NL2006111C2 - Werkwijze en inrichting voor het volumetrisch afbeelden van een driedimensionaal object in een lichtverstrooiend medium. - Google Patents

Description

Werkwijze en inrichting voor het volumetrisch afbeelden van een driedimensionaal object in een lichtverstrooiend medium.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het volumetrisch afbeelden van 5 een driedimensionaal object in een lichtverstrooiend medium. De uitvinding heeft verder betrekking op een inrichting voor het volumetrisch afbeelden van een driedimensionaal object in een lichtverstrooiend medium. De uitvinding heeft verder betrekking op een computerprogrammaproduct.

Bij het volumetrisch afbeelden van het driedimensionaal object schijnen de 10 beeldelementen zich op vooraf bepaalde posities te bevinden in een primair beeldvolume binnen het verstrooiende medium en vormen een driedimensionale afbeelding dat door een waarnemer vanuit een aantal hoeken bekeken kan worden. Het object kan verder door middel van een driedimensionale representatie voorgesteld worden. De driedimensionale representatie kan door middel van een computermodel 15 van het object gegenereerd worden en omvat o.a. driehoeken, textuur en belichting. De driedimensionale representatie kan ook door middel van een computertomografie (CT) scanner, een magnetische resonantie imaging (MRI) scanner, stereoscopische opnameapparatuur of seismische instrumenten van een fysisch of biologisch object bepaald worden. Voor het volumetrisch afbeelden is verder geen speciale bril nodig, 20 waardoor het object bekeken moet worden.

Een dergelijke werkwijze is bekend uit het Amerikaanse octrooischrift US 6,997,558. Deze werkwijze voor het volumetrisch weergeven van een object omvat het meten van een afstand van een projectiepositie naar respectievelijke verstrooiende deeltjes in een medium, bijvoorbeeld stofdeeltjes in lucht, door middel van een 25 inffaroodlaser en afhankelijk van de gemeten afstand van de respectievelijke deeltjes, belicht een zichtbaar lichtlaser deze deeltjes wel of niet, waarbij de deeltjes het ontvangen licht verstrooien. Een probleem bij deze werkwijze is dat om een beeldpunt te genereren er op een moment dat de laser op de respectievelijke positie van het beeldpunt is gericht, zich geen andere deeltjes tussen de laser en het respectievelijk 30 deeltje mogen bevinden, waarbij dat moment zich moeilijk laat voorspellen of beïnvloeden.

2

Het is een doel van de uitvinding te voorzien in een werkwijze voor het volumetrisch afbeelden van een object waarin bovengenoemde tekortkomingen worden gereduceerd.

Volgens een eerste aspect van de uitvinding wordt dit doel bereikt door een werkwijze 5 omvattende het opwekken van een veelvoud lichtbundels met een eerste openingshoek, het vormen van een primaire beeldruimte in het lichtverstrooiend medium door het overlappen van het veelvoud lichtbundels, het bepalen van respectievelijke afbeeldingen door middel van projecties van een driedimensionale representatie van het driedimensionale object in een met de primaire beeldruimte corresponderende 10 objectruimte en het moduleren van de respectievelijke lichtbundels met de respectievelijke afbeeldingen. Door het vormen van de primaire beeldruimte in het lichtverstrooiende medium door de overlappende lichtbundels en het moduleren van de lichtbundels met de respectievelijke afbeeldingen wordt het driedimensionale object afgebeeld in de primaire beeldruimte. De respectievelijke afbeeldingen worden bepaald 15 door de respectievelijke projecties van een driedimensionale representatie van het driedimensionaal object op een tweedimensionaal vlak.. Een waarnemer die zich op een positie buiten of binnen de primaire beeldruimte bevindt zal dan de afbeelding in de lichtbundel waarnemen die correspondeert met een projectie van het driedimensionale object in de objectruimte in een richting die overeenkomt met de richting van de 20 lichtbundel ten opzichte van de primaire beeldruimte.

In een voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze zijn de respectievelijke projecties afhankelijk van een observatiepunt, een afbeeldingsvenster tussen het observatiepunt en het driedimensionale object, en een oriëntatie van het afbeeldingsvenster ten opzichte van het observatiepunt en het driedimensionale object, 25 waarbij een tweede openingshoek, die bepaald wordt door de afstand tussen het observatiepunt en het afbeeldingsvenster, gelijk is aan de eerste openingshoek van de lichtbundel. Doordat de eerste openingshoek van de lichtbundel gelijk is aan de tweede openingshoek zullen de projectievelden van alle projecties precies op elkaar aansluiten en corresponderen met de lichtbundels die de primaire beeldruimte vormen en zal de 30 waarnemer altijd de projecties zien die overeenkomen met de positie waarin hij zich bevindt ten opzichte van de primaire beeldruimte.

In een verdere uitvoeringsvorm van de werkwijze corresponderen de respectievelijke observatiepunten en de oriëntaties van de afbeeldingsvensters in de 3 objectruimte met respectievelijke posities en de oriëntaties van de projectors ten opzichte van de primaire beeldruimte. Op deze manier wordt een gelijkvormige representatie van het driedimensionale object in de primaire beeldruimte verkregen.

In een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze omvat de projectie 5 het afbeelden van de beeldelementen van de driedimensionale representatie, welke beeldelementen een hogere voorrang bezitten, welke proportioneel is met de afstand van het beeldelement tot het observatiepunt. Door het geven van voorrang aan de beeldpunten van de driedimensionale representatie die verder van het observatiepunt af liggen ten opzichte van de beeldpunten van de driedimensionale representatie die 10 dichter bij het observatiepunt liggen, zullen ten opzichte van het observatiepunt achterliggende oppervlakken van het driedimensionaal object worden vastgelegd in de afbeelding van de te projecteren lichtbundel en ten opzichte van het observatiepunt voorliggende oppervlakken worden gemaskeerd.

In een verdere uitvoeringsvorm van de werkwijze omvat de projectie een 15 straaltrekbewerking op de driedimensionale representatie, welke straaltrekbewerking, in het Engels “raytracing”, omvat a) het opspannen van een hulpvlak in de objectruimte, welk hulpvlak gezien in de richting naar het observatiepunt voor het driedimensionale object ligt, b) het bepalen van een primaire straal vanaf een beginpunt in het hulpvlak naar het 20 observatiepunt via het driedimensionale object en het afbeeldingsvenster, c) het bepalen van een objectpunt langs de primaire straal in de driedimensionale representatie van het driedimensionale object waarvan de afstand tot het observatiepunt het grootst is, waarbij de intensiteit van het beeldpunt in de afbeelding gelijk is aan de intensiteit van dat objectpunt op de primaire straal.

25 In een verdere uitvoeringsvorm van de werkwijze omvat de projectie een rasterisatie, welke omvat: a) het beschrijven van het object door middel van driehoeken, b) het afbeelden van de respectievelijke hoeken van de respectievelijke driehoeken op het afbeeldingsvenster op het snijpunt van een projectielijn van de respectievelijke hoeken naar het observatiepunt met het afbeeldingsvenster, c) het 30 bepalen van de afstand van de respectievelijke driehoeken van de driedimensionale representatie naar het observatiepunt en d) het bepalen van de intensiteit van de beeldpunten binnen de geprojecteerde driehoeken in de afbeelding uit de intensiteiten van de beeldpunten uit overeenkomstige driehoeken van de driedimensionale 4 representatie waarvan de afstand tot het observatiepunt het grootst is. Op deze manier wordt bereikt dat in de afbeelding de elementen van de driedimensionale representatie die de grootste afstand hebben tot het observatiepunt, worden opgenomen en de elementen van de driedimensionale afstand die dichter bij het observatiepunt liggen 5 worden gemaskeerd.

Een verdere uitvoeringsvorm van de werkwijze omvat het corrigeren van een intensiteit van een beeldpunt van de afbeelding, waarbij de intensiteit afhankelijk is van een invalshoek a, van een projectielijn van het observatiepunt naar een met het beeldpunt corresponderend punt van een oppervlak van de driedimensionale 10 representatie. De invalshoek is hier gedefinieerd als de hoek tussen de projectielijn en de normaal van het corresponderende punt op het oppervlak. Op deze manier wordt bereikt dat de intensiteit van een oppervlak van de driedimensionale afbeelding in de primaire beeldruimte voor een waarnemer onder alle kijkhoeken nagenoeg gelijk blijft. Deze afhankelijkheid heeft een relatie met de wijze waarop het lichtverstrooiend 15 medium het licht verstrooid. De verstrooiing van het licht in het lichtverstrooiend medium is niet homogeen, maar afhankelijk van de richting van de lichtbundels in het primair beeldvolume. Hierdoor is de intensiteit van een lichtbundel in de richting naar de waarnemer groter dan de intensiteit van een lichtbundel in de richting van de waarnemer af. De lichtbundels in de richting van de waarnemer leveren hierdoor de 20 grootste bijdrage in de driedimensionale afbeelding.

In een verdere uitvoeringsvorm van de werkwijze wordt de gecorrigeerde intensiteit Ic bepaald door Ic = I0 2/(cos ai + 1) waarin I0 de volgens de projectie bepaalde intensiteit van een punt van de afbeelding voorstelt en ai de invalshoek voorstelt.

