Использование цилиндрической зеркальной поверхности для построения трехмерных изображений с возможностью их кругового рассматривания Текст научной статьи по специальности «Математика»

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ЗЕРКАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ТРЕХМЕРНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ С ВОЗМОЖНОСТЬЮ ИХ КРУГОВОГО РАССМАТРИВАНИЯ

Александр Анатольевич Гиенко ФГУП СНИИМ, инженер, г. Новосибирск

В работе заявлены некоторые методы визуализации трехмерных изображений с использованием цилиндрических зеркал. Изложенные методы могут быть использованы для разработки трехмерных дисплеев, а также в развитии концепции многоракурсного телевидения.

Ключевые слова: трехмерное изображение, ракурс изображения.

USE OF A CYLINDRICAL MIRROR SURFACE FOR CONSTRUCTION OF THE THREEDIMENSIONAL IMAGES WITH AN OPPORTUNITY OF THEIR CIRCULAR VIEWING

Alexander A. Gienko

Siberian State Metrology Research Institute, engineer, Novosibirsk

In work some methods of visualization of the three-dimensional images with use of cylindrical mirrors are stated. The stated methods can be used for development of three-dimensional displays, and also in development of the concept for holographic TV.

Key words: three-dimensional image, image angle.

Логичным выводом из темы, затронутой в работах [1] и [2], является разработка способа пространственной селекции ракурсов для кругового рассматривания трехмерных изображений. В настоящей работе таких способов предложено два. Вопрос об источниках изображений в работе не рассматривается. Достаточно предположить, что снимаемый объект со всех сторон окружен вебкамерами, изображения с которых мы назовем здесь ракурсами.

1. Пространственно-временной способ селекции ракурсов Предположим наличие проекционной системы с проектором, обладающим возможностью синхронизации внешних для него устройств с его кадровой частотой. В качестве такого внешнего устройства рассмотрим инфракрасный маячок, выдающий во все стороны (на все 360 градусов) импульсы с запаздыванием относительно последовательности кадров проектора, изменяющимся в зависимости от направления ИК-излучения. Допустим, что:

- Частота смены кадров проектора равна 48 Г ц;

- Количество ракурсов (вебкамер) в системе 8.

Тогда импульсы ИК-излучения маячка должны следовать с частой 6 Гц и иметь длительность, равную времени проецирования одного кадра, то есть 1/48 с.

Предположим также, что вебкамеры расположены вокруг объекта съемки в следующих направлениях:

- Северном;

- Северо-восточном;

- Восточном и т.д.

Нумерация вебкамер начинается с северной (это камера 1) и продолжается далее по часовой стрелке. Последняя камера (камера 8) расположена в северозападном направлении относительно объекта съемки. В качестве последовательности кадров в проектор подаются по одному кадры с соответствующей вебкамеры. Последовательность повторяется 6 раз в секунду.

ИК-импульсы от маячка в северном направлении должны следовать без запаздывания относительно начала последовательности кадров. В северовосточном направлении импульсы должны запаздывать от начала последовательности кадров на длительность одного кадра (на 1/48 секунды). В восточном направлении ИК-имульсы должны запаздывать на длительность двух кадров. По аналогии, импульсы в северо-западном направлении должны запаздывать на 7/48 секунды.

Автором разработано соответствующее программное обеспечение (ПО), которое не только выстраивает последовательность кадров от окружающих объект вебкамер, но и осуществляет преобразование каждого кадра таким образом, чтобы отраженное в поверхности цилиндрического зеркала указанное изображение имело нормальный вид. Вид одного кадра изображения, преобразованного указанным ПО, представлен на рис. 1.

