Download pdf - 3D- & Virtual-Reality-Projektionstechnik: VDC-Whitepaper

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Whitepaper 3D-Projektionstechnik Aktiv-, Passiv-Projektionstechnik Mai 2011

Virtual Dimension Center (VDC) Auberlenstr. 13 70736 Fellbach

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Inhalt:

Whitepaper

3D-Projektionstechnik

Grundlagen

Projektionssysteme Bauarten Projekt.-Systeme

Displaysysteme Autostereosk. Systeme

Volumetr. Displays

Weitere Trends

VDC-Technologie-Screening 3D-Projektionstechnik

Grundlagen

Projektionssysteme

Bauarten Projektionssysteme

Weitere Trends

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Grundlagen



Volumetr. Displays

Weitere Trends

Grundlagen: Begriffe und Motivation

3D-Visualisierung = räumliches Sehen

Bereitstellung von 2, leicht versetzten

Perspektiven

für den Betrachter

unter Umständen Head Tracking

damit:

Gehirn ordnet besser Räumlichkeit zu

Besseres Gefühl für Nahes und Fernes

Aufbau eines gedanklichen, räumlichen

Umgebungsmodells einfacher

Unterstützung bei der 3D-Interaktion

(für diese muss Raum bekannt sein)

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Grundlagen



Volumetr. Displays

Weitere Trends

Graphische Tiefenkriterien

Womit rechnet das Gehirn?

Quelle: Runde, C.: Konzeption und Einführung von

Virtueller Realität als Komponente der Digitalen

Fabrik in Industrieunternehmen. Zugl.: Stuttgart,

Univ., Diss., 2007, IPA-IAO Forschung und Praxis,

455. Heimsheim: Jost-Jetter Verlag, 2007

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Grundlagen



Volumetr. Displays

Weitere Trends

Grundlagen: Stereo-Lösungen

2 Ansichten werden erzeugt

diese 2 Ansichten sind getrennt zu

den beiden Augen zu transportieren

zu beachten: natürlicher Augenabstand (ca. 6,5cm) ermöglicht

sinnvolles stereoskopisches Sehen in Entfernung von bis zu 15m

größere Entfernung: Parallaxe erhöhen

Qualitätskriterien u.a.:

- optisches Übersprechen (Auge erhält falsches Signal): Ghosting

- Helligkeit insgesamt

- Gleichmäßigkeit der Helligkeitsverteilung (Hot Spots)

- Schärfe (Tinting)

- Kontrast, Dynamik

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Grundlagen



Volumetr. Displays

Weitere Trends

Stereotechniken

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Grundlagen



Volumetr. Displays

Weitere Trends

Stereotechnik 1: Farbfilter

Analglyphentechnik

(komplementäre Farbsichten & -filter)

jedes Display geeignet, jeder

Bildschirm, jeder Projektor, jede Wand

selbst Printprodukte

Brille passiv

Brille leicht und billig

Θ Übersprechen

Θ Sicht ist schwarz-weiß

Anaglyphenbild aus Google Earth

Rot-Cyan-Anaglyphenbrille

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Grundlagen



Volumetr. Displays

Weitere Trends

Stereotechnik 2: Polarisationsfiltertechnik

grundlegende Technologie:

Polarisationsfilter-Technik

(Lichtwellen-Polarisation, Passiv-Stereo)

leichte Brille, passiv

kein Sync notwendig

kein Flackern

Θ zwei Projektoren notwendig

Θ Gestell und Kalibration

Θ spezielles Projektionsmedium

notwendig (polarisationserhaltend)

Θ unregelmäßige Helligkeitsverteilung)

geeignete Projektionsscheiben neigen

zum Hot-Spotting

Beachten: unspezifische LCD-Beamer

Projectiondesign F32

Polarisationsfilterbrille

Silberleinwand

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Grundlagen



Volumetr. Displays

Weitere Trends

Polarisationstechnik: Helligkeit

Betrachtungen Lichtstrom bei Passiv-Lösungen

Erzielte Lumen:

integrierte Lösungen

verbessern deutlich

externe Polarisation von DLP-Projektoren

BARCO Gemini/VR workroom Stereo Lumens Boost

40%

80%

2000 stereo lumen

5000 lumen

4000 stereo lumen

5000 lumen

100% Verbesserung

Quelle:

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Grundlagen



Volumetr. Displays

Weitere Trends

Stereotechnik 3: INFITEC®

Passiv-INFITEC

jede beliebige Wand verwendbar

kein Sync notwendig

passive Brille (keine Stromversorgung)

Farbtreue bleibt weitgehend

erhalten

keinerlei Flimmern

Θ zwei Projektoren notwendig

Θ Helligkeitsverlust

Θ Gestell und Kalibration

INFITEC-Brille

Filter-Charakteristika INFITEC

Projectiondesign F32

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Grundlagen



Volumetr. Displays

Weitere Trends

INFITEC: Helligkeit

Betrachtungen Lichtstrom bei Passiv-INFITEC-Lösungen

Erzielte Lumen:

Effizienz:

- Farbspektrum wird nur

teilweile übertragen

=> 30% des Lichts vom

Projektor

- 3% Verlust durch Brillen

- 27% Gesamteffizienz

INFITEC Plus:

- Farbkorrektur („DynaColor“)

Ausgleich Farbverschiebungen

- kostet aber weitere Helligkeit:

Resultat: 17%

Quelle:

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Grundlagen



Volumetr. Displays

Weitere Trends

Stereotechnik 4: Aktiv-Shutter

grundlegende Technologien

Shuttertechnologie (von engl. to shut =

schließen, LCD, Aktiv-Stereo)

Display: mind. 120Hz Bildwiederholrate

Je nach System sehr geringes

Übersprechen

bei Projektion jede beliebige

Wand verwendbar

Θ Brille schwerer

Θ aktive Brille: Stromversorgung

Θ Brille polarisiert

Θ meist Emitter für Synchronisation

Bild-Brille notwendig


Θ u.U. Flimmern (billige Projektoren)

früher: Röhrenprojektor

heute: DLP.

Beispiel: projectiondesign F10 AS 3D

Shutterbrille Nvidia IR Emitter

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Grundlagen



Volumetr. Displays

Weitere Trends

Aktiv-Stereo: Helligkeit

Betrachtungen Lichtstrom bei Aktiv-Lösungen DLP/CRT

Erzielte Lumen:

Aktive Brillen:

- Auge erreicht Licht in

<50% der Zeit => halbe

Helligkeit

- das Shutter-Prinzip nutzt seinerseits

Polarisationstechnik (zweier LCDs).

Eingehendes Licht ist nicht ploarisiert =>

halbe Helligkeit

Resultat: <20% des Lichts erreicht Auge

• Duty Cycle

• nicht-ideale Polarisation

Quelle:

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Grundlagen



Volumetr. Displays

Weitere Trends

Aktiv-Stereo: DLP-Link

Aktiv Stereo ohne IR-Emitter: DLP-Link®

Weißbild wird zwischen Graphik

gesendet und dient zur Synchronisation

der Brille

keine externer IR-Emitter mehr

einzurichten

Projectiondesign F10 AS3D

XPanD X102 DLP-Link Shutterbrille

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Grundlagen



Volumetr. Displays

Weitere Trends

Stereotechnik 5: Aktiv-Infitec

Aktiv-INFITEC inFACT: Funktionsweise

Shutter-Brille

L L R L R

L L R L R

Aktiv Infitec: Infitec Farbrad, synchronisiert mit L/R Bildern

144 Hz

144 Hz

klassisches Aktiv-Stereo

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Grundlagen



Volumetr. Displays

Weitere Trends

Aktiv-Infitec

grundlegende Technologien

aktiv INFITEC - inFACT

(INFITEC im Zeitmultiplex)

jede beliebige Wand verwendbar

kein Sync notwendig

passive Brille (keine Stromvers.)

