技术领域
[0001] 本
发明涉及计算机辅助的虚拟现实显示系统。
背景技术
[0002] 任何对
现有技术的方法、装置或文件的引用都不应被视为构成由它们所形成的任何证据或承认，其也不构成公知常识的一部分。
[0003] 在一种类型的计算机辅助的虚拟现实显示系统中，提供了：
[0004] 1.至少一个用于向用户呈现
虚拟环境的图像的屏幕；
[0005] 2.成像组件，包括至少一个用于在该至少一个屏幕上产生图像的投影仪；
[0006] 3.
跟踪系统，被配置为跟踪用户的视点和观看方向；
[0007] 4.计算机，被编程为对跟踪系统作出响应，从而响应于跟踪系统而控制成像组件以产生虚拟环境的立体3D图像；和
[0008] 5.用户佩戴的立体3D眼镜，以便用户
感知立体3D图像。
[0009] 本
申请人在商业
基础上在澳大利亚昆士兰州南港尼朗街59号(4215)运营一家娱乐性虚拟现实中心(http://holoverse.com.au)。
[0010] 虽然已经发现上述系统很好地工作，但应当理解，每个显示系统都适合于生成专
门用于被跟踪的特定用户的显示内容。因此，如果第二个人观看显示器，则他们将不会从他们的视点观看到显示内容，而是从被追踪系统追踪的用户(即第一个人)的视点观看。因此，对于第二个人，所呈现的3D场景将不会根据第二个人的运动而动态变化，因此对于第二个人不会有虚拟现实的效果。
[0011] 本发明的目的是解决上述问题。
发明内容
[0012] 根据本发明的第一
实施例，提供了一种用于两个或多个用户的虚拟现实成像系统，包括：
[0013] 至少一个屏幕，用于向两个或多个用户呈现虚拟环境的图像；
[0014] 成像组件，包括与两个或多个用户相对应的两组或多组投影仪，用于在至少一个屏幕上生成图像；
[0015] 跟踪系统，配置为跟踪两个或多个用户中的每个用户；
[0016] 计算机，编程为对跟踪系统作出响应，从而控制成像组件生成虚拟环境的立体3D图像，该虚拟环境的立体3D图像与来自跟踪系统的、对应于两个或多个用户中的每个用户的跟踪数据，以使每个用户都能感知到适于他们
位置的相同虚拟环境的不同视图；
[0017] 立体3D眼镜，由两个或多个用户中的每个用户佩戴以感知立体3D图像；和[0018] 图像分离装置，用于将来自两组或多组投影仪的图像呈现给两个或多个用户中的相应用户，从而每个用户只能看到从所述多组投影仪中的相应一组投影仪产生的图像。
[0019] 优选地，图像分离装置包括用于从两组或多组投影仪分离图像的两个或多个滤光片，其中，不同的观察滤光片具有不同的可见
光谱透射特性。
[0020] 在本发明的优选实施例中，滤光片包括干涉滤光片。例如，滤光片可以包括二向色性材料的膜。
[0021] 优选地，图像分离装置的滤光片包括相应的观察器干涉滤光片和投影仪干涉滤光片，其中观察器干涉滤光片被安装到用户佩戴的立体3D眼镜以及投影仪干涉滤光片被安装到的对应的一组投影仪中。
[0022] 在一个可替代的实施例中，立体3D眼镜包括第一和第二可见光滤光片窗口，并且图像分离装置包括偏振滤光片或有源快门滤光片。
[0023] 在本发明的优选实施例中，虚拟现实成像系统包括桌子，其中至少一个屏幕包括该桌子的半透明桌子顶部。优选地，所述投影仪布置在屏幕下方，用于在其下侧投影。
[0024] 桌子可以是矩形的，其中跟踪系统包括位于桌子的四个
角的四个
传感器。
[0025] 根据本发明的另一方面，提供了一副可佩戴的立体3D眼镜，其包括：
[0026] 左眼和右眼立体图像窗口，用于区分立体左和右图像，从而为用户创造三维形状的感觉；和
[0027] 与左眼和右眼窗口相邻的普通滤光材料，用于允许相应的预滤光通过，并防止不相应的预滤光通过。
[0028] 在本发明的优选实施例中，左眼和右眼立体图像窗口包括有源快门窗口。
