צוות מאוניברסיטת טוקיו מציג שיטה מעשית וחסכונית להפקת תמונות הולוגרפיות באמצעות סמארטפונים, במטרה לפשט ולשפר תצוגות תלת-ממדיות עבור מציאות מדומה ומוגברת ללא החסרונות של מערכות מבוססות לייזר. (קונספט האמן).
השיטה לתצוגת תלת מימד בצבע מלא מראה פוטנציאל לשיפור חוויות מציאות מוגברת ומדומה.
מדענים יצרו שיטה להפקת תמונות הולוגרפיות תלת מימדיות בצבע מלא באמצעות מסכי סמארטפון במקום לייזרים. טכניקה חדשנית זו, עם התקדמות נוספת, טומנת בחובה פוטנציאל לתצוגות מציאות מוגברת או מדומה.
בין אם נעשה שימוש בתצוגות מציאות מוגברת ובין אם נעשה שימוש עבור משחקים, חינוך או יישומים אחרים, שילוב של תצוגות תלת מימד יכול ליצור חווית משתמש מציאותית ואינטראקטיבית יותר.
"למרות שטכניקות הולוגרפיה יכולות ליצור ייצוג תלת מימדי מאוד אמיתי של אובייקטים, הגישות המסורתיות אינן מעשיות מכיוון שהן מסתמכות על מקורות לייזר", אמר ראש צוות המחקר Ryoichi Horisaki, מאוניברסיטת טוקיו ביפן. "לייזרים פולטים אור קוהרנטי שקל לשלוט בו, אבל הם הופכים את המערכת למורכבת, יקרה ועלולה להזיק לעיניים."
בכתב העת Optica Publishing Group אותיות אופטיקה, החוקרים מתארים את השיטה החדשה שלהם, המבוססת על הולוגרפיה ממוחשבת (CGH). הודות לאלגוריתם חדש שפיתחו, הם הצליחו להשתמש רק באייפון וברכיב אופטי שנקרא מאפנן אור מרחבי כדי לשחזר תמונה צבעונית תלת מימדית שהורכבה משתי שכבות הולוגרפיות.
חוקרים פיתחו שיטת תצוגה תלת מימדית בצבע מלא המשתמשת במסך סמארטפון, ולא בלייזר, כדי ליצור תמונות הולוגרפיות. מוצגות תוצאות הניסוי שלהם, שבהן ניתן לצפות במעבר מתמשך מהשכבה הראשונה לשכבה השנייה. קרדיט: Ryoichi Horisaki, אוניברסיטת טוקיו
"אנו מאמינים כי שיטה זו יכולה בסופו של דבר להיות שימושית לצמצום האופטיקה, הפחתת עלויות והקטנת הנזק הפוטנציאלי לעיניים בממשקים חזותיים עתידיים ויישומי תצוגה תלת-ממדיים", אמר אוטויה שיגמאצו, המחבר הראשון של המאמר. "ליתר דיוק, יש לו פוטנציאל לשפר את הביצועים של תצוגות קרוב לעין, כמו אלה המשמשות באוזניות מציאות מדומה מתקדמים."
גישה מעשית יותר
למרות ש-CGH משתמש באלגוריתמים כדי לייצר תמונות, האור הקוהרנטי מלייזר נדרש בדרך כלל כדי להציג את התמונות ההולוגרפיות הללו. במחקר קודם, החוקרים הראו שניתן להשתמש באור לא קוהרנטי מבחינה מרחבית-זמנית שנפלט מדיודה פולטת אור לבנה על גבי שבב על הלוח עבור CGH. עם זאת, הגדרה זו דרשה שני מאפננים אור מרחביים – מכשירים השולטים בחזיתות הגל של האור – וזה לא מעשי בגלל ההוצאות שלהם.
במחקר החדש, החוקרים פיתחו שיטת CGH פחות יקרה ויותר מעשית לא קוהרנטית. "עבודה זו עולה בקנה אחד עם ההתמקדות של המעבדה שלנו בהדמיה חישובית, תחום מחקר המוקדש לחדשנות של מערכות הדמיה אופטיות על ידי שילוב אופטיקה עם מדע המידע", אמר הוריסאקי. "אנו מתמקדים במזעור רכיבים אופטיים ובביטול דרישות לא מעשיות במערכות אופטיות קונבנציונליות."
המחבר הראשון Otoya Shigematsu מוצג במעבדה עם מערך הניסוי האופטי המשמש לעבודה. קרדיט: Ryoichi Horisaki, אוניברסיטת טוקיו
הגישה החדשה מעבירה אור מהמסך דרך מאפנן אור מרחבי, המציג שכבות מרובות של תמונה תלת מימדית בצבע מלא. למרות שזה אולי נראה פשוט, זה הצריך מודל קפדני של תהליך התפשטות האור הבלתי קוהרנטי מהמסך ולאחר מכן שימוש במידע זה כדי לפתח אלגוריתם חדש שתיאם את האור המגיע ממסך המכשיר עם מאפנן אור מרחבי יחיד.
תמונות הולוגרפיות מסמארטפון
"תצוגות הולוגרפיות המשתמשות באור בעל קוהרנטיות נמוכה יכולות לאפשר תצוגות תלת מימד מציאותיות תוך הפחתת עלויות ומורכבות פוטנציאלית", אמר Shigematsu. "למרות שמספר קבוצות, כולל שלנו, הדגימו תצוגות הולוגרפיות תוך שימוש באור בעל קוהרנטיות נמוכה, לקחנו את הרעיון הזה לקיצוניות על ידי שימוש בתצוגת סמארטפון."
כדי להדגים את השיטה החדשה, החוקרים יצרו שכפול אופטי דו-שכבתי של תמונה תלת-ממדית בצבע מלא על ידי הצגת שכבה הולוגרפית אחת על המסך של אייפון 14 פרו ושכבה שנייה על מאפנן אור מרחבי. התמונה שהתקבלה נמדדה כמה מילימטרים מכל צד.
החוקרים פועלים כעת לשיפור הטכנולוגיה כך שתוכל להציג תמונות תלת ממדיות גדולות יותר עם יותר שכבות. שכבות נוספות יגרמו לתמונות להיראות מציאותיות יותר על ידי שיפור הרזולוציה המרחבית ומאפשרות לאובייקטים להופיע בכמה עומקים, או מרחקים, מהצופה.
