Голографическое изображение в воздухе: 3D голограмма – будущее сегодня

3D голограмма – будущее сегодня

Введение

Современность не перестаёт удивлять разнообразием способов обработки большого количества информации. Не секрет, что информация представляется в виде мультимедиа, анимации, текста, фотоизображений. 3D голограмма представляет инновационную технологию, с помощью которой можно создать трехмерное изображение. Технология 3D голограммы актуальна для изучения, потому что её продвижение может изменить мир к лучшему. Во многих фантастических фильмах часто используют 3D голограммы, так неужели на рубеже 2100 года такие голограммы не появятся?  Хотя сейчас эта технология не до конца изучена и не воплощена в полной мере, я считаю, что на рубеже 2100 года метод 3D голограмм будет являться основным методом вывода данных, а так же использоваться почти во всех сферах жизни людей.

Цель моего проекта:

Привлечь внимание к технологии 3D голограммы.

Для достижения цели я поставил следующие задачи:

1. Изучить литературные источники по данной теме;
2. Узнать, где на сегодняшний день применяется голограмма;
3. Выяснить, откуда появилось понятие голограмма;
4. Найти способ создания голограммы;
5. Сравнить цену голографического проектора в магазине, на сайте с самодельным проектором.
6. Сконструировать прибор, который будет выдавать 3D голограммы.

Объект исследования: 3D голограмма.

Предмет исследования: потенциальные возможности использования 3D голограммы.

Методы исследования:

1. Изучение и обобщение информационных источников
2. Создание прибора и программы для вывода 3D голограммы
3. Тестирование прибора и программы
4. Анализ полученных результатов

Гипотеза: технология 3D голограммы одна из передовых технологий и её можно воссоздать в домашних условиях.

1.Теоретическая часть

1.1 Голограмма

Голограмма означает некий проецируемый образ объекта либо существа, применяющийся в коммуникационных целях.[1] Основоположником голографии (от др.-греч. ὅλος – полный и γράφω – пишу) – направления о технологиях для точной записи, трансляции и изменения волновых полей оптического электромагнитного излучения, создающих трёхмерные изображения, – часто называют венгерского физика Д. Габора, описавшего данный принцип в 1947 г. и введшего термин «голограмма» в научный оборот. Академик РАН, один из отечественных основоположников голографии Ю.Н. Денисюк отмечал, что его побудила к исследованию объёмных изображений в рамках разработки трёхмерной голографии фантастическая повесть советского палеонтолога И.А. Ефремова «Звездные корабли», написанная в 1946 и опубликованная в 1947 гг. Ю.Н. Денисюк в собственных исследованиях учёл принцип, что человек видит не сами объекты, а их световые образы. У него возникла идея записать на фотопластинке само световое поле, а после этого плоскую световую волну нацелить на пластинку, чтобы восстановить образ отсутствующего объекта. Запись интерференционной картины данного объекта не только в двух измерениях, но и в глубине позже стала называться методом Денисюка или методом трёхмерной фиксации. Кроме применения лазеров, учёных к созданию полноценной объёмной голограммы приблизил дифракционный эффект Брэгга, когда появляются интенсивно засвеченные плоскости, где и возникает голограмма. Голландский физик Герардт Хоофт вообще выдвинул гипотезу голографической Вселенной. Эту идею полностью подтвердить пока не удалось.

1.2 Из чего состоит голограмма

Основным фотоматериалом для записи голограмм являются специальные фотопластинки на основе традиционного бромида серебра. Кроме того, иногда применяются фотопластинки на основе бихромированной желатины, которые обладают ещё большей разрешающей способностью, позволяют записывать очень яркие голограммы (до 90% падающего света преобразуется в изображение), однако они чувствительны только в области коротких волн. Наряду с фотографическими мелкозернистыми галогенсеребряными средами, применяются так называемые фотохромные среды, изменяющие спектр поглощения под действием записывающего света.[2]

Одними из эффективнейших среди фотохромных кристаллов являются щёлочно-галоидные кристаллы, из которых наилучшие результаты были получены на аддитивно окрашенных кристаллах хлорида калия. При голографической записи, в качестве регистрирующей среды, так же широко используются сегнетоэлектрические кристаллы. В основном это ниобат лития — LiNbO3. Однако, эти кристаллы обладают недостатками присущими фотохромным материалам. Трудность состоит в низкой величине голографической чувствительности. В последние годы интенсивно разрабатываются регистрирующие среды на базе голографических фотополимерных материалов, представляющих собой многокомпонентную смесь органических веществ, нанесенную в виде аморфной пленки толщиной 10-150 мкм на стеклянную или пленочную подложку. Фотополимерные пленки, менее дорогостоящие чем кристаллы ниобата лития, не так громоздки и имеют по сути большую величину изменения коэффициента преломления, что приводит к большим значениям дифракционной эффективности и большей яркости голограммы. Однако, с другой стороны ниобат лития, из-за его толщин, способен сохранять большие объёмы информации, чем фотополимерные пленки, толщины которых ограничены.

1.3 Виды голографии

Так как голографический метод применим ко всем волнам: электронным, рентгеновским, световым, микроволнам, акустическим и сейсмическим при условии наличия когерентных источников этих волн, пригодных для формирования соответствующих голографических полей. Голография может быть:

• Цифровая
• Рентгеновская
• Оптическая
• Акустическая
• Сейсмическая

Наибольшее распространение в настоящее время получила оптическая голография, что объясняется, в первую очередь, доступностью лазеров – источников когерентного излучения, и средств регистрации и наблюдения восстановленных изображений. Активно ведутся работы по рентгеновской голографии, основанной на использовании ондуляторов – синхротронных источников когерентного рентгеновского излучения, и цифрового восстановления голограмм в виртуальном пространстве компьютера, однако широкого распространения эти методы пока еще не получили. Что касается акустической и сейсмической голографии, то в настоящее время они практически не развиваются, поскольку не могут серьезно конкурировать по информативности с широко используемыми в интроскопии методами компьютерной томографии.

1.4 Разделение оптических голограмм

• Согласно записанной информации — 2D голограмма.

Этот тип голограмм выглядит как 2D — картинка, с зонами, окрашенными четырьмя основными цветами и палитрой их взаимных переходов. При изменении угла зрения меняется её цвет или же происходит изменения графических контуров или структуры

• Комбинация голограмм — 2D/3D голограмма.

Компромиссом между качеством освещения и глубиной голограммы является запись 2D — графики. Так можно в пространстве по отношению друг к другу расположить несколько плоских графических изображений. Необходимо следить за тем, чтобы размеры отдельных изображений были такими, чтобы за них можно было «заглянуть»

• Трехмерная голограмма – 3D голограмма.

Объемная картинка, созданная благодаря уникальному фотографическому методу – голографии. По факту, при помощи специального лазера в воздухе возникает трехмерное изображение, которое невероятно похоже на реальный объект. Такую картинку можно обойти со всех сторон, сделать ее более или менее точной, изменить размер и даже прикоснуться к ней. О данной голограмме и пойдет дальнейшая речь.

1.5 Способ создания 3D голограммы

Создание объемной фигуры в воздухе – не самое простое занятие, ведь оно требует исполнения многих физических принципов. Для того, чтобы понять механизм возникновения голограммы необходимо знать два определения:

• Интерференция волн – одновременное уменьшение или увеличение яркости двух или более световых волн при их наложении друг на друга.
• Когерентность – согласованность нескольких процессов в физике.

