Μια ομάδα από το Πανεπιστήμιο του Τόκιο εισάγει μια πρακτική, οικονομικά αποδοτική μέθοδο για τη δημιουργία ολογραφικών εικόνων χρησιμοποιώντας smartphone, με στόχο να απλοποιήσει και να βελτιώσει τις οθόνες 3D για εικονική και επαυξημένη πραγματικότητα χωρίς τα μειονεκτήματα των συστημάτων που βασίζονται σε λέιζερ. (Έννοια του καλλιτέχνη).
Η μέθοδος για έγχρωμη τρισδιάστατη οθόνη δείχνει δυνατότητες βελτίωσης των εμπειριών επαυξημένης και εικονικής πραγματικότητας.
Οι επιστήμονες δημιούργησαν μια μέθοδο για την παραγωγή τρισδιάστατων έγχρωμων ολογραφικών εικόνων χρησιμοποιώντας οθόνες smartphone αντί για λέιζερ. Αυτή η καινοτόμος τεχνική, με πρόσθετες εξελίξεις, έχει τη δυνατότητα για οθόνες επαυξημένης ή εικονικής πραγματικότητας.
Είτε οι οθόνες επαυξημένης και εικονικής πραγματικότητας χρησιμοποιούνται για παιχνίδια, εκπαίδευση ή άλλες εφαρμογές, η ενσωμάτωση τρισδιάστατων οθονών μπορεί να δημιουργήσει μια πιο ρεαλιστική και διαδραστική εμπειρία χρήστη.
«Αν και οι τεχνικές ολογραφίας μπορούν να δημιουργήσουν μια τρισδιάστατη αναπαράσταση αντικειμένων με πολύ πραγματική εμφάνιση, οι παραδοσιακές προσεγγίσεις δεν είναι πρακτικές επειδή βασίζονται σε πηγές λέιζερ», δήλωσε ο επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας Ryoichi Horisaki, από Το Πανεπιστήμιο του Τόκιο στην Ιαπωνία. «Τα λέιζερ εκπέμπουν συνεκτικό φως που είναι εύκολο να ελεγχθεί, αλλά κάνουν το σύστημα περίπλοκο, ακριβό και δυνητικά επιβλαβές για τα μάτια».
Στο περιοδικό Optica Publishing Group Γράμματα Οπτικής, οι ερευνητές περιγράφουν τη νέα τους μέθοδο, η οποία βασίζεται στην ολογραφία που δημιουργείται από υπολογιστή (CGH). Χάρη σε έναν νέο αλγόριθμο που ανέπτυξαν, μπόρεσαν να χρησιμοποιήσουν μόνο ένα iPhone και ένα οπτικό στοιχείο που ονομάζεται χωρικός διαμορφωτής φωτός για την αναπαραγωγή μιας τρισδιάστατης έγχρωμης εικόνας που αποτελείται από δύο ολογραφικά στρώματα.
Οι ερευνητές ανέπτυξαν μια μέθοδο τρισδιάστατης έγχρωμης απεικόνισης που χρησιμοποιεί οθόνη smartphone, αντί λέιζερ, για τη δημιουργία ολογραφικών εικόνων. Εμφανίζονται τα πειραματικά τους αποτελέσματα, στα οποία είναι παρατηρήσιμη μια συνεχής μετάβαση από το πρώτο στρώμα στο δεύτερο στρώμα. Credit: Ryoichi Horisaki, The University of Tokyo
«Πιστεύουμε ότι αυτή η μέθοδος θα μπορούσε τελικά να είναι χρήσιμη για την ελαχιστοποίηση της οπτικής, τη μείωση του κόστους και τη μείωση της πιθανής βλάβης στα μάτια σε μελλοντικές οπτικές διεπαφές και εφαρμογές τρισδιάστατης απεικόνισης», δήλωσε ο Otoya Shigematsu, ο πρώτος συγγραφέας της εργασίας. «Πιο συγκεκριμένα, έχει τη δυνατότητα να βελτιώσει την απόδοση των οθονών κοντά στα μάτια, όπως αυτές που χρησιμοποιούνται σε ακουστικά εικονικής πραγματικότητας υψηλής τεχνολογίας».
