AVILUSplus: Dynamische Multi-Resolution Projektionsumgebung

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Entwicklung eines dynamischen Bild-In-Bild-Verfahrens für hohe Bild-Auflösungen in Stereo-Projektionssystemen

Derzeit erfolgt die Bild-Wiedergabe in Virtual-Reality-Systemen häufig durch den Einsatz von Rückprojektions-Systemen. Die dabei eingesetzten Projektoren gängiger Auflösung projizieren meist auf eine relativ große Leinwand-Fläche, wodurch die dargestellten Pixel groß erscheinen und feine Strukturen in den dargestellten Bildern nur ungenau wiedergegeben werden können. Sie erreichen beispielsweise bei einer typischen Größe von 2,7m x 2,0m mit Projektoren der Auflösung SXGA+ und einem Betrachtungsabstand von 1,2m nur eine Auflösung von etwa 18% des Auflösungsvermögens des menschlichen Auges.

Aus diesem Grund werden derzeit vereinzelt Systeme mit Projektoren von sehr hoher Auflösung genutzt, die heute noch sehr kostspielig sind. Eine andere Lösung stellen gekachelte Anzeigen dar, bei denen sehr viele, nebeneinanderliegenden Projektoren zum Einsatz kommen. Auch so kann eine hohe Anzahl von Pixeln auf der Leinwand dargestellt werden. Dieser Ansatz ist allerdings sehr wartungsintensiv und wie auch der erste Ansatz sehr teuer.

Das IAO begegnet dieser Problematik mit dem Ansatz, ein dynamisches Bild-in-Bild-Verfahren für Projektionsanzeigen zu entwickeln, um ein hochauflösendes, stereoskopisches Inlaybild im niedriger aufgelösten Projektions-Gesamtbild zu projizieren. Das hochauflösende Inlay soll dynamisch in dem, vom Benutzer betrachteten Bereich des Gesamtbildes positioniert werden können. Durch Einsatz eines Inlaybildes mit einer Breite von einem Meter unter Benutzung von Projektoren in Full-HD-Auflösung kann an der oben beschriebenen Leinwand die wahrgenommene Auflösung von 18% auf 67% des maximalen Auflösungsvermögens des menschlichen Auges erhöht werden.

Die Inlay-Positionierung soll der Blickrichtung des Benutzers folgen oder mittels Eingabegerät vorgegeben werden können. Die Blickrichtung wird hierzu aus der Position und Orientierung des Kopfes des Benutzers angenähert. Diese Messdaten liegen bei Virtual Reality Systemen durch das zum perspektivisch korrekten Rendering eingesetzte Head-Tracking-System vor. Somit kann die Inlayposition der Kopfbewegung des Benutzers folgen, um im fokussierten Sichtfeld die Inhalte stets mit hoher Auflösung darzustellen.

Zur Positionierung der Projektorbilder wurden am IAO folgende Verfahren untersucht:

Einsatz von Umlenkspiegeln

Umlenkung des Strahlengangs der Inlayprojektoren durch drehbar angeordnete Spiegel, die durch Elektromotoren zwei-achsig rotiert werden können. Dies ist eine besonders kostengünstig realisierbare Methode, die jedoch durch das schräg auftreffende Bild an der Leinwand eine aufwändige, projektive Entzerrung erfordert. Hierfür ist ein zusätzlicher Rechenschritt im Bildgenerierungsprozess vorzusehen, dem eine Analyse des Verzerrungsverhaltens, abhängig von der Projektorpositionierung vorausgeht.

Zweiachsig verfahrbarer Projektorträger

Zur Positionierung des Inlays ist es ebenso möglich, die Inlay-Projektoren mittels einer entsprechenden mechanischen Vorrichtung parallel zur Leinwand zu verfahren. Hierzu wird eine horizontale und vertikale Führungsachse für die Lateral-Bewegung entwickelt, welche die zwei Inlay-Projektoren für das Inlay-Bild des rechten und linken Auges an beliebige Positionen innerhalb der Leinwandgröße führen kann. Diese Konstruktion setzt deutlich stärkere Elektromotoren ein, da hier nicht nur Umlenkspiegel, sondern die beiden Projektoren bewegt werden müssen. Der mechanische Aufwand und die Kosten liegen bei dieser Lösung höher, bei dem Inlay-Bild muss jedoch keine Kompensation der projektiven Verzerrung vorgenommen werden und die Abbildungsqualität ist durch den, über die Inlay-Bildfläche hinweg gleichbleibenden Projektionsabstand höher.

Diese selektiv hochauflösenden, großflächigen Projektionssysteme können wesentlich günstiger ausgeführt werden, als ein vollflächig hochauflösendes System. Die Verfahren erfordern eine opto-mechanische Konstruktion zur Inlay-Positionierung sowie die Softwareimplementierung für angepasstes Rendering, Bildkalibrierung und eine entsprechende Benutzungsschnittstelle.