專利名稱：視覺圖像顯示裝置以及使用該裝置形成期望圖像的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種顯示視覺圖像的裝置，更具體地，涉及一種適于產(chǎn)生 三維萬花筒圖像的裝置，以及產(chǎn)生這樣的圖像的方法。
背景技術(shù)：
萬花筒是大家熟知的裝置，通常包括由相互以60度角構(gòu)造的反射平坦 表面形成的管道。 一端包括觀察窗，以便用戶通過管道進(jìn)行觀看，而另一 端包括空腔，該空腔中包含著彩色物體，空腔的壁面是透明或半透明的， 光線可透過空腔進(jìn)入管道。當(dāng)管道旋轉(zhuǎn)時(shí)，光線從彩色物件上反射出來， 反射到管道壁面的反射平面上，生成重復(fù)、對稱的吸引人的圖案。
在壁面相互形成60度角的管道萬花筒的例子中，所得到的圖案是重復(fù) 的六邊形圖案，其中， 一個六邊形的六分之一都由終端空腔的實(shí)際等邊三 角形部分形成，其中，光線經(jīng)由該空腔進(jìn)入萬花筒，而該六邊形圖案的剩 余五個等邊三角形部分都是通過三角形終端空腔的反射而形成。圖1中可 見此類生成圖案的例子。在1處示出了由終端空腔中的三角形窗形成的中 心或"初始"三角形圖像，在2處示出了形成六邊形圖案的其它五個反射 三角形圖像。
上述形式的萬花筒是兩維萬花筒，其得到的圖像顯示在單個平面上。 并且，這種形式的萬花筒裝置在一個時(shí)刻僅能由一位觀看者進(jìn)行觀看。
美國專利4， 475， 126披露了一種視覺圖像顯示裝置，其包括從屏幕延 伸出來的四個反射表面。通過將屏幕與反射表面上形成的反射圖案相結(jié)合， 該裝置能夠生成球形或多面體形狀的天然圖像。然而，該裝置的缺陷在于， 所產(chǎn)生的幻影圖像形狀是初始屏幕的簡單平鋪復(fù)制，其在水平和豎直方向 反射，得到分離的、不連續(xù)的圖像。并且，從不同的視角觀看，所得到的 圖像顯示也不同，在裝置的觀察口的觀察范圍內(nèi)將不能呈現(xiàn)出觀看者能夠 在其中漫步的連續(xù)的、空間一致的3D圖像，并且，將看到相同的3D圖像/圖形，而不會出現(xiàn)跳躍式的觀看或突然的變化，或者提供圖像的非中斷的
透視感覺。并且，美國專利4， 475， 126中披露的裝置僅能生成有限數(shù)量的 形狀，不能生成明顯的多面體形狀的3D圖像/圖形。
美國專利4， 475, 126的進(jìn)一步缺陷在于不能長期保持虛擬3D圖像的圖 像的虛擬部分和初始部分周圍的物理準(zhǔn)確的整體圖像模式的幻影，由于觀 察者觀看裝置的視角在變化，導(dǎo)致反射之間以及反射和屏幕之間出現(xiàn)多個 不連續(xù)。
此外，由于鏡面的安放，該裝置將僅能生成屏幕反射按行或列排列的 圖像，因?yàn)?，它們僅能以180度反射或旋轉(zhuǎn)。這意味著重復(fù)的圖案得到清 晰的顯示，裝置的觀察者將能看到各種鄰接。因此，不能產(chǎn)生真實(shí)的萬花 筒效果。
此外，美國專利4，475，126中沒有披露怎樣實(shí)現(xiàn)具有看上去連續(xù)、無 縫的表面圖案的表觀3D圖像。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種裝置以及使用該裝置的方法，其能 夠克服以上問題，能夠生成可由多位觀察者同時(shí)從視角范圍內(nèi)進(jìn)行觀看的 三維萬花筒圖像的幻像。本發(fā)明的目的還在于提供了一種裝置以及使用該 裝置的方法，其能夠生成空間一致的三維圖像的幻影，其可以具有萬花筒 效果。
于是，本發(fā)明提供了一種裝置，用于生成三維萬花筒圖像，該裝置包 括屏幕，在其上生成圖像，以及圍繞該屏幕的多個鏡面，其中該屏幕基本 上開》成為具有二十面體群對稱(icosahedral group symmetry)的球體或 多面體的表面的一部分，并且使多個鏡面與通過所述多面體或球體的投影 中心延伸并與屏幕的每邊相交的平面對準(zhǔn)，從而，屏幕上生成的源圖像反 射在鏡面上，來產(chǎn)生所述多面體或球體的表觀三維圖像。
屏幕可以大體上是三角形的，并且該裝置包括三個鏡面，或者，可替
換地，屏幕可以大體為五邊形的，且該裝置包括五個鏡面。
在一種實(shí)施例中，該多面體是二十面體，并且該表觀圖像是二十面體 的圖像。在另一種實(shí)施例中，該多面體是十二面體，并且該表觀圖像是十二面 體的圖像。
適宜地，該屏幕是曲面，其作為球體表面的一部分，并且表觀圖像是 球體。
可替換地，該多面體是二重二方三十面體(disdyakis triacontahedron)，并且，該表觀圖像是二重二方三十面體的圖像。
優(yōu)選地，該屏幕是半透明的，圖像通過后部投影單元投影在屏幕上， 該后部投影單元位于與鏡面相對的屏幕一側(cè)。
可替換地，屏幕可包括LED陣列，亦或者，包括有機(jī)LED陣列。
該裝置進(jìn)一步可包括在屏幕遠(yuǎn)側(cè)的相鄰鏡面之間相交的空白部分。 有利地，該空白部分是非反射的。 優(yōu)選地，該空白部分是三角形。
屏幕遠(yuǎn)側(cè)的鏡面末端可定義裝置的開口，從而可觀察屏幕和鏡面。 優(yōu)選地，在裝置開口上安裝蓋子。 在一種實(shí)施例中，該蓋子是半透明的。
本發(fā)明還提供了一種選擇要生成圖像的多面體或球體的方法，選擇表 示基本域的多面體的已定義部分，并旋轉(zhuǎn)和反射所述己定義部分，從而， 形成由其離散部分組成的屏幕。
本發(fā)明還提供了一種生成將在根據(jù)任意前述的權(quán)利要求的裝置的屏幕 上顯示的源圖像的方法，該方法包括如下步驟，選擇基礎(chǔ)圖像(base image),
將所述基礎(chǔ)圖像剪切為表示基本域的己定義形狀，并且旋轉(zhuǎn)和反射所述已 剪切圖像，以形成由離散的剪切圖像組成的源圖像，其中，屏幕的形狀定 義了源圖像的形狀。
優(yōu)選地，已剪切的基本域圖像是三角形。
本方法進(jìn)一步可包括如下步驟，大致在源圖像的投影中心附近形成圖 像，該源圖像不必對應(yīng)于離散基本域，并且，選擇圖像的大小，從而已反 射的源圖像的大致中心區(qū)域在反射時(shí)幾乎不失真。
本發(fā)明提供了另一種方法，其包括如下步驟，在基礎(chǔ)圖像內(nèi)定義基本 域，定義包圍基本域的放大三角形，對從基本域投影中心到所述放大三角 形邊界的基礎(chǔ)圖像的透明程度進(jìn)行分級，其中，基本域投影中心的圖像是不透明的，而放大三角形邊界的圖像是透明的，旋轉(zhuǎn)并反射主要基本域， 生成相鄰的次級基本域，從而由次級基本域定義的放大三角形內(nèi)部定義的 圖像部分重疊在主要基本域內(nèi)部定義的圖像部分之上，以生成剪切圖像。
本發(fā)明還提供了 一種生成三維萬花筒圖像的裝置，其包括用于在其上 形成圖像的屏幕，以及圍繞著屏幕的多個鏡面，其中該屏幕基本上成形為 正多面體或球體的表面的一部分，并且多個鏡面與通過所述正多面體或球 體的投影中心延伸并與屏幕的各邊相交的平面對準(zhǔn)，從而，屏幕上形成的 圖像反射在鏡面上，生成所述正多面體或球體的表觀三維圖像。
本發(fā)明優(yōu)選地提供了一種圖像處理方法，例如，利用此方法，基本域 處理包括，用不同的顏色照亮不同的點(diǎn)，沿著一些軸顏色逐漸褪減，或者， 在以下描述的基本域處理規(guī)則之內(nèi)，利用折射指數(shù)、顏色分布、調(diào)色板的
任何圖像變換來生成虛擬實(shí)境(virtual solid)的、空間一致的多面體或 球體。


現(xiàn)在將通過例子，并參考附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。附圖如下 圖1是由常規(guī)的管狀萬花筒形成的結(jié)果圖像；
圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例生成三維萬花筒圖像幻像的裝置的透視圖3是圖2所示裝置的前視圖4是圖2所示裝置的側(cè)視圖5是圖2所示裝置的平靣圖6是二十面體的透視圖7A是球體表面上轉(zhuǎn)印的二十面體群對稱的所有對稱平面的視圖7B是球體表面上轉(zhuǎn)印的二十面體群對稱的所有對稱平面的另 一個視
圖8是十二面體的透視圖9是球體表面上轉(zhuǎn)印的二十面體群對稱的所有對稱平面的視圖，該 球體上示出了其上轉(zhuǎn)印的二十面體的表面；
圖IO是球體表面上轉(zhuǎn)印的二十面體群對稱的所有對稱平面的視圖，該 球體上示出了其上轉(zhuǎn)印的十二面體的表面；圖11A是具有二十面體群對稱的多面體的透視圖； 圖11B是具有二十面體群對稱的另一個多面體的透視圖； 圖IIC是具有二十面體群對稱的另一個多面體的透視圖； 圖IID是具有二十面體群對稱的另一個多面體的透視圖； 圖IIE是具有二十面體群對稱的另一個多面體的透視圖； 圖IIF是具有二十面體群對稱的另一個多面體的透視圖； 圖IIG是具有二十面體群對稱的另一個多面體的透視圖； 圖IIH是具有二十面體群對稱的另一個多面體的透視圖； 圖111是具有二十面體群對稱的另一個多面體的透視圖； 圖llj是具有二十面體群對稱的另一個多面體的透視圖； 圖IIK是具有二十面體群對稱的另一個多面體的透視圖； 圖IIL是具有二十面體群對稱的另一個多面體的透視圖； 圖11M是具有二十面體群對稱的另一個多面體的透視圖； 圖IIN是具有二十面體群對稱的另一個多面體的透視圖； 圖IIP是具有二十面體群對稱的另一個多面體的透視圖； 圖12是二重二方三十面體的透視圖13是根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例生成三維萬花筒圖像幻像的裝置的前 透視圖14是圖13所示裝置的透視圖，其示出投影的對稱的球體和平面； 圖15是圖13所示的裝置的另一個透視圖，其示出投影的對稱的球體 和平面；
圖16是圖13所示的裝置的另一個透視圖； 圖17是圖13所示的裝置的另一個透視圖； 圖18是圖13所示的裝置的另一個前透視圖； 圖19是圖13所示的裝置的面板的平面圖； 圖20是截角二十面體(truncated icosahedron)的透豐見圖； 圖21是根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施例生成三維萬花筒圖像幻像的裝置的 屏幕的透視圖22是截角二十面體的透視圖，其示出表面上轉(zhuǎn)印的圖21所示的屏 幕的形狀；圖23是根據(jù)本發(fā)明的再一種實(shí)施例生成三維萬花筒圖像幻像的裝置的 平面圖24是圖23所示的裝置的透視圖25是圖23所示的裝置的前視圖26是圖23所示裝置的側(cè)視圖27是圖23所示裝置的屏幕的側(cè)視圖28是圖27所示的屏幕的透視圖29是圖27所示的屏幕的另一個側(cè)視圖30是圖23所示的裝置的另一個平面圖31是圖23所示裝置的另一個透視圖32是圖23所示的裝置的另一個前視圖33是圖23所示的裝置的另一個側(cè)視圖34是圖23所示裝置的平面圖，其示出了將要生成的投影形狀與裝 置之間的關(guān)系；
圖35是圖23所示裝置的透視圖，其示出了將要生成的投影形狀與裝 置之間的關(guān)系；
圖36是圖23所示裝置的前視圖，其示出了將要生成的投影形狀與裝 置之間的關(guān)系；
圖37是圖23所示裝置的側(cè)視圖，其示出了將要生成的投影形狀與裝 置之間的關(guān)系；
圖38是足球形式的球體的透視圖39是根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步實(shí)施例生成三維萬花筒圖像幻像的裝置的透
視圖40是圖39所示裝置的進(jìn)一步透視圖； 圖41是圖39所示裝置的進(jìn)一步透視圖； 圖42是圖39所示裝置的進(jìn)一步透視圖； 圖43是圖39所示裝置的側(cè)視圖； 圖44是圖39所示裝置的進(jìn)一步透視圖； 圖45是圖39所示裝置的進(jìn)一步透視圖； 圖46是圖39所示裝置的進(jìn)一步透視圖；圖47是圖2所示裝置的屏幕開口的前視圖48是圖2所示的裝置的進(jìn)一步前視圖，其示出封閉圖47所示的開 口的蓋子；
圖49是圖2所示的裝置的透視圖，其中，圖48所示蓋子封閉著開口 ；
圖50是根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步實(shí)施例生成三維萬花筒圖像幻像的裝置的示 意圖，其示出了組合屏幕的邊緣；
圖51是根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步實(shí)施例生成三維萬花筒圖像幻像的裝置的另 一個示意圖，其示出了組合屏幕的邊緣；
圖52是圖2所示的裝置的透視圖，其示出三維萬花筒圖像幻像的非連
續(xù)性；
圖53是圖2所示的裝置的進(jìn)一步透視圖，其示出三維萬花筒圖像幻像 的非連續(xù)性；
圖54是圖2所示的裝置的進(jìn)一步透視圖，其示出三維萬花筒圖像幻像 的非連續(xù)性；
圖55是源圖像的視圖，其中每個基本域包含不同的圖像； 圖56是形成源圖像的方法的視圖； 圖57是源圖像的視圖58是圖2所示裝置的透視圖，其上投影了圖57中的源圖像； 圖59是圖2所示裝置的另一個透視圖，其上投影了圖57中的源圖像; 圖60是圖2所示裝置的另一個透視圖，其上投影了圖57中的源圖像; 圖61是另一個源圖像的視圖62是圖2所示裝置的透視圖，其上投影了圖61中的源圖像； 圖63是圖2所示裝置的另一個透視圖，其上投影了圖61中的源圖像; 圖64是圖2所示裝置的另一個透視圖，其上投影了圖61中的源圖像; 圖65是圖2所示裝置的橫截面?zhèn)纫晥D，其示出了鏡面中感知的反射； 圖66是圖2所示裝置的透視圖，其中利用圖69的源圖像示出了三維
萬花筒圖像的幻像；
圖67是圖2所示裝置的另一個透視圖，其中利用圖69的源圖像示出 了三維萬花筒圖像的幻像；
圖68是圖2所示裝置的另一個透視圖，其中利用圖69的源圖像示出了三維萬花筒圖像的幻像；
圖69是圖66-68的源圖像的視圖70是在球體以及二十面體群對稱線上轉(zhuǎn)印的圖像；
圖71是在球體以及二十面體群對稱線上轉(zhuǎn)印的另一個圖像；
圖72是在球體以及二十面體群對稱線上轉(zhuǎn)印的另一個圖像；
圖73示出了從多面體中心投影到虛擬球體的內(nèi)部表面的二十面體群；
圖74示出了圖73的單個基本域；
圖75示出了圖74的基本域三角形的放大三角形；
圖76是計(jì)劃要映射到圖75的放大三角形上的圖像；
圖77示出了映射到圖75的放大三角形上的圖76的圖像；
圖78示出了疊加在圖75上的內(nèi)部邊緣；
圖79-81示出了沿著圖78的三角形的線條的漸變半透明的圖像的線
條；
圖82和83示出了圖79-81的整體漸變透明的圖像；
圖84的圖形示出了圖82和83的圖像的半透明梯度函數(shù)；
圖85-98示出了形成進(jìn)一步基本域的己變換的和已旋轉(zhuǎn)的漸變圖像；
圖99和100示出主要和次要基本域的疊加層；
圖101-114示出圖85-98的次要基本域上的alpha混合效果；
圖115示出由圖像產(chǎn)生方法生成的最終圖像；
圖116示出了經(jīng)過旋轉(zhuǎn)和反射的圖115的圖像；
圖117示出了沒有網(wǎng)格線的圖116的圖像；
圖118示出了經(jīng)過旋轉(zhuǎn)和反射的基本域，此時(shí)，沒有應(yīng)用產(chǎn)生擴(kuò)展圖 像的混合方法；
圖119示出了應(yīng)用了混合方法的圖118;
圖120示出了經(jīng)過旋轉(zhuǎn)和反射的另一基本域，此時(shí)，和圖118—樣，
沒有應(yīng)用產(chǎn)生擴(kuò)展圖像的混合方法；
圖121示出了應(yīng)用了混合方法的圖120;
圖122示出了圖69的源圖像，其中，使方法掩飾了基本域之間的結(jié)合; 圖123-125示出了圖2的裝置，其中，圖122的源圖像生成3D球體的
幻像；圖126-130示出一種裝置的例子，其中包含在具有最小反射失真的屏 幕中心區(qū)域的非對稱圖像；
圖131示出了劃分的球體；
圖132示出了分成兩半的三角形；
