СИСТЕМА ТРЕХМЕРНОГО ОТОБРАЖЕНИЯ Российский патент 2016 года по МПК G06T15/08 G09G3/00 H04N13/04 G03B21/26 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к трехмерному дисплею, в частности, но не исключительно, к трехмерному дисплею, допускающему взаимодействие с пользователем.

Уровень техники

Системы трехмерного отображения хорошо известны и подразделяются на несколько технических категорий. Принцип действия стереоскопических систем основан на предоставлении двух разных изображений для двух глаз зрителя. Это может быть получено путем проецирования двух изображений на один экран и с помощью поляризационных очков или окрашенных светофильтров, посредством которых зритель видит первое изображение только правым глазом, а второе изображение видит левым глазом. Также существуют автостериоскопические системы, в которых очки не используются и которые передают отдельные изображения на каждый глаз через параллаксный барьер или лентикулярный линзовый растр.

В стереоскопических системах изображения, передаваемые на левый и правый глаз зрителя, представляют собой одно и то же изображение, независимо от положения зрителя относительно изображения. Поэтому зритель не может видеть то, что находится сбоку или позади изображения, ему просто предоставляется один вид в перспективе с иллюзией глубины. Для отслеживания взгляда зрителя и корректировки изображения в реальном времени использовались окулографические устройства. Однако такие системы подходят для использования только одним зрителем.

Также известны объемные дисплеи, которые предусматривают устройства "на основе качающихся плоскостей и вращающихся панелей". Такие дисплеи быстро проецируют плоскости трехмерного изображения на движущуюся двухмерную поверхность и за счет эффекта инерционности зрения формируют трехмерное изображение для зрителя. Однако ввиду того, что в объеме дисплея таких устройств должна располагаться быстро движущаяся механическая деталь, применение дисплея на основе качающихся плоскостей и вращающихся панелей в качестве интерактивного устройства невозможно, так как при касании к изображению оно будет нарушаться. Также эти дисплеи не подходят для применения в мобильных устройствах, таких как портативные компьютеры, планшеты и телефоны.

Также известны устройства со "статическим объемом", в которых подвижные детали в объеме дисплея отсутствуют. Типичное устройство отображения со статическим объемом фокусирует лазер на точке в воздухе, в которой он ионизирует воздух, создавая сгусток плазмы. В таких дисплеях движущиеся детали в объеме дисплея отсутствуют, но отображаемое изображение составляется из относительно больших пикселей, так что разрешение дисплея является низким. Также дисплей ограничен одним цветом или небольшим количеством цветов.

Трехмерные изображения также можно получать посредством голографии. Однако известные голографические дисплеи не обеспечивают взаимодействие с пользователем.

Многие из указанных выше существующих типов трехмерных дисплеев создают виртуальное изображение или изображение, заключенное внутри дисплея. К виртуальному изображению в отличие от реального нельзя прикоснуться и поэтому оно не обеспечивает взаимодействие с пользователем.

Целью настоящего изобретения является предоставление трехмерного интерактивного дисплея, который уменьшает или по существу устраняет описанные выше недостатки.

Раскрытие изобретения

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения трехмерная система отображения содержит корпус дисплея и несколько проекторов для проецирования двухмерных изображений в свободное пространство, причем каждый проектор содержит приспособление для регулирования расстояния проецируемого изображения от проектора, и каждый проектор установлен на корпусе дисплея с возможностью поворота для регулирования горизонтального и вертикального положения проецируемого двухмерного изображения относительно проектора.

Предоставление нескольких проекторов позволяет создавать трехмерные изображения из множества составляющих двухмерного изображения. Таким образом получают трехмерное изображение, которое можно рассматривать под разными углами, как реальный объект. Преимущественным является построение изображения из небольших составляющих изображения, поскольку каждая составляющая изображения имеет небольшое поле обзора и поэтому в меньшей степени подвержена оптической аберрации.

В идеале небольшие составляющие изображения объединяются друг с другом с образованием одного трехмерного изображения. Однако адекватный трехмерный эффект может быть достигнут, даже если двухмерные изображения несколько разделены, и иногда может возникать необходимость в создании множества разъединенных трехмерных изображений.

Предоставление проекторов с регулируемым шагом и их установка в корпусе с возможностью поворота позволяет менять положение каждой составляющей двухмерного изображения. Таким образом можно отображать множество различных трехмерных изображений и перемещать эти изображения. В объеме дисплея отсутствуют движущиеся детали, так что к проецируемому изображению можно смело прикасаться. Изображение может иметь высокое разрешение и быть многоцветным, при этом для просмотра изображения не нужны специальные инструменты. Одновременно наслаждаться демонстрацией могут несколько зрителей.

