましい輝度のレベルでそれから幾何基形を形作る。
【0079】
直線のレンダリングでは、合成ビットマップは1Dビットストリングとして組織される。三角面1001のレンダリングでは、フレームのスライス1002が付いている各交差は、図10で説明されるように、フレームのピクセル構成の小さいビットマップ1003である。交差のすべての小さいビットマップを一緒にステッチすることは2D合成ビットマップ1004を形作る。
【0080】
輝度比率の概念および式(201)および(202)はまだ適用する。そして完全描画された三角形はまだ参照として使用される。三角形の格子要素の数Nge_stは基本的に合成ビットマップのピクセルの数Np_CBM_stである。
Nge_st=Np_CBM_st=合成ビットマップの描画されたピクセルの数
Nge_st_op=Np_CBM_st_f (完全描画された)
【0081】
便宜上、合成ビットマップは図10で示されているようにu−v平面で、表される。レンダリングは2方向で行われる:u−およびv−方向。
完全輝度で(完全満ちている)描画するためには、2方向の描画されたピクセルの間隔は投影されたピクセルのピッチに設定する:
du_op=dv_op=dL_p_op=dM=dN.
【0082】
Np_CBM_stはレンダリングの間隔のdL_pの平方に反比例している:
Np_CBM_st∝(1/dL_p)2
従って、
Nge_st/Nge_st_op=Np_CBM_st/Np_CBM_st_f=(dL_p_op/dL_P)2 (240)
式(240)から、式(202)なる
BR_st=(dL_p_op/dL_p)2*(Bge/Bge_f) (242)
dL_p_op=dM=dNから、
dL_p/sqrt(Bge/Bge_f)=dM/sqrt(BR_st) (244)
【0083】
式(244)望ましい輝度比率BR_stを与える三角面の合成ビットマップで隣接した描画されたピクセル間の望ましい間隔を提供する。ピクセルにグレースケールの機能がなければ(Bge/Bge_f=1)、(dL_p)2はBR_stに反比例している、dL_pが得られれば、次の2つのステップはレンダリングを完了する:
(1)合成ビットマップ新しい間隔のdL_pに従って再描画される。新しい間隔に一致させないピクセルを取除きなさい。
(2)元の、完全満たされた交差の小さいビットマップから、それらにステップ(1)で取除かれる対応するピクセルを取除く、これらの修正された交差の小さいビットマップに今の望ましい輝度比率BR_stがある。
【0084】
一般に、この発明で記述されているレンダリング方法は表示要素の配分のあらゆる形態との体積3Dディスプレイに適用することができる。フレームのスライスの方向およびdM、dNおよびdTは定義することができる。
【0085】
例えば体積3Dディスプレイが回転表示パネル(かスクリーン)に基づいていれば、そしてdT固定値はない。この場合、急所はレンダリング方法が働き、計算が時間最小になるようにちょうど小さい十分にdTを得ることである。dTはまた表示空間の幾何基形の位置に依存する。
【0086】
図13[A][B]は回転ディスプレイシステムですることの例を説明する。一般に、
dT=rdθ,
dθは2つの隣接したフレーム間の最低の角の空間である、例えば1581および1582、およびrは描画される点の位置に依存する。
直線P1P2のレンダリング、
dT=OmPmdθ,
OmPmは直線と回転軸線1501間の最も短い間隔である。OmPmはX_Y平面の直線の投射から計算することができる。
CosαおよびOmPmは得ることができる:
【0087】
Pmが直線の外にあったら、図13[C][D]で説明されるように、各コーナー点Pi(xi,yi,zi)に次の式を適用しなさい:
dTi=rdθ=sqrt(xi2+yi2)dθ
最低のdTiはdTとして使用されるべきである。
【0088】
三角面のレンダリングでは、私達は三角形の3つの端の上記の最低dTを見つけるために計算を行う。
【0089】
多層レンダリングのtsを定めるためには、状態は類似している。図14で説明されるように、ベクトルNは三角面の単位法線ベクトルであり、NxyはX−Y平面の投射である。
ts_xy=dT*sinβ
dT=rdθ=sqrt(x22+y22)dθ
ts=ts xv*cosα
SinβおよびCosαはベクトルNからすべて計算することができる。上記のプロシージャを3つの角点に適用し、最も大きいTsを見つけなさい。
【0090】
点基づかせていたレンダリングでは、三角面の2つの端のサンプル点の数は制御点密度に合わせられる。異なったメッシュサイズは異なった輝度比率を表現する。代わりに、私達は固定メッシュサイズを使用してもいい。点の別の数は同じメッシュサイズの下に別の輝度比率を表現できる。同じは交面基づかせていたレンダリングに適用する。ビットマップに本質的なメッシュサイズ(すなわちピクセル格子)があるので、固定ピクセルメッシュサイズは合成ビットマップにより適するかもしれない。
【0091】
アルゴリズムおよびデータ構造はの形でソフトウェアを記述する記述されている。但し、それらはまたファームウェアまたはデジタル電子回路でアルゴリズムが埋め込まれた電子システムで実行されるとき、特に実行することができる。
【補足の記述2:Voxelマッピング方法】
【0092】
前に記述されていたレンダリングの方法の同じような精神に基づいて、私達はこのセクションで分散グレイ・スケール(または同じような特性)の3D体積のレンダリングの原則そしてアルゴリズムを記述する。基本的な手順はテクスチャのマップが付いている表面レンダリングに類似している、但し例外としてはメッシュ・システムおよび見本抽出は3つの次元で終った。グレイ・スケールは分散させた点のサイズそして密度の配分の制御によって表される。これは解像度を犠牲にしないでに、二進ピクセル基づいて体積3Dディスプレイによって3D体積の色またはグレイ・スケールの配分の表示を可能にする。これは医学または鉱山の視覚化のような適用に有用である。
【0093】
普通、されるべき3D体積(1360)は一組の直角に構成された体積3Dデータである。図15[A]を示して、それはCのビットマップを一緒に積み重ねて基本的にもらう。積み重ねの各層はAxBビットマップである。A、BおよびCは整数である。従ってvoxelの総数はAxBxCある。各データvoxelは3つの整数の指数(a,b,c)によって見つけることができる:
a−データ層の横の方向;ピクセル指数(0,b)から(A−1,b)への;
b−データ層の縦の方向;ピクセル指数(a,0)から(a,B−1)への;
c−積み重ねの方向;層の指数♯0から♯C1への
【0094】
図15[B]を示して、3D箱1380は密接に3D体積を囲むために定義される。
4つの角ポイントは定義される:
P0(x0,y0,Z0)−対応するvoxel(0,0,0)でに角点
P1(x1,y1,z1)−対応するvoxel(A−1,0,0)でに角点
P2(x2,y2,z2)−対応するvoxel(0,B−1,0)でに角点
P3(x3,y3,z3)−対応するvoxel(0,0,C−1)でに角点
4つの角点の座標を置くことによって、xyzの座標系に関して3D体積の位置そしてオリエンテーションは決定することができる。4つの角点は3つの直角「角のベクトル」を形作る:ベクトルP0P1、ベクトルP0P2、ベクトルP0P3。
【0095】
このアルゴリズムはテクスチャのマップとの3DTのレンダリングの地域によって基づくアプローチに類似している。但し、アルゴリズムは3D(空間の3方向)および余分で全3D体積箱適用される。レンダリングはそれぞれ各色場で行われる。すなわち、3D体積は3つの場(R場、G場およびB場)に第一に分かれている。従って各場は単色的な体積、同じプロシージャによって描画することができる。体積3Dディスプレイの光学はそれから3つの場を組み変える。単一場3Dの体積レンダリングでは、3D体積はいくつかの地域に第一に分けられる。各地域に別の強度(輝度)の範囲がある。各地域の強度の範囲から、その地域の対応する輝度比率は定義することができる。知られていた輝度比率の各地域では、3つの直角方向のサンプル点の量は計算することができる。各方向のサンプル点の数が得られれば、そしてその地域の「メッシュ・サイズ」(か格子サイズ)決定することができる。従って、3D箱はそれ対応する輝度比率から一度に1つの地域に描画される。基本的に、3D体積の各地域は全3D箱への望ましい輝度比率を与えるメッシュ・システムの下で描画されるが、サンプル点は対応する地域にだけ置かれる。
【0096】
Voxelマッピングの方法の基礎はある特定の輝度比率の3D箱のレンダリングである。3D箱の輝度比率:
BR_box=Br_box/Br_bx_op (801)
Br_box=描画されるべき3D箱の望ましい輝度のレベル
Br_box_op=完全描画された場合3D箱の輝度のレベル
(サンプル点の最適数)
【0097】
3D箱の輝度のレベルは描画された格子要素の数に比例している。それは格子要素にグレイ・スケールの機能があれば、格子要素の輝度のスケール自体にまた比例している。
従って、
BR_box=Nge_box*Bge/(Nge_box_op*Bge_f) (802)
Nge_box=3D箱で描画されるべき格子要素の数
Nge_box_op=完全描画されたら3D箱の格子要素の数、
Bge=各描画されたら格子要素の輝度のレベル
Bge_f=格子要素の完全輝度のレベル
【0098】
完全描画された3D箱の格子要素の数はサンプル点の数と次の通り関連していることができる、
Nge_box_op=(完全描画された3D箱のサンプル点の数)*Fd2 (803)
Fdは式(102)のピクセル膨張の因数である。
完全描画された3D箱のサンプル点の数=Ns_op_a*Ns_op_b*Ns_op_c (804)
Ns_op_a=端P0P1のサンプル点の最適量
Ns_op_b=端P0P2のサンプル点の最適量
Ns_op_c=端P0P3のサンプル点の最適量
従って、
Nge_box_op=Ns_op_a*Ns_op_b*Ns_op_c*Fd2 (805)
一般に、
Nge_box=Ns_a*Ns_b*Ns_c*n_pd (806)
Ns_a=端P0P1のサンプル点の量
Ns_b=端P0P2のサンプル点の量
Ns_c=端P0P3のサンプル点の量
n_pd=「膨張数」
=点の膨張させたピクセルの数(元の1つを含んで)
従って、
【0099】
Ns_a、Ns_bおよびNs_cは式(102A)によって計算される。dTがdMとdN異なって、およびピクセルの膨張がdM−dN方向で主に作動するので、dx、dy、dzは格子要素構造に関連して3D箱のオリエンテーションに従って計算される。これは端のための最適見本抽出の間隔の選択に影響を与える。4つの場合がある:
【0100】
場合(1):すべての3つの直角端の支配的な見本抽出の方向はz軸である。式(102A)から:
Ns=int[Δz/dz]
式(102)から:
Ns_op∝Δz/dz_op
Ns/Ns_op=dz/op/dz=dT/dz (812)
式(810)および(812)から:
dzは式(814)から得ることができるおよびNsは得ることができる。
【0101】
場合(2):すべての3つの直角端の支配的な見本抽出の方向はxまたはy軸である。式(102A)から:
Ns=int[Δx/dx]or int[Δy/dy]
式(102)から:
一般に、dM=dNはおよび私達dx=dyを取ることができる。式(810)および(816)から:
【0102】
場合(3):3つの端の1つにz軸で支配的な見本抽出の方向およびxかy軸で他がある。これは通常の場合べきである。
式(810)、(812)および(816)の結合:
dx<dTが、それからdz=dTを取れば。(820)から:
(dx)2/(n_pd*Bge/Bge_f)=dM/BR_box (822)
従って、
すなわち、式(824)の状態の下で、dz=dTおよび式(822)から計算したdxを式(102A)で使用する。
dx>=dTが、それからdz=dxを取れば。(820)から:
(dx)3/(n_pd*Bge/Bge_f)=dM*dT/BR_box (826)
BR box<=(n pd*Bge/Bge_f)*dM/(dT)2 (828)
すなわち、式(828)の状態の下で、式(826)から計算したdxを式(102A)で使用する。
【0103】
場合(4):3つの端の1つにxかy軸で支配的な見本抽出の方向およびz軸で他がある。式(810)、(812)および(816)の結合:
dx<dTが、それからdz=dTを取れば。(830)から:
dx/(n_pd*Bge/Bge_f)=dM/(Fd*BR_box) (832)
従って、
すなわち、式(834)の状態の下で、dz=dTおよび式(832)から計算したdxを式(102A)で使用する。
dx>=dTが、それからdz=dxを取れば。(830)から:
すなわち、式(838)の状態の下で、式(836)から計算したdxを式(102A)で使用する。
【0104】
私達は今3D体積のvoxel(指数(a,b,c))そして3D箱のメッシュ点(指数(i,j,k))間のマッピングを記述する。voxelの索引(a,b,c)は前に記述されているように(0,0,0)から(A−1,B−1,C−1)に、ある。メッシュ点指数(i,j,k)は式(101)で使用した索引定義に基づいている(0,0,0)から(Ns_a,Ns_b,Ns_c)に、ある。私達は例として方向「a」を使用する。同じ原理は他の2方向に、「b」および「c」適用する。
【0105】
場合(A):メッシュ点間隔(dLa)>voxelピッチ(dA)、すなわち、Ns_a<A。図16[A]状態を説明する。1401はメッシュの格子を表す。指数「i」メッシュラインのメッシュ点(すなわち交差)の点位置を表す。1402はvoxelの格子を表す。voxelにサイズがあるので、指数「a」区分を表す、この場合、それは(i,j,k)空間からサンプル点を計算することはより有効である。マッピングはどの区分「a(i)」が点「i」に対応するか見ることである。マッピングはxyz寸法の必要性なしで割合指数の空間で、行うことができる。
(i−0)/(Ns_a−0)=(a(i)−0)/A
従って、
【0106】
場合(B):メッシュ点間隔(dLa)<=voxclピッチ(dA)、すなわち、Ns_a>=A。図16[B]状態を説明する。この場合、それは(a,b,c)空間からサンプル点を計算することはより有効である。各地域では、私達は正しい強度のvoxelsだけ処理する。マッピングはどの点を区分「a」がカバーするかつかめることである。マッピングはxyz寸法の必要性なしで割合索引の空間で再度、行うことができる。
【0107】
区分「a」の左の(小さい)終わり、1403、はi空間の位置「ia」を対応する。区分にL_a(1404)の長さがある。
【0108】
今私達は詳細なステップを記述する:
ステップ1:3D体積から、各voxelのR,G,Bの強度の値を得、3つのvoxelのデータ構造をセットアップしなさい:
Voxel_Rfield[a][b][c].intensity=FI(field intensity)R;
Voxel_Gfield[a][b][c].intensity=FIG;
Voxel_Bfield[a][b][c].intensity=FIB;
ステップ2:各場では、Nrgnの「地域」(region)に強度のスケールを分けなさい。部分は強度0とFI_fullの間にあるならない。お好みであれば、部分はFI_lowとFI_highの間で置くことができる。図11[C]を示して、最も高いNrgnはFI_fullの1つの地域ごとのすなわち1つの灰色レベルである。
【0109】
ステップ3:各場では、voxclの強さのレベルFIに従ってNrgn「地域」の1つに各voxelを割り当てなさい:
Region r,(r=0,1,2...Nrgn−1):
r=(int)[((FI_FI_low)/(FI_high_FI_low))*Nrgn]
地域の指数のデータ構造をセットアップしなさい、(例としてR場を使用して)
Voxel_Rfield[a][b][c].region_idx=r;
さらに、voxelのグループのデータ構造をセットアップし、同じ地域(強度の同じ範囲)に属するvoxelの指数を集めなさい。すなわち、データ構造Voxel_Group[r]同じ地域rに属するすべてのvoxel(a、b、c)を含んでいる。
【0110】
ステップ4:3D箱、1つの地域を一度に描画しなさい。地域rの下限の強度は次のとおりである:
FI=r*(FI_high−FI_low)/Nrgn
対応する輝度比率のBR[r]そうある
これは3D箱のこの地域rを描画するのに使用されるべき輝度比率BRである。
