專利名稱：對運動中的觀眾顯現(xiàn)動畫的靜態(tài)圖像的顯示設(shè)備的制作方法
對相關(guān)申請的交叉引用本申請要求享有2000年6月23日提交的美國專利申請60/214,039的優(yōu)先權(quán)。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種對相對于運動的觀眾顯現(xiàn)動畫的靜態(tài)圖像的顯示。更具體地說，本發(fā)明涉及相對于觀眾的視線可以是非平面和非垂直的靜態(tài)圖像的顯示。
顯示對運動中的觀眾顯現(xiàn)動畫的靜態(tài)圖像的顯示器是已知的。這種顯示器包括一系列漸進的圖像(即一個與下一個之間略有不同且漸進的相鄰圖像)。圖像分布在觀眾的運動方向(如沿鐵路)，使得連貫地看到圖像。當觀眾從這些圖像前移過時，圖像顯現(xiàn)動畫。其效果類似于翻頁書。在翻頁書的每一頁上有一幅略不同于之前和之后的圖像，當翻動書頁時，觀眾接收到動畫效果。
在公眾運輸系統(tǒng)中長期有一種趨勢就是發(fā)展站臺設(shè)施，給地鐵乘客提供栩栩如生的動態(tài)圖片。這些動態(tài)圖片的動畫由觀眾相對于站臺設(shè)施的運動產(chǎn)生，其中站臺設(shè)施固定在地鐵系統(tǒng)的隧道壁上。這些設(shè)施具有明顯的價值可以從車窗中看到運動圖片，否則將只看到漆黑一片?？赡苡杏玫膭討B(tài)圖片的主題可以是選自具有藝術(shù)價值、從運輸系統(tǒng)或廣告商處獲得信息的主題。
已知的每一種配置給觀眾/乘車者提供一系列漸變圖像或“幀”；使得一個接一個地看到連續(xù)的幀。眾所周知，如果以很快的速度簡單地給運動觀眾近距離地顯示一系列靜態(tài)圖像，則觀眾接收到的就將只是模糊一片。或者，以較遠的距離或較低的速度，則觀眾看到的是一系列沒有動畫效果的單個的圖像。為了達到運動圖像的效果，已知的配置采用了以極短的時間周期顯示每一幅圖像的方法。通過足夠短的顯示周期，觀眾和圖像之間的相對運動被有效地制止，并且可以忽略模糊。用于制止運動的方法是基于圖像的頻閃照明。這些方法要求觀眾和設(shè)施之間精確同步，以便每幅圖像在相對于觀眾同樣的位置處被照明，即使在觀眾高速運動時也是如此。
對頻閃裝置的要求是很多的對快速移動的觀眾必須極迅捷地閃光并因而相應(yīng)地明亮，以便有足夠的光線到達觀眾。這反過來需要極精確的定時閃光。這種精確要求觀眾部分非常一致的運動，很少或沒有速度變化。所有的這些要求導(dǎo)致機械和電器的高度復(fù)雜性，或是比現(xiàn)有的車輛運動更高的一致性。其它已知的配置通過提供關(guān)于觀眾車輛的某種發(fā)射應(yīng)答器和關(guān)于設(shè)施的接收器以確定觀眾的位置克服了對高瞬態(tài)精確度的要求。這些配置含有相當高的機械和電器復(fù)雜性以及成本。
前面所述的已知配置一般需要觀眾處于車輛中?？赡軙娂舆@種需要，因為車輛上要裝載用于計時、照明或發(fā)射信號的設(shè)備；或是因為需要維持高度均勻的速度；或是為了增大觀眾的速度。車輛的使用要求設(shè)計的高度復(fù)雜性，因為眾多的機械元件以及頻繁地與現(xiàn)有系統(tǒng)對接，要求對現(xiàn)有設(shè)備進行改進。運動的地鐵車輛安裝所處的惡劣環(huán)境可能限制能在任何需要此精確性的裝置中獲得的機械或電器精確性，或者可能頻繁需要對已達到高精確度的部件進行維護。
車輛的使用也產(chǎn)生限制。按最基本的程度說，它限制了在觀眾處于車上時的應(yīng)用范圍。具體地說，對車輛物理尺寸的考慮限制了頻閃裝置的適用性。設(shè)計必須考慮這些信息，如車輛的高度和寬度，車窗的大小和間隔，以及觀眾在車中的位置。例如，高速列車上車窗的緊密間隔要求頻閃放電最好是高頻和大量的，以便顯示對于列車的所有乘客都是可視的。環(huán)境的尺寸，如地鐵隧道中硬件設(shè)施可行的物理間隔以及被投影圖象的距離也對任何裝置的元件大小以及裝置各部件的質(zhì)量和耐用性產(chǎn)生限制。
雖然原理上只通過更密的間隔投影儀就可以使頻閃裝置為慢速移動的觀眾工作，但實際上很難。首先，緊密的間隔增大成本和復(fù)雜性。另外，一旦裝置以固定的投影儀-投影儀間距安裝，就強制觀眾必須是最小的速度。
現(xiàn)有的包括觀眾和裝置之間相對運動的顯示動畫圖象的方法是西洋鏡。西洋鏡是一種簡單的中空柱狀裝置，通過長條切口在柱體壁上的幾何分布和一系列位于主體內(nèi)部的漸進圖象在每個切口中產(chǎn)生一個動畫。當柱體繞軸旋轉(zhuǎn)時，可以通過長條切口(正在迅速地移動)看見動畫。
但是，西洋鏡以近乎其全比例地固定，因為它的界面必須是圓形。因為動畫需要最小的幀速率，并且?guī)俾室蕾囉谛D(zhuǎn)速度，所以利用西洋鏡只可以看見非常短的動畫。雖然在觀眾和設(shè)備之間有相對運動，但實際上觀眾不能繞西洋鏡良好地做圓周運動。因此，只有一種構(gòu)形對于西洋鏡是實用的即靜態(tài)的觀眾通過旋轉(zhuǎn)柱體觀看短的動畫。
出于形狀不能改變、動畫持續(xù)時間很短這些不足的原因以及必須旋轉(zhuǎn)這一事實，西洋鏡只仍然是一種玩具或新奇物，沒有實用性。但是，至少有一種已知的系統(tǒng)沿戶外鐵路軌道以可以稱作“線性西洋鏡”的布局顯示圖象，其中圖象安置在被提供有長條切口的墻壁上。戶外環(huán)境實質(zhì)上是不受限制的。
鑒于前述的原因，希望提供一種用在空間受限環(huán)境中的設(shè)備，對運動中的觀眾顯示呈現(xiàn)出動畫的圖象。
還希望提供一種用在空間受限環(huán)境中的設(shè)備，其中設(shè)備的側(cè)面輪廓可以在某種程度上更適合安裝在空間受限的環(huán)境中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用在空間受限環(huán)境中的設(shè)備，對運動中的觀眾顯示呈現(xiàn)出動畫的圖象。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種用在空間受限環(huán)境中的設(shè)備，其中設(shè)備的側(cè)面輪廓可以在某種程度上更適合安裝在空間受限的環(huán)境中。
根據(jù)本發(fā)明，提供的設(shè)備顯示靜態(tài)圖象。靜態(tài)圖象對觀眾形成一種動畫顯示，其中此觀眾基本上以已知的相對于圖象的速度沿平行于圖象的已知的線路移動。設(shè)備包括一個底板，底板具有沿線路方向的長度。圖象安置在底板的一個表面上。每個靜態(tài)圖象有一個實際的圖象寬度和圖象中心。圖象中心被幀-幀間距分開。長條切口板基本上平行于面對安置圖象的底板定位，并且與底板分開板-板間距。長條切口板安置在與線路間隔視距處。板-板間距和視距總的等于底板距離。長條切口板具有沿線路方向的長度，并有多個基本上垂直于長條切口板長度方向的長條切口。每個長條切口對應(yīng)于各自的一個圖象并有一個沿長條切口長度方向的寬度和一個長條切口中心。優(yōu)選相鄰長條切口的各個長條切口中心被幀-禎間距分開。
長條切口板和底板的側(cè)面輪廓(在與路線相同方向的橫截面或垂直切面上均可觀察)可以優(yōu)選如下1)彼此平行，平面，并且垂直(豎直)于觀眾的視線(如水平方向)；2)彼此平行，平面，并且不垂直(如，傾斜)于觀眾的視線；3)彼此平行，非平面(如，曲面)，并且不垂直于觀眾的視線；4)非平行，非平面，并且不垂直。
這些優(yōu)點使得設(shè)備可以構(gòu)造成其側(cè)邊輪廓可以更適合安裝在空間受限的環(huán)境中，如地鐵隧道。


通過下面聯(lián)系附圖的詳細描述，對本發(fā)明的上述目的和優(yōu)點將有更清晰的理解，其中在全篇中相同的部件采用相同的標號，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明設(shè)備的實施例透視圖；圖2是圖1所示設(shè)備的剖視圖；圖2A是圖1和2的設(shè)備的一種替代實施例的立體圖；圖3是圖1和圖2所示設(shè)備的幾何及光學(xué)平面圖；圖3A是本發(fā)明的一種彎曲的實施例的幾何形狀的示意平面圖；
圖4A、4B、4C(共同為“圖4”)為觀察者在三個不同的瞬間時刻處于三個不同位置時的單個圖象和長條切口板的平面圖；圖5A、5B、5C(共同為“圖5”)為觀察者在三個不同的瞬間時刻處于三個不同位置時的一對圖象和長條切口的平面圖；圖6是觀察者觀察到的單個圖象平面圖，表示拉伸效應(yīng)；圖6A是底板不平行于運動方向時表示拉伸效應(yīng)的平面圖；圖7是圖象為彎曲時本發(fā)明第二實施例的平面圖；圖8是圖象相對于底板傾斜時本發(fā)明第三實施例的平面圖；圖9是本發(fā)明的第四實施例，類似于圖8的實施例，但其中長條切口板包括一系列平行于圖象并相對于底板傾斜的區(qū)段；圖10是由本發(fā)明第五實施例的一對長條切口板/底板組合(雙面)的透視圖；圖11是圖10所示實施例的平面圖；圖12是具有圖7所示實施例中彎曲圖象的第六實施例，為與如圖10和11所示實施例相同的雙面；圖13是用在本發(fā)明第七實施例中的卷筒型圖象支架的透視圖；圖14是本發(fā)明第八實施例的透視圖；圖15是本發(fā)明第八實施例沿圖14中15-15線的截面圖；圖16是表示本發(fā)明多個模塊單元在地鐵隧道中安裝的簡化透視圖‘圖17是表示長條切口板和底板的本發(fā)明實施例的側(cè)視圖；圖18是圖17中安裝的本發(fā)明實施例的地鐵隧道截面圖；圖19是表示本發(fā)明另一實施例的地鐵隧道截面圖；圖20和21是表示長條切口板和底板輪廓的圖19中本發(fā)明實施例的側(cè)視圖；圖22是本發(fā)明另一實施例的地鐵隧道截面圖；圖23是表示長條切口板和底板的本發(fā)明另一實施例的側(cè)視圖；圖24是表示長條切口板和底板的本發(fā)明另一實施例的側(cè)視圖；圖25是表示根據(jù)本發(fā)明判斷選取的長條切口板和底板是否導(dǎo)致可接收到的動畫的過程流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明優(yōu)選制造一種簡單的設(shè)備，根據(jù)簡單的幾何光學(xué)原理操作，對相對于其運動的觀眾顯示動畫。本設(shè)備實際上只需要觀眾在一條基本上可預(yù)測的路徑中以基本上可預(yù)測的速度運動。有很多普通的例子滿足這個條件，包括但不限于地鐵列車上的乘客，人行道或便道上的行人，地面列車上的乘客，機動車中的乘客，電梯中的乘客等。在本文獻的后面部分，為了便于說明，主要參考一個特定的應(yīng)用---地鐵系統(tǒng)中的設(shè)施，地鐵列車中的乘客可以看到---但本發(fā)明不限于這些應(yīng)用。
本發(fā)明的優(yōu)點包括1.優(yōu)選地不需要觀眾在車輛中；2.優(yōu)選地不需要復(fù)雜的頻閃照明；3.優(yōu)選地不需要在設(shè)備和觀眾之間設(shè)置精確計時或定位的觸發(fā)器4.優(yōu)選地不需要移動部件；5.優(yōu)選地不需要快門；6.優(yōu)選地如果觀眾處于車輛中，不需要在觀眾或觀眾車輛上安裝特定的設(shè)備；7.優(yōu)選地不需要在本設(shè)備和觀眾之間傳遞有關(guān)觀眾的位置、速度或運動方向的信息；8.優(yōu)選地具備極深的視場；9.可以設(shè)計獨立于觀眾運動方向的操作；10.對于一系列緊密相隔的觀眾，獨立于它們的間隔或相對運動，優(yōu)選是有效的；11.優(yōu)選地不需要比簡單的長條切口板更精細的光學(xué)元件(雖然其它的光學(xué)元件也可以使用)。
12.優(yōu)選地車窗間隔與圖片間隔之間不相關(guān)；
13.優(yōu)選地具備在運動方向有效放大圖象的可能性；14.優(yōu)選地要求極低的最小觀眾速度，因為放大使得允許漸進圖象有非常密的間隔；15.優(yōu)選地不要求特定的幾何形狀，可以是圓形、線性或任何其它形狀；16.優(yōu)選地沒有最大速度。
優(yōu)選地本設(shè)備包括一系列間隔預(yù)定的規(guī)律間隙的漸進圖片(“圖象”或“幀”)，并且優(yōu)選在圖片和觀眾之間的光學(xué)配置將觀眾的視線局限在每個薄圖片帶。優(yōu)選這種光學(xué)配置是一種帶有一系列薄的透明長條切口板的不透明材料，長條切口的長度方向垂直于觀眾的運動方向。該系列圖片將統(tǒng)稱為“底板”，優(yōu)選的光學(xué)配置將統(tǒng)稱為“長條切口板”。
對于本發(fā)明不是必須的、但通常希望有一個照明源使得圖片比觀眾的環(huán)境要亮。照明可以是背照明圖片，或者可以放置在長條切口板和底板之間成為正面照明圖片，基本上不照明觀眾的環(huán)境。使用照明時應(yīng)優(yōu)選亮度恒定?？梢圆捎米匀还饣颦h(huán)境光。如果環(huán)境光充足，則可以無需任何照明源地操縱設(shè)備。
也不是必須的、但還是希望讓長條切口的觀眾一側(cè)較暗或是無反射或者二者都有，以便使可經(jīng)長條切口觀看的圖片與長條切口本身之間的對比度達到最大。但是，長條切口板不必是暗的或無反射的。例如，長條切口板的觀眾面可以有一個以長條切口放置在所需位置的常規(guī)廣告牌。此結(jié)構(gòu)在一些觀眾相對于本裝置和其它靜止物移動的地方特別有用。例如，可以是出現(xiàn)在一個地鐵站，快車不停地駛過，而乘客正在站臺上等一列慢車。運動的觀眾將優(yōu)選通過長條切口板正面常規(guī)廣告牌的感覺不到的模糊看到動畫。靜態(tài)的觀眾最好只看到常規(guī)的廣告牌。
下面將參考圖1-16對本發(fā)明進行描述。
根據(jù)本發(fā)明顯示設(shè)備10的優(yōu)選實施例的基本結(jié)構(gòu)如圖1和2所示。在本實施例中，設(shè)備10實質(zhì)上是一個由外殼20和蓋子21形成的矩形實體。設(shè)備10的正面和背面最好由長條切口板22和底板23形成，下面將做更詳細的說明。優(yōu)選長條切口板22和底板23裝配在為本目的而設(shè)置的外殼20內(nèi)的長切口24中。最好在外殼20和蓋子21之間插入發(fā)光幀25，并且最好圍住光源26以照亮底板23上的圖象或“幀”230，其中光源26包括兩個熒光管27。長條切口板22最好包括多個長條切口220，正如下面的詳細說明。為了保持異物不進入設(shè)備10，尤其如果本設(shè)備用在惡劣或骯臟的環(huán)境中，如地鐵隧道中，則優(yōu)選每個長條切口220由一個透光的、優(yōu)選透明蓋221(圖中只顯示了一個)覆蓋。或者，每個長條切口220可以由一個半圓柱形透鏡222(圖中只顯示了一個)覆蓋，這樣還提高了看到的圖象的分辨率。具體地說，如果透鏡的焦距近似等于長條切口板22和底板23之間的距離，則可以提高圖象的分辨率。分辨率的這種提高受特定時刻觀眾實際可看到的圖象的裂縫寬度變窄的影響?；蛘撸哥R的使用可以使得長條切口的寬度增大，但不降低分辨率。
在圖2A所示的另一實施例200中，外殼201類似于外殼20，除了它包括形成完全封閉結(jié)構(gòu)的透光壁、優(yōu)選為透明前壁202和后壁203。至少壁202和203中的一個(圖中為壁202)被鉸接到204，形成一個可以打開的維護門205，例如去代替底板23(改變上面的圖象230或更換燈泡27)。如圖2A所示，在背光單元206中設(shè)置燈泡27代替發(fā)光幀25，使底板23和圖象230必須是透光的。當然，實施例200可以與代替背光單元206的發(fā)光幀25一起使用。類似的，設(shè)備10可以配置一個代替發(fā)光幀25的背光單元206，在這種情況下底板23和圖象230將是透光的。
圖3是由沿基本上平行于設(shè)備10的軌道31以基本上恒定的速度Vw移動的觀眾觀察到的設(shè)備10的一部分平面圖。軌道31在圖中代表鐵路軌道，但可以是任何已知的路線，如高速公路、人行道或便道，道路上的觀眾基本上以恒定的速度運動。
下面的變量可以從圖3中定義Ds＝長條切口的寬度
