Були досягнуті значні успіхи в технологіях відображення для створення захоплюючої та інтерактивної реальності. Серед них особливо виділяються технології голографія та 3D-проекції завдяки здатності відображати тривимірні зображення, які можна розглядати без спеціальних окулярів та головного убору. Ці технології мають на меті відтворити те, як ми сприймаємо реальний світ, пропонуючи глибину, занурення та можливість взаємодії з віртуальними об’єктами так, ніби вони фізично присутні. У цій статті розглядаються досягнення голографічної технології та 3D-дизайну, заглиблюючись у їхні принципи, поточні застосування, проблеми та потенціал для створення інтерактивної реальності.
Розуміння голографії
Визначення та принципи
Голографія — це техніка, яка записує та реконструює світлові поля, випромінювані об’єктом, у результаті чого створюється тривимірне зображення, яке називається голограмою. На відміну від традиційної фотографії, яка фіксує лише інформацію про інтенсивність, голографія записує як амплітуду, так і фазу світлової хвилі.
- Інтерференція та дифракція: Голографія ґрунтується на інтерференційних картинах, створених, коли когерентне джерело світла (наприклад, лазер) освітлює об’єкт і зливається з опорним променем.
- Матеріал для запису: Інтерференційне чорнило записується на світлочутливий матеріал, такий як фотоплівка або цифрові датчики.
- Реконструкція: Коли записана голограма освітлюється реконструюючим променем, вона дифрагує світло, відтворюючи оригінальне світлове поле та створюючи тривимірне зображення.
Види голограм
- Трансляційні голограми: Крізь них проходить світло, створюючи за голограмою тривимірне зображення.
- Світловідбиваючі голограми: При перегляді світла, що відбивається від них, створюючи тривимірне зображення перед або позаду голограми.
- Райдужні голограми: Зазвичай використовується в кредитних картках і бірках безпеки; показує спектр кольорів.
- Цифрові голограми: Створено та оброблено за допомогою цифрових методів, що дозволяє створювати динамічні та інтерактивні голографічні дисплеї.
Досягнення голографічної технології
Цифрова голографія
- Комп'ютерна голографія: Використовує комп’ютерні алгоритми для створення голограм без потреби у фізичних об’єктах.
- Просторові модулятори світла (SLM): Пристрої, які модулюють світло відповідно до шаблону цифрової голограми, що забезпечує голографічне відображення в реальному часі.
- Технології перетворення Фур'є: Алгоритми, які обчислюють голограми шляхом перетворення просторової інформації в частотні області.
Голографічні дисплеї
- Технологія лазерної плазми: Створення голографічних зображень у повітрі шляхом іонізації молекул повітря за допомогою лазерів.
- Голографічні оптичні елементи (HOE): Такі компоненти, як лінзи або канавки, створюються за допомогою голографії для управління світлом для дисплеїв.
- Об'ємні показання: Створення зображень в об’ємі простору, що дозволяє переглядати з кількох ракурсів.
Доповнена реальність (AR) і голографія
- Голографічні хвилеводи: Використовується з окулярами AR, такими як Microsoft HoloLens, для накладання голографічних зображень на реальний світ.
- Індикація світлового поля: Відтворює зображення шляхом відтворення світлового поля, створюючи голографічні ефекти без налобників.
Помітні етапи розвитку
- Голографічна телеприсутність: Проектує 3D-зображення людей у натуральну величину в реальному часі, забезпечуючи захоплюючу взаємодію.
- Ультрареалістичні голограми: Удосконалення роздільної здатності та відтворення кольорів роблять голограми більш реалістичними.
Технології 3D проектування
Принципи 3D дизайну
Технології 3D-проекції створюють ілюзію глибини, представляючи різні зображення для кожного ока, імітуючи стереоскопічний зір.
- Анагліф 3D: Використовує кольорові фільтри (червоні/блакитні окуляри) для розділення зображень для кожного ока.
- Поляризоване 3D: Для розділення зображень використовує поляризоване світло та окуляри.
- Активне закриття 3D: Використовує електронні окуляри, які по черзі блокують кожне око, відповідаючи частоті оновлення покажчика.
- Автостереоскопічні показання: Забезпечує 3D-зображення без потреби в окулярах, за допомогою лінзових лінз або пароксизмальних бар’єрів.
Голографічна проекція
Хоча їх часто називають «голографічною проекцією», багато систем насправді є вдосконаленими 3D-проекціями, які створюють ефекти, схожі на голограму.
- Ілюзія Духа Пеппера: Старий театральний трюк, адаптований за допомогою сучасних технологій для перенесення зображень на прозорі поверхні.
- Димові завіси та вода заспокоює: Проектує зображення на тонкі частинки повітря, створюючи плаваючі зображення.
- Показання до лазерної плазми: Використовує лазери для іонізації молекул повітря, створюючи видимі точки світла в повітрі.
Останні інновації
- Інтерактивні 3D-проекції: Системи, які дозволяють користувачам взаємодіяти з проектованими зображеннями за допомогою жестів або дотиків.
- Проекції на 360 градусів: Створює зображення, видимі з усіх кутів, покращуючи занурення.
- Карти дизайну: Перетворює неправильні поверхні в динамічні дисплеї, які часто використовуються в художніх інсталяціях і рекламі.
Додатки
Розваги та ліс
- Концерти та вистави: Голографічні проекції повертають мертвих артистів до життя на сцені або дозволяють живим виконавцям з’являтися в кількох місцях одночасно.
- Фільми та ігри: Покращені 3D-візуальні ефекти сприяють захоплюючому оповіданню історій та іграм.
- Тематичні парки: У атракціонах використовуються голографія та 3D-проекції, щоб забезпечити інтерактивні та захоплюючі враження.
Освіта та навчання
- Голографія анатомічних моделей: Голографічні дисплеї надають детальні інтерактивні 3D-моделі для медичної освіти.
- Історичні реконструкції: Оживляє історичні події чи артефакти в музеях і навчальних закладах.
- Технічна підготовка: Дозволяє візуалізувати складні машини або процеси в тривимірному просторі.
Бізнес і спілкування
- Голографічні телеконференції: Дозволяє віддалені зустрічі з 3D-зображеннями учасників у натуральну величину.
- Візуалізація товару: Роздрібні продавці представляють товари як голограми, що дозволяє клієнтам розглядати їх з усіх боків.
- Оголошення: Голографічні дисплеї, що привертають увагу, привертають увагу та покращують взаємодію з брендом.
Медична та наукова візуалізація
- Хірургічне планування: Голографічне зображення допомагає хірургам візуалізувати анатомію до та під час операції.
- Представлення даних: Складні набори даних можна візуалізувати в тривимірному просторі, покращуючи розуміння.
- дослідження: Дозволяє детально вивчати структуру молекул або астрономічні явища.
Мистецтво та дизайн
- Інтерактивні установки: Художники використовують голографію для створення динамічних, захоплюючих робіт.
- Архітектурна візуалізація: 3D-візуалізація допомагає архітекторам і клієнтам візуалізувати проекти будівель.
Виклики та обмеження
Технічні виклики
- Роздільна здатність і якість: Досягнення повноцінної голограми з високою роздільною здатністю залишається технічною проблемою.
- Кути огляду: Багато голографічних дисплеїв мають обмежену область перегляду, що впливає на взаємодію з користувачем.
- Затримка: Для взаємодії в реальному часі потрібні системи з низькою затримкою, реалізація яких може бути складною.
Ціна та наявність
- Дорогі пристрої: Високоякісні голографічні системи можуть бути непомірно дорогими.
- Масштабування: Створення великих голографічних дисплеїв складне і дороге.
Здоров'я та безпека Вибори
- Втома очей: Перегляд 3D-вмісту протягом тривалого періоду часу може викликати дискомфорт або втому очей.
- Розлади рухів: Неправильно налаштовані ІМК можуть викликати рухові розлади або мігрень.
Створення контенту
- Складність: Створення голографічного вмісту вимагає спеціальних навичок та інструментів.
- Стандарти: Відсутність універсальних стандартів ускладнює сумісність контенту між різними системами.
Майбутні напрямки голографії та інтерактивної реальності
Технологічні інновації
- Покращені матеріали: Розробка нових фотополімерів і матеріалів для запису покращує якість голограм.
- Квантова технологія та нанотехнологія: Забезпечує кращу передачу кольору та ефективність голографічних дисплеїв.
- Штучний інтелект (AI): Алгоритми штучного інтелекту оптимізують створення голограм і рендеринг у реальному часі.
Інтеграція з іншими технологіями
- Віртуальна реальність (VR) і доповнена реальність (AR): Поєднання голографії з VR/AR забезпечує захоплюючі враження.
- Підключення 5G: Високошвидкісні мережі сприяють голографічному спілкуванню в реальному часі.
- Інтернет речей (IoT): Голографічні інтерфейси для керування та візуалізації пристроїв IoT, покращуючи досвід.
Розширена область застосування
- Створення Метавсесвіту: AI як ключова технологія для створення взаємопов’язаних віртуальних світів.
- Персоналізований досвід: AI створює унікальні віртуальні середовища, адаптовані до індивідуальних уподобань.
Прогрес у сфері голографії та технологій 3D-проекції постійно розширює межі того, як ми сприймаємо цифровий вміст і взаємодіємо з ним. Від розваг до освіти, ці технології мають потенціал для створення по-справжньому захоплюючих та інтерактивних реалій, які вписуються між віртуальним і фізичним світами. Незважаючи на те, що проблеми в технологічних межах, ціноутворенні та створенні контенту залишаються, постійні дослідження та інновації продовжують усувати ці перешкоди. Оскільки голографічна технологія стає все складнішою та доступнішою, її інтеграція в різні сфери повсякденного життя, ймовірно, зростатиме, змінюючи способи спілкування, навчання та сприйняття світу навколо нас.
Посилання
- Габор Д. (1948). Новий мікроскопічний принцип. природа, 161 (4098), 777–778.
- Бентон, С. А. (1992). Реконструкції голограм із розширеними некогерентними джерелами. Журнал Оптичного товариства Америки, 59 (11), 1545–1546.
- Слінгер К., Кемерон К. та Стенлі М. (2005). Комп’ютерно створена голографія як загальна технологія відображення. комп'ютер, 38(8), 46–53.
- Маймоне, А. та ін. (2017). Голографічні дисплеї поблизу очей для віртуальної та доповненої реальності. Транзакції ACM щодо графіки, 36(4), 85.
- Привид Пеппера. (2016). Енциклопедія оптичної та фотонної техніки. Тейлор і Френсіс.
- Пун, Т.-К., і Кім, Т. (2006). Інженерна оптика з MATLAB. Всесвітнє наукове видавництво.
- Ebrahimi, E., et al. (2018). Об'ємні дисплеї: перевертання 3D навиворіт. Оптика Експрес, 26 (11), 13661–13677.
- Кім, Дж., Чен, Л. (2016). Голографічний 3D-дисплей та його застосування. Оптика Експрес, 27 (22), 31620–31631.
- Бланделл, Б. Г. (2010). 3D-дисплеї та просторова взаємодія: дослідження науки, мистецтва, еволюції та використання 3D-технологій. CRC Press.
- Долгоф Е. (2006). Голографічний 3D-дисплей у реальному часі 360°. Праці SPIE, 6136, 61360K.
- Чжан, Дж., Чен, Л. (2018). Голографічний 3D-дисплей та його застосування. Досягнення оптики та фотоніки, 10(3), 796–865.
- Smalley, D.E. та ін. (2018). Волюметричний дисплей з фотофоретичною пасткою. природа, 553 (7689), 486–490.
- Іші М. та ін. (2012). Голографічний 3D-дисплей в межах апертури мініатюрного проекційного об’єктива. Оптика Експрес, 20(26), 27369–27377.
- Chu, D. та ін. (2019). Голографічні дисплеї поблизу очей на основі складених просторових модуляторів світла. Оптика Експрес, 27 (19), 26323–26337.
- Сазерленд, І.Є. (1968). Тривимірний дисплей, встановлений на голові. Матеріали осінньої об'єднаної комп'ютерної конференції, 757–764.
- Кім Ю. та ін. (2020). Візуалізація голографічної стереограми в реальному часі з адаптивною до вмісту шаровою голографією глибини. Комунікації природи, 11(1), 206.
- Барко, Л. (2015). Голографічна та 3D-проекція: відображення та просторова взаємодія. Товариство відображення інформації.
- Kress, BC, & Cummings, WJ (2017). На шляху до найвищого досвіду змішаної реальності: вибір архітектури дисплея HoloLens. Дайджест технічних документів симпозіуму SID, 48 (1), 127–131.
- Джавіді Б. та Таджахуерсе Е. (2000). Тривимірне розпізнавання об'єктів за допомогою цифрової голографії. Оптика Букви, 25 (9), 610–612.
← Попередня стаття Наступна стаття →
- Технологічні інновації та майбутнє реальності
- Віртуальна реальність: технології та застосування
- Інновації доповненої реальності та змішаної реальності
- Метавсесвіт: єдина віртуальна реальність
- Штучний інтелект і змодельовані світи
- Інтерфейси мозок-комп’ютер і нейронне занурення
- Відеоігри як захоплююча альтернативна реальність
- Технології голографії та 3D-проекції
- Трансгуманізм і постлюдські реалії
- Етичні міркування у віртуальній та імітованій реальності
- Перспективи майбутнього: поза межами сучасних технологій