Каждый проектор может содержать источник света, экран дисплея и варифокальный объектив. Также каждый проектор может содержать модулятор волнового фронта. Проектор с источником света, экраном дисплея и варифокальным объективом работает в обычном режиме для проецирования изображения на экран дисплея, при этом фокусируясь на точке, определенной при регулировании варифокального объектива и модулятора, если он предусмотрен.

Варифокальный объектив может представлять собой варифокальный объектив с жидкостным элементом. Варифокальный объектив с жидкостным элементом обеспечивает особенное преимущество в тех случаях, когда устройство отображения предназначено для применения в мобильных устройствах, поскольку оно обеспечивает существенную экономию пространства по сравнению с традиционными механическими варифокальными объективами.

Дополнительно каждый проектор может содержать корпус проектора, который может иметь форму удлиненной четырехугольной призмы. Такая форма является преимущественной, так как такие проекторы могут эффективно устанавливаться на каркас.

Альтернативно каждый проектор может содержать корпус в форме усеченного конуса, экран дисплея, расположенный возле узкого конца корпуса, и варифокальный объектив, расположенный возле широкого конца. Такая форма является преимущественной, так как стенки корпуса поглощают наименьшее количество света, обеспечивая эффективную работу.

Может быть предоставлена по меньшей мере одна камера, которая может быть подключена к компьютеру с программным обеспечением по обработке изображений. Камера в объеме дисплея устройства отображения может быть настроена устанавливать присутствие и положение реальных объектов относительно проецируемого изображения.

При предоставлении камеры и компьютера цифра или другой символ может составлять часть каждой составляющей проецируемого двухмерного изображения, а программное обеспечение по обработке изображений может быть выполнено с возможностью установления присутствия или отсутствия цифр или других символов из видеосигнала или сигналов от камеры или камер. Таким образом, компьютер способен устанавливать, какие, если вообще имело место, части проецируемого изображения были рассеяны в результате присутствия некоторой физической помехи, например руки пользователя.

Цифры могут проецироваться в части спектра электромагнитного излучения, которое невидимо для глаза человека, например ультрафиолетового или инфракрасного излучения.

В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения способ эксплуатации компьютера предусматривает следующие стадии:

(a) предоставление трехмерной системы отображения, содержащей корпус дисплея и несколько проекторов для проецирования двухмерных изображений в свободное пространство, причем каждый проектор содержит приспособление для регулирования расстояния проецируемого изображения от проектора, и каждый проектор установлен на корпусе дисплея с возможностью поворота для регулирования горизонтального и вертикального положения проецируемого двухмерного изображения относительно проектора;

(b) отображение трехмерного объекта на трехмерном дисплее;

(c) отображение символов, имеющих отношение к программам, функциям, данным или устройствам, на поверхности объекта;

(d) установление присутствия и положения руки или другой конечности пользователя рядом с поверхностью объекта; и

(e) в зависимости от символа, который отображается рядом с точкой, в которой было установлено присутствие руки пользователя, запуск программы, включение функции, загрузка данных или включение функций, имеющих отношение к устройству, которое этот символ описывает.

Способ эксплуатации компьютера может дополнительно предусматривать следующие стадии:

(f) уменьшение размера объекта, отображаемого на стадии (а); и

(g) отображение нового объекта для представления функций запущенной программы, элементов загруженных данных или наполнение устройства, представляемого символом, выбранным пользователем на стадии (с).

Этот способ эксплуатации компьютера обеспечивает очень наглядное взаимодействие человека с компьютером, причем пользователь может ощутить преимущество трехмерного пространства, в котором происходит представление, например, организации данных, которые он просматривает. Это обеспечивает более быстрое понимание сложных взаимосвязанных данных и функций по сравнению с традиционными двухмерными интерфейсами.

В соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения способ просмотра страниц в глобальной сети предусматривает следующие этапы:

(a) предоставление трехмерной системы отображения, содержащей корпус дисплея и несколько проекторов для проецирования двухмерных изображений в свободное пространство, причем каждый проектор содержит приспособление для регулирования расстояния проецируемого изображения от проектора, и каждый проектор установлен на корпусе дисплея с возможностью поворота для регулирования горизонтального и вертикального положения проецируемого двухмерного изображения относительно проектора;

(b) отображение первой веб-страницы на трехмерном дисплее;

(c) установление присутствия и положения руки или другой конечности пользователя рядом с отображаемой веб-страницей; и

(d) в случае установления присутствия руки пользователя рядом с гиперссылкой на первой веб-странице уменьшение размера первой веб-страницы и отображение с увеличением веб-страницы, которая указана в гиперссылке.

