TW201413575A - 互動式模擬球體顯示系統 - Google Patents

Abstract

一種互動式模擬球體顯示系統，包含顯像體、N個影像投影單元、資料處理單元、光學指示器以及M個影像擷取單元，其中N及M分別為自然數。N個影像投影單元投射N個影像至顯像體之半球外表面上。N個影像係組成球面影像之半球面影像。資料處理單元藉由M個影像擷取單元偵測投射在半球外表面上之指示光點，判斷關於指示光點之軌跡是否符合該多個位置輸入規則中之一個位置輸入規則，若判斷結果為肯定者，則執行對應該個位置輸入規則之指令。

Description

互動式模擬球體顯示系統

本發明關於一種模擬球體顯示系統(simulated-globe display system)，並且特別地，關於互動式模擬球體顯示系統。

在學校、天文館、博物館，等場所，常見到各種尺寸的實體地球、星球儀，等球體模型被運用在教學、展示上。近年來由於科技日趨進步，已有相關發明者嘗試將地球或其他星球模擬軟體產生的影像以投影的方式，投影在螢幕上用以作為數位教學輔助教具。

目前有關利用三維(three-dimensional,3D)圖像投影技術，以模擬地球儀等星球儀的顯示系統描述如下。有以多台投影機以不同方向和位置同步投影各自的圖像在一立體圓球上，依據每台特定投影機所投影在球面上相應的圖像，分別代表了球面上特定區域的圖像，使球面產生一完整的表面投影貼圖成像。例如，美國專利公開第2006/0256302號。另也有三維內部的背投影方式，此方式則是利用投影機將影像投影至一個立體投影表面的內表面，從而使形成三維投影表面外的觀看者可以看到成像，應用的例子有天體(例如，地球、行星等)，詳見美國專利公告第8,066,378號。三維凸面表面顯示系統則是系統的顯示屏表面有一個三維凸面形狀。投影系統投影中間影像至物方視場，進而穿過透鏡系統投影在顯示屏表面內部的連續成像場，以提供模擬星球儀等影像，讓觀看者可以看到三維的立體影像，詳見美國專利公告第7,352,340號。三維內部投影系統是利用光掃描或投影方式投影在大型立體物體內表面上，使其由外部觀看時有立體成像效果。例如，美國專利公開第2009/0027622號。

現有的現有模擬地球儀等星球儀的顯示系統，由於構造複雜、成 本高昂，不利於應用簡單的設備實施。例如，利用教室中的電腦與單槍投影機來實施。此外，現有的現有模擬地球儀等星球儀的顯示系統未見到有能讓操作者控制、進行互動的功能，導致讓觀看者觀看靜態的三維圖像存有成像死角。

因此，本發明所欲解決的技術問題在於提供一種互動式模擬球體顯示系統，其架構簡單，成本低廉，利於運用簡單的設備實施，且可以與操作者互動讓觀看者感覺三維圖像沒有成像死角。

本發明之互動式模擬球體顯示系統之第一較佳具體實施例，包含顯像體(imaging body)、N個影像投影單元(image-projecting unit)、資料處理單元(data processing unit)、光學指示器(optical pointer)以及M個影像擷取單元(image-capturing unit)，其中N及M分別為一自然數。顯像體具有半球外表面。資料處理單元係能與N個影像投影單元通訊。資料處理單元用以經由N個影像投影單元投射N個影像至顯像體之外表面上。N個影像係組成球面影像之半球面影像。資料處理單元其內儲存多個第一指令以及多個位置輸入規則，其中每一位置輸入規則對應一個第一指令。光學指示器用以投射指示光點至顯像體之半球外表面上。M個影像擷取單元係能與資料處理單元通訊。資料處理單元藉由M個影像擷取單元偵測投射在顯像體之半球外表面上之N個影像以及指示光點，基於N個影像決定指示光點之球面座標，將指示光點之球面座標轉換成平面座標，於時間間隔內偵測關於指示光點之平面座標之軌跡，判斷軌跡是否符合多個位置輸入規則中之一個位置輸入規則，若判斷結果為肯定者，則執行對應該個位置輸入規則之第一指令。