25 Een verdere uitvoeringsvorm van de werkwijze omvat het corrigeren van de intensiteit van een beeldpunt van de afbeelding, waarin de intensiteit afhankelijk is van de afstand van het observatiepunt tot een met het beeldpunt corresponderend punt van een oppervlak van de driedimensionale representatie. Op deze manier kan gecorrigeerd worden voor de afname van de intensiteit van lichtbundels in de voortplantingsrichting 30 van de lichtstralen in de luchtbundel.

In een verdere uitvoeringsvorm van de werkwijze is de intensiteit van een beeldpunt van de afbeelding evenredig met het kwadraat van de afstand van het observatiepunt tot een met het beeldpunt corresponderend punt van het oppervlak van 5 de driedimensionale representatie.

Volgens een tweede aspect van de uitvinding wordt dit doel bereikt door een inrichting voor het volumetrisch afbeelden van een driedimensionaal object in een lichtverstrooiend medium welke inrichting omvat een veelvoud projectoren ieder 5 voorzien van een lichtbron voor het opwekken van een lichtbundel, een optisch system voor het verkrijgen van de lichtbundel met een eerste openingshoek, een lichtmodulator die is ingericht voor het moduleren van de lichtbundel met een afbeelding, waarbij de respectievelijke posities en oriëntaties van de projectoren zodanig zijn ingericht dat de lichtbundels elkaar overlappen in een primaire beeldruimte in het verstrooiende 10 medium en de respectievelijke afbeeldingen projecties omvatten van een driedimensionale representatie van het driedimensionale object in een met de primaire beeldruimte corresponderende objectruimte.

In een uitvoeringsvorm van de inrichting zijn de projectoren gerangschikt langs een cirkel, een vierkant, op het oppervlak van een bol of een kubus.

15 Een uitvoeringsvorm van de inrichting omvat een rook- of mistgenerator. Door het toevoegen van extra lichtverstrooiende stof- of waterdeeltjes wordt de zichtbaarheid van de driedimensionale afbeelding verbeterd.

Een verdere uitvoeringsvorm van de inrichting omvat een bewerkingseenheid voor het uitvoeren van de werkwijze volgens conclusie 2-10.

20 De uitvinding heeft verder betrekking een computerprogramma, dat is opgeslagen op een door een computer leesbaar opslagmedium en geschikt voor het uitvoeren van de werkwijze volgens conclusies 2-10, wanneer het wordt uitgevoerd op een bewerkingseenheid.

25 Alhoewel de uitvinding beschreven zal worden aan de hand van een aantal voorkeursuitvoeringsvormen, is de uitvinding daartoe niet beperkt. De te bespreken uitvoeringsvormen zijn slechts voorbeelden van mogelijke interpretaties van de uitvinding en het zal de vakman duidelijk zijn dat de voordelen van de uitvinding ook op andere wijze kunnen worden bereikt.

De uitvinding zal verder worden beschreven aan de hand van de bij gevoegde tekeningen, waarin:

Fig. 1 een diagrammatisch overzicht toont van een projector , 30 6

Fig. 2 een uitvoeringsvorm toont van een volumetrische afbeeldingsinrichting, Fig. 3 een schematisch overzicht toont van een projectie,

Fig. 4 een schematisch overzicht toont van een straaltrekbewerking,

Fig. 5 een schematisch overzicht toont van een rasterisatie, 5 Fig. 6 een schematisch overzicht toont van driehoeksprojectie in een rasterisatie,

Fig. 7 een primaire beeldruimte toont met twee waarnemers,

Fig. 8 een projectie van twee objecten toont in een driedimensionale object ruimte, 10 Fig. 9 een configuratie toont van projectors langs de ribben van een kubus, en

Fig. 10 een configuratie toont van projectors langs de omtrekcirkels van een bol.

In de figuren worden gelijke onderdelen aangegeven door identieke verwijzingscijfers.

Fig. 1 toont een uitvoeringsvorm van een projector 1 die gebruikt kan worden in 15 een volumetrische weergave-inrichting volgens de uitvinding. De projector 1 omvat een lichtbron 3, een optische system 5 en een lichtmodulator 7. De lichtmodulator 7 is tussen de lichtbron 3 en het optische system 5 geplaatst. De lichtmodulator 7 kan bijvoorbeeld een Digital Mirror Device (DMD) of een LCD omvatten. De projector 1 heeft verder een aansluiting 11 voor het ontvangen van beeldsignalen. Dergelijke 20 projectors zijn op zichzelf bekend en kunnen in de handel worden verkregen.

Bijvoorbeeld projector type Home Cinema 8350 zoals geleverd wordt door Epson.

