專利名稱：三維顯示系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及視覺顯示系統(tǒng)，尤其涉及三維顯示系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代三維(“3D”)顯示技術(shù)正在日益普及和實(shí)用，其不僅在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域中， 而且在其他不同的環(huán)境和技術(shù)中同樣得以實(shí)施。其不斷增長(zhǎng)的示例包括醫(yī)療診斷、飛行模 擬、空中交通管制、戰(zhàn)場(chǎng)模擬、天氣分析診斷學(xué)(weather diagnostics)、娛樂、廣告、教育、 動(dòng)畫、虛擬現(xiàn)實(shí)(virtual reality)、機(jī)器人技術(shù)、生物力學(xué)研究、科學(xué)可視化等等。這種日益增長(zhǎng)的關(guān)注度和普及度源于諸多因素。在我們的日常生活中，印刷品和 電視上充斥著合成計(jì)算機(jī)圖形圖像?，F(xiàn)在，人們甚至可以在家中在個(gè)人計(jì)算機(jī)上產(chǎn)生類似 圖像。此外，我們還經(jīng)常看到信用卡上的全息圖以及麥片盒上的珠粒狀顯示(lenticular display)。當(dāng)然，對(duì)3D觀看的關(guān)注并不是新產(chǎn)生的。至少是從上世紀(jì)初的立體鏡 (stereoscope)時(shí)代，公眾就對(duì)這種體驗(yàn)抱有興趣。在上世紀(jì)中期，新的興奮、關(guān)注和熱情也 隨著對(duì)3D電影的狂熱一并產(chǎn)生，其后出現(xiàn)的則是令人著迷的全息術(shù)，以及最近發(fā)展出的虛 擬現(xiàn)實(shí)。計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)方面的最新進(jìn)展使得空間3D圖像更為可行并且更易得 到。以臺(tái)式工作站為例，其現(xiàn)有的計(jì)算能力已經(jīng)可以足夠快地產(chǎn)生立體圖像對(duì)用于交互式 顯示。在計(jì)算能力譜(computational power spectrum)的高端，允許以交互方式來操作和 動(dòng)畫化復(fù)雜對(duì)象數(shù)據(jù)庫的相同技術(shù)進(jìn)展現(xiàn)在則已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)用于高質(zhì)量3D顯示的大量圖 像數(shù)據(jù)的渲染(render)。此外，人們也越來越認(rèn)同對(duì)傳統(tǒng)上被稱為“3D計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”的3D場(chǎng)景的二維投 影并不足以滿足觀看、導(dǎo)航和理解某些類型的多元數(shù)據(jù)(multivariate data)的要求。如 果不是借助3D渲染，那么即便是具有極佳視角描述(perspective depiction)的高質(zhì)量圖 像，看上去仍舊會(huì)是不逼真的和扁平的。對(duì)此類應(yīng)用環(huán)境而言，人們?nèi)找嬲J(rèn)識(shí)到人類的立體 視覺深度線索、運(yùn)動(dòng)視差以及(至少在較小的程度上)視覺調(diào)節(jié)(ocular accommodation) 對(duì)于促進(jìn)圖像理解及其逼真度而言是意義重大且非常重要的。在3D顯示技術(shù)的其他方面，例如就觀看所需的硬件而言，虛擬現(xiàn)實(shí)的廣泛 領(lǐng)域業(yè)已驅(qū)使計(jì)算機(jī)和光學(xué)工業(yè)制造出更好的頭盔式(helmet mounted)和頭戴式(boom-mounted)立體顯示器，以及以產(chǎn)生現(xiàn)實(shí)幻象所需要的速率和質(zhì)量來渲染場(chǎng)景的相關(guān) 軟件及硬件。但是，當(dāng)前大多數(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)旅行(voyage)是獨(dú)自進(jìn)行并且是妨礙性的用戶 通常要佩戴頭盔、特殊眼鏡或是其他只會(huì)將3D世界單獨(dú)顯示給每個(gè)用戶的設(shè)備。這種立體顯示器的一種常見形式是使用快門或被動(dòng)偏光眼鏡(eyewear)，其中觀 察者佩戴的是阻擋兩個(gè)顯示圖像之一的眼鏡，并且這兩個(gè)圖像中的每一個(gè)圖像都排他地對(duì) 應(yīng)于一只眼睛。這種眼鏡的示例包括被動(dòng)偏光眼鏡(passively polarized glasses)和快 速交替的快門式眼鏡(shuttered glasses)。雖然這些方法通常是成功的，但是它們并未被廣泛接受，這是因?yàn)橛^察者通常不 喜歡在眼睛上戴東西。此外，這些方法在要將3D圖像投影給一個(gè)或多個(gè)偶然經(jīng)過的過路 人、一群合作者或全體觀眾，例如在希望實(shí)現(xiàn)個(gè)性化投影的情況下是不切實(shí)際并且基本上 是行不通的。即便給出相同的投影，此類狀況也還是需要不同并且開發(fā)度相對(duì)較低的技術(shù)， 例如常規(guī)的自動(dòng)立體顯示器。出于對(duì)免除頭戴物(headgear)的考慮，由此激發(fā)了自動(dòng)立體顯示器的發(fā)展，其中 所述自動(dòng)立體顯示器自動(dòng)為觀察者渲染立體觀看體驗(yàn)，而不需要觀察者使用或佩戴特殊的 附件或設(shè)備。自動(dòng)立體顯示器嘗試在不使用眼鏡、護(hù)目鏡或其他個(gè)人佩戴的物理觀看工具 的情況下將空間圖像呈現(xiàn)給觀看者。這種自動(dòng)立體顯示器非常吸引人，因?yàn)樗哂刑峁┳?接近于實(shí)物光學(xué)特性的最佳體驗(yàn)的前景。目前業(yè)已提出多種自動(dòng)立體顯示方案，用以顯示那些實(shí)際看上去是三維的圖像。 對(duì)當(dāng)前可以物理實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)立體顯示器來說，這些顯示器通常可以分為三大類，即重新 j^ftM/^^l (re-imaging display),(volumetric display), VXR^^Ml/^^ (parallax display)。重新成像顯示器通常獲取來自三維對(duì)象的光并將其重新輻射到新的空間位置。體 顯示器跨越一定體積的空間，并且照亮該空間的各單獨(dú)部分。視差顯示器則是放射出亮度 隨方向改變的光的表面。每種顯示器都已經(jīng)在商業(yè)顯示系統(tǒng)中得到使用，并且每種顯示器 都具有與生俱來的優(yōu)點(diǎn)和弱點(diǎn)。較常用的顯示方法往往可歸入體積型和視差型這兩種主要類別。體積型自動(dòng)立體顯示器是通過生成某個(gè)體積內(nèi)部的點(diǎn)的集合來產(chǎn)生3D圖像的， 其中這些點(diǎn)是用作發(fā)光光源或者看上去是發(fā)光的。如果這些點(diǎn)像經(jīng)常發(fā)生的那樣以各向同 性的方式發(fā)光的，那么最終得到的圖像看上去將會(huì)是重影(ghosted)或透明的。