Для создания 3d голограммы необходимо наличие минимум двух световых волн, одна из которых будет опорной, а другая – объектной, то есть направленной на объект. Также необходимо понимать, что источник света имеет огромное значение, ведь важно, чтобы частоты лучей точно совпадали между собой. В современной голографии используются специальные лазеры, до изобретения которых создание объемных изображений в воздухе было практически невозможным.

Таким образом, для создания голограммы 3d необходимо два лазера, один из которых дает опорную волну, а второй накладывается на него. При их пересечении происходит интерференция волн и возникает трехмерная картинка.

1.6 Путь от простейшего к сложному

• Создана первая цветная 3D-голограмма. 2013 год.[3]

Специалистами южнокорейского института ETRI (Electronics and Telecommunications Research Institute) разработана технология, позволяющая формировать цветные трехмерные голограммы и просматривать их с помощью настольного дисплея.

На нее можно смотреть со всех сторон, изменение цветов достигается за счет эффекта интерференции между лучами нескольких лазеров.

Размер голограммы составляет приблизительно 7,5 см, и учитывая сложность ее получения, это пока максимум, но уже в 2021 году исследователи планируют увеличить размер проецируемого объекта до 25 см.

•  В Саратовском техническом университете изобрели 3D-изображение, которое может имитировать все что угодно. 14 апреля 2014.[4]

Оригинальной идеей прославился технический университет в Саратове. Студенты воплотили в жизнь то, что раньше мы могли видеть только в фантастических фильмах. Трехмерное изображение, висящее в воздухе, может имитировать все, что угодно. К тому же им можно управлять руками. Специалисты в один голос говорят о большом будущем изобретения.

Легким движением руки – хоть деталь космического аппарата, хоть девушку с обложки – студент технического университета Максим Железов создает прямо в воздухе. Он и его научная группа разработали уникальную технологию 3D-макетов, или иначе объемных голограмм. В отличие от всех существующих аналогов, их голограммы реагируют на прикосновения и обладают цветом и яркостью. Проектом уже заинтересовались в Сколково.

• Ученые создали голограмму, которую можно потрогать и послушать.      16 ноября 2019.[5]

Исследователи из Сассекского университета создали анимированную 3D-голограмму, которую можно не только видеть со всех сторон, но и потрогать, а также услышать. Об этом сообщает Gizmodo.

Основана технология на звуковых волнах и крошечном шарике диаметром два миллиметра. Волны заставляют шарик двигаться с неуловимой глазом скоростью и выписывать в полете запрограммированную фигуру. Человек видит законченную трехмерную модель, а если поднести к голограмме руку, можно ощутить перемещения шарика.

Дополнительно шарик можно заставить вибрировать на частотах, которые создают звуковые волны. Таким образом, получается крошечный левитирующий динамик.

Хотя голограмма с шариком и далека от технологий «Звездных войн» или «Стартрека», Gizmodo уверен, что у нее большое будущее. Возможно, в ближайшее время ее усовершенствованная версия заменит людям очки виртуальной реальности

1.7 Работа голографических проекторов

Создатели современных гаджетов предлагают огромное количество разнообразных голографических проекторов для разных целей и возможностей. Некоторые из них выглядят, как стандартные проекторы, некоторые формируют изображения внутри куба или другой геометрической фигуры. Есть также своеобразные проекторы-вентиляторы, которые создают изображения посредством быстрого вращения и остаются незамеченными зрителями.

Но все эти разновидности объединяют общие особенности:

• программное обеспечение для работы за компьютером или ноутбуком;
• дистанционное управление;
• высокое качество картинки;
• наличие ярких светодиодов для реальности визуализации;
• большая площадь охвата изображения;
• небольшой размер;
• возможность считывания SD-карт для оперативной смены контента и т. д.

Все это делает голографический проектор удобным в использовании на любых локациях, будь то кинотеатр, кафе, сцена, офис, школа, университет или дом.

Какой бы вид голографического проектора не выбрать, он однозначно упростит любую задачу и привлечет внимание к деятельности выступающего.

1.8 Способы применения 3D голограммы

• Политика

Мир сегодняшнего политического субъекта сложно представить без грамотного конструирования его виртуального образа – партии нужен узнаваемый бренд, а политическому лидеру – имиджевая конструкция, ориентированная на его целевую аудиторию. То, что сейчас принято называть «виртуальным», равнозначно не только сети Интернет, но и голограммам.

• Маркетинг и реклама

Стандартная и скучная реклама в виде буклетов, видеороликов, баннеров, всплывающих окон, радиовещания уже не привлекают большого количества клиентов, ведь современный человек научился не обращать на все это внимание, так как это его привычное окружение. Именно поэтому голограммы в воздухе станут отличным решением для успешного продвижения товара или услуги.

• Бизнес

Для качественного и быстрого развития важно заинтересовать не только клиентов, но и партнеров по бизнесу. В этом случае голограмма также станет незаменимой, ведь она презентует планы и намерения с наилучшей стороны.

• Шоу-бизнес

Для того, чтобы удивить зрителя уже недостаточно прекрасной актерской игры или вокальных данных. Не спасут даже харизма и пестрые костюмы. А вот голограмма в воздухе точно заинтригует и позволит создать незабываемое шоу.

• Медицина

Даже такая сложная отрасль человеческой деятельности становится намного проще и безопаснее благодаря голографии. Голограмма была уже не раз успешно использована для малоинвазивных операций, когда врач минимизирует вмешательство в организм пациента. 3D голограмма нужного органа позволяет в деталях рассмотреть все особенности и избежать врачебной ошибки. При этом доктору не придется лишний раз отвлекаться на очки виртуальной реальности или прочие гаджеты.

• Обучение

Благодаря реалистичности изображения необходимый предмет можно рассматривать со всех сторон, увеличивая его отдельные детали. Такая точность визуализации позволяет качественнее ознакомиться с любым материалом, а также усвоить его не только на уровне теории, но и на практике.

• Развлечения

Ну, и куда же без развлечений. Очевидно, что 3D голограммы являются отличным способом занять личное время, ведь можно прикоснуться к любимому персонажу, визуализировать концерт у себя дома, а также с головой окунуться в виртуальный мир компьютерных игр.

1.9 Примеры использования 3D голограмм в различных областях

Эмпирическая реклама

WWF: #StopWildlifeTrafficking  

Чтобы привлечь внимание общества к проблеме торговли животными, WWF и The People’s Postcode Lottery представили голограмму слона в полный рост, который целую неделю бродил по улицам Лондона. Также в рамках кампании на нескольких пешеходных переходах организаторы нанесли следы морских черепах, снежных барсов и тигров — тех животных, которые больше всего страдали от браконьеров.

Политика

3D-голограмма премьера Турции выступила перед его сторонниками.[6]

Премьер-министр Турции Тайип Эрдоган, приглашенный на церемонию презентации кандидатов на пост мэра города Измир, предстал перед собравшимися в виде 3D-голограммы. В правящей Партии справедливости и развития заявили, что занятость помешала главе государства посетить мероприятие лично.

 «Мы хотели пригласить поучаствовать и Тайипа Эрдогана, но он не смог приехать из-за плотного графика. Тогда мы использовали нестандартный ход – голографическое изображение главы партии. Это не просто красивый и оригинальный предвыборный ход, но одновременно и послание нашим сторонникам», – рассказал РИА» Новости» глава пресс-службы измирского отделения ПСР Танер Алкан.

«Мы собираемся на выборы в тени атак, подготовленных предательскими сетями. Я призываю всех моих кандидатов в мэры не тратить свое время на них», – заявил Эрдоган.

Первым политиком, использующим данную технологию, стал индиец Нарендра Моди, один из лидеров националистической Индийской народной партии. Моди использовал технологию по полной, одновременно выступив перед избирателями сразу на 53 предвыборных мероприятиях.

Медицина

Израильские ученые разработали аппарат, создающий 3D-голограмму внутренних органов

В Израиле разработали уникальную технологию, которая позволяет врачам видеть внутренние органы пациента, как на ладони. Новый аппарат создает в операционной объемную 3D-голограмму, которой можно управлять прямо руками.

Технология, разработанная израильскими учеными, позволит хирургам рассмотреть любой внутренний орган человека. Первые 3D-голограммы планируют использовать для проведения кардиоопераций.

3D-голограмма строится с помощью анализа данных пациента и световых лучей. Все происходит в реальном времени, так что врач может рассмотреть даже самые мелкие изменения и реакции, происходящие в организме человека во время операции или процедуры.

Еще одно важное достоинство трехмерного изображения — заболевания какого-либо органа человека можно будет заметить на самой ранней стадии и сразу приступить к лечению. При таком раскладе, многие пациенты смогут обойтись даже без хирургического вмешательства.

Ученые надеются, что новая система поможет сократить процент врачебных ошибок. Разработчики не сообщают, когда начнут внедрять новую методику. Но убеждены, что спрос на неё будет расти во всем мире.

Шоу-бизнес

Цифровизация современного общества предполагает, что научные открытия в области голографии всё больше обретают не только теоретическую, но и прикладную значимость. Активным интересантом, применяющим 3D голограммы, стал бизнес, а именно шоу-бизнес. В 2014 г. на телевизионной церемонии Billboard Music Awards американская компания Pulse Evolution явила миру голограмму Майкла Джексона, «выступившую» под песню «Slave to the Rhythm». Сотрудники компании признались, что использовали принципы иллюзионистской практики XIX столетия – так называемый «Призрак Пеппера». Подобный приём применялся в 2012 г. для создания голограммы рэпера Тупака Шакура, появившейся на музыкальном фестивале Coachella. Правда, разработчики искусственного изображения отмечают, что это на деле является не полноценной голограммой, а эффектной иллюзией, в создании которой используются не самые инновационные технологии, а напротив, традиционные. Метод этой технологии кроется в проецировании определённого образа на большой расположенный перед наблюдателями лист стекла или пластика, установленный под углом в 45 градусов. Для создания изображения М. Джексона применялись более сложные технологии: сначала специальные камеры сняли фон, состоящий из золотого трона поп-короля и живых актёров, после этого на компьютере подготовили цифровую копию певца и продумали анимационный сценарий.

Развлечения

В Гонконге для детей показали голографическое шоу. На глазах у зрителей практически из воздуха начали появляться различные предметы, персонажи мультиков и видеоигр. Выглядят предметы так натурально, что хочется к ним прикоснуться.

2.Практическая часть

Рассмотрев историю открытия и дальнейшего развития различных видов голограмм, а также другие теоретические аспекты, я постарался самостоятельно получить 3D-голограмму и создать проектор для её выведения.

2.1 Проектор

Можно было купить проектор, но после сравнения цен я понял, что лучше сделать его своими руками (Приложение6). В начале я разработал чертеж (Приложение1). После чего выбрал материал. Для создания проектора мне требовалось 4 отражающие поверхности. Наиболее подходящим вариантом стало оргстекло, так как оно довольно легко поддается обработке и не может разбиться как обычное стекло. Далее я склеил 4 обработанных оргстекла в виде пирамиды. Проектор готов (Приложение2).

2.2 Проблемы с проектором и их решение

При испытании начальной версии проектора было замечено двойное изображение, что нарушало ощущение реальности объекта, который мы видим. Данная проблема, как оказалось, возникла из-за ширины оргстекла. Для решения проблемы можно уменьшить ширину стекла. Но я решил просто затонировать оргстекло. В итоге получил не только четкое изображение, но и более яркое (Приложение3).

2.3 Программное обеспечение

Для того чтобы на мой проектор выводилось изображение максимально похожее на трехмерный объект, потребовалось расположить изображение объекта в 4 областях экрана. Если данное мне изображение объекта было статично и не имело фона, то расположить его в 4 областях не составляло труда. Для создания голограммы я использовал видеозапись, сделанную оператором в рекламном агентстве «Лайм» и видеоредактор Movavi Video Editor Plus, который я выбрал по причине интуитивно понятного каждому человеку интерфейса.

После того как я разместил видеоизображение в 4 областях экрана, нужно было убрать лишние детали, поставить звуковую дорожку и загрузить полученное видео на устройство. При удалении не нужных объектов возникла проблема с мощностью ЦПУ, которой не хватало для столь весомой работы. Решения этому не нашлось, так что пришлось около 6 часов ждать, пока загрузится видео и включать максимальное охлаждение, чтобы процессор не перегрелся. В итоге я получил 3D-голограмму в движении.

2.4 Проблемы с ПО

В ходе работы я понял, что включение отдельных голограмм занимает большое количество времени и при поставленном на экран проекторе не совсем удобно. Поэтому мне пришлось думать о включении голограмм из вне, например, с помощью жестов или голоса. Поскольку для управления голограммы при помощи жестов потребовались бы сенсорные экраны, этот вариант остался в разработке. Второй же вариант, управление голограмм голосом, я начал воплощать в реальность. За основу была взята программа Laitis, которая позволяла управлять встроенным в Windows программным обеспечением. Чтобы не перегружать Laitis, пришлось убрать из нее все функции управления и оставить лишь голосовой ввод. После очистки программы, были введены команды голосового управления, которые могли использовать лишь заданные им пути. Также для удобства был добавлен самостоятельно созданный голографический помощник по имени Майкл (Приложение 4). По завершению работы от Laitis осталось лишь название и функция голосового ввода. Так как прошлое название уже не подходит, я называл программу именем голографического помощника, ведь именно он встречает нас, когда мы начинаем работу с голограммами.

Заключение

Результат практической работы

1. Собран и доработан голографический проектор.

2. Созданы видеоролики для голографического проектора.

3. Создан голографический помощник «Майкл».

4. Составлена однолинейная работа «Майкла» и некоторые ответвления.

 Недоработки практической работы

1. По причине нехватки аппаратуры голограмма со всех сторон имеет одно изображение.

2. По причине автономной работы Майкла оборудование должно быть подключено к сети.

3. Временное отсутствие разнообразия различных путей работы «Майкла».

При работе над данным проектом я:

1. Изучил литературные источники по данной теме.

2. Выяснил где на сегодняшний день применяют голограммы.

3. Узнал откуда появилось понятие голограммы.

4. Нашел способ создания голограммы.

5. Сконструировал прибор, который выдает 3D голограммы.

6. Создал голографический помощник.

7. Создал видеофайлы для голографического проектора.

8. Воссоздал технологию 3D голограммы в домашних условиях.

9. Сравнил цены голографических проекторов в магазинах со стоимостью самодельного проектора.

Мои выводы:

Голограмма — продукт голографии, объемное изображение, создаваемое различными способами, воспроизводящими изображение трехмерного объекта. Голографии прочат будущее визуальных развлечений, поскольку до сих пор этот способ остается самым многообещающим способом визуализации трехмерных сцен.

Человечество постепенно выходит на новый этап развития, когда достижения предыдущих десятилетий отходят на второй план, а современные технологии обретают все большую популярность. И это не удивительно, ведь инновации позволяют намного быстрее и качественнее выполнять привычные действия и громко заявлять о себе. Именно поэтому в независимости от вида деятельности и профессии так важно идти в ногу со временем. И считается, что на рубеже 2100 года время станет на этап  развития 3D голограмм, ведь скорее всего не только новые технологии позволят воссоздать всеми желаемую голограмму из фильма «Star wars», но и современные умы смогут понять как остановить или «связать в узел» свет, чтобы голограмма была полностью самостоятельной.