[0029] 优选地，普通滤光材料包括干涉滤光片。例如，普通滤光材料可以包括二向色性膜。
[0030] 可以提供一组可佩戴的立体3D眼镜，其中，每组包括具有不同的可见光谱透射特性的普通滤光材料，由此，每组偏振滤光片中的普通滤光材料具有
正交透射特性。
附图说明
[0031] 下文的具体实施方式会描述本发明优选的特征、实施例和变化，其为本领域技术人员执行本发明提供了足够的信息。具体实施方式不应当以任何方式被认为是限制本发明前述发明内容的范围。具体实施方式将会参考如下附图：
[0032] 图1示出了供两个或多个用户使用的虚拟现实成像系统。
[0033] 图2示意性地示出了图1的成像系统的组件。
[0034] 图3是用于图1和2的系统中的第一干涉滤光片的可见光谱透射图。
[0035] 图4是用于图1和2的系统中的第二干涉滤光片的可见光谱透射图。
[0036] 图5示出了在不借助图2所示的眼镜的情况下用户所观看到的使用中的图1系统。
[0037] 图6示出了当观看图5所示的图像时，佩戴图2的第一组眼镜的第一用户所感知的对象的3D立体第一视图。
[0038] 图7示出了当观看图5所示的图像时，佩戴图2的第二组眼镜的第二用户所感知的对象的3D立体第二视图。
[0039] 图8示出了图1和图2所示的系统的变型，其中为每个用户生成的图像是由多组投影仪生成的，每组投影仪都包含一个以上的投影仪。
具体实施方式
[0040] 现在参考图1，示出了根据本发明的第一实施例的供两个或多个用户使用的虚拟现实成像系统1。
[0041] 该系统包括矩形桌子3，该矩形桌子3具有半透明桌面5形式(例如半透明材料的网或片材)的屏幕，用于通过向后投影(即，从下方投影到屏幕上以从上方观察)向两个或多个用户呈现虚拟环境的图像。两个方向贴纸4a、4b包括圆形和矩形的形状，分别固定在桌子3的相对端，从而在以下附图中可以容易地辨别桌子的方向。在使用中，定向贴纸4a，4b是不必要的，并且它们仅包括在本文中以帮助理解以下描述。
[0042] 系统1还包括成像组件，该成像组件包括两组投影仪，每组包括独立的投影仪，分别是位于桌子3的屏幕5下方的投影仪7a(在图5中示出)和7b。投影仪7a和7b布置为投射到半透明屏幕5的下侧。
[0043] 设置了跟踪系统9，其包括传感器9a、...、9d。传感器9a、...、9d被配置为感测固定到由系统用户14a、14b佩戴的特殊眼镜12a、12b上的目标10a、10b(在图2中最佳地可见)的位置和取向。在当前讨论的实施例中，每个传感器位于如图所示的矩形桌面的一角。多种用于在3D空间中跟踪对象的布置在现有技术中是已知的。
[0044] 系统1还包括计算机11，该计算机11如将要讨论的那样被特别编程，并且被耦接到投影仪7a、7b以及跟踪传感器9a、...、9d。
[0045] 对计算机11进行编程以响应跟踪系统9，从而控制成像组件(即投影仪7a和7b)以为两个或多个用户14a、14b中的每个用户生成与来自跟踪系统的跟踪数据相对应的虚拟环境的立体3D图像。如现有技术中已知的，虚拟环境可以包括存储在
计算机系统11中或可在计算机系统11中
访问的
顶点和边缘多边形模式或八叉树型实
体模式。
[0046] 参考图2，系统1包括由每个用户14a、14b佩戴的立体3D眼镜12a、12b，以使用户感知立体3D图像。眼镜12a、12b中的每一个分别包括第一和第二有源快门窗13a、13a'和13b、13b'。快门窗口的动作与相应的投影仪7a、7b生成的立体图像同步。有源快门立体眼镜是已知的技术，并且用于感知3D立体图像(例如来自适配的LCD和等离子电视的3D立体图像)。也可以使用其他类型的立体系统，例如不同偏振的左右窗口(尽管头部倾斜会导致失去3D效果)和补色立体窗口，例如红/青窗口(然而，补色立体窗口通常会导致失去色彩真实感)。