由此，典型 的體積顯示器是不會(huì)創(chuàng)建真實(shí)的3D光場(chǎng)的，這是因?yàn)槟切┰谏疃壬蠈?duì)準(zhǔn)的體積元素是不 會(huì)被察覺出是彼此阻礙的。換言之，該圖像是不會(huì)顯示遮蔽物的。視差型自動(dòng)立體顯示器在內(nèi)部執(zhí)行圖像的立體分離處理，由此就不需要觀察者使 用附加的眼鏡。目前業(yè)已開發(fā)了多種此類顯示系統(tǒng)，只要觀察者保持處于空間中的固定位 置，那么這些顯示系統(tǒng)會(huì)向每一只眼睛呈現(xiàn)不同圖像。這其中的大多數(shù)系統(tǒng)都是視差格柵 (parallax barrier)方法的變體，在該方法中，在顯示屏前方放置了精密垂直的光柵或雙 凸透鏡陣列。當(dāng)觀察者的眼睛保持固定在空間中的某個(gè)位置時(shí)，每一只眼睛都只能通過光 柵或透鏡陣列來觀看一組顯示像素(偶數(shù)或奇數(shù))，而不會(huì)看到另一組顯示像素。然后，這 種幾何形狀可以確保每只眼睛都只看到自己的相應(yīng)圖像，并且所述相應(yīng)圖像與顯示不同圖 像視圖的像素組相對(duì)應(yīng)。這兩個(gè)被觀看者的相應(yīng)右眼和左眼各自看到的圖像視圖被配置為使人眼視覺系統(tǒng)將單獨(dú)看到的圖像同時(shí)解譯成單個(gè)3D圖像。該處理是在觀察者不必佩戴 或使用任何個(gè)人輔助設(shè)備的情況下進(jìn)行的。但是，視差格柵方法通常需要觀察者保持固定 在一個(gè)位置上。此外，在很多情況下，該顯示器產(chǎn)生的是提供水平視差而不是垂直視差的二 維光場(chǎng)。較新并且有可能更逼真的自動(dòng)立體顯示形式是全息圖。全息圖和偽全息顯示器通 過為觀看者有效地重新創(chuàng)建或模擬原始光波陣面來輸出同時(shí)呈現(xiàn)多個(gè)不同視圖的局部光 場(chǎng)。最終得到的圖像有可能會(huì)如照片般逼真，它展現(xiàn)了遮蔽物以及依賴于視角的其他效果 (例如反射)，并且該圖像與觀看者的物理位置無關(guān)。實(shí)際上，觀看者可以來回移動(dòng)，以便觀 察圖像的不同方面。另外，全息圖還可能允許多個(gè)觀察者同時(shí)觀看同一圖像。雖然更為逼真，但是與雙視圖立體顯示器通常需要的計(jì)算能力和帶寬相比，動(dòng)態(tài) 呈現(xiàn)的全息圖像同樣需要更強(qiáng)的計(jì)算能力和更寬的帶寬。此外，目前明顯缺乏有效的手段 來以商業(yè)上可以接受的成本和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的方式重新創(chuàng)建原始波陣面或是其可接受的復(fù)制由此，目前仍舊需要允許觀察者完全且無妨礙地自由移動(dòng)的高有效性、切實(shí)可行、 高效率、低復(fù)雜度以及低成本的自動(dòng)立體3D顯示器。此外持續(xù)存在對(duì)在垂直以及水平移動(dòng) 方向上提供真實(shí)的視差體驗(yàn)的實(shí)用自動(dòng)立體3D顯示器的需要。同時(shí)一直以來對(duì)此類實(shí)用自動(dòng)立體3D顯示器還有著使其能夠獨(dú)立并同時(shí)適應(yīng)多 個(gè)觀看者的需要。如果提供這種同時(shí)觀看的需要得到滿足，使得可以為處于相同觀看環(huán)境 并可以完全自由移動(dòng)的每一個(gè)觀看者呈現(xiàn)唯一定制的自動(dòng)立體3D圖像，而且該圖像完全 不同于那些正被任何其他觀看者所觀看的圖像，那么將會(huì)是特別有利的。更進(jìn)一步，除了令人畏懼的未解決的技術(shù)難題之外，由于特殊的用戶要求，一直以 來還對(duì)實(shí)用自動(dòng)立體3D顯示器有著使其提供逼真的全息體驗(yàn)的特別需要。所以如果提出 了一種解決方案能夠如上所述滿足對(duì)多個(gè)同時(shí)且個(gè)體觀看的全息或偽全息觀看系統(tǒng)的需 要，那么該解決方案將會(huì)是更為杰出的。另一個(gè)迫切需要是不突兀的(unobtrusive) 3D觀看設(shè)備，其中該設(shè)備對(duì)反饋進(jìn)行 組合，以便結(jié)合針對(duì)3D用戶的輸入來優(yōu)化觀看體驗(yàn)，這樣就能在3D空間中觀看和操作虛擬 3D對(duì)象，而不需要特殊的觀看護(hù)目鏡或頭戴物。鑒于不斷增長(zhǎng)的商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)壓力，不斷增長(zhǎng)的消費(fèi)者預(yù)期以及不斷減小的為市場(chǎng)供 應(yīng)與眾不同的有意義產(chǎn)品的機(jī)會(huì)，找出這些問題的答案也變得越發(fā)重要。此外，對(duì)節(jié)省成 本、提高效率、改進(jìn)性能以及滿足這些競(jìng)爭(zhēng)壓力的需求也在不斷增長(zhǎng)，因此也就更為迫切地 需要找出這些問題的答案。找尋這些問題解決方案的工作已經(jīng)進(jìn)行了很長(zhǎng)時(shí)間，但是現(xiàn)有的開發(fā)工作并未教 導(dǎo)或提出任何解決方案，這就使得本領(lǐng)域技術(shù)人員長(zhǎng)期以來都無法得出這些問題的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種三維顯示系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有一個(gè)投影屏，該投影屏具有預(yù)定的 角響應(yīng)反射表面函數(shù)。與預(yù)定角響應(yīng)反射表面函數(shù)配合來分別調(diào)制三維圖像反射鏡，由此 定義具有可編程偏轉(zhuǎn)角的可編程鏡。
作為上述特性的補(bǔ)充或替換，本發(fā)明的某些實(shí)施例還具有其他特性。通過參考附 圖來閱讀下文中的詳細(xì)描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以清楚了解這些特性。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的三維顯示系統(tǒng)的功能框圖和示意性說明；圖2是對(duì)投影屏表面上的單個(gè)像素的描述；圖3是對(duì)具有表面函數(shù)的投影屏的描述；圖4是對(duì)投影儀到觀察者的光路徑的描述，其中所述光路徑隨投影屏的表面函數(shù) 而變化；圖5是顯示隨距離χ變化的法線角度以及正確瞄準(zhǔn)法線角度的圖；圖6是隨距離χ變化的調(diào)制函數(shù)的圖；圖7是描述調(diào)制函數(shù)的物理意義(physical significance)的圖示；圖8顯示的是在數(shù)字信號(hào)處理器看來的觀察者的簡(jiǎn)化形狀；以及圖9是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的三維顯示系統(tǒng)的流程圖。