In een uitvoeringsvorm omvat de volumetrische weergave-inrichting een bewerkingseenheid, bijvoorbeeld een personal computer of grafisch werkstation 13. De personal computer 13 is voorzien een toetsenbord 15, een beeldweergave-eenheid 17, 25 een geheugeneenheid 19, welke bijvoorbeeld een harde schijf omvat voor het opslaan van beeldinformatie en meerdere videoweergave-eenheden 14. De projector 1 kan via de aansluiting 11 aangesloten zijn op de videoweergave-eenheid 14 van de personal computer. In werking, wekt de lichtbron 3 een lichtbundel 4 op, die op de lichtmodulator 7 is gericht. De lichtmodulator 7 moduleert een afbeelding 30 overeenkomstig de ontvangen beeldsignalen in een dwarsdoorsnede van de lichtbundel 4 en laat de gemoduleerde lichtbundel 8 door naar een optische system 5. Het optische system 5 zet de gemoduleerde lichtbundel 8 om in een gemoduleerde lichtbundel 9 met een eerste openingshoek Θ1 en laat de gemoduleerde lichtbundel 9 door naar een 7 lichtverstrooiend medium. Bijvoorbeeld aanwezige stofdeeltjes, waternevel (mist) of rookdeeltjes in lucht.

In een uitvoeringsvorm kan in plaats van een actieve modulator 7 een diatransparant gebruikt worden, waarop de beeldinformatie van een afbeelding is gezet 5 door middel van een fotografische proces of een printer, waardoor voor de weergave van de driedimensionale afbeelding op zichzelf geen computer nodig is voor het sturen van de beeldinformatie naar de projector 1. De projector 1 kan dan een eenvoudige diaprojector omvatten.

Voor een verbetering van de zichtbaarheid van de lichtbundel 9 van de projector 10 1 kan in een uitvoeringsvorm het aantal lichtverstrooiende deeltjes in het medium worden vergroot door middel van een rookgenerator 18 of een mistgenerator. Een dergelijke rookgenerator 18 is op zichzelf bekend en verkrijgbaar in de handel. Bijvoorbeeld het type Fog Storm zoals geleverd wordt door American DJ.

Fig. 2 toont een uitvoeringsvorm van de volumetrische weergave inrichting 20, 15 waarin de projectors 1 in een cirkel zijn opgesteld. De inrichting 20 voor het volumetrisch afbeelden van een driedimensionaal object omvat een aantal N projectoren van de hierboven beschreven soort en de bewerkingseenheid, bijvoorbeeld de personal computer 13, welke is voorzien van eenzelfde aantal N video weerga ve-eenheden 14, die verbonden zijn met de respectievelijke projectors 1 via de 20 aansluitingen 11. In fig. 2 zijn de aansluitingen 11 van drie projectors 1 getekend.

Verder is in deze uitvoeringsvorm het aantal N gelijk aan 24. Andere aantallen dan 24 zijn mogelijk bijvoorbeeld 4, 8 of 16. Afhankelijk van het aantal projectoren 1 zal de intensiteit en de kwaliteit van de driedimensionale afbeelding variëren, waarbij een kleiner aantal projectoren een lagere intensiteit en resolutie van de driedimensionale 25 afbeelding opleveren. In deze uitvoeringsvorm is de configuratie, zoals de posities en oriëntaties, van de projectors 1 zodanig dat de hoofdstralen 21 van de lichtbundels 9 elkaar snijden in het middelpunt 23 van de cirkel en de lichtbundels 9 van de projectoren 1 elkaar overlappen in een primaire beeldruimte 25.

De personal computer 13 heeft de respectievelijke afbeeldingen voor de 24 projectors 30 opgeslagen in het geheugen 19. De afbeeldingen kunnen door de personal computer 13 zijn bepaald door middel van een perspectiefprojectie van een driedimensionale representatie van het driedimensionale object 31 in een met de primaire beeldruimte overeenkomstige objectruimte 30, waarbij de richting van de perspectiefprojectie ten op 8 zichte van het driedimensionale object 31 correspondeert met een richting van de, met die afbeelding te moduleren, lichtbundel 9. De driedimensionale representatie kan bijvoorbeeld een driedimensionaal model bevatten, welke ook een textuur en belichting omvat. Het driedimensionale model kan bijvoorbeeld polygonen omvatten die het 5 object beschrijven, welke polygonen op hun beurt driehoeken omvatten.

Ook is het mogelijk de afbeeldingen offline door middel van een extern werkstation te laten bepalen, zodat de berekeningen voor alle afbeeldingen uitgevoerd kunnen worden en voor het uitvoeren van de lichtprojectie in een digitale vorm naar de personal computer 13 van de inrichting 20 worden overgedragen.

