Как голограммы могут изменить нашу повседневную жизнь?
13.12.2019,
обновлено 06.04.2020
Вы, наверняка, помните реалистичные голограммы из научно-фантастических фильмов. В течение очень долгого времени голограммы пользовались большой популярностью в кинематографе, как например в “Звездных войнах”, где голография использовалась в качестве одной из форм легкого общения. Несмотря на то, что после создания фильма прошло уже чуть более 40 лет, голограммы в фильмах выглядят до сих пор впечатляющими и футуристичными. Но, очевидно, вместе с развитием современных технологий, голография станет совсем скоро привычным способом телекоммуникаций. Возможно ли применение нового способа телекоммуникации в реальной жизни? Давайте попробуем разобраться вместе в данной статье.
Оптическая голография основывается на интерференции волн, при которой записывается световое поле
Голограммы в современном мире
В современном мире оптическую голографию уже используют в медицине, создавая 3D визуализацию органов. Так, в настоящее время уже существует множество проектов, которые основываются на оптической голографии в 3D. Кроме того, ученые из Великобритании уже ведут активную разработку голограмм, которые можно будет не только рассмотреть со всех сторон, но также к ним можно будет прикоснуться и выглядеть они будут полностью трехмерными.
Как сообщает портал Science101.com, технология создания голограмм основана на использовании полистироловой бусины шириной в два миллиметра, которая способна левитировать за счет использования множества ультразвуковых преобразователей, генерирующие звуковые волны. Такие ультразвуковые преобразователи способны поднять полистирольный шарик со скоростью до 30 км в час. С такой скоростью шарик может очертить форму шириной до десяти сантиметров менее чем за десятую долю секунды.
Мозг человека не способен уловить движение шарика, движущегося с очень высокой скоростью
Необычный подход для создания подобной иллюзии был выбран потому, что движение гиперактивного шарика изначально не может предполагать связь с голограммой. Но, благодаря такой скорости, ученым все-таки удалось создать множество голографических форм. Поскольку валик создает полностью трехмерную форму, то человек способен просмотреть голограмму со всех сторон и под любым углом, которые, при этом, не теряют свои детальные очертания и формы.
Читайте также: 10 технологий, в существование которых сложно поверить
Несмотря на такой инновационный подход при создании новой технологии, ученые также продумали и звуковое сопровождение изображения. Обладая способностью к генерации звуковых волн, которые с легкостью воспринимаются человеческим ухом, позволяя общаться с голограммой напрямую.
Голограмму будущего можно будет даже потрогать и почувствовать
Предусмотрев возможность видеть и слышать голограмму, человек сможет ее потрогать и ощутить прикосновение к ней. Несмотря на утверждения ученых о том, что прикосновения к голограмме не будут представлять точные фактурные ощущения, голограмма сможет дать понять вам, что она из себя представляет. К примеру различить живую голограмму бабочки от неживой вы точно сможете.
Как вы считаете, в каких областях применение голограмм будет наиболее успешным? Поделитесь своим мнением с нашими читателями в Telegram или на канале в Яндекс.Дзен.
На данном этапе развития технологий, такой способ создания и визуализации голографии не совсем развит для создания различных голографических конференций и использования их в быту. Но такой способ, безусловно, является прорывом в мультимедийной сфере при создании наиболее усовершенствованных и инновационных моделей в мире голографических технологий. Известно, что технология голограмм уже дебютировала на чемпионате мира League of Legends в начале этого года, сумев покорить зрителей своей зрелищностью. Быть может, будущее уже рядом с нами?
Для отправки комментария вы должны или
Техногиганты вкладывают миллионы долларов в разработку «смешанной реальности» и «голопортации». Рассказываем, как голограммы меняют наше настоящее и будущее
Что такое голограмма
Голограмма — это оптический клон объекта. В отличие от фотографии, голограмма трехмерна, так как фиксирует объем объекта и изменение перспективы при взгляде с разных углов.
Голограмму часто путают с 3D–изображением. Но 3D-изображение выглядит объемно только с одной точки обзора, а голограмма — с любой. Голограммы и 3D-изображения создаются принципиально по-разному: для получения 3D-картинки готовят два изображения (для правого и левого глаза) и соединяют их. Благодаря стереоэффекту мозг воспринимает такое изображение как объемное. А голограммы создают, записывая с помощью лазера структуру отраженной от объекта волны (ее амплитуду и фазу). Этот метод называется «голография» (переводится с древнегреческого как «пишу всё»).
В фантастических фильмах вроде «Звездных войн» или «Железного человека» голограммы выглядят как трехмерные изображения человека или предмета, видимые невооруженным глазом, с которыми можно взаимодействовать. Несмотря на то, что в кино мы давно привыкли к ним, в реальности их еще не существует. Но пока ученые активно работают в этом направлении, существуют технологии, «имитирующие» голограммы. С помощью одной из таких оптических иллюзий, называемой «Призрак Пеппера» мир увидел выступления «воскресших» Тупака Шакура, Майкла Джексона и Роя Орбисона. В повседневной жизни голограммы — переливающиеся объемные изображения — можно увидеть на некоторых купюрах, кредитных картах и документах (например, на заграничном паспорте нового образца и трудовой книжке), а также на многих товарах и акцизных марках.
Как создаются голограммы
Принцип голографии сформулировал венгерско-британский ученый Деннис Габор в 1947 году. Но реализовать его в полной мере удалось только в 1960-х, после создания лазера. В 1971 году за это открытие Габор получил Нобелевскую премию по физике.
Сейчас для создания и демонстрации голограмм используется два метода — физический (для оптических дисплеев) и компьютерный (для очков дополненной реальности).
Физический метод
Он основывается на законах оптики и на свойствах световых волн — дифракции и интерференции. Для создания оптической голограммы лазер направляют на объект. При помощи зеркала лазерный луч разделяется на две части, образуя две волны — опорную и объектную. Объектная волна попадает на предмет и отражается на фотопластине, создавая интерференционную картину, а опорная направляется напрямую на фотопластину. Голограмма появляется в месте соединения лучей в одну точку. Для демонстрации голограммы эту фотопластину необходимо осветить световой волной, схожей с опорной. Процесс создания голограмм крайне сложен, что делает их надежным элементом защиты документов и товаров — голограмму почти невозможно подделать. Интересное свойство голограммы — если фотопластинку с записанной на нее голограммой разделить на две или более части, то каждая часть сохранит цельное изображение (с потерей качества).
