水平透视显示制造技术

个人计算机非常适合用于水平透视显示，设计用于单人操作，并且能向观看者呈现各种水平透视图像。本发明专利技术揭示了一种实时电子显示器，它可以调节水平透视图像以适应观看者的位置。通过改变所显示的图像来使水平透视图像的视点和观看者的视点保持一致，观看者的眼睛总是位于正确的观看位置来感知三维幻影，因此使观看者的不适和变形最小化。显示器可以接受如计算机鼠标、轨迹球、游戏杆、数字化仪这样的手动输入以重定位水平透视图像。显示器还可以基于自动提供观看者的观看点位置的输入装置来自动重定位图像。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及三维显示系统，尤其涉及一种能调节所显示的图像以适应观看者视觉的显示系统。
技术介绍
自从人们开始通过图片进行通讯，他们就面临着如何精确表现他们所生存的三维世界的难题。雕刻被用于成功地描绘三维对象，但不足以传达对象之间及环境中的空间关系。为此，早先人们企图将他们所看见的周围情况“展平”到二维、竖直的平面上(例如绘画、素描、织锦等)。一个人竖直站立、树木环绕周围的场景被相对成功地呈现在竖直平面上。但如何描绘从艺术家站立位置水平延展开的地面的地形，远到视力所及之处？答案就是三维幻影。二维图片必须向大脑提供多个三维提示，来形成三维图像的幻影。由于大脑相当习惯于此，因此三维提示的这种效果实际上是可完成的。三维现实世界总是并且也已经转换成视网膜上二维(例如高度和宽度)投影图像，视网膜是眼睛后部的凹面。大脑从这张二维图像，通过体验和感觉，从两类深度提示——单眼(一个眼睛感觉)和双眼(两个眼睛感觉)——产生深度信息，以形成三维可视图像。通常，双眼深度提示是先天的和生物的，而单眼深度提示是学习得到的和环境的。主要的双眼深度提示是聚焦和视网膜不一致。大脑测量眼睛聚焦的数量以提供距离的粗略估计，因为当对象越近，每只眼睛的视线间的角度就越大。由于两眼的分开导致的视网膜图像不一致被用来产生深度的感觉。当每只眼睛接收到景象略微不同的视图，并且大脑将他们结合起来，利用这些不同来确定临近的对象之间距离的比率，此效果被称为立体视法。双眼提示在深度感觉上非常有用。然而，也有很多一只眼睛的深度提示，称为单眼深度提示，以在一个平面图像上产生深度印象。主要的单眼提示是重叠、相对尺寸、线性透视、以及灯光和阴影。当所观看的对象被部分覆盖，这一遮蔽图案被用作提示，以确定该对象更远。当两个已知尺寸相同的对象，一个看上去比另一个更小，这种相对尺寸的图案被用作提示，以假设较小的对象较远。相对尺寸的提示还提供线性透视提示的基础，当线离观看者越远，它们就显得越接近，因为透视图中的平行线看上去汇聚到一点。从一定角度射向对象的光线，可以提供对象的形式和深度的提示。一个对象上光线和阴影的分配，对于由生物上正确的假设(光线来自上方)所提供的深度是有力的单眼提示。透视图及相对尺寸最常用于在诸如纸或画布的平面(二维)上获得三维深度及空间关系的幻影。通过透视，仅通过“欺骗”眼睛看上去处于三维空间，而在二维平面上描绘出三维对象。第一个构建透视理论的论文，Depictura《描刻画》，早在十五世纪初由设计师Leone Battista Alberti出版。自从他的书的介绍，在“常规”透视后面的详情被很好地记录下来。然而，还有多种其它类型的透视的事实并不为人所知。例如图1所示的军用1、斜等轴测2，等距3、正二轴测4、中心透视5以及两点透视6。最具特殊影响的是最常用的透视类型，称为中心透视5，如图1左下所示。中心透视，亦称一点透视，是“真实的”透视构造的最简单的类型，并常在艺术和绘画课中教授初学者。图2进一步示出了中心透视。利用中心透视，棋盘和棋子看上去是三维对象，尽管他们被绘制在二维平面纸张上。中心透视具有中心灭点21，且矩形对象被放置使它们的前面平行于图片平面。对象的深度垂直于图片平面。所有平行退后的边缘都向中心灭点推进。观看者向灭点直视。当建筑师或艺术家用中心透视绘图，他们必须用单眼观看。即，绘画的艺术家仅通过一只眼睛，垂直于绘画平面，来捕捉图像。绝大多数图像，包括中心透视图，在垂直于视线的平面上被显示、观看和捕捉。从非90°的角度观看图像将导致图像变形，意味着当观看面不垂直于视线时，正方形会被看成长方形。