Holograficzne wideo dla Twojego domu

W ciemnym pokoju na końcu korytarza z biura Michaela Bove'a w Media Lab w MIT stoi aparat z białym ekranem wielkości pudełka na płyty CD. Kiedy Bove siada na krześle naprzeciwko maszyny i naciska przełącznik, obraz ludzkiej klatki piersiowej wydaje się wyskakiwać kilka cali poza ekran. Obraz jest wytwarzany przez Mark II, 14-letni holograficzny system wideo, który zajmuje większość pomieszczenia. Ale jego plastyka jest jedną z inspiracji dla własnego projektu Bove: wprowadzenia trójwymiarowych wyświetlaczy wideo na rynek konsumencki i medyczny.

Rozświetlające obrazy: Michael Bove trzyma hologram filiżanki.

Nowy system Bove, nazwany Mark III, ma zostać ukończony do końca lata. Może działać na standardowym komputerze z kartą graficzną i będzie wystarczająco mały, aby zmieścić się na biurku. (Dla kontrastu, wcześniejsza wersja Mark II wymagała całych stojaków komputerowych). Chociaż Bove nie ma jeszcze żadnych partnerów produkcyjnych, przewiduje, że produkt oparty na projekcie Mark III kosztowałby zaledwie kilkaset dolarów w produkcji i mógłby stają się standardem w gabinetach lekarskich jako sposób na oglądanie obrazów rezonansu magnetycznego i skanów tomografii komputerowej w szczegółach 3D. Byłoby to również w przedziale cenowym graczy i entuzjastów technologii.

Ta historia była częścią naszego wydania z lipca 2007 r.

• Zobacz resztę numeru
• Subskrybuj

Rozwój holograficznego wideo w MIT datuje się na koniec lat 80. XX wieku, kiedy naukowcy stworzyli Mark I, system weryfikacji koncepcji z wyświetlaczem o niskiej rozdzielczości. Ale Mark I i Mark II nigdy nie opuszczali laboratorium. Były, jak mówi Bove, głośne, wybredne i przyprawiały o ból szyi. I chociaż liczni badacze w Stanach Zjednoczonych, Japonii, Korei i Wielkiej Brytanii zainwestowali czas i pieniądze w holograficzne wideo, nikt jeszcze nie znalazł sposobu na zbudowanie systemu, który byłby kompaktowy, niedrogi i łatwy w użyciu.

W 2004 roku Bove, który jest szefem Consumer Electronics Lab w MIT, zaczął badać możliwości praktycznego wykorzystania holograficznych filmów wideo dla konsumentów. Dzięki coraz potężniejszym komputerom PC, małym, ultrajasnym laserom i innym kompaktowym urządzeniom optoelektronicznym, system przyjazny dla użytkownika jest teraz w zasięgu ręki. I, jak mówi, jest coraz więcej informacji trójwymiarowych, które kręcą się wokół i mogą być łatwo wyświetlane holograficznie. Na przykład wiele gier wideo jest obecnie opartych na wyrafinowanych trójwymiarowych modelach świata wirtualnego — modelach, które należy spłaszczyć na ekranach 2D komputerów PC lub automatów do gier. Podobnie dane trójwymiarowe w dużych magazynach szpitalnych obrazów rezonansu magnetycznego i skanów tomografii komputerowej muszą być renderowane jako przekroje dwuwymiarowe, aby lekarze i pacjenci mogli je zinterpretować.

Multimedia

• Obejrzyj demonstrację konfiguracji optycznej, która generuje wideo 3D.

Hologramy wideo Media Lab wydają się unosić nad kawałkiem matowego szkła. Elektroniczne urządzenie znajdujące się za szybą, zwane modulatorem światła, odtwarza wzory interferencyjne, które kodują informacje o przedstawionym przedmiocie. Światło laserowe uderzające w modulator rozprasza się tak samo, jak gdyby odbijało się od obiektu pod różnymi kątami.

Film holograficzny zaczyna się od obliczonego trójwymiarowego modelu poruszającego się obiektu lub sceny. Bove mówi, że model ten może mieć wiele punktów na powierzchni na różnych głębokościach, które zmieniają się w czasie. Aby ten model był holograficzny, komputer musi określić intensywność światła, które zostanie odbite od każdego punktu na obiekcie do punktu, w którym będą znajdować się oczy widza. Musisz stworzyć wzór dyfrakcyjny, który zrekonstruuje wszystkie różne natężenia dla wszystkich różnych kątów, mówi Bove. Odkrył, że chipy graficzne w dzisiejszych komputerach PC są mistrzami w wykonywaniu tego rodzaju renderowania 3D, obliczaniu wzorów dyfrakcyjnych i łączeniu ich w jedno wyjście wideo.

Po zakończeniu obliczeń wyjście jest podawane do modulatora światła. Wprowadzenie nowego modulatora, mówi Bove, jest głównym powodem, dla którego on i jego zespół byli w stanie zmniejszyć holograficzną konfigurację. Modulator jest niedrogim urządzeniem przystosowanym do użytku w telekomunikacji; Daniel Smalley, doktorant w laboratorium Bove'a, zmodyfikował jego komponenty, optymalizując je w celu konwersji sygnałów elektrycznych na wzory holograficzne. Wcześniejsze systemy holograficzne wykorzystywały do ​​18 oddzielnych modulatorów, które były wykonane z drogich materiałów i zajmowały dużo miejsca. Nowe urządzenie, mówi Bove, jest o połowę mniejsze od znaczka pocztowego. Jest szybki i może pomieścić dużą ilość danych, umożliwiając tworzenie hologramów o wysokiej rozdzielczości.

Kiedy światło z lasera lub zestawu laserów wchodzi do modulatora, jest przekształcane w serię wzorów dyfrakcyjnych, które są kształtowane i skupiane przez wiele soczewek i luster, zanim dotrą do ekranu. Jedną z zalet nowego modulatora, wyjaśnia Bove, jest to, że pozwala naukowcom uniknąć używania nieporęcznego obracającego się lustra, którego poprzednie konfiguracje wymagały, aby scena holograficzna nie dryfowała w poziomie. To lustro było zmorą dwóch wczesnych generacji [holograficznych] wyświetlaczy wideo, mówi. Teraz, gdy został wyeliminowany, Quinn Smithwick, stażysta w laboratorium, wymyślił, jak skrócić i złożyć ścieżkę optyczną systemu, aby niezbędne komponenty zmieściły się w przestrzeni o długości około pół metra.

Obecnie Mark III używa lasera gazowego umieszczonego w rurze o długości stopy. Ale w swojej ostatecznej wersji będzie używał lasera półprzewodnikowego wielkości znaczka pocztowego. Bove twierdzi, że system wyświetli monochromatyczną scenę wideo o rozmiarach zbliżonych do zdjęcia migawkowego, która będzie miała rozdzielczość standardowego obrazu telewizyjnego.

Mając świadomość, że tego rodzaju wyświetlacz nie sprawdzi się w zastosowaniach konsumenckich, Bove i jego zespół opracowali plany dotyczące następnej generacji systemu, Mark IV. Mark IV użyje zestawu potężnych czerwonych, niebieskich i zielonych laserów półprzewodnikowych, aby wyświetlać pełnokolorowe filmy na ekranie wielkości monitora komputerowego. Prototyp może być gotowy w ciągu najbliższych kilku lat.

Rynek oczywiście będzie decydował o tym, jak szybko, jeśli w ogóle, wideo holograficzne trafi do salonów lub gabinetów lekarskich. Jeśli jednak wszystko pójdzie dobrze, może to dać lekarzom lepszy wgląd w ciało, pozwolić naukowcom na dokładniejsze wizualizowanie danych i pomóc graczom głębiej zanurzyć się w wirtualnym świecie.

ukryć