Аналогично способу в соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения, этот способ предоставляет пользователю высокий уровень информированности и понимания принципа взаимосвязи между веб-страницами, которые он посещает. При просмотре той или иной страницы пользователь понимает, не только куда он может перейти с этой страницы, но и откуда он перешел на нее. Таким образом упрощается нелинейный просмотр, включающий возврат на предыдущие посещенные сайты, и пользователь лучше воспринимает информацию.

Веб-страницы могут быть написаны на языке разметки, в котором определяется трехмерное положение каждого элемента. Поэтому такие веб-страницы можно оптимизировать для способа отображения и взаимодействия в соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения.

Альтернативно трехмерный формат, который определяет трехмерное расположение каждой составляющей страницы, можно применять и для HTML или XHTML веб-страницы, разработанной для отображения в стандартном двухмерном браузере.

Краткое описание чертежей

Для лучшего понимания настоящего изобретения и для наглядного пояснения его реализации далее описание приводится в качестве примера со ссылками на прилагаемые графические материалы, на которых:

на Фиг. 1 показан схематический вид в перспективе трехмерной системы отображения в соответствии с первым аспектом настоящего изобретения;

на Фиг. 2 показан схематический вид в перспективе проектора, который является составной деталью трехмерной системы отображения согласно Фиг. 1;

на Фиг. 3 показан альтернативный вариант осуществления проектора, который представляет собой альтернативу проектору согласно Фиг. 2 в системе отображения согласно Фиг. 1;

на Фиг. 4 показано сравнение проектора согласно Фиг. 2 и проектора согласно Фиг. 3;

на Фиг. 5 показан вращательный держатель проектора согласно Фиг. 2;

на Фиг. 6 показан поворотный держатель проектора согласно Фиг. 2;

на Фиг. 7 показана компоновка нескольких копий проектора согласно Фиг. 2 на каркасе;

на Фиг. 8 показана альтернативная компоновка нескольких копий проектора согласно Фиг. 2 на каркасе;

на Фиг. 9 показана другая альтернативная компоновка нескольких копий проектора согласно Фиг. 2 на каркасе;

на Фиг. 10 показана другая альтернативная компоновка нескольких копий проектора согласно Фиг. 2 на каркасе;

на Фиг. 11 показана другая альтернативная компоновка нескольких копий проектора согласно Фиг. 2 на каркасе;

на Фиг. 12 показана другая альтернативная компоновка нескольких копий проектора согласно Фиг. 2 на каркасе;

на Фиг. 13 показано устройство отображения согласно Фиг. 1 при эксплуатации, на которой указано несколько направлений взгляда;

на Фиг. 14 показано устройство отображения согласно Фиг. 1, в котором проецируемое трехмерное изображение находится внутри корпуса;

на Фиг. 15 показано устройство отображения согласно Фиг. 1, в котором проецируемое трехмерное изображение частично находится внутри корпуса;

на Фиг. 16 показано устройство отображения согласно Фиг. 1, в котором проецируемое трехмерное изображение находится вне корпуса;

на Фиг. 17 показано изображение, проецируемое устройством отображения согласно Фиг. 1, образованное из составляющей заднего плана, составляющей среднего плана и составляющей переднего плана;

на Фиг. 18 показано изображение гибкого листа, проецируемого устройством отображения согласно Фиг. 1, к которому прикоснулся реальный человек;

на Фиг. 19 показано изображение поверхности тела жидкости, проецируемое устройством отображения согласно Фиг. 1, к которому прикоснулся реальный человек;

на Фиг. 20 показано изображение поверхности мягкого тела, проецируемого устройством отображения согласно Фиг. 1, к которому прикоснулся реальный человек;

на Фиг. 21 показано изображение человекоподобного объекта, проецируемое устройством отображения согласно Фиг. 1;

на Фиг. 22 показано вогнутое зеркало на подвижном держателе;

на Фиг. 23 показана трехмерная система отображения согласно Фиг. 1, применяемая совместно с вогнутым зеркалом согласно Фиг. 22;

на Фиг. 24 показана компоновка согласно Фиг. 23 в другом положении;

на Фиг. 25 показана компоновка согласно Фиг. 24 в другом дополнительном положение;

на Фиг. 26 показан рабочий интерфейс компьютера в соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения;

на Фиг. 27 показан интерфейс согласно Фиг. 26 после того, как к части изображения согласно Фиг. 26 пользователь коснулся рукой;

на Фиг. 28 показан дисплей отображения сообщения электронной почты, который является частью интерфейса согласно Фиг. 26;

на Фиг. 29 показан веб-браузер в соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения;

на Фиг. 30 показан веб-браузер согласно Фиг. 29, в котором отображаются унаследованные двухмерные веб-сайты;

на Фиг. 31 показаны двухсторонние часы в соответствии с четвертым аспектом настоящего изобретения; и

на Фиг. 32 показана одна сторона часов согласно Фиг. 31.