【0111】
単一分野3Dの体積箱の知られていた輝度比率BR[r]の地域「r」のレンダリングのための詳細なステップは次のとおりである:
(ステップ4.1)3つの直角端の各自のサンプル点の数をそれぞれ得る:前に記述されている方法によるNs_a、Ns_bおよびNs_c。
(ステップ4.2)点検:
Ns_a<A、Ns_b<BおよびNs_c<Cばサンプル点は効率のための(i,j,k)空間から計算されるべきである(前に説明される場合(A))。行きなさい(ステップ4.3)。
他に、サンプル点は(a,b,c)空間から計算されるべきである。行きなさい(ステップ4.4)。
【0112】
(ステップ4.3)(i,j,k)空間からの(a,b,c)空間への計算のサンプル点。
第一に式(710)の使用によって各メッシュ点(i,j,k)の対応するvoxclの位置(a,b,c)を得なさい。それから、ステップ1に確立されるデータ構造を使用して、この地域rに属するかどうか対応する各々のvoxelを確認しなさい。この地域「r」のvoxelsに対応する点だけ描画されるべきである。サンプル点(x,y,z)i,j,kは次の式によって計算することができる:
【0113】
(ステップ4.4)(a,b,c)空間からの(i,j,k)空間への計算のサンプル点。
第一にあらかじめ定義されたデータ構造voxel_Group[r]からのこの地域「r」内の各voxelを、見つけなさい。それらのvoxelの各自のために、式(711)の使用によるこのvoxelによって、カバーされる点の指数(ia,jb,kc)を見つけなさい。式(600)そして指数(x,y,z)ia,jb,kcの使用によってこれ地域の各voxelの対応するこれらの点を、描画しなさい。
【0114】
図11[C]および式(702)、輝度比率(BR)の範囲は最上のBR_highおよび最下のBR_lowの一般化された形態に表現される。最高い輝度比率、BR_opは、当然1である。普通、マッピングは線形マッピングである場合もある。すなわち、FI=0はBR=0に対応し、FI=FI_fullはBR=1に対応する。マッピングにFIの軸およびBRの軸両方の低−高い窓を選ぶことによって、私達は表示されたイメージの輝度のレベルを処理できる。これはある特定の範囲のデータを高めるか、または抑制できる。更に、マッピングは線形でなくてもよろしくない。マッピングの線1251はカーブである場合もある。
【0115】
BRの低−高い窓の処理の1つの適用はD体積のイメージのローカル情報を強調することである。体積3DディスプレイのCTまたはMRIの医学イメージ投射データのような3D体積のデータの表示の1つの実用的な問題は、興味のローカル地域の前景および背景のイメージが観覧を妨げることができることである。これは体積3Dディスプレイのイメージが本質的に透明であるのである。1つの解決は興味のローカル地域を見るために「スキャン箱」を加えることである。スキャン箱の中のイメージは正常なか高められた輝度比率で表示される。スキャン箱の外のイメージは減らされた全面的な輝度比率で表示される。図17は考えを説明する。1801は体積3Dイメージとして表示される3Dデータ体積である。小箱1802はスキャン箱と定義される。スキャン箱内のイメージの部分は正常なBRの窓と、例えばBR_high=1およびBR_low=0表示される。スキャン箱の外のイメージの部分は抑制されたBRの窓と、例えばBR_high=0.3およびBR_low=0表示される。
【0116】
実際に、3D体積は2つの3D体積、元の3D箱に対応する大きい体積および新しいスキャン箱に対応する小さい体積に第一に仕切られる。2つの体積は異なったBRの窓を使用してVoxelマッピングのプロシージャによってそれから、別に描画される。スキャン箱は元の3D箱の後で描画される。従って、それは大きい体積に重ね書きすることができる。これが3D医学イメージ投射データの有害なティッシュまたは鉱山の地震データの地質特徴のための調査を助けるのに使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の基本概念の歪斜的座標系の例を示す。
【図2】 本発明の第1例の座標系のマッピングの幾何学的な分析を示す。
【図3】 回転式往復運動式のディスプレイの底の近くで精錬のイメージフレームをす。
【図4】 2プロジェクター具体化をす。
【図5】 本発明の第2例の座標系のマッピングの幾何学的な分析を示す。
【図6】 典型的な体積3Dディスプレイの表示要素のシステムを示す。
【図7】 点のレンダリングの方法を示す。
【図8】 直線の点基づかせていたレンダリングの方法を示す。
【図9】 三角の表面の点基づかせていたレンダリングの方法を示す。
【図10】 三角の表面の多層レンダリングの方法を示す。
【図11】 表面のテクスチャのマッピングの方法を示す。
【図12】 本発明によって三角面の交面基づかせていたレンダリングの方法を示す。
【図13】 回転ディスプレイシステムのdTの計算を示す。
【図14】 回転ディスプレイシステムのts計算を説明する。
【図15】 本発明のVoxelのマッピングの方法を示す。
【図16】 voxelsとサンプル点間のマッピングを示す。
【図17】 本発明のスキャン箱の方法を示す。
【符号の説明】
15 プロジェクター
201 格子要素
450 非歪斜的な座標系の点位置
451 マッピングに従う歪斜的な座標系の点位置
550 付加的な、精製されたフレーム
570 移動スクリーンのトラック
580a−d 2つの隣接したフレーム間の回転角度
590a−f フレーム位置
601 別の2Dプロジェクター
602 切替可能な反射器
1001 三角面
1002 フレームのスライス
1003 小さいビットマップ
1004 合成ビットマップ
1101a−c 補助表面
1210 ビットマップの上の対応の三角形(UVT)
1211 3D三角面(3DT)
1250 Nrgnの地域にビットマップの1つの場の強度のスケールを分けること
1251 ビットマップの1つの場の強度のスケールからの輝度比率へのマッピングのカーブ
【0001】
本発明は本出願人に次の特許および出願に関連している:
米国特許5,754,147、
米国特許5,954,414、
米国特許6,302,542B1、
米国特許6,765,566B1、
米国特許6,961,045B1、
米国特許出願公開2005−0280605−A1、
日本特許出願361090/99(國内特許出願通知2000/201362)、
日本特許出願2001/318189(國内特許出願通知2002/268136)、
日本特許出願2002/175379(國内特許出願通知2003/107399)、
出願人は上記の文書を本件に引用文献として取り入れている。
【技術分野】
【0002】
本発明は体積3Dディスプレイの分野に関連している。とりわけ、それは大きい心理的な視覚深さの色の体積3Dイメージの表示に関連している。
【背景技術】
【0003】
体積3Dディスプレイは、3Dイメージ実3D空間をに表示する。体積イメージの中の各「ボクセル」は、想定されるあるべき空間的位置に実際にかつ物理的に位置し、そして光線は、その位置から全方向に向けて直接走行して、実イメージをビューアの眼に形成する。その結果、体積3Dイメージは、生理學的及び心理學的な双方深度のキュー(depthcues)において全ての主要な要素を所有し、多数のビューアによって特別な眼鏡の必要性なしで見ること歩のまわりの360度を可能にする。
【0004】
体積3Dディスプレイの多くの異なったアプローチがずっとある。1つの部門は移動表示パネルを使用する。移動表示パネルは残像の効果によって体積3Dイメージを形作るために空間の2Dイメージのフレームを配る。例えば、Bcrlin米国特許4,160,973は円柱ディスプレイの体積を掃引する回転LEDのパネルが付いているシステムを記述する。別の例のため、Tsao日本特許出願通知2002/268136(図11)は「回転式往復運動式の」表示パネルが付いているシステムを記述する。平らなパネル・ディスプレイは軸線について固定方向に常に直面する表面と回る。その結果、表示パネルは表示空間をように往復動きで掃引する。
【0005】
体積3Dディスプレイの別の部門は移動スクリーンを使用し、スクリーンに2Dイメージを投影する。例えば、Tsao日本特許出願通知2002/268136(図2a、4a−4d、5b)は「回転式往復運動の」スクリーンおよび光学プロジェクターが付いているシステムを記述する。これはまたTsao米国特許6,765,566(図20)およびTsao米国特許6,302,542(図2a、4a−4bおよび5b)で記述されている。別の例のために、Tsao米国特許6,765,566(図14−15)は(また日本特許出願通知2000/201362で)回転スクリーンに基づいてシステムを記述する。他の例は下記のものを含んでいる:Batchko米国特許5,148,310、Shimada米国特許5,537,251、そしてDorval他米国特許6,554,430。Blundell米国特許5,703,606は別のタイプの移動スクリーンシステムを記述する。それは蛍光体が塗られる移動スクリーンを使用し、スクリーンでイメージを発生させるのに静止した電子銃を使用する。
【0006】
別の部門はディスプレイの体積として表示パネル(通常液晶表示装置)の積み重ねを使用する。例はLeungが及びIves米国特許5,745,197およびHattori他Optical Engineering、1992年、Vol.31の第2、p.350等含まれている。
【0007】
また別の部門は電気で切替可能なスクリーン(通常液晶)および光学プロジェクターの積み重ねを使用する。例はSullivan米国特許6,100,862およびSadovnik及びRizkin米国特許5,764,317が含まれている。
【0008】
まだ別の部門は「蛍光性の段階的な刺激」(または一般に呼ばれた「2−stage刺激」)の特性を持っている材料の体積を使用する。例は等Korevaar米国特許4,881,068および Downing 他、Science、1996年8月30日、Vol.273、p.1185含まれている。
【0009】
出願人は上記の文書を本件に引用文献として取り入れている。
【0010】
体積3Dディスプレイのイメージの質に関する1つの問題は心理的な視覚深さの限界である。表示空間に有限なサイズがあり、従って生理学的な視覚深さは限られている。対照的に、2Dディスプレイは透視図の形で心理的な深度のキューによって基本的に眺めの無限深さを表示できる。
【0011】
体積3Dディスプレイの別の問題は灰色の(または色)レベルの限界である。プロジェクショソに基づいて多くの体積3Dディスプレイではプロジェクターの好まれたイメージの源はDMD(Digital Micromirror Device)またはFLCD(Ferroelectric液晶表示装置)である。これらは白黒ピクセルの装置である。色を作成するためには、私達は3つのDMDまたはFLCDのパネル、別の原色の光によって照らされる各パネルを使用してもいい。代わりに、Tsao米国特許6,961,045は(また國内特許出願通知2003/107399で)色を発生させるのに単一のパネルを使用する方法を記述する。単一のパネルは3つのサブパネルに分けられ、各サブパネルは別の原色のライトによって照らされる。3つのサブパネルのイメージはプロジェクショソの1つにそれから組み変えられる。但し、各ピクセルに2つのレベルだけ(白および黒)あるので、3つのパネルまたはサブパネルの組合せは色の限られた量だけを発生できる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
この発明は体積3Dディスプレイで生理学的な、心理的な深度のキューを表示する方法を記述する。この付加的な心理的な視覚深さは無限深さの背景を表示できる。それは飛行シミュレーションまたは電子ゲームのような適用に有用である。この発明はまた色かグレイ・スケールの高レベルの体積3Dイメージを表示する方法を記述する。この発明はまた基本的な幾何学的な形のレンダリングの原則そしてアルゴリズムを記述する。これらの原則がおよびアルゴリズムは無限深さの色の体積3Dイメージそして背景を表示するのに使用されている。
【課題を解決するための手段】
【0013】
体積3Dディスプレイの生理学的な深度のキューそして大きい心理的な深度のキューを両方表示するため、基本概念は2D画面によって歪斜的座標系を結合することである。従って、ディスプレイの体積は2部分を含んでいる:物理的な3D空間および2D画面の内のバーチャ.スペース。表示されるべき物件が物理的な3D空間の内にあれば、物件は歪斜的な3D座標に従って体積3Dイメージとして表示される。物件がバーチャ.スペースの中に物理的な3D空間を越えておよびあればあれば、背景として2D画面の透視図によって、すなわち、表示される。
【0014】
2D画面に表示イメージへ3つの好適た方法がある。第1方法は平面の体積3Dイメージとして2D画面の表示イメージにある。即ち、これは3D体積の中の2D平面の透視図の表示イメージにある。基本的に、この第1方法はすべてのタイプの体積3Dディスプレイに適用することができる。2D画面はディスプレイの体積の任意位置そしてオリエンテーションに置くことができる。第2方法は複数の画像フレームを重ねることによって透視図の2Dイメージを表示する。第3方法は2D画面で透視図のイメージを発生させるのに別のプロジェクターを使用する。
【0015】
ハイカラー(か灰色)レベルの表示イメージは、ハイカラーのレベルの基本的な幾何学的な形(便宜上「幾何基形」と呼ばれる)のレンダリング方法記述されている。基本概念は幾何基形内の表示要素の総数に関して描画された表示要素の数の比率を制御することである。表示要素は体積3D空間の表示イメージの基本的な要素である。描画された表示要素の数は望ましい輝度のレベルを表す。表示要素の総数は最高の輝度のレベルを表す。この制御を達成する2つのアプローチがある:「点基づかせていたレンダリング」および「交面基づかせていたレンダリング」。
【0016】
点基づかせていたレンダリングでは、サンプル点は第一に幾何基形を表すために計算され、それからサンプル点は描画された。即ち、幾何基形を表示することはサンプル点を表示することである。従って、幾何基形およびスライスフレームの交差を計算する必要性がない。各サンプル点は1つの表示要素の位置に一般に対応する。しかしサンプル点のイメージのサイズは隣接した表示要素に点の膨張によって調節することができる。すなわち、点の膨張は1つのサンプル点からの複数の表示要素へマッピングである。一般に、幾何基形の輝度のレベルは描画された表示要素の数に比例している。表示要素自体にグレイ・スケール機能があれば、輝度のレベルは表示要素の輝度のスケールにまた比例している。サンプル点の空間的な配分そしてサイズの制御によって望ましい視覚輝度を与えるために、描画された表示要素の総数は制御することができる。
【0017】
交面基づかせていたレンダリングでは、幾何基形およびフレームの切れの交差は描画される。一般に、各交差はフレームのピクセルを含む小さいビットマップである。交差のすべての小さいビットマップを一緒にステッチすることは概念的な「合成ビットマップ」を形作る。望ましい輝度のレベルは合成ビットマップのピクセルの総数に関して描画されるピクセルの数の比率の制御によってそれから表現される。小さいビットマップは描画される合成ビットマップからの逆のマッピングによってそれから再描画される。再描画された小さいビットマップは望ましい輝度のレベルでそれから幾何基形を形作る。
【0018】
2D画面のイメージの表示の第1方法では、テクスチャのマッピング方法は応用である。透視図の背景はビットマップ(または他の同じようなフォーマット)としてコンピュータで第一に貯えられる。それから、2D画面はこのビットマップの使用によってようにテクスチャのマップ描画される。単色的テクスチャのマッピングの表面を描画する基本的な手順は次の通りある:
(1)多数個の異なった強度の範囲にテクスチャのマップの完全な強度のスケールを分けなさい。従って各強度の範囲はテクスチャのマップの別の地域に対応する。
(2)テクスチャのマップの各地域から表面の対応する地域にマッピングを確立しなさい。
(3)マッピングに従ってその地域の強度の範囲に基づいて表面の対応する各々の地域に輝度のレベルを割り当てなさい。
(4)別の輝度のレベルを表すために表示要素の別の密度の表面の対応する各々の地域を描画しなさい。点基づかせていたレンダリングは好まれる方法である。基本的に、表面の対応する各々の地域は全表面への望ましい輝度を与えるメッシュ・システムの下で描画されるが、サンプル点は対応する地域の内にだけ置かれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【大きい心理的な視覚深さの表示】
