Im Rahmen dieses Projekts wurde ein weltweit einmaliges, hochauflösendes, stereoskopisches Projektionssystem entwickelt. Das realisierte System verfügt über eine Auflösung von 6000x3000 Bildpunkte (18 Megapixel) und bietet im Vergleich zu herkömmlichen Großbildprojektionen die neunfache Auflösung und somit mehr "Platz" für Informationen.
Da es bis heute keine Projektoren gibt, die eine solche Auflösung bieten, kann eine solche Auflösung nur durch die Verwendung mehrerer Projektoren erreicht werden (Tiled Display). Dieses Prinzip wurde beim realisierten HEyeWall-System verfolgt.
Die Installation in Darmstadt hat eine Projektionsfläche von 4,8m auf 2,4m, besteht aus 48 Projektoren und unterstützt die stereoskopische Ausgabe (unterschiedliche Bilder für das linke und rechte Auge). Das Projektionssystem wird von 48 Standard-PCs mit nvidia-Graphikhardware betrieben.
Die HEyeWall wurde erstmals auf der CeBIT 2004 einer breiten Öffentlichkeit vorgestellt und von Bundeskanzler Schröder und Forschungsministerin Bulmahn eingeweiht. Im April 2004 wurde im Rahmen der HEyeWall-Days das System in Darmstadt potentiellen Anwendern präsentiert.
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Das Grundprinzip eines Tiled Displays ist simpel. Mehrere Projektoren werden in einem Raster angeordnet. Jeder einzelne Projektor projiziert nur einen Teil des Gesamtbildes. Wie die Kacheln an einer Wand ergeben dann alle Teilbilder zusammengenommen wieder das Gesamtbild. Siehe die folgende Abbildung und das Video.
Abbildung: Tiled Display Prinzip
So einfach das Prinzip auch errscheinen mag, die Umsetzung ist äußerst komplex und herausfordernd. Drei große Problembereiche gilt es zu lösen:
Ziel ist es, dass die Kanten der einzelnen Kacheln nicht zu sehen sind. Dies kann
Theoretisches Soft-Edge Blending Prinzip
Die blaue Kurve zeigt den Helligkeitsverlauf im Überlappungsbereich der linken Kachel, die grüne Kurve den Helligkeitsverlauf der rechten Kachel. Theoretisch ergbit sich dann eine stetige Helligkeit (rote Gerade), so dass der Übergang nicht sichtbar ist. So viel zur Theorie...
Die Realität sieht aber eher wie in der nun folgenden Skizze aus.
Prinzip Edge Blending
Da kein digitaler Projektor selbst bei schwarzem Bildinhalt kein echtes Schwarz (black level) sondern eher ein Dunkelgrau projiziert, addieren sich diese Dunkelgraus im Überlappungsbereich (1), so dass kein linearer Helligkeitsverlauf realisiert werden kann. Weiterhin kommt es zu Aufhellungen aufgrund von Restlicht (2). Fazit: Die Übergänge sind sichtbar.
Bei HEyeWall wurde ein Hard-Edge Blending entwickelt und zum Patent angemeldet.
Alle herkömmlichen Projektoren weisen unterschiedliche Farbräume auf. Dies gilt selbst für Projektoren gleichen Typs. Im folgenden Bild sieht man die 48 Projektoren der HEyeWall, als sie zum ersten Mal am IGD eingeschaltet wurden.
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Um das Problem in den Griff zu bekommen wurde eine Farbkalibrierung entwickelt. Diese arbeitet zweistufig:
Die gesamte Farbkalibrierung wurde ursprünglich mit einem Roboter und viel Handarbeit durchgeführt. Nachteil: Die volle Kalibrierung der Wand dauert ca. 15 Tage!
Aus diesem Grund habe ich dann ein System entwickelt, welches die einzelnen Projektoren mit unterschiedlichen Testbildern beschickt und dann die gesamte Projektionswand mit einer Digitalkamera photographiert wird (RAW-Format für größere Farbtiefe). Das ganze geschieht vollautomatisch.
Die Bilder werden dann ebenfalls automatisch ausgewertet, d.h. es werden pro Projektor die relevanten Bildbereiche extrahiert und der entsprechende Farbwert berechnet. Das System ist sowohl für die Intra-Projektorkalibrierung als auch die Kalibrierung der gesamten Wand geeignet.
Zur Realisierung wurden u.a. die folgenden Arbeiten durchgeführt:
Das System wird zur Zeit (April 2005) getestet. Die Gesamtzeit der Kalibrierung wird voraussichtlich unter 6 Stunden liegen. Das System wird Teil des Produktes HEyeWall werden.
Um ein Tiled System zu betreiben benötigt man ein Rechnersystem mit vielen Graphikausgängen (48 beim IGD HEyeWallsystem) und der Fähigkeit sehr hochauflösende Graphiken darstellen zu können. Herkömmliche PC Systeme sind dazu nicht in der Lage. Deswegen kommt bei solchen Systemen ein PC Cluster zum Einsatz (siehe Abbildung)
Ansteuerung einer HEyeWall
Standardanwendungen laufen jedoch nicht auf solchen PC-Clustersystemen. Hierzu muss mittels spezieller Software die Graphikausgabe dieser Anwendungen abgegriffen und auf den Cluster verteilt werden (siehe folgende Abbildung). Es existieren bereits einige Ansätze, z.B. DMX und Chromium. Diese wurden am IGD erweitert, so dass selbst komplexe CAD Programme wie CATIA auf der HEyeWall liefen. Eine andere Möglichkeit ist der Einsatz von OpenSG, ein Open-Source Szenengraph, welcher federführend vom Fraunhofer-IGD entwickelt wurde und für die Anwendung transparenten Clustersupport bietet (siehe Abbildung)
Applikationsclustering
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All images and videos are courtesy of Fraunhofer-IGD