Компьютерный метод (CGH — Computer-Generated Hologram)
Основное отличие этого метода в том, что для цифровой голограммы не всегда нужен реальный объект. Если для создания оптической голограммы яблока необходимо осветить это яблоко лазерным лучом, для получения интерференционной картины, то в случае с CGH достаточно задать необходимые параметры, и программа сама вычислит волновой фронт и «нарисует» интерференционную картину яблока. В настоящее время к CGH относят также голограммы, записанные физическим путем, но обработанные и хранящиеся на компьютере.
Компьютерную голограмму можно распечатать на фотопластинке, а можно сразу выводить на специальный 3D-дисплей. Именно такие дисплеи устанавливаются в шлемах и очках смешанной реальности.
Microsoft с 2012 года занимается разработкой MR-очков (mixed reality, «смешанная реальность») Hololens. Они выглядят как надеваемый на голову обруч с двумя линзами. Технология выводит проекции перед человеком в очках, интегрирует виртуальные объекты в реальный мир, позволяя не только видеть, но и взаимодействовать с ними. И если изначально Hololens разрабатывались в основном для игр, то впоследствии их стали использовать в образовании, медицине, инженерии, бизнесе и не только. Очки смешанной реальности также есть у компании Magic Leap: они весят меньше, чем аналог от Microsoft, так как компьютер находится отдельно и соединяется с очками через кабель.
Псевдоголограммы
В современной массовой культуре значение термина «голограмма» размылось, и так стали называть практически все объемные проекции и оптические иллюзии. В качестве экранов используются прозрачные пленки обратной проекции, голографические сетки и специальные дисплеи, работающие по принципу «Призрака Пеппера». Как уже упоминалось, именно он позволяет «воскрешать» умерших певцов. Эффект трехмерности достигается за счет диагонального экрана, расположенного между отражаемым объектом и зрителями. А высокие технологии проецирования и грамотно выстроенный свет позволяют создать эффект реального артиста на сцене.
Представление немецкого цирка Circus Roncalli с голографическими животными, созданное с помощью голографической сетки
Как и где используют голограммы
Техногиганты, такие как Microsoft, Google и Meta, тратят сотни миллионов долларов на разработку голограмм. И неспроста: голография может стать чрезвычайно полезным инструментом в науке, медицине, коммуникации и других областях.
Коммуникация
В научной фантастике голограммы часто используются как способ связи. До появления парящих в воздухе голограмм как в «Звездных войнах» человечеству еще далеко, но уже сделаны существенные шаги. В 2017 году состоялся первый полноценный голографический звонок при помощи технологии 5G. Американская компания Verizon и Korea Telecom использовали экспериментальные устройства, позволившие собеседникам видеть голограммы друг друга.
Американская компания Portl производит специальную машину для «голопортации» — голографических звонков. Звонящему достаточно встать на белом фоне напротив смартфона. А для принятия звонков используется футуристичный белый короб, похожий на шкаф фокусника, или холодильник — внутри этого короба появляется проекция человека. «Голограмма звонящего» может в реальном времени общаться с собеседниками и видеть их, при помощи установленной в коробе камеры.
«Голопортация» с помощью смартфона
У Microsoft система голографической коммуникации построена на базе Hololens. В очках смешанной реальности собеседники предстают друг перед другом не как реальные проекции себя, а как объемные цифровые аватары. Они могут разговаривать и взаимодействовать друг с другом — играть в игры, открывать статьи, демонстрировать графики и 3D-модели, ходить вокруг воображаемого стола.
Компания Google в 2021 анонсировала видеочат Project Starline, который позволит собеседникам видеть друг друга будто на расстоянии вытянутой руки. Человек садится за стол с вертикально расположенным экраном, похожим на зеркало, в котором и отражается объемное изображение собеседника. Основное отличие технологии Google в том, что задний фон дисплея становится прозрачным, создавая эффект присутствия человека в комнате.
Медицина
Операция на сердце, проведенная в Сингапуре в 2022 году, наглядно демонстрирует пользу голографических технологий в медицине. Хирурги оперировали на сердце в очках Hololens 2, а перед ними в центре комнаты парила голограмма сердца пациента, созданная из снимков его компьютерной томографии. Профессор Теодорос Кофидис, проводивший операцию, уверяет, что такая технология позволяет «эффективно прогнозировать» исход операции, особенно для пациентов с анатомическими особенностями.
Врачи больницы в Кливленде используют в работе Hololens
Проведение операций в очках смешанной реальности позволяет врачам совершать действия в режиме hands-free: рассматривать снимки и результаты анализов пациента, открывать во всплывающем окне его историю болезни, в реальном времени советоваться с коллегами из разных концов света. Голография — один из ключевых инструментов в телемедицине. С помощью очков смешанной реальности Microsoft, врачи из Нагасаки могут консультировать пациентов на самых отдаленных и труднодоступных островах Японии: местный врач проводит осмотр пациента в очках Hololens. Камера на его устройстве «сканирует» пациента и выводит объемную проекцию на дисплей коллеге из университета Нагасаки, который также находится в очках. Врач из Нагасаки, не покидая своего кабинета, помогает вести осмотр и консультирует пациента.
Образование
Использование трехмерных технологий в образовании делает процесс обучения более интерактивным и наглядным. Например, можно рассмотреть парящую в воздухе 3D-модель Земли, чертеж здания или детально воссозданную кровеносную систему человека.Голографические очки также позволяют моделировать опасные ситуации, чтобы люди учились с ними справляться. Этой технологией заинтересовалась армия США и закупила у Microsoft модифицированные Hololens для проведения военных учений в более безопасной обстановке.
Голограммы в музеях делают экскурсии более интерактивными. Например, Египетский музей в Каире в качестве гидов предлагает виртуальных фараона Тутанхамона и царицу Анхесенамон.
Развлечения
Голография в сфере развлечений используется не только для «виртуального воскрешения» артистов. Мадонна выступила на сцене с нарисованными персонажами группы Gorillaz, а популярная японская певица Хацунэ Мику и вовсе существует только в виртуальной реальности, что не мешает ей активно гастролировать.
Российская компания SILA SVETA создает шоу на стыке искусства и высоких технологий с помощью голографических проекций и световых инсталляций для крупных артистов и коммерческих клиентов. Голограмма, помимо практических свойств, выглядит очень эффектно, поэтому часто используется для презентации продуктов.
А можно будет потрогать? Тренды голографии
«В будущем вместо того, чтобы просто общаться по телефону, вы сможете сидеть, как голограмма на моем диване, или я смогу сидеть, как голограмма на вашем диване, даже если мы находимся в разных штатах или на расстоянии сотен миль друг от друга», — именно так миллиардер Марк Цукерберг рисует будущее метавселенной, над которой не первый год трудится его компания Meta.