10 In werking, transporteert de personal computer 13 de beeldinformatie van de opgeslagen afbeeldingen van het geheugen 19 naar de respectievelijke projectors 1 via de videoweergave-eenheden 14 en de projectoraansluitingen 11. De respectievelijke projectors 1 moduleren de lichtbundels 4 met de beeldinformatie van de respectievelijke afbeeldingen. Een waarnemer die naar de primaire beeldruimte 25 kijkt 15 zal nu een driedimensionale afbeelding 27 van het driedimensionale object 31 waarnemen. In een uitvoeringsvorm kan in plaats van een enkele afbeelding de respectievelijke projectors de lichtbundels 4 ook achtereenvolgens moduleren met een serie in de tijd op elkaar volgende afbeeldingen, zodat dynamische driedimensionale scènes verkregen kunnen worden.

20 Voor een verbetering van de zichtbaarheid van de gemoduleerde lichtbundels 9 van de projectors 1, en daarmee van driedimensionale afbeelding 27 kan in een uitvoeringsvorm het aantal lichtverstrooiende deeltjes in het medium worden vergroot door middel van de rookgenerator 18.

Fig. 3 toont diagrammatisch een pcrspecticfprojcctie voor het bepalen van een 25 respectievelijke afbeelding van een driedimensionaal object 31 op een tweedimensionale afbeelding in het afbeeldingsvenster 35. De perspectiefprojectie wordt bepaald door een observatiepunt 33, een afbeeldingsvenster 35 tussen het observatiepunt 33 en het driedimensionale object 31 en de oriëntatie van het afbeeldingsvenster 35 ten opzichte van het observatiepunt 33 en het driedimensionale 30 object 31 in een objectruimte 30. Het observatiepunt 33 en het afbeeldingsvenster 35 bepalen een virtuele camera C. Een tweede openingshoek Θ2 van de projectie of de virtuele camera C wordt bepaald door een hoek tussen een eerste primaire straal 37 van het observatiepunt 33 naar het middelpunt 37 van het afbeeldingsvenster 35 en een 9 tweede primaire straal van het observatiepunt 31 naar het een punt 39 op de rand van het afbeeldingsvenster 35 van welk punt 39 de afstand tot het middelpunt 37 het grootst is.

In een uitvoeringsvorm is de tweede openingshoek Θ2 van de projecties gelijk aan de 5 eerste openingshoek Θ1 van de respectievelijke lichtbundels van de projectors 1 van de inrichting 20. Verder corresponderen de observatiepunten en de oriëntatie van de afbeeldingsvensters in de objectruimte 30 met de respectievelijke posities aan de oriëntaties van de projectors 1 in de primaire beeldruimte 25. Hierdoor komt de driedimensionale afbeelding van het object in de primaire beeldruimte overeen met het 10 driedimensionale obj eet 31.

In een uitvoeringsvorm omvat de projectie het afbeelden van de beeldelementen van de driedimensionale representatie van het driedimensionale object D die een hogere voorrang bezitten, welke voorrang proportioneel is met de afstand van het beeldelement tot het observatiepunt.

15 In een uitvoeringsvorm wordt de projectie door middel van een raytracing- bewerking of straaltrekbewerking bepaald. Conventionele raytracing is op zichzelf bekend uit, onder andere, het boek “Computer Graphics: Principles and Practice”, door James D.Foley, Andries van Dam , Steven K. Feiner en John F. Hughes, ISBN: 0201121107 en is een manier om een driedimensionaal object op een 20 tweedimensionale afbeeldingsinrichting weer te geven door middel van een perspectiefprojectie van een driedimensionale representatie van het driedimensionale object naar een tweedimensionaal vlak. De in deze uitvoeringsvorm beschreven raytracing wijkt af van de conventionele raytracing. De raytracing-werkwijze volgens de uitvinding wordt toegelicht aan de hand van Fig. 4 en omvat: a) het opspannen van 25 een hulpvlak 41 in de objectruimte 30, welk hulpvlak 41 gezien in de richting naar het observatiepunt 33 voor het driedimensionale object 31 ligt, b) het bepalen van een primaire straal 43 vanaf een beginpunt 42 in het hulpvlak 41 naar het observatiepunt 33 via het driedimensionale object 31 en het afbeeldingsvenster 35, c) het bepalen van een objectpunt Pi langs de primaire straal 43 in de driedimensionale representatie van het 30 driedimensionale object 31, waarvan de afstand tot het observatiepunt 33 het grootst is, en d) het bepalen van de intensiteit van het beeldpunt Qi in de afbeelding, waarbij de intensiteit in eerste instantie gelijk is aan de intensiteit van het objectpunt P; op de primaire straal 43 in het driedimensionale object 31. Waarbij de positie van het 10 beeldpunt Qi in de afbeelding bepaald wordt door het snijpunt 44 van de primaire straal 43 met het afbeeldingsvenster 35. Het aantal beeldpunten Qi hangt af van de resolutie van de afbeelding. De stappen b) en c) worden herhaald tot alle beeldpunten Qi van de afbeelding zijn bepaald. Verder wordt de intensiteit mede bepaald door een toegepast 5 belichtingsmodel van het driedimensionale object 31.