具體實(shí)施例方式在下文中將對(duì)實(shí)施例進(jìn)行足夠詳細(xì)的描述，以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠制造和使用 本發(fā)明。應(yīng)該理解的是，根據(jù)本公開，其他實(shí)施例將會(huì)是顯而易見的，此外，可以在系統(tǒng)、處 理或機(jī)械方面做出改變而不背離本發(fā)明的范圍。在后續(xù)描述中將會(huì)給出眾多具體細(xì)節(jié)，以便提供關(guān)于本發(fā)明的全面理解。然而非 常明顯的是，本發(fā)明是可以在沒有這些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施的。為了避免混淆本發(fā)明，對(duì) 某些公知的電路、系統(tǒng)配置和操作步驟將不作詳細(xì)公開。同樣，顯示系統(tǒng)實(shí)施例的附圖是半圖式的且非按比例繪制，特別地，為使圖示清 楚，在附圖中對(duì)某些維度進(jìn)行了放大顯示。同樣，雖然為了便于描述，附圖中的視圖一般顯 示的是相同的方位(orientation)，但是對(duì)大多數(shù)部位來說，附圖中的這種描述是任意的。 一般來說，本發(fā)明是可以在任何方位工作的。此外，如果所公開或描述的實(shí)施例具有某些共有特征，那么為了清楚起見同時(shí)為 了便于說明、描述和理解，彼此相似或相同的特征通常將用相同的附圖標(biāo)記來描述。出于說明目的，這里使用的術(shù)語“水平”被定義成是與觀察者眼睛的平面相平行的 平面，而不考慮觀察者的方位。術(shù)語“垂直”指的是與如上剛定義的水平相垂直的方向。諸
如“在......上”、“上方”、“下方”、“底部”、“頂部”、“側(cè)面”(如在“側(cè)壁”中)、“更高”、“更
低”、“較高”、“在......之上”以及“在......之下”之類的術(shù)語都是相對(duì)于水平面來定義的。本發(fā)明提供了一種三維(“3D”)顯示系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有3D人機(jī)接口能力并且能夠 提供不突兀的且無妨礙的3D自動(dòng)立體觀看體驗(yàn)。觀察者無需佩戴頭戴物。在一個(gè)實(shí)施例 中，本發(fā)明的系統(tǒng)提供了一種立體3D顯示和觀看體驗(yàn)；在另一個(gè)實(shí)施例中，它提供了一種 逼真的全息3D顯示體驗(yàn)。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，一個(gè)或多個(gè)觀察者的位置將被實(shí)時(shí)追蹤，以便能夠單 獨(dú)為每一個(gè)觀察者持續(xù)定制投影到所述觀察者的3D圖像。這種針對(duì)一個(gè)或多個(gè)觀察者的實(shí)時(shí)位置追蹤還能使3D圖像具有逼真的垂直和水平視差。此外，每一個(gè)3D圖像都可以依 照觀察者單獨(dú)改變的觀看位置而被調(diào)整，由此能實(shí)現(xiàn)在動(dòng)態(tài)、可變的環(huán)境中觀看個(gè)性化定 制和個(gè)體化的3D圖像。此外，位置追蹤以及位置響應(yīng)圖像調(diào)整還能夠合成真實(shí)的全息觀看 體驗(yàn)。由此，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在這里公開了自動(dòng)立體顯示系統(tǒng)，其中舉例來說，該 系統(tǒng)包括如下結(jié)構(gòu)組塊(building block)ο 二維(“2D”)投影儀，包括模擬反射鏡(analog mirror)、多邊形掃描儀或類似 設(shè)備、以及驅(qū)動(dòng)器電路；ο 3D成像器(它可以是2D投影儀的一部分)；ο具有表面函數(shù)的投影屏；ο顯示界面；ο數(shù)字信號(hào)處理器(“DSP”)；以及ο具有3D渲染能力的主機(jī)中央處理器(“CPU”)。應(yīng)該理解的是，依據(jù)所考慮的特定實(shí)施方式需要或是為了適應(yīng)特定實(shí)施方式，這 些和其他相關(guān)結(jié)構(gòu)組塊和元件既可以配置為獨(dú)立部件，也可以一起組合在一個(gè)或多個(gè)配件 中?，F(xiàn)在參考圖1，該圖顯示的是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的三維(“3D”)顯示系統(tǒng)100的 功能框圖和示意性說明。主機(jī)CPU 102包括操作系統(tǒng)(“0S”)104、3D/立體渲染引擎106、 圖形卡108以及通?？梢岳斫獾钠渌?未顯示)。如下文中進(jìn)一步描述的那樣，3D/立體渲染引擎106渲染3D圖像(例如，立體的或 偽全息的)，并且可以根據(jù)所考慮的特定實(shí)施方式實(shí)現(xiàn)為固件、軟件或硬件。相應(yīng)地，3D/立 體渲染引擎106可以是諸如圖形卡108之類的圖形卡的一部分、圖形芯片的一部分、運(yùn)行在 圖形芯片的圖形處理器單元(“GPU”)上的代碼、專門的專用集成電路(“ASIC”)、運(yùn)行在 主機(jī)CPU 102上的特定代碼等等。依據(jù)本公開以及所考慮的特定實(shí)施方式的相關(guān)特性，關(guān) 于實(shí)施方式的選擇對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說將是顯而易見的。3D/立體渲染引擎106渲染的3D圖像經(jīng)由適當(dāng)互連，例如經(jīng)由基于數(shù)字視頻接口 (“DVI”)標(biāo)準(zhǔn)的互連而被發(fā)送到3D/立體顯示器110。該互連既可以是無線的(例如使用 802. Ilx Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)、超寬帶(“UWB”)或其他適當(dāng)?shù)膮f(xié)議)，也可以是有線的(例如以模擬 形式或數(shù)字地傳送，如通過最小化傳輸差分信號(hào)(“TMDS”)或低電壓差分信號(hào)(“LVDS”))。位于3D/立體顯示器110內(nèi)部的顯示界面和圖像分割器(image splitter) 112將 來自3D/立體渲染引擎106的3D圖像分成兩個(gè)3D子圖像，即左邊子圖像114和右邊子圖 像116。如圖2所示，所述左邊和右邊子圖像114和116在各自的圖像調(diào)制器118和120中 被調(diào)制，以便如圖2所述，允許并控制投影儀122將左邊和右邊的子圖像114和116分別光 學(xué)地投影到觀察者的左眼208和右眼210。然后，觀察者的大腦會(huì)將所投影的這兩個(gè)光學(xué)子 圖像114和116組合成3D圖像，從而為觀察者提供3D觀看體驗(yàn)。偏轉(zhuǎn)射入觀察者的相應(yīng)左眼和右眼這一操作是使用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的投影屏 124來完成的。該投影屏與依照本發(fā)明并如這里公開和教導(dǎo)的那樣經(jīng)過恰當(dāng)調(diào)制的圖像數(shù) 據(jù)相結(jié)合，由此形成具有可編程偏轉(zhuǎn)角的可編程鏡(programmable mirror)的鏡設(shè)備126。 一般來說，由于這種組合要么通過操作并且依照觀察者的特定左眼和右眼的空間位置而將光從投影屏反射到相應(yīng)眼睛，要么就好像光被濾除了那樣不反射光，因此，這種組合會(huì)使投 影屏構(gòu)成一個(gè)作為空間濾波器的可編程鏡。