Осуществление изобретения

На Фиг. 1 трехмерная система отображения в целом обозначена позицией 10. Система 10 отображения содержит несколько проецирующих блоков 12, несколько камер 22, корпус 24 дисплея и компьютер 26. Каждый проецирующий блок 12 проецирует составляющую 102 двухмерного изображения в пространство перед системой 10 отображения. Составляющие 10 двухмерного изображения объединяются с образованием трехмерного изображения 100.

Конструкция каждого проецирующего блока 12 показана на Фиг. 2. Каждый проецирующий блок содержит корпус 14 блока, экран 16 двухмерного дисплея, варифокальный объектив 18 и модулятор 20. Корпус 14 имеет форму удлиненной четырехугольной призмы. Экран 16 двухмерного дисплея расположен на одном конце удлиненного корпуса 14, а варифокальный объектив 18 расположен на противоположном конце. Модулятор 20 расположен по существу на расстоянии, составляющем одну четвертую от расстояния между концами, ближе к варифокальному объективу 18, а не к экрану 16 дисплея.

Экран 16 двухмерного дисплея согласно этому варианту осуществления представляет собой LCD дисплей, управляемый компьютером 26. Экран 16 дисплея имеет заднюю подсветку. При эксплуатации составляющая изображения отображается на экране 16 дисплея, а варифокальный объектив 18 и модулятор 20 регулируют для отображения четкого изображения в точке в пространстве, которая находится на регулируемом расстоянии от проецирующего блока 12. Корпус 14 блока выполнен из светонепроницаемого материала, так что свет не проходит между проецирующими блоками 12, установленными на том же каркасе, вызывая интерференцию. Варифокальный объектив 18 может представлять собой варифокальный объектив с жидкостным элементом, например, раскрытый в патенте Великобритании 2432010 (SAMSUNG).

Модулятор 20 и/или объектив 18 могут создавать некоторую аберрацию составляющей 102 проецируемого изображения. Одним типом аберрации, которая может возникать, является искажение, и его появление можно прогнозировать с помощью компьютера 26, и компенсировать созданием искажения противоположной направленности относительно изображения, которое отправляется на экран 16 двухмерного дисплея. Сферическую аберрацию также можно скорректировать этим способом, хотя на практике сферическая аберрация во многих случаях остается незамеченной зрителем.

Генератор тумана (не показан) создает облако взвешенных в воздухе частиц, образуя полупрозрачную вуаль. Это позволяет проецирующим блокам 12 проецировать изображение, которое висит в воздухе. Предпочтительно генератор тумана выбирают для создания незаметной вуали, которая для зрителя остается невидимой или почти невидимой.

Альтернативный вариант осуществления проецирующего блока 28 показан на Фиг. 3. Согласно альтернативному варианту осуществления корпус 30 блока имеет форму усеченного конуса. Согласно этому варианту осуществления экран 16 двухмерного дисплея расположен на узком конце корпуса 30, а варифокальный объектив 18 расположен на широком конце.

Независимо от варианта осуществления проецирующего блока 12 или 28 экран 16 дисплея может быть расположен не возле конца блока 12 или 28, а на некотором расстоянии от конца блока 12 или 28, как показано на Фиг. 6.

Форма проецирующего блока 28 представляет преимущество, так как она обеспечивает проецирование большой доли света из экрана 16 дисплея с задней подсветкой из корпуса 30 проектора, а не поглощается светонепроницаемыми стенками, как показано на Фиг. 4.

Альтернативно проецирующие блоки можно заменить любым другим устройством, способным проецировать точку, пиксел или составляющую изображения в пространство. Например, для возбуждения видимого излучения в газе можно применять лазеры.

Предусмотрено, что все проецирующие блоки или часть из них могут быть выполнены с возможностью проецирования голограммы и могут содержать лазер и фотопластинку с записанной ранее голограммой.