Итоги:

Воссозданная мной технология 3D голограмм не только работает, но и имеет свои индивидуальные функции и способности. Сделанный мною проектор намного дешевле проекторов, созданных по той же технологии и продаваемых в магазинах, а также в отличие от магазинных проекторов изображение с него хорошо видно даже при дневном свете.

Таким образом, цель достигнута и гипотеза доказана.

Я считаю, что сделанное мной сейчас далеко не предел возможностей данной технологии, поэтому я буду продолжать улучшать свою работу.

Список литературы

1. Ефремов И.А. «Звездные корабли». – М.: АСТ, 2018. – 384 с.

2. Талбот Майкл «Голографическая Вселенная. Новая теория реальности». – М.: София, 2014. – 384 с.

3.Федорченко С.Н. Политическая голограмма: новая возможность коммуникации или скрытая угроза 3D манипулирования цифровым обществом? /Вестник Московского государственного областного университета (электронный журнал) 2018 №2

Интернет-ресурсы

1. ITC.ua https://itc.ua/blogs/sozdana-pervaya-tsvetnaya-3d-gologramma/
2. 3600. Новости https://360tv.ru/news/tekst/kak-nastojaschaja-uchenye-sozdali-gologrammu-kotoruju-mozhno-uslyshat-i-potrogat/ —
3. Новости. Первый канал https://www.1tv.ru/news/2014-04-14/48089-v_saratovskom_tehnicheskom_universitete_izobreli_3d_izobrazhenie_kotoroe_mozhet_imitirovat_chto_ugodno
4. Политическая голограмма https://cyberleninka.ru/article/n/politicheskaya-gologramma-novaya-vozmozhnost-kommunikatsii-ili-skrytaya-ugroza-3d-manipulirovaniya-tsifrovym-obschestvom/viewer -.
5. Вологодская областная универсальная научная библиотека  https://www.booksite. ru/fulltext/1/001/008/011/360.htm -.
6. Новости IT и высоких технологий http://information-technology.ru/sci-pop-articles/23-physics/259-chto-takoe-gologramma —
7. Техкульт https://www.techcult.ru/technology/5215-chto-takoe-gologramma

Полезные самоделки https://www.freeseller.ru/5422-3d-gologramma-svoimi-rukami.html

[1] https://www.techcult.ru/technology/5215-chto-takoe-gologramma

[2] https://hi-news.ru/eto-interesno/kak-eto-rabotaet-golograficheskij-displej.html

[3] https://itc.ua/blogs/sozdana-pervaya-tsvetnaya-3d-gologramma/

[4] https://www.1tv.ru/news/2014-04-14/48089-v_saratovskom_tehnicheskom_universitete_izobreli_3d_izobrazhenie_kotoroe_mozhet_imitirovat_chto_ugodno

[5] https://360tv.ru/news/tekst/kak-nastojaschaja-uchenye-sozdali-gologrammu-kotoruju-mozhno-uslyshat-i-potrogat/

[6] https://cyberleninka.ru/article/n/politicheskaya-gologramma-novaya-vozmozhnost-kommunikatsii-ili-skrytaya-ugroza-3d-manipulirovaniya-tsifrovym-obschestvom/viewer

Голограммы: что это, где используют и будут ли в будущем

Техногиганты вкладывают миллионы долларов в разработку «смешанной реальности» и «голопортации». Рассказываем, как голограммы меняют наше настоящее и будущее

Что такое голограмма

Голограмма — это оптический клон объекта. В отличие от фотографии, голограмма трехмерна, так как фиксирует объем объекта и изменение перспективы при взгляде с разных углов.

Голограмму часто путают с 3D–изображением. Но 3D-изображение выглядит объемно только с одной точки обзора, а голограмма — с любой. Голограммы и 3D-изображения создаются принципиально по-разному: для получения 3D-картинки готовят два изображения (для правого и левого глаза) и соединяют их. Благодаря стереоэффекту мозг воспринимает такое изображение как объемное. А голограммы создают, записывая с помощью лазера структуру отраженной от объекта волны (ее амплитуду и фазу). Этот метод называется «голография» (переводится с древнегреческого как «пишу всё»).

В фантастических фильмах вроде «Звездных войн» или «Железного человека» голограммы выглядят как трехмерные изображения человека или предмета, видимые невооруженным глазом, с которыми можно взаимодействовать. Несмотря на то, что в кино мы давно привыкли к ним, в реальности их еще не существует. Но пока ученые активно работают в этом направлении, существуют технологии, «имитирующие» голограммы. С помощью одной из таких оптических иллюзий, называемой «Призрак Пеппера» мир увидел выступления «воскресших» Тупака Шакура, Майкла Джексона и Роя Орбисона. В повседневной жизни голограммы — переливающиеся объемные изображения — можно увидеть на некоторых купюрах, кредитных картах и документах (например, на заграничном паспорте нового образца и трудовой книжке), а также на многих товарах и акцизных марках.

Как создаются голограммы

Принцип голографии сформулировал венгерско-британский ученый Деннис Габор в 1947 году. Но реализовать его в полной мере удалось только в 1960-х, после создания лазера. В 1971 году за это открытие Габор получил Нобелевскую премию по физике.

Сейчас для создания и демонстрации голограмм используется два метода — физический (для оптических дисплеев) и компьютерный (для очков дополненной реальности).

Физический метод

Он основывается на законах оптики и на свойствах световых волн — дифракции и интерференции. Для создания оптической голограммы лазер направляют на объект. При помощи зеркала лазерный луч разделяется на две части, образуя две волны — опорную и объектную. Объектная волна попадает на предмет и отражается на фотопластине, создавая интерференционную картину, а опорная направляется напрямую на фотопластину. Голограмма появляется в месте соединения лучей в одну точку. Для демонстрации голограммы эту фотопластину необходимо осветить световой волной, схожей с опорной. Процесс создания голограмм крайне сложен, что делает их надежным элементом защиты документов и товаров — голограмму почти невозможно подделать. Интересное свойство голограммы — если фотопластинку с записанной на нее голограммой разделить на две или более части, то каждая часть сохранит цельное изображение (с потерей качества).

Как работает голограмма

Компьютерный метод (CGH — Computer-Generated Hologram)

Основное отличие этого метода в том, что для цифровой голограммы не всегда нужен реальный объект. Если для создания оптической голограммы яблока необходимо осветить это яблоко лазерным лучом, для получения интерференционной картины, то в случае с CGH достаточно задать необходимые параметры, и программа сама вычислит волновой фронт и «нарисует» интерференционную картину яблока. В настоящее время к CGH относят также голограммы, записанные физическим путем, но обработанные и хранящиеся на компьютере.

Компьютерную голограмму можно распечатать на фотопластинке, а можно сразу выводить на специальный 3D-дисплей. Именно такие дисплеи устанавливаются в шлемах и очках смешанной реальности.

Microsoft с 2012 года занимается разработкой MR-очков (mixed reality, «смешанная реальность») Hololens. Они выглядят как надеваемый на голову обруч с двумя линзами. Технология выводит проекции перед человеком в очках, интегрирует виртуальные объекты в реальный мир, позволяя не только видеть, но и взаимодействовать с ними. И если изначально Hololens разрабатывались в основном для игр, то впоследствии их стали использовать в образовании, медицине, инженерии, бизнесе и не только. Очки смешанной реальности также есть у компании Magic Leap: они весят меньше, чем аналог от Microsoft, так как компьютер находится отдельно и соединяется с очками через кабель.

