볼륨 감지 디스플레이

Volumetric display

볼륨감정표시장치는 다수의 다른 시각효과를 통해 깊이를 시뮬레이션하는 기존 화면의 평면 이미지와 달리 3차원 물리적인 물체의 시각적 표현을 형성하는 표시장치이다.이 분야의 선구자들이 제공하는 한 가지 정의는 볼륨 감지 디스플레이가 (x,y,z) 공간의 잘 정의된 영역에서 조명을 방출, 산란 또는 중계하여 3D 이미지를 생성한다는 것입니다.

진정한 부피감정 디스플레이는 3차원 공간에서의 물질 객체의 시각적 경험을 관찰자 내에서 생성한다.인식된 물체는 관찰자가 모든 방향에서 물체를 보고, 특정 세부 사항에 카메라의 초점을 맞추고, 원근법을 볼 수 있도록 함으로써 실제 물질 물체와 유사한 특성을 표시합니다. 즉, 관찰자와 가까운 이미지의 부분이 멀리 있는 부분보다 더 크게 보입니다.

볼륨 감지 3D 디스플레이는 육안으로 볼 수 있는 3차원 영상을 생성한다는 점에서 자동 입체시계입니다.또한 초점 깊이, 움직임 시차, 수렴과 같은 재료 물체의 특성을 가지고 있다.

볼륨 감지 디스플레이는 여러 종류의 3D 디스플레이 중 하나입니다.다른 유형으로는 스테레오스코프, 뷰시퀀셜 디스플레이,[1] 일렉트로홀로그래픽 디스플레이,[2] "투뷰" 디스플레이,[3][4] 파노라마그램 등이 있습니다.

비록 1912년에 처음 가정되었고 공상과학 소설의 주요 요소이기는 하지만, 부피감지 디스플레이는 여전히 일상생활에서 널리 사용되지 않는다.의료 이미징, 광산, 교육, 광고, 시뮬레이션, 비디오 게임, 통신 및 지구물리 시각화를 포함한 사용 사례와 함께 볼륨 감지 디스플레이에는 수많은 잠재적 시장이 있습니다.가상 현실과 같은 다른 3D 시각화 도구와 비교할 때, 볼륨 감지 디스플레이는 본질적으로 다른 상호작용 모드를 제공하므로, 3D 안경이나 다른 헤드기어를 착용하지 않고도 여러 사람이 디스플레이 주변에 모여 자연스럽게 상호작용할 수 있는 기회를 제공합니다.

종류들

체적 측정 영상 [5]장치를 만들기 위해 많은 다양한 시도가 있었다.다양한 볼륨 감지 디스플레이에 대해 공식적으로 인정된 "분류학"은 없으며, 이러한 특성은 여러 가지 배열로 인해 복잡합니다.예를 들어, 체적 감지 디스플레이 내의 조명은 소스로부터 직접 눈에 도달하거나 거울이나 유리 등의 중간 표면을 통해 눈에 도달할 수 있습니다. 마찬가지로, 실체가 필요하지 않은 이 표면은 진동이나 회전과 같은 움직임을 겪을 수 있습니다.하나의 분류는 다음과 같습니다.

스위프 볼륨 디스플레이

sweep-surface(또는 "sweep-volume") 볼륨 감지 3D 디스플레이는 사람의 시력에 의존하여 3D 개체의 일련의 슬라이스를 단일 3D [6]영상으로 통합합니다.다양한 스윕 볼륨 디스플레이가 생성되었습니다.

예를 들어, 3D 장면은 직사각형, 원반 모양 또는 나선형의 단면이 될 수 있는 일련의 "슬라이스"로 계산 분해되며, 이 "슬라이스"는 운동 중인 디스플레이 표면에 투영되거나 디스플레이 표면에서 투영됩니다.2D 표면의 이미지(표면에 투영, 표면에 내장된 LED 또는 기타 기술로 생성됨)는 표면이 이동하거나 회전함에 따라 변경됩니다.시력의 지속성 때문에 인간은 연속적인 빛의 부피를 인지한다.표시 표면은 반사, 투과 또는 둘 다일 수 있습니다.

스위프 볼륨 3D 디스플레이 클래스의 후보 멤버인 또 다른 유형의 3D 디스플레이는 가변 미러 아키텍처입니다.이 유형의 시스템에 대한 첫 번째 참조 중 하나는 1966년부터이며, 진동 미러 드럼헤드는 벡터 디스플레이와 같은 고프레임 레이트의 2D 화상 소스에서 대응하는 깊이 표면 세트로 일련의 패턴을 반사한다.