圖133示出了加倍的三角形；
圖134示出了圖133所示的加倍的三角形，此時(shí)采用了隱藏結(jié)合處的
方法；
圖135示出了覆蓋內(nèi)部三角形的外部三角形；
圖136示出了基本域和它的一些重疊；以及
圖137示出了各層的點(diǎn)的透明度數(shù)值和發(fā)射亮度。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參考附圖，圖2到圖5示出裝置3，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例生成三維萬 花筒圖像的幻像。裝置3包括屏幕4，其具有從其延伸的三個平板5a、 5b、 5c。本實(shí)施例中所示的屏幕4基本是具有三個外圍邊緣6、 7、 8以及預(yù)定 曲率的三角形，這在圖3和4中非常清楚的示出，稍后將清楚這樣做的原 因。在屏幕4上形成圖像，包圍其中的整個前視表面9，并延伸到屏幕4的 外圍邊緣6、 7、 8。將這樣的圖像稱為源圖像。
由透明或半透明的材料形成屏幕4，從而可以在屏幕4的前視表面9 上看到從其后表面IO投影到其上的圖像。由在幀上伸展成所期望形狀的彈 性材料形成屏幕4，或者，可替換地，由諸如模制成期望形狀的有機(jī)玻璃
(perspex)等固體材料形成屏幕4。屏幕4也可以是玻璃、聚碳酸酯等， 這取決于所期望的效果。盡管圖2到圖5所示的屏幕4是曲線的，但是， 本發(fā)明不限于此，屏幕4還可以是平坦表面，或者可以由以下將解釋的多 種不同形狀形成。
利用己知方法，例如，利用圖像投影單元(未示出)在屏幕4的前視 表面上生成圖像。這樣的圖像投影單元(未示出)是被大家熟知的，因此， 在此處不進(jìn)行更詳細(xì)的描述?？梢岳斫猓?一種實(shí)施例中的圖像投影單元是 靜止圖像投影機(jī)，或者，在另一種實(shí)施例中，其為運(yùn)動圖像視頻投影機(jī)， 從而前視表面9上可見的投影的圖像可以發(fā)生變化。支架(未示出)和安裝托架(未示出)從裝置1延伸出來，在預(yù)定位 置安裝圖像投影單元(未示出)，使得對其進(jìn)行取向，從而圖像投影單元
(未示出)的鏡片沿著屏幕4正確排列。這確保了屏幕4的前視表面9上 生成的圖像與屏幕4的尺寸一致，從而圖像的外圍限制對應(yīng)于屏幕4的外 圍邊緣6、 7、 8，并且，圖像被以正確的角度得到投影，從而圖像不會失真。
支架和安裝托架(未示出)也可以得到調(diào)節(jié)，例如，圖像投影單元(未 示出)和屏幕的后部表面IO之間的距離可以改變，從而正確地調(diào)節(jié)屏幕4 的前視表面9上的圖像的尺寸。通過已知方法，例如，螺栓，將圖像投影 單元(未示出)安裝在支架(未示出)上。
可以理解，當(dāng)在前視表面9上觀看時(shí)，通過后部的投影裝置投影在屏 幕4上的圖像將被變換到正確的取向。進(jìn)一步，取決于屏幕4的形狀處理 圖像，例如，對應(yīng)于成角度的屏幕部分，從而使圖像看上去沒有被伸展或 壓縮。
然而，在可選擇的實(shí)施例中，屏幕4是不透明的，直接在其前視表面9 上形成圖像，或者，屏幕4的前視表面9可以是LCD屏幕(未示出)等， 從而屏幕4本身是圖像投影裝置。如果利用例如照片直接在屏幕4上形成 源圖像，則在進(jìn)一步實(shí)施例中，利用幀替換圖像，其中，圖像被裝配在此 幀中。在一種替換例中，將照片(未示出)安放在與屏幕4具有相同形狀 的透明平板(未示出)后面，或者，在另一種替換例中，此透明平板(未 示出)自身形成屏幕，將照片安放在其后，并利用夾具(未示出)保持。 在替換的優(yōu)選實(shí)施例中，屏幕可以包括LED陣列或者有機(jī)LED陣列。 各面板5a、 5b、 5c的后部邊緣11 (參考圖19)沿著屏幕的各個外圍 邊緣6、 7、 8延伸，并緊靠著這些外圍邊緣。各面板5a、 5b、 5c的側(cè)邊緣 13與相鄰面板5a、 5b、 5c的各個側(cè)邊緣13連通并連接，形成被包圍的凹 進(jìn)14。屏幕4的前表面9形成凹進(jìn)14的后部表面，而面板5a、 5b、 5c的 內(nèi)部表面16、 17、 18分別形成凹進(jìn)14的側(cè)部，從而在屏幕4末梢處的各 面板5a、 5b、 5c的前部邊緣20、 21、 22附近形成開口 19。相對于開口 19 排列空白部分24、 25、 26，它們在相鄰面板5a、 5b、 5c之間相交。空白部 分24、 25、 26與相鄰面板5a、 5b、 5c相交，從而各面板5a、 5b、 5c的尺 寸受限，使得減小了裝置3的尺寸。從而分別由各面板5a、 5b、 5c的前部邊緣20、 21、 22以及各個空白部分24、 25、 26的前部邊緣27、 28、 29確 定開口 19。在圖2-5所示的實(shí)施例中，所得到的開口形成不規(guī)則的六邊形。 各面板5a、 5b、 5c是具有在其內(nèi)部表面16、 17、 18上形成反射平面 31、 32、 33以反射在屏幕4上形成的圖像的表面鏡(surface mirror)。 安放屏幕4和各面板5a、 5b、 5c的反射平坦表面31、 32、 33，使得屏幕4 的前表面9上產(chǎn)生的、并在各個平坦表面31、 32、 33中反射的圖像產(chǎn)生三 維固體物體的幻像，這將在后文進(jìn)行闡明。所產(chǎn)生的固體物體的幻像可以 是多面體或球體。
可以理解，除了屏幕4和可能存在的空白部分24、 25、 26之外，凹進(jìn) 14的內(nèi)表面31、 32、 33基本都是反射性的?？瞻撞糠?4、 25、 26具有非 反射性的內(nèi)表面34，諸如無光黑色(matt black)，從而它們不會反射在 屏幕4的外表面9上生成的圖像或者是在各面板5a、 5b、 5c的反射平坦表 面中反射的圖像。
面板5a、 5b、 5c的反射平坦表面31、 32、 33優(yōu)選是"前表面"反射 性或者"第一表面"反射性的鏡子。這意味著表面的反射部分是接近屏幕4 的最內(nèi)層表面的。這與諸如常規(guī)的室內(nèi)鏡等"后表面"反射面形成對比， 其中，"后表面"反射面是在玻璃的面板的后部噴涂反射涂層，光線在到 達(dá)其被反射回去的反射面之前先經(jīng)過一定厚度的玻璃，然后，在離開反射 材料之前又經(jīng)過一定厚度的玻璃返回。前表面反射材料的優(yōu)勢在于，其阻 止了由于圖像在玻璃面板的前表面以及其次在被玻璃厚度的距離與玻璃表 面隔開的反射涂層中被反射所導(dǎo)致的反射圖像的二重或復(fù)制。
各面板5a、 5b、 5c相對于屏幕4以相同角度延展，稍后描述怎樣確定 此角度。盡管屏幕4在以上所示具有三個對應(yīng)面板5a、 5b、 5c的實(shí)施例中 具有三個外圍邊緣6、 7、 8，但是，很明顯，面板的數(shù)量不限于三個，而是 取決于屏幕的形狀，屏幕形狀本身又取決于將要產(chǎn)生的優(yōu)選的三維萬花筒 形狀的期望幻像。
可以理解，三維圖像的幻像是由屏幕4上形成的源圖像反射在各個反 射平面31、 32、 33上生成的，從而可以旋轉(zhuǎn)并轉(zhuǎn)化此圖像，來生成屏幕4 上形成的源圖像的鄰近的多面復(fù)制(multi-faceted duplicate)和反轉(zhuǎn)復(fù) 制(reversed duplicate)的連續(xù)表面的幻影。開口 19表示裝置3的觀看窗口，從而觀看者可以觀看屏幕4和反射平 面31、 32、 33，其中，屏幕4上形成的源圖像得到反射。可以理解，空白 部分24、 25、 26不是必須的，而鏡子可以向外延伸到頂點(diǎn)。然而，空白部 分24、 25、 26的優(yōu)勢在于，取決于它們相對于反射平面31、 32、 33的取 向，它們限制了通過開口 19進(jìn)入的外部光線，并且限制了開口 19的尺寸， 從而限制了視角，原因?qū)⒃谙旅娼忉尅?br> 此處描述的與裝置相關(guān)的所有范例實(shí)施例適于提供具有三個或五個面 板以及對應(yīng)屏幕的三維萬花筒圖像3的幻像，所述屏幕具有三個或五個外 圍邊緣以分別形成三角形的或五邊形的屏幕4，面板與屏幕4緊鄰，并且在 屏幕4上形成源圖像，但是可以理解屏幕4自身可以彎曲或者由于以下將 解釋的原因具有非平面形狀。