Псевдоголограммы

В современной массовой культуре значение термина «голограмма» размылось, и так стали называть практически все объемные проекции и оптические иллюзии. В качестве экранов используются прозрачные пленки обратной проекции, голографические сетки и специальные дисплеи, работающие по принципу «Призрака Пеппера». Как уже упоминалось, именно он позволяет «воскрешать» умерших певцов. Эффект трехмерности достигается за счет диагонального экрана, расположенного между отражаемым объектом и зрителями. А высокие технологии проецирования и грамотно выстроенный свет позволяют создать эффект реального артиста на сцене.

Представление немецкого цирка Circus Roncalli с голографическими животными, созданное с помощью голографической сетки

Как и где используют голограммы

Техногиганты, такие как Microsoft, Google и Meta, тратят сотни миллионов долларов на разработку голограмм. И неспроста: голография может стать чрезвычайно полезным инструментом в науке, медицине, коммуникации и других областях.

Коммуникация

В научной фантастике голограммы часто используются как способ связи. До появления парящих в воздухе голограмм как в «Звездных войнах» человечеству еще далеко, но уже сделаны существенные шаги. В 2017 году состоялся первый полноценный голографический звонок при помощи технологии 5G. Американская компания Verizon и Korea Telecom использовали экспериментальные устройства, позволившие собеседникам видеть голограммы друг друга.

Американская компания Portl производит специальную машину для «голопортации» — голографических звонков. Звонящему достаточно встать на белом фоне напротив смартфона. А для принятия звонков используется футуристичный белый короб, похожий на шкаф фокусника, или холодильник — внутри этого короба появляется проекция человека. «Голограмма звонящего» может в реальном времени общаться с собеседниками и видеть их, при помощи установленной в коробе камеры.

«Голопортация» с помощью смартфона

У Microsoft система голографической коммуникации построена на базе Hololens. В очках смешанной реальности собеседники предстают друг перед другом не как реальные проекции себя, а как объемные цифровые аватары. Они могут разговаривать и взаимодействовать друг с другом — играть в игры, открывать статьи, демонстрировать графики и 3D-модели, ходить вокруг воображаемого стола.

Презентация Hololens 2

Компания Google в 2021 анонсировала видеочат Project Starline, который позволит собеседникам видеть друг друга будто на расстоянии вытянутой руки. Человек садится за стол с вертикально расположенным экраном, похожим на зеркало, в котором и отражается объемное изображение собеседника. Основное отличие технологии Google в том, что задний фон дисплея становится прозрачным, создавая эффект присутствия человека в комнате.

Медицина

Операция на сердце, проведенная в Сингапуре в 2022 году, наглядно демонстрирует пользу голографических технологий в медицине. Хирурги оперировали на сердце в очках Hololens 2, а перед ними в центре комнаты парила голограмма сердца пациента, созданная из снимков его компьютерной томографии. Профессор Теодорос Кофидис, проводивший операцию, уверяет, что такая технология позволяет «эффективно прогнозировать» исход операции, особенно для пациентов с анатомическими особенностями.

Врачи больницы в Кливленде используют в работе Hololens

Проведение операций в очках смешанной реальности позволяет врачам совершать действия в режиме hands-free: рассматривать снимки и результаты анализов пациента, открывать во всплывающем окне его историю болезни, в реальном времени советоваться с коллегами из разных концов света. Голография — один из ключевых инструментов в телемедицине. С помощью очков смешанной реальности Microsoft, врачи из Нагасаки могут консультировать пациентов на самых отдаленных и труднодоступных островах Японии: местный врач проводит осмотр пациента в очках Hololens. Камера на его устройстве «сканирует» пациента и выводит объемную проекцию на дисплей коллеге из университета Нагасаки, который также находится в очках. Врач из Нагасаки, не покидая своего кабинета, помогает вести осмотр и консультирует пациента.

Образование

Использование трехмерных технологий в образовании делает процесс обучения более интерактивным и наглядным. Например, можно рассмотреть парящую в воздухе 3D-модель Земли, чертеж здания или детально воссозданную кровеносную систему человека.Голографические очки также позволяют моделировать опасные ситуации, чтобы люди учились с ними справляться. Этой технологией заинтересовалась армия США и закупила у Microsoft модифицированные Hololens для проведения военных учений в более безопасной обстановке.

Голограммы в музеях делают экскурсии более интерактивными. Например, Египетский музей в Каире в качестве гидов предлагает виртуальных фараона Тутанхамона и царицу Анхесенамон.

Развлечения

Голография в сфере развлечений используется не только для «виртуального воскрешения» артистов. Мадонна выступила на сцене с нарисованными персонажами группы Gorillaz, а популярная японская певица Хацунэ Мику и вовсе существует только в виртуальной реальности, что не мешает ей активно гастролировать.

Выступление Хацунэ Мику

Российская компания SILA SVETA создает шоу на стыке искусства и высоких технологий с помощью голографических проекций и световых инсталляций для крупных артистов и коммерческих клиентов. Голограмма, помимо практических свойств, выглядит очень эффектно, поэтому часто используется для презентации продуктов.

А можно будет потрогать? Тренды голографии

«В будущем вместо того, чтобы просто общаться по телефону, вы сможете сидеть, как голограмма на моем диване, или я смогу сидеть, как голограмма на вашем диване, даже если мы находимся в разных штатах или на расстоянии сотен миль друг от друга», — именно так миллиардер Марк Цукерберг рисует будущее метавселенной, над которой не первый год трудится его компания Meta.

Другое направление голографии — попытки сделать голограммы осязаемыми. Еще в 2015 году японские ученые Digital Nature Group создали осязаемую голограмму с помощью фемтосекундных лазеров, способных создавать сверхкороткие импульсы. Голограмма выглядит как бабочка, она способна перемещаться в пространстве и даже сесть человеку на палец, создавая ощущение легкого покалывания (за счет лазерных импульсов).

В 2021 году исследователи из Университета Глазго создали голограмму с имитацией тактильных ощущений, посредством подачи струй воздуха через специальные форсунки. Исследователи назвали такую технологию «аэротактильной»: специальные датчики отслеживают движение руки во время взаимодействия и подают воздух соответственно. На презентации технологии, в качестве примера была представлена «аэротактильная» голограмма баскетбольного мяча, которую можно было трогать и крутить. На этом ученые и не думают останавливаться. По словам исследователя Равиндера Даахии, они намерены менять температуру подаваемого воздуха, чтобы создавать ощущение холода или тепла, а также добавлять ароматы. Возможно, скоро мы сможем не только увидеть Марка Цукерберга на своем диване, но и пожать ему руку.

Голографическое изображение и голографические картинки

Голографическое изображение обладает удивительными свойствами. Волна света, падающая на голограмму, отражается от ее рельефной поверхности и превращается в ту самую световую волну, которая исходила от объекта при записи. Таким образом, рисунок является результатом дифракции света на голограмме, а не результатом поглощения и рассеяния света разными цветами, как в полиграфии. Поэтому такое изображение в принципе невозможно получить с помощью традиционной полиграфии.

• прямой записью волны, отраженной реальным объектом на оптическом стенде,
• расчетом волны виртуального объекта и последующей записью расчетной голографической структуры с помощью электронного луча (E-beam) или оптической проекцией (dot-matrix).

В голографии, задавая параметры дифракции света, можно создавать разнообразные визуальные эффекты, невозможные при использовании других технологий.

При дифракции света на голограмме его характеристики меняются в зависимости от угла падения света и угла наблюдения. В полиграфии это не так, за исключением специальных красок.