Dff＝幀-幀距離Dbs＝底板-長條切口板距離Vw＝觀眾相對于設(shè)備的速度Dsb＝長條切口板的厚度Di＝單個圖象幀的實際寬度Dvs＝觀眾到長條切口板的距離下面將說明沒有標注的其它參數(shù)，包括B(亮度)、C(對比度)、Di’(單個圖象幀的視在或感受寬度)。
另一種幾何形狀如圖3A所示，其中軌道31’是彎曲的，長條切口板22’和底板23’相應(yīng)地也是彎曲的，以致于三者基本上彼此“平行”。雖然在圖3A中未示出，但其它參數(shù)與圖3中的相同，除了依據(jù)于彎曲度，可以對圖象的拉伸或放大量做一些調(diào)節(jié)。
本發(fā)明與已知的設(shè)計成從運動車輛中觀察的設(shè)備最顯著的不同點之一在于不試圖抑制圖象的明顯運動。即在本裝置中，圖象相對于觀眾總處于運動中，并且觀眾總是可以一看到部分圖象。這與已知的移動觀眾的系統(tǒng)相反，在該系統(tǒng)中，頻閃閃光燈設(shè)計得盡可能短暫的密集，以便實現(xiàn)各個圖象幀明顯的運動中斷，盡管它實際上相對于觀眾在運動。
象所有的動畫一樣，本發(fā)明的設(shè)備依據(jù)于公知的視覺暫留效應(yīng)，由此當顯示一系列離散圖象時，觀眾接收到連續(xù)的移動圖象。本發(fā)明的操作采用兩個不同的但同時的視覺暫留表現(xiàn)形式。首先出現(xiàn)在重現(xiàn)全部相關(guān)圖象的眼睛中，當實際顯示掃過整個圖象的圖象小裂縫時，立刻完全地清晰可視。其次是翻頁書的通常效應(yīng)，由此將一系列漸進圖象接收成連續(xù)的動畫。
圖4表示視覺效應(yīng)的第一暫留。它及時地展示了觀眾30相對于一系列點(圖4A、4B、4C)處的某個圖象的位置。在圖4A、4B、4C每個附圖中，兩端箭頭40表示實際圖象的總寬度Di，距離41表示在給定時刻可以看到的部分圖象。此附圖表示30在一個短的時間周期內(nèi)看到的圖象的每部分。但是，在任何給定的瞬間，都只能看到寬度為41的圖象的薄裂縫。因為可以看到裂縫的時間周期非常短，并且因此在該時刻通過長條切口看到的圖象的運動非常小，所以觀眾甚至在非常高的速度下也能接收到非常少或是不模糊的圖象。對設(shè)備工作時的速度沒有上限---觀眾移動的越快，可以看到給定裂縫的時間就越短。即將導(dǎo)致模糊的效果---增大的觀眾速度---通過減輕模糊的效果---可以看到給定裂縫的周期。
在圖4中單純地展示了觀眾眼睛的運動。實際上，觀眾的注視固定在一個被靜態(tài)接收的顯示屏上，并且可以通過周圍的視覺看到整個幀，與常規(guī)的廣告牌一樣。
圖5表示第二視覺暫留效應(yīng)。它表示觀眾30在三個連續(xù)的點處觀看一個固定的方向。在圖5A中，第一圖象n的薄裂縫處于觀眾經(jīng)長條切口221注視的直線上。在圖5B中，觀眾的直線注視落在長條切口板22的阻擋部分。在長條切口板22的不透明部分處于觀眾直視線上期間，觀眾繼續(xù)接收正好經(jīng)長條切口222看到的圖象n的裂縫。在圖5C中，觀眾注視的直線落在長條切口222上，與長條切口221相鄰，并且觀眾30看到相鄰圖象n+1的裂縫。因為最好每個長條切口221、222基本上與各自的圖象對齊，所以在兩個分開的長條切口中可以以給定角度看到的裂縫最好基本上精確對應(yīng)。也就是說，在一個位置上，即從圖片左邊緣起三英寸，可以從圖片左邊緣起三英寸逐幀看到裂縫，并且沒有來自圖象任何其它部分的裂縫。通過這種方式，長條切口和圖象之間的對齊防止了觀眾看到的圖象由于快速運動所致的混亂和模糊。因為連續(xù)幀與常規(guī)動畫中的連續(xù)幀略有不同，所以觀眾看到動畫。
在實際當中兩種視覺暫留效應(yīng)同時工作。在最小的閾值速度之上，觀眾30既看不到離散的圖象，也看不到離散的裂縫。
設(shè)備10非常有用的效應(yīng)是運動方向中圖象的外觀拉伸或加寬。圖6表示解釋此拉伸效應(yīng)的幾何考慮。標號“位置1”和“位置2”是給定幀230的兩個位置，可以看到幀230的相反邊緣。因為幀230和長條切口220的位置彼此固定，所以它們精確地確定觀眾30必須觀看、以便長條切口220與圖象230的邊緣對齊的角度。
在位置1，圖象230的左邊緣與長條切口220及觀眾的眼睛對齊。在位置2，圖象230的右邊緣與長條切口220及觀眾的眼睛對齊。事實上，兩個位置出現(xiàn)在不同的時間，但如上所述，觀眾30觀察不到這些，只可以觀察到一個完整的圖象。
如果x是長條切口220的兩個位置之間的中點到位置1或位置2其中一個的距離，則可以看到的圖象Di’的寬度是2x。類似于三角形，Dvs/x＝(Dvs+Dbs)/(x+Di/2)x(Dvs+Dbs)＝(x+Di/2)Dvs2x＝(Dvs/Dbs)DiDi’＝(Dvs/Dbs)Di(1)因此，觀察到的圖象Di’的寬度比實際的圖象寬度大一個比例因子，該比例因子為觀眾到長條切口的距離與長條切口到底板的距離之比。
圖6A表示底板23’基本上不平行于觀眾的線路時的放大效應(yīng)。對于底板的形狀，通過限定一個公式f(x)來找出放大率，其中x是沿觀眾線路的距離---即底板與觀眾線路限定的軸之間的距離---圍繞每個長條切口(例如，圖7表示一個底板71，在底板71上每個圖象730圍繞其各自的長條切口220形成一個半圓)。為了方便，可以沿觀眾運動的方向定義一個x軸，沿垂直于x軸的方向定義一個y軸，并且將觀眾30的位置選為原點。
為了找到放大率，判斷底板23’上的任意圖片元件230’將如何對觀眾30出現(xiàn)在投影的平面底板23”上。在圖6A中，展示了長條切口板22和投影的底板23”之間真正底板23’的一個片段。底板23’的長度PR限定了一個圖片元件230’。此片段230’將呈現(xiàn)給觀眾30，如同所述的出現(xiàn)在投影平面底板23”上一樣。
為了便于說明，所示的底板23’的片段是一個直線節(jié)段，但此直線性不是要求的。另外，底板形狀不必由公式y(tǒng)＝f(x)描述。實際上可以有多種方式近似底板的真正形狀---例如，通過將底板處理成一系列無限小的單元，每個單元可以近似為一個線段。
在位置A的觀眾30看到圖片組件230’的左邊緣P。因為圖片組件230’和長條切口220的位置彼此相對固定，所以它們精確地確定觀眾30必須觀望的角度，以便長條切口220與組件230’的右邊緣對齊。因此，當裝置相對于觀眾30移到一個該處平行于QR的線段穿過A的位置時，將可以看到此圖片組件230’的右邊緣。
圖片組件230’左邊緣將出現(xiàn)在投影底板23”的位置B上，距離y軸Δx。圖片組件230’的右邊緣將出現(xiàn)在投影底板23”的位置C上。圖像Di’的外形寬度為間距BD。
點P是底版23’與線段A至B的交點。
點Q是長條切口板22與線段A至B的交點。
點R是底板23’與線段Q至R的交點。
距離Di是從P到R的距離。
點P的坐標(Px，Py)是y＝f(x)的解(x，y)，并且y＝(Dvb/(x)x (A)y＝(Dvb/Δx)x此處，后一方程是線段A至B的表達式。
點Q的坐標(Qx，Qy)是y＝(Dvb/Δx)x的解(x，y)，并且y＝Dbs(B)點R的坐標(Rx，Ry)是y＝f(x)的解(x，y)，并且y-Qy=((Δx+Di’)/Dvb)(x-Qx) (C)最后，圖片組件230’應(yīng)該有Di的大小，以便其拉伸的大小Di’由下式給出Di＝((Rx-Px)2+(Ry-Py)2)0.5(D)此處，就設(shè)備的尺寸和Δx，可以找到右邊的變量。
以上的推導(dǎo)證實了一種確定拉伸效應(yīng)的方法，以便對平行或非平行的圖像預(yù)收縮。對于任一種結(jié)構(gòu)都成立的有用的經(jīng)驗方法來源于這一事實，即角度BAC等于角度BQR---觀眾看到的投影圖象的角度大小與長條切口220位置處的實際圖像的角度大小。
為了預(yù)收縮一個圖像，可以把圖像分成很多組件，在Δx＝0處開始，并且在增大Δx的同時沿任一方向順次移動。然后可以預(yù)收縮每個組件并放置在底板上的適當位置處。
在觀眾的線路彎曲的情況下，如圖3A中的幾何形狀，長條切口板或底板都必須是直線。通過確定長條切口的路徑相對于觀眾的函數(shù)g(x)、并用y＝g(x)代替(B)，可以對非平行的底板采用類似的推導(dǎo)。