具有三個或者五個面板中的一種的裝置3被配置來產(chǎn)生多面體固體或 球體的幻像。采用這樣的裝置，產(chǎn)生的幻像的形狀被限定為球體、或特定 幾何群的多面體，即具有反射的二十面體群對稱的多面體。
反射的二十面體群對稱對應(yīng)于二十面體的對稱的平面。二十面體35在 圖6中示出，并且由二十個三角形面35a形成。對稱的平面是穿過物體中 心的虛平面，其反射一側(cè)正好匹配另一側(cè)。二十面體具有對稱的15個平面， 它們在圖7A和7B中示出，每個圓形36表示一個對稱平面。類似地，十二 面體37 (如圖8所示)由12個五邊形面37a形成，并且對應(yīng)于反射的二十 面體群對稱(雙重的二十面體35)，即它們的面和頂點(diǎn)互換。因此，十二 面體37和二十面體35在它們的對稱平面上正好一致，各具有15個對稱的 平面。參考圖9和10， 二十面體的一個面35a和十二面體的一個面37a分 別映射到整個二十面體對稱群上，這樣高亮的區(qū)域表示其單個平坦面。
十二面體35和二十面體37表示兩個柏拉圖體，定義為具有相同類型 的所有面的正多面體，其由完整的二十面體對稱群定義。多個可選的多面 體也由二十面體群對稱定義，并且在圖11A到IIP示出，所有這些多面體 的幻像3D圖像可以通過本發(fā)明的裝置產(chǎn)生。對應(yīng)于完整的二十面體群對稱
的多面體定義了可以根據(jù)上述示例性實(shí)施例的裝置產(chǎn)生的形狀的幻像，并 且產(chǎn)生球體的幻像。這種多面體包括阿基米德體、卡塔蘭體和喀卜勒-龐索 多面體(K印lar-Poinsot) <=圖7和圖8示出了對稱的面，其中每個圓形表示對稱面，將投影的球
體39的表面38分割成120個分離的三角形40，已知為莫比烏斯三角形 (Moebius triangle)。對稱軸位于面相交處。可以理解每個三角形40被 彎曲以適合于投影的球體39的表面，使得它們能夠用于鋪蓋于所述球體39。
對稱群的基本域是物體的一部分，如果重復(fù)，其盡可能小，并且其基 于物體的對稱確定整個物體。例如，在圖7A和7B中示出的二十面體群對 稱的每個莫比烏斯三角形40表示轉(zhuǎn)印到球體的表面上的基本域41。在圖9 中，示出的二十面體的一個面35a由6個基本域41限定。類似地，在圖IO 中，示出的十二面體的一個五邊形面37a由10個基本域41限定。
可以理解任何具有二十面體群對稱的多面體可被分割成120個基本域 41。產(chǎn)生具有相同群對稱的其他多面體涉及調(diào)節(jié)基本域41的取向和形狀， 例如通過使選擇子集的面(即圖9中所示的6個三角形40)變平，來形成 等邊三角形形成的面35a，以將每個子集結(jié)合到一個面中，或者用彎曲表面 取代每個面來形成球體。具體地，圖12示出了二重二方三十面體42，其具 有一百二十個面，其中，此多面體的一個完整面42a表示此特定多面體的 基本域。
現(xiàn)在將參考圖13到17描述為了產(chǎn)生具有反射的二十面體群對稱的多 面體或球體幻像時(shí)，面板5a、 5b、 5c以及它們的反射表面31、 32、 33相 對于屏幕4以及彼此間的取向和排列。此示例性實(shí)施例中，形成裝置3以 產(chǎn)生球體的三位萬花筒圖像的幻像。
屏幕4是曲面的，以形成投影球體的一部分，其中，將由六個三角形 的等價(jià)物產(chǎn)生并形成投影球體的虛擬圖像，其中，六個三角形代表基本域， 以形成暴露在球體表面上的二十面體的面的等價(jià)物，如圖13所示。在此實(shí) 施例中，面板5a、 5b、 5c朝向屏幕4，從而它們沿著對稱平面43、 44、 45 形成，這些對稱平面沿著屏幕的外部邊緣6、 7、 8相交，并通過投影球體 47的投影中心46延伸。這意味著各個面板5a、 5b、 5c根據(jù)二十面體群對 稱沿著對稱平面之一排列。這在圖14和15中清楚地示出了，其中，示出 的投影球體47延伸出裝置3，并且，面板5a、 5b、 5c相互間的相交48、 49、 50也被投影，以示出它們怎樣與球體47的投影中心46相交。
可以理解，各個面板5a、 5b、 5c的朝向沿著二十面體群對稱的對稱面，
17從而各個面板5a、 5b、 5c的投影平面與投影球體47的投影中心46以及屏 幕4的各個外部邊緣6、 7、 8相交，使得裝置3產(chǎn)生所期望對象的幻像， 其中，屏幕4形成一些離散的基本域。此屏幕沿著平面具有反射對稱，所 述平面經(jīng)過虛擬多面體或球體46的的中心、屏幕4的中心以及屏幕4的各 個外部邊緣。盡管此實(shí)施例中示出了產(chǎn)生球體幻像的裝置，但是很明顯， 這也可以應(yīng)用于任何具有二十面體群對稱的多面體。進(jìn)一步參考圖16和17， 示出了屏幕4在反射表面31、 32、 33中的反射48到59，從而形成虛擬球 體。
為了便于裝置3產(chǎn)生球體的虛擬圖像，需要面板6、 7、 8垂直相交于 屏幕4的邊緣。由于屏幕4形成了將要產(chǎn)生的球體的虛擬圖像的等效部分 表面，于是情況總是如此。進(jìn)一步可以理解，將利用三個鏡面產(chǎn)生球體的 面板6、 7、 8的會聚角60是72度，如圖18所示。
可以理解，反射表面31、 32、 33延伸出將要形成的虛擬球體的圖像半 徑，或者，內(nèi)切了其中將形成虛擬多面體的球體，從而使得可以在裝置邊 界內(nèi)部形成整個虛擬圖像。
圖19中示出了形成球體的虛擬圖像的面板6、 7、 8之一。然而，面板 6、 7、 8不限于此形狀，可以理解，取決于屏幕4的形狀、空白部分24、 25、 26的大小和取向以及面板6、 7、 8的數(shù)量，此形狀可以發(fā)生變化。
在圖20到22中，示出了屏幕61，其生成具有二十面體群對稱的可選 擇的多面體的幻像。此多面體示出于圖20中，并且為截角二十面體，或者， 更常見的稱為"足球形"。為了在多個反射表面31、 32、 33中描繪對應(yīng)于 此多面體形狀的圖像的幻像，屏幕61由在接近各個頂點(diǎn)形成的折疊的等邊 三角形組成，以利用從其延伸出來的三角形面63、 64、 65產(chǎn)生六邊形面62。 三角形面63、 64、 65產(chǎn)生在反射表面31、 32、 33中呈現(xiàn)虛擬五邊形面66 所需要的復(fù)制，如圖22所示。因此，此拐角，例如，在此實(shí)施例中，以72 度，垂直地到達(dá)面板的邊緣，形成了以該屏幕的拐角為中心的平面五邊形 的幻像。如果我們希望產(chǎn)生"足球形"的幻像這些值是彈性的，從而平面 是彎曲的，而理想的截角二十面體模型接近球體形狀。
圖23到37示出了裝置的進(jìn)一步示例性實(shí)施例，生成如圖38所示的足 球形式的復(fù)雜多面體的幻像。在此實(shí)施例中，裝置包括五個面板67、 68、69、 70、 71以及具有五邊形外形的屏幕72，其中，如以上討論，屏幕72 是彎曲的(參考圖27到29)。由于此裝置對應(yīng)于由一些離散基本域形成的 二十面體群對稱的五邊形部分，沿著對稱平面排列屏幕的邊緣，對稱平面 表示在球體上伸展的十二面體(參見圖IO)。因此，將屏幕72分成十個基 本域，在投影中心73處形成其對稱軸。
己示出屏幕72內(nèi)部形成有凹進(jìn)，以表示足球上的結(jié)合點(diǎn)。這些凹進(jìn)必 須對應(yīng)于產(chǎn)生源圖像的方法，如以下解釋。
參考圖34到37，示出了足球74相對于裝置3的虛擬投影形狀，以顯 示裝置元件的虛擬形狀和定位之間的關(guān)系。具體地，參考圖37，示出面板 67、 68的平面75、 76，其伸展到足球74的虛擬投影形狀的投影中心77， 并示出屏幕72，對應(yīng)于足球74的投影形狀的表面78的一部分。
盡管在所闡釋的實(shí)施例中，僅示出了有限數(shù)量的可能利用本發(fā)明的裝 置產(chǎn)生的多面體形狀，但是，可以理解，多面體形狀可以有很多不同的虛 擬圖像。因此，可以理解，利用根據(jù)以上描述形成的屏幕具有三角形或五 邊形屏幕，其對應(yīng)于對稱平面以及離散數(shù)量的基本域，可見，所產(chǎn)生的整