【0019】
体積3Dディスプレイの生理学的な深度のキューそして大きい心理的な深度のキューを両方表示するため、基本概念は2D画面によって歪斜的座標系を結合することである。従って、ディスプレイの体積は2部分を含んでいる:物理的な3D空間および2D画面の内のバーチャ.スペース。表示されるべき物件が物理的な3D空間の内にあれば、物件は歪斜的な3D座標に従って体積3Dイメージとして表示される。物件の位置そしてサイズは両方歪斜的座標系に従って表示されるべきである。物件がバーチャ.スペースの中に物理的な3D空間を越えておよびあればあれば、背景として2D画面の透視図によって、すなわち、表示される。
【0020】
図1は歪斜的座標系の例を説明する。平面OPQRと平面ABCDの間で区切られる空間は歪斜的な次元の直角3D空間である。直線BCに直線PQと同じ長さがあるが、PQより短いすなわち心理的な深度のキューを提供するために距離を増幅するために、示される。従って、平面ABCDに平面OPQRと実際に同じ面積があるが、より小さい示される。従ってOPQRおよびABCDによって区切られる空間は「歪斜的な空間」である。平面ABCDは2D画面である。歪斜的な空間の外のそして平面ABCDを越える物件はバーチャ.スペースの「内部」である。このバーチャ.スペースにバーチャ3D座標系がある。バーチャ.スペースの物件はこのバーチャ3D座標系に従って表示される。従ってこの2D画面は無限深さの背景を表示できる。2つの座標系、バーチャ座標系および歪斜的座標系は平面ABCDで、接続する。その結果、飛行機のイメージのような物件は、2つの空間、1バーチャと1物理的の間で、滑らかに動くことができる。飛行機は0PQRの平面に近いとき、より大きいようである。それは平面ABCDの方にOPQRの平面から移るとき、ずっと動き、歪斜的座標系のためにサイズでより小さくなる。従ってそれは空間により遠い動かすようである。飛行機は2D画面の内部に動くとき、基本的に無限深さに続くことができる。自然に、視覚効果はABCDに平面OPQRから見ることのために最も適している。
【0021】
図2は座標系のマッピングの幾何学的な分析を提供する。長方形JKCLは体積3Dディスプレイの表示空間の側面図を表す。バーチャ.スペースを表示するための2D画面は表示空間の「底」、KCで選ばれる。参照の位置Oは2D画面の上の距離OBの目の位置として、置かれる。幾何学的な分析は中心線OBの1つの側面でグラフが対称的であるので、なされる。
【0022】
第一に、非歪斜的な座標系で、目からの距離ObのサイズWの基準面bb′を置きなさい。見られた場合それから位置Oから、2D画面BCのサイズと基準面bb′のサイズに同じをしなさい。WとOb間の関係は次のとおりである:
BC/W=OB/Ob (001)
【0023】
仮定CQは直線である、そして座標系のマッピングは長方形の空間Pbb′Qと歪斜的な空間PBCQ間のマッピング、および平面bb′を越える空間と2D画面BCのバーチャ.スペース間のマッピングである。
【0024】
ff′は目の位置からのOfの距離(Of<Ob)にサイズWの平面である。座標系のマッピングに従って、歪斜的座標系の対応する平面の位置のおよびサイズFF′は得ることができる。
三角形Off′から、
OF/Of=FF′/W. (002)
三角形LCQから、
BF/BP=(FF′−PL)/(PQ−PL)
(OB−OF)/BP=(FF′−PL)/(W−PL) (003)
OFおよびFF′はOfおよび他の知られていた量の函数として、式(002)および(003)から得ることができる。即ち、fのサイズFF′のイメージおよびfのイメージff′は同じサイズであることをようである。
【0025】
hh′は目の位置からのOhの距離(Oh>Ob)にサイズWの平面である。座標系のマッピングに従って、BCの対応する平面のサイズBH′は得ることができる。三角形Ohh′から、
BH′/W=OB/Oh (004)
【0026】
平面ff′のポイント、450、および平面FF′の対応するポイント、451、間のマッピングは次のとおりである:
Fn/fm=FF′/W (005)
同じ原則は平面hh′と平面BH′間のマッピングに適用する、それに応じて、PQの平面を越える非歪斜的な空間のポイントはマッピングポイントを歪斜的空間PBCQの中のまたは2D画面の中の見つけることができる。
【0027】
2D画面のイメージの表示の3つの好適た方法がある。第1方法は平面の体積3Dイメージとして2D画面のイメージを表示する。即ち、これは3D体積の中の2D平面の透視図のイメージ表示にある。テクスチャのマッピング方法は応用である。透視図のイメージはビットマップ(または他の同じようなフォーマット)としてコンピュータで最初に貯えられる。それから2D画面はこのビットマップの使用によってようにテクスチャのマップ描画される。テクスチャのマッピングの方法は後で記述されていることである。
【0028】
第2方法は複数の画像フレームを重ねることによって透視図の2Dイメージを表示する。「回転式往復運動式の」スクリーン(か表示パネルに)基づいて体積3Dディスプレイではスクリーンが最下の(または上)位置の近くにあるとき、多数フレームは限られた空間に置くことができる。これは2D画面の色または灰色レベルを増加できる。図3は考えを説明する。移動スクリーン570の実際のトラックが円であり、2つの隣接したフレーム間の縦の間隔が一般に均一であるので、1つのフレームからの次への回転角度は常に変わっている。スクリーンが底の近くにある時、2つの隣接したフレーム、例えば580c及び580d間の回転角度は、中間の位置の近くでそれ、例えば580a及び580bよりかなり大きい。即ち、2つの隣接したフレーム間の時間はスクリーンが一定した速度で回るのでスクリーンが近い最下の位置(または上の)ときかなりより長い。従って、フレームはより小さい縦ピッチで表示することができる。例えば、付加的なフレーム550は元のフレームの位置590d−590f間で挿入することができる。2Dイメージを発生させるのにより多くのイメージフレームが使用されているのでより多くの色または灰色レベルは表示することができる。2D画面はまだテクスチャのマッピングによって表示することができる。代わりに、底の近くのフレームの期限は比率を持つために選ぶことができる。その結果、異なったフレームのピクセルに異なったフレームの期限のために別の輝度が、ある。この輝度の相違はりっぱな輝度のレベルを増加できる。例えば、3つのフレームが1:2:4の輝度の比率と使用されれば、それから重ねられた2Dイメージの各ピクセル3の代りに、8つ(0−7)の輝度レベルがある。これは参照によってここに組み込まれるHornbeck米国特許5,280,277のpulse−width調節の方法に類似している。
【0029】
第3方法は2D画面で透視図のイメージを発生させるのに別のプロジェクターを使用する。この方法は体積3Dディスプレイに移動スクリーンに基づいてシステムを使用する。図4は好適た具体化を説明する。別の2Dプロジェクター601およびオリジナルプロジェクター15からのプロジェクショソのビームは投射経路102に切替可能な反射器602の使用によって持って来られる。切替可能な反射器の1つの例は液晶に基づく電気で切替可能なミラーである。それは参照によってここに組み込まれるSID International Symposium 1985年、v.16、p.345で記述されている。スクリーンが2D画面の位置に動くとき、切替可能な反射器は第2プロジェクター601が2Dイメージを投影するように反射に作られる。スクリーンが歪斜的な空間に動くとき、切替可能な反射器はオリジナルプロジェクター15からのイメージだけ投射経路102に入るように透明に作られる。
【0030】
一般に、歪斜的で物理的な空間そしてバーチャ.スペースの2D平面を結合する方法は体積3Dディスプレイのすべての形態に適用することができる。目の参照の位置は表示空間の中間の上であるならない。それは中心線からマッピングがそれに応じて終った必要ならば相殺することができる。更に、2D画面は表示空間の底のあらゆる望ましい位置に、ちょうど置くことができる。例えば、図5は最下の平面KCを離れて置かれる2D画面YBを説明する。空間のマッピングの原則は同じである。基準面Zbは選ばれる。位置Oから見られたとき基準面および2D画面YBに同じサイズがあるようである。座標系のマッピングは空間XZbPと歪斜的な空間XYBP間のマッピング、および平面Zbを越える空間と2D画面YBのバーチャ.スペース間のマッピングである。さらに、中心線の右側は図2と丁度同じである。従って、私達は眺めの広角を覆うために歪斜的な空間および2D画面の2つ、または多く、セットが表示空間で定義され、統合することができることを見ることができる。
【0031】
今、私達は第1方法で2D画面を描画する好まれる方法、即ち、テクスチャのマッピング方法を記述する。第一に、テクスチャのマッピング方法がこれらの原則およびアルゴリズムを使用するので、私達は少数の幾何基形の描画の原則そしてアルゴリズムを記述しなければならない。幾何基形は点、直線および三角の表面を含んでいる。これらの原則およびアルゴリズムはまた物理的な空間の色の体積3Dイメージを表示するのに使用することができる。
【0032】
一般に、体積3Dディスプレイの表示空間は光の要素の3D配列で構成される。これらの光の要素は[背景技術]のセクションで記述されているように異った方法によって、形作られる。便宜上、これらの光の要素は「格子要素」と呼ばれる(または一般に「表示要素」)。また便宜上、私達は原則およびアルゴリズムを記述するのに例として「回転式往復運動式の」スクリーンが付いているシステムを使用する。このシステムはTsaoの日本特許出願通知2002/268136(図4b)で記述されている。これらの原則およびアルゴリズムがまた他のタイプの体積3Dディスプレイに適用することが後で、示される。それに応じて、3D空間の格子要素のコレクションは図6で示されているように3D格子システムのようである。格子要素は201として長さ、幅および高さを、持っている3D点である。長さ202および幅203は投影されたイメージフレームのピクセルのサイズに対応する。高さ204はスクリーンの動きの方に測定される、体積3Dイメージの1つの「フレーム」または「スライス」の「厚さ」である。各格子要素の長さ、幅および高さはそれぞれdM、dNおよびdTである。それらはデータのレンダリングに使用する座標系に関して計算される。便宜上、彼らは「格子要素のスケール」と呼ばれる。一般的な妥当性を緩めないで記述の容易さのために、実例は格子要素が直角方法で一直線に並ぶことを仮定する。
【0033】
システムのプロジェクターが白色光の源の単一DMDまたFLCDを使用すれば、各格子要素は二進(黒いまたは白)点である。代わりに、Tsao米国特許6,961,045は(また日本特許出願通知2003/1107399で)(図6b−e)「変倍照明」の方法を記述する。「変倍照明」は別の強度によって少数の隣接したピクセルの各自を照らす。少数の隣接したピクセルの各グループは「合成ピクセル」と呼ばれる。合成ピクセルはいくつかのグレイ・スケールを表示できる。そのような場合、各々の合成ピクセルは1つの格子要素と定義することができる。従って、各格子要素にグレースケールの機能がある。
【0034】
3つの表示パネルか3つのサブパネルに基づいて色の体積3Dディスプレイでは各格子要素の位置に3つの重ねられた格子要素がある。3つの重ねられた格子要素に3つの原色がある。同じ原色のすべての格子要素のコレクションは「場」(field)と呼ばれる。従って、色の体積3Dディスプレイの表示空間に3つの重ねられた場がある。各場は別の原色を持っていることを除く単色的(monochromatic)ディスプレイのようである。
【0035】
3つの基本的な幾何基形がある:
一般に、どの3D形でも3つの幾何基形の組合せによって表示することができる。各幾何基形は位置を定義する座標のデータを含んでいる。単色的なイメージでは、各幾何基形に「強度」データがある。「強度」データは幾何基形の輝度かグレイ・スケールを表す。色のイメージでは、各幾何基形に「色」データがある。一般に、「色」データは3つの原色の3つの強度の値を含んでいる。
【点幾何基形のレンダリング】
【0036】
点のレンダリングは図6の3D格子の1つの格子要素の位置へ点座標(x、y、z)のマッピングである。図7[A]は格子要素構造を示し見られてようにx−zの平面に直面する。各々の正方形の格子は、301のような、フレームのピクセルを表す。マッピングは基本的に1の点(P0のような)から1の格子要素の位置(302のような)である。マッピングはまた1の点から以上1の格子要素にである場合もある。これは「ピクセルの膨張」と呼ばれる。ピクセルの膨張は別の輝度を表すために点のサイズを調節する。P1で示されている、ピクセルの膨張は点の異なったサイズを表示するのに隣接したピクセルを使用する。8つの隣接した格子要素を膨張のために使用していたら、そして点に3x3格子要素があり、10のサイズのレベルを持つことができる(0−9つの格子要素、0の表現の黒(またはブランク))。3つの隣接した格子要素を膨張のために使用していたら、それから1点のための5つのサイズのレベルが付いている2x2格子要素が(0−4つの格子要素)ある。
【0037】
一般に、点のマッピングは1つに「スライス」(または「フレーム」)なされる。しかしマッピングはまた1つのスライス以上に望まれたとき作ることができる。図8[B]で411で示されている、「スライスする厚さ」ds1=dT(実際のフレームの厚さ)をマッピングで使用されたら、直線の格子要素はコーナー411でだけ接続してもよい。その結果、直線のイメージは非一体のようであることができる。より大きいスライスの厚さ、例えばds2=1.5xdTの使用によって、点のマッピングは2つの隣接したフレームに作ることができる。付加的な格子要素412は直線に加えられ、直線を連続的なようである作る。同じは表面のレンダリングの例に適用する。因数1.5xは「Over−Sampling Factor」と呼ばれる(OSF)。
【直線幾何基形のレンダリング】
【0038】
一般に、点基づかせていたレンダリングは直線および三角面のための好適たレンダリング方法である。点基づかせていたレンダリングは次の2つの主要なステップが含まれている:
(1)幾何基形を表す一組のサンプル点に幾何基形を変えること。各サンプル点は点幾何基形である。
(2)各サンプル点のレンダリング。
【0039】
一般に、幾何基形の輝度のレベルは描画された表示要素の数に比例している。表示要素自体にグレイ・スケール機能があれば、輝度のレベルは表示要素の輝度のスケールにまた比例している。サンプル点の空間的な配分そしてサイズの制御によって望ましい視覚輝度を与えるために、描画された表示要素の総数は制御することができる。
【0040】
直線は図8[A]で説明されるように等間隔の点、見本抽出される。
直線を仮定することはNsの区分に分けられる、そして次の通りサンプル点は得ることができる:
n=0は点P0(x0、y0、z0)であり、n=NsはP1(x1、y1、z1)である、全く2つの端ポイントを含むNs+1点がある。
【0041】
点基づかせていたレンダリングによって、直線に沿う点配分の密度そして各点のサイズが直線の(または直線の各場の)グレイ・スケール(か輝度または強度)表現するのに使用することができる。これはサンプル点の最適数(Ns_op+1)についてされる。(Ns_op+1)は体積3Dディスプレイで表示されたとき直線に沿うすべての格子要素を満たすために必要のサンプル点の最少量ある。これは直線のイメージの完全な強度(輝度)を与える。Ns_opより大きいNsは直線により多くの格子要素を加えなかったりし、それ故に輝度を更に高めない。
【0042】
直線幾何基形のためのNs_opは次の方式から計算される:
【0043】
基本的に、式(102)それぞれx、yおよびzの方向で必要なサンプル点の最少量を計算し、最大数を選ぶ。サンプル点の最高額を与える方向は「支配的な見本抽出の軸線」か「支配的な見本抽出の方向」と呼ばれる。各方向の最低の間隔は格子要素のスケールと直接関連している。ピクセルの膨張が応用なら、xおよびyの方向の最低の間隔は高められる。
【0044】
図8[B]膨張するピクセルを仮定しない2つの簡単だった例を説明する。直線L1(縦直線):
平行斜線の長方形は描画された格子要素を表す。直線のイメージはzの方向で連続的である。支配的な見本抽出の軸線はz軸である。直線L2(x−zの平面に平行直線):
Ns_op=int[Max[0,6,4]=6.
