באמצעות הולוגרפיה ובינה מלאכותית, משקפיים אלה יכולים להציג תמונות נעות בתלת מימד בצבע מלא על פני נוף ישיר של העולם האמיתי. קרדיט: אנדרו ברודהד
מהנדסים בסטנפורד טוענים שעשו התקדמות משמעותית במציאות רבודה על ידי שילוב של פיתוחים בטכנולוגיות תצוגה, הדמיה הולוגרפית ובינה מלאכותית.
חוקרים בתחום החדשני של מחשוב מרחבי יצרו אב טיפוס של אוזניות מציאות רבודה המקרינה תמונות דינמיות בצבע מלא ותלת מימד על עדשות של מה שנראה כמו משקפיים רגילים. הדגם החדש הזה מספק חווית תלת מימד סוחפת ויזואלית בעיצוב אלגנטי ונוח שקל ללבוש כל היום, בניגוד למערכות המציאות הרבודה המגושמות יותר של ימינו.
"האוזניות שלנו נראות לעולם החיצון בדיוק כמו זוג משקפיים יומיומיים, אבל מה שהמשתמש רואה דרך העדשות הוא עולם מועשר שמכוסה בדימויים מחושבים תלת מימדיים בצבע מלא", אמר גורדון ווצשטיין, פרופסור חבר להנדסת חשמל. ומומחה בתחום המתפתח במהירות של מחשוב מרחבי. ווצשטיין וצוות מהנדסים מציגים את המכשיר שלהם במאמר חדש בכתב העת טֶבַע.
למרות שרק אב-טיפוס כעת, טכנולוגיה כזו, הם אומרים, יכולה להפוך תחומים החל ממשחקים ובידור לאימון וחינוך – בכל מקום שתמונות מחושבות עשויות לשפר או להבהיר את הבנתו של הלובש את העולם סביבם.
"אפשר לדמיין מנתח שמרכיב משקפיים כאלה כדי לתכנן ניתוח עדין או מורכב או מכונאי מטוסים שמשתמש בהם כדי ללמוד לעבוד על מנוע הסילון העדכני ביותר", מאנו גופאקומאר, דוקטורנט במעבדת הדמיה חישובית בסטנפורד בהובלת ווצשטיין ושותף ב- אמר המחבר הראשון של העיתון.
מחסומים מתגברים
הגישה החדשה היא הראשונה שהשחיל מבוך מורכב של דרישות הנדסיות שיצרו עד כה אוזניות מופרכות או חוויות חזותיות תלת-ממדיות פחות מספקות שיכולות להשאיר את הלובש עייף חזותית, או אפילו קצת בחילה לפעמים.
"אין מערכת מציאות רבודה אחרת בחוץ עם גורם צורה קומפקטי דומה או שתואמת את איכות התמונה התלת-ממדית שלנו", אמר גאן-ייל לי, חוקר פוסט-דוקטורט במעבדת הדמיה חישובית בסטנפורד ומחבר ראשון במאמר.
כדי להצליח, החוקרים התגברו על מחסומים טכניים באמצעות שילוב של הדמיה הולוגרפית משופרת בינה מלאכותית וגישות חדשות של מכשירים ננופוטוניים. המכשול הראשון היה שהטכניקות להצגת תמונות מציאות רבודה דורשות לרוב שימוש במערכות אופטיות מורכבות. במערכות אלו, המשתמש לא ממש רואה את העולם האמיתי דרך עדשות האוזניות. במקום זאת, מצלמות המותקנות בחלק החיצוני של האוזניות לוכדות את העולם בזמן אמת ומשלבות את התמונות הללו עם תמונות ממוחשבות. התמונה המשולבת המתקבלת מוקרנת לעין המשתמש בצורה סטריאוסקופית.
"המשתמש רואה קירוב דיגיטאלי של העולם האמיתי עם תמונות ממוחשבות. זה סוג של מציאות מדומה מוגברת, לא מציאות מוגברת אמיתית", הסביר לי.