Другое направление голографии — попытки сделать голограммы осязаемыми. Еще в 2015 году японские ученые Digital Nature Group создали осязаемую голограмму с помощью фемтосекундных лазеров, способных создавать сверхкороткие импульсы. Голограмма выглядит как бабочка, она способна перемещаться в пространстве и даже сесть человеку на палец, создавая ощущение легкого покалывания (за счет лазерных импульсов).
В 2021 году исследователи из Университета Глазго создали голограмму с имитацией тактильных ощущений, посредством подачи струй воздуха через специальные форсунки. Исследователи назвали такую технологию «аэротактильной»: специальные датчики отслеживают движение руки во время взаимодействия и подают воздух соответственно. На презентации технологии, в качестве примера была представлена «аэротактильная» голограмма баскетбольного мяча, которую можно было трогать и крутить. На этом ученые и не думают останавливаться. По словам исследователя Равиндера Даахии, они намерены менять температуру подаваемого воздуха, чтобы создавать ощущение холода или тепла, а также добавлять ароматы. Возможно, скоро мы сможем не только увидеть Марка Цукерберга на своем диване, но и пожать ему руку.
Краткий разбор по созданию голограмм и реальные примеры их применения.
Голограммы позволяют отражать объекты в трёхмерном пространстве даже без применения специальных очков. Такое изображение можно использовать на презентациях, деловых мероприятиях, в музеях, во флагманских магазинах — везде, где важно взаимодействие с объектом.
Создание голограммы
Есть два способа создания голограмм: компьютерный — для очков дополненной реальности и физический — для оптических дисплеев.
Компьютерный метод
Microsoft — первая компания, которая представила голографические очки HoloLens. На презентации в 2015 году компания заявила, что новое устройство перевернёт представления о технологии дополненной реальности. Windows Holographic — это виртуальные объекты, встроенные в реальный мир.
Для создания голограмм для HoloLens разработчики используют инструмент HoloStudio. Приложение умеет импортировать файлы из других сервисов или создавать 3D-объекты с помощью интерфейса.
Физический способ
В физике голография — это особый фотографический метод, при котором сначала с помощью лазера регистрируются, а затем восстанавливаются максимально приближенные к реальным 3D-изображения. При освещении лазером голограммы формируют точный 3D-клон объекта и копируют его свойства. Например, изменение перспективы при перемещении смотрящего.
В самом элементарном случае испускаемый лазером луч расширяется и делится на две части. Одна часть падает на фотопластинку и отражается от зеркала — это опорный луч. Другая отражается от объекта и называется предметным лучом.
Оба пучка лучей должны иметь одинаковую длину волны и двигаться в одной фазе. Опорный и предметный лучи складываются на фотопластинке и образуют интерференционную картину (чередование повышенной и пониженной интенсивности света). При максимальной интенсивности эмульсия засвечивается сильнее, при минимальной — слабее.
Чтобы восстановить изображение, проявленную фотопластинку помещают в то же место, где она находилась при фотографировании, и освещают опорным пучком света. Часть лазерного пучка, которая освещала предмет, перекрывается.
Опорный пучок огибает (дифрагирует) на голограмме. В результате получается точно такая же волна, как у отражённого предмета. Эта волна и даёт изображение предмета.
Применение голограмм в различных сферах
Связь
В апреле 2017 года два крупнейших оператора Verizon (США) и Korea Telecom (Южная Корея) совершили первый международный голографический звонок с помощью технологии 5G. При звонке формируются голограммы собеседника, которые полностью передают эмоции и жестикуляцию пользователя. Во время теста голограмма собеседника отражалась на экране экспериментального устройства.
Технология голографической коммуникации требует высокой пропускной способности, поэтому пока что она возможна только в сетях 5G, которые в 10-100 раз быстрее существующих сетей.
Образование
С помощью голографии можно транслировать лектора с другого конца света. Например, в 2015 году нобелевский лауреат и профессор физики в Стэнфордском университете Карл Виман выступил в Наньянском технологическом университете (Сингапур), не покидая США. Подготовка и настройка голографического дисплея заняла три недели. А планирование презентации, включая тестирование интернет-скорости, — пять месяцев.
Профессор НТУ отметил, что таким образом преподаватели мирового уровня могут одновременно выступать в разных частях мира и охватить более широкую аудиторию, не тратя время на перелёты.
Также с помощью голографии можно создавать интерактивные модели для обучения. В 2013 году Лондонский университет Святого Георгия представил голограммы внутренних органов. В презентации показали трёхмерные изображения почек длиной четыре метра, череп и другие органы человека.
На Петербургском международном экономическом форуме НИУ «Высшая школа экономики» создал для гостей мероприятия лекторий, в котором выступали голографические проекции учёных университета. Преподаватели рассказывали об «умных» городах, современных медиа и будущем планеты.
Моделирование больших пространств
В мае 2017 года учёные из Технологического университета Мюнхена разработали метод получения трёхмерных голограмм с помощью Wi-Fi-роутера. Описанный в исследовании метод позволяет создавать копии помещений, отображая предметы вокруг них.
Таким образом физики научились «проникать сквозь стены». В будущем технологию можно использовать для нахождения и спасения жертв под лавиной или обрушившимися зданиями.
Музеи
С помощью голографии можно оцифровывать предметы искусства. В 2015 году Университет ИТМО и музей Фаберже создали голографические копии некоторых яиц из коллекции. А в мае 2017 года в музее мадам Тюссо установили первую голограмму — образ немецкого видеоблогера Бьянки «Биби» Хайнике.
В Музее истории Костромского края работает электронный экскурсовод Нюша, которая встречает гостей. В Еврейском музее Москвы можно поучаствовать в традиционной трапезе с голографией еврейской семьи или посетить свадьбу. А в ярославском Центре имени Валентины Терешковой посетители могут увидеть смоделированную галактику.
Презентация продуктов
Голограммы продукта — новый маркетинговый ход, который помогает захватить внимание клиента. С помощью голограмм можно увеличить 3D-копию продукта и сделать её обозреваемой со всех сторон.
В феврале 2017 года Barbie презентовала голографическую куклу-бота, которая реагирует на голосовые команды. Игрушка умеет отвечать на вопросы о погоде, может повторять фразы и будить.
