Pantalla d'escombrat volum??tric
De Viquip??dia
Una pantalla d'escombrat volum??tric o swept-volume display en angl??s, ??s una pantalla volum??trica que per mitj?? de la representaci?? d'imatges bidimensionals sobre una pantalla que est?? girant a alta velocitat ??s capa?? de generar imatges que el sistema visual hum?? (SVH) percep com a tridimensionals. Les imatges bidimensionals es poden representar per mitj?? de v??ries t??cniques, ja sigui incloent-hi LEDs a la pr??pia pantalla girat??ria o b?? projectant-les des d'un projector extern (cas m??s habitual comercialment). La pantalla girat??ria pot tenir forma d'h??lix o b?? ser una superf??cie plana molt prima i transl??cida.
La pantalla d'escombrat volum??tric s'est?? implantant en camps tan diversos com poden ser la medicina, el CAD mec??nic o la visualitzaci?? militar.
Taula de continguts |
[edita] Funcionament
L'explicaci?? del funcionament es basa en les t??cniques de projecci?? d'imatges sobre una superf??cie transl??cida at??s que no es perd generalitat al fer-ho i que el mateix principi de funcionament ??s aplicable a les pantalles amb LEDs.
[edita] Parts del sistema
La pantalla d'escombrat volum??tric est?? formada per un conjunt d'elements b??sics com un projector de llum, un sistema de miralls retransmissors de llum, una superf??cie on es projecta aquesta llum, un sistema de gir que permet la rotaci?? de la superf??cie de projecci?? i finalment una cobertura transparent que protegeix el sistema de rotaci?? de qualsevol element que en pugui obstaculitzar el seu funcionament.
- Projector
- ??s l'element que actua com a font de llum. Actualment s'usen dues tecnologies, la primera d'elles usa tres l??sers, un vermell, un verd i un blau. L'altra utilitza la tecnologia DLP.
- Superf??cie de projecci??
- element que pot ser una pe??a de vidre acr??lic i tenir forma d'h??lix o b?? ser un element transl??cid molt prim. Quan la llum impacta aquest element la llum sembla sorgir del punt d'impacte i no pas de la font de llum real. Pel cas de l'element transl??cid ??s possible veure una imatge per ambd??s costats de la superf??cie.
- Sistema de gir
- s'encarrega de dotar d'una velocitat de gir a la superf??cie de projecci?? conjuntament amb els miralls retransmissors, de tal manera que aquests formin el mateix angle respecte a la superf??cie de projecci?? en tot moment, independentment de l'angle instantani que presenti la superf??cie de projecci?? respecte al projector.
- Miralls retransmissors
- conjunt de miralls encarregats de guiar la llum provinent del projector sobre el seu punt corresponent de la superf??cie de projecci??.
[edita] Generaci?? de la imatge
Cada voxel de la imatge tridimensional emet llum des de la regi?? de l'espai on est?? situat. La combinaci?? de les diferents intensitats de llum de cadascun dels voxels continguts en un volum ??s el que forma l'escena tridimensional.
Per tal d'aconseguir l'emissi?? de cada voxel es realitza un escombrat de la superf??cie de projecci?? amb un feix llumin??s. Un cop s'ha projectat la llum sobre tota la superf??cie s'hauran il??luminat tots els voxels continguts a la regi?? de l'espai que ocupa la superf??cie en aquell moment, a continuaci?? la superf??cie rota un determinat angle i tornant a repetir l'escombrat amb el feix llumin??s s'il??luminen nous voxels. D'aquesta manera repetint el proc??s, la superf??cie de projecci?? anir?? escombrant un espai volum??tric i il??luminant els diferents voxels continguts en ell. La imatge s'haur?? generat completament quan la superf??cie de projecci??, hagi realitzat mitja volta sobre si mateixa.
Tanmateix, amb aquest sistema no s'aconsegueix crear realment una imatge de tres dimensions sin?? que s'aprofita una caracter??stica del SVH anomenada persist??ncia de visi?? que permet enganyar-lo perqu?? cregui que el que est?? veient ??s una imatge tridimensional enlloc d'una gran quantitat d'imatges bidimensionals presentades en un per??ode de temps molt curt. Aquest fenomen permet b??sicament donar continu??tat a una seq????ncia d'imatges presentades de forma discreta. En aquest cas la continu??tat esdev?? espaial, mentre que en el cas de les seq????ncies de v??deo, ??s temporal, i ??s el que permet percebre el moviment.
[edita] Caracter??stiques
Per entendre les propietats d'aquesta tecnologia cal primer entendre com els ??ssers humans veuen el m??n.