由此，這里廣泛使用的術(shù)語“可編程鏡”被定義成意味著如本文在此公開的投影屏 124以及投影到其上并從其上反射的調(diào)制圖像數(shù)據(jù)具有能為投影屏IM上的特定有限位置 可編程地改變的偏轉(zhuǎn)角，其中舉例來說，所述特定有限位置可以是所投影圖像的單個(gè)像素 的位置。更概括地說，在這里將其定義成意味著可編程地來為與整個(gè)投影屏1 一樣多的 反射點(diǎn)中的每一個(gè)反射點(diǎn)(例如像素)單獨(dú)控制和改變偏轉(zhuǎn)角。由此，通過該定義，投影屏 IM不具有固定偏轉(zhuǎn)角。相反，偏轉(zhuǎn)角(例如，其中一個(gè)偏轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)于觀察者的左眼208，另 一個(gè)偏轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)于觀察者的右眼210)可以被實(shí)時(shí)編程，以便根據(jù)需要隨著觀察者眼部位 置的變化(例如由于頭部?jī)A斜度、頭部位置、觀察者位置等等的變化)而變化。數(shù)字信號(hào)處理器(“DSP”)1 與3D成像器130相結(jié)合，用于確定觀察者132(也 就是用戶)相對(duì)于投影屏1 的正確位置。關(guān)于該觀察者132的特性，例如觀察者的頭部位 置、頭部?jī)A斜度以及相對(duì)于投影屏1 的眼分距(eye separation distance)等，同樣是由 DSP128以及3D成像器130確定的。根據(jù)這些判定，對(duì)圖像調(diào)制器118和120的調(diào)制函數(shù)、 和/或?qū)ν队皟x122的偏轉(zhuǎn)角、對(duì)鏡設(shè)備1 的可編程偏轉(zhuǎn)角做出適當(dāng)?shù)母淖?，從而在不?要3D護(hù)目鏡或其他引入注意的觀看裝置的情況下為觀察者132提供最佳3D觀看體驗(yàn)。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，3D成像器130可以是任何適當(dāng)?shù)膾呙鑳x或是用于定位 和確定每一個(gè)觀察者132的位置和特性的其他已知設(shè)備。例如，這些特性可以包括觀察者 132的高度，頭部方位(旋轉(zhuǎn)和傾斜)，臂和手的位置等等。在一個(gè)實(shí)施例中，3D成像器將會(huì) 為此目的利用由投影儀122投影并從投影屏IM反射的光，這將在下文中有進(jìn)一步的描述。 特別有效和劃算的3D成像器可以可選地實(shí)現(xiàn)，例如通過利用于2005年10月21日提交的 且轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明申請(qǐng)人的共同未決的美國專利申請(qǐng)No. 11/255，348中的教導(dǎo)來實(shí)現(xiàn)。在某些實(shí)施例中，3D成像器130可以被配置成是投影儀122的一個(gè)完整部分 (integral part)。例如，投影儀122可以被配置成以可控方式直接照亮觀察者132和投 影屏124。然后則會(huì)放置一個(gè)恰當(dāng)定位的光傳感器134，以便拾取從觀察者132反射的照 明光。例如，光傳感器134可以是一個(gè)適當(dāng)?shù)娜蚬鈧鞲衅?，因?yàn)?D成像器130 (或者如所 述，可選的為投影儀12 是在已知的預(yù)定角度和高度上以可控方式投射照明光的。觀察者 132的位置于是就可以由來自3D成像器130的投射照明光的角度和高度，以及測(cè)量得到的 從3D成像器130到光傳感器134的照明光的飛行時(shí)間(“T0F”)來確定。同樣，雖然為了 便于圖示說明而將光傳感器134顯示成是獨(dú)立單元，但是它也可以并入任何其他系統(tǒng)元件 中，例如3D成像器130。同樣，3D成像器130和/或光傳感器1；34可以有利地并入和/或 集成于投影儀122中，由此可選地與之共享公共元件。3D成像器130和光傳感器1；34還可以提供用于觀察者輸入的裝置。例如，3D顯示 系統(tǒng)100可以將投影屏IM前方的且觀察者132位于其內(nèi)的體積構(gòu)造成一個(gè)虛擬顯示體 136，其中該虛擬顯示體被回顯(echo)為投影屏1 上的3D顯示。該虛擬顯示體136于是 就可用于觀察者輸入。在一個(gè)實(shí)施例中，觀察者132于是就可以激勵(lì)例如一個(gè)3D按鈕表示， 以便激活虛擬活動(dòng)桌面(未顯示)上的某些特征。這個(gè)活動(dòng)桌面是在虛擬顯示體136中虛 擬表示的，并且憑借投影屏1 上的3D投影，該活動(dòng)桌面在觀察者132看來是緊靠觀察者 132并即刻呈現(xiàn)在虛擬顯示體136中的3D圖像。根據(jù)本公開，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會(huì)理解，其他人機(jī)接口行為同樣是可行的。現(xiàn)在參考圖2，該圖顯示的是對(duì)投影屏124(圖1)表面上的單個(gè)像素202的描述 200。左邊光束204和右邊光束206被顯示為沿著從投影儀122到投影屏IM上的像素202 的路徑前行，隨后分別返回觀察者的左眼208和右眼210。進(jìn)入觀察者左眼208的左邊光束 204是投影光在像素位置&的反射光束；進(jìn)入觀察者右眼210的右邊光束206是投影光在 像素位置&的反射光束。在一個(gè)實(shí)施例中，像素表面是用反射性材料處理的，例如拋光的 銀或鋁。對(duì)在本實(shí)施例中呈圓頂形的每一個(gè)像素202來說，存在投影光束204和206從其 被分別反射進(jìn)入到觀察者的相應(yīng)左眼208和右眼210的一個(gè)確切位置&和一個(gè)確切位置 \。這是因?yàn)閬碜酝队皟x122的照明光束的入射角與反射角在反射入射光束的點(diǎn)上相對(duì)于 像素202的表面法線212是相等的。(法線212是一條在入射光束被反射的點(diǎn)上與像素202 的表面相垂直的直線)。在這個(gè)位置或反射點(diǎn)(例如&或，像素202的僅一小部分會(huì)向 觀察者的相應(yīng)左眼208或右眼210反射光。來自投影儀并且射至像素202的任何其他部分 的光將會(huì)被反射到觀察者的特定眼睛以外的其他位置。由此，由于法線212垂直于像素202表面的斜率，并且所述斜率在像素202范圍內(nèi) 不恒定，使得對(duì)&和\而言，分別只存在一個(gè)理想位置，在這個(gè)理想位置，光被反射到觀察 者132的相應(yīng)左眼208和右眼210。如果觀察者132移動(dòng)到另一個(gè)位置，則需要新的反射位 置或反射點(diǎn)&和\，才能持續(xù)地把光適當(dāng)反射到觀察者的眼睛。同樣，處于其他位置的其 他觀察者將分別需要像素202上其自身唯一的反射位置\和Xeo相應(yīng)地，通過在投影儀122掃描投影屏124(圖1)時(shí)恰當(dāng)調(diào)制(開啟或斷開)左 邊光束204和右邊光束206，投影儀122可以分別向觀察者132的左眼208和右眼210發(fā)送 唯一圖像。例如，這種處理可以通過在投影儀122朝向唯一位置&進(jìn)行投影的確切時(shí)刻將 左眼圖像信息投影到投影屏1 上的每一個(gè)像素202，以及在投影儀122朝向唯一位置& 進(jìn)行投影的確切時(shí)刻將右眼圖像信息投影到投影屏1 上的每一個(gè)像素202來完成。