直線のイメージzおよびyの両方方向で連続的である。支配的な見本抽出の軸線はy軸である。
【0045】
NsがNs_opより小さいとき、格子要素の少量は描画される。従って、直線の輝度は減る。直線幾何基形の「輝度比率」は直線の完全な輝度について定義することができる:
BR_1(直線幾何基形の「輝度比率」)=Br_1/Br_1_op (103)
Br_1=直線幾何基形の望ましい輝度のレベル
Br_1_op=直線幾何基形の完全な輝度のレベル(即ち、サンプル点の最適数を使用して)
【0046】
幾何基形の輝度のレベルは描画された表示要素の数に比例している。表示要素自体にグレイ・スケール機能があれば、輝度のレベルは表示要素の輝度のスケールにまた比例している。従って、
BR_1=Nge_1*Bge/(Nge_1_op*Bge_f) (104)
Nge_1=直線で描画されるべき格子要素の数
Nge_1_op=完全描画されたら直線の格子要素の数、
Bge=各々の描画される格子要素の輝度のレベル
Bge_f=格子要素の完全な輝度のレベル
【0047】
直線が完全に描画されるとき、直線の格子要素の数はサンプル点の数によって次の通り表現することができる:
Nge_1_op=Ns_op*Fd2 (106)
Ns_opは式(102)から計算される。
Fdは式(102)のピクセル膨張の因数である。
同様に、格子要素の望ましい数は次のとおりである:
Nge_1=Ns*n_pd (107)
n_pd=「膨張数」
=点の膨張させたピクセルの数(元の1つを含んで)
例えば2x2の膨張が(fd=2)応用なら、そしてn_pdは0から4の間で価値を取り、膨張の異なったレベルを示す。
【0048】
従って、式(106)および(107)から、式(104)なる:
BR_1=(Ns/Ns_op)*(n_pd/Fd2)*(Bge/Bge_f) (108)
Ns*n_pd*(Bge/Bge_f)=Ns_op*Fd2*BR_1 (109)
式(109)は輝度比率BR_1の直線のレンダリングを要約する。それはサンプル点の数、ピクセルの膨張および格子要素のグレースケールの機能の効果を含んでいる。一般に、一組の満足式(109)の値(Ns、n_pd、(Bge/Bge_f))は望ましい輝度比率BR_1で直線を描画する。
ピクセルが二進であり、膨張がないば、そしてn_pd = (Bge/Bge_f)= fd = 1。式(109)なる
Ns=Ns_op*BR_1 (110)
ここに、点密度制御だけ直線輝度。
Nsがおよび(Bge/Bge_f)固定なら、ピクセルの膨張は唯一の制御要因である。例えば、3x3膨張は10の輝度のレベルを与える。4x4膨張は17のレベルを与える。
【三角面幾何基形の簡単レンダリング】
【0049】
簡単レンダリングはサンプル点の1つの層だけ使用によって三角面幾何基形を描画する。サンプル点を得る好まれたアプローチは三角面を「満たすこと直線によって」である。直線は直線幾何基形としてそれから描画することができる。それはサンプル点の密度の配分そしてサイズの制御によって幾何基形のグレースケールを制御する。
【0050】
第一に、私達は完全に三角形を描画する方法を記述する。直線のレンダリングの場合にはように、完全に三角形を描画する基本的なアプローチは生じられた格子要素が三角形をカバーするようにちょうど足りるだけのサンプル点を描画することである。好適たステップは次のとおりである:
【0051】
(1)三角形の3つの端の各自のためのサンプル点の最適数を、式(102)を使用して計算する。
(2)「方向の端」として最多のサンプル点がある端を選び、「基盤の端」として最少のサンプル点がある端を選び、そして両方の端のサンプル点の位置を見つける。これはちょうど必要なだけ完全に三角面を描画するためにサンプル点の最少量を与える。
【0052】
(3)三角形上のメッシュ・システムを概念上基盤の端の各サンプル点からの直線を描画し、直線を方向の端に平行にし、そして方向の端の各サンプル点からの直線を描画し、そして直線を基盤の端に平行にすることによって組み立てる。三角形の内で落ちるラインの交差は描画されるべきサンプル点の位置を示す。圖9を見なさい。
【0053】
(4)すべてのメッシュ・直線のサンプル点を式(101)の使用によって得る。直線が2つの端の1つに平行であり、2つの端のメッシュ・サイズが知られているので、各直線のサンプル点の数は容易に計算することができる。
【0054】
(5)すべてのサンプル点のレンダリング。方向の端に平行であるすべての直線は方向の端と同じ密度で描画される。基盤の端に平行であるすべての直線は基盤の端と同じ密度で描画される。方向の端および基盤の端が完全に描画される両方であるので、すべての直線は完全に描画される。それ故に、点密度はすべての方向で最適である。図9を見なさい。三角形の2つの端基づいてレンダリングのメッシュの構築におよび最適メッシュサイズ独自に2方向で設定によって、上記のアルゴリズムは異なったサイズの三角形のための大体均一点密度を与える。
【0055】
より少しにより完全に輝度の三角形を表示するためには、サンプル点の総数は減らされた輝度に一致させるように減る。輝度比率は:
BR_st(三角面の輝度比率)=Br_st/Br_st_op (201)
Br_st=三角面の望ましい輝度のレベル
Br_st_op=三角面の完全な輝度のレベル(即ち、サンプル点の最適数を使用して)
【0056】
幾何基形の輝度のレベルは描画された表示要素の数に比例している。表示要素自体にグレイ・スケール機能があれば、輝度のレベルは表示要素の輝度のスケールにまた比例している。従って、
BR_st=Nge_st*Bge/(Nge_st_op*Bge_f) (202)
Nge_st=三角面で描画されるべき格子要素の数
Nge_st_op=完全描画されたら三角面の格子要素の数、
【0057】
三角面が完全に描画されるとき、三角面の格子要素の数はサンプル点の数によって次の通り表現することができる:
Nge_st_op=(完全描画される三角面のサンプル点の数)*Fd2 (203)
Fdは式(102)のピクセル膨張の因数である。
(完全描画される三角面のサンプル点の数)=Ns_op_b*Ns_op_d/2 (204)
Ns_op_b=基盤の端のサンプル点の最適数
Ns_op_d=方向の端のサンプル点の最適数
従って、
Nge_st_op=Ns_op_b*Ns_op_d*Fd2/2 (205)
Nge_st(格子要素の望ましい数)=Ns_b*Ns_d*n_pd/2 (206)
Ns_b=基盤の端のサンプル点の数
Ns_d=方向の端のサンプル点の数
従って、
式(210)は輝度比率BR_stの三角面のレンダリングを要約する。それはサンプル点の数、ピクセルの膨張および格子要素のグレースケールの機能の効果を含んでいる。一般に、一組の満足式(210)の値は望ましい輝度比率BR_stで三角面を描画する。
【0058】
Ns_bおよびNs_dは式(102)と同じような次の式によって計算される:
Ns=int[Max[Δx/dx,Δy/dy,Δz/dz]] (102A)
Δxは端のx方向のスパンである、dx=Nsを計算するための間隔
Δyは端のy方向のスパンである、dy=Nsを計算するための間隔
Δzは端のz方向のスパンである、dz=Nsを計算するための間隔
一般に、dTがdMとdN異なって、およびピクセルの膨張がdM_dN方向で主に作動するので、dx、dy、dzは格子要素構造に関連して三角面のオリエンテーションに従って計算される。これは端のための最適見本抽出の間隔の選択に影響を与える。3つの場合がある:
【0059】
場合(1):基盤端および方向端両方の支配的な見本抽出の方向はz軸である。式(102A)から:
Ns=int[Δz/dz]
式(102)から:
Ns_op∝Δz/dz_op
Ns/Ns_op=dz_op/dz=dT/dz (212)
式(210)および(212)から:
sqrt[内容]:内容の二乗根操作
dzは式(214)から得ることができるおよびNsは得ることができる。
【0060】
場合(2):基盤端および方向端両方の支配的な見本抽出の方向はxまたはy軸である。式(102A)から:
Ns=int[Δx/dx]or int[Δy/dy]
式(102)から:
一般に、dM=dNはおよび私達dx=dyを取ることができる。式(210)および(216)から:
【0061】
場合(3):2つの端の1つにz軸で支配的な見本抽出の方向およびxかy軸で他がある。次のプロシージャは好まれる。プロシージャは2つのする方向のおよそ等しい間隔のメッシュを与える、
式(210)、(212)および(216)の結合:
dx<dTが、それからdz=dTを取れば。(220)から:
dx/(n_pd*Bge/Bge_f)=dM/(Fd*BR_st) (222)
従って、
すなわち、式(224)の状態の下で、dz=dTおよび式(222)から計算したdxを式(102A)で使用する。
dx>=dTが、それからdz=dxを取れば。(220)から:
すなわち、式(228)の状態の下で、式(226)から計算したdxを式(102A)で使用する。
【三角面幾何基形の多層レンダリング】
【0062】
簡単なレンダリングが応用のとき、指定三角形内の格子要素の総数は固定である。この数は実際に表示され、感知することができる輝度のレベルの数を限る。三角形のより多くの格子要素は、より多くの輝度のレベル表示することができる。多層レンダリングは1つの三角面のレンダリングで1つ以上の三角の表面を(補助表面と呼ばれる)使用する。図10[A]は考えを説明する。原則は一緒に密接に複数の補助表面、1101a_1101cを積み重ねることである。視覚でそれらは1つの三角面のようである。実用的により多くの格子要素が輝度のより多くのレベルを表現するのに使用されている。そして元の形へ最低のゆがみがある。
【0063】
仮定NLの補助表面は使用され、望ましい輝度比率はBR_ms、レンダリングのプロシージャ後で記述されているである。輝度比率の概念および式(201)と(202)はまだ適用する。しかし、明快さのために、式(201)多数の補助表面の場合のためにように書直される、
BR_ms(輝度比率)=Br_ms/Br_ms_op (301)
Br_ms=三角面の望ましい輝度のレベル
Br_ms_op=三角面の完全な輝度のレベル
Br_ms_op=NL*Nge_ss_op*Bge_f
Nge_ss_op=1つの完全な輝度の補助表面の格子要素の数
従って、
BR_ms=Nge_ms*Bge/(NL*Nge_ss_op*Bge_f) (302)
Nge_ms=三角面で描画されるべき格子要素の数
=すべてのNLの補助表面のされた格子要素の数の合計。
式(302)から、私達は補助表面の輝度比率の合計が三角面の輝度比率と等しいことを見る、
BR_ms=BR_ss_0+BR_ss_1+...+BR_ss_(NL−1) (304)
【0064】
一般に、式(304)を満たす補助表面の輝度比率の組合せ与える同じような結果を。
しかし次は最も便利な方法である:
各補助表面は描画されるべき元の三角面と同じサイズ、形およびオリエンテーションの1つの三角面である。各々の補助表面のBR_ssの輝度比率はまたBR_stと同じ方法定義される。そう、補助表面は三角面の簡単なレンダリングとによって同じ方法丁度描画することができる。
【0065】
隣接した2つ補助表面間の間隔(ts)は同じフレームの格子要素を重複することを防ぐ好まれた最小値がある、図10[B]で説明される、
ts=ds*sinα
ds=dT*OSF
αは表面の法線と地平線間の角度ある。
単位の法線ベクトルN=[nx,ny,nz]の三角面、
ts=ds*|nz| (505)
小さくαなる時、Tsは小さくなる。式(505)によdM*Fdより小さくなるTsなら、そして次の最小値は使用されるべきである:
ts=dM・Fd (505A)
補助表面は三角面の法線の方向に沿って角の最高点の計算によって見つけることができる:
(x,y,z)j,k=(xj−k*ts*nx,yj−k*ts*ny,zj−k*ts*nz) (507)
(xj,yj,zj)は元の三角面の角の最高点ある
j=0,1,2(3つ角の最高点)
k=0,1,...NL−1は補助表面の指数である。
【0066】
図11[A]で示されているように、全2Dビットマップをカバーする2D座標系(u,v)は定義される。座標(u,v)の範囲は(0,0)および(1,1)その間ある。ビットマップにuの方向でMのピクセルおよびvの方向でNのピクセルがある。各ピクセルは整数の指数[M,N]によってM= 0,1,2... M−1およびN = 0,1,2... N−1、と見つけることができる。従って、[m,n]指数と(u,v)座標間にマッピングがある。
【0067】
三角面へのビットマップのテクスチャのマッピングはu−v平面の対応の2D三角形によって定義される。対応の三角形は(明快さのためのUVTと呼ばれる)3D三角面に3つの角の最高点によって(明快さのための3DTと呼ばれる)対応する。UVTによってカバーされるビットマップ区域と3DT間のマッピングは線形割合に基づいている。従って、図11[B]で説明されるように、3DTのグループ1211と望ましいビットマップ区域をカバーするUVTのグループ1210間のマッピングはまた作ることができる。
【0068】
色のテクスチャのマッピングおよびレンダリングは1つの場一度に行う。即ち、色ビットマップは3つの場のマップ(R(紅)場、G(緑)場およびB(青)場)に最初に分かれている。従って各場のマップは単色的なイメージマップ、同じプロシージャによって描画することができる。体積3Dディスプレイの光学はそして3つの場を組み変え、色のテクスチャのマップを示す。単色的なテクスチャのマップの三角面を描かれたする基本的な手順は次の通りある:
(1)多数個の異なった強度の範囲にテクスチャのマップの完全な強度のスケールを分けなさい。従って各強度の範囲はテクスチャのマップの別の地域に対応する。
(2)テクスチャのマップの各地域から三角面の対応する地域にマッピングを確立しなさい。前に記述されているUVT−3DTのマッピングのプロシージャを使用しなさい。
(3)マッピングに従ってその地域の強度の範囲に基づいて三角面の対応する各々の地域に輝度のレベルを割り当てなさい。輝度比率は前に記述されていると同じ方法定義される。
(4)別の輝度のレベルを表すために表示要素の別の密度の三角面の対応する各々の地域を描画しなさい。点基づかせていたレンダリングは好まれる方法である。基本的に、表面の対応する各々の地域は全表面への望ましい輝度を与えるメッシュ・システムの下で描画されるが、サンプル点は対応する地域の内にだけ置かれる。
【0069】
詳細なステップは次の通りある:
ステップ1:ビットマップから、各ピクセルの紅、緑および青の強度の値を得、3つのピクセルデータ構造をセットアップしなさい:
Pixel_Rfield[m][n].intensity=FI(field intensity)R;
Pixel_Gfield[m][n].intensity=FIG;
Pixel_Bfield[m][n].intensity=FIB;
FIはfield intensityを意味する。
ステップ2:各場では、Nrgnの地域に強度のスケール、1250を分けなさい。部分は強度0とFI_fullの間にあるならない。お好みであれば、分割はFI_lowとFI_highの間で置くことができる、図11[C]見なさい。
【0070】
ステップ3:各場では、強度の価FIに従ってNrgn「地域」の1つに各ピクセルを割り当てなさい。地域iの地域指数:
i=(int)[((FI−FI_low)/(FI_high−FI_low))*Nrgn]
(int)[内容]:取得「内容」より小さいの最低の整数の操作
地域指数のデータ構造をセットアップしなさい、(例としてR(紅)場を使用して)
Pixel_Rfield[m][n].region_idx=i; (700A)
【0071】
ステップ4:三角面1の地域を一度に描画しなさい。地域iでは、対応する輝度比率のBR[i]見つけるためにこの地域の下限の強度を取りなさい。図11[C]に従って線形補入を使用しなさい:
これは三角面のこの地域を描画するのに使用されるべき輝度比率BRである。
BRが計算されれば、私達はそれから三角面のこの地域を描画するために前に記述されている簡単レンダリングか多層レンダリングを使用してもいい。多層レンダリングが使用されれば、補助表面それぞれの輝度比率は更に式(303)によって計算されるべきである。
【0072】
知られていた輝度比率の地域iのレンダリングは次のステップを含んでいる:
(ステップ4.1):3D三角面(3DT)の基盤の端と方向の端のサンプル点の数((Ns_b[i]+1)と(Ns_d[i]+1))を定めなさい。簡単レンダリングか多層レンダリングを使用し、対応するプロシージャに続きなさい。
【0073】
(ステップ4.2):三角形の対応するUVTにNs_b[i]およびNs_d[i]を適用し、サンプル点(u,v)j,kを計算しなさい。サンプル点の計算は前にと同じ、式(101)を使用する各グリッド線で但し例外としては(u,v)取り替える(x,y)およびZ座標あるゼロが。図11[D]見なさい。
【0074】
(ステップ4.3):この現在の地域iに属するかどうか各々の計算されたサンプル点(u,v)j,kを確認しなさい、地域iに属する点だけこの現在の点密度で描画される。即ち、発見(u,v)点の対応するピクセル配列の指数[m][n]、それから次が本当であるかどうかデータ構造を確認しなさい:
Pixel_Rfield[m][n].region_idx=i;
それが本当でなかったら、次の(u,v)サンプル点を計算しなさい。
それが本当、そしてこの(u,v)j,kの対応する点(x,y,z)j,kを計算し、そして3DTの中のそれを描画しなさい。これはこの指数(j,k)を使用し、3DTに式(101)を加えること単にである。
3DTの基盤の端は(xa,ya,za)から(xb,yb,zb)にあり、方向の端は(xb,yb,zb)から(xc,yc,zc)にある。
【0075】
このように、一度に1つの地域に、テクスチャビットマップは三角面の表面に描画することができる。図11[E]別の輝度(強度)の3つの地域の三角形を説明する。それ故に、三角形に3つのメッシュ・システムがある。地域の指数のデータ構造が効率的にサンプル点がされるべき地域の内にあるかどうか確認するのに使用されている。
【0076】
従って、2D画面の透視図のレンダリングは上で記述されているテクスチャのマッピング方法の適用によって行うことができる。
【補足の記述】
【0077】
レンダリングのもう一つの好まれる方法は交面基づかせていたレンダリングである。交面基づかせていた簡単なレンダリングはスライスフレームが付いている交差を計算することとスライスフレームの交面ビットマップのピクセル密度を制御することによって幾何基形を描画する。
【0078】
一般に、各交差はフレームのピクセルを含む小さいビットマップである。交差のすべての小さいビットマップを一緒にステッチすることは概念的な「合成ビットマップ」を形作る。望ましい輝度のレベルは合成ビットマップのピクセルの総数に関して描画されるピクセルの数の比率の制御によってそれから表現される。小さいビットマップは描画される合成ビットマップからの逆のマッピングによってそれから再描画される。再描画された小さいビットマップは望ましい輝度のレベルでそれから幾何基形を形作る。
【0079】
直線のレンダリングでは、合成ビットマップは1Dビットストリングとして組織される。三角面1001のレンダリングでは、フレームのスライス1002が付いている各交差は、図10で説明されるように、フレームのピクセル構成の小さいビットマップ1003である。交差のすべての小さいビットマップを一緒にステッチすることは2D合成ビットマップ1004を形作る。
【0080】
輝度比率の概念および式(201)および(202)はまだ適用する。そして完全描画された三角形はまだ参照として使用される。三角形の格子要素の数Nge_stは基本的に合成ビットマップのピクセルの数Np_CBM_stである。
Nge_st=Np_CBM_st=合成ビットマップの描画されたピクセルの数
Nge_st_op=Np_CBM_st_f (完全描画された)
【0081】
便宜上、合成ビットマップは図10で示されているようにu−v平面で、表される。レンダリングは2方向で行われる:u−およびv−方向。
完全輝度で(完全満ちている)描画するためには、2方向の描画されたピクセルの間隔は投影されたピクセルのピッチに設定する:
du_op=dv_op=dL_p_op=dM=dN.
【0082】
Np_CBM_stはレンダリングの間隔のdL_pの平方に反比例している:
Np_CBM_st∝(1/dL_p)2
従って、
Nge_st/Nge_st_op=Np_CBM_st/Np_CBM_st_f=(dL_p_op/dL_P)2 (240)
式(240)から、式(202)なる
BR_st=(dL_p_op/dL_p)2*(Bge/Bge_f) (242)
dL_p_op=dM=dNから、
dL_p/sqrt(Bge/Bge_f)=dM/sqrt(BR_st) (244)
【0083】
式(244)望ましい輝度比率BR_stを与える三角面の合成ビットマップで隣接した描画されたピクセル間の望ましい間隔を提供する。ピクセルにグレースケールの機能がなければ(Bge/Bge_f=1)、(dL_p)2はBR_stに反比例している、dL_pが得られれば、次の2つのステップはレンダリングを完了する:
(1)合成ビットマップ新しい間隔のdL_pに従って再描画される。新しい間隔に一致させないピクセルを取除きなさい。
(2)元の、完全満たされた交差の小さいビットマップから、それらにステップ(1)で取除かれる対応するピクセルを取除く、これらの修正された交差の小さいビットマップに今の望ましい輝度比率BR_stがある。
【0084】
一般に、この発明で記述されているレンダリング方法は表示要素の配分のあらゆる形態との体積3Dディスプレイに適用することができる。フレームのスライスの方向およびdM、dNおよびdTは定義することができる。
【0085】
例えば体積3Dディスプレイが回転表示パネル(かスクリーン)に基づいていれば、そしてdT固定値はない。この場合、急所はレンダリング方法が働き、計算が時間最小になるようにちょうど小さい十分にdTを得ることである。dTはまた表示空間の幾何基形の位置に依存する。
【0086】
図13[A][B]は回転ディスプレイシステムですることの例を説明する。一般に、
dT=rdθ,
dθは2つの隣接したフレーム間の最低の角の空間である、例えば1581および1582、およびrは描画される点の位置に依存する。
直線P1P2のレンダリング、
dT=OmPmdθ,
OmPmは直線と回転軸線1501間の最も短い間隔である。OmPmはX_Y平面の直線の投射から計算することができる。
CosαおよびOmPmは得ることができる:
【0087】
Pmが直線の外にあったら、図13[C][D]で説明されるように、各コーナー点Pi(xi,yi,zi)に次の式を適用しなさい:
dTi=rdθ=sqrt(xi2+yi2)dθ
最低のdTiはdTとして使用されるべきである。
【0088】
三角面のレンダリングでは、私達は三角形の3つの端の上記の最低dTを見つけるために計算を行う。
【0089】
多層レンダリングのtsを定めるためには、状態は類似している。図14で説明されるように、ベクトルNは三角面の単位法線ベクトルであり、NxyはX−Y平面の投射である。
ts_xy=dT*sinβ
dT=rdθ=sqrt(x22+y22)dθ
ts=ts xv*cosα
SinβおよびCosαはベクトルNからすべて計算することができる。上記のプロシージャを3つの角点に適用し、最も大きいTsを見つけなさい。
【0090】
点基づかせていたレンダリングでは、三角面の2つの端のサンプル点の数は制御点密度に合わせられる。異なったメッシュサイズは異なった輝度比率を表現する。代わりに、私達は固定メッシュサイズを使用してもいい。点の別の数は同じメッシュサイズの下に別の輝度比率を表現できる。同じは交面基づかせていたレンダリングに適用する。ビットマップに本質的なメッシュサイズ(すなわちピクセル格子)があるので、固定ピクセルメッシュサイズは合成ビットマップにより適するかもしれない。
【0091】
アルゴリズムおよびデータ構造はの形でソフトウェアを記述する記述されている。但し、それらはまたファームウェアまたはデジタル電子回路でアルゴリズムが埋め込まれた電子システムで実行されるとき、特に実行することができる。
【補足の記述2:Voxelマッピング方法】
【0092】
前に記述されていたレンダリングの方法の同じような精神に基づいて、私達はこのセクションで分散グレイ・スケール(または同じような特性)の3D体積のレンダリングの原則そしてアルゴリズムを記述する。基本的な手順はテクスチャのマップが付いている表面レンダリングに類似している、但し例外としてはメッシュ・システムおよび見本抽出は3つの次元で終った。グレイ・スケールは分散させた点のサイズそして密度の配分の制御によって表される。これは解像度を犠牲にしないでに、二進ピクセル基づいて体積3Dディスプレイによって3D体積の色またはグレイ・スケールの配分の表示を可能にする。これは医学または鉱山の視覚化のような適用に有用である。
【0093】
普通、されるべき3D体積(1360)は一組の直角に構成された体積3Dデータである。図15[A]を示して、それはCのビットマップを一緒に積み重ねて基本的にもらう。積み重ねの各層はAxBビットマップである。A、BおよびCは整数である。従ってvoxelの総数はAxBxCある。各データvoxelは3つの整数の指数(a,b,c)によって見つけることができる:
a−データ層の横の方向;ピクセル指数(0,b)から(A−1,b)への;
b−データ層の縦の方向;ピクセル指数(a,0)から(a,B−1)への;
c−積み重ねの方向;層の指数♯0から♯C1への
【0094】
図15[B]を示して、3D箱1380は密接に3D体積を囲むために定義される。
4つの角ポイントは定義される:
P0(x0,y0,Z0)−対応するvoxel(0,0,0)でに角点
P1(x1,y1,z1)−対応するvoxel(A−1,0,0)でに角点
P2(x2,y2,z2)−対応するvoxel(0,B−1,0)でに角点
P3(x3,y3,z3)−対応するvoxel(0,0,C−1)でに角点
4つの角点の座標を置くことによって、xyzの座標系に関して3D体積の位置そしてオリエンテーションは決定することができる。4つの角点は3つの直角「角のベクトル」を形作る:ベクトルP0P1、ベクトルP0P2、ベクトルP0P3。
【0095】
このアルゴリズムはテクスチャのマップとの3DTのレンダリングの地域によって基づくアプローチに類似している。但し、アルゴリズムは3D(空間の3方向)および余分で全3D体積箱適用される。レンダリングはそれぞれ各色場で行われる。すなわち、3D体積は3つの場(R場、G場およびB場)に第一に分かれている。従って各場は単色的な体積、同じプロシージャによって描画することができる。体積3Dディスプレイの光学はそれから3つの場を組み変える。単一場3Dの体積レンダリングでは、3D体積はいくつかの地域に第一に分けられる。各地域に別の強度(輝度)の範囲がある。各地域の強度の範囲から、その地域の対応する輝度比率は定義することができる。知られていた輝度比率の各地域では、3つの直角方向のサンプル点の量は計算することができる。各方向のサンプル点の数が得られれば、そしてその地域の「メッシュ・サイズ」(か格子サイズ)決定することができる。従って、3D箱はそれ対応する輝度比率から一度に1つの地域に描画される。基本的に、3D体積の各地域は全3D箱への望ましい輝度比率を与えるメッシュ・システムの下で描画されるが、サンプル点は対応する地域にだけ置かれる。
【0096】
Voxelマッピングの方法の基礎はある特定の輝度比率の3D箱のレンダリングである。3D箱の輝度比率:
BR_box=Br_box/Br_bx_op (801)
Br_box=描画されるべき3D箱の望ましい輝度のレベル
Br_box_op=完全描画された場合3D箱の輝度のレベル
(サンプル点の最適数)
【0097】
3D箱の輝度のレベルは描画された格子要素の数に比例している。それは格子要素にグレイ・スケールの機能があれば、格子要素の輝度のスケール自体にまた比例している。
従って、
BR_box=Nge_box*Bge/(Nge_box_op*Bge_f) (802)
Nge_box=3D箱で描画されるべき格子要素の数
Nge_box_op=完全描画されたら3D箱の格子要素の数、
Bge=各描画されたら格子要素の輝度のレベル
Bge_f=格子要素の完全輝度のレベル
【0098】
完全描画された3D箱の格子要素の数はサンプル点の数と次の通り関連していることができる、
Nge_box_op=(完全描画された3D箱のサンプル点の数)*Fd2 (803)
Fdは式(102)のピクセル膨張の因数である。
完全描画された3D箱のサンプル点の数=Ns_op_a*Ns_op_b*Ns_op_c (804)
Ns_op_a=端P0P1のサンプル点の最適量
Ns_op_b=端P0P2のサンプル点の最適量
Ns_op_c=端P0P3のサンプル点の最適量
従って、
Nge_box_op=Ns_op_a*Ns_op_b*Ns_op_c*Fd2 (805)
一般に、
Nge_box=Ns_a*Ns_b*Ns_c*n_pd (806)
Ns_a=端P0P1のサンプル点の量
Ns_b=端P0P2のサンプル点の量
Ns_c=端P0P3のサンプル点の量
n_pd=「膨張数」
=点の膨張させたピクセルの数(元の1つを含んで)
従って、
【0099】
Ns_a、Ns_bおよびNs_cは式(102A)によって計算される。dTがdMとdN異なって、およびピクセルの膨張がdM−dN方向で主に作動するので、dx、dy、dzは格子要素構造に関連して3D箱のオリエンテーションに従って計算される。これは端のための最適見本抽出の間隔の選択に影響を与える。4つの場合がある:
【0100】
場合(1):すべての3つの直角端の支配的な見本抽出の方向はz軸である。式(102A)から:
Ns=int[Δz/dz]
式(102)から:
Ns_op∝Δz/dz_op
Ns/Ns_op=dz/op/dz=dT/dz (812)
式(810)および(812)から:
dzは式(814)から得ることができるおよびNsは得ることができる。
【0101】
場合(2):すべての3つの直角端の支配的な見本抽出の方向はxまたはy軸である。式(102A)から:
Ns=int[Δx/dx]or int[Δy/dy]
式(102)から:
一般に、dM=dNはおよび私達dx=dyを取ることができる。式(810)および(816)から:
【0102】
場合(3):3つの端の1つにz軸で支配的な見本抽出の方向およびxかy軸で他がある。これは通常の場合べきである。
式(810)、(812)および(816)の結合:
dx<dTが、それからdz=dTを取れば。(820)から:
(dx)2/(n_pd*Bge/Bge_f)=dM/BR_box (822)
従って、
すなわち、式(824)の状態の下で、dz=dTおよび式(822)から計算したdxを式(102A)で使用する。
dx>=dTが、それからdz=dxを取れば。(820)から:
(dx)3/(n_pd*Bge/Bge_f)=dM*dT/BR_box (826)
BR box<=(n pd*Bge/Bge_f)*dM/(dT)2 (828)
すなわち、式(828)の状態の下で、式(826)から計算したdxを式(102A)で使用する。
【0103】
場合(4):3つの端の1つにxかy軸で支配的な見本抽出の方向およびz軸で他がある。式(810)、(812)および(816)の結合:
dx<dTが、それからdz=dTを取れば。(830)から:
dx/(n_pd*Bge/Bge_f)=dM/(Fd*BR_box) (832)
従って、
すなわち、式(834)の状態の下で、dz=dTおよび式(832)から計算したdxを式(102A)で使用する。
dx>=dTが、それからdz=dxを取れば。(830)から:
すなわち、式(838)の状態の下で、式(836)から計算したdxを式(102A)で使用する。
【0104】
私達は今3D体積のvoxel(指数(a,b,c))そして3D箱のメッシュ点(指数(i,j,k))間のマッピングを記述する。voxelの索引(a,b,c)は前に記述されているように(0,0,0)から(A−1,B−1,C−1)に、ある。メッシュ点指数(i,j,k)は式(101)で使用した索引定義に基づいている(0,0,0)から(Ns_a,Ns_b,Ns_c)に、ある。私達は例として方向「a」を使用する。同じ原理は他の2方向に、「b」および「c」適用する。
【0105】
場合(A):メッシュ点間隔(dLa)>voxelピッチ(dA)、すなわち、Ns_a<A。図16[A]状態を説明する。1401はメッシュの格子を表す。指数「i」メッシュラインのメッシュ点(すなわち交差)の点位置を表す。1402はvoxelの格子を表す。voxelにサイズがあるので、指数「a」区分を表す、この場合、それは(i,j,k)空間からサンプル点を計算することはより有効である。マッピングはどの区分「a(i)」が点「i」に対応するか見ることである。マッピングはxyz寸法の必要性なしで割合指数の空間で、行うことができる。
(i−0)/(Ns_a−0)=(a(i)−0)/A
従って、
【0106】
場合(B):メッシュ点間隔(dLa)<=voxclピッチ(dA)、すなわち、Ns_a>=A。図16[B]状態を説明する。この場合、それは(a,b,c)空間からサンプル点を計算することはより有効である。各地域では、私達は正しい強度のvoxelsだけ処理する。マッピングはどの点を区分「a」がカバーするかつかめることである。マッピングはxyz寸法の必要性なしで割合索引の空間で再度、行うことができる。
【0107】
区分「a」の左の(小さい)終わり、1403、はi空間の位置「ia」を対応する。区分にL_a(1404)の長さがある。
【0108】
今私達は詳細なステップを記述する:
ステップ1:3D体積から、各voxelのR,G,Bの強度の値を得、3つのvoxelのデータ構造をセットアップしなさい:
Voxel_Rfield[a][b][c].intensity=FI(field intensity)R;
Voxel_Gfield[a][b][c].intensity=FIG;
Voxel_Bfield[a][b][c].intensity=FIB;
ステップ2:各場では、Nrgnの「地域」(region)に強度のスケールを分けなさい。部分は強度0とFI_fullの間にあるならない。お好みであれば、部分はFI_lowとFI_highの間で置くことができる。図11[C]を示して、最も高いNrgnはFI_fullの1つの地域ごとのすなわち1つの灰色レベルである。
【0109】
ステップ3:各場では、voxclの強さのレベルFIに従ってNrgn「地域」の1つに各voxelを割り当てなさい:
Region r,(r=0,1,2...Nrgn−1):
r=(int)[((FI_FI_low)/(FI_high_FI_low))*Nrgn]
地域の指数のデータ構造をセットアップしなさい、(例としてR場を使用して)
Voxel_Rfield[a][b][c].region_idx=r;
さらに、voxelのグループのデータ構造をセットアップし、同じ地域(強度の同じ範囲)に属するvoxelの指数を集めなさい。すなわち、データ構造Voxel_Group[r]同じ地域rに属するすべてのvoxel(a、b、c)を含んでいる。
【0110】
ステップ4:3D箱、1つの地域を一度に描画しなさい。地域rの下限の強度は次のとおりである:
FI=r*(FI_high−FI_low)/Nrgn
対応する輝度比率のBR[r]そうある
これは3D箱のこの地域rを描画するのに使用されるべき輝度比率BRである。
【0111】
単一分野3Dの体積箱の知られていた輝度比率BR[r]の地域「r」のレンダリングのための詳細なステップは次のとおりである:
(ステップ4.1)3つの直角端の各自のサンプル点の数をそれぞれ得る:前に記述されている方法によるNs_a、Ns_bおよびNs_c。
(ステップ4.2)点検:
Ns_a<A、Ns_b<BおよびNs_c<Cばサンプル点は効率のための(i,j,k)空間から計算されるべきである(前に説明される場合(A))。行きなさい(ステップ4.3)。
他に、サンプル点は(a,b,c)空間から計算されるべきである。行きなさい(ステップ4.4)。
【0112】
(ステップ4.3)(i,j,k)空間からの(a,b,c)空間への計算のサンプル点。
第一に式(710)の使用によって各メッシュ点(i,j,k)の対応するvoxclの位置(a,b,c)を得なさい。それから、ステップ1に確立されるデータ構造を使用して、この地域rに属するかどうか対応する各々のvoxelを確認しなさい。この地域「r」のvoxelsに対応する点だけ描画されるべきである。サンプル点(x,y,z)i,j,kは次の式によって計算することができる:
【0113】
(ステップ4.4)(a,b,c)空間からの(i,j,k)空間への計算のサンプル点。
第一にあらかじめ定義されたデータ構造voxel_Group[r]からのこの地域「r」内の各voxelを、見つけなさい。それらのvoxelの各自のために、式(711)の使用によるこのvoxelによって、カバーされる点の指数(ia,jb,kc)を見つけなさい。式(600)そして指数(x,y,z)ia,jb,kcの使用によってこれ地域の各voxelの対応するこれらの点を、描画しなさい。
【0114】
図11[C]および式(702)、輝度比率(BR)の範囲は最上のBR_highおよび最下のBR_lowの一般化された形態に表現される。最高い輝度比率、BR_opは、当然1である。普通、マッピングは線形マッピングである場合もある。すなわち、FI=0はBR=0に対応し、FI=FI_fullはBR=1に対応する。マッピングにFIの軸およびBRの軸両方の低−高い窓を選ぶことによって、私達は表示されたイメージの輝度のレベルを処理できる。これはある特定の範囲のデータを高めるか、または抑制できる。更に、マッピングは線形でなくてもよろしくない。マッピングの線1251はカーブである場合もある。
【0115】
BRの低−高い窓の処理の1つの適用はD体積のイメージのローカル情報を強調することである。体積3DディスプレイのCTまたはMRIの医学イメージ投射データのような3D体積のデータの表示の1つの実用的な問題は、興味のローカル地域の前景および背景のイメージが観覧を妨げることができることである。これは体積3Dディスプレイのイメージが本質的に透明であるのである。1つの解決は興味のローカル地域を見るために「スキャン箱」を加えることである。スキャン箱の中のイメージは正常なか高められた輝度比率で表示される。スキャン箱の外のイメージは減らされた全面的な輝度比率で表示される。図17は考えを説明する。1801は体積3Dイメージとして表示される3Dデータ体積である。小箱1802はスキャン箱と定義される。スキャン箱内のイメージの部分は正常なBRの窓と、例えばBR_high=1およびBR_low=0表示される。スキャン箱の外のイメージの部分は抑制されたBRの窓と、例えばBR_high=0.3およびBR_low=0表示される。
【0116】
実際に、3D体積は2つの3D体積、元の3D箱に対応する大きい体積および新しいスキャン箱に対応する小さい体積に第一に仕切られる。2つの体積は異なったBRの窓を使用してVoxelマッピングのプロシージャによってそれから、別に描画される。スキャン箱は元の3D箱の後で描画される。従って、それは大きい体積に重ね書きすることができる。これが3D医学イメージ投射データの有害なティッシュまたは鉱山の地震データの地質特徴のための調査を助けるのに使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の基本概念の歪斜的座標系の例を示す。
【図2】 本発明の第1例の座標系のマッピングの幾何学的な分析を示す。
【図3】 回転式往復運動式のディスプレイの底の近くで精錬のイメージフレームをす。
【図4】 2プロジェクター具体化をす。
【図5】 本発明の第2例の座標系のマッピングの幾何学的な分析を示す。
【図6】 典型的な体積3Dディスプレイの表示要素のシステムを示す。
【図7】 点のレンダリングの方法を示す。
【図8】 直線の点基づかせていたレンダリングの方法を示す。
【図9】 三角の表面の点基づかせていたレンダリングの方法を示す。
【図10】 三角の表面の多層レンダリングの方法を示す。
【図11】 表面のテクスチャのマッピングの方法を示す。
【図12】 本発明によって三角面の交面基づかせていたレンダリングの方法を示す。
【図13】 回転ディスプレイシステムのdTの計算を示す。
【図14】 回転ディスプレイシステムのts計算を説明する。
【図15】 本発明のVoxelのマッピングの方法を示す。
【図16】 voxelsとサンプル点間のマッピングを示す。
【図17】 本発明のスキャン箱の方法を示す。
【符号の説明】
15 プロジェクター
201 格子要素
450 非歪斜的な座標系の点位置
451 マッピングに従う歪斜的な座標系の点位置
550 付加的な、精製されたフレーム
570 移動スクリーンのトラック
580a−d 2つの隣接したフレーム間の回転角度
590a−f フレーム位置
601 別の2Dプロジェクター
602 切替可能な反射器
1001 三角面
1002 フレームのスライス
1003 小さいビットマップ
1004 合成ビットマップ
1101a−c 補助表面
1210 ビットマップの上の対応の三角形(UVT)
1211 3D三角面(3DT)
1250 Nrgnの地域にビットマップの1つの場の強度のスケールを分けること
1251 ビットマップの1つの場の強度のスケールからの輝度比率へのマッピングのカーブ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
体積3Dディスプレイの連続的な空間で定義される3Dデータを表示する方法であって、
(1)体積3Dディスプレイの有限な空間を歪斜的座標系および2D画面との定義するステップ、
(2)前記連続的な空間の第一の部分と前記有限な空間の歪斜的座標系間の座標系のマッピングを確立するステップ、
(3)前記連続的な空間の残りの部品と前記2D画面の内のバーチャ.スペースの間の座標系のマッピングを確立するステップ、
(4)前記座標系のマッピングに従って、前記連続的な空間の第一の部分の内にいる前記3Dデータの部分を前記有限な空間に表示し、前記連続的な空間の残りの部品の内にいる前記3Dデータの部分を前記2D画面に透視図に表示するステップ、
を含む前記方法。
【請求項2】
前記座標系のマッピングが、
(1)目の位置を選ぶステップ、
(2)基準面を前記連続的な空間で定義し、前記基準面の参照位置を定めるステップであって、前記基準面が前記2D画面と同じサイズの前記目の位置から見られたとき現われる前記ステップ、
(3)前記基準面内の前記連続的な空間の一部分をように前記連続的な空間の第一の部分定義するステップを含む、請求項1記載の方法。
【請求項3】
前記2D画面の透視図の表示のステップが、ビットマップとして前記透視図のレンダリングおよびテクスチャのマッピングによって前記ビットマップを使用して前記2D画面のレンダリングが含まれている、請求項1記載の方法。
【請求項4】
前記体積3Dディスプレイが、イメージフレームを表示し、配り、体積3Dイメージを形作る移動ディスプレイ表面を含み、前記2D画面が近く取付けられ、前記イメージフレームの1つに平行である、請求項1記載の方法。
【請求項5】
前記移動ディスプレイ表面が回転式往復運動式の表面であり、前記2D画面かディスプレイ表面の回転の近い上または底位置であり、前記2D画面を形作る前記ディスプレイ表面の付加的なイメージフレームの発生のステップがさらに含む請求項4記載の方法。
【請求項6】
前記付加的なイメージフレームの表示の期限にあらかじめ定義された比率があり、前記付加的なイメージフレームがpulse−width調節の原則によって前記2D画面のグレイ・スケールまたは色のレベルを表現する請求項5記載の方法。
【請求項7】
更に別のプロジェクター手段によって前記2D画面のためのイメージの発生のステップを含んでいる請求項4記載の方法。
【請求項8】
切替可能な前記プロジェクター手段からの前記ディスプレイ表面にプロジェクショソのビームを導くのに反射器を使用するステップさらに含む請求項7記載の方法。
【請求項9】
前記体積3Dディスプレイの第2の歪斜的な座標系の有限な空間および第2の2D画面の定義のステップ、および座標系のマッピングおよびイメージの表示の対応するステップさらに含む請求項1記載の方法。
【請求項10】
体積3Dディスプレイの実際の3D空間の望ましい輝度のレベルが付いている幾何基形を表示する方法であって、前記幾何基形が直線または表面であり、前記体積3Dディスプレイか体積3Dイメージを表示するための空間的に分布表示要素を含んでいる、前記方法は、
(1)必要な表示要素の最少量Nge_opを完全な輝度Br_opで前記幾何基形を表示するために定めるステップ、
(2)次の関係に基づいて、
(Nge/Nge_op)x(Bge/Bge_f)=Br/Br_op,
望ましい表示要素の量Ngeを望ましい輝度のレベルで前記幾何基形を表示するために定めるステップであって、Brが前記幾何基形の望ましい輝度のレベルを表す、Bge_fが前記表示要素の完全な輝度のレベルを表し、Bgeが前記幾何基形のレンダリングで使用されるべき前記表示要素の輝度のレベルを表す前記ステップ、
(3)前記望ましい表示要素の量を用いる前記幾何基形を描画するステップ、
を含む前記方法。
【請求項11】
前記表示要素の最少量の決定のステップが完全な輝度で前記幾何基形を表すためのサンプル点の基準量Ns_opおよび最大ピクセル膨張数N_dの決定のステップを含み、
前記望ましい表示要素の量の決定のステップが、次の関係に基づいて
[(Nsxn_pd)/(Ns_op x N_d)]x(Bge/Bge_f)=Br/Br_op,
前記幾何基形を表すための望ましいサンプル点の量Nsおよび望ましいピクセル膨張数n_pdの決定のステップを含み、
前記幾何基形を描画するステップが、
(i)前記望ましいサンプル点の量を前記幾何基形で配り、望ましいサンプル点の座標を計算によって得るステップ、