[0047] 该系统还包括图像分离装置，用于将来自两个或多个投影仪7a、7b的图像呈现给两个或多个用户中的相应用户，从而每个用户只能看到从所述投影仪中的相应一个投影仪产生的图像。
[0048] 当前描述的实施例的图像分离装置包括分别安装在快门窗13a、13a′和13b、13b′上的第一和第二干涉滤光片15a和15b。第一和第二干涉滤光片15a和15b是由二向色性材料形成并且具有不同的正交可见光光谱透射特性。由滤光材料F1制成的滤光片15a具有如图3所示的第一红色(R1)、蓝色(B1)、绿色(G1)透射特性。由滤光材料F2制成的第二干涉滤光片15b具有如图4所示的第二红色(R2)、蓝色(B1)、绿色(G1)的透射特性，该透射特性与滤光材料F1的透射特性不重叠。因此，通过滤光材料F1的光将被滤光材料F2完全阻挡，反之亦然。
因此，滤光材料F1和F2被称为具有“正交”透射特性。
[0049] 再参考图2，图像分离装置还包括材料F1的投影仪滤光片17a和材料F2的投影仪滤光片17b，其分别装配在投影仪7a和7b的输出透镜上。因此，来自投影仪7a的光投射到材料F1的滤光片17a上。只有
波长在滤光片材料F1的
通带B1、G1和R1(图3)内的光才能通过滤光片。因此，从投影仪滤光片17a逸出的光可以通过眼镜滤光片15a，因为滤光片17a和15a由相同的材料制成并且具有相同的光谱通带B1、G1、R1。此外，只有波长落在滤光片材料F2的通带B2、G2和R2(图4)内的光才能通过第二投影仪7b的滤光片17b。
[0050] 相似地，从投影仪滤光片17b逸出的光可以通过眼镜滤光片15b，因为滤光片17b和15b由相同的材料制成并且具有相同的光谱通带B2、G2、R2。然而，由材料F1制成的第一眼镜滤光片15a将完全阻挡来自由材料F2制成的第二投影滤光片17b的光，因为滤光材料F1和F2的透射特性是正交的并且没有重叠。因此，成对的眼镜和投影仪透镜15a、17a和15b、17b用于分离来自投影仪7a和7b的图像，使得只有眼镜12a的佩戴者可以看到来自投影仪7a的图像，同时只有眼镜12b的佩戴者可以看到来自投影仪7b的图像。
[0051] 尽管本发明的优选实施例利用了干涉滤光片(即二向色性滤光片15a和15b以及投影仪滤光片17a和17b)，但是其他的布置也是可取的。例如，也可以使用吸收滤光片，以及Infitec GmbH名下的美国
专利No.9,651,791所描述的一组适用于图像分离的吸收滤光片。
[0052] 现在参考图5，在使用过程中，跟踪系统9检测眼镜12a和12b的目标10a和10b的位置。然后计算机系统11操作投影仪7a和7b，以将相应的立体图像20和22投影到半透明屏幕5的下侧。立体图像20和22包括同一3D对象的两个不同的视图。在本示例中，图像20对应于从第一用户14a(图1)的观察方向看到的房屋视图，而图像22对应于从第二用户14b(图1)的观察方向看到的房屋视图。在图5的屏幕5上呈现的所示图像是近似于完全不戴任何眼镜的人所看到的图像。在该视图中，可以看到用户14a的房屋视图20由左眼图像20a和右眼图像20b组成。类似地，用户14b的房屋视图22由左眼图像22a和右眼图像22b组成。
[0053] 应当理解，由于形成图像20的光来自投影仪7a，因此它已经通过了滤光片17a并根据图3的透射特性F1被过滤，而形成图像22的光则来自投影仪7b，因此它已经通过了滤光片17b并根据图4的透射特性F2被过滤。
[0054] 图6示出了用户14b在佩戴了图2的眼镜12b时所看到的房屋视图22。首先，二向色性滤光片15b阻止了来自投影仪7a并通过滤光片17a的所有光，从而用户14b不接收到任何图像20的光。然而，二向色性滤光片15b允许来自投影仪7b并通过滤光片17b的光到达眼镜12b的有源快门13b和13b'。如图6所示，快门13b和13b'的作用帮助佩戴者14b的大脑感知房屋前部(即，具有单个门口)的立体3D视图22。