Согласно Фиг. 5 и 6 каждый проецирующий блок 12 или 28 установлен на корпусе 24 дисплея с возможностью поворота вокруг любой из двух ортогональных осей А-А и В-В, которые находятся на конце корпуса 12 или 28 в той же плоскости, что и экран 16 дисплея, и каждая перпендикулярна краю экрана 16 дисплея. Каждый проецирующий блок 12 или 28 также можно поворачивать на 90° вокруг большой оси призмы или усеченного конуса корпуса блока. Держатели являются механизированными и их управление осуществляется компьютером 26, так что при эксплуатации каждая составляющая 102 проецируемого изображения может перемещаться в горизонтальном X направлении, параллельном поверхности системы 10 отображения, за счет поворота проецирующего блока 12 или 28 вокруг оси А-А, в вертикальном Y направлении, параллельном поверхности системы 10 отображения, за счет поворота проецирующего блока 12 или 28 вокруг оси В-В, и в направлении Z, перпендикулярном поверхности системы 10 отображения, за счет регулирования варифокального объектива 18 и модулятора 20. Вращение корпуса обеспечивает преимущество, так как оно обеспечивает дополнительную гибкость расположения составляющих 102 изображения для формирования трехмерного изображения 100.

Согласно этому варианту осуществления экран 16 дисплея является квадратным. Однако можно использовать экраны дисплея других форм, и в этом случае поворот на 90° обеспечивает другое соотношение сторон составляющей 102 двухмерного изображения.

Другие компоновки проецирующих блоков 12 или 28 внутри корпусов 24 дисплея показаны на Фиг. 7-12. Компоновка проецирующих блоков 12 или 28 может быть выбрана с учетом наилучшего соответствия форме изображения, которое будет отображено на дисплее. Например, на Фиг. 10 показана сферическая компоновка проецирующих блоков, согласно которой проецирующие блоки 12 или 28 направлены от дисплея, так что трехмерное изображение 100 может полностью окружать дисплей. Трехмерным изображением 100 может, например, быть панорамный пейзаж, и просматривать его могут несколько зрителей, перемещающиеся вокруг, над или под устройством 10 отображения. На Фиг. 12 показана полусферическая компоновка, которая подходит для применения в мобильном устройство, таком как портативный компьютер, планшет или мобильный телефон.

Во время эксплуатации, как показано на Фиг. 13, трехмерное изображение 100, состоящее из множества составляющих 102 изображения, проецируется устройством 10 отображения. В зависимости от положения зрителя 112 некоторые составляющие 102 изображения будут находиться в пределах поля обзора зрителя, но остальные будут невидны. Это соответствует ситуации, когда зритель сморит на реальные трехмерные объекты: видны только части, которые не закрыты другими частями. На фиг. 13 зритель 112а может видеть составляющую 102а изображения, но не видит составляющую 102b изображения. Аналогично зритель 112b может видеть составляющую 102b изображения, но не видит составляющую 102а изображения. Каждая составляющая изображения является видимой для наблюдателя в конкретном диапазоне углов, а за пределами этого диапазона углов остается для наблюдателя невидимой.

Проецируемое трехмерное изображение может находиться в пределах корпуса 24 дисплея, как показано на фиг. 14, или альтернативно может полностью или частично находиться за пределами корпуса 24, как показано на Фиг. 15 и 16.

На Фиг. 17 показано трехмерное изображение 100, составленное из двухмерного переднего плана 104, среднего плана 106 и заднего плана 108. Передний план 104 перекрывает части среднего плана 106 и заднего плана 108, поверх которых он расположен. Однако, меняя свое положение, зритель может видеть поверх или вокруг переднего плана ранее скрытые части заднего плана 108 и среднего плана 106.

Трехмерное изображение 100 может реагировать на присутствие физических объектов, обеспечивая взаимодействие пользователя с изображением 100 на трехмерном дисплее 10.

На Фиг. 18-20 показан ряд примеров взаимодействия. На фиг. 18 проецируемым изображением 100 является гибкий лист. Как видно, трехмерное изображение 100 реагирует на прикосновение пользователя, как реагировал бы физический гибкий лист. На Фиг. 19 проецируемым изображением 100 является поверхность тела жидкости. Когда пользователь касается рукой 110 изображения, появляется волнение или рябь, движущаяся в сторону от точки контакта. На фиг. 20 проецируемым изображением 100 является поверхность мягкого и неупругого материала, например массы песка. Когда пользователь касается рукой 110 поверхности проецируемого изображения, в поверхности образуется желоб, оставшийся после того как рука 110 была убрана. На фигуре рука 110 была убрана в горизонтальном направлении слева направо относительно изображения с образованием линейного желоба.