個表觀圖像結(jié)合了 "原始的"和"反射的"部分，其中，通過沿著將要產(chǎn) 生的期望的多面體形狀圖像的對稱平面排列的反射表面反射并旋轉(zhuǎn)屏幕的 圖像，將顯示此形狀，從而對于各個視角保持穩(wěn)定，即，觀察者可以從某 個視角范圍觀看由裝置產(chǎn)生的3D幻像形狀的物體，并且將看到同樣的幻像 形狀。
進(jìn)一步，很清楚，實(shí)際上僅需要兩組裝置來制造任何具有二十面體群 對稱的多面體， 一個具有五個反射表面，另一個具有三個反射表面，從而 屏幕的外部邊緣基本上一致為五邊形或三角形。然而，反射表面的平面經(jīng) 過二十面體群對稱的對稱平面，從而使得此平面不與任何基本域相交，并 且經(jīng)過將要產(chǎn)生的虛擬多面體形狀的投影中心。
圖39到46示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置的進(jìn)一步圖示。 參考圖47，示出了裝置3的前開口 19。如所示，此裝置的前開口 19 由蓋子80覆蓋(參考圖48)，蓋子80延伸出開口19，并利用已知的裝置， 諸如夾子，安裝在此裝置上。由透明或半透明材料形成蓋子80，諸如細(xì)篩 孔或塑膠膜。在一種替換例中，蓋子80安裝在框架上，其順序地固定在裝置上，并且可拆卸。這樣的蓋子是可選的，卻是本發(fā)明的優(yōu)選特征。
可以由偏光材料或者由將作為有色過濾器的諸如灰色的有色膜形成蓋
子80。由于蓋子80的不透明度和屏幕的發(fā)光，蓋子80允許通過其觀看三 維萬花筒圖像所產(chǎn)生的幻像，并且鏡面/反射表面是隱藏/掩飾的，從而很 難看到是由反射表面形成所述幻像部分。這增強(qiáng)了幻像，所產(chǎn)生的反射3D 萬花筒圖像實(shí)際上是蓋子后面的固體物體，并且，幻像與具有對稱圖像的 真實(shí)多面體形狀是虛擬不可區(qū)分的。進(jìn)一步，所形成的蓋子可以防止面板 5a、 5b、 5c的反射平坦表面31、 32、 33上的外部光源形成鏡面反射。蓋子 80也是可去除的，從而可以根據(jù)要求被替換或者去除。
盡管以上實(shí)施例中示出開口 19是六邊形的，但是，可以理解，開口 19 也可以可選地形成等邊三角形、球形、橢圓形等形狀。
裝置3的各個元件可釋放地連接或者靠鉸鏈連接到它相鄰的元件，從 而裝置可折疊，使得其更緊湊、以便運(yùn)輸。將屏幕4和面板5a、 5b、 5c相 互相對安裝，確保裝置3在構(gòu)造時(shí)的穩(wěn)定性，并確保面板5a、 5b、 5c和屏 幕4相互位置具有正確的取向。因此，此裝置是便攜的，可將其放在袋子 或者特定的攜帶裝置中作為行李進(jìn)行攜帶。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，由于面板5a、 5b、 5c從屏幕4延伸出來的角度， 因此觀察范圍很大。
在進(jìn)一步實(shí)施例中，擴(kuò)展的裝置(未示出)提供了虛擬三維萬花筒圖 像，通過組合多個上述裝置3形成此擴(kuò)展裝置。由一個裝置3部分形成此 擴(kuò)展裝置的一部分，并且其緊靠著與其相鄰放置的一個同樣的裝置，這樣 形成這樣的裝置，從而一個面板形成兩個裝置之間的內(nèi)部面板，并作為這 兩個裝置的反射表面，并且，屏幕也相互相鄰放置。
參考圖50，由面81a、 81b形成的屏幕具有從邊緣82a到82h延伸的外 部面板以及從邊緣83延伸的內(nèi)部面板，其中，邊緣82a到82h在其周圍形 成有僅在其內(nèi)部表面上的反射表面，邊緣83具有在其兩個表面上的反射表 面。
可以理解，此裝置不限于兩個屏幕，例如，在圖51中，由面81a、 81b、 81c形成的三個屏幕可以相互相鄰放置，三個面板從邊緣83a、 83b、 83c延 伸并且在其間相交，其中，這些邊緣的兩個表面上具有反射表面。
20現(xiàn)在將參考圖52到65描述根據(jù)以上討論的實(shí)施例產(chǎn)生投影在裝置上 的源圖像的方法。
如果屏幕是平坦表面或者對應(yīng)于上述第一實(shí)施例的具有無裝飾圖像 (plain image)的曲面，S卩，其上沒有形成圖像，則由屏幕4和反射表面 31、 32、 33產(chǎn)生的球體的虛擬圖像將具有穩(wěn)定的外觀，而與通過開口 19進(jìn) 行觀看的角度無關(guān)。
然而，如果在屏幕4上形成圖像，則由裝置產(chǎn)生的虛擬三維萬花筒形
狀的外觀將隨著屏幕上形成的源圖像以及觀看屏幕的角度而改變。這在圖 52到54示出。隨著圖52到54中通過開口進(jìn)行觀看的位置發(fā)生變化，可以 看到，球體的虛擬圖像也發(fā)生改變，具體地，接近頂點(diǎn)84。
因此，希望布置屏幕上形成的源圖像，從而使得由裝置產(chǎn)生的三維萬 花筒圖像的幻像外觀保持穩(wěn)定，而與通過開口進(jìn)行觀看的角度無關(guān)。并且， 希望形成這樣的源圖像時(shí)可以產(chǎn)生無縫的、連續(xù)的表面圖案的效果，而不 會有任何明顯的不連續(xù)或其它光學(xué)故障，或者使得所完成的幻像明顯虛假 的矛盾。因此，有這樣一種產(chǎn)生源圖像的方法，使得當(dāng)被鏡面反射或旋轉(zhuǎn) 時(shí)，源圖像保持穩(wěn)定，而不論觀察的角度如何，并且生成連續(xù)的幻像表面 圖案。
在圖55中示出用來產(chǎn)生圖52到54中的虛擬球體的源圖像85。當(dāng)將源 圖像分成具有二十面體群對稱的物體的基本域86、 87、 88、 89、 90、 91時(shí)， 如所上述，各個基本域表示不同的圖像。
參考圖56，將在虛擬形狀上產(chǎn)生圖像92，這種情況下，選擇一個球體， 將其減小以形成修改的圖像93，此圖像對應(yīng)于基本域的形狀。于是，將此 圖像應(yīng)用于源圖像94，并進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和反射，從而對應(yīng)于組成源圖像94的基 本域的數(shù)量。然后將此源圖像投影到裝置3的屏幕4上，以重新生成固有 不變的物體的幻像。這樣的優(yōu)勢在于，不使用本方法，此物體將不會具有 固定外觀，因?yàn)椋藞D案或觀看到的物體將隨著觀看角度而變化。不使用 此方法，屏幕上的圖案將不會匹配幻像物體表面，并且將立即揭示出幻像 是由鏡面反射單個源圖像所形成，從而不能實(shí)現(xiàn)固體3D物體的幻像。
圖57示出利用上述方法產(chǎn)生的源圖像95?？煽闯?，源圖像95的各個 單獨(dú)的部分是相同的基本域96的旋轉(zhuǎn)或反射。參考圖58到60，虛擬球體的外觀保持穩(wěn)定，而與通過開口 19進(jìn)行觀看的角度無關(guān)，并且，該表面圖 案是連續(xù)的、無縫的圖像，沒有將泄露屏幕/鏡面相交或者損壞連續(xù)固有表 面的幻像的突然的圖案改變或者不連續(xù)性。
圖61示出了利用以上方法產(chǎn)生的另一個源圖像97，并且在圖62到64 中示出了當(dāng)將源圖像97投影在其上時(shí)由裝置產(chǎn)生的虛擬球體的外觀。并且， 可看出，源圖像97關(guān)于線97a對稱，其中，線97a從各個頂點(diǎn)延伸到三角 形屏幕的相對側(cè)的中點(diǎn)，當(dāng)在將要產(chǎn)生的幻像虛擬球體物體上疊加該三角 形屏幕時(shí)，該線97a對應(yīng)于二十面體對稱的線條。
如上所述，對于屏幕形狀以及屏幕上顯示的任意圖案或源圖像，都需 要遵循基本域方法。因此，在源圖像內(nèi)部重復(fù)基本域的規(guī)則也應(yīng)用于此屏 幕形狀。只要應(yīng)用重復(fù)基本域的規(guī)則，則屏幕能夠具有任何曲率，滿足任 何角度出的任何其它基本域，或者甚至展現(xiàn)出光學(xué)性質(zhì)的漸變。