(ii)計算されたサンプル点を前記望ましいピクセル膨張数を用いる描画するステップ、を含む、
請求項10記載の方法。
【請求項12】
前記幾何基形が直線、
前記サンプル点の基準量の決定のステップが、
(a)3つの直角方向の前記表示要素で前記直線を満たすために必要なサンプル点の最少量を計算によってそれぞれ得るステップ、
(b)ステップ(a)から計算される3つの最少量の最高を前記基準量Ns_opとして選ぶステップ、を含み、
前記望ましいサンプル点の量の分配のステップが、前記直線でサンプル点を均等に配ることのステップを含む、
請求項11記載の方法。
【請求項13】
前記幾何基形が表面、
前記サンプル点が1つ以上の補助表面間で配られ、前記補助表面が隣接した補助表面間の間隔と密接に積み重なり、
前記基準量Ns_opの決定のステップが各の補助表面のサンプル点の最適量の決定のステップを含み、前記サンプル点の最適量が完全な輝度で補助表面を表し、すべての前記補助表面の最適量の合計がNs_opと等しい、
前記望ましい量Nsの決定のステップが各の補助表面のサンプル点の指定量を選ぶことのステップを含み、すべての前記補助表面のサンプル点の総計がNsと等しい、
前記望ましいサンプル点の量の分配のステップが対応する各々の補助表面へのサンプル点の前記指定量の分配のステップを含める、
請求項11記載の方法。
【請求項14】
隣接したサンプル点に対応する表示要素が重複しないように表示要素の空間的な配分に関して前記表面のオリエンテーションそして位置に基づいて前記間隔の最小値の決定のステップをさらに含む、
請求項13記載の方法。
【請求項15】
前記表面が三角の表面であり、前記補助表面がまた三角であり、
前記各の補助表面のサンプル点の最適量の決定のステップが、
(a)前記補助表面の3つの端の各の端ためのサンプル点の最適数を定めステップであって、前記最適数が完全な輝度で前記表示要素で前記端を満たすために必要なサンプル点の最小量である前記ステップ、
(b)方向端と最も高いサンプル点の最適数Ns_op_dを持っている端を定義し、基礎端と最も低いサンプル点の最適数Ns_op_bを持っている端を定義するステップ、
(c)値Ns_op_d x Ns_op_b/2に基づいて前記補助表面のサンプル点の最適量を定めるステップ、を含み、
前記各の補助表面のサンプル点の指定量を選ぶことのステップが、方向端のサンプル点の数Ns_dおよび基礎端のサンプル点の数Ns_bを定め、値Ns_d x Ns_b/2に基づいて前記補助表面のサンプル点の指定量を定めることのステップを含み、
前記各の補助表面へのサンプル点の前記指定量の分配のステップが、
(a)前記方向端のNs_dのサンプル点の座標および前記基礎端のNs_bのサンプル点の座標を計算によって得るステップ、
(b)前記補助表面上のメッシュ・システムを概念上基盤の端の各サンプル点からの直線を描画し、直線を方向の端に平行にし、そして方向の端の各サンプル点からの直線を描画し、そして直線を基盤の端に平行にすることによって組み立てるステップ、
(c)前記補助表面の内で落ちるメッシュ直線の各交差へのサンプル点を置くステップ、を含む、
請求項13記載の方法。
【請求項16】
前記表示要素の最少量の決定のステップが、
(i)前記幾何基形の交差をフレームのスライスが付いている計算するステップであって、前記交差は小さいビットマップを含み、前記小さいビットマップの各ピクセルは1つの前記表示要素を含んでいる前記ステップ、
(ii)前記交差を合成ビットマップに一緒にステッチするステップ、
(iii)前記合成ビットマップを完全な輝度で完全に描画するステップであって、前記合成ビットマップにピクセルの総数Np_CBM_fがある前記ステップを含み、
前記望ましい表示要素の量の決定のステップが、次の関係に基づいて
(Np_CBM/Np_CBM_f)x(Bge/Bge_f)=Br/Br_op
望ましいピクセルの数Np_CBMを前述の合成ビットマップのレンダリングのための定めるステップを含み、
前記幾何基形を描画するステップが、
(i)前記望ましいピクセルの数を用いる前記合成ビットマップを再描画するステップ、
(ii)再描画された合成ビットマップに従う前記交差のレンダリングのステップ、を含む、
請求項10記載の方法。
【請求項17】
前記輝度のレベルが原色の1つの輝度のレベルであり、
他の原色の輝度のレベルが付いている望ましい色のレベルの前記幾何基形を表示するために幾何基形の表示のステップをさらに含む
請求項10記載の方法。
【請求項18】
体積3Dディスプレイで単色的なテクスチャのマップを持っている表面を表示する方法であって、前記体積3Dディスプレイが体積3Dイメージを表示するための空間的に分布表示要素を含んでいる、前記方法は、
(1)テクスチャのマップの完全な強度のスケールを多数個の異なった強度の範囲に分けなさいステップであって、各強度の範囲がテクスチャのマップの別の地域に対応する前記ステップ、
(2)マッピングをテクスチャのマップの各地域から前記表面の対応する地域に確立しなさいステップ、
(3)マッピングに従ってその地域の強度の範囲に基づいて前記表面の対応する各々の地域に輝度比率を割り当てなさいステップであって、前記輝度比率が完全な輝度への望ましい輝度の比率と定義される、前記ステップ、
(4)別の輝度比率を表すために表示要素の別の密度の前記表面の対応する各々の地域を描画しなさいステップ、を含む前記方法。
【請求項19】
前記表面の対応する各々の地域の描画のステップが、望ましい点密度でサンプル点の分配のステップおよび望ましい数の表示要素への各々の前記サンプル点の膨張のステップが含まれ、前記望ましい点密度および前記膨張の組合せは前記地域の輝度比率を表現する請求項18記載の方法。
【請求項20】
前記表面が三角の表面、
前記サンプル点の分配のステップが、
a.サンプル点を置くためのメッシュ・システムを組み立てるステップであって、前記メッシュ・システムに前記対応する地域の輝度比率と等しい輝度比率で前記三角の表面を描画するために必要なメッシュ密度がある、前記ステップ、
b.メッシュ・システムに従って対応する前述の地域の内にあるメッシュ直線の交差にだけサンプル点を置くステップ、を含む
請求項19記載の方法。
【請求項21】
テクスチャのマップの各ピクセルに地域指数を割り当て、対応するピクセルの位置に関してテクスチャのマップに前記地域指数のデータ構造を確立するステップであって、前記地域指数がピクセルの強度の範囲に従って前記地域の1つを示す前記ステップ、
テクスチャのマップへの前記メッシュ・システムの割合マッピングのステップ、
前記地域指数データ構造の使用によって、メッシュラインの交差が前記表面の対応する地域の内で落ちるかどうか確認するステップ、
をさらに含む請求項20記載の方法。
【請求項22】
前記単色的なテクスチャのマップが色のテクスチャのマップの1つの場であり、
前記色のテクスチャのマップが付いている前記表面を表示するために、他の原色のテクスチャのマップを持っている前記表面の表示のステップをさらに含む、
請求項18記載の方法。
【請求項23】
前記体積3Dディスプレイが空間的に分布表示要素を含み、
前記テクスチャのマッピングが単色的なテクスチャのマップを持っている表面を表示するプロシージャを含み、前記プロシージャか、
(1)テクスチャのマップの完全な強度のスケールを多数個の異なった強度の範囲に分けなさいステップであって、各強度の範囲がテクスチャのマップの別の地域に対応する前記ステップ、
(2)マッピングをテクスチャのマップの各地域から前記表面の対応する地域に確立しなさいステップ、
(3)マッピングに従ってその地域の強度の範囲に基づいて前記表面の対応する各々の地域に輝度比率を割り当てなさいステップであって、前記輝度比率が完全な輝度への望ましい輝度の比率と定義される、前記ステップ、
(4)別の輝度比率を表すために表示要素の別の密度の前記表面の対応する各々の地域を描画しなさいステップ、を含む
請求項3記載の方法。
【請求項24】
前記表面の対応する各々の地域の描画のステップが、望ましい点密度でサンプル点の分配のステップおよび望ましい数の表示要素への各々の前記サンプル点の膨張のステップが含まれ、前記望ましい点密度および前記膨張の組合せは前記地域の輝度比率を表現する請求項23記載の方法。
【請求項25】
前記数Ns_dおよび数Ns_bの決定のステップが、
(a)表示要素の構造に関して三角の表面のオリエンテーションに基づく前記2つの数の計算のステップ、そして(b)レンダリングの2方向のおよそ等しい間隔のメッシュに前記2つの数を合わせることのステップ、を含む
請求項15記載の方法。
【請求項26】
体積3Dディスプレイの実際の3D空間で単色的な強度のスケールの配分を持っている3D体積を表示する方法であって、前記体積3Dディスプレイが空間的に分散表示要素を含んでいる、前記方法は、
(1)前記3D体積の完全な強度のスケールを多数個の異なった強度の範囲に分けなさいステップであって、各強度の範囲が前記3D体積の別の空間的地域に対応する前記ステップ、
(2)空間的地域の対応する強度の範囲に基づいて前記3D体積の各々の前記空間的地域への輝度比率、BRを、割り当てるステップであって、前記輝度比率が完全な輝度への望ましい輝度の比率と定義される、前記ステップ、
(3)別の輝度比率を表すために表示要素の別の密度の前記3D体積の対応する各々の空間的地域を描画しなさいステップであって、
(a)参照メッシュ・システムを組み立て、参照膨張数N_dを選ぶステップであって、前記メッシュ・システムがサンプル点を置くための交差のメッシュラインを含み、前記参照メッシュ・システムが基準点密度にサンプル点を置くために参照メッシュ密度を提供し、前記基準点密度が各々の前記サンプル点がN_dの表示要素に対応するとき完全な輝度で全3D体積を描画すことができる前記ステップ、
(b)次の関係に基づいて、
[(Ns x n_pd)/(Ns_op x N_d)]x(Bge/Bge_f)=前記空間的地域のBR
望ましいメッシュ・システムを組み立て、望ましい膨張数n_pdを選ぶステップであって、Nsが前記望ましいメッシュ・システムを使用して全3D体積を描画するためのサンプル点の数を表し、前記望ましいメッシュ・システムの各サンプル点がn_pdの表示要素に対応し、Ns_opが前記参照メッシュ・システムを使用して全3D体積を描画するためのサンプル点の数を表し、Bge_fが前記表示要素の完全な輝度のレベルを表し、Bgeがレンダリングで使用されるべき表示要素の輝度のレベルを表す前記ステップ、
(c)サンプル点を前記空間的地域内の位置にだけ前記望ましいメッシュ・システムおよび前記望ましい膨張数に従って置くステップ、
を含む前記ステップ、
を含む前記方法。
【請求項27】
前記3D体積が3Dデータ体積ピクセルから成り立ち、
(i)各々の前記体積ピクセルを地域指数割り当てステップであって、前記地域指数が前記体積ピクセルの強度の範囲の対応する空間的地域を示す前記ステップ、
(ii)前記地域指数のデータ構造を前記3D体積の体積ピクセルの位置に関してセットアップしたステップ、
(iii)前記望ましいメッシュ・システムと3D体積間のマッピングのステップであって、前記メッシュラインの各交差が3D体積の1つの体積ピクセルに対応する前記ステップ、
(iv)前記地域指数データ構造の使用によって、メッシュラインの交差が前記空間的地域の内で落ちるかどうか確認するステップ、
をさらに含む請求項26記載の方法。
【請求項28】
前記3D体積が3Dデータ体積ピクセルから成り立ち、
(i)各々の前記体積ピクセルを地域指数割り当てステップであって、前記地域指数が前記体積ピクセルの強度の範囲の対応する空間的地域を示す前記ステップ、
(ii)前記地域指数のデータ構造を前記3D体積の体積ピクセルの位置に関してセットアップしたステップ、
(iii)同じ地域指数の体積ピクセルと対応する空間的地域の望ましいメッシュ・システム間のマッピングのステップであって、各前記体積ピクセルが前記メッシュラインの1つ以上の交差に対応する前記ステップ、
をさらに含む請求項26記載の方法。
【請求項29】
前記単色的な強度のスケールが色の強度のスケールの1つの場であり、
望ましい色のレベルの前記3D体積を表示するために、他の原色の輝度のスケールが付いている前記3D体積の表示のステップをさらに含む、
請求項26記載の方法。
【請求項30】
3D体積の空間内のスキャン箱の定義のステップ、
スキャン箱によってカバーされる空間に対応する小さい3D体積の定義のステップ、
減らされた輝度比率の元の3D体積の表示のステップ、
前述の小さい3D体積のレンダリングおよび表示のステップ、
をさらに含む、請求項26記載の方法。
【請求項1】
体積3Dディスプレイの連続的な空間で定義される3Dデータを表示する方法であって、
(1)体積3Dディスプレイの有限な空間を歪斜的座標系および2D画面との定義するステップ、
(2)前記連続的な空間の第一の部分と前記有限な空間の歪斜的座標系間の座標系のマッピングを確立するステップ、
(3)前記連続的な空間の残りの部品と前記2D画面の内のバーチャ.スペースの間の座標系のマッピングを確立するステップ、
(4)前記座標系のマッピングに従って、前記連続的な空間の第一の部分の内にいる前記3Dデータの部分を前記有限な空間に表示し、前記連続的な空間の残りの部品の内にいる前記3Dデータの部分を前記2D画面に透視図に表示するステップ、
を含む前記方法。
【請求項2】
前記座標系のマッピングが、
(1)目の位置を選ぶステップ、
(2)基準面を前記連続的な空間で定義し、前記基準面の参照位置を定めるステップであって、前記基準面が前記2D画面と同じサイズの前記目の位置から見られたとき現われる前記ステップ、
(3)前記基準面内の前記連続的な空間の一部分をように前記連続的な空間の第一の部分定義するステップを含む、請求項1記載の方法。
【請求項3】
前記2D画面の透視図の表示のステップが、ビットマップとして前記透視図のレンダリングおよびテクスチャのマッピングによって前記ビットマップを使用して前記2D画面のレンダリングが含まれている、請求項1記載の方法。
【請求項4】
前記体積3Dディスプレイが、イメージフレームを表示し、配り、体積3Dイメージを形作る移動ディスプレイ表面を含み、前記2D画面が近く取付けられ、前記イメージフレームの1つに平行である、請求項1記載の方法。
【請求項5】
前記移動ディスプレイ表面が回転式往復運動式の表面であり、前記2D画面かディスプレイ表面の回転の近い上または底位置であり、前記2D画面を形作る前記ディスプレイ表面の付加的なイメージフレームの発生のステップがさらに含む請求項4記載の方法。
【請求項6】
前記付加的なイメージフレームの表示の期限にあらかじめ定義された比率があり、前記付加的なイメージフレームがpulse−width調節の原則によって前記2D画面のグレイ・スケールまたは色のレベルを表現する請求項5記載の方法。
【請求項7】
更に別のプロジェクター手段によって前記2D画面のためのイメージの発生のステップを含んでいる請求項4記載の方法。
【請求項8】
切替可能な前記プロジェクター手段からの前記ディスプレイ表面にプロジェクショソのビームを導くのに反射器を使用するステップさらに含む請求項7記載の方法。
【請求項9】
前記体積3Dディスプレイの第2の歪斜的な座標系の有限な空間および第2の2D画面の定義のステップ、および座標系のマッピングおよびイメージの表示の対応するステップさらに含む請求項1記載の方法。
【請求項10】