מערכות אלו, מסביר ווצשטיין, הן בהכרח מגושמות מכיוון שהן משתמשות בעדשות מגדילות בין העין של המשתמש למסכי ההקרנה הדורשים מרחק מינימלי בין העין, העדשות והמסכים, מה שמוביל לגודל נוסף.
"מעבר לנפח, המגבלות הללו עלולות להוביל גם לריאליזם תפיסתי לא מספק ולעיתים קרובות, לאי נוחות חזותית", אמר סויון צ'וי, דוקטורנט במעבדת הדמיה חישובית בסטנפורד ומחבר שותף של המאמר.
אפליקציית קילר
כדי לייצר תמונות תלת מימד מספקות יותר מבחינה ויזואלית, קפץ ווצשטיין גישות סטריאוסקופיות מסורתיות לטובת הולוגרפיה, טכניקה ויזואלית זוכת נובל שפותחה בסוף שנות ה-40. למרות ההבטחה הגדולה בהדמיית תלת-ממד, אימוץ נרחב יותר של הולוגרפיה הוגבל בשל חוסר יכולת להציג רמזים מדויקים לעומק תלת-ממד, מה שהוביל לחוויה ויזואלית מרתיעה, לעיתים מעוררת בחילה.
צוות Wetzstein השתמש ב-AI כדי לשפר את רמזי העומק בתמונות ההולוגרפיות. לאחר מכן, באמצעות התקדמות בננו-פוטוניקה וטכנולוגיות תצוגת מולי גל, החוקרים הצליחו להקרין הולוגרמות מחושבות על עדשות המשקפיים מבלי להסתמך על אופטיקה נוספת מגושמת.
מוליך גל נבנה על ידי תחריט תבניות בקנה מידה ננומטרי על פני העדשה. תצוגות הולוגרפיות קטנות המותקנות בכל מקדש מקרינות את התמונות המחושבות דרך הדפוסים החרוטים שמקפיצים את האור בתוך העדשה לפני שהוא מועבר ישירות לעין הצופה. בהסתכלות מבעד לעדשות המשקפיים, המשתמש רואה הן את העולם האמיתי והן את התמונות המחושבות בתלת מימד בצבע מלא המוצגות למעלה.
איכות כמו חיים
אפקט התלת מימד מוגבר מכיוון שהוא נוצר הן מבחינה סטריאוסקופית, במובן זה שכל עין זוכה לראות תמונה מעט שונה כפי שהייתה רואה בהדמיה תלת מימדית מסורתית, והן מבחינה הולוגרפית.
"עם הולוגרפיה, אתה גם מקבל את נפח התלת-ממד המלא מול כל עין ומגדיל את איכות התמונה התלת-ממדית הדומה למציאות", אמר בריאן צ'או, דוקטורנט במעבדת הדמיה חישובית בסטנפורד וגם מחבר שותף של המאמר.
התוצאה הסופית של טכניקות תצוגת מוליך הגל החדשות והשיפור בהדמיה הולוגרפית היא חוויה חזותית תלת-ממדית אמיתית, שהיא גם מספקת חזותית למשתמש ללא העייפות שאתגרה גישות קודמות.
"תצוגות הולוגרפיות נחשבו מזמן לטכניקת התלת מימד האולטימטיבית, אבל היא מעולם לא השיגה את פריצת הדרך המסחרית הגדולה הזו", אמר ווצשטיין. "אולי עכשיו יש להם את אפליקציית הרוצח שהם חיכו לה כל השנים".
מחקר זה מומן על ידי מלגת בוגרי סטנפורד במדע והנדסה, קרן המחקר הלאומית של קוריאה (NRF) במימון משרד החינוך, מלגת קוואנג'ונג, מלגת דוקטורט למחקר Meta, פרס ARO PECASE, סמסונג וסוני תוכנית פרס המחקר. חלק מעבודה זו בוצע במתקן הננו המשותף של Stanford (SNSF) וב-Stanford Nanofabrication Facility (SNF), בתמיכת הקרן הלאומית למדע והתשתית הלאומית המתואמת לננוטכנולוגיה.