Μια πιο πρακτική προσέγγιση
Αν και το CGH χρησιμοποιεί αλγόριθμους για την παραγωγή εικόνων, το συνεκτικό φως από ένα λέιζερ συνήθως απαιτείται για την εμφάνιση αυτών των ολογραφικών εικόνων. Σε μια προηγούμενη μελέτη, οι ερευνητές έδειξαν ότι το χωροχρονικά ασυνάρτητο φως που εκπέμπεται από μια δίοδο εκπομπής φωτός με λευκό τσιπ θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για CGH. Ωστόσο, αυτή η ρύθμιση απαιτούσε δύο χωρικούς διαμορφωτές φωτός – συσκευές που ελέγχουν τα μέτωπα κύματος του φωτός – κάτι που δεν είναι πρακτικό λόγω του κόστους τους.
Στη νέα μελέτη, οι ερευνητές ανέπτυξαν μια λιγότερο δαπανηρή και πιο πρακτική ασυνάρτητη μέθοδο CGH. «Αυτή η εργασία ευθυγραμμίζεται με την εστίαση του εργαστηρίου μας στην υπολογιστική απεικόνιση, ένα ερευνητικό πεδίο αφιερωμένο στην καινοτομία συστημάτων οπτικής απεικόνισης ενσωματώνοντας την οπτική με την επιστήμη της πληροφορίας», δήλωσε ο Horisaki. «Εστιάζουμε στην ελαχιστοποίηση των οπτικών στοιχείων και στην εξάλειψη των μη πρακτικών απαιτήσεων στα συμβατικά οπτικά συστήματα».
Ο πρώτος συγγραφέας Otoya Shigematsu παρουσιάζεται στο εργαστήριο με τη διάταξη οπτικού πειράματος που χρησιμοποιείται για το έργο. Credit: Ryoichi Horisaki, The University of Tokyo
Η νέα προσέγγιση περνάει το φως από την οθόνη μέσω ενός χωρικού διαμορφωτή φωτός, ο οποίος παρουσιάζει πολλαπλά στρώματα μιας έγχρωμης τρισδιάστατης εικόνας. Αν και αυτό μπορεί να φαίνεται απλό, απαιτούσε προσεκτική μοντελοποίηση της διαδικασίας ασυνάρτητης διάδοσης φωτός από την οθόνη και στη συνέχεια χρήση αυτών των πληροφοριών για την ανάπτυξη ενός νέου αλγόριθμου που συντόνιζε το φως που προέρχεται από την οθόνη της συσκευής με έναν ενιαίο χωρικό διαμορφωτή φωτός.
Ολογραφικές εικόνες από smartphone
«Οι ολογραφικές οθόνες που χρησιμοποιούν φως χαμηλής συνοχής θα μπορούσαν να ενεργοποιήσουν ρεαλιστικές τρισδιάστατες οθόνες ενώ δυνητικά μειώνουν το κόστος και την πολυπλοκότητα», δήλωσε ο Shigematsu. «Αν και πολλές ομάδες, συμπεριλαμβανομένης της δικής μας, έχουν επιδείξει ολογραφικές οθόνες χρησιμοποιώντας φως χαμηλής συνοχής, φτάσαμε αυτή την ιδέα στα άκρα χρησιμοποιώντας μια οθόνη smartphone».
Για να επιδείξουν τη νέα μέθοδο, οι ερευνητές δημιούργησαν μια οπτική αναπαραγωγή δύο επιπέδων μιας έγχρωμης τρισδιάστατης εικόνας εμφανίζοντας ένα ολογραφικό στρώμα στην οθόνη ενός iPhone 14 Pro και ένα δεύτερο στρώμα σε έναν διαμορφωτή χωρικού φωτός. Η εικόνα που προέκυψε μετρούσε μερικά χιλιοστά σε κάθε πλευρά.
Οι ερευνητές εργάζονται τώρα για να βελτιώσουν την τεχνολογία, ώστε να μπορεί να εμφανίζει μεγαλύτερες τρισδιάστατες εικόνες με περισσότερα επίπεδα. Πρόσθετα στρώματα θα έκαναν τις εικόνες να φαίνονται πιο ρεαλιστικές βελτιώνοντας τη χωρική ανάλυση και επιτρέποντας στα αντικείμενα να εμφανίζονται σε πολλά διαφορετικά βάθη ή αποστάσεις από τον θεατή.
Αναφορά: «Ολογραφία που δημιουργήθηκε από υπολογιστή με συνηθισμένη οθόνη» από τους Ryoichi Horisaki, Otoya Shigematsu και Makoto Naruse, 14 Απριλίου 2024, Γράμματα Οπτικής.
DOI: doi:10.1364/OL.516005