Рис. 1. Вид изображения, спроектированного на экран

Если наблюдатель применяет специальные затворные очки, оснащенные микропроцессором и управляемые по ИК-каналу, то, находясь в секторе между северным и северо-восточным направлениями относительно зеркального цилиндра, правым глазом он будет видеть изображение от северной камеры (первой), а левым глазом - от северно-восточной (второй). Если наблюдатель находится в секторе между северо-восточным и восточным направлениями от цилиндра, то правым глазом наблюдатель будет видеть изображение от 2-й камеры, а левым - от 3-й. И так далее...

Главное достоинство способа - применение единственного проектора для любого количества наблюдателей, могущих находиться на различных расстояниях от зеркального цилиндра.

Основным недостатком вышеизложенного способа пространственновременной селекции является применение специальных (чувствительных к направлению) затворных очков со встроенными элементами питания и электронной схемой. Способ также требует наличие проектора с высокой частотой смены изображений (кадров) и специального ИК-маячка, жестко синхронизированного со сменой кадров проектора и тоже управляемого микропроцессором.

2. Пространственный способ селекции ракурсов

Предположим наличие нескольких источников изображений (ракурсов), а также соответствующих данным ракурсам видеопроекторов. Все видеопроекторы расположены по окружности и проецируют каждый свое изображение на зеркальный цилиндр в центре - рис. 2. Изображения

фокусируются проекторами не на поверхности самого цилиндра, а на мнимом изображении в нем внешнего кольца, расположенного соосно с цилиндром и имеющего радиус, превышающий радиус цилиндра в два (или более) раза.

Данное внешнее кольцо на своей внутренней стороне имеет анизотропное катафотное покрытие (см. [2]). Вдоль направляющей цилиндра это покрытие зеркально, а вдоль образующей оно является катафотом. Сфокусированное одним из проекторов изображение будет распределено по внутренней поверхности кольца на угол 240 (или более - зависит от соотношения диаметров кольца и цилиндра) градусов. Если бы эта поверхность являлась обычным диффузным рассеивателем, то изображения от разных проекторов накладывались бы друг на друга со сдвигом, равным угловому расстоянию между проекторами.

Поскольку внутренняя поверхность по вертикали является зеркалом, то изображения отражаются обратно на зеркальный цилиндр, глядя в который их и надо рассматривать. Из каждой такой зоны видно только изображение одного ракурса, проецируемое данным проектором.

В этом случае осуществляется пространственная селекция ракурсов с возможностью кругового оглядывания без применения каких-либо очков. При этом количество наблюдателей ограничивается только наличием свободного места для размещения наблюдателя вблизи внешнего кольца.

Зоны избирательного видения (отсюда наблюдается многоракурсное

Зеркальный цилиндр

Пол помещения

тпехмепное

Проекторы

изображений

(ракурсов)

Внешнее кольцо с

внутренним

катафотным

Рис. 2. Внешний вид установки

Несомненное достоинство способа - отсутствие очков.

Недостаток - наличие большого количества проекторов, равного количеству ракурсов.

В данной работе рассмотрены варианты селекции ракурсов только по горизонтали. Для селекции еще и по вертикали описанные способы не подходят.

Применение построенных с реализацией описанных способов устройств возможно в качестве рекламных установок, размещаемых в публичных местах.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Гиенко, А. А. Визуализация объемных изображений методом пространственной селекции ракурсов. 3D монитор [Текст] / А. А. Гиенко // Сб. матер. VI Междунар. научн. конгресса «ГЕ0-Сибирь-2010» / СГГА. - Новосибирск: СГГА, 2010. - Т. 5, ч. 2.- С. 14-17.

2. Гиенко, А. А. Применение отражающих поверхностей для визуализации объемных изображений. 3D монитор [Текст] / А. А. Гиенко // Сб. матер. VII Междунар. научн. конгресса «ГЕ0-Сибирь-2011» / СГГА. - Новосибирск: СГГА, 2011. - Т. 5, ч. 2. - С. 144-148.

3. Копылов, П. М. Телевидение и голография [Текст] / П. М. Копылов, А. Н. Тачков. -М.: Связь, 1976. - 168 с.

© А.А. Гиенко, 2012