大规模交互式全息显示外文翻译资料

 2022-11-26 08:11

A Large Scale Interactive Holographic Display

Tibor Agoacute;cs, Tibor Balogh, and Tamaacute;s Forgaacute;cs

Holografika, Hungarylowast;

Fabio Bettio, Enrico Gobbetti, and Gianluigi Zanetti

CRS4, Italydagger;

Eric Bouvier

CS Communication amp; Systegrave;mes, FranceDagger;

Figure 1: Holographic display example. The images that were taken from different positions in front of the display.

ABSTRACT

Our work focuses on the development of interactive multi-user holographic displays that allow freely moving naked eye partic- ipants to share a three dimensional scene with fully continuous, observer independent, parallax. Our approach is based on a scal- able design that exploits a specially arranged array of projectors and a holographic screen. The feasibility of such an approach has already been demonstrated with a working hardware and software 7.4M pixel prototype driven at 10-15Hz by two DVI streams. In this short contribution, we illustrate our progress, presenting a 50M pixel display prototype driven by a dedicated cluster hosting multi- ple consumer level graphic cards.

CR Categories: B.4.2 [Input/Output and Data Communications]: Input/Output Devices—Image display

Keywords: holographic displays, 3D displays

1 SHORT OVERVIEW

We present a large scale interactive multi-user holographic display that allows freely moving naked eye participants to share a three di- mensional scene with fully continuous, observer independent, par- allax. The display is an instance of a scalable holographic sys- tem design based on a specially arranged array of projectors and a holographic screen. The feasibility of such an approach has al- ready been demonstrated with a working hardware and software 7.4M pixel prototype driven at 10-15Hz by two DVI streams[1]. In this short contribution we illustrate our progress, presenting a large scale holographic display prototype with 50M pixel overall resolu-

lowast;e-mail: {t.agocs|t.balogh|t.forgacs}@holografika.com

dagger;e-mail: {Fabio.Bettio|Enrico.Gobbetti|Gianluigi.Zanetti}@crs4.it

Dagger;e-mail: eric.bouvier@c-s.fr

tion. The display is driven by a dedicated cluster hosting multiple consumer level graphic cards.

Figure 2: Schematic diagram. A large number of light beams can create a spatial point.

Display concept. Our 50Mpixel display prototype uses a spe- cially arranged array of 64 XGA commodity projectors and a holo- graphic screen with a diagonal of 1.8m. The projection modules project their specific image onto the holographic screen to build up the 3D scene. The applied distributed image organization makes it fundamentally different from other known multi-view solutions. The module views are not associated with specific view directions. Instead, the light beams to be emitted by the projection modules, i.e., the module images that are generated by the projectors, are de- termined by geometry. Each module emits light beams toward a subset of the points of the holographic screen. At the same time, each point of the holographic screen is hit by more light beams arriving from different modules. The light beams propagate to ad- dress fixed spatial positions that are independent from the viewerrsquo;s position. Many modules contribute to each view of the 3D image, thus no sharp boundary occurs between views, and the display of- fers continuous and smooth change at different image areas, result-

Figure 3: Holographic display example. Images that were taken from different positions in front of the display. Objects appear at fixed physical positions.

ing in a truly 3D experience with continuous horizontal parallax. Multiple projectors illuminate each pixel on the screen, and the op- tical modules can be seen under different angles by looking from the pixelrsquo;s point of view. The holographic screen transforms the incident light beams into an asymmetrical pyramidal form. The cut of this light distribution is a long rectangle, where the vertical size of the rectangle is the vertical field of view, while the horizontal size corresponds to the neighboring emitting directions. This con- figuration corresponds to the horizontal-only-parallax capability of the current prototype display. The principles on which the display is based would make it possible to provide vertical parallax. Doing so, would require, however, another order of magnitude increase in data size, rendering times, and system complexity, for little gain in the visual performance in standard settings. The horizontal light diffusion characteristic of the screen is the critical parameter influ- encing the angular resolution of the system, which is very precisely set in accordance with the system geometry. In that sense, it acts as a special asymmetrical diffuser. However, with standard diffusers and lenticulars it would be difficult, if not impossible, to produce the shape of the required angular characteristics. The screen is a holographically recorded, randomized surface relief structure that enables high transmission efficiency and controlled angular distri- bution profile. These fully randomized (nonperiodic) structures are non-wavelength dependent and eliminate moireacute;, without chromatic effects. The precise surface relief structures provide controlled an- gular light divergence. The angular light distribution profile intro- duced by the holographic screen, with a wide plateau and steep Gaussian slopes precisely overlapped in a narrow region, results in a highly selective, low scatter hat-shaped diffuse characteristics. The result is a homogeneous light distribution and continuous 3D view with no visible crosstalk within the field of depth determined by the angular resolution (see figure 2).

