Elumens Vision Station 的工作原理

作者:Jeff Tyson
下一代电脑显示器为您提供完整的180度视野。了解 Elumens 显示器的工作原理!
图片由 Elumens 公司提供

计算机显示器对影响计算机技术其他部分的进步表现出了显著的抗拒。例如,1982年的原版IBM PC配备了运行频率为4.77 MHz的16位处理器。而今天的处理器速度大约快了1000倍。另一方面,今天的显示器仍然是小小的玻璃矩形。没有发生重大的进步。

在本期十万个为什么中,我们将探讨来自Elumens的一项全新电脑显示技术,它彻底革新了数字信息的可视化方式。在空间设计和模拟(飞行、驾驶或战场模拟)等领域,这种新显示器完全改变了您与数字环境的互动方式!

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VisionStation 显示器

Elumens VisionStation 的视图
图片由 Elumens 公司提供

普通显示器的问题在玩游戏时最为明显。你多少次在游戏中进入一个房间,结果却被从侧面攻击?游戏中的“视野”受到标准显示器所能显示的限制——一个代表前方环境的小而平的矩形。视野最多只有50度,就像通过一个小舷窗看世界一样。除非你使用游戏控制器向该方向“转动”,否则你看不到上方、下方、左侧或右侧的任何东西。这种用控制器进行的“移动”完全不自然——在现实世界中,你会立即移动眼睛或整个头部以看向不同的方向,而且这种移动是快速而本能的。

在现实世界中,你还有周边视觉在为你工作。你的眼睛很容易探测到侧面的运动,并提醒你朝那个方向看。而使用电脑显示器时,你的周边视觉只会分散你的注意力——它显示的是你实际的环境,而不是你正在玩耍的数字环境。

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一家位于北卡罗来纳州的公司Elumens设计了一款考虑到周边视觉的显示系统。VisionStation由一个大型弧形表面(类似于大型卫星天线)、一台高分辨率数据投影仪和一个广角投影镜头组成。

结果是显示器能够显示非常广阔的视野,最大可达完整的180度。Elumens 显示器占据了你整个视野,包括你的周边视觉。你不仅能看到你面前的东西,还能看到上方、下方、左侧和右侧的一切。当你想看“旁边”的东西时,你只需转头去看。例如,在驾驶模拟器中,你可以像在真车中一样,通过转头来查看两侧车窗外的情况。

观看 Elumens 显示器时的体验非常有趣。由于它利用了你的周边视觉,运动感非常真实。转头看物体非常自然。由于屏幕完全光滑,没有任何干扰。

VisionStation 有一个大型抛物面外壳,用于显示广角镜头投射的图像。
图片由 Elumens 公司提供

Vision 系列有多种型号,从个人使用的 VisionStation,到可容纳多达45人的 VisionDome VS-5。

  • 幻灯片 1:标准 VisionStation 深41英寸(104厘米),高63英寸(160厘米),宽65英寸(165厘米)。显示表面有5英尺宽(1.5米)的投影区域,屏幕的球面曲率半径为33英寸(84厘米)。
  • 幻灯片 2:VS-3 VisionStation 深106英寸(270厘米),高93英寸(237厘米),宽136英寸(346厘米)。显示表面有10英尺宽(3米)的投影区域,屏幕的球面曲率半径为60英寸(152厘米)。VS-3 可容纳1至6人。
  • 幻灯片 3:V-4 VisionDome 的投影半径为12英尺3英寸(3.75米),使用 LightShell 可容纳2至10人。圆顶高10英尺3英寸(3.1米),宽17英尺(5.2米),深15英尺11英寸(4.9米)。
  • 幻灯片 4:V-5 VisionDome 的投影半径为16英尺4英寸(5米),使用 LightShell 可容纳2至45人。圆顶高14英尺10英寸(4.63米),宽19英尺10英寸(6.1米),深20英尺(6.1米)。

VisionStation 的主要优点是

  • 它提供了沉浸式体验。
  • 它不需要用于虚拟环境的笨重头戴设备。
  • 它兼容真实和计算机生成的3D数据。
  • 两个人大约两小时即可完成设置(使用可选的 LightShell 外壳则需要三到四小时)。
  • 它便携。
  • 它具有高度可扩展性。
  • 操作起来与传统显示器一样简单。
  • 它可用于多种应用。
  • 它支持大部分现有3D应用程序,无需特殊移植。