實際上，在圖像被安置到底板上之前可以在運動方向上收縮圖像，以便當投影圖像時圖像拉伸到適當?shù)谋壤沟媚軌蛟谝粋€相對較小的空間中呈現(xiàn)一個較大的圖像。底板上彎曲的或傾斜的表面可以用于增大該效應(yīng)。即，當非平面底板接近長條切口板時，放大顯著增加。但是，為了簡化，下面的討論假設(shè)是一個平面底板，除非是另有說明。
如下所示，當通過調(diào)節(jié)設(shè)備10的有關(guān)參數(shù)時，拉伸效應(yīng)可以非常有用。另外，看到的圖像大小Di’和觀眾間距Dvs之間是線性相關(guān)的一當觀眾遠離時，圖像變大。這在適當?shù)沫h(huán)境中是一種有利的效應(yīng)。
也有一些限制和副效應(yīng)。兩種視覺暫留效應(yīng)需要不必相等的最小速度。太慢的速度會導(dǎo)致只顯現(xiàn)分散的豎直線條、或閃爍或缺乏觀察到的動畫效果。實際上，只呈現(xiàn)分散的豎直線條是主要的限制?？赡苡杏玫睦煨?yīng)源自于可以在同一時間看到多幀的裂縫這一事實。即，如果看到的圖像是真實圖像的十倍之大，則可以在任何時間看到十個不同圖像的裂縫。因為每幀代表動畫中即時的不同點，所以可以同時看到多倍的圖像。如果需要的話，這種效應(yīng)例如可以用于隔行掃描圖像。類似地，可以顯示多個瞬間的單幀，其方式類似于用在商業(yè)廣告電影投影。或者，該效應(yīng)還可以導(dǎo)致觀眾30的收視混亂或模糊。實際上這種混亂是可以感覺到的，但可以通過較高的幀速率或較慢地改變動畫主題來減輕。
當可以通過對應(yīng)于相鄰幀230的長條切口220看見一幀的圖像230時，會出現(xiàn)另一種有用的效應(yīng)。在此情況下，觀眾可以看到多幅并排的動畫。如果需要，這些“二級”圖像可以用于圖形效應(yīng)?；蛘?，如果不需要，可以通過改變底板23的幾何形狀增大長條切口板的厚度Dsb或比例Dff/Di來消除這些圖像。下面說明所有的這些技術(shù)。
另一種可能有用的效應(yīng)源自于拉伸效應(yīng)歪曲圖像230比例這一事實。如果不需要，可以通過預(yù)收縮圖像230、使得拉伸效應(yīng)恢復(fù)真實比例來消除這種效應(yīng)。但是在不同的觀眾觀察不同的設(shè)備10、每個觀眾相距Dvs的情況下必須小心。在此情況下，只在一個Dvs處出現(xiàn)精確還原到完好的尺寸。在另一個Dvs處，還原不精確。但實際上，對于很多有用的參數(shù)范圍，不適當?shù)谋壤苌倩驔]有負效應(yīng)。
一般地，由環(huán)境強加四個參數(shù)---Vw，Dbs，Dvs和Di’。Vw是觀眾的速度，通常例如由車輛的速度強加，典型的是觀眾的步行速度，或移動的行人速度、電梯速度等。Dbs是底板-長條切口板間距，一般由火車和隧道壁之間的間距或是人行道的間距限定。Dvs是觀眾與長條切口板的間距，例如由地鐵列車的寬度或人行道的寬度限定。最后，Di’是看到的圖像寬度，應(yīng)該不大于觀眾30在給定瞬間看到的面積---例如車窗的寬度。
另外，一般的強加是對于連續(xù)接收動畫效應(yīng)的良好的最小幀速率---也即，大約每秒15-20幀。幀速率、幀-幀間距以及觀眾的速度關(guān)系為幀速率＝Vw/Dff(2)因為一般幀速率必須大于最小閾值，并且Vw一般由環(huán)境強制，所以這一關(guān)系設(shè)為最大Dff。
例如，對于大約每小時30邁(約每小時48公里)的火車運動，給定大約每秒20幀的幀速率，上述關(guān)系式確定Dff可以大約為2英尺(約67cm)。
或者，由圖像允許的最小Dff決定最小Vw，該Vw由Dff不能小于Di這一事實限制。拉伸效應(yīng)理論上允許Di不低于Di’的任意小，因為在原理上Dbs可以被任意地降低。但實際上，Dbs不能任意地降低，因為非常小的值將導(dǎo)致對于不同Dvs的觀眾30接收到非常不同的圖像寬度。即，太小的Dbs，火車相對面的觀眾將會看到顯著不同比例的圖像。而且導(dǎo)致較高放大率的小Dbs要求相應(yīng)的高圖像質(zhì)量或打印分辨率。
如果觀眾以不同的間距Dvs觀察設(shè)備10，則一般最近的觀眾(具有最小的Dvs)決定Dbs的限度。
因為圖像不能重疊，所以Di≤Dff(3)如果Di＝Dff，并且可以看到二級圖像，則二級圖像將臨近一級圖像，略微不同步。最終的表象將類似于多個電視彼此挨著設(shè)置，并且是在稍微不同的時刻開始它們的節(jié)目。這種效應(yīng)可以用于圖形的目的，或者如果不需要，參數(shù)總的三個變量可以將其消除。
首先，可以減小比例Di/Dff，有效地設(shè)置相鄰圖像的間距。這種變化將發(fā)送遠離初級的二級圖像。
其次，可以增大長條切口板的厚度Dsb，使得借助截至角度而模糊二級圖像。即，對于任何非零厚度的長條切口板22，將有一個這樣的角度，如果通過該角度觀看，將不能穿過長條切口看。當長條切口板22的厚度增大時，該角度變小，并且可以看到下列關(guān)系Dsb/Ds≤Dbs/(Di/2) (4)此關(guān)系式或者可以通過替換關(guān)系式1中的Di’寫成Dsb/Ds≤Dvs/(Di’/2)(5)這表明由所需的接收到的圖像寬度對強加的Dsb的限制。
在前敘段落中描述的相同效應(yīng)可以通過把光擋板32放置在長條切口板22和底板23之間而實現(xiàn)，由此阻擋通過相鄰圖像230的長條切口220看圖像230。
第三，可以改變底板的形狀，如圖7所示。在設(shè)備70中，底板71承載彎曲的圖像730，使得觀察不到二級圖像。底板形狀的改變將導(dǎo)致略微變化的拉伸效應(yīng)。如同前述，此拉伸效應(yīng)可以通過在運動方向上預(yù)收縮圖像而解除。
圖7所示的實施例具有的潛在的有用特性不僅是不顯現(xiàn)二級圖像，而且是任意寬度的一級圖像。此效應(yīng)涉及、但區(qū)別于上述的拉伸效應(yīng)，假設(shè)是平面的底板幾何形狀。最終觀察到圖像寬度受長條切口板的浙暈圖象的限制---可以通過求解關(guān)系式5中的Di’找到精確的關(guān)系。可以從圖7中看到，當觀察角變大時，觀察者通過圖像730上對應(yīng)于長條切口220的每個長條切口220繼續(xù)觀察。在零切口寬度的理想限度內(nèi)，觀眾向左觀望90度時可看到圖像最左邊的裂縫，并且在觀眾向右觀望90度時可看到最右邊的裂縫。在這些極限角之間可以連續(xù)地看到中間的裂縫。換言之，每個圖像被看作無限寬。(在圖7中，彎曲的圖像730不完全到達長條切口板22，以便展視非零寬度長條切口板的漸暈圖象所允許的最大視角。特別是，圖像730的曲線可以到達長條切口。)另一個關(guān)系是長條切口寬度必須隨著亮度相反地變化---即，Ds∝1/B。一般地，本裝置具有較高的分辨率，并且長條切口的寬度越小，越不模糊(類似于為什么針孔相機以很小的針孔卻有較高的分辨率)。因為較小的長條切口透射較少的光，亮度必須隨著切口寬度的減小而增大，以便有相同總量的光到達觀眾30。
長條切口220的寬度相對于圖像的寬度決定觀眾30在運動方向接收到的模糊量。更具體地說，從觀眾30投影到底板23上的長條切口220的大小決定一種尺度，在該尺度上本發(fā)明裝置不能減輕模糊。因為在任意給定的時刻可以經(jīng)長條切口220看到的圖像的裂縫處于運動中，所以設(shè)置該長度，并且因此觀眾感覺模糊。如果希望有最高的分辨率，長條切口220相對于圖像寬度的大小因此應(yīng)該設(shè)置得象實際中的那樣小。在下面兩個實例的參數(shù)范圍內(nèi)，長條切口的寬度很可能處于0.03125英寸以下(約0.8mm以下)。
可以達到的亮度和分辨率以及它們的關(guān)系可以被量化。
首先定義下面的附加參數(shù)L環(huán)境＝觀眾的周圍環(huán)境亮度L裝置＝設(shè)備上底板的亮度c＝觀眾的位置處圖像和周圍環(huán)境的對比度Dvb＝Dvs+Dbs＝觀眾和底板之間的距離B環(huán)境＝觀眾位置處的周圍環(huán)境亮度
