微軟的 Vermeer 互動顯示器

這是來自 Microsoft Research,在 ACM UIST 2011 上發表的東西。Vermeer 這個系統,是一個可以 360 度觀看的桌上型可互動立體顯示系統。

他基本上是整合了不需要配戴眼鏡的「Light Field Display」,和名為「幻景器」的「拋物面反射器」,做到一個浮在半空中、會動的立體影像!而由於又在整合了 IR 攝影機這類的元件,所以操作者更可以和這個浮在半空中的虛擬物體進行互動操作!(當然,摸不到東西)

他的官方網站是 http://research.microsoft.com/en-us/projects/vermeer/,而在 YouTube 上則有高畫質的影片。

基本上,這個系統分成幾個層面。

第一部分,就是名為「幻景器」的「拋物面反射器」;Heresy 不太確定它的正式名稱,而「幻景器」這個名字,Heresy 是取自維基百科。他的基本原理,就如同左下圖,是透過兩個拋物面反射鏡組成、像是炒菜鍋一樣的東西(下右圖),在上方有個小洞,放在裡面的物體,會因為內部鏡面光線的反射,而成像在洞口,讓人有覺得實際的東西是在洞口附近的錯覺~

基本上,這算是透過簡單的光學原理做到的自然現象,也是有好一段時間的東西了,國外似乎也有把這東西當作玩具在賣(一個 $40 美元有找),而在 Youtube 上,也可以找到不少這類東西的展示影片。例如《Water in Mirascope!》這段影片,應該就算把它的效果展示的很好的一段影片。


而這種東西,基本上只要是放在裡面的東西,都可以顯示出來,但是那要怎麼呈現動態效果呢?這就是第二個層面,也就是「Light Field Display」(光場)的部分了!這種裸眼立體顯示技術,Heresy 之前在《立體顯示技術簡介 七、其他的裸眼立體系統》一文中「Volumetric Display」的部分,已經有大概介紹過了。

他的基本原理,就是透過高速投影機、把不同角度的畫面、投影在高速旋轉的鏡子上,讓鏡子在不同的角度,可以反映到所對應角度的不同的畫面,藉此達到立體顯示的效果!而微軟這次採用的系統,總共提供了 192 個角度、15 FPS(也就是每秒共 2880 個影像),來進行動態的立體呈現。

而這種顯示系統雖然可以真正顯示從各種角度都可以觀賞的立體影像(還不用戴眼鏡!),但是他也有不少問題。其中的主要缺點,就是由於要有高速旋轉的鏡面,所以不容易做大,而且投影系統的更新率要非常地高、所以通常解析度也不會太好。另外由於他的基本元件就是高速旋轉機構,所以其實有潛在的危險性、通常都會是封閉式、不可以觸摸的。

不過和幻景器整合後,只要把這種顯示裝置配置在前面所提到的「幻景器」內,他就可以在洞口處重新成像,讓立體顯示器呈現的東西、完如實物般浮在洞口做顯示了!而這樣的設計,也就讓使用者可以把手指伸進虛擬的 3D 物體中,而不用擔心會被高速旋轉的鏡子打到了~ :p


再進一步,為了進行互動的控制,微軟又在加上了一些感應器,來偵測使用者的動作。

首先,由於光線是可逆的,所以其實安裝在幻景器內的感應器,也是可以抓到洞口成像位置附近的光線的!透過這樣的機制,微軟就在底部安裝了紅外線光源發射器、以及紅外線攝影機,用來偵測操作者的手指動作;如此一來,系統就可以透過使用者和虛擬物體的動作,來進行操作了~而下方,就是微軟在這方面的架構圖。

下面左方是第一個版本,他是會顯示一個虛擬的球(右圖)、而 IR 攝影機則是直接往洞口拍、去抓到手指的位置。而下方右圖,則是第二版本,他的攝影機所抓取的手指,就是虛擬的手、而不向第一個版本、是抓真正的手了~


基本上,Heresy 覺得這算是一種相當新奇的顯示、互動的方式了~不過比較可惜的是,這東西應該和本來的 Light Field / Volumetric Display 一樣,大概也還是很難普及化吧…

不過,Heresy 到滿想去弄一個幻景器來玩看看的。 :p

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