Driving the display. The display is driven in parall

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大规模交互式全息显示

图1:全息显示实例。从显示器前面的不同位置拍摄的图像。

摘要

我们的工作重点是交互式多用户全息显示器的发展,它允许自由移动的肉眼观察者共享完全连续的、观察者独立的视差三维场景。我们的方法是基于一个可擦除的设计,利用一个专门安排的投影仪阵列和全息屏幕。这种方法的可行性已经用一个工作的硬件和软件7.4M像素原型演示,在10-15Hz由两个DVI流驱动。万像素的显示原型驱动由托管多用户消费级图形卡的专用集群

CR类别:B.4.2[输入/输出和数据通信]:输入/输出设备-图像显示。关键词:全息显示,3D显示。

1简短概述

我们展示了一个大规模的交互式多用户全息显示,允许自由移动的裸眼参与者分享一个三种完全连续的,观察者独立的,par- allax的场景。该显示器是一个可伸缩全息系统的实例,基于一个特殊排列的投影仪阵列和全息屏幕。这种方法的可行性已经通过一个工作的硬件和软件演示了,在10-15Hz的两个DVI流的驱动下[1]。在这个简短的贡献中,我们展示了我们的进展,展示了一个拥有5000万像素的大型全息显示样机。这个显示是由一个专门的集群来驱动的,它承载着多个消费者级的图形卡。

显示的概念。我们的50Mpixel显示原型使用一个spe- cially排列的64个XGA商品投影仪和一个全息图形屏幕,对角线为180米。投影模块将其特定的图像投射到全息屏幕上,以构建三维场景。应用的分布式图像组织使它与其他已知的多视图解决方案有本质区别。模块视图与特定的视图方向没有关联。取而代之的是,投射模块发射的光束,即,由投影仪产生的模块图像,由几何决定。每个模块向全息屏幕的一个子集发射光束。与此同时,全息屏幕的每一个点都受到来自不同模块的更多光束的冲击。光束传播到ad- dress固定的空间位置,独立于观察者的位置。许多模块对三维图像的每一个视图都有贡献,因此视图之间没有明显的边界,并且在不同的图像区域显示了连续的和平滑的变化,结果。

图3:全息显示的例子。在展示前从不同位置拍摄的图像。物体出现在固定的物理位置。

在一个真正的三维经验与连续水平视差。多个投影仪照亮屏幕上的每个像素,从 像素的观点。全息屏幕将入射光束转换成不对称的金字塔形式。这种光分布的切割是一个长方形,其中垂直的si。 矩形的ZE是垂直视场,而水平大小对应于相邻的发射方向。这个形状对应于水平的视差卡巴比。 当前原型显示器的功能。显示器的原理将使其能够提供垂直视差。然而,这样做将需要另一个数量级。 增加数据大小、渲染时间和系统复杂性,在标准设置中视觉性能几乎没有提高。屏幕的横向光扩散特性是关键。 参数影响系统的角分辨率,这是根据系统几何结构非常精确地设定的。在这个意义上,它作为一种特殊的非对称扩散器。然而,W 对于标准扩散器和透镜,如果不是不可能的话,也很难产生所需角度特性的形状。屏幕是全息记录的随机冲浪 ACE浮雕结构,使高传输效率和控制角分布轮廓。这些完全随机化(非周期性)结构是非波长相关的和消除的。 莫伊,没有颜色效果。精确的地表浮雕结构提供了可控的光散度。全息屏引入的角光分布剖面 在一个宽的高原和陡峭的高斯斜坡精确重叠在一个狭窄的区域,导致高选择性,低散射帽状的扩散特征。结果是均匀光d。 在由角度分辨率决定的深度范围内,没有可见的串扰,并且具有连续的三维视图(见图2)。