因此，可以理解，利用從基本域得到的源圖像，其中，已經(jīng)旋轉(zhuǎn)和反 射基本域所包含的圖像來生成用于投影在屏幕上的源圖像，可見，所產(chǎn)生 的整個表觀圖像結(jié)合了 "原始的"和"反射的"部分，對于各個觀看角， 其顯示將保持穩(wěn)定。進(jìn)一步，對稱圖案將不會隨著觀看角度而改變，其顯 示將保持穩(wěn)定。的確，即使觀看者靜止，如果不遵照上述基本域方法產(chǎn)生 源圖像，幻像3D物體的外觀表面圖案將不顯示出匹配，并將在表面圖像/ 圖案中出現(xiàn)突然的改變，從而不能實(shí)現(xiàn)固體3D物體的幻像，從而導(dǎo)致幻像 明顯僅是源圖像的一組反射。
因此，裝置與基本域的選擇以及由其形成的生成的源圖像的組合使得 多面體或球體的三維萬花筒圖像的幻像可以被許多觀看者從不同角度同時(shí) 觀看到，并且每個觀看者將看到其上形成的同樣的形狀、圖像和圖案，而 不論觀看角度如何。
利用這樣的方法生成源圖像的優(yōu)勢在于始終在虛擬多面體的圖像的整 個虛擬和原始部分上保持物理準(zhǔn)確、連續(xù)并且無縫圖像圖案的幻像，而沒 有任何不連續(xù)。接近源圖像邊緣的圖像線條以垂直于邊緣的角度接近邊緣。
參考圖65示出了另一個示例性實(shí)施例。該示例性實(shí)施例實(shí)質(zhì)上與上述 第一實(shí)施例相同，然而，在該實(shí)施例中，在屏幕99上相對于屏幕99上形 成的源圖像的外觀中心形成了標(biāo)記、圖像或者替換圖案或文本98。由于反射表面100相對于屏幕99的排列，形成了中心區(qū)域，其中，當(dāng)屏幕反射在 反射表面98中時(shí)，不會像屏幕接近其邊緣的其它部分一樣失真，或者完全 不會失真。當(dāng)觀看者101從位置A觀看圖像時(shí)，他們可以看到屏幕99上形 成的標(biāo)記等。當(dāng)反射了該圖像時(shí)，將在位置B產(chǎn)生包含此標(biāo)記的屏幕的外 觀反射部分，并且將稍有失真。這使得相對于上述組成基本域屏幕的規(guī)則 有了一些程度的自由，并且使得可在那里放置一些非對稱圖像，可以通過 反射重復(fù)這些圖像而不損害連續(xù)固體物體的整體幻像。圖126-130中示出 了這樣的例子。
由于反射表面100中反射的屏幕99的不同部分依賴于觀看者101相對 于裝置3的觀看開口 103的視點(diǎn)，則在進(jìn)一步實(shí)施例中，觀看邊界受限。 在一種實(shí)施例中，蓋子(未示出)包含蓋子相對于反射表面100的外部區(qū) 域周圍的不透明區(qū)域，使得定義了任何潛在觀看者的可視點(diǎn)，以保持上述 效果?；蛘?，可以通過適當(dāng)?shù)亩ㄎ弧⑿D(zhuǎn)以及縮放特定空間中的光學(xué)器件 來限制觀看角。
可以使用屏幕的這樣一部分書寫某些文本，顯示品牌名稱以及標(biāo)記， 或者放置任何圖像，而不會損害三維萬花筒圖像的最終幻像的整體穩(wěn)定性。
本裝置以及在屏幕上生成將要生成的源圖像的方法，尤其是通過表觀 多面體物體的生成的方法的進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)在于，所投影的圖像不是簡單的源 圖像沿著水平和垂直排列的反射，而是以多個角度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和反射，從而 生成更好的萬花筒效果，其中，各個反射和旋轉(zhuǎn)相對于相鄰的物體具有不 同的排列，從而更難認(rèn)出它們僅僅是中央屏幕的復(fù)制和反射，由此改善了 所得到的表觀3D圖像上的連續(xù)、無縫的表面圖案，而不僅僅是相同圖像的 一系列的垂直和水平堆砌。
現(xiàn)在將參考圖66到125描述根據(jù)本實(shí)施例的在裝置上產(chǎn)生用于投影的 源圖像的方法，該方法可最小化屏幕上形成的圖像和反射表面中的反射圖 像之間的結(jié)合點(diǎn)的景觀。
在離散基本域是經(jīng)過變換或旋轉(zhuǎn)以形成源圖像一部分的離散基本域的 位置處，以及在形成源圖像一部分的離散基本域沿著屏幕邊緣排列的位置 處，當(dāng)反射表面投影到其上并且進(jìn)行反射時(shí)，由于結(jié)合點(diǎn)可見，所以它們 的相遇位置是很清楚的。因此，希望有裝置能合并或組合這樣的經(jīng)過旋轉(zhuǎn)和反射的圖像，從而遮蓋可見的結(jié)合點(diǎn)，使得所產(chǎn)生的虛擬圖像看上去連
續(xù)而沒有任何結(jié)合線。圖66到68示出了由裝置產(chǎn)生的虛擬球體的例子， 其中，清楚示出了相鄰基本域之間的結(jié)合點(diǎn)。圖69中示出了與圖66到68 所示的虛擬球體相關(guān)的源圖像106。
當(dāng)線條彎角或者基本域邊界處的任何形狀中出現(xiàn)突然的改變時(shí)，這樣 的結(jié)合點(diǎn)很明顯。這導(dǎo)致形狀出現(xiàn)不連續(xù)，清楚揭示出對稱反射平面的位 置。
本方法提供了一種裝置，其將形狀與其相鄰的鏡像相鄰者平滑混合， 以生成圖像，當(dāng)該圖像以非垂直的或者相切的角度與反射表面或基本域界 限相交時(shí)，該圖像具有連續(xù)的或漸變的變化形式。
現(xiàn)在將描述將形狀與其鄰近的鏡像相鄰者平滑混合的方法的操作。該 實(shí)施例涉及在上述裝置中產(chǎn)生球體幻像的方法，當(dāng)然，可以理解，可以相 對于具有二十面體群對稱的任何其它形狀執(zhí)行此方法。圖70到72示出在 球體lll表面和映射在其上以示出莫比烏斯角度(Moebius angle)的二十 面體群對稱的對稱平面上轉(zhuǎn)印的圖像110，它們各自代表以上討論的離散基 本域112。
圖73示出從多面體中心投影到虛擬球體內(nèi)部表面上的二十面體群的闡 釋，從而以直線示出基本域的輪廓，圖74中示出了單個的基本域113。
通過對分表示基本域113的三角形的各個頂角確定單個基本域的投影 中心114。這定義了到各邊具有相等垂直距離的點(diǎn)。然后，形成了表示外部 邊緣的放大三角形115，使得利用該垂直距離將放大的三角形115的邊116、 117、 118與表示基本域113的三角形的邊119、 120、 121隔離開。圖75示 出了放大三角形115相對于表示基本域113的三角形的闡釋。由于放大三 角形115的邊116、 117、 118平行于表示基本域113的三角形的邊119、 120、 121，所以由于圖73所示的投影，它們顯示出曲線形。盡管本實(shí)施例中利 用投影中心114定義垂直距離，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，本發(fā)明不 限于此，投影中心代表最大距離，并且可以定義內(nèi)部邊緣123、 124、 125， 它們關(guān)于表示基本域113的三角形的邊119、 120、 121與放大三角形115 的邊116、 117、 118對稱。因此，內(nèi)部邊緣到三角形邊的邊的垂直距離可 以由此從幾乎接觸表示基本域的三角形的邊119、 120、 121到投影中心114(參考圖78)的范圍。
然后，將所提出的圖像122 (圖76中示出了這樣的圖像的例子)映射 到放大三角形或外部邊緣115以及表示其上定義的基本域113的三角形上 (參考圖77)。然后，利用邊123、 124、 125形成內(nèi)部邊緣，這些邊關(guān)于 表示基本域113的三角形的邊119、 120、 121與放大三角形115的邊116、 117、 118對稱(參考圖78)。然后，圖像122的透明度在用邊123、 124、 125表示的內(nèi)部邊緣和用放大三角形115表示的外部邊緣之間發(fā)生漸變，如 圖79到81所示。圖像122的透明度從內(nèi)部邊緣處的完全不透明漸變至外 部邊緣處的完全透明，如圖82和83所示。
利用函數(shù)確定透明度的漸變，當(dāng)利用其它梯度進(jìn)行組合時(shí)，在基本域 中滿足限制的任意邊處，角度不會失真。
如下計(jì)算任意給定點(diǎn)或者各個獨(dú)立條帶處的圖像的透明度