시판되는 Sweep-Volume 디스플레이의 예로는 Voxon Photonics VX1이 있습니다.이 디스플레이는 깊이 18cm*18cm*8cm의 볼륨 면적을 가지며 초당 최대 5억 복셀까지 렌더링할 수 있습니다.VX1용 컨텐츠는 Unity를 사용하거나 의료 영상용 OBJ, STL 및 DICOM과 같은 표준 3D 파일 형식을 사용하여 생성할 수 있습니다.

Voxon VX1 Volumetric 디스플레이에 표시되는 고해상도 DICOM 의료 데이터

정적 볼륨

이른바 "정적 볼륨" 볼륨 감지 3D 디스플레이는 이미지 [7]볼륨에서 거시적인 이동 부품 없이 이미지를 생성합니다.이 디스플레이 클래스의 멤버십을 유효하게 하기 위해서, 시스템의 나머지가 정지해 있을 필요가 있는지는 불명확합니다.

이것은 아마도 볼륨 감지 디스플레이의 가장 직접적인 형태일 것입니다.가장 단순한 경우, 오프 상태에서는 투명하지만 온 상태에서는 불투명하거나 발광하는 활성 요소로 주소 지정 가능한 공간 볼륨이 생성됩니다.요소(복셀이라고 함)가 활성화되면 디스플레이 공간 내에서 솔리드 패턴을 표시합니다.

여러 정적 볼륨 볼륨 3D 디스플레이는 레이저 빛을 사용하여 고체, 액체 또는 가스의 가시 방사선을 촉진합니다.예를 들어, 일부 연구자들은 적절한 [8][9]주파수의 적외선 레이저 빔을 교차시켜 조명할 때 희토류 도프 물질 내에서 2단계 상향 변환에 의존해 왔다.

최근의 발전은 정적 볼륨 범주의 비테이블(자유 공간) 구현에 초점을 맞추고 있으며, 이는 결국 디스플레이와 직접적인 상호작용을 가능하게 할 수 있다.예를 들어, 여러 개의 프로젝터를 사용하는 안개 디스플레이는 공간 볼륨에서 3D 이미지를 렌더링할 수 있으며, 결과적으로 정적 볼륨 볼륨 디스플레이가 [10][11]됩니다.

2006년에 발표된 기술은 초점 펄스 적외선 레이저(초당 약 100펄스, 각 펄스는 1나노초 지속)를 사용하여 일반 공기의 초점에 빛나는 플라즈마 볼을 생성함으로써 디스플레이 매체를 완전히 없앱니다.초점은 두 개의 움직이는 거울과 슬라이딩 렌즈에 의해 정해지므로 공중에서 모양을 그릴 수 있습니다.각각의 펄스가 펑하는 소리를 내기 때문에 장치가 작동할 때 찰칵 소리가 납니다.현재 그것은 1입방미터 이내의 어디에나 점을 생성할 수 있다.이 장치는 하늘에서 3D 영상을 생성할 수 있도록 어떤 크기까지 확장할 수 있을 것으로 생각된다.[12][13]

플라즈마 글로브와 유사한 네온/아르곤/제논/헬륨 가스 혼합 및 후드와 진공 펌프를 사용하는 신속한 가스 재활용 시스템의 사용과 같은 나중에 수정하면 이 기술은 발광 p의 스펙트럼을 조정하기 위해 각 펄스의 펄스 폭과 강도를 변경함으로써 두 가지 색상(R/W)과 가능한 RGB 이미지를 얻을 수 있다.라즈마 바디

2017년, "3D 라이트 패드"로 알려진 새로운 디스플레이가 [14]출판되었습니다.디스플레이의 매체는 광활성화 분자(스피로호다민으로 알려져 있음)와 디지털 라이트 프로세싱(DLP) 기술로 구성되어 있어 입체적으로 구조화된 빛을 생성합니다.이 기술은 고출력 레이저를 사용할 필요성과 플라즈마 생성을 우회하여 안전에 대한 우려를 덜어주고 3차원 디스플레이의 접근성을 획기적으로 향상시킵니다.UV-라이트 및 녹색-라이트 패턴은 광활성화를 시작하여 "on" 복셀을 생성하는 염료 용액을 목표로 합니다.이 장치는 200μm 분해능으로 03.68mm의 최소 복셀 크기를 표시할 수 있으며 수백 번의 켜기/끄기 사이클에 걸쳐 안정성이 우수합니다.

휴먼-컴퓨터 인터페이스

360도 시야, 수렴 및 조절 단서의 일치 및 고유의 "3차원성"을 포함하는 볼륨 감지 디스플레이의 고유한 특성은 새로운 사용자 인터페이스 기술을 가능하게 한다.볼륨 감지 디스플레이,[15][17][18] 새로운 그래픽 사용자 인터페이스 [16]및 볼륨 감지 디스플레이에 의해 향상된 의료 애플리케이션의 속도와 정확도 이점을 조사하는 작업이 최근 있습니다.

또한 볼륨 감지 [19]디스플레이에 기본 및 레거시 2D 및 3D 컨텐츠를 제공하는 소프트웨어 플랫폼도 있습니다.

예술적 용도

홀로그래픽: 레이저와 리사주 곡선을 포함한 볼륨 측정 디스플레이의 예술적 사용.

홀로그래피, 음악, 비디오 합성, 비전 영화, 조각, 즉흥 연주의 요소들을 결합한 홀로그래피라고 불리는 예술 형태가 1994년부터 탐구되어 왔다.이러한 유형의 디스플레이는 볼륨 내에 시각 데이터를 렌더링할 수 있지만, 주소 지정 가능한 디스플레이가 아니며 갈보 또는 스피커 콘에서 레이저를 튕겨서 생성된 수치와 같이 리사주 숫자만 표시할 수 있습니다.

기술적인 과제

알려진 볼륨 감지 디스플레이 기술에는 시스템 설계자가 선택한 균형에 따라 나타나는 몇 가지 단점도 있습니다.

흔히 볼륨 측정 디스플레이는 폐색 및 불투명도와 같이 시청자 위치에 따라 영향을 받는 장면을 재구성할 수 없다고 주장한다.이는 오해이다. 복셀이 비등방성 방사선 프로파일을 가진 디스플레이는 실제로 위치 의존적 효과를 나타낼 수 있다.현재까지 폐색이 가능한 볼륨 감지 디스플레이에는 (1) 이미지가 "슬라이스"가 아닌 일련의 "뷰"로 렌더링 및 투영되고 (2) 시간에 따라 변하는 이미지 표면이 균일한 확산 장치가 아님의 두 가지 조건이 필요합니다.예를 들어, 연구자들은 이미지가 폐색 및 불투명도를 보이는 반사 및/또는 수직 확산 화면을 가진 회전 스크린 볼륨 디스플레이를 시연했다.한[20][21] 시스템은 수직 확산기에 비스듬히 투영하여 360도 시야의 HPO 3D 이미지를 생성하고, 다른[22] 시스템은 회전 제어 확산 표면에 24개의 뷰를 투사하며, 다른[23] 시스템은 수직 방향 루버를 사용하여 12개의 뷰 이미지를 제공합니다.

지금까지 폐색 및 기타 위치 의존 효과가 있는 장면을 재구성하는 능력은 수직 시차를 희생하여 3D 장면이 생성된 위치가 아닌 다른 위치에서 볼 경우 왜곡된 것처럼 보입니다.

또 하나의 고려사항은 이미지를 볼륨 측정 디스플레이에 공급하기 위해 매우 많은 대역폭이 필요하다는 것입니다.예를 들어 표준 24비트/픽셀, 1024×768 해상도, 플랫/2D 디스플레이는 초당 60프레임을 유지하기 위해 디스플레이 하드웨어에 약 135MB/s를 전송해야 하며, 복셀당 24비트/1024×768×1024(Z축의 1024 "픽셀 레이어") 볼륨 감지 디스플레이는 약 3배(135GB/s)를 전송해야 합니다.초당 60개의 볼륨을 유지할 수 있는 하드웨어를 구축합니다.일반 2D 비디오와 마찬가지로 초당 전송되는 볼륨 수를 줄이고 그 사이에 디스플레이 하드웨어의 반복 프레임을 허용하거나 MPEG와 같은 최신 손실 압축 비디오 형식과 같이 업데이트해야 하는 디스플레이 영역에 영향을 줄 수 있는 데이터만 전송하면 필요한 대역폭을 줄일 수 있습니다.또한 3D 볼륨 감지 디스플레이는 적어도 부분적으로 생성 및 디스플레이 하드웨어로 전송해야 하는 데이터의 양이 많기 때문에 동등한 품질의 2D 이미지에 필요한 것보다 2~3배 더 많은 CPU 및/또는 GPU 전력을 필요로 합니다.그러나 볼륨의 외부 표면만 보이는 경우 필요한 복셀 수는 기존 디스플레이의 픽셀 수와 같은 순서입니다.복셀에 "알파" 또는 투명도 값이 없는 경우에만 해당됩니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

각주

  1. ^ Cossairt, Oliver; Moller, Christian; Benton, Steve; Travis, Adrian (January 2004). "Cambridge-MIT View Sequential Display". Northwestern University. Archived from the original on 2 August 2022.
  2. ^ Lucente, Mark (November 1994). "Electronic Holography: The Newest". Massachusetts Institute of Technology. Archived from the original on 19 September 2006. Retrieved 1 August 2022.
  3. ^ Habib, Maged; Lowell, James; Holliman, Nick; Hunter, Andrew (July 2008). "An example of a two view autostereoscopic display". ResearchGate. Retrieved 2 August 2022.{{cite web}}: CS1 maint :url-status (링크)
  4. ^ Pickering, Mark R. (2014). "Two-view systems". ScienceDirect. Academic Press Library in Signal Processing, Volume 5. pp. 119–153. Retrieved 2 August 2022.{{cite web}}: CS1 maint :url-status (링크)
  5. ^ 미국 특허청
  6. ^ 게이트, 매튜 등"LED 어레이를 기반으로 한 3차원 스위프 볼륨 디스플레이." 디스플레이 테크놀로지 저널 7.9 (2011년) : 503-514.
  7. ^ 블런델, 배리 G, 아담 J. 슈워츠."볼륨 디스플레이 시스템의 분류: 이미지 공간의 특성과 예측 가능성." IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics 8.1(2002) : 66-75.
  8. ^ Joseph A. Matteo (16 March 2001). "Volumetric Display". Lecture notes for the Applied Vision and Imaging Systems class at Stanford University. Archived from the original on 2005-09-09.
  9. ^ Downing, Elizabeth; Hesselink, Lambertus; Ralston, John; Macfarlane, Roger (1996). "A Three-Color, Solid-State, Three-Dimensional Display". Science. 273 (5279): 1185–1189. Bibcode:1996Sci...273.1185D. doi:10.1126/science.273.5279.1185. S2CID 136426473.
  10. ^ 3D 다중 시점 안개 투영 디스플레이
  11. ^ Tim Stevens (17 March 2011). "3D fog projection display brings purple bunnies to life, just in time to lay chocolate eggs (video)". Engadget.
  12. ^ David Hambling (27 February 2006). "3D plasma shapes created in thin air". New Scientist.
  13. ^ "Japanese Device Uses Laser Plasma to Display 3D Images in the Air". Physorg.com. 27 February 2006.
  14. ^ Patel, S. K.; Cao, J.; Lippert, A. R. "볼륨 측정 3D 광활성 염료 디스플레이"Nature Communic, 2017년, 보도 중
  15. ^ K.F. 반 오든과 J. W. 브로일스(2000년 3월).2차원 및 3차원 디스플레이 프레젠테이션 기법의 함수로서의 시각적 작업 성능, 디스플레이, 21(1), 17-24.PDF: 미러(허가 있음)
  16. ^ Grossman, T., Wigdor, D. 및 Balakrishnan, R. (2004)"다중 손가락 제스처와 3D 볼륨 측정 디스플레이의 상호작용", UIST, ACM 심포지엄 사용자 인터페이스 소프트웨어 및 기술에 대한 진행(61-70페이지)작성자 사이트의 PDF
  17. ^ "Rush University Medical Center 암 치료 계획을 위한 최첨단 3D 영상 시스템 탐색" 의학 뉴스 투데이 (2005년 4월 29일)
  18. ^ 왕, A.S., 나라얀, 가오, D., 량, D. (2005)"심장내 카테터 조작 작업을 위한 3D 초음파 데이터의 실시간 볼륨 디스플레이 사용 평가" Eurographics / IEEE 볼륨 그래픽스 워크숍, Stony Brook.
  19. ^ Jun, W.-S., 나폴리, J., Cossairt, O.S., Dorval, R. K., Hall, D. M., Purtell II, T. J., Schooler, F., Banker, Y. 및 Favora, E.(2005)공간 3D 인프라스트럭처: 디스플레이에 의존하지 않는 소프트웨어 프레임워크, 고속 렌더링 일렉트로닉스 및 몇 가지 새로운 디스플레이.「입체 디스플레이와 가상 현실 시스템 XII」, ed.앤드류 J. 우즈, 마크 T. 볼라스, 존 오메리트, 이안 맥도월 형사입니다SPIE-IS&T Electronic Imaging, SPIE Vol.5664, (302-312페이지).새너제이(캘리포니아): SPIE-IS&T.
  20. ^ Cossairt, O. S. and Napoli, J. (2004), 방사형 멀티뷰 3차원 디스플레이, U.S. Pat. App. 2005/0180007 A1.임시(2004년 1월 16일)비잠정(2005년 1월 14일)발행일(2005년 8월 18일)
  21. ^ 파발로라, G.E. (2005년, 8월 4일)"최고의 디스플레이:What Will It Be?"는 캘리포니아 주 로스앤젤레스 ACM SIGGRAPH에서 발표되었습니다.
  22. ^ 가상현실 소프트웨어 및 기술에 관한 ACM 심포지엄(홍콩, 2004), 187~194페이지, 호시노, T, 호리(2004)의 「3D 솔리드 이미지를 위한 만능 디스플레이 시스템」.
  23. ^ K. 다나카, S. 아오키(2006)Stereoscopic Displays and Virtual Reality Systems XIII, A. J. Woods, N. A. Dodgson, J. O. Merritt, M. T. Bolas 및 I. McDowall, Ed Proc.에서 "전체 시차 영역을 실시간으로 구성하는 방법"SPIE 6055, 605516.