In een uitvoeringsvorm wordt de projectie bepaald door een rasterisatie. Rasterisatie is het bepalen van de beeldpunten van een tweedimensionale afbeelding uit een driedimensionale representatie van het driedimensionale object, waarbij de driedimensionale representatie een verzameling driehoeken omvat, welke het 10 driedimensionale object beschrijven. Rasterisatie is op zichzelf bekend uit, onder andere, het eerder genoemde boek “Computer Graphics: Principles and Practice”. De in deze uitvoeringsvorm wijkt af van de conventionele rasterisatie en wordt toegelicht aan de hand van Fig. 5 en Fig. 6.

Fig.5 toont een afbeelding van een driedimensionaal object 31 dat beschreven wordt 15 door de driehoeken 51,53,55 en 57. Fig. 6 toont de perspectiefprojectie van een driehoek 51 met hoekpunten 63 naar een driehoek 67 met respectievelijke hoekpunten 65 in het afbeeldingsvenster 35 en het observatiepunt 33. De rasterisatie omvat a) het beschrijven van het object 31 door middel van een tweede veelvoud driehoeken, waarvan driehoeken 51, 53, 55 en 57 alleen getekend zijn in Fig. 5, b) het projecteren 20 van de respectievelijke driehoeken 51, 53, 55, 57 op het afbeeldingsvenster 35, waarbij een respectievelijk hoekpunt 63 van de driehoeken 51, 53, 55, 57 naar het observatiepunt 33 wordt afgebeeld via een projectielijn 62 door het snijpunt 65 van de projectielijn 62 met het afbeeldingsvenster 35, c) het bepalen van de afstand van het midden van de respectievelijke driehoeken 51, 53, 55, 57 van de driedimensionale 25 representatie tot het observatiepunt 33, en d) het bepalen van de intensiteit van beeldpunten binnen de geprojecteerde driehoeken in de afbeelding, uit de intensiteiten van de beeldpunten van overeenkomstige driehoeken 51, 53, 55, 57 van de driedimensionale representatie van welke driehoeken de afstand tot het observatiepunt 33 het grootst is. Verder worden op deze wijze de beeldelementen afgebeeld die 30 overeenkomen met de driehoeken in de objectruimte die het verst verwijderd liggen van het observatiepunt 33. Verder kan in de rasterisatie rekening gehouden worden met de belichting en textuur van het object 31.

In een uitvoeringsvorm wordt de intensiteit van de beeldpunten Qi van de 11 afbeelding gecorrigeerd voor de verstrooiing van het licht in het medium. Deze verstrooiing is niet homogeen maar hangt af van de voortplantingsrichting van het licht in de lichtbundel. Deze correctie wordt toegelicht aan de hand van Fig. 7. Fig. 7 toont een volumetrische weergave-inrichting 20 met een waarnemer A en een waarnemer B.

5 Waarnemer A kijkt in de richting van de projector 70 waaruit de lichtbundel 9 komt en Waarnemer B kijkt dwars op de lichtbundel 9. Door de mate van verstrooiing in het medium zal de intensiteit van een oppervlak van de afbeelding 71 van welk oppervlak de normaal 73 in de richting van de waarnemer A is gericht, naar de waarnemer A groter zijn dan de intensiteit in de richting van de waarnemer B. Dit effect kan worden 10 gereduceerd met een correctie Ic welke wordt bepaald door Ic = Io 2/(cos ai + 1) (1) waarin

Io de volgens de projectie bepaalde intensiteit van een punt Qi voorstelt, en a; de invalshoek voorstelt van een projectielijn vanuit het observatiepunt 33 15 naar het met het beeldpunt punt Qi overeenkomende punt Pi op het oppervlak van de driedimensionale representatie van het object 31 met de normaal door dat punt Pi op dat oppervlak.

In een uitvoeringsvorm wordt de intensiteit gecorrigeerd voor de kwadratische afname van de intensiteit van een lichtbundel met de afgelegde afstand. Deze correctie 20 wordt toegelicht aan de hand van Fig. 8. Fig. 8 toont twee objecten 80 en 81 in de objectruimte 30. Het eerste object 80 bevindt zich op een eerste afstand SI van de het observatiepunt 33. Het tweede object 81 bevindt zich op een tweede afstand S2 van het observatiepunt 33, waarbij de afstand S2 tweemaal zo groot is dan de afstand SI.

