CC BY
47
УДК 681.775.7 А.А. Гиенко
ФГУП СНИИМ, Новосибирск
ПРИМЕНЕНИЕ ОТРАЖАЮЩИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЛЯ ВИЗУАЛИЗАЦИИ ОБЪЕМНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ. 3D МОНИТОР
В работе изложены некоторые методы визуализации объемных изображений с применением отражающих поверхностей особого вида. Методы могут быть использованы для разработки трехмерных дисплеев.
A.A. Gienko
Siberian State Metrology Research Institute, Novosibirsk
APPLICATION OF REFLECTING SURFACES FOR VISUALIZATION OF THE VOLUMETRIC IMAGES. 3D MONITOR
In this work some methods of visualization of the volumetric images with application of reflecting surfaces of the special kind are stated. The methods can be used for development of three-dimensional displays.
Продолжая тему, затронутую в работе [1], следует разобраться в методе цифрового синтеза стереоизображений, приведенном в работе [2]. Наибольший интерес представляет т. н. мультиплексная голограмма, синтезированная из последовательного ряда фотографических ракурсов рис. 1.
Рис. 1. Получение мультиплексной голограммы
На голографическую фотопластинку через узкую щель 1 последовательно, кадр за кадром, записываются отдельные стереоракурсы 21 В качестве
транспаранта, отображающего каждый отдельный ракурс, в работе [2] использовалась монохромная LCD-матрица высокого разрешения с цилиндрической линзой Френеля 3 см. рис. 1.
Количество ракурсов - от 100 до 300. Конструкция установки для записи мультиплексной голограммы показана на рис. 2 и состоит из следующего:
1. Неподвижного держателя диафрагмы в виде узкой щели;
2. Подвижного блока с голографической фотопластинкой;
3. LCD модулятора для воспроизведения изображений;
4. Неподвижного блока линз Френеля, фокусирующих свет лазера на щель;
5. Направляющей платформы.
Как утверждается в [2], используя «мальтийский крест» в приводе винтовой пары перемещения подвижного блока
и его масляное демпфирование, последовательную запись на мультиплексную голограмму стапятидесяти ракурсов можно произвести за две с половиной минуты.
После записи мультиплексной голограммы, называемой также «полосковой», необходимо произвести ее оптическое копирование. Изображение следует переписать голографическим методом на другую фотопластинку, как, например, описано в работе [3]. Во время копирования фотоэмульсия должна быть расположена в том же месте, где во время синтеза находился LCD-монитор. В
результате процесса копирования все изображения сцены (ракурсы) окажутся записанными в
плоскости фотоэмульсии, что
Рис. 2. Установка для записи голограммы
эквивалентно
регистрации
изображения
составляющих
одновременно.
готовят
результату
объемного
всех
его
ракурсов -Таким способом
отражательную синтезированную голограмму см. рис. 3, пригодную для последующего тиражирования.
Рис. З. Синтезированная голограмма (изготовленная Валерием Смирновым)
Ощущение глубины пространства у наблюдателя вызвано тем, что в пределах апертуры голографического дисплея он видит изображение ракурсов через непрерывный ряд изображений узких щелей. Сквозь каждое изображение щели, локализованное на некотором расстоянии от синтезированной голограммы, наблюдатель видит только один ракурс. Каждый его глаз при этом фиксирует изображение, адекватное условиям наблюдения реального объекта в пространстве.
Данные изображения щелей и являются зонами избирательного видения (ЗИВ), упомянутыми в работе [1]. Заметим, что все ракурсы, записанные на полосковую голограмму, теперь сосредоточены в синтезированной голограмме, создающей при своем освещении зоны избирательного видения для наблюдателя. И расположены они на том же месте, которое при оптическом копировании занимала полосковая голограмма рис. 4. Для примера количество ракурсов принято равным семи.
Рис. 4. Зоны избирательного видения на месте полосковой голограммы
Центральной проблемой для многоракурсных устройств отображения объемных изображений является распределение источников ракурсов в пространстве так, чтобы эти источники не мешали друг другу и не перекрывались. Как было показано выше, эта проблема для синтезированной голограммы решается автоматически - последняя просто содержит в себе все двумерные изображения, полученные с различных ракурсов. И распределяет их в пространстве для каждого глаза в отдельности. При этом возможно воспроизведение только статичного объемного изображения, состоящего просто из набора фотографий.
Для отображения трехмерных сцен, изменяющихся во времени, синтезированная голограмма не подходит. Проблема пространственного распределения источников ракурсов решается использованием в их роли проекционных устройств, [1]. Целью настоящей работы является исследование
катафотных поверхностей в качестве экранов для проекционных источников ракурсов.
В случае применения идеального катафота в качестве проекционного экрана (см. рис 5), все вышедшие из объектива лучи в него же и вернутся. На месте объектива экраном будет создана ЗИВ для одного ракурса, а именно для спроектированного на экран двумерного изображения. Тогда глаз наблюдателя должен быть расположен в том же месте, уже занятом проекционным устройством.
Поэтому катафотными свойствами экран должен обладать только по горизонтали. А по вертикали являться либо диффузным рассеивателем, либо зеркалом.
Нами предлагается использовать в качестве подобной поверхности совокупность линейных уголковых зеркал с углом 90 градусов рис. 6.
Изображение проектируется на экран, который служит катафотом только в горизонтальной плоскости.
Характерные размеры зеркальных элементов должны быть порядка 1 мм и менее.
В плоскости вертикальной эта поверхность является обычным зеркалом. При отражении лучей света от подобной поверхности в пространстве формируется
совокупность ЗИВ, аналогичная представленной на рис. 4, если использовать несколько
проекционных устройств в качестве
источников ракурсов.
Сформированные в
горизонтальной плоскости ЗИВ являются вытянутыми по вертикали - рис. 6. Изображение зрачка проекционного объектива, видимое глазом из подобных ЗИВ, выглядит растянутым (или развернутым) по горизонтали.
Чтобы развернуть изображение зрачка еще и по вертикали и увидеть полностью картинку ракурса, необходимо применить еще одну совокупность зеркальных элементов. Ею может служить, например, серия
Рис. 6. Экран из совокупности зеркальных элементов
к
I
Рис. 5. Катафот в качестве экрана
горизонтальных цилиндрических длиннофокусных зеркал, образующая с вышеописанным катафотным экраном перископную систему. Наблюдение полностью развернутого отдельного ракурса осуществляется уже на выходе этой системы. Характерные размеры зеркальных элементов должны быть порядка 1 мм и менее.
Практическое применение устройств подобного рода возможно в установках визуализации виртуальной реальности, дополненной реальности, или например, в рекламных установках для презентации товаров, в практике дистанционных телеизмерений, [4].
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Гиенко А.А. Визуализация объемных изображений методом пространственной селекции ракурсов. 3D монитор. // Сб. матер. VI междунар. научн. конгресса «ГЕО-Сибирь-2010» - Новосиб., СГГА, 2010.-Т.5, ч.2.- С.14-17.
2. Интернет-ресурс http://www.3dmix.com/rus/articles/synthesis/.
3. Комар В.Г., Серов О.Б. Изобразительная голография и голографический кинематограф. - Москва, «Искусство», 1987.
4. Мамчев Г.В. Стереотелевидение - Москва, «Энергия», 1979.
© А.А. Гиенко, 2011