進一步，本發明之互動式模擬球體顯示系統之第一較佳具體實施例並且包含無線指令發送單元。無線指令發送單元係與光學指示器整合，用以以無線訊號傳輸方式傳輸第二指令至資料處理單元。

於一具體實施例中，指示光點係雷射光點。

於一具體實施例中，M個影像擷取單元係外接或內建於資料處理單元。

本發明之互動式模擬球體顯示系統之第二較佳具體實施例，包含半透明的半球面殼體(hemispheric shell)、N個影像投影單元、資料處理單元、光學指示器以及M個影像擷取單元，其中N及M分別為一自然數。顯像體具有半球外表面。資料處理單元係能與N個影像投影單元通訊。資料處理單元用以經由N個影像投影單元投射N個影像至半球面殼體之內表面上。N個影像係組成球面影像之半球面影像。資料處理單元其內儲存多個第一指令以及多個位置輸入規則，其中每一位置輸入規則對應一個第一指令。光學指示器用以投射指示光點至光點至半球面殼體之外表面上。M個影像擷取單元係能與資料處理單元通訊。資料處理單元藉由M個影像擷取單元偵測投射在半球面殼體上之N個影像以及指示光點，基於N個影像決定指示光點之球面座標，將指示光點之球面座標轉換成平面座標，於時間間隔內偵測關於指示光點之平面座標之軌跡，判斷軌跡是否符合多個位置輸入規則中之一個位置輸入規則，若判斷結果為肯定者，則執行對應該個位置輸入規則之第一指令。

關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。

請參閱圖1。圖1為本發明之互動式模擬球體顯示系統1之第一較佳具體實施例的架構示意圖。

如圖1所示，本發明之互動式模擬球體顯示系統1包含顯像體10、N個影像投影單元12、資料處理單元14、光學指示器16以及 M個影像擷取單元18，其中N及M分別為一自然數。顯像體10具有半球外表面102。為說明方便，圖1中僅繪示一個影像投影單元12以及一個影像擷取單元18作為代表。

於實際應用中，顯像體10可以是實心球體、實心半球體，也可以是完整球面殼體、半球面殼體。資料處理單元14可以是桌上型電腦、筆記型電腦、平板電腦、個人數位助理、行動電話等具有資料運算能力之裝置。

資料處理單元14其內儲存多個第一指令(例如，轉動影像等指令)以及多個位置輸入規則。每一位置輸入規則對應一個第一指令。

資料處理單元14係能與N個影像投影單元12通訊。資料處理單元14用以經由N個影像投影單元12投射N個影像至顯像體10之半球外表面102上。N個影像係組成球面影像之半球面影像，例如，如圖1所示，單一個影像投影單元12投影的單張影像即組成地球儀影像之東半球影像。於實際應用中，球面影像是由資料處理單元14執行一星球等模擬軟體所產生。與先前技術不同，本發明之互動式模擬球體顯示系統1隨著顯像體10的尺寸變化，僅需改變影像投影單元的焦距或數量，以在顯像體10之半球外表面102上投影並構成半球面影像，無須像先前技術重新製作昂貴模擬地球儀等星球儀的顯示系統。

光學指示器16用以投射指示光點p1至顯像體10之半球外表面102上。

於一具體實施例中，指示光點p1係雷射光點。

M個影像擷取單元18係能與資料處理單元14通訊。

於一具體實施例中，M個影像擷取單元18係外接或內建於資料處理單元14。例如，於圖1中，影像擷取單元18係實體地電連 接至資料處理單元14。

資料處理單元14藉由M個影像擷取單元18偵測投射在顯像體10上之N個影像以及指示光點p1。資料處理單元14基於N個影像決定指示光點p1之球面座標，並且將指示光點p1之球面座標轉換成平面座標。關於指示光點p1之球面座標與平面座標間的轉換定義如圖2所示，即代入下列球面座標(r,θ,)變換為直角座標(x,y,z)的方程式。

z=r cos θ

圖3示意地繪示指示光點p1之球面座標轉換成平面座標後顯示在資料處理單元14之顯示器142上之指示點c。圖3中顯示器142上並且顯示二維的半球面影像144之一範例以及一游標146。