[0055] 图7示出了用户14a在佩戴了图2的眼镜12a时所看到的房屋视图20。首先，二向色性滤光片15a阻止了来自投影仪7b并通过滤光片17b的所有光，从而用户14a不接收到任何图像22的光。然而，二向色性滤光片15a允许来自投影仪7a并通过滤光片17a的光到达眼镜12a的有源快门13a和13a'。如图7所示，快门13a和13a'的作用帮助佩戴者14a的大脑感知房屋后部(即，两个窗口)的立体3D视图。
[0056] 当第一和第二用户通过例如转动他们的头或在桌子3周围走动来改变他们的视点和观看方向时，计算机系统11经由跟踪系统9监视他们的位置并相应地调整由投影仪7a和7b所传送的虚拟场景视图。因此，两个用户14a、14b从他们的视点看到虚拟场景的适当视图。此外，针对第一用户和第二用户的场景视图将根据每个用户的移动而动态地改变，因此对于第一用户和第二用户，适合于他们的视点的同一场景的虚拟现实将被感知。
[0057] 图8示意性地描绘了本发明的实施例，其中，每个用户的图像通过不仅包括单个投影仪(例如，图1和图2的投影仪7a和7b)还包括多个投影仪的投影仪组来传递。如图8所示，提供了第一组投影仪7a、7a'...7a”，每个投影仪装配有F1滤光片17a、17a'、...、17a”和第二组投影仪7b、7b'...7b”，每个都装配有F2滤光片17b、17b'、...、17b”。如前所述，第一用户佩戴装有F1滤光片15a的眼镜12a，以观看来自第一组投影仪的图像并阻挡来自第二组投影仪的图像。相反，第二用户佩戴装有F2滤光片15b的眼镜12b，以观看来自第二组投影仪的图像并阻挡来自第一组投影仪的图像。如图8所示，每组投影仪中的不同的投影仪可以布置为投影到相应的多个分离的投影屏幕5a、...、5c上，以帮助形成沉浸式虚拟环境。
[0058] 应当理解，在本发明的其他实施例中，立体3D眼镜可以包括第一和第二滤光片窗口，并且图像分离装置可以包括例如偏振快门滤光片或有源快门滤光片。
[0059] 此外，尽管优选地使用干涉滤光片，但是补色立体红/青或其他
颜色对也可以用于图像分离。但是，干涉滤光片是优选的，因为它们可以保持真实的色彩平衡。
[0060] 尽管已经讨论的本发明的优选实施例涉及一种用于向两个用户呈现图像的系统，但是也可以是适用于多个用户的系统。例如，可以使用三个投影仪，每个投影仪具有三个相互正交的干涉滤光片中的一个，其中三个用户各自佩戴立体眼镜，该立体眼镜装配有一个滤光片，以从相似地装配有对应滤光片的一个投影仪处感知图像。
[0061] 还应当理解，已经讨论过的、包括半透明桌面屏幕的投影屏幕可以用另一种可以在其上投影图像的装置代替(例如，在其他实施例中可以使用的两侧设置有投影仪的半透明幕)。替代地，也可以使用直接投影(即反射而不是透射的屏幕)，例如浅色的
墙壁。
[0062] 根据法规，本发明已经以对结构或方法特征或多或少具体化的语言进行了描述。术语“包括”及其
变形，例如“包括”和“组成”在整个包含意义上被使用，而不排除任何附加特征。
[0063] 应当理解到，本发明不限与所示或所述的具体特征，因为本发明所述的方法包括有效使用本发明的优选形式。
[0064] 因此，本发明其他任何形式或
修改的要求应当在本领域技术人员适当理解的所附
权利要求的适当范围内。
[0065] 在整个
说明书和权利要求(如果存在)中，除非上下文另有要求，否则术语“大致”或“约”将被理解为不限于由术语限定的范围的值。
[0066] 本发明的任何实施例仅是说明性的，并不意味着限制本发明。因此，应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对所描述的任何实施例进行各种其他改变和修改。