當(dāng)以這種方式使用時(shí)，投影屏1 將會(huì)充當(dāng)并成為具有可編程偏轉(zhuǎn)角的可編程鏡 設(shè)備。換言之，通過對(duì)投影儀122編程來使其投影至與特定的相應(yīng)偏轉(zhuǎn)角(例如用于投影到 觀察者132的相應(yīng)的左眼208和右眼210的角度)相關(guān)聯(lián)的唯一像素位置&和\，投影屏 124的偏轉(zhuǎn)角將會(huì)根據(jù)這種編程而被唯一選擇和控制。由此，投影屏124(取決于其結(jié)構(gòu)) 將會(huì)從(例如)全向反射表面轉(zhuǎn)換成具有可編程偏轉(zhuǎn)角的可編程鏡設(shè)備。如下文顯示和描述的那樣，在一個(gè)實(shí)施例中，為投影屏IM選擇正弦表面函數(shù)會(huì) 是非常有用的。這里使用的術(shù)語“正弦表面函數(shù)”被定義成是投影屏1 上的表面形貌 (surface topography)，其中所述表面形貌是作為沿投影屏124的至少一條軸線的位移的 函數(shù)而正弦變化的。現(xiàn)在參考圖3，該圖顯示的是對(duì)具有表面函數(shù)302的投影屏124的描述300。在本 實(shí)施例中，表面函數(shù)302是一個(gè)正弦表面函數(shù)，由此，如圖3概括性描述的那樣，該表面形貌 正弦地變化，從而對(duì)應(yīng)于入射光束304呈現(xiàn)出一種持續(xù)變化的、已知的且可預(yù)測(cè)的偏轉(zhuǎn)角 ^0。對(duì)應(yīng)于反射光束306的偏轉(zhuǎn)角是參考投影屏124的平面308測(cè)得的，由此該偏轉(zhuǎn)角 是投影屏1 上的位置或坐標(biāo)的正弦函數(shù)。在描述300中，投影屏124的關(guān)聯(lián)法線212被 顯示成是水平位移χ的函數(shù)，并且同樣是隨著χ正弦地變化。
應(yīng)該理解的是，雖然在本實(shí)施例中將表面函數(shù)302描述為正弦函數(shù)，但在更一 般的意義上，只要是公知或明確定義的，該表面函數(shù)302可以是任何恰當(dāng)?shù)暮瘮?shù)。如下 文中更詳細(xì)描述的那樣，表面函數(shù)302被定義為這樣一個(gè)函數(shù)，其中該函數(shù)是預(yù)定的 (也就是已知和明確定義的)、反射性的(也就是反射撞擊在其上的光)以及角響應(yīng)的 (angularly-responsive) ο 角口向應(yīng)(Angularly-response)被定義成意味著其上撞擊光 (impinging light)被反射的角度依賴于撞擊光指向的表面函數(shù)上的位置而變化(也就是 作為其函數(shù)變化，且該角度不恒定)，即使在光的實(shí)際撞擊角度保持恒定的情況下也是如 此。由此，光的反射角是以一種已知且可預(yù)測(cè)的方式來對(duì)光所瞄準(zhǔn)或指向的位置做出響應(yīng) 的(“角響應(yīng)的”)。相應(yīng)地，投影屏1 具有空間濾波器(表面函數(shù)302)，該空間濾波器定 義了 一個(gè)預(yù)定角響應(yīng)反射表面函數(shù)。雖然優(yōu)選周期性表面函數(shù)和具有平滑斜率變化(例如彎曲外形)的表面函數(shù)，但 是只要定義明確，也可以采用鋸齒波函數(shù)、三角波函數(shù)、不規(guī)則函數(shù)、非諧波函數(shù)或是其他 任何適當(dāng)?shù)娜我夂瘮?shù)。該函數(shù)既可以在數(shù)學(xué)上被明確定義，也可以通過掃描投影屏124并 將所得到的反射映射到例如相關(guān)表中而得以操作性地明確定義。繼續(xù)參考圖3并且隨后轉(zhuǎn)到圖4，反射光數(shù)306的偏轉(zhuǎn)角δ。作為χ的函數(shù)可被如 下確定。投影屏124的表面函數(shù)302以如下方式將投影屏124的厚度(由此將表面高度) Z (χ)與沿著屏幕表面310的水平位移X相關(guān)聯(lián)(由此就具體化為表面函數(shù)302)
2. πz(x) = Z0 · sin(^0. χ) + Zoff k0 =——(式 1)
Ap其中Z0是ZQFF( "Ζ偏移量”)與投影屏124的最大厚度(ZQFF+&)之間的差值(由此，& 實(shí)質(zhì)上是表面函數(shù)的幅度)，Zoff是投影屏124的平均厚度，ζ (χ)是投影屏IM在位置χ的厚度，以及λ ρ是一個(gè)像素202(圖2)的波長(zhǎng)(由此，λ ρ是一個(gè)360°循環(huán)的正弦波，而這代 表了一個(gè)完整的表面函數(shù)周期)。為了計(jì)算隨χ改變的正切或斜率312，對(duì)(式1)求取χ的微分
ζ(χ)= Z0 · A0 ■ cos(kn. χ)(式 2)
αχ角度β *于是被計(jì)算為tanO * (χ)) = = Zu · ^c0 · cos(/c0 · χ)—
dxβ'(x) = arctari(Z0 ·、· cos(/c0 χ))(式 3)角度β是法線212相對(duì)于投影屏124的表面308的角度。為了獲取法線212隨 位置X改變的角度β，β可被如下計(jì)算為β (χ) = β * (χ) +90 = arctan (Ζ。· k?！?cos (k0 · x)) +90 (式 4)現(xiàn)在參考圖4，該圖顯示的是對(duì)從投影儀122到觀察者132的光路徑402 (包括入 射光束304和反射光束306)的描述400，其中所述光路徑是隨投影屏124的表面函數(shù)302 而改變的。
角度可被如下計(jì)算為

權(quán)利要求
1.一種三維顯示系統(tǒng)，包括包括至少一個(gè)像素O02)的投影屏(IM)，所述至少一個(gè)像素(202)包括將光反射到 觀察者的相應(yīng)左眼(208)和右眼O10)的兩個(gè)反射位置0(r，XI)，其中所述至少一個(gè)像素 (202)的反射特性由預(yù)定角響應(yīng)反射表面函數(shù)(302)定義；以及計(jì)算系統(tǒng)(102)，用于確定在投影屏(124)附近的觀察者(132)的左眼和右眼(208， 210)位置，其中響應(yīng)于觀察者(132)的左眼和右眼(208，210)位置，在像素(202)上反射位 置(Xr, XI)改變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維顯示系統(tǒng)，其中所述計(jì)算系統(tǒng)(10 還被配置為在虛擬 體(136)中追蹤一個(gè)或多個(gè)預(yù)定觀察者特征008，210，802，804，806，808)，以便提供關(guān)于 觀察者(13 激勵(lì)的交互式控制輸入的反饋。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維顯示系統(tǒng)，其中所述計(jì)算系統(tǒng)(102)還被配置為使用掃 描圖像子幀來掃過觀察者(132)正被追蹤的目標(biāo)區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維顯示系統(tǒng)，還包括調(diào)制系統(tǒng)(118，120)，被配置為調(diào)制三維圖像(114，116)；以及 投影器(122)，被配置為將三維圖像(114，116)投影到投影屏(124)上，其中在投影屏 (124)上的像素(202)上的兩個(gè)反射位置(Xr，XI)將三維圖像(114，116)反射到觀察者 (132)的相應(yīng)左眼(208)和右眼(210)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三維顯示系統(tǒng)，其中所述調(diào)制系統(tǒng)(118，120)還被配置為調(diào) 制掃描射束(304)的掃描速度。