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其中，'A'是透明度，'cT是從圖像中心或各個內(nèi)部邊緣向外的距 離，其范圍在中心或內(nèi)部邊緣表現(xiàn)為0度，在內(nèi)部三角形邊界或基本域邊 緣表現(xiàn)為90度，在外部三角形邊界表現(xiàn)為180度。這在圖84中示出，其 中，示出了以上公式中的圖表126，并且用白色闡釋透明度127中不透明部 分，用黑色闡釋透明的部分。進(jìn)一步，將M'定義為垂直于內(nèi)部邊緣。
參考圖82，與漸變的圖像一起示出了表示基本域113的三角形。這表 示圖85示出的主要基本域128。然后，變換并旋轉(zhuǎn)漸變的圖像，以定義與 主要基本域128相鄰的次要基本域129到141，如圖85到98所示。這樣， 由相對于主要基本域128延伸的次要基本域129到141的擴(kuò)張三角形包圍 的圖像部分129a到141a表示由主要基本域128的圖像形成的層上疊加的 層，如圖99和100所示。
然后，由次要基本域129到141的擴(kuò)張三角形包圍的圖像部分129a到 141a所表示的層隨后與主要基本域128的層組合，從而各個層對基本域128 內(nèi)部形成的最終圖像的貢獻(xiàn)均等。
將各個點(diǎn)的透明度調(diào)整為顯示源圖像部分，其中，所有層對于維持新 的對稱貢獻(xiàn)均等，但是，與它們在各個特定點(diǎn)位置定義的特定透明度值成比例。這依賴于合成模式，并且，在一種實(shí)施例中，使用了 alpha混合合
成模式。此處，從當(dāng)前的透明度級別、相同點(diǎn)的前一層的顏色，以及所有的層的個數(shù)計(jì)算各層中各點(diǎn)的透明度級別。
由于我們利用依賴于特定點(diǎn)的alpha來組合各層，甚至組合在某些點(diǎn)中沒有參與的各層，這需要利用alpha為各點(diǎn)制造一些東西，以將它們作為"正常"混合示出。這種混合中，所有層都為各個最終源圖像點(diǎn)的亮度做出貢獻(xiàn)。
例如，為了將這些層等量分配在最終圖像中，在某點(diǎn)處，唯一的層是由主要基本域128形成的層，并且，這是唯一做出貢獻(xiàn)的部分。然而，某點(diǎn)處如果有其它的層，則第一層是完全不透明的，第二層透明度是50%，從而，這兩層之間形成均勻的混合，得到均等的合成。進(jìn)一步，某點(diǎn)處如果有兩個其它的層，則第一層是完全不透明的，第二層透明度是50%，第三層透明度是33%，從而在這所有三層之間得到均等的合成。
以上利用alpha混合進(jìn)行層組合的方式確保了基本域內(nèi)部的各點(diǎn)顯出相同的亮度，這不依賴于此點(diǎn)處的層的個數(shù)。
圖101到114示出對由次要基本域129到141的擴(kuò)展三角形包圍的圖像部分129a到141a進(jìn)行alpha混合的效果。這些圖示出主要基本域上的各個次要基本域的最終alpha標(biāo)記，以給出最終成比例分布的結(jié)果。
參考圖115，示出了由上述方法生成的主要基本域128的最終圖像。然后，如圖116所示，反射并旋轉(zhuǎn)主要基本域128，以產(chǎn)生圖117所示的圖像，從而形成將要投射到屏幕3上的源圖像。圖118和120示出從不同圖像形成的基本域，圖119和121分別示出應(yīng)用上述方法的效果。在本發(fā)明實(shí)施例中，對于二十面體，源圖像可由三角形內(nèi)部的六個基本域組成，對于十二面體，源圖像可由五角形內(nèi)部的十個基本域組成。
圖122示出基于圖69所示源圖像的源圖像，其中，應(yīng)用上述方法對基本域之間的結(jié)合點(diǎn)進(jìn)行偽裝，參考圖123到125，當(dāng)將圖122所示的源圖像投影到裝置3上時(shí)，可以看出以上方法的效果。
附錄1中給出了上述方法的進(jìn)一步描述，附錄1附在說明書之后。
與美國專利4，475， 126 (Akins)中的問題相比較，本發(fā)明不止生成了表觀3D圖像，而且生成了獨(dú)特的、具體的多面體/球體3D圖像，使得所生成的整個幻像不只具有體積，還與物理真實(shí)的固有二十面體物體不可區(qū)分。在上述實(shí)施例中，面板的表面與屏幕垂直相交。這確保了可以形成連
續(xù)屏幕表面的幻像，而不出現(xiàn)任何失真。進(jìn)一步，所形成的連續(xù)線條在圖
像圖案中不存在斷裂。
盡管已經(jīng)示出并描述了本發(fā)明實(shí)施例，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以認(rèn)
識到，這些僅是優(yōu)選實(shí)施例，可以對這些實(shí)施例做出修改，并且，在隨后
的權(quán)利要求中定義的本發(fā)明范圍之內(nèi)，也可以包括其它實(shí)施例。附錄A:
關(guān)于隱藏結(jié)合點(diǎn)的處理
如果我們希望利用一些磚塊瓦片形狀鑲嵌球體，我們需要為磚塊瓦片定義網(wǎng)格。有很多選擇劃分的方法，有一種對于我們的需要特別有用的方法是定義我們的利用磚塊瓦片形成的劃分，它們的各邊附屬于球體的"大圓"。在世界地圖上，我們使用經(jīng)線和緯線坐標(biāo)系統(tǒng)，在此系統(tǒng)中，每條經(jīng)線將球踢體劃分成為相等的兩半，有時(shí)候稱為半球，但是只有一條緯線具有同樣的效果。球體上任何能將其球體劃分成相等兩半的圓周，就像赤道和經(jīng)線，都是大圓。(參照圖131)
對于"大圓"網(wǎng)格的興趣主要在于這樣的事實(shí)，當(dāng)從球體的中心投影，并且投影向量指向基本域右角的頂點(diǎn)時(shí)，映射的圖像將隨著球體旋轉(zhuǎn)或者并且彎曲，其還將與該基本域保持水平和豎直排列對齊。并且，當(dāng)從球體中心觀看時(shí)，所述圖像還將保持豎直和水平排列對齊，如一些所提供描繪的例子中呈現(xiàn)所提供的。這些對于放置諸如標(biāo)記、文本之類的圖像是特別
有意義的。[相關(guān)的圖像在"IsoPie"文件夾中]
現(xiàn)在進(jìn)行到基本域[f.d.]。對于此內(nèi)部有點(diǎn)的三角形，我們將該此點(diǎn)稱為中心點(diǎn)。發(fā)現(xiàn)此點(diǎn)的方法是利用大圓平分f.d.三角形內(nèi)部的各個頂點(diǎn)角。
(參照圖132)
此三角形是一個面，在本發(fā)明中，它是球面的，因此，角度不會很準(zhǔn)確。[相關(guān)的圖像在.zip壓縮文件的"wired"文件夾中]。
這樣就定義了使得從f. d.的各條邊垂直投影的三條線段等距離相遇的點(diǎn)。
利用此中心點(diǎn)和它到各條邊的距離，我們可以構(gòu)造"加倍三角形"；這是一個類似的、到中心點(diǎn)的距離加倍的相似三角形。由于定義外部三角形的圓源和定義內(nèi)部三角形的大圓之間的距離一直相同，外部三角形邊界不由大圓進(jìn)行定義。(參考圖133)
對于這種隱藏結(jié)合點(diǎn)的方法，從具有外部三角形尺寸的源圖像生成f.d.。在中心點(diǎn)處，不透明程度是100%;然后到內(nèi)部三角形的邊緣，不透
明程度是50%，直到外部三角形邊界上不透明程度降低到0%。(參考圖134)并且之后，利用[在另一個文檔中的]前述方法但使用根據(jù)具有內(nèi)部三角形尺寸[且由大圓定義]的f. d.生成源圖像[在另一個文檔中]。(參考圖135)
外部三角形與梯度透明度重疊。這個圖是部分圖示，僅畫了三個較大的三角形，且顏色僅用于標(biāo)識f.d.和各個外部三角形。橙色線條指示相鄰的f.d.外部三角形[鏡像的那個]。我想，如果把所有反射都畫出來，則會讓人混淆更難懂。
梯度必須是這樣的函數(shù)，當(dāng)它與其它梯度組合時(shí)，不會使f.d.中的任何線條與邊界相遇所成的角度失真。似乎這樣的函數(shù)僅有一個；在當(dāng)前實(shí)施例中，我們使用