Стартапы, зарабатывающие на голограммах
Белорусский проект Kino-mo создаёт 2D-экраны с голографическим эффектом. В 2015 году компания выиграла стартап-конкурс Ричарда Брэнсона Pitch to Rich. В 2016 году проект поддержал генеральный директор компании HDNet и HDTV cable network Марк Кьюбан. В беседе с РБК сооснователь проекта Артём Ставенко рассказал, что суммарные инвестиции составили более $3 млн.
Российский стартап HoloGroup разрабатывает голографические решения для смешанной реальности. Проект создаёт приложения для очков дополненной реальности Microsoft HoloLens. В 2017 году ФРИИ инвестировал в компанию 23 млн рублей. Компания сотрудничала с «Уралкалий», Hyundai, «Новатэк», «Ашан».
WayRay — российская компания с офисами в Швейцарии и России. Проект создаёт навигационную систему Navion, основанную на технологии дополненной реальности. В устройство входит голографическая плёнка, которая наносится на лобовое стекло автомобиля.
По данным «Секрета Фирмы», в 2017 году Alibaba вложила в проект $15 млн и ещё $3 млн — другие инвесторы. На инвестиции компания планирует запустить серийное производство автомобилей, оборудованных голографическим дисплеем Way Ray.
Корреспондент vc.ru узнал у генерального директора компании Hologroup Александра Якубова, какие перспективы ждут голографию в бизнесе.
В ближайшие пять-семь лет человечество переживёт очередную информационную революцию, которая изменит подход работы с данными.
Больше не нужны будут физические инструменты для отображения информации: экраны ноутбуков, телевизоры, проекторы, билборды, телефоны. Зачем нам физические экраны, если они могут быть голографическими: любого размера и количества, в любом месте и проецироваться нам прямо в глаза.
Мы попали в первую волну разработчиков для Hololens (очки смешанной реальности Microsoft) и сразу начали поиск прикладного применения для бизнеса и в других сферах деятельности. За полтора года мы для себя определили три основных направления, где голографию можно эффективно использовать уже сейчас.
Реклама и маркетинг
Мы реализовали десяток проектов для L’Oreal, «Новотэка», «УралКалия», Hyundai и других компаний, в которых презентовали продукты и услуги компаний с использованием голограмм. Технология помогает проводить 3D-презентации, интегрированные в реальное окружение выставочных пространств, шоу-румов, корпоративных музеев.
Такое изображение глубоко воздействует на аудиторию при маркетинговом контакте и уже активно применяется практике. Например, на презентации бренда Genesis на Восточном экономическом форуме компания использовала голографические технологии как основной инструмент коммуникации, а не вспомогательный, как часто бывает с новыми технологиями.
Александр Якубов, основатель и генеральный директор Hologroup
Строительство
В строительной индустрии есть несколько типов проблем, которые решаются с помощью технологии смешанной реальности. Сейчас разработчики учатся применять BIM-проектирование — когда изменение одного из параметров проецируемого объекта влечёт изменение других параметров. При традиционном подходе затрачиваются большие ресурсы на контроль за ходом работ и проверкой на соответствие между запланированным и построенным.
Смешанная реальность позволяет многократно упростить процедуру, ускорить и повысить качество, так как в очках Hololens можно визуально совместить реальный строительный объект и его цифровую модель. Это помогает быстро выявлять коллизии, опережение или отставание от плана. Например, наши продукты применяет компания IBCON, которая контролирует крупнейшие стройки для газовой и добывающей индустрий.
Также голографию начинают применять для согласования дизайна интерьеров офисов и магазинов. Это решает проблему, когда у заказчиков часто отсутствует пространственное восприятие, и архитекторам приходится долго объяснять, чтобы донести до заказчика свои концепции и идеи. Смешанная реальность помогает визуализировать будущий интерьер на реальном пространстве и быстро принять решение.
Один из наших клиентов, компания Auchan Holding, в рекордные сроки открыла новый формат магазинов на Тверской, так как с помощью голографической модели можно было пройтись по недостроенному магазину и посмотреть, будет ли удобно ходить между стеллажами, видна ли реклама от входной группы.
Индустриальные компании и сложное оборудование
Меняется система обучения работе с оборудованием или на производстве: персонал получает визуальные инструкции прямо на месте. В этом направлении сейчас запускают больше пилотных проектов, чем внедряют технологию масштабно. Но с учётом уровня воздействия на бизнес-процессы и возможности экономить огромные ресурсы, это очень перспективное направление.
Сейчас мы делаем совместный проект с компанией Enel Russia, которая владеет и эксплуатирует энергогенерирующие станции в разных частях страны. Одна из задач — упростить и повысить надёжность при выполнении инструкций по эксплуатации сложного оборудования техническим персоналом станции.
Персонал станции тестирует выполнение различных операций с голографическим руководством и инструкциями, привязанными к конкретному оборудованию. Также разрабатывается система удалённого мониторинга и контроля действий сотрудников на местах из операционного центра.
Несмотря на новаторство подобного подхода, сотрудники на местах с большим энтузиазмом воспринимают подобные изменения и чувствуют, что это может существенно упростить их трудовую деятельность и быть реально полезным.
Некоторые производители сложного оборудования и техники тоже интересуются голографическими технологиями для послепродажного обслуживания. Это позволяет снабжать продукцию инструкциями по эксплуатации, ремонту и пользованию в голографической реальности, что снижает сложность обучения своих клиентов и последующее обслуживание.
Есть сложности, связанные с новой для бизнеса технологией. Условно их можно разделить на три направления. Первое — это слишком новаторская технология, у бизнеса и людей нет практического опыта взаимодействия со смешанной реальностью и голограммами. Поэтому разработчикам и производителям оборудования приходится по сути создавать новый рынок.
Сложно представить, что сейчас в компаниях на совещании по одной из бизнес-проблем кто-то предложит: «Давайте рассмотрим, как мы можем решить эту проблему с использованием голограмм?»
Мы разработали программное обеспечение, которое позволяет создавать голографические экскурсии. Это достаточно просто, не сложнее PowerPoint. Но сколько людей в мире правильно может интерпретировать и ассоциировать со своим опытом фразу «голографическая экскурсия»? Поэтому одна из проблем — необходимость донести до бизнеса возможности новых технологий.
Вторая сложность — ни один человек в мире ещё не знает рецепта идеального пользовательского опыта при работе с цифровыми данными, интегрированными в окружающую среду. Разработчики получили Hololens полтора года назад, это действительно перевернуло представление о работе с информацией.
Наша компания получила устройство одной из первых. Мы специализируемся только на смешанной реальности, но нам часто требуются дополнительные эксперименты и пилотные проекты — пользовательский опыт поможет сделать решение применимым.