Трехмерные взаимодействия, не ограниченные примерами, описанными выше и проиллюстрированными на Фиг. 18-20, могут быть осуществлены с помощью камер 22. Камеры 22 направлены на область, в которой проецируется изображение 100. Каждая составляющая 102 изображения обозначена цифрой, как показано на Фиг. 21. Цифры могут быть достаточно маленькими и являются незаметными и практически не видны пользователю. Цифры могут проецироваться в невидимой части спектра электромагнитного излучения, например в ультрафиолетовом или инфракрасном излучении. Компьютер 26 принимает видеосигналы от камер 22 и может установить, когда составляющая 102 изображения была рассеяна в результате присутствия объекта за счет того, что цифра в этой составляющей 102 изображения больше не видна. Таким образом, положение внешнего объекта является различимым, а проецируемое трехмерное изображение 100 может правильно реагировать за счет регулирования видеосигналов, отправленных на экраны 16 дисплеев, варифокального объектива 18 и модулятора 20 проецирующих блоков 12, и углового положения проецирующих блоков 12 на механизированных держателях.

Альтернативно на компьютере 26 может быть установлено программное обеспечение по обработке изображений, способное устанавливать положение и движение объектов в пределах поля обзора камер 22. Этот способ является преимущественным, поскольку он исключает необходимость загромождения проецируемого изображения 100 цифрами. Подходящие методики обработки изображений описаны в документе Dellaert et al. (2000), Structure from Motion without Correspondence, IEEE Computer Society Conference on Computer Vision and Pattern Recognition, и в Hartley and Zisserman (2004), Multiple View Geometry in Computer Vision, Cambridge University Press. Для достижения этого же эффекта могут использоваться технологии на основе лазера, радиолокатора или аналогичные технологии, способные устанавливать положение объекта в пространстве.

Камеры 22 также можно использовать для регистрирования передвигающегося человека или объекта. Видеопотоки с камер 22 могут быть использованы компьютером 26 для построения трехмерной модели места с применением известных технологий. Позднее трехмерную модель можно воспроизвести с помощью трехмерного устройства 10 отображения. Запись можно сохранять и передавать другому человеку, например, по электронной почте.

На Фиг. 22 узел 40 вогнутого зеркала обозначен в целом позицией 40. Узел 40 зеркала содержит вогнутое зеркало 42, первый опорный элемент 44, закрепленный в центре наружной поверхности вогнутого зеркала и проходящий перпендикулярно касательной к изогнутой поверхности в этой точке, и второй опорный элемент 46, соединенный с возможностью поворота с первым опорным элементом. Во время эксплуатации второй опорный элемент 46 жестко прикреплен, например, к полу или стене. Механизированный держатель 48 выполнен в месте соединения первого опорного элемента 44 со вторым опорным элементом и обеспечивает вращение зеркала 42 вокруг трех ортогональных осей. Механизированный держатель управляется компьютером 26 для регулирования положения вогнутого зеркала.

Как показано на Фиг. 23, подвижный узел 40 вогнутого зеркала обеспечивает отражение трехмерного изображения 100, проецируемого устройством 10 отображения, и, следовательно, перемещение всего изображения в другое положение. Положением трехмерного изображения можно управлять с помощью компьютера через управление механизированным держателем 48. Второй механизированный держатель 50 также предназначен для удержания корпуса 24 трехмерного дисплея на опорной стойке 52. Второй механизированный держатель 50 обеспечивает такую же свободу движения, как и первый механизированный держатель 48, управляется компьютером и обеспечивает дополнительную гибкость позиционирования проецируемого изображения 100.

Регулируемое положение изображения позволяет зрителю рассматривать трехмерное изображение 100 из положения стоя, сидя или лежа, как показано на фиг. 23-25. Положение изображения пользователь может регулировать вручную, например, с помощью пульта дистанционного управления. Альтернативно положение изображения может регулироваться автоматически с помощью компьютера 26, который использует входные сигналы от камер 22 для отслеживания положения головы пользователя.

Трехмерную систему 10 отображения можно применять для управления компьютером, как показано на Фиг. 22-24. На Фиг. 26 трехмерный вычислительный интерфейс 120 содержит проецируемое изображение первой трехмерной сферы 122, которое проецируется трехмерной системой 10 отображения. Различные устройства хранения данных, подключенные к компьютеру, представлены буквами или символами 124 на поверхности первой сферы 122. Программы или файлы данных также могут быть представлены аналогичными буквами или символами. Когда пользователь прикасается к соответствующему символу, что может быть определено любым из указанных выше способов, размер первой сферы 122 уменьшается, а вторая сфера 126 проецируется для представления, например, файлов или папок в выбранном устройстве хранения данных, функций выбранной программы или данных в выбранном файле данных, как показано на Фиг. 27. Несколько программ, папок или файлов можно открывать в любое время, и каждое представляется собственной сферой, меньшие сферы представляют фоновые задачи, которые на текущий момент не интересуют пользователя. Следует понимать, что для представления устройств, программ и данных компьютерной системы также можно использовать формы, отличные от сфер. Согласно Фиг. 28 сообщение электронной почты получено и отображается на трехмерном дисплее 10 вместе с трехмерным изображением отправителя.

