自动立体筒形显示器

技术领域

本公开总体上涉及自动立体图像观看系统，并且更具体地涉及用于提供从多个角度（例如高达360度）可视的三维（3D）图像的系统。

背景技术

总体上，3D显示器被设计成给观看者提供感知深度的图像，以使用被投射到平面的或二维（2D）的表面（例如投射屏幕）上的图像来产生幻象。一些3D系统使用佩戴的装置（诸如眼镜或目镜）来将观看者的眼睛的视觉从彼此分开以辅助创造这样的效果。相比之下，自动立体显示器提供3D视觉效果而不使用佩戴的装置或超出屏幕的表面的其他媒介辅助。然而，总体上，许多这样的显示器从有限范围的角度提供期望的效果和/或使用观看者眼睛跟踪以维持效果，由此增加复杂性和/或限制潜在的观看者的数量。

发明内容

与原创地要求保护的主题在范围上相符的某些实施例被概述如下。这些实施例不旨在限制要求保护的主题的范围，而是这些实施例仅旨在提供主题的可能形式的简要概括。实际上，主题可以包含可以类似于或不同于以下阐述的实施例的各种形式。

在一实施例中，图像投射系统可以包括半透明的或透明的投射屏幕和设置在投射屏幕上或投射屏幕内的多个透镜。图像投射系统还可以包括投射器以将多个图像投射到投射屏幕上。图像可以包括景象的多个视图，并且投射器可以同时投射图像以产生景象的三维显示。

在另一实施例中，系统可以包括由具有至少85%的光透射率的材料形成的曲形投射屏幕。系统还可以包括投射器以投射景象的多个渲染图（renderings）的交错图像，其中渲染图中的每个对应于景象的一个观看角度。系统还可以包括锥形反射器以从投射器接收图像并且将图像反射到曲形投射屏幕。

在又另一实施例中，显示三维内容的方法可以包括确定对应于三维显示或三维显示的环境的一个或更多实施方式因素。方法还可以包括至少部分地基于实施方式因素校准对应于景象的不同视图的多个图像。方法还可以包括经由光源输出校准的图像，经由锥形反射器反射图像以及将图像显示在曲形投射屏幕上。图像可以通过绕曲形投射屏幕设置的透镜可视。

附图说明

当参考所附附图阅读以下详细的描述时，本发明的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解，在其中遍及附图相同的标记代表相同的部分，其中：

图1是根据本公开的方面的筒形自动立体显示器的透视图；

图2是根据本公开的方面的图1的显示器的部分剖切示意视图；

图3是根据本公开的方面的用于显示3D图像的系统的框图；

图4是根据本公开的方面的用于显示3维内容的流程图；以及

图5是根据本公开的方面的环绕观看者的筒形自动立体显示器的示意透视图。

具体实施方式

以下将描述本公开的一个或更多具体实施例。为了提供这些实施例的简明描述，可以在说明书中不描述实际的实施方式的所有特征。应当领会的是，在任何这样的实际的实施方式的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须做许多特定于实施方式的决定以实现开发者的特定目标（诸如对系统相关的和商业相关的约束的依从），所述特定目标可能随实施方式的不同发生变化。此外，应当领会的是，这样的开发工作可能是复杂且耗费时间的，但是对于受益于此公开的那些普通技术人员来说，将仍然是设计、制作和制造的例行任务。

本技术提供图像的自动立体三维（3D）显示器，所述自动立体三维（3D）显示器从多个角度可视并且可以在没有使用头盔、眼镜或佩戴的光学辅助的情况下被实施来创造感知深度幻象。在一些实施例中，可以通过在显示器（例如屏幕）的表面上或在显示器（例如屏幕）的表面中引入视差阻挡层（parallax barrier）或透镜状表面而产生自动立体效果。视差阻挡层或透镜可以导致观看者的一个眼睛看到与另一个眼睛不同的图像，这继而产生感知深度的幻象。如本文所提供的，曲形投射屏幕（例如筒形显示器）可以被用来提供从多个角度（例如围绕显示器高达360度）观看。进一步地，本公开的技术容许在不使用复杂的移动部分（诸如旋转投射器、可移动屏幕和/或遮挡物）的情况下显示自动立体图像。因此，制造本公开的技术更不昂贵，而尽管如此本公开的技术仍提供360度的自动立体视图。

从多个角度可视的（例如围绕屏幕高达360度可视的）自动立体显示器提供了在不替换物理介质或周围物的情况下以3D和逼真的方式展示变化的和/或移动内容的机会。这样的显示器可以被用于各种实施方式中，所述实施方式包括但不限制于类似博物馆的显示器、投射的表演、标识等。附加地，游乐场骑乘设施可以使用这样的显示器作为在骑乘设施中的逼真的周围物的部分、用于骑乘设施的呈队列的演示件、沉浸式体验等。

图1是对多个观看者12从多个角度可视的3D显示器10的一个实施例的透视图。3D显示器10可以包括具有透镜16或视差阻挡层的曲形投射屏幕14（例如筒体、半筒体或部分的筒体、环、球或其他曲形体积或曲形体积的部分），所述透镜16或视差阻挡层沿曲形投射屏幕14的侧部竖直向下延伸。曲形投射屏幕14可以是任何合适类型的投射屏幕，例如后部投射屏幕。在所描绘的实施例中，竖直的透镜16被示出在曲形投射屏幕14的外表面17上并且对应于3D图像18关于（一个或更多）观看者12的定向。因此，取决于实施方式，透镜16可以以任何合适的定向被布置。附加地，透镜16可以直接形成到曲形投射屏幕14中（例如，蚀刻、模制或压印到屏幕材料中）或作为透镜状覆层被应用，并且可以被定位在内表面19上或曲形投射屏幕14的外表面17上。曲形投射屏幕14和透镜16一起形成屏幕结构15。

为了允许投射的光通过曲形投射屏幕14，曲形投射屏幕14可以由总体上透明的、半透明的和/或取决于波长的透明材料（例如玻璃、晶体、塑料、聚合物材料等）制成。在一些实施例中，具有或不具有透镜16的曲形投射屏幕14可以具有至少55%、75%、85%或95%的光透射率。附加地，曲形投射屏幕或屏幕结构15可以具有小于60%、小于40%、小于25%或小于5%的不透明度以维持3D图像18的清晰度。附加地或备选地，对于从内表面19入射的光，相比从外表面17入射的光，曲形投射屏幕14可以具有不同的透射率、反射、吸收和/或不透明度。因此，朝向观看者12投射的光可以比投射到3D显示器10中的光具有更大的透射率。在一个实施例中，观看者12可能不能看到屏幕结构15内部，但是投射的图像可以在屏幕结构15的外表面17上被观看。此外，如将领会的是，取决于实施方式，一些实施例可以包括具有小于55%的透射率和/或大于60%的不透明度的曲形投射屏幕14或屏幕结构15。

透镜16可以被形成为多个透镜状镜片，所述多个透镜状镜片具有基于观看者12的期望的观看距离而选择的密度和/或形状。透镜16或包括透镜16的透镜状覆层可以由总体上半透明的或透明的材料形成。如以上关于曲形投射屏幕14所提及的，透镜16和曲形投射屏幕14两者的透镜状材料或屏幕结构15可以具有至少55%、75%、85%或95%的光透射率和/或小于60%、小于40%、小于25%或小于5%的不透明度。在其他实施例中，包括交替的不透明条带和半透明或透明条带的视差阻挡层也可以给予类似的光学效果。如本文所讨论的，透镜16可以与曲形投射屏幕14一体地形成或可以作为覆层、片材或其他结构被应用到曲形投射屏幕14上。进一步地，透镜16可以远离曲形投射屏幕14（例如，从内表面19间隔一距离，从外表面17间隔一距离，在投射器前部的镜体上或作为在投射器前部的镜片，或设置在投射器和曲形投射屏幕14之间的反射器上）被实施。在所描绘的实施例中，透镜16与曲形投射屏幕14成一体或直接耦合到曲形投射屏幕14。总体上，透镜16或视差阻挡层起作用以使光偏转使得观看者的右眼睛和左眼睛接收不同图像，所述不同图像生成自动立体的效果。曲形投射屏幕14和关联的透镜16可以是静止的和/或相对于环境固定在适当位置中。

在一个实施例中，3D图像18（例如，景象的渲染图或期望以感知深度被观看的物体）可以从投射器或其他源投射到曲形投射屏幕14上。对应于从不同角度（例如从围绕3D图像18的不同角度）的视图，代表相同的3D图像18的部分视图的多个不同的碎片（slivers）或部分可以被同时投射到曲形投射屏幕14上并且与透镜16对准。透镜16例如沿竖直的方向遮挡光线，使得每个碎片可以通过狭窄的视场（field of view）被观察。在一些实施例中，3D图像18的每个碎片可以被投射到单个透镜16或一组透镜16上。当观看者12看3D显示器10时，观看者的眼睛中的每个可以看到3D图像18的不同碎片，产生感知深度幻象和3D图像18。例如，幻象可以导致观看者感知3D图像18是被定位在对应于由屏幕形成的封闭空间20的一位置处的空间内的物体。随着观看者12围绕3D显示器10移动，3D图像18的被观看的角度可以改变。例如，如果观看者12从一个角度看到房子的侧部，观看者12可以移动到3D显示器10的相对侧部以看到房子的相对侧部以及从第一有利位置看不到的在房子后部的物体。附加地，不同3D图像18可以被接连地显示以产生动画的（例如移动的）3D景象。

为了有助于图示，图2是3D显示器10的部分剖切视图，所述3D显示器10包括沿着曲形投射屏幕14的轴线31（例如中心轴线或取决于实施方式的其他适当的轴线）对中的（例如相对于曲形投射屏幕14）静止的投射器30。在一些实施例中，投射器30可以被定位在曲形投射屏幕14的界限之上、之下或之内。附加地，在所描绘的实施例中，投射器30朝向锥形反射器32的点33定向，以将光线34从投射器30反射到曲形投射屏幕14的外边缘。锥形反射器32可以以轴线31为中心使得轴线31二等分锥形反射器32的点33。因此，投射器30可以被对中在锥形反射器32的点33上方。附加地，如所图示的，在一些实施例中，锥形反射器32可以从曲形投射屏幕14的顶部边缘延伸到曲形投射屏幕14的底部。然而，取决于实施方式，不同尺寸的（例如更大或更小的）锥形反射器32也可以被用来将光线34从投射器30反射到曲形投射屏幕14。锥形反射器32作用于将3D图像18从投射器30的平面的输出散开并且产生围绕曲形投射屏幕14高达360度的全景视图。锥形反射器32可以由诸如迈拉（Mylar）、铝、银、锡等的任何合适的（例如具有大于80%、大于90%或大于98%的反射率的）反射材料制成。在一个实施例中，锥形反射器32可以包括玻璃或丙烯酸镜。在一些实施例中，曲形投射屏幕14可以是实体的，具有内置的锥形反射器32，或曲形投射屏幕14可以是中空的，形成例如围绕锥形反射器32的环。如以上陈述的，曲形投射屏幕可以是多种形状（例如筒体、半筒体或部分的筒体、环、球或其他曲形体积或曲形体积的部分）中的一个。因此，取决于实施方式，锥形反射器32、投射器30和透镜16的几何形状和放置方式可以被更改。例如，如果曲形投射屏幕14构成半筒体，半锥形反射器32可以被用来将光线34反射到曲形投射屏幕14。附加地或备选地，取决于实施方式，投射器30可以针对除锥形反射器32的点33之外的点。

在一些实施例中，如在示出图3的控制系统35的框图中所描绘的，控制器38可以帮助在投射之前处理图像，和/或帮助控制投射器30。控制器38可以包括处理器40、存储器42和/或输入/输出（I/O）界面44以接收、处理和/或输出图像数据用于3D显示器10。处理的影像可以从控制器38被传达到投射器30，并且在投射器30内的光源36可以将光线34输出到锥形反射器32和曲形投射屏幕14用于观看。处理器40可以包括一个或更多通用微处理器、一个或更多特定用途集成电路（ASICs）、一个或更多现场可编程逻辑阵列（FPGAs）或其任何组合。存储器42可以储存要由处理器40处理的数据，并且可以包括一个或更多有形的、非短暂的、计算机可读的介质。例如，存储器42可以包括随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可重写非易失存储器（诸如闪存存储器）、硬盘驱动器、光盘和/或类似物。附加地，取决于实施方式，光源36可以具有任何合适的类型（例如激光器、白炽灯泡、发光二极管（LED）、液晶等）。

在一些实施例中，控制器38可以预处理3D图像18并且将处理的图像储存在存储器42中用于在稍后时间的投射。此外，控制器38可以与投射器30一起实施或从投射器30分开地实施。取决于实施方式，从投射器30分开的控制器38可以处理要被投射的影像并且第二控制器可以直接控制投射器30。

3D图像18的处理或3D图像18的集聚（例如以示出动画）可以取决于受制于期望的实施方式的一个或更多因素。要被显示的3D图像18和/或投射器30可以至少部分地基于这样的因素被校准。例如，取决于期望的保真度、透镜16的数量和/或曲形投射屏幕14的尺寸，从不同角度的3D图像18的渲染图（例如3D图像18的碎片）的数量可以变化。在一些实施例中，围绕360度的曲形投射屏幕14（例如筒形屏幕）可以使用至少60、至少360或至少720个从不同角度的3D图像18的渲染图。此外，透镜16的数量和/或曲形投射屏幕14的尺寸可以从小的（例如体积上小于1立方尺（0.028立方米）的）展示器到实物尺寸的（例如体积上大于250立方尺（7.08立方米）的）显示器变化。附加地，透镜16总体上依赖于多个曲形表面脊部来为观看者12遮挡光线34。在一些实施例中，通过改变3D图像18的哪些碎片被观看者的眼睛中的每个看到，观看者距3D显示器10的距离可以影响感知的3D效果。因此，投射的图像可以基于估计的、平均的和/或设定的观看距离被校准。进一步地，3D图像18的多个碎片可以被“包裹”或一起作为单个图像以由投射器30输出，使得当被投射到锥形反射器32上时，碎片被“散开”并且被反射到曲形投射屏幕14的周界上。这样的包裹和散开可以对应于锥形反射器32和曲形投射屏幕14的几何形状以及在投射器30、锥形反射器32和曲形投射屏幕14之间的相对距离。

为了有助于进一步图示，图4是用于产生从围绕曲形投射屏幕14高达360度可视的3D图像18的示例过程的流程图48。如以上指出的，一个或更多实施方式因素可以对应于3D显示器和/或环境（例如观看距离）确定（过程框50）。对应于围绕3D显示器10的不同观看角度的至少一个3D图像18的多个渲染图可以至少部分地基于实施方式因素被校准（例如被处理和/或被格式化），用于由3D显示器10进行显示（过程框52）。所述至少一个3D图像18的校准的多个渲染图可以被输出到投射器30（过程框54）并且被同时投射到锥形反射器32上（过程框56）。如果多个3D图像18要被顺次显示以将景象动画化，可以同时投射单个3D图像18（例如一个图像帧）的校准的多个渲染图，接着是随后的帧的校准的多个渲染图。然后至少一个3D图像18的多个渲染图可以呈现在通过多个透镜16可视的曲形投射屏幕14上（过程框58）以产生物体或景象的自动立体的再现。

尽管在图1中被描绘为要从围绕曲形投射屏幕14观看的3D显示器10，但是3D环绕显示器60可以包括至少部分地围绕观看者12的曲形投射屏幕14，如在图5中示出的。在一些实施例中，观看者12可以由曲形投射屏幕14部分地或完全地环绕，提供沉浸式体验。相对于观看者12，锥形反射器32可以被定位在由曲形投射屏幕14形成的封闭空间20外面的一位置处，允许光线34从投射器传送到曲形投射屏幕14。附加地，对应于曲形投射屏幕14的端部（例如地面或顶板），锥形反射器32可以被截去尖部。例如，3D环绕显示器60的锥形反射器32和/或曲形投射屏幕14可以分别形成半锥体和半环（例如形成180度的环），分别形成完整的锥体和完整的环或围绕观看者12的任何合适量的立体角（solid angle）。如以上关于3D显示器10所讨论的，取决于实施方式，3D环绕显示器60的投射器30可以在曲形投射屏幕14之上或之下，并且3D图像18的校准/处理可以包括相同和/或类似的因素。

尽管本文已经图示和描述了本发明的仅某些特征，但是本领域技术人员将想到许多修改和改变。因此，要理解的是，所附权利要求书旨在覆盖如落入本发明的实质精神内的所有这样的修改和改变。

本文所呈现和要求保护的技术被引用和应用到明显改进本技术领域的具有实用性质的实物和具体示例，并且因此不是抽象的、无形的或纯理论的。进一步地，如果附到此说明书的最后的任何权利要求包含被指定为“用于[执行][功能]的装置…”或“用于[执行][功能]的步骤…”的一个或更多要素，它旨在这样的要素要根据35U.S.C.112(f)解释。然而，对于包含以任何其他方式指定的要素的任何权利要求，它旨在这样的要素不要根据35U.S.C.112(f)解释。