資料處理單元14於時間間隔內偵測關於指示光點p1之平面座標之軌跡，判斷軌跡是否符合多個位置輸入規則中之一個位置輸入規則，若判斷結果為肯定者，則執行對應該個位置輸入規則之第一指令。例如，如圖1所示，N個影像係組成地球儀影像之半球影像，資料處理單元14判斷指示光點p1軌跡向右移動，符合將地球儀影像向東轉動的指令，此時，N個影像即開始變動，以模擬地球儀影像向東轉動的影像，如圖1中半球影像中之物件140隨之像右移動。藉此，本發明之互動式模擬球體顯示系統1可以讓觀看者3與於資料處理單元14中模擬球體影像的軟體進行互動，進而讓觀看者3不會感覺到球面影像存有成像死角。

第一指令中也包含讓影像中的控制游標與指示光點進行同步運動之指令。如圖3所示，當資料處理單元14判斷指示光點p1時間 間隔內未移動，且指示點c與游標146間存有距離，資料處理單元14隨即移動游標146至指示點c處。

進一步，如圖1所示，本發明之互動式模擬球體顯示系統1並且包含無線指令發送單元19。無線指令發送單元19係與光學指示器16整合，用以以無線訊號傳輸方式傳輸第二指令至資料處理單元14。例如，圖1所示之無線指令發送單元19並且包含多個功能鍵192，每一個功能鍵192對應一個第二指令。無線指令發送單元19並且包含將光學指示器16切換至光源恆開的開關。無線指令發送單元19並且包含無線訊號發射模組194。當操作者按下無線指令發送單元19上一個功能鍵192時，無線指令發送單元19即經由無線訊號發射模組194傳輸一個對應的第二指令至資料處理單元14。藉此，本發明之互動式模擬球體顯示系統1可以讓操作者與於資料處理單元14中模擬球體影像的軟體進行多樣化地互動，例如，對影像中的物件進行選定、拖曳、放大、縮小、旋轉等指令，或執行滑鼠左、右鍵功能。

配合上述第一指令中讓影像中的控制游標146與指示光點p1達到同步之指令，再配合第二指令，即可讓操作者如在一般電腦上操作影像中物件一樣，例如，對游標146所處位置之物件進行選定、拖曳、放大、所小、旋轉等。舉例而言，操作者將指示光點p1指到球面影像上一個地區，資料處理單元14執行第一指令，讓游標移146到指示光點p1所處的地區。接著，操作者可以按下無線指令發送單元19上的功能鍵192，讓資料處理單元14執行第二指令或是同時執行第一指令及第二指令，達到操作者想進行的功能，例如，該地區的資訊會以視窗方式跳出，或是放大、縮小該區域，或是以指示光點p1拖曳該區域，等。

如圖1所示，相對於顯像體10，位在與影像投影單元12同一側的觀看者3看向顯像體10的半球外表面102，藉此，本發明之互動 式模擬球體顯示系統1無須利用三維球狀殼體，即可投影出讓觀看者3感覺是全球體的影像，且無成像死角。

於一具體實施例中，無線指令發送單元19採用的無線訊號傳輸方式可以是藍芽訊號傳輸方式或紅外線訊號傳輸方式。

請參閱圖4。圖4為本發明之互動式模擬球體顯示系統2之第二較佳具體實施例的架構示意圖。

如圖4所示，本發明之互動式模擬球體顯示系統2包含半透明的半球面殼體20、N個影像投影單元22、資料處理單元24、光學指示器26以及M個影像擷取單元28，其中N為一自然數。為說明方便，圖4中僅繪示一個影像投影單元22以及一個影像擷取單元28作為代表。

於實際應用中，資料處理單元24可以是桌上型電腦、筆記型電腦、平板電腦、個人數位助理、行動電話等具有資料運算能力之裝置。

同樣地，資料處理單元24其內儲存多個第一指令(例如，轉動影像等指令)以及多個位置輸入規則。每一位置輸入規則對應一個第一指令。

資料處理單元24係能與N個影像投影單元22通訊。資料處理單元24用以經由N個影像投影單元22投射N個影像至半球面殼體20之內表面202上。N個影像係組成球面影像之半球面影像，例如，如圖4所示，單一個影像投影單元22投影的單張影像即組成地球儀影像之東半球影像。如圖4所示，觀看者3看向半球面殼體20的外表面204，藉此，本發明之互動式模擬球體顯示系統2僅須利用半個球面殼體，即可投影出讓觀看者3感覺是全球體的影像，且無成像死角。

光學指示器26用以投射指示光點p2至半球面殼體20之外表面204上。

於一具體實施例中，指示光點p2係雷射光點。

M個影像擷取單元28係能與資料處理單元24通訊。

於一具體實施例中，M個影像擷取單元28係外接或內建於資料處理單元24。例如，於圖4中，影像擷取單元28係實體地電連接至資料處理單元24。

資料處理單元24藉由M個影像擷取單元28偵測投射在半球面殼體20上之N個影像以及指示光點p2。資料處理單元24基於N個影像決定指示光點p2之球面座標，並且將指示光點p2之球面座標轉換成平面座標。資料處理單元24於時間間隔內偵測關於指示光點p2之平面座標之軌跡，判斷軌跡是否符合多個位置輸入規則中之一個位置輸入規則，若判斷結果為肯定者，則執行對應該個位置輸入規則之第一指令。例如，N個影像係組成地球儀影像之半球影像，資料處理單元24判斷指示光點p2軌跡向左移動，符合將地球儀影像向西轉動的指令，此時，N個影像即開始變動，以模擬地球儀影像向西轉動的影像。第一指令中也包含讓影像中的控制游標與指示光點進行同步運動之指令。藉此，本發明之互動式模擬球體顯示系統2可以讓操作者與於資料處理單元24中模擬球體影像的軟體進行互動。

進一步，如圖4所示，本發明之互動式模擬球體顯示系統2並且包含無線指令發送單元29。無線指令發送單元29係與光學指示器26整合，用以以無線訊號傳輸方式傳輸第二指令至資料處理單元24。例如，圖4所示之無線指令發送單元29並且包含多個功能鍵292，每一個功能鍵292對應一個第二指令。無線指令發送單元29並且包含將光學指示器26切換至光源恆開的開關。無線指令發送單 元19並且包含無線訊號發射模組294。當操作者按下無線指令發送單元29上一個功能鍵292時，無線指令發送單元29即經由無線訊號發射模組294傳輸一個對應的第二指令至資料處理單元24。藉此，本發明之互動式模擬球體顯示系統2可以讓操作者與於資料處理單元24中模擬球體影像的軟體進行多樣化地互動，例如，對影像中的物件進行選定、拖曳、移動放大、縮小、旋轉等指令，或執行滑鼠左、右鍵功能。於實際應用中，資料處理單元24同時執行第一指令及該第二指令，以達成操作者想進行的功能。

於一具體實施例中，無線指令發送單元29採用的無線訊號傳輸方式可以是藍芽訊號傳輸方式或紅外線訊號傳輸方式。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。因此，本發明所申請之專利範圍的範疇應該根據上述的說明作最寬廣的解釋，以致使其涵蓋所有可能的改變以及具相等性的安排。

1‧‧‧互動式模擬球體顯示系統

10‧‧‧顯像體

102‧‧‧半球外表面

12‧‧‧影像投影單元

14‧‧‧資料處理單元

140‧‧‧物件

142‧‧‧顯示器

144‧‧‧半球面影像

146‧‧‧游標

16‧‧‧光學指示器

18‧‧‧影像擷取單元

19‧‧‧無線指令發送單元

192‧‧‧功能鍵

194‧‧‧無線訊號發射模組

p1‧‧‧指示光點

c‧‧‧指示點

2‧‧‧互動式模擬球體顯示系統

20‧‧‧半球面殼體

202‧‧‧內表面

204‧‧‧外表面

22‧‧‧影像投影單元

24‧‧‧資料處理單元

26‧‧‧光學指示器

28‧‧‧影像擷取單元

29‧‧‧無線指令發送單元

292‧‧‧功能鍵

294‧‧‧無線訊號發射模組

p2‧‧‧指示光點

3‧‧‧操作者

圖1係本發明之互動式模擬球體顯示系統之第一較佳具體實施例的架構示意圖。

圖2係本發明之資料處理單元執行球面座標與平面座標間的轉換定義示意圖。

圖3係本發明之資料處理單元之顯示器之一顯示範例，其上顯示二維的半球面影像、指示點以及游標。

圖4係本發明之互動式模擬球體顯示系統之第二較佳具體實施例的架構示意圖。

1‧‧‧互動式模擬球體顯示系統

10‧‧‧顯像體

102‧‧‧半球外表面

12‧‧‧影像投影單元

14‧‧‧資料處理單元

140‧‧‧物件

16‧‧‧光學指示器

18‧‧‧影像擷取單元

19‧‧‧無線指令發送單元

192‧‧‧功能鍵

194‧‧‧無線訊號發射模組

p1‧‧‧指示光點

3‧‧‧操作者

Claims (10)

1. 一種互動式模擬球體顯示系統，包含：一顯像體，具有一半球外表面；N個影像投影單元，N為一自然數；一資料處理單元，係能與該N個影像投影單元通訊，用以經由該N個影像投影單元投射N個影像至該半球外表面上，該N個影像係組成一球面影像之一半球面影像，該資料處理單元其內儲存多個第一指令以及多個位置輸入規則，每一位置輸入規則對應一個第一指令；一光學指示器，用以投射一指示光點至該半球外表面上；以及M個影像擷取單元，係能與該資料處理單元通訊，M為一自然數，其中該資料處理單元藉由該M個影像擷取單元偵測投射在該半球外表面上之該N個影像以及該指示光點，基於該N個影像決定該指示光點之一球面座標，將該指示光點之該球面座標轉換成一平面座標，於一時間間隔內偵測關於該指示光點之該平面座標之一軌跡，判斷該軌跡是否符合該多個位置輸入規則中之一個位置輸入規則，若判斷結果為肯定者，則執行對應該個位置輸入規則之該第一指令。
2. 如請求項1所述之互動式模擬球體顯示系統，進一步包含一無線指令發送單元，係與該光學指示器整合，用以以一無線訊號傳輸方式傳輸一第二指令至該資料處理單元。
3. 如請求項2所述之互動式模擬球體顯示系統，其中該資料處理單元同時執行該第一指令及該第二指令，以達成一功能。
4. 如請求項2所述之互動式模擬球體顯示系統，其中該無線訊號傳輸方式係一藍芽訊號傳輸方式或一紅外線訊號傳輸方式。
5. 如請求項1所述之互動式模擬球體顯示系統，其中該M個影像擷取單元係外接或內建於該資料處理單元。
6. 一種互動式模擬球體顯示系統，包含：一半透明的半球面殼體；N個影像投影單元，N為一自然數；一資料處理單元，係能與該N個影像投影單元通訊，用以經由該N個影像投影單元投射N個影像至該半球面殼體之一內表面上，該N個影像係組成一球面影像之一半球面影像，該資料處理單元其內儲存多個第一指令以及多個位置輸入規則，每一位置輸入規則對應一個第一指令；一光學指示器，用以投射一指示光點至該半球面殼體之一外表面上；以及M個影像擷取單元，係能與該資料處理單元通訊，其中該資料處理單元藉由該M個影像擷取單元偵測投射在該半球面殼體上之該N個影像以及該指示光點，基於該N個影像決定該指示光點之一球面座標，將該指示光點之該球面座標轉換成一平面座標，於一時間間隔內偵測關於該指示光點之該平面座標之一軌跡，判斷該軌跡是否符合該多個位置輸入規則中之一個位置輸入規則，若判斷結果為肯定者，則執行對應該個位置輸入規則之該第一指令。
7. 如請求項6所述之互動式模擬球體顯示系統，進一步包含一無線指令發送單元，係與該光學指示器整合，用以以一無線訊號傳輸方式傳輸一第二指令至該資料處理單元。
8. 如請求項7所述之互動式模擬球體顯示系統，其中該資料處理單元同時執行該第一指令及該第二指令，以達成一功能。
9. 如請求項7所述之互動式模擬球體顯示系統，其中該無線訊號傳輸方式係一藍芽訊號傳輸方式或一紅外線訊號傳輸方式。
10. 如請求項6所述之互動式模擬球體顯示系統，其中該M個影像擷取單元係外接或內建於該資料處理單元。