Третье направление — ограниченные возможности устройств для работы с голограммами. Устройства вроде Microsoft Hololens находятся на острие возможностей технологического прогресса, но всё равно имеют ограничения производительности, размера, заряда батареи, угла обзора и другие. С этими проблемами приходится считаться разработчикам при удовлетворении потребностей бизнеса.
Последние достижения в области художественной голографии связаны с созданием оптоклонов — ультрареалистичных полноцветных голограмм. Воссоздаваемые ими изображения объектов практически неотличимы от самих оригиналов.
Эту технологию разработали на основе комплексных исследований, включающих в себя новые фоторегистрирующие среды, новые оптические компоновки лазерных RGB-систем и специальные светодиодные устройства с управляемым спектром.
Результатами таких научно-исследовательских работ стали: голографические фотопластины со стабильно высокими качественными показателями; мобильные голографические камеры, приспособленные для работы непосредственно в музейных помещениях; возможность индивидуальной настройки осветителей для каждого создаваемого оптоклона.
Для бизнеса — это возможность создания предельно точных объёмных аналоговых изображений практически любых артефактов, музейных сокровищ или уникальных экспонатов, которые по тем или иным причинам не могут широко экспонироваться. Это позволяет значительно расширить аудиторию зрителей, легко организовывать музейные филиалы или выездные экспозиции, максимально детально документировать образы исторически значимых объектов.
Если говорить о современной голографии в общем смысле, то помимо уже описанной художественной голографии, имеется ряд уникальных технических и научных приложений: синтезирование компьютерных голограмм на основе разнообразных источников информации — медицинской томографии, систем интровидения, геофизических (например, сейсмических) данных, CAD-CAM проектов архитектурных объектов или инженерных сетей, трёхмерного картографирования и тому подобное.
В отличие от компьютерных 3D-моделей, цифровые голограммы не подвержены воздействию электронных помех и полностью отвечают эргономическим требованиям когнитивной визуализации — представления сложных объектов, которое существенно облегчает их понимание.
В данном случае мы даже не говорим о самом массовом применении голограмм, как маркировка товаров или защитные элементы платёжных или иных документов. Существующие и создаваемые сейчас элементы голографической памяти наверняка станут одним из важнейших компонентов искусственного интеллекта.
Примеров можно привести множество — от голограмм мозга пациента (для лучшей его диагностики), многоракурсных голограмм проектируемых инноградов (для более наглядной презентации проектов) или актуальных голографических карт, создаваемых прямо в полевых условиях.
Но сегодня в центре внимания находятся голографические дисплеи. Движущиеся голографические образы уже демонстрируются наиболее продвинутыми ИТ-компаниями, например, южно-корейскими и американскими. На сегодня это достаточно уникальные, дорогие и массивные конструкции.
Для их повсеместного внедрения остаётся решить две технических проблемы: на порядок уменьшить размер экранного пикселя и существенно повысить мощность процессора для пересчёта исходной интерференционной картины в режиме реального времени.
По общему мнению, через 10-15 лет прозрачные круговые ЖК-дисплеи позволят нам в домашних условиях смотреть голографическое кино без специальных очков с любого ракурса в максимальном разрешении. И будет обидно, если эта грядущая революция в области систем визуализации состоится без участия нашей страны.
Сергей Стафеев, профессор кафедры физики Университета ИТМО, доктор технических наук.
Сейчас постепенно внедряется цифровая голография, но в основном для решения специальных вопросов. Если говорить о классической голографии, появились голограммы, которые восстанавливаются при обычном свете. Такие голографические изображения можно рассматривать как обычную картинку, не используя каких-либо дополнительных инструментов.
Классическое голографическое изображение можно посмотреть только с использованием лазера, а голограмма Денисюка требует направленного источника света (им может быть солнце или прожектор). Такие новые голограммы сейчас выпускаются в Новосибирске.
Голография — это высококачественное, объёмное изображение. Поэтому, голографические устройства можно использовать для проведения каких-либо выставочных мероприятий. Кроме этого, производные от голографии методы используются в исследовательских работах для измерения деформаций металлических элементов.
Например, на выставке голограмм в Институте оптики и оптических технологий Сибирского государственного университета геосистем и технологий в Новосибирске мне запомнилось изображение человека, надувающего мыльный пузырь. При этом голова человека была изображена за стеклом, а мыльный пузырь — перед стеком.
В сфере бизнеса голограммы могут использоваться для изготовления сувенирной и рекламной продукции. Также с помощью голограмм сегодня изготавливают оптические элементы. Например, дифракционные решётки.
Илья Зыков, доцент кафедры лазерной и световой техники Томского политехнического университета
Технологии голографии активно используют стартапы и большие технологические компании. Голограммы становятся предметом искусства, они используются в музеях, с помощью них презентуют новые продукты. Рассказываем, как голограммы помогают нам сегодня и во что они превратятся в ближайшем будущем.
Читайте «Хайтек» в
Что такое голограмма?
Голограмма — это трехмерный объект, который может отражать предметы в пространстве. Отличительная особенность в том, что ее можно увидеть без применения специальных линз.
Сегодня для того, чтобы сделать голограммы используется инфернация волн. Это означает, что волны излучающие одинаковую амплитуду, преломляются, и пересекаются в определенной точке. Иначе говоря, два луча лазера направляют свет в определенную точку: 1-й луч идет как и положено, второй преломляется (например от зеркала) и в итоге они встречаются в определенной точке, в месте встречи этих лучей мы получаем точку пересечения, то есть точку которую мы видим в пространстве, таким образом, при использовании мощных компьютеров можно создавать любое изображение.
Как создать голограмму?
Существует два метода создания голограммы:
- Компьютерный
Им впервые воспользовалась компания Microsoft. Она представила голографические очки HoloLens на презентации в 2015 году. Компания научилась создавать виртуальные объекты, встроенные в реальный мир.
Для того, чтобы создавать голограмму, разработчики использут инструменты для импортировки файлов из других сервисов или создают 3D-объекты с помощью интерфейса.
- Физический
В этом случае лазер сначала регистрирует, а потом восстанавливает максимально приближенные к реальным 3D-изображения. Когда лазер освещает голограмму, формируется точный клон нужного объекта вместе со всеми его свойствами. Например какие-либо изменения перспективы при движении смотрящего.
В самом элементарном случае испускаемый лазером луч расширяется и делится на две части. Одна часть падает на фотопластинку и отражается от зеркала — это опорный луч. Другая отражается от объекта и называется предметным лучом.