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三維顯示系統(tǒng)，其中所述調(diào)制系統(tǒng)(118，120)還被配置為當(dāng) 子圖像(114，116)沒有與像素(202)的反射位置()(r，XI)對(duì)準(zhǔn)以將子圖像(114，116)反 射到觀察者(132)的相應(yīng)左眼(208)和右眼O10)時(shí)，遮蔽或擋住投影器(122)對(duì)子圖像 (114，116)的投影。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三維顯示系統(tǒng)，其中所述調(diào)制系統(tǒng)(118，120)還被配置為將表面函數(shù)(302)的法線(212)與入射射束 (304)和反射射束(306)相關(guān)；以及所述投影器(12 還被配置為將左右三維子圖像(114，116)作為入射光束(304)向投 影屏(124)上的對(duì)應(yīng)像素(202)的相應(yīng)法線(212)位置投影。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三維顯示系統(tǒng)，其中所述計(jì)算系統(tǒng)(102)還被配置為 自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)投影屏(1 )，確定投影屏(124)的位置，記錄將至少一個(gè)投影子圖像返回到預(yù)定位置的至少一個(gè)投影角度，以及 調(diào)整所述調(diào)制系統(tǒng)(118，120)以基于其進(jìn)行調(diào)制，其中所述投影器(12 將左右子圖 像(114，116)投影到確定出的投影屏(124)的位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維顯示系統(tǒng)，還包括被配置為使用如下等式來確定表面函 數(shù)(302)的法線012)的角度的電路(102)β (χ) = β * (χ) +90 = arctan (Z0 · k0 · cos (k0 · χ)) +90，其中 β是法線012)相對(duì)于投影屏(124)的平面的角度； 4是投影屏(124)的平均厚度與投影屏(124)的最大厚度之間的差值；χ是沿著投影屏(124)的表面的水平位移； 、= 2π/λρ;并且其中入￡)是投影屏(124)的表面上的單個(gè)像素Q02)的長(zhǎng)度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維顯示系統(tǒng)，還包括被配置為使用以下等式來確定表面 函數(shù)(302)的法線(212)的角度的電路(102)，其中所述表面函數(shù)對(duì)于將反射射束(306)瞄 準(zhǔn)到觀察者(132)的眼008，210)中的處理進(jìn)行校正其中Stff是表面函數(shù)的法線012)的偏轉(zhuǎn)角度；S0是參照投影屏(124)的平面所測(cè)量的反射光束(306)的偏轉(zhuǎn)角度； 、是相對(duì)于投影屏(124)的平面所測(cè)量的入射光束(304)的偏轉(zhuǎn)角度； Lp是投影器(12 的水平位移； Lps是投影器(122)的垂直位移； Lq是觀察者(13 的水平位移； Los是觀察者(132)的垂直位移； Z-是投影屏(124)的平均厚度；4是投影屏(124)的平均厚度與投影屏(124)的最大厚度之間的差值； χ是沿著投影屏(124)的表面的水平位移；并且1^ = 2π/λρ，其中λ ρ是投影屏(124)的表面上的單個(gè)像素Q02)的長(zhǎng)度。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維顯示系統(tǒng)，其中所述投影屏(124)還包括調(diào)制函數(shù) (602)，所述調(diào)制函數(shù)(602)編碼到投影屏(124)的表面(310)中，以便在由預(yù)定函數(shù)定義 的預(yù)定時(shí)間使像素Ο02)的兩個(gè)特定反射位置0(r，XI)處的預(yù)定目標(biāo)偏轉(zhuǎn)角將三維圖像 (114，116)反射到觀察者(132)的相應(yīng)左眼(208)和右眼(210)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維顯示系統(tǒng)，還包括追蹤系統(tǒng)(102，110)，其中所述追蹤 系統(tǒng)(102，110)還被配置為區(qū)分觀察者(13 和非觀察者，其中投影器(12 被配置為將 左右三維圖像(114，116)的一個(gè)或多個(gè)集合投影到其相應(yīng)的觀察者(132)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維顯示系統(tǒng)，還包括投影器(122)，被配置為向投影屏(124)投影左右三維子圖像(114，116)；以及 調(diào)制系統(tǒng)(118，120)，被配置為協(xié)同預(yù)定角響應(yīng)反射表面函數(shù)(30 調(diào)制相應(yīng)的子圖 像(114，116)，以將左右子圖像(114，116)引向其相應(yīng)的左眼和右眼(208,210)位置。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維顯示系統(tǒng)，其中計(jì)算系統(tǒng)(102)還被配置為 唯一標(biāo)識(shí)一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)的觀察者(132)；存儲(chǔ)個(gè)性化的觀察者(13 偏好；以及根據(jù)與觀察者(13 相關(guān)聯(lián)的偏好來定制每個(gè)觀察者(13 的體驗(yàn)。
15.一種顯示三維圖像的方法，包括追蹤觀察者(132)的左眼和右眼(208，210)的移動(dòng)；以及將來自投影屏(124)的像素Q02)內(nèi)的兩個(gè)反射位置OCr，XI)的光朝向觀察者(132) 的相應(yīng)的左眼(208)和右眼O10)反射，其中響應(yīng)于所追蹤的觀察者(132)的移動(dòng)，每個(gè)像素Q02)的兩個(gè)反射位置0(r，XI)改變。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括將調(diào)制函數(shù)(602)編碼到投影屏(124)的表面(310)中，以便在由預(yù)定函數(shù)定義的預(yù) 定時(shí)間使像素O02)的兩個(gè)特定反射位置0(r，XI)處的預(yù)定目標(biāo)偏轉(zhuǎn)角接收來自投影器 (124)的子圖像(114，116)。