На Фиг. 29 и 30 показан трехмерный веб-браузер 130. Аналогично трехмерному вычислительному интерфейсу 120 веб-страницы 132 представляются браузером 130 в виде сфер. Когда пользователь прикасается к части поверхности первой сферы, которая выделена для представления ссылки на другой веб-сайт, размер первой сферы уменьшается, и появляется вторая сфера большего размера, представляющая соединенную ссылкой страницу. Веб-страницы 132 могут быть специально разработаны под трехмерный дисплей на языке разметки, которые указывает трехмерное положение каждой составляющей. Альтернативно трехмерные форматы могут применяться локально к традиционным двухмерным HTML или XHTML вебстраницам. В браузере одновременно может отображаться несколько веб-страниц. В целях совместимости веб-браузер 130 также способен отображать двухмерные веб-страницы 134, при этом не добавляя определение трехмерного формата. Трехмерные видео могут быть встроены в веб-страницы.

Согласно Фиг. 31 и 32 двухсторонние часы 70 содержат первую и вторую стороны 72, 74 часов и ремешок 76, соединяющий стороны. Часы 70 выполнены таким образом, что при ношении две стороны должны располагаться на противоположных сторонах запястья пользователя. Провода для соединения сторон 72, 74 часов встроены в ремешок 76.

На Фиг. 32 показан увеличенный вид одной стороны 72, 74 часов. Каждая сторона часов содержит трехмерный интерактивный дисплей, такой как, по существу, описан выше. Часы показывают время и другую полезную информацию на трехмерных дисплеях. Дисплеи могут работать независимо или могут составлять часть одного трехмерного интерактивного дисплея, при этом проекторы на каждой стороне часов направлены к области отображения, которая находится, по существу, вокруг руки пользователя. Часы 70 могут создавать разноцветные трехмерные эффекты с высоким разрешением, что может впечатлять друзей пользователя.

Часы имеют беспроводной канал связи, например, соответствующий стандарту Wi-Fi (RTM). Таким образом, часы можно использовать для передачи электронных сообщений, включая трехмерные видеосообщения. Для отправки текстовых сообщений трехмерный интерактивный дисплей может проецировать интерактивную клавиатуру.

Корпус дисплея и светонепроницаемый корпус проектора могут быть выполнены из пластика и, в частности, могут быть выполнены из способного к разложению биопластика для уменьшения экологического воздействия устройства в конце его срока службы.

Изобретение относится к трехмерному дисплею, в частности, но не исключительно, к трехмерному дисплею, допускающему взаимодействие с пользователем. Технический результат - создание трехмерного интерактивного дисплея, допускающего взаимодействие с пользователем. Трехмерная система отображения содержит корпус дисплея и несколько проекторов для одновременного проецирования составляющих двухмерного изображения в объем трехмерного дисплея, включающий облако частиц, причем каждый проектор содержит приспособление для регулирования расстояния проецируемого изображения от проектора, и каждый проектор установлен на корпусе дисплея с возможностью поворота для регулирования горизонтального и вертикального положения проецируемой составляющей двухмерного изображения относительно проектора, при этом составляющие двухмерного изображения комбинируются для формирования изображения трехмерного объекта, имеющего по меньшей мере одну внешнюю поверхность, причем каждая составляющая изображения формирует область внешней поверхности. 4 н. и 14 з.п. ф-лы, 32 ил.

1. Трехмерная система отображения, содержащая корпус дисплея и несколько проекторов для одновременного проецирования составляющих двухмерного изображения в объем трехмерного дисплея, включающий облако частиц, причем каждый проектор содержит приспособление для регулирования расстояния проецируемого изображения от проектора, и каждый проектор установлен на корпусе дисплея с возможностью поворота для регулирования горизонтального и вертикального положения проецируемой составляющей двухмерного изображения относительно проектора, при этом составляющие двухмерного изображения комбинируются для формирования изображения трехмерного объекта, имеющего по меньшей мере одну внешнюю поверхность, причем каждая составляющая изображения формирует область внешней поверхности.

2. Трехмерная система отображения по п. 1, в которой каждый проектор выполнен с возможностью поворота вокруг его линии проецирования.

3. Трехмерная система отображения по п. 1, в которой каждый проектор содержит источник света, экран дисплея и варифокальный объектив.

4. Трехмерная система отображения по п. 3, в которой варифокальный объектив представляет собой варифокальный объектив с жидкостным элементом.

5. Трехмерная система отображения по п. 3 или 4, в которой каждый проектор дополнительно содержит модулятор волнового фронта.