Наиболее распространенными визуальными эффектами голографического изображения являются следующие:

• Эффект реального объема (3D голограмма). При рассматривании такой голограммы под разными углами у смотрящего создается ощущение, что он видит реальной 3D объект.
• Эффект смещения на 2D/ 3D голограмме, когда на голограмму записано 2 или более плоских слоев изображений, размещенных на разной глубине, которые сдвигаются по отношению друг к другу в зависимости от угла обзора.
• Эффект перелива — то, что принципиально отличает голографическое изображение от полиграфического. Любая радужная голограмма под разными углами обзора будет выглядеть по-разному, и будет переливаться всеми цветами радуги. Цвет каждого участка изображения меняется в зависимости от угла падения света и угла наблюдения, и этим можно управлять на этапе разработки дизайна.
• Эффект флип — переключение картинок, когда при небольшом повороте голограммы одно изображение пропадает, а на его месте возникает другое.
• Эффект пульсации — элемент голографической картинки увеличивается и уменьшается при наклоне голограммы, как бы пульсирует
• Эффект динамики. При изменение угла обзора, графические элементы изображения движутся. Голограммы с таким эффектом очень популярны и имеют много названий (кинеграммы, жирограммы).
• Псевдоцвет — хотя цвет голографической картинки меняется при наклоне голограммы, соотношение цветов сохраняется. Поэтому в каком-то определенном ракурсе оно может соответствовать реальному. То есть объект будет выглядеть в своих реальных цветах.
• Изображения сверхнизкой (сверхвысокой) частоты — визуальный эффект, когда на голограмме, помимо того, что мы видим под обычным углом обзора (вокруг 90 градусов), можно найти и другое изображение, посмотрев на нее под очень маленьким или очень большим углом (5-30° — 150-175°).

Эта классификация условна, поскольку визуальные возможности голографического изображения ограничены в большей степени человеческим воображением, способностью глаза к адаптации и возможностями современных материалов и оборудования. Некоторые из них существуют пока только в расчетах, и реализовать их можно будет лишь в будущем.

Помимо удивительных оптических эффектов, которые можно реализовать в изображении, у него есть и другие интересные особенности.
Каждый отдельно взятый участок трехмерного рисунка содержит в себе информацию всей голограммы. Предположим мы смотрим внутрь неосвещенного дома через окно. В зависимости от того, под каким углом, с какого расстояния и с каким освещением взглянуть в дом, мы сможем рассмотреть разные его части и в теории весь дом в целом. Разбить голографическое изображение на две части, это все равно, что закрыть половину этого окна. В оставшуюся часть мы сможем видеть все то же самое, но возрастут требования к яркости освещения, дистанциям и углам обзора. Это свойство называется информационной избыточностью. Оно легло в основу создания голографической памяти.

Принципиальным отличием голографической памяти является ее более распределенный характер — отдельные фрагменты информации записываются не на отдельные участки носителя, а вся информация записывается на всю площадь носителя одновременно. Это повышает емкость и надежность информационных носителей.

Другим свойством голограммы, помимо информационной избыточности является очень высокая плотность записи. Для примера, весь текст роман «Евгений Онегин» можно записать в виде изображения на голограмму размером меньше, чем 20*20 миллиметров. Его можно будет прочитать с помощью микроскопа. Это свойство также раскрывает широкие возможности по внедрению больших массивов информации, созданию максимально реалистичных изображений, и для защиты продукции от подделки с помощью голограмм. Микро и нано тексты часто используются в качестве дополнительной степени защиты. Обнаружить их, не зная точно, место расположения практически невозможно. И даже если их найти, копировать информационный массив придется вручную.

Голограмма может нести в себе скрытые графические элементы (concealed image), увидеть которые можно только с помощью специального оборудования (CLR-reader). Скрытые изображения широко используются в защитной голографии.

Слово голография происходит от греческого hólos — всеобъемлющий и графия — запись. Суть понятия — полная запись и воспроизведение параметров объекта. Долгое время этот термин жил только в научном обиходе, однако последнее время он приобрел небывалую популярность. Словом «голографический» называют объемные изображения в воздухе или в прозрачном материале, методы медицинской и психотерапии, а самой новомодной концепцией устройства вселенной является голографическая. Иногда это просто спекуляция модным словом, однако невозможно отрицать, что голографические технологии будут все шире распространяться в науке и в повседневной жизни. Объяснение этому простое. Наш мир трехмерен, поэтому для более точной передачи его объектов необходимо третье измерение.

Искать:

Новая трехмерная проекция в воздух

На этой фотографии, предоставленной лабораторией Дэна Смолли в Университете Бригама Янга в январе 2018 года, показана проекция исследователя Эриха Найгаарда в Прово, штат Юта. Согласно исследованию, опубликованному в среду, 23 января 2018 года, в журнале Nature, ученые выяснили, как манипулировать крошечными, почти невидимыми пылинками в воздухе и использовать их для создания изображений, более реалистичных, чем большинство голограмм. (Лаборатория Дэна Смолли, Университет Бригама Янга через AP)

Один из непреходящих научно-фантастических моментов большого экрана — R2-D2 проецирует трехмерное изображение принцессы Леи в воздух в «Звездных войнах» — ближе к реальности благодаря самому маленькому из экранов: пылевидным частицам. .

Ученые выяснили, как манипулировать невидимыми частицами в воздухе и использовать их для создания трехмерных изображений, более реалистичных и четких, чем голограммы, согласно исследованию, опубликованному в журнале за среду 9.0005 Природа . Ведущий автор исследования Дэниел Смолли сказал, что новая технология «печатает что-то в космосе, просто стирая это очень быстро».

В данном случае ученые создали маленькую бабочку, танцующую над пальцем, и образ аспирантки, имитирующей Лею в сцене из «Звездных войн».

Несмотря на то, что уже используются всевозможные голограммы, эта новая техника наиболее близка к воспроизведению сцены из «Звездных войн».

«То, как они это делают, действительно круто», — сказал Кертис Бродбент из Университета Рочестера, который не участвовал в исследовании, но работает над конкурирующей технологией. «Вокруг него может стоять круг людей, и каждый человек сможет увидеть его со своей точки зрения. А с голограммой это невозможно».

Крошечные пятнышки управляются лазерным светом, как вымышленный притягивающий луч из «Звездного пути», — сказал Смолли, профессор электротехники в Университете Бригама Янга. Однако идею ему подсказал другой научно-фантастический фильм: сцена из фильма «Железный человек», когда персонаж Тони Старк надевает голографическую перчатку. Этого не могло произойти в реальной жизни, потому что рука Старка искажала изображение.

По словам Смолли, переход от голограмм к этому типу технологии, технически называемой объемным дисплеем, подобен переходу от двухмерного принтера к трехмерному. Голограммы кажутся глазу трехмерными, но «все волшебство происходит на двумерной поверхности», — сказал Смолли.

Суть в том, чтобы улавливать и перемещать частицы вокруг потенциальных разрушений, таких как рука Тони Старка, чтобы «рука больше не мешала», — сказал Смолли.

Первоначально Смолли думал, что гравитация заставит частицы падать и сделать невозможным сохранение изображения, но энергия лазерного света изменяет давление воздуха таким образом, чтобы удерживать их в воздухе, сказал он.