В таком случае оба пучка должны иметь одинаковую длину волны и двигаться в одной фазе. Тогда опорный и предметный лучи соединяются вместе в интерференционную картину. Это чередование повышенной и пониженной интенсивности света. При максимальной интенсивности эмульсия засвечивается сильнее, при минимальной — слабее.
Чтобы восстановить изображение, проявленную фотопластинку помещают в то же место, где она находилась при фотографировании, и освещают опорным пучком света. Часть лазерного пучка, которая освещала предмет, перекрывается.
Опорный пучок огибает (дифрагирует) на голограмме. В результате получается точно такая же волна, как у отражённого предмета. Эта волна и даёт изображение предмета.
Как голограммы используют в реальной жизни?
С помощью голографических технологий можно совершать звонки. При звонке формируются голограммы собеседника, которые полностью передают эмоции и жестикуляцию пользователя. Первый такой разговор произошел в 2017 году между двумя крупнейшими операторами Verizon (США) и Korea Telecom (Южная Корея).
Такой способ подходит и для дистанционного образования. В таком случае все ученики во всех частях мира видят лектора.
Также голограммы могут смоделировать трехмерное пространство. Описанный в исследовании метод ученых из Технологического университета Мюнхена позволяет создавать копии помещений, отображая предметы вокруг них. Это может помочь, например использовать технологию для обнаружения жертв под завалами.
Также голограммы могут помочь продемонстрировать большой аудитории один небольшой объект. В феврале 2017 года Barbie презентовала голографическую куклу-бота, которая реагирует на голосовые команды.
Стартапы с голограммами
- Kino-mo
Это белорусский стартап, который создает 2D-экраны с голографическим эффектом. В 2016 году проект поддержал генеральный директор компании HDNet и HDTV cable network Марк Кьюбан. Сооснователь проекта Артём Ставенко рассказал, что суммарные инвестиции составили более $3 млн.
- HoloGroup
Это российский стартап, который специализируется голографических решениях для смешанной реальности. Проект создаёт приложения для очков дополненной реальности Microsoft HoloLens, а также сотрудничал с «Уралкалий», Hyundai, «Новатэк», «Ашан».
- WayRay
Это еще одна российская компания, которая создает навигационную систему Navion, основанную на технологии дополненной реальности. В устройство входит голографическая плёнка, которая наносится на лобовое стекло автомобиля.
Будущее голограмм
Исследователь Дэниэл Смолли из MIT Media Lab предложил технологию для голографического телевидения, основанную на использовании оптического чипа. В его блоге можно даже посмотреть схемы и описание.
Кристофер Ист из компании WaterWorks создал визуализацию идеи телефона с голографической технологией. Ист убежден, что такой телефон будет не только незаменим для презентаций и работы дизайнеров и архитекторов, но и станет важным инструментом в сферах маркетинга, урбанистики и образования.
Также сегодня стало известно, что стартап в области голографического телеприсутствия «PORTL» объявил о получении инвестиций в размере $3 миллионов в раунде под руководством Тима Дрейпера, венчурного капиталиста, известного ранними инвестициями в такие стартапы, как Tesla, Skype, Coindesk, SpaceX и Twitch.
Разработчики сделали одноместный лайтбокс для «голопортации». Этот комплекс предназначен для того, чтобы один человек мог с максимальным эффектом присутствия и обратной связью дистанционно общаться с другими людьми.
В компании говорят, что пользователь при «голопортации» в прямом эфире получит возможность видеть и слышать аудиторию на другом конце интернет-соединения. Контент в разрешении 4K можно зацикливать и активировать с помощью движения, используя HOLOPORTL как автономное устройство для взаимодействия с людьми.
Читать также:
Годовая миссия в Арктике закончилась, и данные неутешительны. Что ждет человечество?
Ученые пытаются понять, сколько живет нейтрон. Почему это так сложно и важно?
Посмотрите на самые близкие снимки поверхности Солнца
В ближайшем будущем голографические технологии получат куда более широкое применение в повседневной жизни, чем сейчас. Об этом в беседе с RT рассказал инженер-оптик, профессор Университетского колледжа Дублина Джон Т. Шеридан. По мнению учёного, внедрение голографии в нашу жизнь открывает новые возможности, в том числе в области хранения данных, а также медицины и энергетики.
— В российском Университете ИТМО вы прочитали курс лекций о голографии и голограммах. Могли бы вы объяснить далёким от науки людям, что такое голограммы и как их можно использовать?
— Фотография не содержит никакой подробной информации. По сути это лишь вид через замочную скважину. У нас есть только один угол обзора, и относительное положение объектов на картине не зависит от наших движений глазами или головой. А смотреть на голограмму — всё равно что смотреть в окно. Мы можем двигаться, меняя точку обзора, и наблюдать картину с разных ракурсов. Одним словом, фотография даёт двухмерную информацию, а голограмма — более полную трёхмерную информацию.
Слово «голограмма» означает «целостная картина». Первоначально, ещё в 1940-х годах, её изобрели как способ получить доступ к большему количеству информации из рентгеновских изображений. Изобретатель голографии Денеш Габор получил Нобелевскую премию за эту идею. Сегодня голограммы используются не только для визуализации, они имеют широкий спектр применения. Поскольку их трудно подделать, они, к примеру, используются для защиты от мошенничества: на кредитных картах, банкнотах и даже лекарствах.
- Голографические знаки на банкноте в 5000 йен
- Reuters
- © Issei Kato
— Расскажите о перспективных голографических технологиях.
— Сегодня полноцветные голограммы можно записать на очень тонких и плоских пластиковых слоях — они прочны и почти ничего не весят. Одно из применений таких голограмм — использование их в качестве линз. Рефракционные линзы, изготовленные из стекла, могут быть большими и тяжёлыми. Но, используя голограммы, можно делать плоские, очень большие по площади линзы, которые при этом компактны. Два популярных способа применения таких линз — концентрирование (накопление) солнечного света для выработки электроэнергии и как элемент формирования луча в автомобильных фарах.
— Расскажите о голографической связи. В фантастических фильмах герои зачастую участвуют в переговорах в виде голографических аватаров…
— Голограмма принцессы Леи в «Звёздных войнах» и голографическая палуба в «Звёздном пути», безусловно, вызвали очень большие надежды! К сожалению, современные инженеры ограничены законами физики — какими мы знаем их сейчас. Заставить свет искривляться в свободном пространстве довольно сложно. Однако инженеры никогда не сдаются, и многие умные трудолюбивые профессионалы прямо сейчас пытаются сделать такие разработки реальными. Уже сегодня выпускают очки виртуальной и смешанной реальности, с помощью которых можно видеть человека с разных ракурсов в реальном времени, перемещаясь по специально оборудованной студии. Трёхмерные очки уже доступны, существуют даже контактные линзы с аналогичным эффектом.