B裝置＝觀眾位置處的圖像亮度TF＝透射部分，或者光通過長條切口的部分R＝圖像的分辨率L裝置表示觀看設(shè)備投影的圖像時觀眾視場內(nèi)典型目標的亮度。此典型的目標應(yīng)該代表觀眾環(huán)境的一般亮度，并且應(yīng)該代表背景光水平的特征。例如，在地鐵或火車中，它可以是與車窗相鄰的車的墻壁，通過車窗可以看到本設(shè)備。
B環(huán)境是觀眾看到的目標的亮度，且B環(huán)境＝L環(huán)境/4πD環(huán)境2(6)此處，D環(huán)境是觀眾和周圍目標之間的距離。有時很難選擇特定的目標代表周圍環(huán)境。如上所述，在用于地鐵隧道的實施例中，環(huán)境目標可以是與車窗相鄰的地鐵車輛的墻壁，在這種情況下D環(huán)境是觀眾到墻壁的距離。為了易于計算，可以近似為Dvs，因為從車窗到設(shè)備的附加距離較小。
L裝置表示設(shè)備底板上圖像的亮度。因為總是通過長條切口板觀看底板，它有效地濾除從中通過的光，所以觀眾位置處的亮度B裝置為B裝置＝(L裝置/4πDvb2)×TF(7)TF---長條切口板的透射部分---是長條切口板透射光的長度與總長度之比，即TF＝Ds/Dff≤(Ds×Dvs)/(Di’×Dbs)(8)此處，當Dff＝Di時在第二線段處保持等式。
R，圖像分辨率，是圖像的大小與投影到底板上的長條切口的大小之比，R＝(Di×Dvs)/(Ds×Dbs)≈Di/Ds＝(Di’×Dbs)/(Ds×Dvs)(9)因為在長條切口寬度的尺度上圖像在運動方向趨于模糊，所以該量稱作分辨率。因為眼睛可以同時看到長條切口寬度內(nèi)包含的圖像的全面積，并且圖像在可視時移動，所以眼睛不能分辨比投影的長條切口寬度更細的圖像。因此，Ds有效地定義了運動方向上圖像的象素大小。換言之，例如如果長條切口的寬度是圖像寬度的十分之一，則該圖像在運動方向上有效地具有十個象素。實際上，眼睛對圖像的分辨率略好于R，但R確定尺寸。
為了有意義地投影一個不模糊的圖像，最好R大于10，但這可能有賴于被投影的圖像。還應(yīng)該注意，當Di＝Dff時，R＝1/TF，使得分辨率的增大將減少透射的光。
c是觀眾位置處設(shè)備圖像和周圍環(huán)境之間的對比度。為了在觀眾的環(huán)境中可以看到圖像，設(shè)備的亮度必須在最小亮度以上B裝置≥B環(huán)境×c(10)為了完全看清該裝置，c定義有賴于人眼特性的最小裝置亮度如果裝置的圖像相對于其環(huán)境太暗，將看不見。裝置的亮度可以總是比c定義的最小亮度亮。實際上來說，c應(yīng)該至少約為0.1。對于很多應(yīng)用，如商業(yè)廣告，可能希望c大于1。
下面的參數(shù)包括一組最小的參數(shù)(可以稱作“獨立”參數(shù))，全面描述了本發(fā)明的設(shè)備---Dvs，Dbs，Vw，L環(huán)境，D環(huán)境，c，L裝置，Di，Ds和Dff。其它可以定義為“從屬參數(shù)”的參數(shù)是Di’＝Di×Dvs/DbsDvb＝Dvs+DbsR＝Di/DsFR＝Vw/DffTF＝Ds/DffB環(huán)境＝L環(huán)境/4πD環(huán)境2B裝置＝(L裝置/4πDvb2)×TF在獨立參數(shù)中，頭五個參數(shù)基本上由安裝設(shè)備的環(huán)境決定。在地鐵系統(tǒng)中，例如，這五個參數(shù)由人行道或回廊的尺寸、步行速度和環(huán)境照明狀態(tài)決定。
c和從屬參數(shù)R和FR由人體接收的特點決定，并且設(shè)備的圖象是有意義的，不會因模糊而過渡衰減。Di’既受環(huán)境(例如地鐵窗口的寬度)的限制也受設(shè)備(如出于美學(xué)的考慮)要顯示的圖象的要求或二者限制。其余的從屬參數(shù)由獨立參數(shù)決定。
當這些參數(shù)基本上不受限制時，對其余的四個獨立參數(shù)可允許有更大的允許誤差，并且不需要提出下面的特定關(guān)系。例如當Dvs很大程度地不受限制時，這種寬松的條件發(fā)生在平靜的環(huán)境中戶外行駛的地面列車。有時基本上不受限制的參數(shù)導(dǎo)致設(shè)備根本不能使用的環(huán)境，如周圍環(huán)境光水平變化很大和隨機，或者觀眾的速度完全未知。
將其余獨立參數(shù)的限制表達為下列一組不等式最為合適，并且有如下推導(dǎo)合并關(guān)系式6、7和10提供最小的長條切口寬度，Ds≥cx(B環(huán)境/B裝置)(Dbs×Di’)/Dvs≥cx(L環(huán)境/L裝置)(Dvb2/D環(huán)境2)(Dbs×Di’)/Dvs(11)求解關(guān)系式9中的Ds，得出Ds≤(Di’×Dbs)/(R×Dvs)(12)結(jié)合關(guān)系式11和12，從上方和下方限定了長條切口的寬度c×(L環(huán)境/L裝置)(Dvb2/D環(huán)境2)(Dbs×Di’)/Dvs≤Ds≤(Dbs×Di’)/(R×Dvs) (13)在此關(guān)系式中，L環(huán)境以及所有除長條切口寬度以外的距離基本上都受環(huán)境的限制，并且R和c受人體視覺接收特點的限制。如上所述，為了便于計算，可以用Dvs近似D環(huán)境；還注意到(Dbs×Di’)/Dvs＝Di。關(guān)系式中最左和最右端之間的不等式迫使設(shè)備具有最小的亮度L裝置。即，如果設(shè)備的亮度低于最小閾值，則設(shè)備的圖象將因太暗而在觀眾環(huán)境的亮度下看不見。
一旦設(shè)備的亮度充足，關(guān)系式中Ds與最左和最右端之間的不等式確定允許的長條切口寬度范圍。較小的長條切口寬度給出較高的分辨率和較小的亮度，較大的長條切口寬度犧牲分辨率而給予亮度。設(shè)備的較高亮度延伸到允許的長條切口寬度范圍的下端。
關(guān)于幀-幀間隔的另一種類似關(guān)系也可從上式推出。關(guān)系式3可以寫成Dff≥Di≥(Dbs×Di’)/Dvs(14)關(guān)系式2，幀速率＝Vw/Dff，可以改寫成
Dff≤Vw/FR(15)此處FR表示幀速率，并且等式變?yōu)椴坏仁?，反映出FR是動畫效應(yīng)所需的最小幀速率。
合并關(guān)系式14和15，給出(Di’×Dbs)/Dvs≤Dff≤Vw/FR(16)Vw和所有的除長條切口寬度以外的距離基本上都受環(huán)境的限制，并且FR受人體的視覺接收特點限制。因此該關(guān)系式限定了Dff的允許范圍。對可以應(yīng)用本發(fā)明的環(huán)境也提出了一個條件---即，如果在關(guān)系式的最左和最右端之間的不等式不成立，則本發(fā)明將沒有用。
選擇較低的Dff使二級幀接近一級禎，同時提高幀速率。減小Dff也增大了透射部分，但不降低分辨率。選擇較高的Dff將以減小的幀速率為代價移開圖象。
雖然從原理上說，如果環(huán)境光充足，如戶外，設(shè)備10不要求包括用于其工作的光源(蓋子21或底板23將是透光的)，實際上使用非常薄的長條切口不會強加這種要求。即，當在低環(huán)境光并希望有適中的分辨率下操作時，可以優(yōu)選明亮的內(nèi)部照明?！皟?nèi)部”一詞表示底板23和長條切口板22之間的設(shè)備體積，與“外部相對應(yīng)，“外部”可以任何別的地方。內(nèi)部包含可以看到的圖象230，但也可以是空的或包含支撐結(jié)構(gòu)，照明源，光擋板等，如參考圖1、2和2A所述。
另外，本照明優(yōu)選不應(yīng)照亮裝置的外部，或者照明觀眾的環(huán)境，或直接到達觀眾，因為較暗的外部和較亮的內(nèi)部之間較大的對比度改善最后圖象的外觀。這種照明要求沒有頻閃裝置那樣麻煩---在地鐵隧道環(huán)境中，這種照明不需要比普通住宅/商業(yè)型照明可達到的亮度更亮，如熒光管。優(yōu)選照明是恒定的，以便不至于提高計時的復(fù)雜性。優(yōu)選設(shè)備10的內(nèi)部盡可能地與外部地鐵隧道環(huán)境隔絕而密封，如果需要，同時優(yōu)選允許從光源散熱。封閉也可以用于通過反射否則將不通向可以看到的圖象230的光而助于內(nèi)部照明。