На этой фотографии, предоставленной лабораторией Дэна Смолли в Университете Бригама Янга в январе 2018 года, показана проекция трехмерной треугольной призмы в Прово, штат Юта. Исследование этого объемного дисплея было опубликовано в журнале Nature в среду, 23 января 2018 года. Ведущий автор исследования Смолли сказал, что новая технология, освещающая частицы в воздухе, а затем возвращающая обратно свет от частиц, говорит Смолли. вы действительно печатаете что-то в космосе, просто очень быстро стирая это». (Лаборатория Дэна Смолли, Университет Бригама Янга через AP)

В других версиях объемного дисплея используются большие «экраны», и «вы не можете ткнуть в них пальцем, потому что ваши пальцы будут отрублены», — сказал профессор Массачусетского технологического института В. Майкл Боув, который не участвовал в исследовании. команде, но был наставником Смолли.

Устройство, которое использует Смолли, примерно в полтора раза больше детской коробки для завтрака, сказал он.

Профессор Дэниел Смолли и студенты. Фото: Нейт Эдвардс, BYU Photo

До сих пор проекции были крошечными, но с дополнительной работой и несколькими лучами Смолли надеется получить более крупные проекции.

Однажды этот метод можно будет использовать для помощи в медицинских процедурах, а также для развлечения, сказал Смолли. До ежедневного использования еще далеко.

На этой фотографии, предоставленной лабораторией Дэна Смолли в Университете Бригама Янга в январе 2018 года, показано проецированное изображение земли над кончиком пальца в Прово, штат Юта. Согласно исследованию, опубликованному в среду, 23 января 2018 года, в журнале Nature, ученые выяснили, как манипулировать крошечными, почти невидимыми пылинками в воздухе и использовать их для создания изображений, более реалистичных, чем большинство голограмм. (Лаборатория Дэна Смолли, Университет Бригама Янга через AP)

Узнать больше

Будущее голографического видео

Дополнительная информация:
Объемный дисплей с фотофоретической ловушкой, Nature (2018). nature.com/articles/doi:10. 1038/nature25176

Информация журнала:
Природа

© 2018 Ассошиэйтед Пресс. Все права защищены.

Цитата :
Лучше голограмм: новая трехмерная проекция в воздух (24 января 2018 г.)
получено 21 октября 2022 г.
с https://phys.org/news/2018-01-holograms-d-thin-air.html

Этот документ защищен авторским правом. Помимо любой добросовестной сделки с целью частного изучения или исследования, никакие
часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.

Новая технология создания свободно плавающих 3D-изображений, только не называйте это голограммой

• Гаджеты

Гленн Макдональд растровая, одноплоскостная, длинная экспозиция земли выше кончика пальца | Лаборатория Дэна Смолли, Университет Бригама Янга

Оптическая ловушка Отображаемое изображение, растровое, одноплоскостное, длинная экспозиция земли выше кончика пальца | Лаборатория Дэна Смолли, Университет Бригама Янга

Вот уже более 40 лет исследователи и специалисты по оптике пытаются создать так называемую «голограмму принцессы Леи» — отдельно стоящую трехмерную проекцию изображения, полностью состоящую из света, как знаменитая сцена из оригинального . Звездные войны , фильм 1977 года.

Очевидно, что это намного сложнее, чем представлял Джордж Лукас. Но новое исследование, опубликованное в журнале Nature , предполагает, что инженеры на один шаг ближе к достижению этой цели.

Используя метод фотофоретического оптического захвата, исследователи из Университета Бригама Янга разработали проекционную систему, которая создает небольшие полноцветные изображения, парящие в воздухе. Система не требует проекционной поверхности или специальных очков, а изображение видно под любым углом.

Таким образом, результат технически называется трехмерным объемным изображением в свободном пространстве. Это научный термин для разновидности «голограммы», которая была популяризирована в научно-фантастических фильмах, таких как «Звездные войны», , «Аватар», и «Железный человек». С научной точки зрения, голограммы представляют собой совершенно другую технологию, в которой трехмерное изображение кажется выскочившим из плоского экрана — например, те блестящие логотипы на вашей кредитной карте.

Выступая из своего офиса в Прово, штат Юта, профессор инженерии УБЯ Дэниел Смолли сказал, что устранение путаницы вокруг голограмм и объемных дисплеев — это первый шаг к пониманию новой технологии.

«Мотивация здесь в том, что нам нужен проектор принцессы Леи, и в нашем сознании это голограмма», — сказал Смолли Искателю. «Но на самом деле настоящая голограмма не способна создать такое изображение. Он ограничен апертурой дисплея. Я был разочарован, как и все остальные, когда обнаружил это».

Светящееся изображение, напоминающее футуристическую голограмму, парит в воздухе. Это объемный 3D дисплей. Используя крошечную частицу, подвешенную в лазерном свете, исследователи смогли создать цветные изображения высокого разрешения, занимающие реальное трехмерное пространство. Развитие этой технологии может привести к созданию сложных интерактивных дисплеев, обычных для научной фантастики.

Смолли и несколько студентов университетского колледжа электротехники и вычислительной техники работали вместе, чтобы разработать новый метод создания отдельно стоящих объемных изображений. На самом деле команда уже несколько лет спокойно работает над новой технологией.

Техника оптического захвата заключается в захвате и подвешивании крошечных физических частиц в воздухе с помощью специальных проекционных линз. Линзы фактически создают «дыру» холодного темного воздуха внутри круга более теплого освещенного воздуха. Когда частица приближается к периметру более теплого воздуха, она отталкивается обратно к центру.

— Это что-то вроде притягивающего луча, — сказал Смолли. «Если он попытается убежать, его нагреет яркость, которая снова подтолкнет его обратно к темноте».

Используя очень точную технику проецирования и очень маленькие частицы — около 10 микрон — система может фактически контролировать движение отдельных кусочков материала. (Для сравнения, типичный человеческий волос имеет толщину около 100 микрон.)

Эти плавающие частицы затем становятся «экраном» для второго набора лазерных проекторов. При попадании в цель точно сфокусированных лазерных лучей частицы рассеивают свет во всех направлениях. Двигайте частицы достаточно быстро, и вы сможете рисовать линии света в разреженном воздухе.

Профессор Дэниел Смолли (в центре) со студентами Эрихом Найгаардом (слева) и Уэсли Роджерсом (справа) стоят за лазерным столом в лаборатории, где они разработали новую технологию, называемую оптическим дисплеем-ловушкой. Проект в просторечии называют проектом принцессы Леи, потому что они пытаются создать образ из «Звездных войн». | Nate Edwards/BYU

Система может генерировать различные оптические эффекты, цвета и изображения, используя различные материалы для проецирующих частиц.

— Они могут быть кем угодно, — сказал Смолли. «Стеклянные бусины, алмазы, целлюлоза, вольфрам — самые разные материалы. Мы обнаружили, что наиболее эффективным является вещество, называемое черным щелоком, которое является побочным продуктом процесса производства бумаги. По сути, это просто бумага, целлюлоза. В его плотности, форме, пористости и спектре впитывания есть что-то такое, что заставляет его работать очень хорошо».

Оптическая ловушка сама по себе не нова, сказал Смолли.

«Фотофоретические ловушки существуют уже давно и используются для других целей», — сказал он. «Это хорошо для изоляции частиц и перемещения чего-то опасного из одного места в другое. Мы пытаемся найти новое применение».

На данный момент Смолли признает, что эта техника относительно ограничена. Проецируемые 3D-изображения действительно очень маленькие — меньше ногтя на мизинце. Но система может создавать более крупные изображения «бумажных кукол», которые кажутся двухмерными, хотя технически они имеют толщину в несколько десятков микрон. Фактически, исследовательская группа создала плоское изображение оригинальной сцены с принцессой Леей как дань уважения научно-фантастическим образам, которые в первую очередь вдохновили проект.