驾驶显示器。显示器由64 DVI流并行驱动,每个XGA投影仪一个。这些流由16台pc组成的阵列产生,通过4台dvi conne连接到显示器上。 每个都是。每台PC运行一个控制图形帧缓冲区的服务器。服务器负责生成与显示呈现模块的固定子集相关联的图像。在50米pi; xels原型,每台PC产生4 XGA图像使用两个双头NVIDIA板控制一个4096x768帧缓冲区。为了支持遗留图形程序,简化开发过程。 f新的全息应用程序,我们已经实现了一个OpenGL兼容的前端.前端运行在客户端pc上,它的应用程序就像一个普通的opengl库,除了ex之外。 利用本地OpenGL命令,向驱动全息显示的专用集群透明地广播图形命令流。客户端pc通过dua连接到集群。 l千兆以太网链路。后端服务器监听网络并解码来自客户端的多播图形流com-MandS。一旦解码,命令将被解释并发送到t。 本地图形渲染器。图形命令的交互包括修改它们的方式。

根据本地配置服务提供的参数生成,以便将原始中心视图转换为与每个相关的光学模块相关联的视图。 -“规则”。对于每个光学模块视图,重新执行当前帧的图形命令,并进行以下修改:将原始透视矩阵替换为矩阵。 它与模块的特定位置和观察结果相匹配;进行一次通用计量学校准,以纠正显示/光学几何中的非线性;进行光校准。 光模块的强度和对比度差响应;对深度相关的反混叠进行角度分辨率校正。中的每个参数所需的参数。 这些转换是在配置时定义的。

执行情况和成果。基于本文所讨论的设计思想,我们实现了一个原型硬件和软件系统。所开发的大型原型显示器已经具备了良好的性能。 f通过合成由64 XGA商品投影机生成的光学模块图像来可视化50m像素。该显示器提供连续水平视差,大约45度水平五度。 视域。亮度超过5000路门(10000流明在高亮度模式),并允许显示器工作在几乎任何类型的环境照明条件。

呈现库的前端运行在linux或wind-dow操作系统上,目前实现了OpenGL 1.1的大部分功能。图书馆的后端,它驱动光学模块,i S目前运行在一个由16台Linux PC组成的数组上。

显然不可能充分传达纸或视频上的展示所带来的印象。作为显示功能的简单说明,图3显示了tak的照片。 从不同的角度看,在大规模的演出面前。一种伴随的视频显示了使用移动照相机实时记录的场景序列。

结论和今后的工作。我们的展示允许自由移动的肉眼参与者与完全连续的、独立的、视差的人共享一个三维场景。图像质量 我们的原型可以与现在基于投影仪的Geowall显示器相媲美,它还具有不要求用户佩戴任何观看设备的额外优势。这个展览看上去像是一个理想的独奏。 适用于高端多用户应用。我们目前正致力于开发大规模模型可视化。

致谢。这项研究是部分支持的共同项目(EU-FP6510166),资助的欧洲FP6/IST Prog。

参考( reference的名词复数 )

[1]Tibor Balogh、Tamaacute;s Forgaacute;cs、Tibor Agocs、Olivier Balet、Eric Bou-vier、Fabio Bettio、Enrico Gobbetti和Gianluigi Zanetti。一种可扩展的全息显示硬件和软件系统 f交互式图形应用程序。2005年8月在爱尔兰都柏林举行的会议,2005年8月在爱尔兰都柏林举行的EUROGRAPHICS 2005年简短论文。

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