[edita] Propietats de la visi?? tridimensional humana
Els humans perceben les tres dimensions perqu?? el seu cervell combina les imatges m??nimament diferents procedents de cada ull. Una conjugaci?? entre il??lusions ??ptiques, musculatura ocular, enfocament i converg??ncia, i moviment del cap ??s el que incrementa aquestes dues imatges amb informaci?? que el cervell utilitza per crear la percepci?? de les imatges en tres dimensions. La difer??ncia entre la imatge captada per cadascun dels ulls s'anomena disparitat binocular. Aix?? for??a els ulls a realitzar altres accions necess??ries per a determinar profunditats, cal que els ulls convergeixin o dit d'una altra manera, cal que mirin tots dos cap al punt on les dues imatges es solapen i llavors enfoquin a aquella dist??ncia. Si apareix una difer??ncia entre el punt de converg??ncia de les imatges i el punt on s'est?? enfocant es produeix un r??pid cansament ocular que pot derivar en maldecaps. Finalment per al c??lcul de la profunditat resta indicar que el moviment del cap que permet veure zones de la imatge que pr??viament estaven amagades ??s tamb?? un factor molt important. Aquesta sensaci?? de profunditat indu??da per el moviment de l'observador s'anomena paral??laxi de moviment.
[edita] Propietats de la tecnologia de les pantalles d'escombrat volum??tric
Pel fet de ser una pantalla volum??trica presenta una s??rie de propietats molt ??tils, incloent un angle de visi?? de 360?? molt m??s ampli que les pantalles bidimensionals, aix?? com proporcionar imatges amb completa paral??laxi, ??s a dir, permetent un o varis observadors mirar una escena tridimensional des de varis punts de vista, tant horitzontals com verticals. A m??s a m??s, aquestes pantalles no presenten problemes d'enfocament o de converg??ncia al generar imatges que realment tenen profunditat i que per tant permeten a l'ull rotar i convergir al mateix punt on estan enfocant, cosa que no passa amb altres pantalles tridimensionals com ara les ulleres estereosc??piques, que provoquen que l'ull resti enfocant a la dist??ncia on es troba la pantalla que emet les imatges mentre les imatges que les ulleres filtren i projecten a cada ull els forcen a convergir a dist??ncies per davant o darrera de la dist??ncia focal.
[edita] Caracter??stiques t??cniques
- Projector amb tres l??sers
- poden processar aproximadament mig megabyte per segon d'informaci?? i per tant com a m??xim poden representar imatges tridimensionals simples i monocrom??tiques. Aquest tipus d'imatges contenen uns 10.000 voxels.
- Projector amb DLP
- S??n capa??os de generar imatges tridimensionals degut a la gran capacitat de processament dels DLP que ??s de l'ordre de 2.75 GB/s. Aix?? comporta que siguin capa??os de generar imatges tridimensionals complexes i de color. En un exemple pr??ctic, per a la pantalla comercial Perspectra aquest tipus d'imatges contenen uns 100 milions de voxels en 25 cm de di??metre. Per a generar-les s'usa una velocitat de rotaci?? de la pantalla de projeci?? d'unes 15 voltes per segon i on s'hi projecten m??s de 200 imatges bidimensionals per segon el que porta a una freq????ncia d'unes 6400 imatges per segon, suficient per enganyar el cervell acostumat a les 25 necess??ries per a generar sensaci?? de moviment.
[edita] Avantatges i inconvenients
[edita] Pros
Un dels principals avantatges d'aquesta tecnologia i que la fa especialment atractiva als entorns comercials ??s que el programari de reproducci?? d'imatges que s'usa a l'actualitat per representar gr??fics tridimensionals ??s f??cilment adaptable per a representar aquests mateixos gr??fics a una pantalla d'escombrat volum??tric i per tant els costs d'adaptaci?? de programari serien molt baixos.
[edita] Contres
El fet de contenir un component que gira a gran velocitat obliga a tenir un control de vibracions. En el millor dels casos aquestes vibracions portarien a una p??rdua de definici?? de la pantalla degut a que els voxels no estarien sempre al mateix punt i per tant s'obtindria una imatge m??s borrosa. En el pitjor dels casos tot el mecanisme es podria desmuntar degut a la precessi?? girosc??pica, un fenomen que depen de la for??a aplicada sobre un element en rotaci??. Per tant, muntar aquest tipus de pantalles en avions, vaixells o elements m??bils ??s un gran repte.
Per altra banda, per mantenir l'aparent continu??tat d'una imatge tridimensional al llarg de tot el seu camp de visi?? caldr?? un projector que pugui produir un gran nombre d'imatges per segon. En conseq????ncia les pantalles de volum escombrat poden presentar com a molt centenars de colors i per tant no poden crear masses efectes com ara imatges amb m??ltiples textures ni de grans dimensions.
[edita] Futur
Un dels aspectes als que s'enfronten els investigadors a l'actualitat sobre les pantalles de volum escombrat ??s la generaci?? d'ombres, ??s a dir, una opacitat dels voxels. Actualment les pantalles de volum escombrat que es comercialitzen generen imatges transl??cides en les que cada voxel actua com un emissor omnidireccional i per tant no ??s possible representar regions d'ombra. Aquest aspecte juntament amb la voluntat d'usar aquestes pantalles com a element d'interacci?? i no pas com un element merament de projecci?? esdevindran els camps a explorar a partir d'ara.