6. Трехмерная система отображения по п. 1, в которой проектор дополнительно содержит корпус проектора, который имеет форму удлиненной четырехугольной призмы.

7. Трехмерная система отображения по п. 1, в которой проектор дополнительно содержит корпус проектора, который имеет форму усеченного конуса, экран дисплея, расположенный рядом с узким концом корпуса, и варифокальный объектив, расположенный рядом с широким концом.

8. Трехмерная система отображения по п. 1, в которой дополнительно содержит по меньшей мере одну камеру и компьютер, оснащенный программным обеспечением по обработке изображений.

9. Трехмерная система отображения по п. 8, в которой цифра или другой символ составляет часть каждого проецируемого двухмерного изображения, причем программное обеспечение по обработке изображений выполнено с возможностью определения рассеивания цифр или других символов из видеосигнала или сигналов от камеры или камер.

10. Трехмерная система отображения по п. 9, в которой цифры или другие символы проецируются в части спектра электромагнитного излучения, которая является невидимой для глаза человека.

11. Трехмерная система отображения по п. 10, в которой цифры или другие символы проецируются в ультрафиолетовом свете.

12. Трехмерная система отображения по п. 10, в которой цифры или другие символы проецируются в инфракрасном свете.

13. Способ эксплуатации компьютера, предусматривающий следующие стадии:
(a) предоставление трехмерной системы отображения, содержащей корпус дисплея и несколько проекторов для одновременного проецирования составляющих двухмерного изображения в объем трехмерного дисплея, содержащий облако частиц, причем каждый проектор содержит приспособление для регулирования расстояния проецируемого изображения от проектора, и каждый проектор установлен на корпусе дисплея с возможностью поворота для регулирования горизонтального и вертикального положения проецируемой составляющей двухмерного изображения относительно проектора, при этом составляющие двухмерного изображения комбинируются для формирования изображения трехмерного объекта, имеющего по меньшей мере одну внешнюю поверхность, причем каждая составляющая изображения формирует область внешней поверхности;
(b) отображение трехмерного объекта на дисплее;
(c) отображение символов, имеющих отношение к программам, функциям, данным или устройствам, на поверхности объекта;
(d) установление присутствия и положения руки или другой конечности пользователя рядом с поверхностью объекта; и
(e) в зависимости от символа, который отображается рядом с точкой, в которой было установлено присутствие руки пользователя, запуск программы, включение функции, загрузка данных или включение функций, имеющих отношение к устройству, которое этот символ описывает.

14. Способ эксплуатации компьютера по п. 13, который дополнительно предусматривает следующие стадии:
(f) уменьшение размера объекта, отображаемого на стадии (а); и
(g) отображение нового объекта для представления функций запущенной программы, элементов загруженных данных или наполнение устройства, представляемого символом, выбранным пользователем на стадии (с).

15. Способ просмотра глобальной сети, предусматривающий следующие стадии:
(a) предоставление трехмерной системы отображения, содержащей корпус дисплея и несколько проекторов для одновременного проецирования составляющих двухмерного изображения в объем трехмерного дисплея, включающий облако частиц, причем каждый проектор содержит приспособление для регулирования расстояния проецируемого изображения от проектора, и каждый проектор установлен на корпусе дисплея с возможностью поворота для регулирования горизонтального и вертикального положения проецируемой составляющей двухмерного изображения относительно проектора, при этом составляющие двухмерного изображения комбинируются для формирования изображения трехмерного объекта, имеющего по меньшей мере одну внешнюю поверхность, причем каждая составляющая изображения формирует область внешней поверхности;
(b) отображение первой веб-страницы на трехмерном дисплее;
(c) установление присутствия и положения руки или другой конечности пользователя рядом с отображаемой веб-страницей;
(d) в случае установления присутствия руки пользователя рядом с гиперссылкой на первой веб-странице уменьшение размера первой веб-страницы и отображение с увеличением веб-страницы, которая указана в гиперссылке.

16. Способ просмотра глобальной сети по п. 15, в котором по меньшей мере одну из веб-страниц пишут на языке разметки, который определяет трехмерное расположение каждой составляющей.

17. Способ просмотра глобальной сети по п. 15, в котором по меньшей мере одна из веб-страниц является HTML или XHTML веб-страницей, разработанной для стандартного двухмерного дисплея, причем применяют трехмерный формат, определяющий трехмерное расположение каждой составляющей страницы.

18. Двухсторонние наручные часы, содержащие две стороны часов и ремешок часов, отличающиеся тем, что по меньшей мере одна из сторон часов содержит трехмерный дисплей по п. 1.