Способ измерения глубины движущегося 3D пространства (варианты) (стр. 1 )

"Method for correct reproduction of moving spatial images on a flat screen"

Patent Nо US 12/079,448 от 01.01.2001.

G 06 T 17/20

Способ измерения глубины движущегося 3D пространства (варианты)

Изобретение относятся к области психологии восприятия, психофизиологии и нейрофизиологии работы мозга. И может быть использовано для измерения глубины движущихся виртуальных пространства, при создании и экспертизе новых видеоигр, игровых автоматов, создании и экспертизе мультипликационных фильмов, а также создания нового класса тренажёров для более качественного обучения водителей автомобилей и морских кораблей, пилотов космических летательных аппаратов, лётчиков, особенно при посадке самолёта. Кроме того, изобретение может быть полезным при разработке систем виртуального окружения для создания монокулярного стереоэффекта при архитектурно-строительном проектировании, молекулярном моделировании, медицине, для визуализации движущихся 3D пространств в системах виртуального окружения, и предназначены для обеспечения правильного восприятия стереоизображений без использования специального оборудования на обычных компьютерных мониторах и проекционных экранах.

Известно восприятие пространства, при котором человек определяет расстояние между предметами, расположенными в пространстве за счет бинокулярного зрения, так называемый Пульфрих–эффект.

Однако при изображении на плоском пространстве этот эффект не работает. При наличии отграничивающего экрана для получения Пульфрих–эффекта необходимо использование технических средств, например, стереоскопа, на стереоскопических установках с использованием специальных очков.

При нахождении наблюдателя на открытом пространстве, внутри движущегося изображения/пространства, центр вращения перемещается линейно в том же направлении что и наблюдатель. Ближнее пространство (экран) движется вместе с наблюдателем, а дальнее пространство (экран) своим движением создает сферу, имеющую форму шара. Центр сферы и местонахождение наблюдателя совпадают, расстояние от наблюдателя до дальнего экрана рассчитывают по формуле: тангенс отношения расстояния от наблюдателя до дальней точки вращения сферы к высоте точки наблюдения от поверхности наблюдения.

Известен «Способ выявления аномалий пространственного восприятия и устройство для его осуществления» (заявка WO 2006/132566 от 14.12. 2006), в котором используют ближнее и дальнее пространства, и два экрана, а по траекториям их движения изучают пространственное восприятие человека.

Недостатком известного способа является выявление аномалий пространственного восприятия в статическом состоянии пространства, при этом глубина пространственного восприятия является заданной величиной.

Задачами изобретений являются повышение эффективности и точности измерения глубины движущихся виртуальных пространств (3D пространства), при различных условиях движения. А именно, с помощью различения ближнего и дальнего пространства восприятия в процессе движения, и определение глубины движущегося пространства, а также, при наличии или отсутствия отсекающего экрана, или без него.

Поставленные задачи достигаются тем, что измерение глубины движущегося 3D-пространства, при котором перед наблюдателем пространство удаляется и/или приближается, а наблюдатель находится внутри движущегося 3D-пространства, которое имеет центр вращения, и перемещающийся линейно в том же направлении что и наблюдатель. Ближнее пространство движется вместе с наблюдателем, а дальнее пространство своим движением создает сферу, которая имеет форму шара, центр сферы и местонахождение наблюдателя совпадают, расстояние от наблюдателя до дальнего пространства рассчитывается по формуле: тангенс отношения расстояния от наблюдателя до дальней точки сферы к высоте точки наблюдения от поверхности наблюдения;

Способ измерения глубины движущегося 3D-пространства, при котором перед наблюдателем пространство удаляется и/или приближается, а наблюдатель находится вне движущегося 3D-пространства, между наблюдателем и движущимся пространством расположен отграничивающий экран, и движущееся пространство имеет центр вращения, который перемещается линейно в направлении противоположном наблюдателю, при этом различают ближнее и дальнее пространство, ближнее пространство вращается в противоположном от наблюдателя направлении, а дальнее пространство движется в направлении, в котором движется наблюдатель, причем оба пространства вращаются и своим движением создают сферу, которая имеет в разрезе форму эллипса, а в центре вращения расположено ядро вращения, которое перемещается линейно по отношению к наблюдателю, глубина изображения определяется расстоянием до центра сферы, расположение ближнего пространства равно радиусу от ядра вращения до наблюдателя, расположение дальнего пространства равно диаметру сферы, а расстояние от наблюдателя до центра вращения рассчитывается по формуле: тангенс отношения расстояния от наблюдателя до центра вращения сферы к высоте точки наблюдения от поверхности наблюдения.

