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

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

Virtual Dimension Center (VDC)
Auberlenstr. 13
70736 Fellbach

www.vdc-fellbach.de info@vdc-fellbach.de Tel.: +49 (0) 711 58 53 09-0
© Kompetenzzentrum Virtuelle Realität und Kooperatives Engineering w. V. – Virtual Dimension Center VDC

Whitepaper
3D-Projektionstechnik

VDC-Technologie-Screening 3D-Projektionstechnik
 Grundlagen
 Projektionssysteme
 Bauarten Projektionssysteme
 Weitere Trends

xxx:
Inhalt:
xxx
Grundlagen
Projektionssysteme
Bauarten Projekt.-Systeme
Displaysysteme
Autostereosk. Systeme
Volumetr. Displays
Weitere Trends

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Tel.: 58 (0) 711
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Whitepaper

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 xxx:
Umgebungsmodells einfacher Inhalt:
xxx
Grundlagen
 Unterstützung bei der 3D-Interaktion Projektionssysteme

(für diese muss Raum bekannt sein) Displaysysteme
Volumetr. Displays
Weitere Trends

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Quelle: Runde, C.: Konzeption und Einführung von
Virtueller Realität als Komponente der Digitalen
Fabrik in Industrieunternehmen. Zugl.: Stuttgart,
Whitepaper Univ., Diss., 2007, IPA-IAO Forschung und Praxis,
3D-Projektionstechnik 455. Heimsheim: Jost-Jetter Verlag, 2007

Graphische Tiefenkriterien

 Womit rechnet das Gehirn?

xxx:
Inhalt:
xxx
Grundlagen
Projektionssysteme
Displaysysteme
Volumetr. Displays
Weitere Trends

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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) xxx:
- Schärfe (Tinting) Inhalt:
xxx
Grundlagen
- Kontrast, Dynamik Projektionssysteme
Displaysysteme
Volumetr. Displays
Weitere Trends

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Stereotechniken

xxx:
Inhalt:
xxx
Grundlagen
Projektionssysteme
Displaysysteme
Volumetr. Displays
Weitere Trends

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Stereotechnik 1: Farbfilter
 Analglyphentechnik
(komplementäre Farbsichten & -filter)
Rot-Cyan-Anaglyphenbrille

jedes Display geeignet, jeder
Bildschirm, jeder Projektor, jede Wand
selbst Printprodukte
Brille passiv
Brille leicht und billig

Θ Übersprechen xxx:
Θ Sicht ist schwarz-weiß Inhalt:
xxx
Grundlagen
Projektionssysteme
Displaysysteme
Anaglyphenbild aus Google Earth Autostereosk. Systeme
Volumetr. Displays
Weitere Trends

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Stereotechnik 2: Polarisationsfiltertechnik
grundlegende Technologie:
 Polarisationsfilter-Technik
(Lichtwellen-Polarisation, Passiv-Stereo)
Projectiondesign F32
leichte Brille, passiv
kein Sync notwendig
kein Flackern
Θ zwei Projektoren notwendig
Θ Gestell und Kalibration Polarisationsfilterbrille
Θ spezielles Projektionsmedium
notwendig (polarisationserhaltend) xxx:
Θ unregelmäßige Helligkeitsverteilung) Inhalt:
xxx
Grundlagen
geeignete Projektionsscheiben neigen Silberleinwand Projektionssysteme

zum Hot-Spotting Displaysysteme

Beachten: unspezifische LCD-Beamer Volumetr. Displays
Weitere Trends

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Polarisationstechnik: Helligkeit Quelle:

Betrachtungen Lichtstrom bei Passiv-Lösungen

Erzielte Lumen: externe Polarisation von DLP-Projektoren
 integrierte Lösungen
5000
verbessern deutlich 40% lumen 2000
stereo lumen

100%
Verbesserung

BARCO Gemini/VR workroom Stereo Lumens Boost
xxx:
Inhalt:
xxx
Grundlagen
80% 5000 Projektionssysteme
lumen 4000 Bauarten Projekt.-Systeme
Displaysysteme
stereo lumen Autostereosk. Systeme
Volumetr. Displays
Weitere Trends