下面兩個實例將詳細描述如何內(nèi)插不同的參數(shù)。
例1
第一實例表示隨著Vw的增大，所有的限制條件如何趨于寬松。例如，在典型的地鐵系統(tǒng)中，可以強加下面的參數(shù)Vw≈30英里/小時 (火車速度)Dbs≈6英寸 (火車和墻壁之間的間隔)Dvs≈6英尺 (火車的半寬度，用于描述觀眾30在車內(nèi)的平均位置)Di’≈3英尺(車窗的寬度)通過關(guān)系式(3)和(1)，Dff≥Di≥(Di’×Dbs)/Dvs≥(3英尺×0.5英尺)/6英尺≥0.25英尺(17)如果圖象相鄰，使得Dff＝Di，則可得到最大幀速率。然后，通過關(guān)系式(2)，幀速率＝30 英里/小時/0.25ft＝176幀/秒。(18)可以以此速率大幅調(diào)節(jié)參數(shù)，同時仍保持高質(zhì)量的動畫。如果需要，這種幀速率還可以高到足以支持圖象的隔行掃描(見上)，盡管隔行掃描導(dǎo)致的有效幀速率降低。
例2第二實例表明接近最小幀速率時限制條件如何緊縮。為了找到最低的實際Vw，假設(shè)下列參數(shù)幀速率≈20幀/秒Dbs≈6英寸Dvs≈6英尺Di’≈2英尺通過關(guān)系式(1)，Di＝(Dbs×Di’)/Dvs＝(0.5英尺×2英尺)/6英尺＝2英寸對于相鄰的圖象，Dff＝Di，并且
Vw＝Dff×幀速率＝2英寸×20幀/秒＝40英寸/秒這是近似的步行速度。
最后的結(jié)果暗含---本裝置可以為步行交通連續(xù)地顯示優(yōu)質(zhì)動畫---明顯地提高了本裝置相對于基于頻閃的配置的潛在應(yīng)用性。
下面的另一實施例出于本發(fā)明的實質(zhì)和范圍內(nèi)。
圖8表示改變動畫的最佳視角的實施例80。在設(shè)備80中，底板83以銳角傾向底板83的圖象830，視角從直角變?yōu)殇J角。這種改變允許行人更自然地觀看，例如不需要行人的頭轉(zhuǎn)離運動的方向。本實施例還可以消除二級圖象。
圖9表示類似于設(shè)備80的另一實施例90，但長條切口板92還轉(zhuǎn)變了角度。這種改進又為行人提供了更自然的觀察位置。非對稱的三角形設(shè)計允許從左向右移動的觀眾自然的觀察。長條切口板的平面可以更形似例如一系列等腰三角形的對稱設(shè)計(未示出)能夠適應(yīng)在兩個方向上移動的觀眾。
圖10表示一種利用一個長條切口板101作為不同的長條切口板102底板、同時利用長條切口板102作為原始長條切口板101的底板的技術(shù)。此結(jié)構(gòu)允許在一個的空間中背對背地安裝兩套裝置。本設(shè)備100可以通過將一組長條切口偏置另一組長條切口Di/2的尺寸或部分Di而得到改進。
圖11表示設(shè)備100的簡單的平面圖。長條切口板101的長條切口220處于相對長條切口板102的長條切口220的中心，充當前一個長條切口板的底板。即，一個長條切口板的長條切口220之間是可以通過另一個長條切口板看到的圖象230，并且反之亦然。因為長條切口非常細，所以它們在底板上的出現(xiàn)產(chǎn)生可以忽略的干擾。
圖12表示類似于設(shè)備100的另一實施例120，但有一組面對相對的長條切口板/底板101、102的長條切口的彎曲圖象1230(如圖7所示)。因而設(shè)備120具有設(shè)備70和設(shè)備100兩者的特點和優(yōu)點。
圖13表示可以放置在底板位置的滾筒型圖象顯示機構(gòu)130。滾筒可以包含多組能通過從一組圖象向另一組圖象簡單卷滾而改變的圖象。這種機構(gòu)允許圖象的改變被大大地簡化。為了從一個動畫變到另一個動畫，代替手動改變每一幅圖象，可以將此滾筒卷到不同的圖象組。這種改變可以手動或自動地進行，例如通過定時器。通過結(jié)合長條切口220，可以將機構(gòu)130用到設(shè)備100或設(shè)備120中。
圖14和15中展示了另一個實施例140。在設(shè)備140中，“底板”141及其圖象142被放置在觀眾30和一系列反射鏡143之間。優(yōu)選每個反射鏡143基本上與將可以用在前述實施例中的任何長條切口相同大小和取向。優(yōu)選反射鏡143安裝在面板144上代替長條切口板，但反射鏡143可以單獨安裝或安裝在任何其它合適的裝備上。設(shè)備140的操作原理基本上與前述實施例的相同。但因為“底板”141會因觀眾30而阻擋反射鏡143的視線，所以“底板”141可以位于觀眾30的視線之上。而且如圖14和15所示，“底板”141和“反射鏡板”144傾斜。但關(guān)于適當?shù)姆胖?，?41、144的傾斜不是必須的。如同長條切口板的情形，當其非反射鏡部分陰暗時“反射鏡板”144將最佳地工作，增大了圖象的對比度。
利用本發(fā)明的設(shè)備在地鐵系統(tǒng)中顯示的完整動畫可以是一個長度在一公里(或更長)的相當大的部分。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，這一動畫可以通過把承載動畫的圖象的底板分成較小的單元來實現(xiàn)，提供本發(fā)明的多個設(shè)備與合理的地鐵隧道結(jié)構(gòu)的局部設(shè)計相匹配。很多地鐵系統(tǒng)沿隧道的長度重復(fù)支撐結(jié)構(gòu)，這種模塊裝置可以以機械簡化的方式連結(jié)到隧道。
例如，紐約城市地鐵系統(tǒng)在其整個隧道網(wǎng)絡(luò)中多對軌道之間有規(guī)律間隔的支撐I束柱。本發(fā)明的設(shè)備安裝可以通過利用這些I束、它們的規(guī)律間隔以及它們在火車的路徑之外靠邊位置的確定性而被極大地簡化。但是，這一個例子不構(gòu)成把應(yīng)用僅限制到一個地鐵系統(tǒng)。
模塊化技術(shù)有很多其它的優(yōu)點。它通過利用地鐵隧道工程技術(shù)明確設(shè)計的結(jié)構(gòu)而具有便于構(gòu)造和維護的潛力。I束結(jié)構(gòu)堅固且確保不會侵占軌道空間。I束的恒定大小不斷地調(diào)節(jié)Dbs，減輕設(shè)計的顧慮。另外，就設(shè)備可以容易地連結(jié)到支撐結(jié)構(gòu)的外部而不鉆孔或可能破壞現(xiàn)有結(jié)構(gòu)而言，可降低成本和工程技術(shù)難度。
圖16是圖10和11所示的雙面設(shè)備可能的模塊化實例。如圖所示，把長度可以是半里或更長的兩塊長條切口板的整個長度結(jié)構(gòu)減小以構(gòu)成很多相同的長條切口板160，每個的長度約為相鄰I束柱161的間距(如約5英尺)。然后把每個長條切口板沿著上述設(shè)備的其它部分連結(jié)到一對現(xiàn)有的支撐I束。
圖17表示顯示設(shè)備1700的側(cè)面輪廓，它包括長條切口板1722和底板1723。長條切口板1722和底板1723彼此平行的平面并垂直于觀眾的視線1701。還顯示了觀眾-底板的間距Dvb、底板-長條切口板的間距Dbs。如上所述，Dvb和Dbs很好地定義了任何觀眾的水平視線，并且因此是放大系數(shù)。對于非平行的視線，Dvb和Dbs均增大1/cosθ(此處θ是從水平方向測起)，使得放大系數(shù)保持相同。這種相約允許顯示設(shè)備具有垂直長條切口板和垂直底板，以便在垂直方向上投影放大率恒定的圖象。
圖18表示顯示設(shè)備1700安裝在隧道壁每一側(cè)上的地鐵隧道1802。還顯示了通道1804和帶有窗戶的地鐵列車1806。通道1804是維護人員的出入窄道，典型的寬度只足夠一個人通過(通道1804不是地鐵乘客的地鐵站臺)。因為建設(shè)的地鐵通道容納地鐵列車并且不必需有顯示設(shè)備，所以地鐵隧道對于顯示設(shè)備的安裝具有非常有限的空間。因此，例如顯示設(shè)備1700對地鐵車輛1806或通道1804上的人都只留下了很小的空隙，如圖18所示。因此，空間侵入較小的顯示設(shè)備將提高通行火車1806和通道中維護人員的安全性。而且，這種設(shè)備將可以很容易地安裝和維護。