Farbtreue bleibt weitgehend

erhalten

weniger Hot Spotting als bei

Polfiltern


Θ Kosten

BARCO Galaxy 12

INFITEC-Brille

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Grundlagen



Volumetr. Displays

Weitere Trends

Helligkeit Aktiv-Infitec

Betrachtungen Lichtstrom bei Aktiv-INFITEC-Lösungen

Erzielte Lumen:

Dunkelzeit des DLP-

Projektors erhöhen, damit

Farbrad zwischen INFITEC

A/B wechseln kann

=> 85% Helligkeit

verteilen auf beide Augen: 42,5%

INFITEC-Filter: 11%

Farbkorrektur DynaColor:

7% Helligkeit verbleiben

85% L/R: 42,5%

31,5% 11%

Quelle:

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Grundlagen



Volumetr. Displays

Weitere Trends

Stereotechnik 6: Aktiv-Polarisationsfilter

Polarisationsfilter im Zeitmultiplex:

zeitlich abwechselnd zirkular polarisiertes

Licht, rechts- und linksdrehend

nur 1 Projektor

kein Sync notwendig

passive Brille (keine Stromvers.)

Θ spezielles Projektionsmedium (Silberleinwand)

Θ spezielle Ausstattung: Polarization Modulator

Polfilter-Brille

RealD: Polarization Modulator polarisiert wechselnd in hoher Frequenz

L L L R R

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Grundlagen



Volumetr. Displays

Weitere Trends

Bauarten Projektionssysteme

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Grundlagen



Volumetr. Displays

Weitere Trends

Projektionssysteme - Bauarten

Powerwalls nahezu beliebig skalierbar

DAS industrielle Standardsystem

nahezu beliebig skalierbar

Auflösung nahezu beliebig

mehrbenutzerfähig

Θ u.U. Installation & Wartung

CAVEs Zur Einnahme einer Innenperspektive

hohe Immersion

Θ Einzelnutzersystem

Θ Installation, Wartung

Θ Platzbedarf, Kosten

Mehrwandprojektionssystem

CAVE

Imsys scale XL mit

41 Mio. Pixeln auf

5.5 x 2.2m

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Grundlagen



Volumetr. Displays

Weitere Trends


1-Kanal Workbench für Produktuntersuchungen

kompakt, mechan. Tracking

Θ Produkt ausgelaufen

2-Kanal-Workbench für Produktuntersuchungen

sehr großes Sichtfeld abgedeckt

Θ z.T. große Abmessungen

Θ Produkt ausgelaufen

BARCO Consul

BARCO Baron

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Grundlagen



Volumetr. Displays

Weitere Trends


Flat angled Systems (Gewinkelte Wand) Kompromiss zwischen CAVE

und Powerwall

relativ gute Immersion

relativ einfach einzurichten

Θ leichte Verzerrungen an den

Kanten für nicht-Getrackte

Curved Screens (Sphärische Displays) zylinder- oder torusförmige

Projektionsfläche

gute Immersion

Θ schwierige Installation

wg. Verzerrungen, Über-

blendungen (Edge Blending)

Designreview bei Miele

(Quelle: BARCO)

Joint Terminal Attack Controller

Training Rehearsal System JTAC

TRS (Quelle: Meta VR)

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Grundlagen



Volumetr. Displays

Weitere Trends


Tischsysteme Gleichzeitig 2D- und 3D-Sicht

Projektion auf Tischfläche und

an Wand/Leinwand

z.T. Klötzchen als

Interaktionsmetaphern

Mehrbenutzer-System

Verknüpfung 2D-3D

Gleichzeitig Layout und

Perspektive

Θ Interaktion „über

Kopf“ z.T. nicht gelöst

Arbeitssituation am Planungstisch

Screenshot

Schemazeichnung Planungstisch

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Grundlagen



Volumetr. Displays

Weitere Trends

Projektionstechnik: Kontrast

Diskussion: Kontrast

Flexible Leinwand

Θ schlechter Kontrast durch „Tunneleffekt“

als Ergebnis interner Reflektionen

Helle Projektionsscheibe

Θ schlechter Kontrast durch

interne Reflektionen innerhalb

des Scheibenmaterials

Dunkle Projektionsscheibe („tinting“)

