ГОЛОГРАФИЧЕСКИЕ 3D ДИСПЛЕИ

Голографические 3D дисплеи (далее H3D) воспроизводят непрерывное световое поле, соответствующее световому полю реальной 3D сцены. Однако, современная техника немыслима без цифровой обработки сигналов, стало быть, любая непрерывная функция с некоторой точностью приближается рядом дискретных значений. Световое поле не исключение, поэтому H3D можно рассматривать как дальнейшее развитие мультивидовых дисплеев с очень большим количеством воспроизводимых ракурсов.

ПРИНЦИП: Разделение объема воспроизведения множеством условных вертикальных плоскостей, проходящих через центр экрана. В каждой части разбитого плоскостями пространства наблюдается свой вид (ракурс) объемной сцены.

Обычно, когда речь заходит о H3D, имеют в виду устройство, способное воспроизводить на некоемом материале подобие традиционной голограммы, то есть вычислять и отображать фиксируемую ей в виде дифракционных структур интерференционную картину светового поля, причем делать это в реальном времени. Такой подход не учитывает, что каждый малый участок голограммы представляет из себя дифракционную решетку, выполняющую роль отклоняющего элемента и нет нужды каждый раз, когда нужно изменить угол отклонения луча, рассчитывать и отображать ее. Самое удивительное, что есть ученые, разрабатывающие это финансово и информационно сверхзатратное направление. Например, американцы из Массачусетского технологического разработали прототип, в котором воспроизводится изображение, рассчитанное на компьютере. Голограмма формируется с помощью акустооптического модулятора: луч лазера модулируется акустическими колебаниями, воздействующими на кристалл, который расположен перед фокусирующей линзой.

Прорисовка изображения выполняется механической зеркальной разверткой. Для монохромной картинки размером 15 x 15 x 20 см требуется поток данных около 2 гигапикселов в секунду. Японцы пытаются воспроизводить голограммы с помощью проекционных LCD матриц (используются в видеопроекторах), каждая из которых воспроизводит небольшой отдельный участок голограммы. Поскольку диагональ таких матриц не превышает 1,8 дюйма, для получения голограммы нужной площади пришлось использовать множественные конфигурации и устройства сведения для объединения различных частей голограммы. Поток данных, требуемый для воссоздания полноценного образа, достигает приблизительно одного терабайта в секунду. Монохроматическая голограмма с площадью проекции 1 кв.см - это пока максимум, чего удалось добиться исследователям.

Голограмма 3D объекта может быть рассчитана как совокупность голографических образов составляющих его вокселей. Образ вокселя представляет из себя фиксированный паттерн, зависящий только от "глубины залегания", т.е. Z-координаты вокселя и не зависящий от координат X и Y. Паттерны для всего диапазона значений Z могут быть рассчитаны заранее и помещены в таблицу, откуда будут извлекаться при выводе в реальном времени с минимальным количеством вычислительных операций. Паттерны для систем на основе линзовых растров имеют простейший вид группы вертикальных штрихов и могут рассчитываться непосредственно в процессе вывода изображения.Отличие данного метода от классической голограммы состоит в том, что формируются изображения, имеющие только горизонтальный параллакс (как, впрочем, и у всех дисплеев, описанных выше). Принцип формирования образа вокселя P из опорного пучка света S классической голограммой показан ниже.

Можно заметить, что чем дальше от поверхности находится воксель, тем большая площадь голограммы принимает участие в его формировании.

Ученые из Университета Аризоны сумели создать первый обновляемый трехмерный голографический дисплей с памятью, способный осуществлять цикл стирания/перезаписи за считанные минуты.

Скептики могут заметить, что такой частоты обновления картинки недостаточно даже для показа слайд-шоу, но профессор кафедры оптических наук, специализирующийся в области фотоники и лазеров, доктор Насер Пейгэмбэриен смотрит на новое достижение ученых с большим оптимизмом. По его мнению, большая часть трудностей на пути к созданию голографического дисплея преодолена и неважно, что пока не получилось достигнуть требуемых характеристик – базовая модель создана и теперь осталось только усовершенствовать её.

Интересно отметить также комментарий профессора физика Тунга Жонга, исследующего голографию еще с 60-х годов прошлого века: «Когда мы начинаем говорить о стираемых и перезаписываемых голограммах, мы неуклонно движемся к возможности создания голографических телевизоров. Сейчас было показано, что физически это вполне реально».

Оптимисты уверены, что голографические ТВ смогут выйти на рынок уже через 5-10 лет. Скептики же считают, что для этого не хватит даже 10 лет. Преподаватель по электронной инженерии Бангорского Университета Джастин Лоренс отметил, что ученые сделали небольшие шаги к созданию голографических ТВ, но одно дело продемонстрировать прототип в лаборатории, и совсем другое – сделать готовый продукт, способный выйти на массовый рынок.

Созданный учеными прототип имеет размеры 4х4 дюйма и показывает только монохромные изображения. В настоящее время идет работа по увеличению диагонали экрана до уровня современных компьютерных мониторов и созданию цветной картинки.

Отметим, команда исследователей из Университета Аризоны работает над совершенствованием голографической технологии еще с 1990 года. Особое внимание к трехмерному голографическому изображению проявляет Япония. Правительство этой страны уже сегодня вкладывает огромные денежные средства и технологические ресурсы в развитие перспективной отрасли. Министерство связи Японии надеется внедрить голографические ТВ в массовое производство к 2020 году.

ПЛЮСЫ:

· самое реалистичное 3D изображение, обладающее всеми оптическими свойствами отображаемого реального объекта

МИНУСЫ:

· техническая сложность на пределе современных возможностей аппаратуры, вычислительных

· мощностей хватает только для статических изображений

Как говорил классик в другом месте и по другому поводу " Узок круг этих революционеров. Страшно далеки они от народа". Именно так обстоит дело с голографическими 3D дисплеями. К счастью, для определенного круга задач существуют другие решения, позволяющие получить реальное 3D. Это волюметрические 3D дисплеи, о которых пойдет речь в заключительной части статьи.

Поиск по сайту: