Устройство для отображения изображений зрителям, находящимся в движении

Устройство для отображения изображений зрителям, находящимся в движении

Реферат

 

Устройство для отображения изображений зрителю, движущемуся относительно изображений, содержит заднюю панель, на поверхности которой смонтированы изображения, и щелевую панель, расположенную параллельно задней панели, обращенную к ее поверхности. Щелевая панель установлена на расстоянии обзора от упомянутой траектории и содержит множество щелей, перпендикулярных длине щелевой панели. Центры соседних изображений и соседних щелей разнесены на расстояние между кадрами. Расстояние между панелями, расстояние обзора и действительная ширина изображения выбраны так, чтобы произведение действительной ширины изображения и частного от деления расстояния обзора и расстояния между панелями равнялось видимой ширине изображения, а ширина щели выбрана так, чтобы она составляла не более примерно одной десятой от действительной ширины изображения. Второй вариант устройства позволяет демонстрировать два множества изображений двум зрителям. Устройство по третьему варианту содержит оптическое устройство, передающее свет от упомянутых изображений к зрителю и имеющее оптические элементы. Обеспечивается создание устройства отображения зрителю, находящемуся в движении, изображений, которые кажутся анимационными, при низких уровнях окружающего освещения. 3 с. и 23 з.п. ф-лы, 16 ил.

Уровень техники

Это изобретение относится к отображению неподвижных изображений, которые кажутся анимационными зрителю, находящемуся в движении относительно этих неподвижных изображений. Более конкретно, это изобретение относится к отображению таких неподвижных изображений в пространственно-ограниченных условиях.

Устройства дисплеев, которые отображают неподвижные изображения, кажущиеся анимационными зрителю, находящемуся в движении, известны. Эти устройства включают ряд последовательных изображений (т.е., соседних изображений, которые слегка и постепенно отличаются каждое от следующего). Изображения располагаются в направлении движения зрителя (например, вдоль железной дороги) так, чтобы эти изображения просматривались последовательно. По мере того, как зритель перемещается мимо этих изображений, они кажутся анимационными. Эффект подобен эффекту книги с перебрасыванием страниц. Книга с перебрасыванием страниц имеет на каждой странице изображение, которое слегка отличается от находящегося перед ним и находящегося за ним, так что, когда страницы перебрасываются, зритель воспринимает анимацию.

Давней тенденцией в системах массовых перевозок было создание установок для обеспечения пассажиров в системах метрополитена анимационными движущимися картинками. Анимация этих подвижных картинок достигается движением зрителя относительно установки, которая прикреплена к стенкам туннеля метрополитена. Такие установки имеют очевидное значение: движущаяся картина видна через окна поезда, через которые в противном случае была бы видна только темнота. Возможными полезными объектами для движущихся картинок могли бы быть избранные произведения искусства или информационные сообщения от транспортной системы или от подателей рекламы.

Каждая из известных установок предусматривает представление ряда постепенных изображений, или "кадров" зрителю/пассажиру таким образом, чтобы последовательные кадры наблюдались один за другим. Как хорошо известно, простое представление ряда неподвижных изображений движущемуся зрителю представляется ничем иным, кроме размытого пятна, если они отображаются слишком близко к зрителю на большой скорости. Наоборот, на большом расстоянии или малой скорости зритель видит ряд отдельных изображений без анимации. Для достижения эффекта движущейся картинки, известные приспособления представляют способы отображения каждого изображения в течение очень коротких интервалов времени. При времени отображения достаточно короткой длительности относительное движение между зрителем и изображением эффективно задерживается, и размывание изображения становится незначительным. Способы задержки движения были основаны на стробоскопическом освещении изображений. Эти способы требуют точной синхронизации между зрителем и установкой, для того чтобы каждое изображение освещалось в одном и том же положении относительно зрителя, даже когда он движется на большой скорости.

Требования стробоскопического устройства многочисленны: вспышка должна быть в высшей степени короткой для быстро движущегося зрителя, и поэтому соответственно яркой, чтобы достаточное количество света достигло зрителя. Это требование, в свою очередь, требует в высшей степени точно синхронизированных вспышек. Эта точность требует очень точно согласующегося движения со стороны зрителя, с небольшим изменением скорости или без ее изменения. Все эти вышеупомянутые требования приводят к высокому уровню механической или электрической сложности и стоимости, или большей согласованности в движении поездов, чем существующая. Другие известные устройства преодолевают необходимость в высокой точности по времени путем обеспечения ретранслятора некоторого типа на транспортном средстве зрителя и приемника на установке для определения положения зрителя. Эти устройства требуют значительной механической и электрической сложности и стоимости.

Вышеупомянутые известные устройства в общем требуют, чтобы зритель находился в транспортном средстве. Это требование может налагаться, потому что транспортное средство несет на себе оборудование для синхронизации, освещения или сигнализации; или потому, что надо поддерживать высокое постоянство скорости; или чтобы, например, повысить скорость зрителя. Использование транспортного средства требует высокого уровня сложности конструкции из-за множества механических элементов и потому, что часто приходится иметь дело с существующими системами, требующими модификации существующего оборудования. Жесткие условия установки на движущемся поезде метро могут ограничить механическую или электрическую точность, достижимую в любом блоке, который требует ее, или может потребовать частого обслуживания узлов, в которых должна достигаться высокая точность.

Использование транспортного средства также налагает ограничения. На самом основном уровне, оно ограничивает диапазон возможных применений теми, где зрители находятся в транспортных средствах. Более конкретно, соображения физических размеров транспортного средства ограничивают применимость стробоскопического устройства. Конструкция должна учитывать такую информацию, как высота и ширина транспортного средства, размер и расположение его окна и положение зрителя в транспортном средстве. Например, близкое расположение окон на высокоскоростном поезде требует, чтобы стробоскопические вспышки предпочтительно имели высокую частоту и большое количество, чтобы отображение было видно всем пассажирам поезда. Размеры среды, например, физическое пространство, доступное для установки оборудования в туннеле метро, и доступные расстояния, на которые надо проецировать изображения, налагают дополнительные ограничения на размер элементов любого устройства, а также на качество и срок службы его различных частей.

Хотя в принципе стробоскопическое устройство может действовать для медленно двигающихся зрителей, просто путем более близкого расположения проекторов, практически это трудновыполнимо. Во-первых, более близкое расположение увеличивает стоимость и сложность. Также, если устройство установлено с фиксированным расстоянием между проекторами, зрителю требуется минимальная скорость.

Существующий способ для отображения анимационных изображений, использующий относительное движение между зрителем и устройством, реализуют в зоотропе. Зоотроп представляет собой простое полое цилиндрическое устройство, которое выполняет анимацию путем геометрического расположения щелей, вырезанных в цилиндрических стенках, и ряда постепенных изображений, помещенных внутри цилиндра, по одному на каждую щель. Когда цилиндр вращается вокруг своей оси, анимация видна через (теперь быстро перемещающиеся) щели.

Зоотроп, однако, фиксирован почти во всех его пропорциях, потому что его поперечное сечение должно быть круглым. Поскольку анимация требует минимальной частоты кадров, а частота кадров зависит от скорости вращения, при использовании зоотропа можно наблюдать только очень короткие анимации. Хотя имеется относительное перемещение между зрителем и устройством, практически зритель не может удобно двигаться по кругу вокруг зоотропа. Поэтому, с зоотропом практически возможна только одна конфигурация: та, в которой неподвижный зритель наблюдает короткую анимацию через вращающийся цилиндр.

По причинам его неспособности к изменению формы, короткой длительности его анимации, и потому что он должен вращаться, зоотроп остается игрушкой или диковинкой без практического применения. Однако, по меньшей мере, одна известная система отображает изображения вдоль наружной трассы железной дороги, в устройстве, которое может быть названо "линейным зоотропом", в котором изображения установлены позади стены, в которой проделаны щели. Эта наружная среда по существу неограничена.

Ввиду вышеизложенного, было бы желательно иметь возможность разработать устройство для использования в пространственно-ограниченной среде, которая отображает неподвижные изображения, кажущиеся анимационными зрителю, находящемуся в движении.

Было бы также желательно иметь возможность разработать такое устройство для использования в пространственно-ограниченной среде, имеющей низкие уровни окружающего освещения.

Сущность изобретения

Задачей этого изобретения является попытка создания устройства для использования в пространственно-ограниченной среде, которое отображает неподвижные изображения, кажущиеся анимационными зрителю, находящемуся в движении.

Задачей этого изобретения также является попытка создания такого устройства для использования в пространственно-ограниченной среде, имеющей низкие уровни окружающего освещения.

В соответствии с этим изобретением, создано устройство для отображения множества неподвижных изображений, формирующих анимационное отображение для зрителя, в основном движущегося с известной скоростью относительно упомянутых неподвижных изображений по существу вдоль известной траектории, по существу параллельной упомянутым неподвижным изображениям. Устройство включает заднюю панель, имеющую длину задней панели вдоль траектории. Неподвижные изображения установлены на поверхности задней панели, причем каждое из упомянутых неподвижных изображений имеет действительную ширину изображения и имеет центр изображения. Центры соседних изображений отстоят на расстояние между кадрами. Щелевая панель расположена по существу параллельно задней панели, обращена к ее поверхности и отделена от нее расстоянием между панелями. Щелевая панель установлена на расстоянии обзора от траектории. Расстояние между панелями и расстояние обзора вместе составляют расстояние до задней панели. Щелевая панель имеет длину щелевой панели вдоль траектории, и имеет множество щелей, по существу перпендикулярных длине щелевой панели. Каждая щель соответствует одному из изображений и имеет ширину щели, измеренную вдоль длины щелевой панели, и центр щели, причем соответствующие центры соседних щелей отстоят на расстояние между кадрами. Для отображения каждого изображения с видимой шириной изображения, расстояние между панелями, расстояние обзора и действительная ширина изображения выбраны так, чтобы произведение (а) действительной ширины изображения и (b) частного от деления (i) расстояния обзора и (ii) расстояния между панелями по существу равнялось видимой ширине изображения. Для того чтобы спроецировать каждое изображение по существу без размывания, ширина щели выбрана равной примерно не более одной десятой действительной ширины изображения.

Краткое описание чертежей

Вышеописанные и другие задачи и преимущества этого изобретения будут ясными при рассмотрении последующего подробного описания, взятого совместно с сопровождающими чертежами, в которых одинаковые ссылочные символы относятся к одинаковым частям по всем чертежам, и на которых:

фиг.1 - вид в аксонометрии предпочтительного примера осуществления устройства согласно настоящему изобретению;

фиг.2 - расчлененный вид в аксонометрии устройства с фиг.1;

фиг.2А - вид в аксонометрии альтернативного предпочтительного примера осуществления устройства с фиг.1 и 2;

фиг.3 - схематическое изображение геометрии и оптики устройства с фиг.1 и 2;

фиг.3А - схематическое изображение изогнутого примера осуществления изобретения;

фиг.4А, 4В и 4С (в общем, фиг.4) - схематические представления одного изображения и щели со зрителем в трех разных положениях в три разных момента времени;

фиг.5А, 5В и 5С (в общем, фиг.5) - схематические представления пары изображений и щелей со зрителем в трех разных положениях в три разных момента времени;

фиг.6 - схематическое представление одного изображения, наблюдаемого зрителем с течением времени, иллюстрирующее эффект растяжения (изображения);

фиг.6А - схематическое представление, иллюстрирующее эффект растяжения, где задняя панель не параллельна направлению движения;

фиг.7 - схематический вид сверху второго предпочтительного примера осуществления изобретения, в котором изображения изогнуты;

фиг.8 - схематический вид сверху третьего предпочтительного примера осуществления изобретения, в котором изображения наклонены относительно задней панели;

фиг.9 - схематический вид сверху четвертого предпочтительного примера осуществления изобретения, подобного примеру осуществления с фиг.8, но в котором щелевая панель включает ряд секций, параллельных изображениям и наклоненных относительно задней панели;

фиг.10 - схематическое представление в аксонометрии пары комбинации щелевая панель/задняя панель из пятого предпочтительного примера осуществления изобретения, который является двухсторонним;

фиг.11 - схематический вид сверху примера осуществления с фиг.10;

фиг.12 - схематический вид сверху шестого примера осуществления, имеющего изогнутые изображения, такие как в примере осуществления с фиг.7, и являющегося двухсторонними, как в примере осуществления с фиг.10 и 11;

фиг.13 - вид в аксонометрии держателя изображения роликового типа для использования в седьмом предпочтительном примере осуществления изобретения;

фиг.14 - вид в аксонометрии восьмого предпочтительного примера осуществления изобретения;

фиг.15 - вид вертикального поперечного сечения, взятого по линии 15-15 фиг.14 восьмого предпочтительного примера осуществления изобретения;

фиг.16 - упрощенный вид в аксонометрии, показывающий установку множества модульных блоков согласно изобретению, в туннеле метро.

Подробное описание изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание простого устройства на принципах простой геометрической оптики, которое отображает анимацию зрителю, находящемуся в движении относительно нее. Устройство по существу требует только, чтобы зритель двигался по существу по предсказуемому пути по существу с предсказуемой скоростью. Имеется много обычных примеров, которые отвечают этим критериям, включая, но не ограничиваясь ими, пассажиров поездов метро, пешеходов на аллеях и тротуарах, пассажиров в железнодорожных поездах, пассажиров на автомобилях, пассажиров на подъемниках и т.д.

Для остальной части этого документа, для облегчения описания, ссылка будет даваться в первую очередь к конкретному примерному применению - установке в системе метро, видимой пассажирам поезда метро - но настоящее изобретение не ограничивается таким применением.

Преимущества настоящего изобретения заключаются в следующем:

1. Оно предпочтительно не требует, чтобы зритель находился в транспортном средстве.

2. Оно предпочтительно устраняет необходимость сложного стробоскопического освещения.

3. Оно предпочтительно устраняет необходимость точной синхронизации или установки переключателей между устройством и наблюдателем.

4. Оно предпочтительно устраняет необходимость в движущихся частях.

5. Оно предпочтительно не требует затвора.

6. Оно предпочтительно не требует установки специального оборудования на зрителе или транспортном средстве зрителя, если зритель находится в транспортном средстве.

7. Оно предпочтительно не требует передачи информации между устройством и зрителем, имеющей отношение к положению зрителя, скорости или направлению движения.

8. Оно предпочтительно предлагает очень большую глубину поля наблюдаемости.

9. Оно предпочтительно действует, как предназначено, независимо от направления движения зрителя.

10. Оно предпочтительно эффективно для каждого члена группы близко располагающихся зрителей, независимо от расстояния между ними или их взаимного движения.

11. Оно предпочтительно не требует оптики более точной, чем простая щель (хотя может быть использована другая оптика).

12. Оно предпочтительно не требует корреляции между расстоянием между окнами транспортного средства и расстоянием между картинками.

13. Оно предпочтительно предоставляет возможность эффективного увеличения изображения в направлении движения.

14. Оно предпочтительно требует очень малой минимальной скорости зрителя, благодаря тому что увеличение позволяет очень близкое расположение постепенных изображений.

15. Оно предпочтительно не требует конкретной геометрии, будь она круговой, линейной или любой другой геометрией.

16. Она предпочтительно не имеет максимальной скорости. Устройство предпочтительно включает ряд расположенных в последовательном порядке картинок ("изображений" или "кадров"), разнесенных на предпочтительно равные интервалы, и предпочтительно между картинками и зрителем, оптическое устройство, которое предпочтительно ограничивает обзор зрителя тонкой полосой каждой картинки. Это оптическое устройство предпочтительно является непрозрачным материалом с рядом тонких прозрачных щелей в нем - одна щель на каждую картинку - ориентированных длинным размером щели перпендикулярно к направлению движения зрителя. Ряд картинок будет в общем называться "задней панелью", а предпочтительное оптическое устройство будет в общем называться "щелевой панелью".

Для изобретения не существенно, но часто желательно, иметь источник освещения, так, чтобы картинки были ярче, чем окружающая среда зрителя. Освещение может давать заднюю подсветку картинок или может быть помещено между щелевой панелью и задней панелью для освещения в основном картинки спереди без освещения окружающей среды зрителя. Когда используется освещение, оно предпочтительно должно быть постоянным по яркости. Может использоваться естественное или окружающее освещение. Если окружающее освещение достаточно, устройство может работать без какого-либо встроенного источника освещения.

Также не обязательно, но часто желательно, сделать сторону наблюдателя щелевой панели темной или не отражающей свет, или и той и другой, чтобы сделать максимальной контрастность между картинками, видимыми через щелевую панель, и самой щелевой панелью. Однако щелевая панель не обязательно должна быть темной или неотражающей. Например, сторона зрителя щелевой панели может иметь обычный рекламный щит, помещенный на нее со щелями, прорезанными в желаемых положениях. Эта конфигурация особенно целесообразна в местах, в которых некоторые зрители передвигаются относительно устройства, а другие неподвижны. Это может иметь место, например, на станциях метро, на которых поезда экспрессы проходят насквозь без остановки, а пассажиры ждут местных поездов, стоя на платформе. Движущиеся зрители преимущественно будут видеть анимацию через невоспринимаемое пятно обычного рекламного щита на передней части щелевой панели. Неподвижные зрители преимущественно будут видеть только обычный рекламный щит.

Теперь изобретение будет описано со ссылками к фиг.1-16.

Основная конструкция предпочтительного примера осуществления устройства отображения 10 согласно настоящему изобретению показана на фиг.1 и 2. В этом примере осуществления устройство 10 является по существу прямоугольным твердым телом, образованным корпусом 20 и крышкой 21. Передняя и задняя стороны устройства 10 предпочтительно образованы щелевой панелью 22 и задней панелью 23, которые более подробно описаны ниже. Щелевая панель 22 и задняя панель 23 предпочтительно вставлены в пазы 24 в корпусе 20, которые предусмотрены для этой цели. Рама освещения 25 предпочтительно вставлена между корпусом 20 и крышкой 21 и предпочтительно содержит источник света 26, который предпочтительно включает две люминисцентные лампы 27 для освещения изображения, или "кадры" 230, на задней панели 23. Щелевая панель 22 предпочтительно включает множество щелей 220, как более подробно описано ниже. Предпочтительно, для предотвращения попадания посторонних предметов в устройство 10, особенно, если оно должно использоваться в суровой или грязной среде, например в туннеле метро, каждая щель 220 покрыта светопропускающей, предпочтительно прозрачной крышкой 221 (показана только одна). Или же, каждая щель 220 может быть закрыта полу-цилиндрической линзой 222 (показана только одна), которая также улучшает разрешающую способность видимых изображений. Особенно, если фокусное расстояние линзы примерно равно расстоянию между щелевой панелью 22 и задней панелью 23, разрешающая способность изображения может быть увеличена. Это улучшение разрешающей способности достигается сужением ширины полоски действительного изображения, видимой в данный момент наблюдателем. Или же, использование линз может позволить увеличить ширину щели без уменьшения разрешающей способности.

В альтернативном примере осуществления 200, показанном на фиг.2А, корпус 201 подобен корпусу 20, за исключением того, что он включает светопропускающие, предпочтительно прозрачные, переднюю и заднюю стенки 202, 203, соответственно, образуя полностью закрытую структуру. По крайней мере, одна из стенок 202, 203 (как показано, это стенка 202) предпочтительно имеет петли 204, чтобы образовать дверь для обслуживания 205, которая может быть открыта, например, чтобы заменить заднюю панель 23 (изменить на ней изображения 230, или чтобы заменить лампы освещения 27). Как показано на фиг.2А, лампы освещения 27 установлены в блоке задней подсветки 206 вместо рамы освещения 25, делая необходимым, чтобы задняя панель 23 и изображения 230 были светопропускающими. Конечно, пример осуществления 200 может быть использован с рамой освещения 25 вместо блока задней подсветки 206. Подобным образом, устройство 10 может быть снабжено блоком задней подсветки 206 вместо рамы освещения 25, в таком случае задняя панель 23 и изображения 230 должны быть светопропускающими.

Фиг.3 представляет собой схематический вид сверху части устройства 10, наблюдаемой зрителем 30, двигающимся в основном с постоянной скоростью V вдоль маршрута 31, по существу параллельного устройству 10. Маршрут 31 нарисован как схематическое представление железнодорожного пути, но он может быть любой известной траекторией, например шоссе, или аллеей, или тротуаром, по которым зритель в основном двигается с известной, по существу постоянной скоростью.

Следующие переменные могут быть определены из фиг.3:

D_s - ширина щели;

D_ff - расстояние между кадрами;

D_bs - расстояние от задней панели до щелевой панели;

V_w - скорость зрителя относительно устройства;

D_sb - толщина щелевой панели;

В_i - действительная ширина одного кадра изображения;

D_vs - расстояние от зрителя до щелевой панели.

Другие параметры, которые не помечены, будут описаны ниже, включая В (яркость), с (контрастность) и D_i (видимая или ощущаемая ширина одного кадра изображения).

Альтернативная геометрия показана на фиг.3А, где маршрут 31' изогнут и щелевая панель 22' и задняя панель 23' соответственно изогнуты так, что все три по существу "параллельны" друг другу. Хотя они не помечены на фиг.3А, другие параметры такие же, как на фиг.3, за исключением того, что в зависимости от степени кривизны, возможна некоторая регулировка в величине растяжения или увеличения изображения, как будет обсуждаться ниже.

Одним из самых значительных отличий настоящего изобретения от ранее известного устройства, предназначенного для наблюдения из движущегося транспортного средства, является то, что не делается никаких попыток задержать видимое движение изображения. То есть в настоящем устройстве изобретение всегда находится в движении относительно зрителя, и некоторые части изображения всегда видимы зрителю. Это находится в противоречии с известными системами для движущихся зрителей, где стробоскопическая вспышка предназначена быть настолько близкой к мгновенной для достижения кажущейся остановки движения отдельного кадра изображения, несмотря на его действительное движение относительно зрителя.

Как и в случае всякой анимации, устройство согласно этому изобретению полагается на хорошо известный эффект инерции зрительного восприятия, благодаря которому зритель воспринимает непрерывно движущееся изображение, при показе ряда дискретных изображений. Действие этого изобретения использует два разных, но одновременных проявления инерции зрительного восприятия. Первое имеет место в глазу, восстанавливая полное когерентное изображение, явно полностью видимое сразу, когда в действительности показываются небольшие полоски изображения, которые проходят через все изображение. Второе является обычным эффектом книги с перебросом, с помощью которого ряд последовательно расположенных изображений воспринимается как непрерывная анимация.

Фиг.4 иллюстрирует первый эффект инерции зрительного восприятия. Она показывает положение зрителя 30 относительно одного изображения в последовательных точках (фиг.4А, 4В и 4С) по времени. На каждой из фиг.4А, 4В и 4С двойные стрелки 40 представляют общую действительную ширину изображения, D_i, в то время как расстояние 41 представляет часть изображения, видимую в данное время. Эта схема показывает, что зритель 30, в короткий период времени, начинает видеть каждую часть изображения. Однако, в каждый данный момент видима только узкая полоска картинки, шириной 41. Поскольку период времени, в течение которого видна полоска, очень короток, и поэтому движение изображения, наблюдаемого через щель в это время, очень мало, зритель воспринимает изображение с очень малым размыванием или изображение совсем без размывания даже на очень высоких скоростях. Теоретически нет верхнего предела скорости, на которой работает устройство, чем быстрее движется зритель, тем меньше время, когда данная полоска видима. То есть эффект, который вызвал бы размывание изображения - возрастающая скорость зрителя - исключается действием, которое уменьшает размывание изображения периодом видимости данной полоски.

На фиг.4 представление движения глаза зрителя чисто иллюстративное. На практике взгляд зрителя фиксирован на экране, который воспринимается неподвижным, и весь кадр может быть видим с помощью периферийного видения, как в случае обычного рекламного щита.

Фиг.5 иллюстрирует второй эффект инерции зрительного восприятия. Она показывает зрителя 30, смотрящего в фиксированном направлении в трех последовательных точках по времени. На фиг.5А узкая полоска первого изображения n находится на прямой линии взгляда зрителя через щель 221. На фиг.5В прямой взгляд зрителя падает на закрывающую часть щелевой панели 22. В течение времени, когда непрозрачная часть щелевой панели 22 находится на линии прямого взгляда зрителя, зритель продолжает воспринимать полоску изображения n, только что увиденную через щель 221. На фиг.5С прямая линия взгляда зрителя падает на щель 222, соседнюю с щелью 221, и зритель 30 видит полоску соседнего изображения n+1. Поскольку каждая щель 221, 222 предпочтительно по существу совершенно выравнена с ее соответствующим изображением, полоски, видимые под данным углом в двух отдельных щелях, предпочтительно соответствуют по существу точно. То есть в положении, скажем, три дюйма от левого края картинки, эта полоска в трех дюймах от левого края картинки видна от одного кадра к следующему, и никогда не видна полоска от любой другой части изображения. Таким образом, выравнивание между щелью и изображением предотвращает искажение и размывание, воспринимаемые зрителем, которые в противном случае могли бы быть вызваны быстрым движением изображений. Поскольку последовательные кадры отличаются слегка, как это имеет место в случае последовательных изображений в обычной анимации, зритель воспринимает анимацию.

Два эффекта инерции зрительного восприятия действуют практически одновременно. На скорости выше минимального порога, зритель 30 не воспринимает ни дискретных изображений, ни дискретных полосок.

Очень полезный эффект устройства 10 заключается в видимом растяжении, или расширении, изображения в направлении движения. Фиг.6 иллюстрирует геометрические соображения, объясняющие этот эффект растяжения. Помеченные "Положение 1" и "Положение 2" являются двумя положениями данного кадра 230, где видны противоположные края кадра 230. Поскольку положение кадра 230 и щели 220 фиксированы относительно друг друга, они точно определяют угол, под которым зритель 30 должен смотреть, чтобы эта щель 220 была выравнена с краем изображения 230.

В Положении 1, левый край изображения 230 выравнен с щелью 220 и глазом зрителя. В Положении 2, правый край изображения 230 выравнен с щелью 220 и глазом зрителя. Фактически, эти два положения имеют место в разные моменты времени, но, как объяснялось выше, это не наблюдается зрителем 30. Наблюдается лишь одно полное изображение.

Если х есть расстояние от центральной точки между двумя положениями щели 220 до любого из отдельных положений в Положении 1 или Положении 2, тогда воспринимаемая ширина изображения, D_i' равна 2х. Из подобных треугольников,

Таким образом, воспринимаемая ширина изображения D_i увеличивается относительно действительной ширины изображения на коэффициент, равный отношению расстояния между зрителем и щелевой панелью к расстоянию между щелевой панелью и задней панелью.

Фиг.6А показывает эффект увеличения, когда задняя панель 23' не совсем параллельна траектории движения зрителя. Усиление находится путем определения выражения f(x), где х - расстояние вдоль траектории движения зрителя, для формы задней панели - то есть, расстояние задней панели от оси, определенной траекторией движения наблюдателя - вокруг каждой щели (например, фиг.7 показывает заднюю панель 71, на которой каждое изображение 730 образует полуокружность вокруг его соответствующей щели 220). Для облегчения понимания, можно определить ось х вдоль направления движения зрителя, а ось у перпендикулярно оси х, и выбрать начальное положение зрителя 30.

Чтобы найти увеличение, определяется, как будет восприниматься зрителем 30 произвольный элемент картинки 230', находящейся на задней панели 23' на плоской задней панели 23" для проекции. На фиг.6А показана секция действительной задней панели 23' между щелевой панелью 22 и задней панелью 23" для проекции. Длина PR задней панели 23' определяет элемент картинки 230'. Эта секция 230' будет казаться зрителю 30 как если бы она находилась на плоской задней панели 23" для проекции, как показано.