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Stereotechnik 3: INFITEC®
 Passiv-INFITEC
Filter-Charakteristika INFITEC
jede beliebige Wand verwendbar
kein Sync notwendig
passive Brille (keine Stromversorgung)
Farbtreue bleibt weitgehend
erhalten
keinerlei Flimmern

Θ zwei Projektoren notwendig xxx:
Θ Helligkeitsverlust Inhalt:
xxx
Grundlagen
Θ Gestell und Kalibration Projektionssysteme
Displaysysteme
Projectiondesign F32 INFITEC-Brille Volumetr. Displays
Weitere Trends

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INFITEC: Helligkeit Quelle:

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:
xxx:
- Farbkorrektur („DynaColor“) Inhalt:
xxx
Grundlagen
Ausgleich Farbverschiebungen Projektionssysteme
- kostet aber weitere Helligkeit: Bauarten Projekt.-Systeme
Displaysysteme
Resultat: 17% Autostereosk. Systeme
Volumetr. Displays
Weitere Trends

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Stereotechnik 4: Aktiv-Shutter
grundlegende Technologien
 Shuttertechnologie (von engl. to shut =
schließen, LCD, Aktiv-Stereo) Shutterbrille Nvidia IR Emitter
 Display: mind. 120Hz Bildwiederholrate
Je nach System sehr geringes
Übersprechen
bei Projektion jede beliebige
Wand verwendbar
Θ Brille schwerer früher: Röhrenprojektor
Θ aktive Brille: Stromversorgung
Θ Brille polarisiert
xxx:
Θ meist Emitter für Synchronisation Inhalt:
xxx
Grundlagen
Bild-Brille notwendig Projektionssysteme
Θ Helligkeitsverlust Bauarten Projekt.-Systeme
Displaysysteme
Θ u.U. Flimmern (billige Projektoren) heute: DLP.
Beispiel: projectiondesign F10 AS 3D
Volumetr. Displays
Weitere Trends

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Aktiv-Stereo: Helligkeit Quelle:

Betrachtungen Lichtstrom bei Aktiv-Lösungen DLP/CRT

Erzielte Lumen:
 Aktive Brillen:
- Auge erreicht Licht in
<50% der Zeit => halbe
Helligkeit • Duty Cycle
- das Shutter-Prinzip nutzt seinerseits • nicht-ideale Polarisation
Polarisationstechnik (zweier LCDs).
Eingehendes Licht ist nicht ploarisiert =>
halbe Helligkeit
xxx:
 Resultat: <20% des Lichts erreicht Auge Inhalt:
xxx
Grundlagen
Projektionssysteme
Displaysysteme
Volumetr. Displays
Weitere Trends

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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 XPanD X102 DLP-Link Shutterbrille
einzurichten

xxx:
Inhalt:
xxx
Grundlagen
Projektionssysteme
Projectiondesign F10 AS3D Displaysysteme
Volumetr. Displays
Weitere Trends

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Stereotechnik 5: Aktiv-Infitec
 Aktiv-INFITEC inFACT: Funktionsweise

klassisches Aktiv-Stereo Shutter-Brille

144 Hz L R L R L

144 Hz L R L R L
xxx:
Inhalt:
xxx
Grundlagen
Projektionssysteme
Aktiv Infitec: Infitec Farbrad, synchronisiert mit L/R Bildern Displaysysteme
Volumetr. Displays
Weitere Trends

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Aktiv-Infitec
grundlegende Technologien
 aktiv INFITEC - inFACT
(INFITEC im Zeitmultiplex)
INFITEC-Brille
jede beliebige Wand verwendbar
kein Sync notwendig
passive Brille (keine Stromvers.)
Farbtreue bleibt weitgehend
erhalten
weniger Hot Spotting als bei xxx:
Polfiltern Inhalt:
xxx
Grundlagen
Θ Helligkeitsverlust Projektionssysteme

Θ Kosten Displaysysteme
BARCO Galaxy 12 Volumetr. Displays
Weitere Trends

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Helligkeit Aktiv-Infitec Quelle:

Betrachtungen Lichtstrom bei Aktiv-INFITEC-Lösungen

Erzielte Lumen:
 Dunkelzeit des DLP-
Projektors erhöhen, damit
Farbrad zwischen INFITEC
85% L/R: 42,5%
11%
31,5%
A/B wechseln kann
=> 85% Helligkeit
 verteilen auf beide Augen: 42,5%
 INFITEC-Filter: 11%
 Farbkorrektur DynaColor:
xxx:
7% Helligkeit verbleiben Inhalt:
xxx
Grundlagen
Projektionssysteme
Displaysysteme
Volumetr. Displays
Weitere Trends

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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
xxx:
Inhalt:
xxx
L R L R L Grundlagen
Projektionssysteme
Displaysysteme
Volumetr. Displays
RealD: Polarization Modulator polarisiert wechselnd in hoher Frequenz Weitere Trends

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Bauarten Projektionssysteme

xxx:
Inhalt:
xxx
Grundlagen
Projektionssysteme
Displaysysteme
Volumetr. Displays
Weitere Trends

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Projektionssysteme - Bauarten
Powerwalls Imsys scale XL mit
 nahezu beliebig skalierbar 41 Mio. Pixeln auf
5.5 x 2.2m
 DAS industrielle Standardsystem
nahezu beliebig skalierbar
Auflösung nahezu beliebig
mehrbenutzerfähig
Θ u.U. Installation & Wartung

CAVEs
 Zur Einnahme einer Innenperspektive xxx:
hohe Immersion Inhalt:
xxx
Grundlagen
Θ Einzelnutzersystem Mehrwandprojektionssystem
Projektionssysteme

Θ Installation, Wartung CAVE Displaysysteme

Θ Platzbedarf, Kosten Volumetr. Displays
Weitere Trends

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1-Kanal Workbench
 für Produktuntersuchungen
kompakt, mechan. Tracking
BARCO Baron
Θ Produkt ausgelaufen

2-Kanal-Workbench
 für Produktuntersuchungen
sehr großes Sichtfeld abgedeckt
Θ z.T. große Abmessungen xxx:
Θ Produkt ausgelaufen Inhalt:
xxx
Grundlagen
BARCO Consul
Projektionssysteme
Displaysysteme
Volumetr. Displays
Weitere Trends

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Flat angled Systems (Gewinkelte Wand)
 Kompromiss zwischen CAVE
und Powerwall
relativ gute Immersion Designreview bei Miele
relativ einfach einzurichten (Quelle: BARCO)

Θ leichte Verzerrungen an den
Kanten für nicht-Getrackte

Curved Screens (Sphärische Displays)
 zylinder- oder torusförmige
Projektionsfläche
xxx:
gute Immersion Joint Terminal Attack Controller Inhalt:
xxx
Training Rehearsal System JTAC Grundlagen
Θ schwierige Installation TRS (Quelle: Meta VR) Projektionssysteme
wg. Verzerrungen, Über- Bauarten Projekt.-Systeme
Displaysysteme
blendungen (Edge Blending) Autostereosk. Systeme
Volumetr. Displays
Weitere Trends

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Tischsysteme Screenshot
 Gleichzeitig 2D- und 3D-Sicht
 Projektion auf Tischfläche und
an Wand/Leinwand
 z.T. Klötzchen als
Interaktionsmetaphern
Mehrbenutzer-System
Verknüpfung 2D-3D
Schemazeichnung Planungstisch Arbeitssituation am Planungstisch
Gleichzeitig Layout und
Perspektive
Θ Interaktion „über
xxx:
Kopf“ z.T. nicht gelöst Inhalt:
xxx
Grundlagen
Projektionssysteme
Displaysysteme
Volumetr. Displays
Weitere Trends

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Projektionstechnik: Kontrast Quelle:

Flexible Leinwand
Diskussion: Kontrast

 Flexible Leinwand
Θ schlechter Kontrast durch „Tunneleffekt“
als Ergebnis interner Reflektionen
Helle Projektionsscheibe

 Helle Projektionsscheibe
Θ schlechter Kontrast durch
interne Reflektionen innerhalb
des Scheibenmaterials
xxx:
 Dunkle Projektionsscheibe („tinting“) Dunkle Projektionsscheibe Inhalt:
xxx
Grundlagen
Guter Kontrast dank Absorption Projektionssysteme
im Scheibenmaterial Bauarten Projekt.-Systeme
Displaysysteme
Θ Helligkeitsverlust Autostereosk. Systeme
Volumetr. Displays
Weitere Trends

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Projektionstechnik: Kontrast Quelle:

Diskussion: Kontrast Kontrastprofil
 Lokaler Kontrast relevant für Visualisierungen
mit hoher Dynamik
 zu messen mit Lichtpunkt in dunkler
Umgebung
 Ergebnis: Kontrastprofil

 Getönte Scheibe
wesentlich verbesserte
Kontrasteigenschaften
xxx:
Θ viel Licht benötigt Inhalt:
xxx
Grundlagen
Projektionssysteme
Displaysysteme
Helle Scheibe Dunkle Scheibe Autostereosk. Systeme
Volumetr. Displays
Weitere Trends

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Projektionstechnik: Hot Spot
Diskussion: Hot Spot
 Einzelprojektor-Lösungen
relativ kostengünstig
Hot Spot bei
einfach, kein Edge Blending u.ä. Einzelprojektor-Lösung

Θ neigen zum Hot-Spotting
Θ Lichtleistung beschränkt
Anmerkung: Polarisations-erhaltende Scheiben
neigen noch stärker zum Hot-Spotting!
CAD-Wall
 Multi-Projektor-Lösungen
nahezu beliebige Auflösung xxx:
sehr hohe Lichtleistung möglich, Inhalt:
xxx
Grundlagen
damit dunkle Projektionsscheiben Projektionssysteme
Lichtverteilung Displaysysteme
Θ aufwändiger in der Einrichtung Volumetr. Displays
Weitere Trends

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Projektionstechnik: Einzel vs. Multi-Channel Quelle:

Diskussion Einzel- vs. CAD-Wall Einzel-Projektor
Multi-Projektor-Lösungen  Auflösung nicht limitiert  Auflösung limitiert
 Blending benötigt  kein Blending notwendig
 technische  Lichtleistung nicht limitiert  Helligkeit abhängig vom Projektor
Bildeigenschaften und  sehr gute Lichtverteilung  Hot Spot
 wg. Blending bessere Image-  Helligkeit nicht ausreichend für
notwendige Prozessoren notwendig beste Projektionsscheiben
Voraussetzungen  beste dunkle Projektionsscheiben
einsetzbar
 Platzbedarf
3500mm 7500mm

xxx:
Inhalt:
xxx
Grundlagen
Projektionssysteme
Displaysysteme
Volumetr. Displays
Weitere Trends

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Mini-CAD/VR-Wall
Shutterbrille

Aufprojektionswand mit
 bis 6 Megapixel Auflösung Schneider Digital Mini CAD/VR Wall

 bis 15.000 ANSI-Lumen
 bis zu 208 Zoll Diagonale
 bis zu 55 cm Bautiefe
 stereofähig

Weitwinkel-Kurzdistanzprojektoren

xxx:
Inhalt:
xxx
Grundlagen
Projektionssysteme
Displaysysteme
Volumetr. Displays
Weitere Trends

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Multi-Viewer Stereo-Systeme
 Mehrbenutzer-Head Tracking
 Bewegungsparallaxe, fortschreitendes
Zu- und Aufdecken:
Tiefenkriterium
 verschiedene Sichten für verschiedene
Verschiedene Perspektiven aufgrund verschiedener
Betrachterpositionen müssen Standpunkte (Quelle: Universität Weimar, Fh-IAO)

angezeigt und getrennt werden
 Verwendung vieler Zeitschlitze oder
Kombination Polfilter-Zeitmultiplex
xxx:
Head Tracking für viele Benutzer Inhalt:
xxx
Grundlagen
Projektionssysteme

Θ Helligkeitsverlust Displaysysteme
Sicht auf das Projektionssystem: 2 Perspektiven aufgrund 2 Volumetr. Displays
verschiedener Standpunkte (Quelle: Universität Weimar, Fh-IAO) Weitere Trends

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Weitere Trends

xxx:
Inhalt:
xxx
Grundlagen
Projektionssysteme
Displaysysteme
Volumetr. Displays
Weitere Trends

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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 xxx:
(aber: ANSI-Lumen LED zu DLP Projectiondesign FL32 LED projector
Inhalt:
xxx
Grundlagen
schwierig zu vergleichen) Projektionssysteme
Displaysysteme
Volumetr. Displays
Weitere Trends

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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 xxx:
Inhalt:
xxx
Grundlagen
Projektionssysteme
Displaysysteme
Aiptek Pocketcinema Volumetr. Displays
Weitere Trends

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