- Голографическое изображение Элвиса Пресли на шоу в Лас-Вегасе
- AFP
- © Ethan Miller / GETTY IMAGES NORTH AMERICA
— Когда же появятся первые мобильные устройства для голографических звонков?
— Боюсь, что я не предсказатель, но я поражён тем, что произошло за последние 20 лет. Трудно объяснить молодым людям, насколько необычны мобильные телефоны. В моей юности идея иметь устройство, которое помещается в кармане и на котором можно посмотреть фильм, а затем позвонить куда-то, звучала бы безумно.
Что касается создания портативных 3D-коммуникационных устройств, существует множество перспектив их развития. Обычно запись голограмм требует использования лазерного излучения. Но есть и другой способ захвата данных, который называется интегральным отображением. Используя множество камер, вы делаете несколько снимков одновременно при обычном освещении. Затем с помощью хитроумных компьютерных алгоритмов создаётся трёхмерное изображение. Большинство мобильных телефонов уже имеют по несколько камер. Учитывая конкуренцию технологических решений, я думаю, что устройства голографического звонка — не фантазия.
— Как вы считаете, голография открывает новые возможности и для образования?
— Те же видеолекции и дистанционное обучение доступны для людей не первый день. Если добавить к ним доступную дистанционную голографическую связь, то это, безусловно, откроет новые возможности распространения информации. Чем лучше способ коммуникации, тем меньше барьеров для понимания и тем больше ареал распространения и доступа к новым идеям.
Я отчетливо вижу преимущества модели онлайн-обучения в небольших профильных группах из 10—15 студентов, с которыми будут проводиться учебные занятия и лабораторная практика. Как преподаватель, я наслаждаюсь живым общением со своими студентами. Возможно, самым большим катализатором широкого использования голографической технологии будет желание достичь наибольшего погружения или подлинных ощущений, избегая при этом опасностей для здоровья, траты времени и энергии — всего, что связано с путешествиями.
- Голографические портреты на выставке
- РИА Новости
- © Евгений Биятов
— Что это такое — голографическое хранение данных?
— На моём телефоне можно хранить около 100 Гб данных, плюс у меня есть 1 Тб на внешней карте памяти. Первый жёсткий диск, который я купил, вмещал 10 Мб, стоил в десять раз дороже, чем мой телефон, а весил как большой и твёрдый металлический слиток. При этом он не фотографировал. Магнитные ленты с высокой ёмкостью хранения данных вмещают около 10 Тб и используются в картотеках, которые могут вместить до 10 тыс. лент. Все эти методы, включая использование серверов на основе полупроводников, подразумевают хранение данных в 2D-носителях, где информация считывается и выводится последовательно.
Голографическое хранение данных — это использование не плоскости, а объёма материала-носителя данных. Расчёты ёмкости хранилища данных обычно предполагают, что одна длина волны в кубе является основной единицей хранения одного бита. Тогда в 1 см³ можно легко хранить более 10 Тб. Кроме того, все данные можно записывать оптически и считывать одновременно с очень высокой скоростью передачи без износа или разрыва.
Проблемы, связанные с производством оптических приводов и носителей информации, особенно перезаписываемых кубов данных, огромны, но многие академические и коммерческие исследовательские группы в мире работают над этим типом технологии, включая группу оптики в Университете ИТМО.
— Как ещё можно использовать голографию?
— Недавно я участвовал в составлении сборника коротких статей под названием «Дорожная карта по голографии» для журнала Journal of Optics британского Института физики. В этом сборнике описан вклад в голографию ведущих учёных мира, в него включены и значимые российские исследования.
Также по теме
«Возможности безграничны»: российский специалист по наносистемам — о квантовом компьютере и биосенсорах
Появление квантовых компьютеров позволит человечеству создать новые виды топлива и осуществить прорыв в медицине. Такого мнения…
Например, в российском Университете ИТМО, где я прочитал курс лекций, в лаборатории цифровой и изобразительной голографии активно ведутся работы по разработке методов сверхбыстрой цифровой голографии в видимом и терагерцовом частотных диапазонах. Такие методы используются при разработке новых революционно быстрых каналов беспроводной связи, намного превосходящих привычный нам Wi-Fi, для изучения образования плазменных каналов, вызванных высокоинтенсивным лазерным излучением, и для измерения оптических нелинейных свойств объектов и материалов.
Учёные используют голограммы для рассеивания нейтронов, объяснения принципов работы человеческого мозга и даже для более эффективного производства возобновляемой солнечной энергии. Пытаются оптимизировать энергопотребление в центрах обработки данных, внедряют цифровую голографическую микроскопию для выявления заболеваний, в том числе с использованием мобильных телефонов. Могу с некоторой уверенностью предсказать: впереди нас ждёт ещё очень многое.
Key Takeaways
- You might soon be able to feel holograms as well as see them.
- The growing field of holographic technology could change the way we communicate.
- WayRay recently showed off its new Deep Reality Display that it says can replace the traditional car dashboard with a holographic display.
Henrik Sorensen / Getty Images
Holograms could soon be more like the holodecks of Star Trek.
Researchers have developed a hologram that allows you to reach out and «feel» it. It’s part of the growing field of holographic technology that could change the way we communicate.
«Eventually it may be possible to create holographic theater that is more realistic and less cumbersome than the Google cardboard or Oculus Go systems, which can cause vertigo,» Paul J. Joseph, a professor of mass communications at Methodist University in North Carolina who was not involved in the study, told Lifewire in an email interview.
Beam Me Up
Scientists at the University of Glasgow have developed a system of holograms of people using «aerohaptics,» creating feelings of touch with jets of air, according to a recently published paper. The air blowing on people’s fingers, hands, and wrists deliver a sensation of touch.
The system is based around a pseudo-holographic display that uses glass and mirrors to make a two-dimensional image appear to hover in space—a modern variation on a 19th-century illusion technique known as Pepper’s Ghost.
The advancement of holographic technology opens up a whole new world that has the power to…help to level the playing field between the haves and have nots,
The system could be developed to allow you to meet an avatar of a stranger on the other side of the world and feel their handshake.