Guter Kontrast dank Absorption

im Scheibenmaterial


Flexible Leinwand

Helle Projektionsscheibe

Dunkle Projektionsscheibe

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Grundlagen



Volumetr. Displays

Weitere Trends

Projektionstechnik: Kontrast

Diskussion: Kontrast Lokaler Kontrast relevant für Visualisierungen

mit hoher Dynamik

zu messen mit Lichtpunkt in dunkler

Umgebung

Ergebnis: Kontrastprofil

Getönte Scheibe

wesentlich verbesserte

Kontrasteigenschaften

Θ viel Licht benötigt

Kontrastprofil

Helle Scheibe Dunkle Scheibe

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Grundlagen



Volumetr. Displays

Weitere Trends

Projektionstechnik: Hot Spot

Diskussion: Hot Spot Einzelprojektor-Lösungen

relativ kostengünstig

einfach, kein Edge Blending u.ä.

Θ neigen zum Hot-Spotting

Θ Lichtleistung beschränkt

Anmerkung: Polarisations-erhaltende Scheiben

neigen noch stärker zum Hot-Spotting!

Multi-Projektor-Lösungen

nahezu beliebige Auflösung

sehr hohe Lichtleistung möglich,

damit dunkle Projektionsscheiben

Lichtverteilung

Θ aufwändiger in der Einrichtung

Hot Spot bei

Einzelprojektor-Lösung

CAD-Wall

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Grundlagen



Volumetr. Displays

Weitere Trends

Projektionstechnik: Einzel vs. Multi-Channel

Diskussion Einzel- vs. Multi-Projektor-Lösungen technische

Bildeigenschaften und

notwendige

Voraussetzungen

Platzbedarf

CAD-Wall Einzel-Projektor

Auflösung nicht limitiert

Blending benötigt

Lichtleistung nicht limitiert

sehr gute Lichtverteilung

wg. Blending bessere Image-

Prozessoren notwendig

beste dunkle Projektionsscheiben

einsetzbar

Auflösung limitiert

kein Blending notwendig

Helligkeit abhängig vom Projektor

Hot Spot

Helligkeit nicht ausreichend für

beste Projektionsscheiben

3500mm 7500mm

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Grundlagen



Volumetr. Displays

Weitere Trends

Mini-CAD/VR-Wall

Aufprojektionswand mit bis 6 Megapixel Auflösung

bis 15.000 ANSI-Lumen

bis zu 208 Zoll Diagonale

bis zu 55 cm Bautiefe

stereofähig

Schneider Digital Mini CAD/VR Wall

Shutterbrille

Weitwinkel-Kurzdistanzprojektoren

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Grundlagen



Volumetr. Displays

Weitere Trends

Multi-Viewer Stereo-Systeme

Mehrbenutzer-Head Tracking

Bewegungsparallaxe, fortschreitendes

Zu- und Aufdecken:

Tiefenkriterium

verschiedene Sichten für verschiedene

Betrachterpositionen müssen

angezeigt und getrennt werden

Verwendung vieler Zeitschlitze oder

Kombination Polfilter-Zeitmultiplex

Head Tracking für viele Benutzer


Verschiedene Perspektiven aufgrund verschiedener

Standpunkte (Quelle: Universität Weimar, Fh-IAO)

Sicht auf das Projektionssystem: 2 Perspektiven aufgrund 2

verschiedener Standpunkte (Quelle: Universität Weimar, Fh-IAO)

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Grundlagen



Volumetr. Displays

Weitere Trends

Weitere Trends

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Grundlagen



Volumetr. Displays

Weitere Trends

LED-Projektoren

LED als Lichtquelle

für professionelle Zwecke

relativ neu auf dem Markt

lange Lebensdauer

(nahezu) wartungsfrei

1920×1080 Bildpunkte

keine Abkühl-, Aufwärmphase

Θ Helligkeit in Entwicklung

(aber: ANSI-Lumen LED zu DLP

schwierig zu vergleichen)

Projectiondesign FL32 LED projector

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Grundlagen



Volumetr. Displays

Weitere Trends

Pico-Projektoren

Mini-Projektoren auf LED-Basis

sehr klein

z.T. mit Akku, Multimedia-Reader

lange Lebensdauer

keine Abkühl-, Aufwärmphase

Θ geringe Auflösung

Θ dunkel

Θ kontrastarm

Aiptek Pocketcinema

VDC. Netzwerk für Virtual Engineering.

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