然而，有一类鲜为人知的图像，我们称为“水平透视”，正面观看时图像显得变形，但从正确的观看位置观看时，显示三维幻影。在水平透视中，观看面和视线之间的角度最好是45°但可以是几乎任何角度，且观看面最好水平(名称“水平透视”)，但可以是任何平面，只要视线和它之间形成一个非垂直的角度。水平透视图提供真实的三维幻影，但是鲜为人知的原因首先是窄的观看位置(观看者的视点必须正好对准图像投影视点)，还包括将二维图像或三维模型投影到水平透视图的复杂性。产生水平透视图相对于创建常规垂直图像需要更多的专门技术。常规垂直图像可直接从观看者或照相机点位产生。只需睁开眼睛或将相机对准任何方向来获取图像。此外，由于观看透视图中提示三维深度的许多体验，观看者可以忍受由于偏离照相机点位而产生的相当大量的变形。相反，创建水平透视图需要许多操作。通过将图像投影到垂直于视线的平面上，常规照相机不能产生水平透视图。制作水平图画需要较多精力且非常耗时。此外，由于人们对水平透视图的体验有限，观看者的眼睛必须正好在投影视点的点位，以避免图像变形。因此水平透视，因其不便，很少受到关注。
技术实现思路
本专利技术认识到，个人计算机特别适合水平透视显示。它是个人的，因此设计用于单人操作，而计算机，因其强大的微处理器，非常适合向观看者呈现各种水平透视图像。因此本专利技术揭示了一种实时电子显示器，它可以调节水平透视图以适应观看者的位置。通过改变所显示的图像来使水平透视图像的视点和观看者的视点保持在同一位置，观看者的眼睛总是位于正确的观看位置来感知三维幻影，因此使观看者的不适和变形最小化。显示器可以接受诸如计算机鼠标、轨迹球、游戏杆、数字化仪这样的手动输入来重定位水平透视图像。显示器还可以基于自动提供观看者的观看点位置的输入装置来自动重定位图像。此外，显示器不限于投影二维图像还可以是三维模型。将包括多种输入，一种是保持图像正确透视，一种是操纵图像诸如旋转、移动或放大。附图说明图1示出了各种透视图。图2示出了一种典型的中心透视图。图3示出了中心透视(图A)和水平透视(图B)的比较。图4示出了三个堆叠块的中心透视图。图5示出了三个堆叠块的水平透视图。图6示出了绘制水平透视图的方法。图7示出了本专利技术的一个实施例，包括水平透视显示器以及观看者输入装置。图8示出了本专利技术的另一个实施例，包括水平透视显示器，计算装置以及观看者输入装置。图9示出了3维对象到水平平面的映射。图10示出了3维对象的水平透视投影。图11示出了水平透视的模拟时间。具体实施例方式本专利技术揭示了可用于基于水平透视投影进行三维幻影投影的水平透视显示系统。水平透视是鲜为人知的透视，我们只发现两本书描述了它的机理“Stereoscopic Drawing”《具有立体效果的图》(1990)以及“How to MakeAnaglyphs”《如何制作浅浮雕》(1979，已绝版)。虽然这些书描述了这种不著名的透视，它们对它的名称并未达成一致。第一本书把它称为“独立式浅浮雕(free-standing anaglyph)”，第二本称为“幻像(phantogram)”。另一出版物称它为“投影浅浮雕”(1998年8月18日，G.M.Woods的美国专利US5795154)。由于没有统一的名称，我们冒昧地称之为“水平透视”。通常，如在中心透视中，视觉平面，位于视线的右角，也是图片的投影平面，深度指示用于给出该平面图像的深度幻影。在水平透视中，视觉平面保持相同，但是投影的图像不在这个平面上。它在一个与视觉平面成一定角度的平面上。一般而言，此图像将在地平面。这意味着此图像将实际处在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水平透视显示系统，包括：实时显示器，用于根据预定的投影视点，显示水平透视图；以及视点输入装置，用于接受输入视点位置，其中可利用输入视点作为投影视点来调节所显示的图像。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔A韦塞利，南希克莱门斯，
申请(专利权)人：迈克尔A韦塞利，南希克莱门斯，
类型：发明
国别省市：US[美国]