在此還提供了一種根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的傾斜的顯示設(shè)備1900的實施例。圖19中顯示了一種安裝在地鐵隧道1802中的顯示設(shè)備1900。長條切口板1922和底板1923傾向與隧道1802中的可利用空間很好的一致。因此顯示設(shè)備1900提供了增大的空隙，并且因而對于地鐵車輛1806和通道1804中的行人都更安全。
根據(jù)本發(fā)明，上述各種顯示設(shè)備參數(shù)的確定對于設(shè)備1900和顯示設(shè)備1700一樣的有利，顯示設(shè)備1700具有垂直于觀眾視線的長條切口板和底板。因為傾斜的顯示設(shè)備1900的放大效果在垂直方向是恒定的，所以只要長條切口板和底板傾斜相同的角度，測定都是相同的。換言之，關(guān)于視角，放大系數(shù)是恒定的。
參見圖20和21，此恒定的放大效果可以通過類似的三角形表示。注意，線段BD平行于線段CF，并且長度相等。因此，AEAD=CECF=CEBD........(19)]]>或AECE=ADBD........(20)]]>產(chǎn)生替代本發(fā)明的顯示設(shè)備參數(shù)Dvb′Dbs′=DvbDbs......(21)]]>因此，放大系數(shù)相對于視角θ恒定。注意，要獲得節(jié)省空間基本上相同的有益的顯示設(shè)備1900，可以通過簡單地向內(nèi)傾斜設(shè)備1700來安裝顯示設(shè)備1700。
圖22表示安裝在地鐵隧道1802中的本發(fā)明彎曲的顯示設(shè)備2200的實施例。長條切口板2222和底板2223彎向比顯示設(shè)備1900在隧道1802中的可用空間更好地相符的一邊。因此，本實施例提供比設(shè)備1900更大的空隙和安全性。
有利的是，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的顯示設(shè)備可以包括一些任意幾何形狀的長條切口板和底板，使得它們可以與可利用空間的寬度范圍一致。這種任意幾何形狀的例子如圖23和24所示。圖23表示根據(jù)本發(fā)明的非平面顯示設(shè)備2300的一個實施例。實施例2300包括非平面長條切口板2322和非平面底板2323，它們不垂直并具有相同的輪廓(即它們平行)。圖24表示本發(fā)明非平面顯示設(shè)備2400的另一個實施例。設(shè)備2400包括非平面長條切口板2422和非平面底板2423，它們不垂直且不具有相同的輪廓(即它們不平行)。長條切口板2322和底板2323以及長條切口板2422和底板2423都不垂直觀眾的視線2301和2401。注意，圖23和24中所示的長條切口板和底板只是示意性的，不限定本發(fā)明。
還應(yīng)注意，因為放大效應(yīng)，所以并不是所有的底板和長條切口板幾何形狀都產(chǎn)生可接收的動畫。理論上講，對不止一個觀眾位置(如，最佳位置)提供恒定放大的顯示設(shè)備可能只有幾種幾何形狀。在其它位置的觀眾將看到底板的放大率變大或變小的圖象，導(dǎo)致外觀彎曲的圖象一在某些位置上過度放大，在另一些位置上放大不足。但實際上，對于接近最佳觀看位置的觀看位置，彎曲量通常處于可接受的范圍內(nèi)。
現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)設(shè)計具有任意幾何形狀的長條切口板和底板的顯示設(shè)備的障礙是放大系數(shù)，它隨沿底板的位置而變化。放大系數(shù)依賴于觀眾的位置，它決定Dvb和Dbs。一旦選定由坐標(Xv，Yv)表示的觀眾位置，就可以找到底板上每個位置的放大系數(shù)。即，m是xv，yv，xb和yb的函數(shù)。優(yōu)選顯示設(shè)備的圖象可以從觀眾的位置范圍內(nèi)看到。
注意，下面假設(shè)顯示設(shè)備基本上平行于觀眾的運動方向(對于圖19-24是進入或離開紙面，或在z方向)。因而，觀眾的位置，或沿長條切口板或底板的位置認做橫截面或側(cè)平面中的位置(如在圖23和24中，x方向是水平方向，y方向的垂直方向)。
圖25是用于確定帶有任意幾何形狀的長條切口板和底板的顯示設(shè)備是否產(chǎn)生本發(fā)明可接受的動畫的過程2500流程圖。在2502，選擇長條切口板和底板的側(cè)面輪廓(如圖23和24所示)。優(yōu)選這些輪廓是沒有凸起和尖角的平滑面。優(yōu)選它們單調(diào)上升，這意味著任何穿過該輪廓的水平線至多不過與該輪廓有一個交點。如果該輪廓不滿足這些優(yōu)選條件，則對過程2500進行適當?shù)母男途褪潜仨毜模m然大部分過程將保持不便。
在2504，每個面板輪廓由一個可以近似的數(shù)學(xué)函數(shù)(如f底板(x，y)和f長條切口板(x，y))表示。
在2506，選擇一個最佳的觀眾位置(xv，opt，yv，opt)。此選擇應(yīng)該根據(jù)可利用的安裝空間和最可能的或平均的觀眾位置。例如，在地鐵隧道中，此位置可以是地鐵車輛中心處人的平均高度位置上。在人行道上，此位置可以道路中間處人的平均高度位置。
在2508，選擇最壞情況下觀眾的位置(xw，yw)，以便確定選取的輪廓是否對遠離最佳位置的觀眾產(chǎn)生可接收到的圖象。例如，對于地鐵隧道安裝的最壞情況的位置可以是最接近窗戶的座位。最壞情況下的位置可以是一個導(dǎo)致看到的圖象彎曲最嚴重的位置。一般地，最壞情況下的位置是最遠離(xv，opt，yv，opt)的位置，但不是必須的。
在2510，選擇最壞情況的放大率Δ或限度ML。限度ML代表從最佳位置觀察到的放大率和從最差位置觀察到的放大率之間最大的可接受差。例如，可以把±10％的ML設(shè)置為兩個放大率之間最大的可接受放大率差(即，最差位置放大率和最佳位置放大率之差應(yīng)不大于±10％)。ML的選擇可以是任意的，并且可以依賴于具體顯示設(shè)備的應(yīng)用中圖象彎曲的容限度。
最好把放大系數(shù)確定為沿底板高度的位置函數(shù)(即如上限定y方向)。假設(shè)優(yōu)選如上，底板上的位置認做yb，它可以從底板的底部yb，low變到底板的頂部yb，HT，并且對于每個yb，有唯一的xb。
最佳的觀眾視線fLOS(x，y)---即連結(jié)(xv，opt，yv，opt)和(xb，yb)的線段---在2512步唯一地確定。觀眾視線到達底板所要穿過的長條切口板(xs，ys)的點是兩個方程fLOS和f長條切口板的交點。
一旦觀眾-底板以及底板-長條切口板等間距已知，就可以把作為(xb，yb)函數(shù)的觀眾位置的放大率確定如下Dvb=(xb-xv,OPT)2+(yb-yv,OPT)2........(22)]]>Dbs=(xb-xs)2+(yb-ys)2........(23)]]>mOPT(xv，OPT，yv，OPT，xb，yb)＝Dvb/Dbs(24)因為xv，opt和yv，opt固定，并且通過yb確定xb，則就可以沒有混淆地將放大率定為mOPT(yb)。
在2514，要確定最差觀眾位置的放大系數(shù)mW，繼續(xù)進行相同的程序。
在2516，比較mOPT(yb)和mW(yb)。如果兩個放大率之差小于或等于ML，計算如下|mOPT(yb)-mw(yb)mOPT(yb)|≤ML........(25)]]>
選定的長條切口板和底板的輪廓將產(chǎn)生可接受的觀察圖象。然后過程進行到2518，在該步圖象按mOPT(yb)預(yù)收縮。
如果兩個放大率之差大于ML，則表明觀察到的圖象不能接受，過程返回到2502，在該過程以新選定的長條切口板和底板的輪廓重復(fù)。
注意，過程2500也可以用于設(shè)計具有彎曲的長條切口板和底板輪廓的顯示設(shè)備，如顯示設(shè)備2200。