A = _ 1 + cos(d)一2
A是透明度
d是在軸上的距離，并在被縮放為后，在中心處顯示為O。度；
在內(nèi)部三角形界限處為90。度，而在外部三角形界限處為180°度?，F(xiàn)在以回到當(dāng)前實(shí)施例的方式進(jìn)行如上處理的方式。我們選取fd，它的重疊邊在層內(nèi)相互重疊，并且利用alpha混合合成組合模式對此進(jìn)行合成組合，其中，alpha模式具有廣為人知的計(jì)算機(jī)圖形效果。(參考圖136)此圖像既不準(zhǔn)確也不完整。它是紅色的f.d.，其一部分與之前的圖表
相重疊。[此事項(xiàng)涉及.zip壓縮文件中的"Blend"文件夾中的圖像]。
在調(diào)整各層的透明度以顯示源圖像時(shí)仍然存在問題，其中，所有層都為保持新的對稱性做出同樣同等的貢獻(xiàn)。這依賴于合成模式。在當(dāng)前的實(shí)施例中，使用了 alpha混合合成模式，我們從當(dāng)前層顏色的透明度級別、相同點(diǎn)的先前層前一層的顏色，以及"所有的層的總個數(shù)"來計(jì)算各層中各點(diǎn)的透明度級別。
對于各層中的各點(diǎn)，都有透明度值A(chǔ)n和發(fā)光亮度L。(參考圖137)
每次光束L經(jīng)過一層時(shí)，其根據(jù)此點(diǎn)處的層透明度A。衰減減弱。A3 二 一13—n
A2 = —12—n-13
Al =_11_
n-12-L3
或者有更通用的公式Ai = li
n-S丄其中
Sn = 0 ;S] = li+l + Ji+2 + .... + ln
權(quán)利要求
1.一種用于生成三維萬花筒圖像的裝置，該裝置包括在其上生成圖像的屏幕，以及圍繞該屏幕的多個鏡面，其中所述屏幕基本上成形為具有二十面體群對稱的球體或多面體的表面的一部分，并且所述多個鏡面與通過所述多面體或球體的投影中心延伸并與所述屏幕的各條邊相交的平面對準(zhǔn)，從而使得在所述屏幕上生成的源圖像反射在所述鏡面上，以產(chǎn)生所述多面體或球體的表觀三維圖像。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述屏幕大體上是三 角形的，并且該裝置包括三個鏡面。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述屏幕大體上是五 邊形的，且該裝置包括五個鏡面。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中，所述多面體是二十面體，并且所述表觀圖像是二十面體的圖像。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中，所述多面體是十二面 體，并且所述表觀圖像是十二面體的圖像。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的裝置，其中，所述屏幕是曲面， 其作為球體表面的一部分，并且所述表觀圖像是球體。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的裝置，其中，所述多面體是二 重二方三十面體，并且，所述表觀圖像是二重二方三十面體的圖像。
8. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置，其中，所述屏幕是半透明 的，圖像通過后部投影單元投影在屏幕上，該后部投影單元位于與鏡面相 對的屏幕一側(cè)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述屏幕 包括LED陣列。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述屏幕 包括有機(jī)LED陣列。
11. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置，進(jìn)一步包括在屏幕遠(yuǎn)側(cè)的 相鄰鏡面之間相交的空白部分。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中，所述空白部分是非反射的。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中，所述空白部分是三角形的。
14. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置，其中，所述屏幕遠(yuǎn)側(cè)的鏡 面的末端定義該裝置的開口，從而使得所述屏幕和鏡面是可觀察的。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中，在所述裝置的開口上 安裝蓋子。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其中，所述蓋子是半透明的。
17. —種形成根據(jù)以上任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置的屏幕的方法，包 括如下步驟選擇生成圖像的多面體或球體，選擇表示基本域的多面體的 已定義部分，以及旋轉(zhuǎn)和反射所述已定義部分，來形成由其離散部分組成 的屏幕。
18. —種生成將在根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置上投影的源圖像的方法，該方法包括如下步驟選擇基礎(chǔ)圖像，將所述基礎(chǔ)圖像剪切 為表示基本域的已定義三角形，并且旋轉(zhuǎn)和反射所述剪切圖像以形成由離 散的剪切圖像組成的源圖像，其中，屏幕的邊定義了該源圖像的形狀。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17或18所述的方法，進(jìn)一步包括如下步 驟關(guān)于所述源圖像的投影中心形成圖像，所述源圖像不對應(yīng)于所述離散 的基本域，并且，選擇圖像的大小使得其在鏡面中不可見。
20. 根據(jù)權(quán)利要求17-19中任何一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括如下步驟在所述基礎(chǔ)圖像內(nèi)定義基本域，定義包圍該基本域的放大三 角形，從所述基本域的投影中心到所述放大三角形的邊界對所述基礎(chǔ)圖像 的透明度進(jìn)行漸變，其中，在所述基本域的投影中心，所述圖像是不透明 的，而所述放大三角形的邊界的圖像是透明的，旋轉(zhuǎn)并反射主要基本域來 產(chǎn)生相鄰的次級基本域，從而由該次級基本域定義的在所述放大三角形內(nèi) 部定義的圖像部分重疊于在所述主要基本域內(nèi)部定義的圖像部分之上，以 生成所述剪切的圖像。
21. —種生成三維萬花筒圖像的裝置，其包括用于在其上投影圖像 的屏幕，以及圍繞該屏幕的多個鏡面，其中所述屏幕基本上成形為正多面 體或球體的表面的一部分，并且所述多個鏡面與通過所述正多面體或球體 的投影中心延伸并與所述屏幕的各條邊相交的平面對準(zhǔn)，從而使得在所述 屏幕上投影的圖像反射在所述鏡面上，來生成所述正多面體或球體的表觀 三維圖像。
全文摘要
一種用于生成三維萬花筒圖像的裝置(3)，該裝置包括在其上投影圖像的屏幕(4)，以及圍繞該屏幕的多個鏡面(31、32、33)，其中該屏幕成形為具有二十面體群組對稱的球體或多面體的表面的一部分，并且多個鏡面與通過所述多面體或球體的投影中心延伸并與屏幕的各條邊相交的平面對準(zhǔn)，從而使得在屏幕上生成的圖像反射在鏡面上，以產(chǎn)生多面體或球體的表觀三維圖像。
文檔編號G02B27/22GK101688978SQ200880017720
公開日2010年3月31日 申請日期2008年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月9日
發(fā)明者費(fèi)利克斯·R·拉雷塔 申請人:費(fèi)利克斯·R·拉雷塔