Новий алгоритм перетворює iPhone на голографічні проектори

Метод повнокольорового 3D-дисплею демонструє потенціал для покращення досвіду доповненої та віртуальної реальності. Вчені створили метод створення 3D-повнокольорових голографічних зображень за допомогою екранів смартфонів замість лазерів. Ця інноваційна техніка з додатковими вдосконаленнями має потенціал для дисплеїв доповненої або віртуальної реальності.

Незалежно від того, чи використовуються дисплеї доповненої та віртуальної реальності для ігор, освіти чи інших додатків, включення 3D-дисплеїв може створити більш реалістичний та інтерактивний досвід користувача.

«Хоча методи голографії можуть створити дуже реалістичне 3D-зображення об’єктів, традиційні підходи непрактичні, оскільки вони покладаються на лазерні джерела», — сказав керівник дослідницької групи Ріоічі Хорісакі з Токійського університету в Японії. «Лазери випромінюють когерентне світло, яким легко керувати, але вони роблять систему складною, дорогою та потенційно шкідливою для очей».

У журналі видавничої групи Optica Publishing Group Optics Letters дослідники описують свій новий метод, який базується на комп’ютерній голографії (CGH). Завдяки новому алгоритму, який вони розробили, вони змогли використовувати лише iPhone і оптичний компонент під назвою просторовий модулятор світла для відтворення кольорового 3D-зображення, яке складалося з двох голографічних шарів.

«Ми вважаємо, що цей метод зрештою може бути корисним для мінімізації оптики, зниження витрат і потенційної шкоди для очей у майбутніх візуальних інтерфейсах і 3D-дисплеях», — сказав Отоя Сігемацу, перший автор статті. «Більш конкретно, він має потенціал для підвищення продуктивності дисплеїв поблизу очей, таких як ті, що використовуються в високоякісних гарнітурах віртуальної реальності».

Більш практичний підхід

Хоча CGH використовує алгоритми для створення зображень, для відображення цих голографічних зображень зазвичай потрібне когерентне світло від лазера. У попередньому дослідженні дослідники показали, що просторово-часове некогерентне світло, випромінюване білим вбудованим світлодіодом, можна використовувати для CGH. Однак ця установка вимагала двох просторових модуляторів світла — пристроїв, які контролюють хвильові фронти світла — що непрактично через їхню вартість.

У новому дослідженні дослідники розробили менш дорогий і більш практичний некогерентний метод CGH. «Ця робота узгоджується з фокусом нашої лабораторії на обчислювальній візуалізації, дослідницькій галузі, присвяченій інноваційним оптичним системам візуалізації шляхом інтеграції оптики з інформатикою», — сказав Хорісакі. «Ми зосереджуємося на мінімізації оптичних компонентів і усуненні непрактичних вимог у звичайних оптичних системах».

Новий підхід пропускає світло від екрана через просторовий модулятор світла, який представляє кілька шарів повнокольорового 3D-зображення. Хоча це може здатися простим, це вимагало ретельного моделювання процесу некогерентного поширення світла від екрана, а потім використання цієї інформації для розробки нового алгоритму, який координував світло, що надходить від екрана пристрою, за допомогою одного просторового модулятора світла.

Голографічні зображення зі смартфона

«Голографічні дисплеї, які використовують світло з низькою когерентністю, можуть забезпечити реалістичні 3D-дисплеї, потенційно зменшуючи витрати та складність», — сказав Шігемацу. «Хоча кілька груп, включаючи нашу, продемонстрували голографічні дисплеї з використанням низькокогерентного світла, ми довели цю концепцію до крайності, використовуючи дисплей смартфона».

Щоб продемонструвати новий метод, дослідники створили двошарове оптичне відтворення повнокольорового 3D-зображення, відобразивши один голографічний шар на екрані iPhone 14 Pro, а другий — на просторовому модуляторі світла. Отримане зображення має розміри кількох міліметрів з кожного боку.

Зараз дослідники працюють над вдосконаленням технології, щоб вона могла відображати більші 3D-зображення з більшою кількістю шарів. Додаткові шари зроблять зображення більш реалістичними, покращуючи просторову роздільну здатність і дозволяючи об’єктам відображатися на різних глибинах або відстанях від глядача.