Передовые голографические технологии невероятно близки к реальности.
В последнее десятилетие шумиха вокруг VR- и AR-гарнитур распространилась, но они еще не получили большей поддержки, чем телевизоры или экраны компьютеров в качестве традиционного интерфейса для цифровых медиа. Помимо стоимости, основной причиной этого является просто дезориентирующий характер ношения устройства, имитирующего трехмерную среду, от которого страдает множество людей. Но технологии быстро обновляет технологию 60-летней давности.
Голограммы, которые можно потрогать и почувствовать
Совсем недавно исследователи Массачусетского технологического института разработали новый способ создания голограмм с точностью, близкой к реальному времени , с использованием метода обучения со сверхвысокой эффективностью. Эффективность является ключом к этому открытию, потому что новая нейронная сеть позволяет запускать голограммы на ноутбуке и, возможно, даже на более новом смартфоне.
Исследователи долгое время работали над созданием жизнеспособных компьютерных голограмм, но для большинства моделей требовалось, чтобы суперкомпьютер выполнял физические симуляции. На это уходит много времени, и обычно получаются голограммы с неутешительной точностью воспроизведения.
Таким образом, работа исследователей Массачусетского технологического института была сосредоточена на преодолении этих препятствий. «Раньше люди думали, что с существующим оборудованием потребительского уровня невозможно выполнять вычисления 3D-голографии в реальном времени», — сказал ведущий автор исследования Лян Ши, который также является докторантом факультета электротехники и информатики Массачусетского технологического института (EECS). ) в сообщении в блоге MIT . «Часто говорят, что коммерчески доступные голографические дисплеи появятся через 10 лет, но это заявление существует уже несколько десятилетий».
Ши считает, что новый метод, называемый «тензорной голографией», в ближайшем будущем, наконец, принесет плоды в виде голограмм. Если новый подход исследователей сработает, прогресс может произвести технологическую революцию в таких областях, как 3D-печать и виртуальная реальность. И это было давно. В 2019 году ученые создали «тактильную голограмму», которую люди могут видеть и слышать.. Система, называемая мультимодельным дисплеем с акустической ловушкой (MATD), включает светодиодный проектор, пенопласт и массив динамиков. Громкоговорители излучают волны на ультразвуковом уровне, которые удерживают бусинку в воздухе и перемещают ее достаточно быстро, чтобы создать впечатление, будто она движется и отражает свет от проектора. Люди не могут это слышать, но механическое движение бусинки можно уловить и сфокусировать, чтобы стимулировать человеческие уши для звука, «или стимулировать вашу кожу чувствовать», — объяснил Мартинес Пласенсиа, соавтор MATD и исследователь. 3D-пользовательских интерфейсов в Университете Сассекса, в сообщении в блоге Университета Сассекса .
В обычной фотографии с использованием линз яркость каждой световой волны кодируется, что позволяет фотографии воспроизводить цвета с высокой точностью, но это дает нам только плоское 2D-изображение. Напротив, голограммы кодируют яркость и фазу каждой световой волны, что обеспечивает более точное отображение глубины и параллакса. Например, голограмма могла бы преобразовать «Водяные лилии» Моне в особую трехмерную текстуру, фиксируя каждый мазок, вместо того, чтобы выделять цветовую палитру произведения искусства. Хотя это может показаться впечатляющим, создавать голограммы и делиться ими чрезвычайно сложно.
Чтобы преодолеть трудоемкий процесс ввода продвинутой физики, команда Ши, проводившая недавнее исследование, решила позволить компьютеру учить физику самому. Они резко ускорили создание компьютерной голографии с помощью искусственного интеллекта с глубоким обучением, разработав собственную сверточную нейронную сеть.. Нейронные сети используют цепочку обучаемых тензоров, чтобы имитировать то, как люди воспринимают визуальную информацию, и для этого обычно требуется большой высококачественный набор данных. И исследователи создали свою собственную базу данных из 4000 пар компьютерных изображений, где каждая пара сопоставлялась с изображением, в соответствии с информацией о глубине и цвете каждого пикселя, с партнерской голограммой. Были использованы различные и сложные формы и цвета, равномерно распределяя пиксели между передним и задним планами. Окклюзию удалось преодолеть с помощью расчетов на основе физики. При этом алгоритм имел большой успех, создавая голограммы на порядки быстрее, чем вычисления, основанные на физике.
«Мы поражены тем, насколько хорошо он работает», — сказал Матусик в своем блоге. Всего за миллисекунды тензорная голография успешно сгенерировала голограммы из изображений, используя информацию о глубине. Это было извлечено из изображений, закодированных с информацией о глубине, созданных с помощью обычных компьютерных изображений, которые инженеры могут вычислить с помощью многокамерного датчика или датчика LiDAR (новые смартфоны уже имеют их). Это невероятное развитие, не в последнюю очередь потому, что новая трехмерная голографическая система использует менее 1 МБ памяти для работы своей компактной тензорной сети. «Это ничтожно мало, учитывая десятки сотен гигабайт, доступных на новейшем мобильном телефоне».
Другими словами, мы очень близки к тому, чтобы передать голограммы высокой точности в руки обычных, рыночных продуктов, в том, что человеческий глаз воспринимает как в режиме реального времени. VR и 3D-печать ожидают серьезного обновления, и это может иметь безграничное применение. В феврале базирующаяся в Германии цирковая труппа под названием Circus Roncalli объявила, что будет использовать голографические технологии для замены своих животных , устраняя возможность жестокого обращения с ними. В конце концов, голограммы могут служить возможной заменой не только развлечений, но и отношений между людьми и голограммами «без привязки». Будущее странно, и голограммы, вероятно, будут занимать в нем все более центральное место.