Изобретения базируются на общих знаниях из области физиологии человека и на проведённых экспериментах, в результате которых было установлено, что визуальное восприятие каждого человека использует изображения ближнего и дальнего планов, существующих независимо от нашего сознания. Например, при чтении книг или при взгляде на клавиатуру компьютера человек пользуется пространством ближнего обзора. Установлено, что у взрослого человека пространство ближнего обзора расположено на расстоянии от 30 до 60 см от глаза, а центр пространства ближнего обзора находится обычно ниже горизонтальной плоскости, проходящей через зрачок глаза наблюдателя, примерно на 5°- 17° ниже горизонтальной плоскости. Пространство дальнего обзора простирается от границ поля ближнего обзора до бесконечности, т. е. под углом 5°- 17° выше или ниже линии горизонта до бесконечности.

Примеры пользования пространством дальнего обзора: слежение водителем автомобиля за дорогой, пилота самолета при взлете и посадке, наблюдение за дорогой во время движения через боковое окно автомобиля или поезда.

Рассмотрим, как формируется изображение материальной точки на сетчатке, затем как человек определяет, что система двух материальных точек вращается, и как человек определяет направление вращения.

Для этого определим вращения объектов наблюдения в двух случаях:

- направление движения перпендикулярно направлению наблюдения (например, наблюдение через боковое стекло автобуса);

- направление движения совпадает с направлением наблюдения (например, наблюдение через лобовое стекло автобуса или самолёта, летящего под некоторым углом к горизонту, например, в момент посадки).

Сущность изобретений поясняется чертежами.

На фиг. 1 показано изображение материальной точки на сетчатке глаза наблюдателя;

На фиг. 2 изображено вращение системы двух материальных точек;

На фиг. 3 изображено движение материальной точки со скоростью υ // y;

На фиг. 4 изображена зависимость направления вращения от положения при фиксированном положении . Серым цветом закрашены области, для которых вращение происходит против часовой стрелки, а белым - по часовой стрелке;

На фиг. 5 показано изменение картины при изменении угла ;

На фиг. 6 представлено движение материальной точки со скоростью υ // x;

На фиг. 7 показаны направления вращения;

На фиг. 8 показана зависимость направления вращения от положения при фиксированном положении (случай . Серым цветом закрашены области, для которых вращение происходит против часовой стрелки, а белым - по часовой стрелке;

На фиг. 9 изображена зависимость направления вращения от положения при фиксированном положении (случай . Серым цветом закрашены области, для которых вращение происходит против часовой стрелки, а белым - по часовой стрелке;

На фиг. 10 изображена зависимость направления вращения от положения при фиксированном положении (случай ). Серым цветом закрашены области, для которых вращение происходит против часовой стрелки, а белым - по часовой стрелке;

На фиг. 11 изображено восприятие внутри движущегося открытого пространства - вид сбоку;

На фиг.12 показано восприятие внутри движущегося открытого пространства – вид сверху;

На фиг. 13 изображено восприятие пространства движущегося мимо наблюдателя при наличии отграничивающего экрана – вид сбоку;

На фиг. 13а – схема измерения глубины виртуального пространства в условиях отграничивающего экрана;

На фиг.14 - изображено восприятие пространства движущегося мимо наблюдателя при наличии отграничивающего экрана – вид сверху;

На фиг. 15 - изображено восприятие пространства движущегося навстречу наблюдателю при наличии отграничивающего экрана – вид сбоку;

На фиг. 15 изображено восприятие пространства движущегося навстречу наблюдателю при наличии отграничивающего экрана – вид сбоку;

На фиг. 15а схема измерения глубины виртуального пространства, движущегося навстречу, в условиях отграничивающего экрана;

На фиг. 16 изображено восприятие пространства движущегося навстречу наблюдателю при наличии отграничивающего экрана – вид сверху;