Indien beide objecten met een zelfde intensiteit worden afgebeeld in de primaire object 25 ruimte zonder correctie, dan zal de intensiteit van de geprojecteerde lichtbundel op de locatie van de afbeelding van het tweede object 81 viermaal lager zijn dan de intensiteit van de geprojecteerde lichtbundel op de locatie van de afbeelding van het eerste object 80. Dit effect wordt gereduceerd met een correctie IC2 welke wordt bepaald door Ic2 = Io | T-Pi I2 (2) 30 waarin

Io de volgens de projectie bepaalde intensiteit van een punt Qi, voorstelt en 12 |T-Pi| de afstand voorstelt tussen het observatiepunt en een met het beeldpunt Qi corresponderende punt Pi op een oppervlak van de driedimensionale representatie van het object.

In een uitvoeringsvorm van de werkwijze kunnen de correcties volgens formule (1) en 5 (2) gecombineerd worden tot de gecorrigeerde intensiteit Iu voor de zowel de effecten van verstrooiing als de kwadratische afname volgens de formule Iu = (I02/(cosai+l))|T-Pi|2 (3).

In verdere uitvoeringsvormen van de volumetrische weergave-inrichting kan door 10 verschillende afstanden en oriëntaties van de projectoren 1 te kiezen een schaalfactor worden ingesteld tussen het driedimensionale object 31 in de objectruimte 30 en de driedimensionale afbeelding 23 in de primaire beeldruimte 25 en de grootte van de driedimensionale afbeelding ingesteld worden ten opzichte van een waarnemer. Verder hangt de intensiteit van de beeldelementen Qi af van het toegepaste belichtingsmodel 15 van het driedimensionale object 31. De implementatie van de hier beschreven uitvoeringsvormen kan met behulp van 3ds Max, Maya of Blender in de personal computer 13 uitgevoerd worden.

Fig. 9 toont een eerste tweedimensionale representatie 90 van een tweede configuratie van de projectors 1 van een verdere uitvoeringsvorm van de weergave-20 inrichting voor het volumetrisch afbeelden van een driedimensionaal object. In deze eerste configuratie zijn de projectors op de dragers 91 gemonteerd die overeenkomen met de ribben van een kubus, waarbij de afstand tussen twee naast elkaar gelegen naburige projectors 1 op een drager 91 gelijk is.

Fig. 10 toont een tweede tweedimensionale representatie 100 van een derde 25 configuratie van de projectors 1 van een andere uitvoeringsvorm van de weergave-inrichting voor het volumetrisch afbeelden van een driedimensionaal object. In deze tweede configuratie zijn de projectors 1 gemonteerd op het oppervlak van een transparante bol 101, die is opgehangen in een draagconstructie 102. De bol kan bijvoorbeeld van perspex vervaardigd zijn. In deze uitvoeringsvorm zijn de afstanden 30 tussen twee naast elkaar gelegen naburige projectors 1 op een omtrekscirkel op de transparante bol 101 gelijk.

De onderhavige uitvinding is niet beperkt tot de hierin beschreven voorkeursuitvoeringsvormen daarvan. De gevraagde rechten worden veeleer bepaald 13 door de navolgende conclusies, binnen de strekking waarvan velerlei modificaties denkbaar zijn.

5

Claims (15)

1. Werkwijze voor het volumetrisch afbeelden van een driedimensionaal object in 5 een lichtverstrooiend medium omvattende: het opwekken van een veelvoud lichtbundels met een eerste openingshoek, het vormen van een primaire beeldruimte in het lichtverstrooiend medium door overlappen van het veelvoud lichtbundels, het bepalen van respectievelijke afbeeldingen door middel van projecties van 10 een driedimensionale representatie van het driedimensionale object in een met de primaire beeldruimte corresponderende objectruimte en het moduleren van de respectievelijke lichtbundels met de respectievelijke afbeeldingen.

2. Werkwijze volgens conclusie 1 waarbij de respectievelijke projecties afhankelijk zijn van een observatiepunt, een afbeeldingsvenster tussen het observatiepunt en het driedimensionale object, en een oriëntatie van het afbeeldingsvenster ten opzichte van het observatiepunt en het driedimensionale object, waarbij een tweede openingshoek, die bepaald wordt door afstand tussen 20 het observatiepunt en het afbeeldingsvenster, gelijk is aan de eerste openingshoek van de lichtbundel.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, waarbij de respectievelijke observatiepunten en de oriëntaties van de afbeeldingsvensters in de objectruimte corresponderen met 25 respectievelijke posities en de oriëntaties van de projectors ten opzichte van de primaire beeldruimte.