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括區(qū)分一個(gè)或多個(gè)觀察者(13 和非觀察者，以及將左右三維圖像(114，116)的一個(gè)或多個(gè)集合投影到相應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)觀察者(132) 的左眼和右眼(208，210)。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括當(dāng)子圖像(114，116)沒有與像素(202)的反射位置0(r，Xl)對(duì)準(zhǔn)以到達(dá)觀察者(132) 的相應(yīng)左眼和右眼(208,210)時(shí)，遮蔽投影器(122)對(duì)子圖像(114，116)的投影。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括 追蹤一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)的觀察者(132)； 唯一標(biāo)識(shí)一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)的觀察者(132)； 存儲(chǔ)個(gè)性化的觀察者(13 偏好；以及根據(jù)與觀察者(13 相關(guān)聯(lián)的偏好來定制觀察者(13 的體驗(yàn)。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括朝向投影屏(124)上的兩個(gè)反射位置0(r，Xl)投影左右三維子圖像(114，116)，其中所 述左右三維子圖像(114，116)朝向觀察者(132)的相應(yīng)的左眼(208)和右眼(210)反射。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，還包括 對(duì)準(zhǔn)投影屏(124)，確定投影屏(124)的位置，記錄將至少一個(gè)投影子圖像返回到預(yù)定位置的至少一個(gè)投影角度，以及 調(diào)整所述調(diào)制系統(tǒng)(118，120)以基于其進(jìn)行調(diào)制，其中所述投影器(12 將左右子圖 像(114，116)投影到投影屏(124)的確定位置。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，還包括在虛擬體(136)中追蹤預(yù)定觀察者特征(208，210，802，804，806，808)，以及 基于在虛擬體(136)中的觀察者特征(208，210，802，804，806，808)位置提供關(guān)于觀察 者(13 激勵(lì)的交互式控制輸入的反饋。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，還包括掃描目標(biāo)區(qū)域中的子幀以追蹤觀察者(132)。
24.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，還包括 調(diào)制三維圖像(114，116)；將調(diào)制的三維圖像(114，116)投影到投影屏(124)上；以及將來自投影屏(124)的像素(202)上的兩個(gè)反射位置0(r，Xl)的三維圖像(114，116) 反射到觀察者(132)的相應(yīng)左眼(208)和右眼(210)。
25.根據(jù)權(quán)利要求M所述的方法，其中調(diào)制還包括調(diào)制掃描射束(304)的掃描速度。
26.根據(jù)權(quán)利要求M所述的方法，還包括修改通過預(yù)定的表面函數(shù)(302)將光反射到觀察者(132)的左眼(208)和右眼(210)的投影屏(124)上至少一個(gè)像素Q02)中的兩個(gè)反射位置0(r，Xl)； 使用如下等式來確定表面函數(shù)(302)的法線012)的角度 β (χ) = β * (χ) +90 = arctan (Z0 · k0 · cos (k0 · χ)) +90，其中 β是法線012)相對(duì)于投影屏(124)的平面的角度； 4是投影屏(124)的平均厚度與投影屏(124)的最大厚度之間的差值； χ是沿著投影屏(124)的表面的水平位移； 、= 2π/λρ;并且其中入￡)是投影屏(124)的表面上的單個(gè)像素Q02)的長(zhǎng)度。
27.根據(jù)權(quán)利要求M所述的方法，還包括修改通過預(yù)定的表面函數(shù)(302)將光反射到觀察者(132)的左眼(208)和右眼(210) 的投影屏(124)上至少一個(gè)像素Q02)中的兩個(gè)反射位置0(r，Xl)；使用以下等式來確定表面函數(shù)(302)的法線012)的角度，其中所述表面函數(shù)對(duì)于將 反射射束(306)瞄準(zhǔn)到觀察者(132)的眼008，210)中的處理進(jìn)行校正其中Stff是表面函數(shù)的法線012)的偏轉(zhuǎn)角度；S0是參照投影屏(124)的平面所測(cè)量的反射光束(306)的偏轉(zhuǎn)角度； 、是相對(duì)于投影屏(124)的平面所測(cè)量的入射光束(304)的偏轉(zhuǎn)角度； Lp是投影器(12 的水平位移； Lps是投影器(122)的垂直位移； Lq是觀察者(13 的水平位移； Los是觀察者(132)的垂直位移； Z-是投影屏(124)的平均厚度；4是投影屏(124)的平均厚度與投影屏(124)的最大厚度之間的差值； χ是沿著投影屏(124)的表面的水平位移；并且1^ = 2π/λρ，其中λ ρ是投影屏(124)的表面上的單個(gè)像素Q02)的長(zhǎng)度。
28.—種三維顯示系統(tǒng)，包括調(diào)制系統(tǒng)(118，120)，用于調(diào)制三維圖像(114，116)；以及投影器(122)，被配置為將調(diào)制的三維圖像(114，116)投影到投影屏(124)上，其中所 述投影器被配置為將光投影到投影屏(124)上的至少一個(gè)像素(20 上的兩個(gè)反射位置 0(r，Xl)，其中由投影器(122)進(jìn)行的三維圖像(114，116)的投影被配置為由預(yù)定角響應(yīng)反 射表面函數(shù)(30 定義。
29.根據(jù)權(quán)利要求觀所述的三維顯示系統(tǒng)，還包括所述投影屏(IM)，其中至少一個(gè)像 素Q02)的反射特性由所述預(yù)定角響應(yīng)反射表面函數(shù)(30 定義；以及用于確定在投影屏(124)附近的觀察者(132)的左眼和右眼(208，210)位置的計(jì)算系 統(tǒng)(102)，其中響應(yīng)于觀察者(132)的左眼和右眼(208,210)位置，在像素(202)上反射位 置(Xr, XI)改變。
30.根據(jù)權(quán)利要求觀所述的三維顯示系統(tǒng)，所述調(diào)制系統(tǒng)(118，120)還被配置為當(dāng)子圖像(114，116)沒有與像素(202)的反射位置(Xr,XI)對(duì)準(zhǔn)以將子圖像(114，116)反射到 觀察者(132)的相應(yīng)左眼和右眼(208,210)時(shí)，遮蔽或擋住投影器(122)對(duì)子圖像(114， 116)的投影。
31.根據(jù)權(quán)利要求觀所述的三維顯示系統(tǒng)，其中所述調(diào)制系統(tǒng)(118，120)還被配置為 將表面函數(shù)(302)的法線012)與入射射束(304)和反射射束(306)相關(guān)。
