Τα γυαλιά επαυξημένης πραγματικότητας μπορούν να αναβαθμίσουν την οπτική μας για τον κόσμο με ψηφιακές εικόνες και δεδομένα. Ωστόσο, ακόμη και τιτάνες του κλάδου όπως π.χ Google και Microsoft απέτυχαν να επινοήσουν ακουστικά επαυξημένης πραγματικότητας που δεν είναι ογκώδη, δεν προκαλούν πονοκεφάλους ή και τα δύο. Τώρα, με έναν συνδυασμό τρισδιάστατων ολογραμμάτων, τεχνητής νοημοσύνης και του είδους της φυσικής που καθιστούν δυνατούς τους μανδύες αορατότητας, οι ερευνητές ανέπτυξαν μια φορητή έγχρωμη οθόνη 3D AR τόσο άνετη όσο τα γυαλιά οράσεως, σύμφωνα με μια νέα μελέτη.
Ενώ Εικονική πραγματικότητα Τα σετ μικροφώνου-ακουστικού (VR) τυλίγουν το οπτικό πεδίο ενός ατόμου, εμποδίζοντας τη θέαση του πραγματικού κόσμου, επαυξημένης πραγματικότητας Τα ακουστικά (AR) τοποθετούν εικόνες στον πραγματικό κόσμο για να δημιουργήσουν μια μικτή πραγματικότητα. Οι πιθανές εφαρμογές μπορεί να περιλαμβάνουν απομακρυσμένη βοήθεια για επισκευές σπιτιού και άλλες εργασίες ή εμφάνιση χαρτών, οδηγιών και άλλων δεδομένων για να βοηθήσουν τους χρήστες να φτάσουν στους προορισμούς τους, να βρουν μέρη για αγορές ή να μάθουν περισσότερα για το περιβάλλον τους.
«Κάνουμε ένα μεγάλο βήμα προς αυτό που πιστεύω ότι θα μπορούσε να είναι η δολοφονική εφαρμογή της ολογραφίας – εξαιρετικά λεπτές, ρεαλιστικές, 3D οθόνες VR/AR που τελικά θα είναι τόσο λεπτές όσο τα συμβατικά γυαλιά οράσεως». —Gordon Wetzstein, Πανεπιστήμιο Στάνφορντ
Και ενώ το φάσμα των πιθανών εφαρμογών είναι ευρύ και διευρύνεται, η ευρεία υιοθέτηση του AR έχει αντιμετωπίσει μεγάλα εμπόδια. Για παράδειγμα, οι οθόνες AR ιδανικά δεν είναι μεγαλύτερες από τα συμβατικά γυαλιά οράσεως για άνετη καθημερινή χρήση, αλλά μέχρι τώρα έπρεπε να βασίζονται σε πολύπλοκες, ογκώδεις συστοιχίες φακών και άλλων οπτικών.
“Κανείς δεν θέλει να φοράει ένα μεγάλο ογκώδες ακουστικό – πονάς στον λαιμό και απλά δεν είναι άνετο”, λέει Γκόρντον Βέτζσταϊναναπληρωτής καθηγητής ηλεκτρολόγων μηχανικών στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ.
Επιπλέον, όπως οι συμβατικές οθόνες 3D, τα ακουστικά AR δημιουργούν συνήθως την ψευδαίσθηση του βάθους δείχνοντας σε κάθε μάτι μια διαφορετική εικόνα 2D. Ωστόσο, αυτή η στρατηγική μπορεί να οδηγήσει σε καταπόνηση των ματιών.
Αντί να χρησιμοποιούν εικόνες 2D για την προσομοίωση μιας τρισδιάστατης προβολής, οι επιστήμονες έχουν προηγουμένως εξερευνήσει τη δημιουργία ολογραφικές οθόνες βίντεο. Το ολόγραμμα είναι μια εικόνα που μοιάζει ουσιαστικά με ένα παράθυρο 2D που κοιτάζει σε μια τρισδιάστατη σκηνή, οδηγώντας σε εικόνες με βάθος που οι άνθρωποι μπορούν να δουν χωρίς ενόχληση.
“Με τη δουλειά μας, κάνουμε ένα μεγάλο βήμα προς αυτό που πιστεύω ότι θα μπορούσε να είναι η δολοφονική εφαρμογή της ολογραφίας – εξαιρετικά λεπτές, ρεαλιστικές οθόνες 3D VR/AR που τελικά θα είναι τόσο λεπτές όσο τα συμβατικά γυαλιά”, λέει ο Wetzstein. «Δεν είμαστε ακόμα εκεί, αλλά η δουλειά μας κάνει ένα μεγάλο βήμα προς αυτό το όραμα».
Οι εικόνες με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης καταδεικνύουν την κατασκευή μικροκλίμακας του σχεδιασμού μεταεπιφανειών της νέας τεχνολογίας γυαλιού AR. Ράβδοι ζυγαριάς: 2 μικρόμετρα [left]200 νανόμετρα [right].Stanford Computational Imaging/Nature
Προηγούμενες προσπάθειες δημιουργίας ολογραφικών οθονών AR αντιμετώπισαν προκλήσεις για την παραγωγή συμπαγών συσκευών με τρισδιάστατες εικόνες υψηλής ποιότητας. Στη νέα μελέτη, ερευνητές στο Στάνφορντ, στο Πανεπιστήμιο του Χονγκ Κονγκ και στον τεχνολογικό γίγαντα Nvidia έχουν ξεπεράσει αυτά τα προβλήματα με τη βοήθεια οπτικών μεταεπιφάνειες, τα οποία είναι εξαρτήματα σχεδιασμένα για να κάμπτουν το φως με ασυνήθιστους τρόπους. Ερευνα σε μεταεπιφάνειες και άλλες μεταϋλικά έχει οδηγήσει σε μανδύες αορατότητας που μπορεί να κρύψει αντικείμενα από λφως, ήχος, θερμότητακαι άλλα είδη κυμάτων, μεταξύ άλλων ανακαλύψεων.
Οπτικός μεταεπιφάνειες περιέχουν δομές με επαναλαμβανόμενα μοτίβα σε κλίμακες που είναι μικρότερες από τα μήκη κύματος του φωτός που έχουν σχεδιαστεί να επηρεάζουν. Οι επιστήμονες δημιούργησαν μια μετα-επιφάνεια που παρακάμπτει την ανάγκη για περίπλοκα, άχαρα οπτικά στην οθόνη AR τους.
Η νέα οθόνη λάμπει με κόκκινες, πράσινες και μπλε διόδους λέιζερ σε έναν χωρικό διαμορφωτή φωτός. Αυτό το εξάρτημα είναι σαν μια μικροσκοπική οθόνη που ελέγχει τη φάση του φωτός που κατευθύνεται σε αυτό για να «δημιουργήσει βασικά ένα μικρό τρισδιάστατο ολόγραμμα», λέει ο Wetzstein. Αυτό το ολόγραμμα στέλνεται στη συνέχεια σε ένα πλέγμα μετα-επιφανείας, το οποίο είναι κατασκευασμένο από γυαλί με βάση το μόλυβδο με αυλακώσεις βάθους 220 νανόμετρων χαραγμένες σε αυτό.
Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν την τεχνητή νοημοσύνη για να βοηθήσουν στο σχεδιασμό και τη βελτιστοποίηση της δομής της μεταεπιφάνειας. Αυτό το έκανε πολύ λεπτό και πολύ αποτελεσματικό στο να διασκορπίζει το φως ομοιόμορφα εκεί που το ήθελαν οι ερευνητές – στα μάτια των θεατών – αντί να διασκορπίζει τυχαία το φως με ανεξέλεγκτους τρόπους, λέει ο Wetzstein.
Ένας άλλος αλγόριθμος AI χρησιμοποιήθηκε για τον υπολογισμό του τρόπου μετατροπής τρισδιάστατων εικόνων σε ολογράμματα υψηλής ποιότητας, προσθέτει ο Wetzstein. Η τεχνητή νοημοσύνη βοηθά επίσης στη βαθμονόμηση ολόκληρης της οθόνης, συμπεριλαμβανομένων των οπτικών, των ηλεκτρονικών και των λέιζερ, λέει.
Το αποτέλεσμα είναι μια ολογραφική οθόνη AR που μοιάζει με τυπικά γυαλιά οράσεως που μπορεί να εμφανίζει έγχρωμες τρισδιάστατες κινούμενες εικόνες. «Η οθόνη τεχνητής νοημοσύνης μας είναι πιο λεπτή από την τρέχουσα εμφάνιση AR και, κυρίως, δείχνει τρισδιάστατες εικόνες σε κάθε μάτι», λέει ο Wetzstein. “Αυτό σας επιτρέπει να εστιάσετε τα μάτια σας σε διαφορετικές αποστάσεις στην ψηφιακή σκηνή, η οποία είναι μια δυνατότητα που δεν υποστηρίζεται από κανένα υπάρχον ακουστικό AR.” Η έλλειψη ενδείξεων εστίασης στις συμβατικές οθόνες AR και VR είναι αυτό που οδηγεί σε προβλήματα όπως η καταπόνηση των ματιών, η διπλή όραση και η μειωμένη οπτική διαύγεια, προσθέτει.
Εκτός από τις οθόνες AR, αυτά τα νέα ευρήματα θα μπορούσαν επίσης να οδηγήσουν σε συμπαγείς οθόνες VR, λέει Gun-Yeal Lee, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Στάνφορντ. “Οι εφαρμογές για οθόνες VR μπορεί να είναι απλούστερες από τις οθόνες AR, επειδή το AR απαιτεί απόδοση εικονικής εικόνας και διαφάνειας, καθιστώντας τον σχεδιασμό AR πιο προκλητικό.”
Επί του παρόντος, η νέα οθόνη AR μπορεί να επικαλύψει εικόνες μόνο σε ένα στενό οπτικό πεδίο. Ενώ κάθε ανθρώπινο μάτι μπορεί να παρέχει περίπου ένα Οπτικό πεδίο 130 μοιρών, και τα δύο μάτια που δουλεύουν μαζί μπορούν να παρέχουν οπτικό πεδίο σχεδόν 180 μοιρών όταν κοιτάζετε μπροστά, η νέα συσκευή μπορεί να εμφανίζει εικόνες μόνο σε ένα τόξο περίπου 12 μοιρών μπροστά στον θεατή. Αν και αυτό είναι συγκρίσιμο με πολλά εμπορικά συστήματα AR, οι επιστήμονες σημειώνουν ότι μελλοντική έρευνα θα μπορούσε να βελτιώσει αυτό το οπτικό πεδίο – για παράδειγμα, χρησιμοποιώντας ένα υλικό που είναι καλύτερο στην κάμψη του φωτός από το γυαλί που χρησιμοποιείται επί του παρόντος στη μεταεπιφάνεια.
Ωστόσο, μην περιμένετε να αγοράσετε ολογραφικά γυαλιά AR σύντομα. Ο Wetzstein προειδοποιεί ότι η τεχνολογία που έχουν αναπτύξει «δεν είναι ακόμη έτοιμη να μπει στη μαζική παραγωγή. Μπορεί να χρειαστούν χρόνια για να αναπτυχθεί αυτή η τεχνολογία απόδειξης των αρχών σε καταναλωτικό προϊόν».
Αναλυτικά οι επιστήμονες τα ευρήματά τους online σήμερα στο περιοδικό Φύση.
Από τα άρθρα του ιστότοπού σας
Σχετικά άρθρα γύρω από τον Ιστό