Vision 系列投影仪使用分辨率从1027x768到1365x1024的LCD 投影仪,支持24位色彩(1680万色)。它们支持 SXGA、UXGA、VGA、SVGA 和 XGA 模式,并配有 HD15、S-Video 和 RCA 连接器。f-theta 镜头具有180度视野和无限景深。这意味着一旦镜头对焦,镜头外的所有区域都将始终处于对焦状态。

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Elumens 图像技术

f-theta 镜头具有半球形光学组件,使其能够在180度范围内进行投影。

VisionStation 采用 Elumens 的 TruTheta 图像技术,提供沉浸式体验。换句话说,由于图像投影覆盖了完整的180度 x 135度视野,您会感觉自己身临其境。由于您的周边视觉看到的是投影图像而非屏幕外的周围环境,因此干扰会减少。这与传统用于虚拟现实头戴式显示器不同,后者会将您与外界完全隔离。Elumens 团队认为 VisionStation 优于虚拟现实,因为您在沉浸于体验的同时不会失去与周围环境的联系。

TruTheta 将先进的3D软件算法与 f-theta 镜头设计相结合,实现在半球形屏幕上的高质量投影。目标是创建亮度一致、均匀且对焦准确的图像。为实现这一目标,TruTheta 镜头将像素均匀分布在整个半球形表面上,从而消除失真。

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镜头的另一个视图

要创建3D场景,Elumens 推荐使用四摄像机处理法。您像往常一样在3D动画程序中设置一个场景,并使用一个(主)摄像机跟随动画。场景准备好后,您将原始摄像机复制四次。另外四个摄像机在摄像机轴上旋转90度,指向场景的不同区域。这四个额外的角度是

  • 左摄像机:摄像机向主摄像机左侧旋转90度。
  • 右摄像机:摄像机向主摄像机右侧旋转90度。
  • 上摄像机:摄像机向主摄像机上方旋转90度。
  • 下摄像机:摄像机向主摄像机下方旋转90度。
从四个不同角度的场景
图片由 Elumens 提供

一旦动画帧从所有四个角度渲染完成,就会使用一个名为TruFrame的程序将四个不同的场景组合成一个单一场景,该场景提供了180度投影所需的所有信息。

最终场景结合了所有五个角度。
图片由 Elumens 提供
TruFrame 界面一览
图片由 Elumens 提供

通常,帧以1024 x 1024像素的分辨率渲染。四个独立的视图组合在一起,创建每个 TruFrame 帧。

Elumens 正在与软件开发商合作,为流行的3D软件应用程序提供插件,这些插件将自动化180度场景创建过程,并取代手动四摄像机处理法。例如,Elumens 提供 TruShade for Raygun,这是一个用于 3D Studio Max 的插件,它使用 Raygun 渲染引擎来创建半球形场景,而无需您设置多个摄像机角度。

描述 VisionStation 很容易,但仅仅描述并不能完全体现其使用体验。当你坐在这个系统前运行一个3D模拟器时,效果令人惊叹!当你在虚拟世界中移动时,你会真切地感受到运动感和深度。

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VisionStation 的应用

特别感谢Elumens

基本系统成本为19,995美元,VisionStation 并非面向普通用户或游戏玩家。它旨在用于以下领域:

  • 培训辅助/模拟——许多公司和政府机构正在使用 VisionStation 建立模拟器,这些模拟器提供比基于标准显示器的系统更全面的体验。
  • 演示——VisionStation 为演示产品或流程提供了绝佳的环境。
  • 建筑设计——规划师和建筑师可以使用 VisionStation 在第一块砖铺设之前确保其设计的正确性。
  • CAD/CAM——汽车制造商等生产商可以比在普通平面显示器上更彻底地预览设计。
  • 科学——科学家和研究人员可以创建详细的模拟,让他们感觉自己是过程的一部分。
  • 娱乐——你可能会看到一些 VisionStation 被用于提供娱乐性的沉浸式体验,你愿意为此付费参与。

尽管当前型号对于大多数家庭用户来说过于昂贵,但 VisionStation 确实为数字成像的革命铺平了道路。在未来几年,你可以期待 Elumens 和其他显示器公司继续在我们如何看待计算机数据方面取得突破。

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