体積3Dディスプレイの実際の3D空間の望ましい輝度のレベルが付いている幾何基形を表示する方法であって、前記幾何基形が直線または表面であり、前記体積3Dディスプレイか体積3Dイメージを表示するための空間的に分布表示要素を含んでいる、前記方法は、
(1)必要な表示要素の最少量Nge_opを完全な輝度Br_opで前記幾何基形を表示するために定めるステップ、
(2)次の関係に基づいて、
(Nge/Nge_op)x(Bge/Bge_f)=Br/Br_op,
望ましい表示要素の量Ngeを望ましい輝度のレベルで前記幾何基形を表示するために定めるステップであって、Brが前記幾何基形の望ましい輝度のレベルを表す、Bge_fが前記表示要素の完全な輝度のレベルを表し、Bgeが前記幾何基形のレンダリングで使用されるべき前記表示要素の輝度のレベルを表す前記ステップ、
(3)前記望ましい表示要素の量を用いる前記幾何基形を描画するステップ、
を含む前記方法。
【請求項11】
前記表示要素の最少量の決定のステップが完全な輝度で前記幾何基形を表すためのサンプル点の基準量Ns_opおよび最大ピクセル膨張数N_dの決定のステップを含み、
前記望ましい表示要素の量の決定のステップが、次の関係に基づいて
[(Nsxn_pd)/(Ns_op x N_d)]x(Bge/Bge_f)=Br/Br_op,
前記幾何基形を表すための望ましいサンプル点の量Nsおよび望ましいピクセル膨張数n_pdの決定のステップを含み、
前記幾何基形を描画するステップが、
(i)前記望ましいサンプル点の量を前記幾何基形で配り、望ましいサンプル点の座標を計算によって得るステップ、
(ii)計算されたサンプル点を前記望ましいピクセル膨張数を用いる描画するステップ、を含む、
請求項10記載の方法。
【請求項12】
前記幾何基形が直線、
前記サンプル点の基準量の決定のステップが、
(a)3つの直角方向の前記表示要素で前記直線を満たすために必要なサンプル点の最少量を計算によってそれぞれ得るステップ、
(b)ステップ(a)から計算される3つの最少量の最高を前記基準量Ns_opとして選ぶステップ、を含み、
前記望ましいサンプル点の量の分配のステップが、前記直線でサンプル点を均等に配ることのステップを含む、
請求項11記載の方法。
【請求項13】
前記幾何基形が表面、
前記サンプル点が1つ以上の補助表面間で配られ、前記補助表面が隣接した補助表面間の間隔と密接に積み重なり、
前記基準量Ns_opの決定のステップが各の補助表面のサンプル点の最適量の決定のステップを含み、前記サンプル点の最適量が完全な輝度で補助表面を表し、すべての前記補助表面の最適量の合計がNs_opと等しい、
前記望ましい量Nsの決定のステップが各の補助表面のサンプル点の指定量を選ぶことのステップを含み、すべての前記補助表面のサンプル点の総計がNsと等しい、
前記望ましいサンプル点の量の分配のステップが対応する各々の補助表面へのサンプル点の前記指定量の分配のステップを含める、
請求項11記載の方法。
【請求項14】
隣接したサンプル点に対応する表示要素が重複しないように表示要素の空間的な配分に関して前記表面のオリエンテーションそして位置に基づいて前記間隔の最小値の決定のステップをさらに含む、
請求項13記載の方法。
【請求項15】
前記表面が三角の表面であり、前記補助表面がまた三角であり、
前記各の補助表面のサンプル点の最適量の決定のステップが、
(a)前記補助表面の3つの端の各の端ためのサンプル点の最適数を定めステップであって、前記最適数が完全な輝度で前記表示要素で前記端を満たすために必要なサンプル点の最小量である前記ステップ、
(b)方向端と最も高いサンプル点の最適数Ns_op_dを持っている端を定義し、基礎端と最も低いサンプル点の最適数Ns_op_bを持っている端を定義するステップ、
(c)値Ns_op_d x Ns_op_b/2に基づいて前記補助表面のサンプル点の最適量を定めるステップ、を含み、
前記各の補助表面のサンプル点の指定量を選ぶことのステップが、方向端のサンプル点の数Ns_dおよび基礎端のサンプル点の数Ns_bを定め、値Ns_d x Ns_b/2に基づいて前記補助表面のサンプル点の指定量を定めることのステップを含み、
前記各の補助表面へのサンプル点の前記指定量の分配のステップが、
(a)前記方向端のNs_dのサンプル点の座標および前記基礎端のNs_bのサンプル点の座標を計算によって得るステップ、
(b)前記補助表面上のメッシュ・システムを概念上基盤の端の各サンプル点からの直線を描画し、直線を方向の端に平行にし、そして方向の端の各サンプル点からの直線を描画し、そして直線を基盤の端に平行にすることによって組み立てるステップ、
(c)前記補助表面の内で落ちるメッシュ直線の各交差へのサンプル点を置くステップ、を含む、
請求項13記載の方法。
【請求項16】
前記表示要素の最少量の決定のステップが、
(i)前記幾何基形の交差をフレームのスライスが付いている計算するステップであって、前記交差は小さいビットマップを含み、前記小さいビットマップの各ピクセルは1つの前記表示要素を含んでいる前記ステップ、
(ii)前記交差を合成ビットマップに一緒にステッチするステップ、
(iii)前記合成ビットマップを完全な輝度で完全に描画するステップであって、前記合成ビットマップにピクセルの総数Np_CBM_fがある前記ステップを含み、
前記望ましい表示要素の量の決定のステップが、次の関係に基づいて
(Np_CBM/Np_CBM_f)x(Bge/Bge_f)=Br/Br_op
望ましいピクセルの数Np_CBMを前述の合成ビットマップのレンダリングのための定めるステップを含み、
前記幾何基形を描画するステップが、
(i)前記望ましいピクセルの数を用いる前記合成ビットマップを再描画するステップ、
(ii)再描画された合成ビットマップに従う前記交差のレンダリングのステップ、を含む、
請求項10記載の方法。
【請求項17】
前記輝度のレベルが原色の1つの輝度のレベルであり、
他の原色の輝度のレベルが付いている望ましい色のレベルの前記幾何基形を表示するために幾何基形の表示のステップをさらに含む
請求項10記載の方法。
【請求項18】
体積3Dディスプレイで単色的なテクスチャのマップを持っている表面を表示する方法であって、前記体積3Dディスプレイが体積3Dイメージを表示するための空間的に分布表示要素を含んでいる、前記方法は、
(1)テクスチャのマップの完全な強度のスケールを多数個の異なった強度の範囲に分けなさいステップであって、各強度の範囲がテクスチャのマップの別の地域に対応する前記ステップ、
(2)マッピングをテクスチャのマップの各地域から前記表面の対応する地域に確立しなさいステップ、
(3)マッピングに従ってその地域の強度の範囲に基づいて前記表面の対応する各々の地域に輝度比率を割り当てなさいステップであって、前記輝度比率が完全な輝度への望ましい輝度の比率と定義される、前記ステップ、
(4)別の輝度比率を表すために表示要素の別の密度の前記表面の対応する各々の地域を描画しなさいステップ、を含む前記方法。
【請求項19】
前記表面の対応する各々の地域の描画のステップが、望ましい点密度でサンプル点の分配のステップおよび望ましい数の表示要素への各々の前記サンプル点の膨張のステップが含まれ、前記望ましい点密度および前記膨張の組合せは前記地域の輝度比率を表現する請求項18記載の方法。
【請求項20】
前記表面が三角の表面、
前記サンプル点の分配のステップが、
a.サンプル点を置くためのメッシュ・システムを組み立てるステップであって、前記メッシュ・システムに前記対応する地域の輝度比率と等しい輝度比率で前記三角の表面を描画するために必要なメッシュ密度がある、前記ステップ、
b.メッシュ・システムに従って対応する前述の地域の内にあるメッシュ直線の交差にだけサンプル点を置くステップ、を含む
請求項19記載の方法。
【請求項21】
テクスチャのマップの各ピクセルに地域指数を割り当て、対応するピクセルの位置に関してテクスチャのマップに前記地域指数のデータ構造を確立するステップであって、前記地域指数がピクセルの強度の範囲に従って前記地域の1つを示す前記ステップ、
テクスチャのマップへの前記メッシュ・システムの割合マッピングのステップ、
前記地域指数データ構造の使用によって、メッシュラインの交差が前記表面の対応する地域の内で落ちるかどうか確認するステップ、
をさらに含む請求項20記載の方法。
【請求項22】
前記単色的なテクスチャのマップが色のテクスチャのマップの1つの場であり、
前記色のテクスチャのマップが付いている前記表面を表示するために、他の原色のテクスチャのマップを持っている前記表面の表示のステップをさらに含む、
請求項18記載の方法。
【請求項23】
前記体積3Dディスプレイが空間的に分布表示要素を含み、
前記テクスチャのマッピングが単色的なテクスチャのマップを持っている表面を表示するプロシージャを含み、前記プロシージャか、
(1)テクスチャのマップの完全な強度のスケールを多数個の異なった強度の範囲に分けなさいステップであって、各強度の範囲がテクスチャのマップの別の地域に対応する前記ステップ、
(2)マッピングをテクスチャのマップの各地域から前記表面の対応する地域に確立しなさいステップ、
(3)マッピングに従ってその地域の強度の範囲に基づいて前記表面の対応する各々の地域に輝度比率を割り当てなさいステップであって、前記輝度比率が完全な輝度への望ましい輝度の比率と定義される、前記ステップ、
(4)別の輝度比率を表すために表示要素の別の密度の前記表面の対応する各々の地域を描画しなさいステップ、を含む
請求項3記載の方法。
【請求項24】
前記表面の対応する各々の地域の描画のステップが、望ましい点密度でサンプル点の分配のステップおよび望ましい数の表示要素への各々の前記サンプル点の膨張のステップが含まれ、前記望ましい点密度および前記膨張の組合せは前記地域の輝度比率を表現する請求項23記載の方法。
【請求項25】
前記数Ns_dおよび数Ns_bの決定のステップが、
(a)表示要素の構造に関して三角の表面のオリエンテーションに基づく前記2つの数の計算のステップ、そして(b)レンダリングの2方向のおよそ等しい間隔のメッシュに前記2つの数を合わせることのステップ、を含む
請求項15記載の方法。
【請求項26】
体積3Dディスプレイの実際の3D空間で単色的な強度のスケールの配分を持っている3D体積を表示する方法であって、前記体積3Dディスプレイが空間的に分散表示要素を含んでいる、前記方法は、
(1)前記3D体積の完全な強度のスケールを多数個の異なった強度の範囲に分けなさいステップであって、各強度の範囲が前記3D体積の別の空間的地域に対応する前記ステップ、
(2)空間的地域の対応する強度の範囲に基づいて前記3D体積の各々の前記空間的地域への輝度比率、BRを、割り当てるステップであって、前記輝度比率が完全な輝度への望ましい輝度の比率と定義される、前記ステップ、
(3)別の輝度比率を表すために表示要素の別の密度の前記3D体積の対応する各々の空間的地域を描画しなさいステップであって、
(a)参照メッシュ・システムを組み立て、参照膨張数N_dを選ぶステップであって、前記メッシュ・システムがサンプル点を置くための交差のメッシュラインを含み、前記参照メッシュ・システムが基準点密度にサンプル点を置くために参照メッシュ密度を提供し、前記基準点密度が各々の前記サンプル点がN_dの表示要素に対応するとき完全な輝度で全3D体積を描画すことができる前記ステップ、
(b)次の関係に基づいて、
[(Ns x n_pd)/(Ns_op x N_d)]x(Bge/Bge_f)=前記空間的地域のBR
望ましいメッシュ・システムを組み立て、望ましい膨張数n_pdを選ぶステップであって、Nsが前記望ましいメッシュ・システムを使用して全3D体積を描画するためのサンプル点の数を表し、前記望ましいメッシュ・システムの各サンプル点がn_pdの表示要素に対応し、Ns_opが前記参照メッシュ・システムを使用して全3D体積を描画するためのサンプル点の数を表し、Bge_fが前記表示要素の完全な輝度のレベルを表し、Bgeがレンダリングで使用されるべき表示要素の輝度のレベルを表す前記ステップ、
(c)サンプル点を前記空間的地域内の位置にだけ前記望ましいメッシュ・システムおよび前記望ましい膨張数に従って置くステップ、
を含む前記ステップ、
を含む前記方法。
【請求項27】
前記3D体積が3Dデータ体積ピクセルから成り立ち、
(i)各々の前記体積ピクセルを地域指数割り当てステップであって、前記地域指数が前記体積ピクセルの強度の範囲の対応する空間的地域を示す前記ステップ、
(ii)前記地域指数のデータ構造を前記3D体積の体積ピクセルの位置に関してセットアップしたステップ、
(iii)前記望ましいメッシュ・システムと3D体積間のマッピングのステップであって、前記メッシュラインの各交差が3D体積の1つの体積ピクセルに対応する前記ステップ、
(iv)前記地域指数データ構造の使用によって、メッシュラインの交差が前記空間的地域の内で落ちるかどうか確認するステップ、
をさらに含む請求項26記載の方法。
【請求項28】
前記3D体積が3Dデータ体積ピクセルから成り立ち、
(i)各々の前記体積ピクセルを地域指数割り当てステップであって、前記地域指数が前記体積ピクセルの強度の範囲の対応する空間的地域を示す前記ステップ、
(ii)前記地域指数のデータ構造を前記3D体積の体積ピクセルの位置に関してセットアップしたステップ、
(iii)同じ地域指数の体積ピクセルと対応する空間的地域の望ましいメッシュ・システム間のマッピングのステップであって、各前記体積ピクセルが前記メッシュラインの1つ以上の交差に対応する前記ステップ、
をさらに含む請求項26記載の方法。
【請求項29】
前記単色的な強度のスケールが色の強度のスケールの1つの場であり、
望ましい色のレベルの前記3D体積を表示するために、他の原色の輝度のスケールが付いている前記3D体積の表示のステップをさらに含む、
請求項26記載の方法。
【請求項30】
3D体積の空間内のスキャン箱の定義のステップ、
スキャン箱によってカバーされる空間に対応する小さい3D体積の定義のステップ、
減らされた輝度比率の元の3D体積の表示のステップ、
前述の小さい3D体積のレンダリングおよび表示のステップ、
をさらに含む、請求項26記載の方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【公開番号】特開2007−188462(P2007−188462A)
【公開日】平成19年7月26日(2007.7.26)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−33034(P2006−33034)
【出願日】平成18年1月13日(2006.1.13)
【出願人】(506017562)アクト・リサーチ・コーポレーション (7)
【氏名又は名称原語表記】Act Research Corporation
【住所又は居所原語表記】16Walnut Street,Suite43 Arlington Massachusetts 02476−6154USA
【Fターム(参考)】
【公開日】平成19年7月26日(2007.7.26)
【国際特許分類】
【出願日】平成18年1月13日(2006.1.13)
【出願人】(506017562)アクト・リサーチ・コーポレーション (7)
【氏名又は名称原語表記】Act Research Corporation
【住所又は居所原語表記】16Walnut Street,Suite43 Arlington Massachusetts 02476−6154USA
【Fターム(参考)】
[ Back to top ]