컴퓨터 제작 비디오 홀로그램을 랜더링 및 생성하는 방법 및 장치 document_id A220623073037

3D 랜더링-그래픽 파이프 라인에서는 예컨대 디스플레이 좌표로부터 장치 좌표로의 환산, 텍스처링, 클리핑 및 안티앨리어싱이 이루어진다. 그래픽 어댑터의 프레임 버퍼 내에 저장된 래스터 이미지, 즉 3D 장면의 2D 투사는 모니터, 예컨대 LCD 디스플레이의 제어 가능한 픽셀의 픽셀 값의 데이터를 포함한다. 컴퓨터 제작 비디오 홀로그램의 분야에서 본 발명은 소위 홀로그래픽 그래픽 파이프 라인에 관한 것이다. 상기 파이프 라인에서는 광 변조기 수단 SLM용 픽셀 값으로서 복소(complex) 홀로그램 값의 생성이 이루어진다. 홀로그래픽 데이터의 컴파일링시 본 발명은 장면의 부분 영역의 변환에 관한 것이며, 변환에 의해 광파의 전파가 표현된다. 3D 물체 또는 장면의 홀로그래픽 표시에 있어서, 광 파면은 코히어런트 광파의 간섭 및 중첩에 의해 생성된다. 간섭 패턴으로서 포토그래픽으로 또는 다른 방식으로 저장되는 종래의 홀로그램과는 달리, CGVH는 장면의 시퀀스로부터 홀로그램 데이터의 계산의 결과로서 전자 수단에 저장되어 존재한다. 변조된 간섭성 광은 장면을 재구성하기 위해 진폭 및/또는 위상 값에 의해 제어 가능한 광 파면으로서 공간적으로 관찰자의 눈 앞에서 전파된다. 비디오 홀로그램의 홀로그램 값에 의한 광 변조기 수단의 제어는 디스플레이로부터 방출되는 픽셀 변조된 파동 장이 공간 내로의 간섭에 의해 소정 장면을 재구성하게 한다. 본 발명을 구현하기에 바람직한 홀로그래픽 재생 장치는 하나 이상의 디스플레이 수단을 포함한다. 여기서, 디스플레이 수단은 장면의 홀로그램을 코딩하는 광 변조기 자체를 말하거나, 또는 광 변조기 내에서 코딩된 홀로그램 또는 광 변조기 내에서 코딩된 장면의 파면이 이미지화되는 예컨대, 렌즈 또는 거울과 같은 광학 소자를 말한다. 디스플레이 수단의 해상도 및 가시 거리 내에 장면을 재구성하기 위한 관련 원칙은 출원인의 다른 간행물에서 개시된다. 간행물 WO 제2004/044659호 및 WO 제2006/027228호에서, 디스플레이 수단은 광 변조기 자체이다. 간행물 WO 제2006/119760호에서의 장면의 홀로그래픽 재구성을 위한 투사 장치 및 방법에서, 디스플레이 수단은 광 변조기 내에서 코딩된 홀로그램이 이미지화되는 광학 소자이다. DE 제10 2006 004 300호에서의 장면의 홀로그래픽 재구성을 위한 투사 장치에서, 디스플레이 수단은 광 변조기에서 코딩된 장면의 파면이 이미지화되는 광학 소자이다. 출원인의 WO 제2006/066919호는 비디오 홀로그램의 계산 방법을 개시한다. 상기 간행물에서, 광 변조기 수단 또는 SLM은 하나 또는 다수의 독립적인 광원으로부터 방출되는 광빔의 스위칭, 블랭킹 또는 변조에 의해 강도, 색 및/또는 위상을 제어하기 위한 장치를 말한다. 홀로그램 재생 장치는 일반적으로 제어 가능한 픽셀의 매트릭스를 포함한다. 픽셀은 디스플레이 패널을 통과하는 광의 진폭 및/또는 위상을 변화시킴으로써 물체 점들을 재구성한다. 광 변조기 수단은 이러한 매트릭스를 포함한다. 광 변조기 수단은 예컨대 음향-광 변조기(AOM)로서 불연속적으로 또는 연속적으로 구현될 수 있다. 진폭 변조에 의한 홀로그램 재구성의 실시예는 액정 디스플레이(LCD)로 이루어질 수 있다. 본 발명은 또한 충분히 코히어런트한 광을 광 파면 또는 광파 릴리프로 변조하기 위한 다른 제어 가능한 장치에 관한 것이다. 상기 간행물에서, "픽셀"은 SLM에서 제어 가능한 홀로그램 픽셀이다. 픽셀은 홀로그램 점의 이산 값에 의해 개별적으로 어드레싱되거나 제어된다. 각각의 픽셀은 비디오 홀로그램의 홀로그램 점이다. 따라서, LCD에서 "픽셀"은 디스플레이의 개별적으로 어드레싱 가능한 이미지 점을 위해 사용된다. DLP에서 "픽셀"은 개별 마이크로 거울을 위해 또는 작은 그룹의 마이크로 거울을 위해 사용된다. 