СВЯЗАННЫЕ: Оптика крыла бабочки помогает дешево создавать яркие реалистичные голограммы

Теперь задача, по словам Смолли, состоит в том, чтобы увеличить размер и разрешение проецируемых изображений. Что касается того, сможем ли мы когда-нибудь создать эти большие научно-фантастические дисплеи, Смолли настроен оптимистично.

«Думаю, у нас есть все, что нужно», — сказал он. «Первый шаг — оптимизировать ловушку и частицы. Я подозреваю, что если мы проведем настоящий методический обзор частиц в стиле Эдисона, мы сможем придумать лучшую ловушку».

Смолли надеется улучшить размер и разрешение изображений в три или четыре раза в ближайшем будущем. Настоящая хитрость, по его словам, будет заключаться в том, чтобы заставить несколько проекционных систем работать параллельно, что позволит создавать изображения, намного большие и более подробные, чем то, что можно создать сейчас.

— Вместо того, чтобы ловить по одной частице за раз, мы будем ловить десять, или сто, или тысячу, — сказал Смолли. «Это не должно быть слишком сложно. Знаменитые последние слова, я знаю.

На данный момент Смолли сказал, что он будет доволен, если ему удастся убедить людей перестать называть его изображения голограммами.

«Я очень надеюсь, что мы сможем это изменить», — сказал он. «Потому что в итоге мы тратим первые 15 минут каждого разговора, пытаясь устранить неоднозначность этих терминов. Если бы мы могли улучшить эту одну вещь, наша жизнь стала бы намного проще».

СМОТРЕТЬ: Как голограммы становятся лучше, чем когда-либо

Голограммы становятся реальностью: Стартап создает объекты из света и воздуха

Голограммы. Практически в каждом научно-фантастическом фильме и телешоу за последние 50 лет есть какая-то версия этой футуристической технологии. Реалистичный 3D-объект, состоящий только из света, обычно парящий над столом или взаимодействующий с нашими героями, просто кричит: «Это будущее!»

После бесчисленных разочаровывающих версий технологии стартап под названием Light Field Lab начал производство технологии SolidLight, предназначенной для создания реальных голограмм. Обещание — это, по сути, голопалуба из «Звездного пути», за исключением осязаемости и кровожадного Мориарти (надеюсь). Вот как это работает.

Сейчас играет:
Смотри:

В лаборатории по созданию настоящих голограмм в воздухе

5:40

Что является голограммой (и чем она не является)

Возможно, вы думаете: «Подумаешь, я видел голограммы много лет!» Ну да и нет. Подавляющее большинство визуальных эффектов, называемых «голограммами», не имеют ничего подобного. Например, если вы когда-либо катались на аттракционе «Особняк с привидениями» в парке Диснея, танцующие призраки не являются ни настоящими призраками (извините, спойлер), ни голограммами. Они используют технику под названием «Призрак Пеппера», которая восходит к началу 1800-х годов. Точно так же Тупак выступал «вживую» на сцене через 16 лет после своей смерти.

Тоже не голограммы? Вращающиеся светодиодные генераторы изображений, которые были на выставке CES несколько лет назад. 3D-дисплеи, VR и AR похожи на голограммы, но не настоящие. Даже 3D-рамки для картин Looking Glass — это не голограммы, они автостереоскопические, то есть 3D без очков — та же технология, что и в Nintendo 3DS.

Все мы хотим, когда думаем о «голограммах», что-то, что появляется в пространстве, как реальный объект. Не что-то, заключенное внутри специального крошечного экрана, на которое можно смотреть только под узким углом. В идеале нам нужна голопалуба или хотя бы принцесса Лея, которая просит Оби-Вана о помощи.

Итак. Много. Пиксели

Видение будущего SolidLight Display. Представьте, что вместо стандартного настольного настольного футбола вы можете играть против своих друзей на голографическом футбольном поле со сверхвысоким разрешением.

Лаборатория светового поля

Технология SolidLight от Light Field Lab звучит как научная фантастика. Компания стремится, по сути, воссоздавать объекты в реальном мире с помощью света, как в научно-фантастическом голодеке. Физика того, как они хотят заставить это работать, на самом деле довольно проста. Ну просто по замыслу, точно не просто по исполнению.

По сути, они вызывают взаимодействие световых волн в определенной точке, и это взаимодействие видно вашему глазу. Делая это часто, они могут создать иллюзию всего объекта, «сделанного» из света.

И когда я говорю много, я имею в виду много . Их панель диагональю 28 дюймов имеет 2,5 миллиарда пикселей. Для сравнения, у телевизора 4K их 8,2 млн. Они представляют себе голографические видеостены, состоящие из этих меньших панелей с более чем 245 миллиардами пикселей.

Эти пиксели намного сложнее, чем пиксели на вашем телефоне или экране телевизора. Они способны точно манипулировать фазой световых волн, поэтому взаимодействие этих волн создает голографический эффект. Стандартные ЖК- или OLED-пиксели просто должны создавать красный, зеленый и синий цвета. Пиксели SolidLight должны создавать определенные цвета в определенном месте перед дисплеем, чтобы изображение казалось выходящим за пределы экрана.

Лаборатория светового поля

Некоторые из вас, возможно, знакомы с аудиотехнологией Yamaha Intellibeam, в которой используется массив твитеров, создающих впечатление, что звук исходит из любой точки комнаты, кроме звуковой панели. По сути, это то же самое, только в микроскопическом масштабе, поскольку световые волны на несколько порядков меньше, чем молекулы воздуха, из которых состоят звуковые волны.

Ваше поле зрения на дисплее SolidLight в основном соответствует вашему полю зрения на дисплее. То есть, если вы смотрите на дисплей под углом 180 градусов в сторону, вы не видите голограмму. Это не совсем тот уровень магии (пока). Между вашим глазом и экраном все еще должна быть воображаемая линия, чтобы голограмма появилась между ними.

Изображение будущего дисплея SolidLight Display. Представьте себе одну стену конференц-зала, позволяющую просматривать проекты в голографическом 3D.

Лаборатория светового поля

Что делает SolidLight интересным, так это то, что для его работы вам не нужны никакие специальные очки, и вам не нужно находиться прямо перед экраном. Вы по-прежнему можете находиться под углом, и какая бы часть поля зрения вашего глаза ни была заполнена дисплеем SolidLight, вы увидите голограмму.

А поскольку технология масштабируема, вы можете иметь гораздо больший дисплей и гораздо более крупные голограммы. Представьте себе голографические дисплеи размером со стену и то, как они могут изменить правила игры в сфере развлечений. Забудьте о гарнитурах VR, как о комнатах VR . У вас может быть целая комната с дисплеями SolidLight на всех четырех стенах, полу и потолке, и у вас будет голодека. Или, по крайней мере, настолько близко, насколько могут быть современные технологии.

В конце концов такое должно быть возможно, но пока цели компании в отношении технологии немного более реалистичны. Они стремятся создавать голографические дисплеи размером от настольного до настенного. Последнее, я думаю, будет самым впечатляющим. Голографические интерактивные стены для встреч и совместной работы или для того, чтобы произвести впечатление на посетителей корпоративных офисов.

Компьютер, конечная программа

Как насчет того, чтобы вместо рекламных щитов или плоской рекламы поставить голограмму, которая выпрыгивает из стены? Назад в будущее, часть 2, кто-нибудь?

Лаборатория светового поля

Силиконовая долина изобилует случайными стартапами, которые каким-то образом получают капитал, но инвесторы Light Field Lab подобны тем, кто есть кто в серьезных технологиях, включая Samsung, Comcast и Verizon.