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Überblick über Einsatzgebiete, Techniken und Nutzen von Virtual Reality und Augmented Reality in der Logistik, erstellt vom Virtual Dimension Center (VDC) in Fellbach.
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www.vdc-fellbach.de [email protected] Tel.: +49 (0) 711 58 53 09-0
© Kompetenzzentrum Virtuelle Realität und Kooperatives Engineering w. V. – Virtual Dimension Center VDC
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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Inhalt:
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3D-Projektionstechnik
Grundlagen
Projektionssysteme Bauarten Projekt.-Systeme
Displaysysteme Autostereosk. Systeme
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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Inhalt:
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3D-Projektionstechnik
Grundlagen
Projektionssysteme Bauarten Projekt.-Systeme
Displaysysteme Autostereosk. Systeme
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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3D-Projektionstechnik
Grundlagen
Projektionssysteme Bauarten Projekt.-Systeme
Displaysysteme Autostereosk. Systeme
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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3D-Projektionstechnik
Grundlagen
Projektionssysteme Bauarten Projekt.-Systeme
Displaysysteme Autostereosk. Systeme
Volumetr. Displays
Weitere Trends
Stereotechniken
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3D-Projektionstechnik
Grundlagen
Projektionssysteme Bauarten Projekt.-Systeme
Displaysysteme Autostereosk. Systeme
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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3D-Projektionstechnik
Grundlagen
Projektionssysteme Bauarten Projekt.-Systeme
Displaysysteme Autostereosk. Systeme
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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3D-Projektionstechnik
Grundlagen
Projektionssysteme Bauarten Projekt.-Systeme
Displaysysteme Autostereosk. Systeme
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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3D-Projektionstechnik
Grundlagen
Projektionssysteme Bauarten Projekt.-Systeme
Displaysysteme Autostereosk. Systeme
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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3D-Projektionstechnik
Grundlagen
Projektionssysteme Bauarten Projekt.-Systeme
Displaysysteme Autostereosk. Systeme
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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3D-Projektionstechnik
Grundlagen
Projektionssysteme Bauarten Projekt.-Systeme
Displaysysteme Autostereosk. Systeme
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 Helligkeitsverlust
Θ u.U. Flimmern (billige Projektoren)
früher: Röhrenprojektor
heute: DLP.
Beispiel: projectiondesign F10 AS 3D
Shutterbrille Nvidia IR Emitter
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3D-Projektionstechnik
Grundlagen
Projektionssysteme Bauarten Projekt.-Systeme
Displaysysteme Autostereosk. Systeme
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
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3D-Projektionstechnik
Grundlagen
Projektionssysteme Bauarten Projekt.-Systeme
Displaysysteme Autostereosk. Systeme
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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3D-Projektionstechnik
Grundlagen
Projektionssysteme Bauarten Projekt.-Systeme
Displaysysteme Autostereosk. Systeme
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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3D-Projektionstechnik
Grundlagen
Projektionssysteme Bauarten Projekt.-Systeme
Displaysysteme Autostereosk. Systeme
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 Helligkeitsverlust
Θ Kosten
BARCO Galaxy 12
INFITEC-Brille
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Grundlagen
Projektionssysteme Bauarten Projekt.-Systeme
Displaysysteme Autostereosk. Systeme
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%
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3D-Projektionstechnik
Grundlagen
Projektionssysteme Bauarten Projekt.-Systeme
Displaysysteme Autostereosk. Systeme
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
Projektionssysteme Bauarten Projekt.-Systeme
Displaysysteme Autostereosk. Systeme
Volumetr. Displays
Weitere Trends
Bauarten Projektionssysteme
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Grundlagen
Projektionssysteme Bauarten Projekt.-Systeme
Displaysysteme Autostereosk. Systeme
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
Projektionssysteme Bauarten Projekt.-Systeme
Displaysysteme Autostereosk. Systeme
Volumetr. Displays
Weitere Trends
Projektionssysteme - Bauarten
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
Projektionssysteme Bauarten Projekt.-Systeme
Displaysysteme Autostereosk. Systeme
Volumetr. Displays
Weitere Trends
Projektionssysteme - Bauarten
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
Projektionssysteme Bauarten Projekt.-Systeme
Displaysysteme Autostereosk. Systeme
Volumetr. Displays
Weitere Trends
Projektionssysteme - Bauarten
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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3D-Projektionstechnik
Grundlagen
Projektionssysteme Bauarten Projekt.-Systeme
Displaysysteme Autostereosk. Systeme
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
Θ Helligkeitsverlust
Flexible Leinwand
Helle Projektionsscheibe
Dunkle Projektionsscheibe
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3D-Projektionstechnik
Grundlagen
Projektionssysteme Bauarten Projekt.-Systeme
Displaysysteme Autostereosk. Systeme
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
Projektionssysteme Bauarten Projekt.-Systeme
Displaysysteme Autostereosk. Systeme
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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3D-Projektionstechnik
Grundlagen
Projektionssysteme Bauarten Projekt.-Systeme
Displaysysteme Autostereosk. Systeme
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
Quelle:
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3D-Projektionstechnik
Grundlagen
Projektionssysteme Bauarten Projekt.-Systeme
Displaysysteme Autostereosk. Systeme
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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Inhalt:
Whitepaper
3D-Projektionstechnik
Grundlagen
Projektionssysteme Bauarten Projekt.-Systeme
Displaysysteme Autostereosk. Systeme
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
Θ Helligkeitsverlust
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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Whitepaper
3D-Projektionstechnik
Grundlagen
Projektionssysteme Bauarten Projekt.-Systeme
Displaysysteme Autostereosk. Systeme
Volumetr. Displays
Weitere Trends
Weitere Trends
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Inhalt:
Whitepaper
3D-Projektionstechnik
Grundlagen
Projektionssysteme Bauarten Projekt.-Systeme
Displaysysteme Autostereosk. Systeme
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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Whitepaper
3D-Projektionstechnik
Grundlagen
Projektionssysteme Bauarten Projekt.-Systeme
Displaysysteme Autostereosk. Systeme
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.
Virtual Dimension Center (VDC)
Auberlenstr. 13
70736 Fellbach
www.vdc-fellbach.de
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