연속 SLM에서 픽셀은 복소 홀로그램 점을 나타내는 SLM 상에서의 전이 영역이다. 따라서, "픽셀"은 일반적으로 복소 홀로그램 점을 나타내는, 즉 표시하는 가장 작은 단위이다. "관찰자 윈도우"는 관찰자가 충분히 큰 가시성으로 전체 재구성된 장면을 볼 수 있게 하는 제한된 가상 영역이다. 관찰자 윈도우는 관찰자의 눈 위에 또는 눈 가까이에 배치된다. 관찰자 윈도우는 X, Y 및 Z 방향으로 움직일 수 있다. 관찰자 윈도우 내에서, 파동장들이 중첩됨으로써, 재구성된 물체가 관찰자에게 가시화될 수 있다. 윈도우는 관찰자의 눈 근처에 놓이고, 공지된 위치 검출 및 트랙킹 장치에 의해 실제 관찰자 위치로 트래킹될 수 있다. 따라서, 윈도우는 동공 크기를 초과하지 않는 크기로 제한될 수 있다. 2개의 관찰자 윈도우, 즉 각각의 눈에 대해 하나의 관찰자 윈도우를 사용하는 것이 가능하다. 관찰자 윈도우의 복잡한 배치도 가능하다. 또한, 관찰자에게 개별 물체들 또는 전체 장면이 광 변조기 뒤에 놓인 것으로 보이게 하도록 비디오 홀로그램을 코딩하는 것이 가능하다. "변환"은 변환과 동일하거나 또는 이와 유사한 수학적 또는 컴퓨터 기술을 포함하도록 넓게 해석된다. 수학적 의미에서 변환은 맥스웰 파동장 전파 방정식으로 표현되는 물리적 과정의 근사이다. 프레넬 변환 또는 푸리에 변환으로서 공지된 특수 그룹의 변환과 같은 변환은 제 2 차수의 근사를 나타낸다. 변환은 일반적으로 미분으로 표현되지 않고 대수로 표현되기 때문에, 컴퓨터 기술을 이용하여 효율적으로 그리고 성능적으로 다루어진다. 또한, 변환은 광학 시스템으로서 정확하게 모델링될 수 있다. 출원인의 WO 제2006/066919호는 컴퓨터 제작 비디오 홀로그램의 계산 방법을 개시한다. 이 방법에 따르면, 각각의 섹션 평면에 대해 래스터 점에 이산 진폭 값을 가진 별도의 물체 데이터 레코드를 규정하고 이미지 데이터 레코드로부터 홀로그래픽 재생 장치의 광 변조기 수단용 홀로그래픽 코딩을 계산하기 위해, 복소 진폭 값을 가진 물체가 평행한 가상 섹션 평면의 래스터 점들 내의 장면에 할당된다. 상기 목적의 달성은 본 발명에 따라 컴퓨터 지원 방식으로 아래의 단계를 실시함으로써 이루어진다: - 각각의 단층 촬영 장면 섹션 면의 각각의 물체 데이터 레코드로부터, 섹션 평면에 대해 평행하게 유한 거리를 가진 관찰자 평면에 대한 파동 장의 분리된 2차원 분포의 형태로 회절 상이 계산되고, 하나 이상의 공통 가상 윈도우에 대한 모든 섹션의 파동 장이 계산되며, 상기 윈도우는 관찰자 평면에서 관찰자의 눈 가까이에 놓이고 상기 윈도우의 면적은 비디오 홀로그램에 비해 감소하며, - 모든 섹션 평면의 계산된 분포들이 관찰자 평면에 대해 기준이 되는 데이터 세트에서 윈도우에 대한 총체적 파동 장을 나타내기 위해 가산되고, - 기준 데이터 세트는 컴퓨터 제작된, 총체적 장면의 홀로그램용 홀로그램 데이터 세트를 생성하기 위해 기준 평면으로부터 유한적으로 떨어진 평행한 홀로그램 평면으로 변환되고, 홀로그램 평면에는 광 변조기 수단이 놓이고, 상응하는 코딩 후에 상기 광 변조기 수단에 의해 장면이 관찰자의 눈 앞에서 공간적으로 재구성된다. 상기 방법 및 홀로그래픽 재생 장치는 장면의 물체를 재구성하는 것이 아니라, 물체가 내보내는 파면을 하나 또는 다수의 관찰자 윈도우에 재구성한다는 사실에 기반을 두고 있다. 가상 관찰자 윈도우에 의해, 관찰자는 장면을 볼 수 있다. 가상 관찰자 윈도우는 관찰자의 동공을 커버하고, 공지된 위치 검출 및 트래킹 장치가 실제 관찰자 위치를 트래킹한다. 홀로그래픽 재생 장치의 광 변조기 수단과 관찰자 윈도우 사이에 가상의 절두된 피라미드형, 소위 절두체 재구성 공간이 형성되고, 광 변조기 수단은 베이스 면을 형성하며 관찰자 윈도우는 커버 면을 형성한다. 관찰자 윈도우가 매우 작은 경우, 절두 피라미드는 피라미드에 근사해질 수 있다. 관찰자는 가상 관찰자 윈도우를 통해 홀로그래픽 재생 장치를 향해 바라보고, 관찰자 윈도우에서 장면을 나타내는 파면을 수용한다.