32.根據(jù)權(quán)利要求觀所述的三維顯示系統(tǒng)，其中所述計(jì)算系統(tǒng)(102)還被配置為 自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)投影屏(1 )，確定投影屏(124)的位置，記錄將至少一個(gè)投影子圖像返回到預(yù)定位置的至少一個(gè)投影角度，以及 調(diào)整所述調(diào)制系統(tǒng)(118，120)以基于其進(jìn)行調(diào)制，其中所述投影器(12 將左右子圖 像(114，116)投影到投影屏(124)的確定位置。
33.根據(jù)權(quán)利要求觀所述的三維顯示系統(tǒng)，還包括被配置為使用如下等式來確定表面 函數(shù)(302)的法線012)的角度的電路(102)β (χ) = β * (χ) +90 = arctan (Z0 · k0 · cos (k0 · χ)) +90，其中 β是法線012)相對(duì)于投影屏(124)的平面的角度； 4是投影屏(124)的平均厚度與投影屏(124)的最大厚度之間的差值； χ是沿著投影屏(124)的表面的水平位移； 、= 2π/λρ;并且其中入￡)是投影屏(124)的表面上的單個(gè)像素Q02)的長(zhǎng)度。
34.根據(jù)權(quán)利要求觀所述的三維顯示系統(tǒng)，還包括被配置為使用以下等式來確定表 面函數(shù)(302)的法線012)的角度的電路(102)，其中所述表面函數(shù)對(duì)于將反射射束(306) 瞄準(zhǔn)到觀察者(132)的眼(208,210)中的處理進(jìn)行校正
35.根據(jù)權(quán)利要求四所述的三維顯示系統(tǒng)，其中所述計(jì)算系統(tǒng)(102)還被配置為在 虛擬體(136)中追蹤預(yù)定觀察者特征008，210，802，804，806，808)，以便提供關(guān)于觀察者 (132)激勵(lì)的交互式控制輸入的反饋。
36.根據(jù)權(quán)利要求四所述的三維顯示系統(tǒng)，其中所述計(jì)算系統(tǒng)(10 還被配置為使用 掃描圖像子幀來掃過觀察者(132)正被追蹤的目標(biāo)區(qū)域。
37.根據(jù)權(quán)利要求35所述的三維顯示系統(tǒng)，其中追蹤系統(tǒng)(102，110)還被配置為區(qū)分 觀察者(13 和非觀察者，其中投影器(12 被配置為將左右三維圖像(114，116)的一個(gè) 或多個(gè)集合投影到其相應(yīng)的觀察者(132)。
38.一種顯示三維圖像的方法，所述方法包括將左右子圖像(114，116)顯示到觀察 者(132)的相應(yīng)的左眼和右眼(208，210)以產(chǎn)生對(duì)于觀察者的三維圖像，其中左右子圖像 (114，116)能夠從投影器(122)投影到投影屏(124)上的像素(202)中的兩個(gè)反射位置 0(r，XI)，其中所述兩個(gè)反射位置0(r，Xl)將左右子圖像(114，116)反射到觀察者的相應(yīng)左 眼和右眼(208，210)。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中所述方法還包括以調(diào)制函數(shù)(60 編碼投影 屏(124)的表面(310)。
40.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中所述方法還包括顯示針對(duì)相應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)觀察者(13 的左眼和右眼008，210)的左右三維圖像 (114，116)的一個(gè)或多個(gè)集合，其中投影器(12 被配置為將左右三維圖像(114，116)的一 個(gè)集合投影到一個(gè)觀察者的左眼和右眼008，210)，并且投影器(12 被配置為將左右三 維圖像(114，116)的另一個(gè)集合投影到另一個(gè)觀察者的左眼和右眼008，210)。
41.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中所述方法還包括利用投影器(12 顯示子圖像 (114，116)，所述投影器(122)被配置為當(dāng)子圖像(114，116)沒有與像素(202)的反射位 置(Xr, XI)對(duì)準(zhǔn)以達(dá)到觀察者(132)的相應(yīng)左眼和右眼(208,210)時(shí)，遮蔽子圖像(114， 116)。
42.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中所述方法還包括在計(jì)算系統(tǒng)(10 上追蹤一個(gè)或多個(gè)觀察者(13 的位置，以及識(shí)別每個(gè)單獨(dú)的觀察者(132)，其中個(gè)性化的觀察者(13 偏好存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng) (102)中以根據(jù)與觀察者(132)的觀看偏好來產(chǎn)生觀看體驗(yàn)。
43.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中所述方法還包括在虛擬體(136)中追蹤預(yù)定觀 察者特征(208,210,802,804,806,808)
44.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中所述方法還包括通過掃描圖像子幀追蹤觀察者 (132)。
45.一種顯示三維圖像的設(shè)備，包括追蹤觀察者(132)的左眼和右眼(208，210)的移動(dòng)的裝置；以及將來自投影屏(124)上的像素Q02)內(nèi)的兩個(gè)反射位置0(r，XI)的光朝向觀察者 (132)的相應(yīng)的左眼(208)和右眼(210)反射的裝置，其中響應(yīng)于所追蹤的觀察者(132)的 移動(dòng)，每個(gè)像素O02)的兩個(gè)反射位置0(r，Xl)改變。
46.一種顯示三維圖像的設(shè)備，所述設(shè)備包括將左右子圖像(114，116)顯示到觀察者 (132)的相應(yīng)的左眼和右眼(208，210)以產(chǎn)生對(duì)于觀察者的三維圖像的裝置，其中左右子 圖像(114，116)能夠從投影器(122)投影到投影屏(124)上像素(202)中的兩個(gè)反射位置 0(r，XI)，其中所述兩個(gè)反射位置(Xr,Xl)將左右子圖像(114，116)反射到觀察者(132)的 相應(yīng)左眼和右眼(208，210)。
全文摘要
本申請(qǐng)涉及三維顯示系統(tǒng)，該系統(tǒng)提供了一個(gè)具有預(yù)定角響應(yīng)反射表面函數(shù)(302)的投影屏(124)。在預(yù)定角響應(yīng)反射表面函數(shù)(302)的配置下，三維圖像(114，116)被分別調(diào)制(904)，由此定義了一個(gè)具有可編程偏轉(zhuǎn)角的可編程鏡(126)。
文檔編號(hào)H04N13/00GK102143374SQ20111010691
公開日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2007年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月20日
發(fā)明者C·克拉 申請(qǐng)人:蘋果公司