추가 정보

  • Blundell, B.G., (2011)Walker & Wood Ltd, "3D 볼륨 측정 디스플레이에 대하여"ISBN 9780473193768. (http://www.barrygblundell.com, PDF 파일).
  • Blundell, B.G., (2011)"3D 디스플레이와 공간 상호작용:3D 테크놀로지의 과학, 예술, 진화, 사용의 탐구, 제1권: 인식에서 테크놀로지로", Walker & Wood Ltd.ISBN 9780473177003.(http://www.barrygblundell.com, PDF 파일).
  • B.G. 블런델과 A.J. 슈바르츠(2007)."확장된 시각화:3D 이미지용 공간 만들기」, John Wiley & Sons.ISBN 0-471-78629-2.
  • B.G. 블런델과 A.J. 슈바르츠(2006).크리에이티브 3-D 디스플레이와 인터랙션 인터페이스: 분야 횡단 접근법, John Wiley & Sons.ISBN 0-471-23928-3. (http://www.barrygblundell.com, PDF 파일).
  • 블런델, B. G. 및 슈바르츠, A. J. (2000).볼륨 측정 3차원 디스플레이 시스템, John Wiley & Sons.ISBN 0-471-23928-3(http://www.barrygblundell.com, PDF 파일).
  • 파바로라, G.E. (2005년, 8월)"볼륨 측정 3D 디스플레이 및 애플리케이션 인프라", 컴퓨터, 38(8), 37-44.현대적이고 과거의 볼륨감 있는 3-D 디스플레이에 대한 기술 조사.ACM 경유 IEEE 인용
  • 펑크, W. (2008년)"Hologlyphics: 볼륨 이미지 합성 퍼포먼스 시스템" Proc. SPIE, vol. 6803, SPIE - 광학 엔진, 입체 디스플레이 및 애플리케이션용 국제 SOC. 저자 사이트 XIX. PDF
  • 할리, M. (1997년)"자동 지형 디스플레이 및 컴퓨터 그래픽", 컴퓨터 그래픽스, ACM SIGGRAPH, vol.31, no.2, (58~62페이지)3D 디스플레이 기술, 특히 비볼륨 측정 디스플레이 분야에 대한 사려 깊고 간결한 개요.HTML 및 PDF
  • 하트위그, R. (1976년)독일특허 DE2622802C2, 1976년 출원된 Ainem Zylindersymmetrischen Abbildungstraum의 Vorrichtung zur Dreidimensen Abildung은 1983년 발행되었다.회전 나선형 3-D 디스플레이에 대한 최초의 특허 참조 중 하나입니다.
  • 혼다, T. (2000년)'슈퍼멀티뷰 조건'을 만족시키는 3차원 디스플레이 기술.B. Javidi와 F.에서.오카노(Eds)입니다. 3차원 비디오 및 디스플레이: 장치 및 시스템, vol. CR76, SPIE Press, (p. 218–249)ISBN 0-8194-3882-0
  • Langhans, K., Bezecny, D., Homann, D., Bahr, D., Vogt, C., Blohm, C. 및 Scharschmidt, K.-H.(1998).「새로운 포터블 FLIX 3D 디스플레이」프로세서. SPIE, vol. 3296, SPIE - 국제 광학 분야 (p. 204–216).볼륨 측정 디스플레이에 대한 철저한 문헌 검토가 포함됩니다.
  • 루이스, J. D., 버버, C. M., 맥기, R. B. (1971년).진정한 3차원 디스플레이, IEEE Trans. 전자 장치, 18, 724-732이른바 솔리드 스테이트 3-D 디스플레이에 대한 초기 조사.
  • Roth, E. (2006)잉크젯 테크놀로지 기반 볼륨 측정 디스플레이, PDF (아카이브 2012년 3월 14일 [1])

외부 링크