4. Werkwijze volgens conclusie 2 of 3 waarbij de projectie omvat het afbeelden van de beeldelementen van de driedimensionale representatie in de afbeelding, 30 welke beeldelementen een hogere voorrang bezitten, welke proportioneel is met de afstand van het beeldelement tot het observatiepunt.

5. Werkwijze volgens conclusie 4 waarbij de projectie een straaltrekbewerking omvat op de driedimensionale representatie, welke straaltrekbewerking omvat a) het opspannen van een hulpvlak in de objectruimte, welk hulpvlak gezien in de richting naar het observatiepunt voor het driedimensionale object ligt, 5 b) het bepalen van een primaire straal vanaf een beginpunt in het hulpvlak naar het observatiepunt via het driedimensionale object en het afbeeldingsvenster, c) het bepalen van een objectpunt langs de primaire straal in de driedimensionale representatie van het driedimensionale object waarvan de afstand tot het observatiepunt het grootst is, 10 d) het bepalen van de intensiteit van een beeldpunt in de afbeelding, welke intensiteit gelijk is aan de intensiteit van het objectpunt op de primaire straal.

6. Werkwijze volgens conclusie 4 waarbij de projectie een rasterisatie omvat, welke rasterisatie omvat 15 a) het beschrijven van het object door middel van een tweede veelvoud driehoeken, b) het afbeelden van de respectievelijke driehoeken op het afbeeldingsvenster, waarbij een hoekpunt van de driehoek op het raakpunt van een projectielijn naar het observatiepunt en het afbeeldingsvenster wordt afgebeeld op het 20 afbeeldingsvenster, c) het bepalen van de afstand van de respectievelijke driehoeken van de driedimensionale representatie naar het observatiepunt, en d) het bepalen van de intensiteit van de beeldpunten binnen de geprojecteerde driehoeken in de afbeelding uit de intensiteiten van de beeldpunten uit 25 overeenkomstige driehoeken van de driedimensionale representatie waarvan de afstand tot het observatiepunt het grootst is.

7. Werkwijze volgens conclusie 2, 3, 4, 5 of 6, waarbij de werkwijze omvat het corrigeren van een intensiteit van een beeldpunt van de afbeelding, waarbij de 30 intensiteit afhankelijk is van een invalshoek ai van een projectielijn van het observatiepunt naar een met het beeldpunt corresponderend punt van een oppervlak van de driedimensionale representatie.

8. Werkwijze volgens conclusie 7 waarbij de gecorrigeerde intensiteit Ic bepaald wordt door Ic = I0 2/(cos (¾ + 1), waarin I0 de volgens de projectie bepaalde intensiteit van een punt van de afbeelding voorstelt en a, de invalshoek voorstelt. 5

9. Werkwijze volgens conclusie 2, 3,4, 5 of 6, waarbij de werkwijze omvat het corrigeren van de intensiteit van een beeldpunt van de afbeelding, waarin de intensiteit afhankelijk is van de afstand van het observatiepunt tot een met het beeldpunt corresponderend punt van een oppervlak van de driedimensionale 10 representatie.

10. Werkwijze volgens conclusie 9 waarbij de intensiteit van een beeldpunt van de afbeelding evenredig is met het kwadraat van de afstand van het observatiepunt tot het met het beeldpunt corresponderend punt van het oppervlak van de 15 driedimensionale representatie.

11. Inrichting voor het volumetrisch afbeelden van een driedimensionaal object in een lichtverstrooiend medium omvattende: 20. een veelvoud projectoren ieder voorzien van een lichtbron voor het opwekken van een lichtbundel, - een optisch systeem voor het verkrijgen van de lichtbundel met een eerste openingshoek, - een lichtmodulator die is ingericht voor het moduleren van de lichtbundel met 25 een afbeelding, waarbij - de respectievelijke posities en oriëntaties van de projectoren zodanig zijn ingericht dat de lichtbundels elkaar overlappen in een primaire beeldruimte in het verstrooiende medium en de respectievelijke afbeeldingen projecties omvatten van een driedimensionale representatie van het driedimensionale 30 object in een met de primaire beeldruimte corresponderende objectruimte.

12. Inrichting volgens conclusie 11, waarbij de projectoren zijn gepositioneerd langs een cirkel, een vierkant, op het oppervlak van een bol of kubus.

13. Inrichting volgens een van de conclusie 11 of 12 waarin de inrichting voorzien is van een rook of mistgenerator.

14. Inrichting volgens conclusie 10 waarbij de inrichting voorzien is van een 5 bewerkingseenheid voor het uitvoeren van de werkwijze volgens conclusies 2- 10.

15. Een computerprogramma, dat is opgeslagen op een door een computer leesbaar opslagmedium en geschikt voor het uitvoeren van de werkwijze volgens 10 conclusies 2-10 wanneer het wordt uitgevoerd op een digitale computer.