Для облегчения представления, показанная секция задней панели 23' представляет собой отрезок прямой линии, но эта прямолинейность не требуется. Также, форма задней панели не должна быть полностью описана выражением у=f(x). Практически, можно выполнить аппроксимацию истинной формы задней панели многими способами - например, рассматривая заднюю панель как ряд бесконечно малых элементов, каждый из которых может быть аппроксимирован линейным отрезком.

Зритель 30 в положении А видит левый край Р элемента картинки 230', когда щель 220 находится в Q. Поскольку положения элемента картинки 230' и щели 220 фиксированы относительно друг друга, они точно определяют угол, под которым зритель 30 должен смотреть, чтобы эта щель 220 была выравнена с краем элемента 230'. Поэтому правый край R этого элемента картинки 230' будет виден, когда устройство движется относительно зрителя 30 к положению, где линия, параллельная QR, проходит через А.

Левый край элемента картинки 230' будет казаться на задней панели 23" для проекции в положении В, на расстоянии х от оси у. Правый край элемента картинки 230' будет казаться на задней панели 23" для проекции в положении С. Видимая ширина изображения D_i - расстояние ВС.

Точка Р - пересечение задней панели 23' с линией, проходящей через А и В.

Точка Q - пересечение щелевой панели 22 с линией, проходящей через А и В.

Точка R - пересечение задней панели 23' с линией, проходящей через Q и R.

Расстояние Di - расстояние от Р до R.

Координаты точки Р, (Р_х/ Р_у) - решение (х, у) для у=f(x), и

где последнее уравнение есть уравнение для линии, проходящей через А и В.

Координаты точки Q, (Q_x, Q_y) - решение (х, у) для у=(D_vb/ x)x, и

Координаты точки R, (R_x, R_y) - решение (х, у) для у=f(x) у

Наконец, размер D_i, который должен иметь этот элемент картинки 230', для того чтобы растянуть его до размера D_i, задается выражением

где переменные в правой части все могут быть найдены из размеров устройства и х.

Вышеприведенные выводы демонстрируют практические способы для определения эффекта растяжения, для того, чтобы предварительно сжать изображение как для по существу параллельных, так и для непараллельных задних панелей. Полезное правило просмотра, которое справедливо для любой конфигурации задней панели, вытекает из того факта, что угол ВАС равен углу BQC - угловой размер спроецированного изображения, видимый зрителем, является таким же, как угловой размер действительного изображения в положении щели 220.

Для того чтобы предварительно сжать изображение, оно может быть разделено на много элементов, начинающихся в х=0 и идущих последовательно в любом направлении, увеличиваясь на х соответственно. Затем каждый элемент может быть предварительно сжат и помещен в соответствующее место на задней панели.

В случаях, когда траектория движения зрителя искривлена так, как геометрия, показанная на фиг.3А, ни щелевая панель, ни задняя панель не должны быть обязательно прямыми линиями. Подобный вывод может быть использован для непараллельных задних панелей, путем определения функции g(х) для маршрута щели относительно зрителя и замены отношения (В) на y=g(х).

На практике, изображения могут быть сжаты в направлении движения до установки на задней панели, для того чтобы, будучи спроецированными, они были растянуты до их нормальных пропорций, позволяя представить большое изображение в относительно меньшем пространстве. Могут быть использованы искривленные или наклонные поверхности на задней панели для усиления эффекта. То есть, по мере того как неплоская задняя панель приближается к щелевой панели, увеличение значительно возрастает. Однако, для простоты, последующее описание будет предполагать плоскую заднюю панель, если не показано другое.

Как показано ниже, эффект растяжения, когда регулировка осуществляется через соответствующие переменные параметры устройства 10, может быть очень полезным. Также отношение между воспринимаемым размером изображения D_i и расстоянием зрителя D_vs, линейно - изображение становится больше, по мере того как зритель отходит дальше. Это может дать полезный эффект в надлежащей окружающей среде.

Имеются некоторые ограничения и побочные эффекты. Оба эффекта инерции зрительного восприятия требуют минимальных скоростей, которые не обязательно равны. Слишком медленная скорость может привести к восприятию только дискретных вертикальных линий, или мерцания, или недостаточного наблюдаемого эффекта анимации. На практике, восприятие только дискретных вертикальных линий является основным огра