因此，可以看出，提供的用于空間受限環(huán)境中的顯示設(shè)備顯示的靜態(tài)圖象對相對于設(shè)備運動的觀眾顯現(xiàn)動畫。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，本發(fā)明可以通過所述實施例以外的實施例實施，上述實施例只出于舉例說明的目的，對本發(fā)明并不構(gòu)成限定，本發(fā)明將由后面的權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種用于對觀眾顯示形成動畫的多個靜態(tài)圖象的設(shè)備，其中觀眾對相對于基本上靜止的圖象以已知的速度沿基本上平行于靜態(tài)圖象的路線移動，所述的設(shè)備包括一個底板，底板具有沿線路方向的長度，所述的靜態(tài)圖象安置在底板的一個表面上，每個靜態(tài)圖象有一個實際的圖象寬度和圖象中心，相鄰圖象的圖象中心被分開幀-幀間距；和一個長條切口板，基本上平行于底板、面對板表面地定位，與底板分開板-板間距，長條切口板安置在與線路間隔視距處，板-板間距和視距總的等于底板距離，長條切口板具有沿線路方向的長度，并有多個基本上垂直于長條切口板長度方向的長條切口，每個長條切口對應(yīng)于一個圖象并有一個沿長條切口長度方向的寬度和一個長條切口中心，相鄰的所述長條切口的相應(yīng)長條切口中心被分開幀-禎間距；其特征在于所述的長條切口板和所述的底板每個都具有垂直于所述線路的側(cè)面輪廓；和所述的長條切口板和底板都是非垂直的。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于長條切口板和底板的輪廓彼此平行。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于長條切口板和底板均為平面。
4.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于長條切口板和底板的輪廓關(guān)于所述線路向外傾斜。
5.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于長條切口板和底板的輪廓是彎曲的。
6.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于長條切口板和底板的輪廓是非平面。
7.如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于長條切口板和底板的輪廓彼此非平行。
8.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于長條切口板和底板的輪廓彼此非平行。
9.一種用于對觀眾顯示形成動畫的多個靜態(tài)圖象的設(shè)備，其中觀眾對相對于基本上靜止的圖象以已知的速度沿基本上平行于靜態(tài)圖象的路線移動，所述的設(shè)備包括一個底板，底板具有沿線路方向的長度，所述的靜態(tài)圖象安置在底板的一個表面上，每個靜態(tài)圖象有一個實際的圖象寬度和圖象中心，相鄰圖象的圖象中心被分開幀-幀間距；和一個長條切口板，基本上平行于底板、面對板表面地定位，與底板分開板-板間距，長條切口板安置在與線路間隔視距處，板-板間距和視距總的等于底板距離，長條切口板具有沿線路方向的長度，并有多個基本上垂直于長條切口板長度方向的長條切口，每個長條切口對應(yīng)于一個圖象并有一個沿長條切口長度方向的寬度和一個長條切口中心，相鄰的所述長條切口的各個長條切口中心被分開幀-禎間距；其特征在于所述的長條切口板和所述的底板每個都具有垂直于所述線路的側(cè)面輪廓；和所述的長條切口板和底板彼此均為非平面。
10.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于長條切口板和底板的輪廓是彎曲的。
11.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于長條切口板和底板的輪廓彼此平行。
12.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于所述的已知線路為地鐵軌道，所述的觀眾是在地鐵軌道上行駛的地鐵列車中的乘客。
13.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于所述的已知線路為一個通道，觀眾是通道上的行人。
14.一種用于對觀眾顯示形成動畫的多個靜態(tài)圖象的設(shè)備，其中觀眾對相對于基本上靜止的圖象以已知的速度沿基本上平行于靜態(tài)圖象的路線移動，所述的設(shè)備包括一個底板，底板具有沿線路方向的長度，所述的靜態(tài)圖象安置在底板的一個表面上，每個靜態(tài)圖象有一個實際的圖象寬度和圖象中心，相鄰圖象的圖象中心被分開幀-幀間距；和一個長條切口板，基本上平行于底板、面對板表面地定位，與底板分開板-板間距，長條切口板安置在與線路間隔視距處，板-板間距和視距總的等于底板距離，長條切口板具有沿線路方向的長度，并有多個基本上垂直于長條切口板長度方向的長條切口，每個長條切口對應(yīng)于一個圖象并有一個沿長條切口長度方向的寬度和一個長條切口中心，相鄰的所述長條切口的各個長條切口中心被分開幀-禎間距；其特征在于所述的長條切口板和所述的底板每個都具有垂直于所述線路的側(cè)面輪廓；和所述的長條切口板和底板輪廓彼此不平行，并且均為非平面。
15.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于長條切口板和底板的輪廓彼不垂直。
16.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于長條切口板和底板的輪廓單調(diào)上升。
17.一種在底板上顯示靜態(tài)圖象的方法，其中底板上的靜態(tài)圖象對運動中的觀眾顯現(xiàn)動畫，所述的方法包括選擇底板的側(cè)面輪廓；數(shù)學(xué)表示選定的輪廓；選擇一個最佳的觀眾位置；選擇一個最差情形的觀眾位置；對所述的最佳觀眾位置計算放大系數(shù)；對所述的最差情形的觀眾位置計算放大系數(shù)；判斷所述的放大系數(shù)是否產(chǎn)生可接受的可觀察圖象；當判定所述的放大系數(shù)產(chǎn)生可接受的可觀察圖象時，根據(jù)最佳觀眾位置的放大系數(shù)預(yù)收縮圖象；和把預(yù)收縮的圖象安置在所述底板上。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于選擇所述的側(cè)面輪廓包括對底板選擇一個非平面?zhèn)容喞?br> 19.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于所述的數(shù)學(xué)表示數(shù)學(xué)近似地表現(xiàn)選定的輪廓。
20.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于所述的判斷包括判斷所述的兩個放大系數(shù)是否超過預(yù)置的放大限度。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于對相對于圖象運動的觀眾顯示形成動畫的多個靜態(tài)圖象的設(shè)備。所述的設(shè)備包括一個底板，多個安置在底板上的圖象，和一個安置在底板和觀眾之間的長條切口板。當觀眾通過時，長條切口板的行為象一個產(chǎn)生動畫效應(yīng)的快門。各種底板和長條切口板的側(cè)面輪廓例如可以是平行且垂直的，平行且非垂直的，平行且非平面的，以及非平行和非平面的，以便于本設(shè)備在空間受限的環(huán)境中的安裝。
文檔編號G06T13/00GK1449554SQ01813133
公開日2003年10月15日 申請日期2001年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月23日
發(fā)明者喬舒亞·D·斯泊戴克, 馬修·H·格羅斯, 布賴恩·米利斯 申請人:薩博梅迪亞有限責任公司