«We believe aerohaptics could form the basis for many new applications in the future, such as creating convincing, interactive 3D renderings of real people for teleconferences,» Professor Ravinder Dahiya of the University of Glasgow and one of the paper’s authors said in a news release.
«It could help teach surgeons to perform tricky procedures in virtual spaces during their training, or even allow them to command robots to do the surgeries for real,» he added.
Holograms could be for more than just business meetings, Hayes Mackaman, the CEO of 8i, a VR software company focused on holograms, told Lifewire in an email interview.
«They can be applied to engage in highly immersive training and education, personal fitness, all forms of entertainment and even memory capture—and can also be streamed and viewed from any device that supports a browser,» he added.
«The advancement of holographic technology opens up a whole new world that has the power to democratize access to learning, put you in the front row of a concert, and help to level the playing field between the haves and have nots,» Mackaman said.
Colin Anderson Productions pty ltd / Getty Images
New Hologram Techniques
Holograms are rapidly getting more advanced. Last year, PORTL launched an AI-powered hologram projection system.
«For the first time in history, you can converse with an artificially intelligent hologram beamed into a human-sized hologram projection machine and ask them anything, anywhere, at any time,» said David Nussbaum, CEO of PORTL, in a press release. «The possibilities are wide open, given the power ofStoryFile’ss A.I. and the life-like quality of these holograms. I’m looking forward to seeing what the world does with this»
MIT scientists recently announced «tensor holography,» a new way to instantly produce holograms, which was previously impossible.
The company WayRay recently showed off its new Deep Reality Display that it says can replace the traditional car dashboard with a holographic display. The display shows different parts of the virtual image at different distances.
For drivers, the Deep Reality Display means an extra focus on the road with the advanced driver-assistance system, plus subtle entertainment features with no distractions, the company claims. The system ensures that the driver is only shown selective True AR apps, most suitable to the traffic situation and context at the exact moment. «All of these technologies represent significant leaps forward that will allow holograms to provide an exceptional representation of the world around you not only in VR but also in AR and mixed reality—without the eye strain and nausea that’s held back virtual reality,» Mackaman said.
Thanks for letting us know!
Get the Latest Tech News Delivered Every Day
Subscribe
Key Takeaways
- You might soon be able to feel holograms as well as see them.
- The growing field of holographic technology could change the way we communicate.
- WayRay recently showed off its new Deep Reality Display that it says can replace the traditional car dashboard with a holographic display.
Henrik Sorensen / Getty Images
Holograms could soon be more like the holodecks of Star Trek.
Researchers have developed a hologram that allows you to reach out and «feel» it. It’s part of the growing field of holographic technology that could change the way we communicate.
«Eventually it may be possible to create holographic theater that is more realistic and less cumbersome than the Google cardboard or Oculus Go systems, which can cause vertigo,» Paul J. Joseph, a professor of mass communications at Methodist University in North Carolina who was not involved in the study, told Lifewire in an email interview.
Beam Me Up
Scientists at the University of Glasgow have developed a system of holograms of people using «aerohaptics,» creating feelings of touch with jets of air, according to a recently published paper. The air blowing on people’s fingers, hands, and wrists deliver a sensation of touch.
The system is based around a pseudo-holographic display that uses glass and mirrors to make a two-dimensional image appear to hover in space—a modern variation on a 19th-century illusion technique known as Pepper’s Ghost.
The advancement of holographic technology opens up a whole new world that has the power to…help to level the playing field between the haves and have nots,
The system could be developed to allow you to meet an avatar of a stranger on the other side of the world and feel their handshake.
«We believe aerohaptics could form the basis for many new applications in the future, such as creating convincing, interactive 3D renderings of real people for teleconferences,» Professor Ravinder Dahiya of the University of Glasgow and one of the paper’s authors said in a news release.
«It could help teach surgeons to perform tricky procedures in virtual spaces during their training, or even allow them to command robots to do the surgeries for real,» he added.
Holograms could be for more than just business meetings, Hayes Mackaman, the CEO of 8i, a VR software company focused on holograms, told Lifewire in an email interview.
«They can be applied to engage in highly immersive training and education, personal fitness, all forms of entertainment and even memory capture—and can also be streamed and viewed from any device that supports a browser,» he added.
«The advancement of holographic technology opens up a whole new world that has the power to democratize access to learning, put you in the front row of a concert, and help to level the playing field between the haves and have nots,» Mackaman said.
Colin Anderson Productions pty ltd / Getty Images
New Hologram Techniques
Holograms are rapidly getting more advanced. Last year, PORTL launched an AI-powered hologram projection system.
«For the first time in history, you can converse with an artificially intelligent hologram beamed into a human-sized hologram projection machine and ask them anything, anywhere, at any time,» said David Nussbaum, CEO of PORTL, in a press release. «The possibilities are wide open, given the power ofStoryFile’ss A.I. and the life-like quality of these holograms. I’m looking forward to seeing what the world does with this»
MIT scientists recently announced «tensor holography,» a new way to instantly produce holograms, which was previously impossible.
The company WayRay recently showed off its new Deep Reality Display that it says can replace the traditional car dashboard with a holographic display. The display shows different parts of the virtual image at different distances.
For drivers, the Deep Reality Display means an extra focus on the road with the advanced driver-assistance system, plus subtle entertainment features with no distractions, the company claims. The system ensures that the driver is only shown selective True AR apps, most suitable to the traffic situation and context at the exact moment. «All of these technologies represent significant leaps forward that will allow holograms to provide an exceptional representation of the world around you not only in VR but also in AR and mixed reality—without the eye strain and nausea that’s held back virtual reality,» Mackaman said.
Thanks for letting us know!
Get the Latest Tech News Delivered Every Day
Subscribe
Сейчас стало возможным получить световые лучи, в точности копирующие те лучи, которые отражал предмет. Поэтому мы можем видеть предмет даже тогда, когда на самом деле его нет. Представьте: «висит» в воздухе перед вами яблоко — совсем как настоящее. Вы протягиваете к нему руку — и она совершенно свободно проходит сквозь него. Не правда ли, похоже на чудо? Сотворением таких «чудес» и занимается голография — одно из особенно удивительных направлений современной оптики; оно возникло всего около четверти века тому назад. «Голография» в переводе с греческого означает «полная запись»: «голос» — полный, весь, целиком, «графе» — записываю, фиксирую.
Голографические изображения (голограммы) все шире входят в нашу жизнь. Обычным явлением они стали в выставочных залах, где демонстрируются голографические двойники скульптур, археологических находок, драгоценностей, которые по тем или иным причинам не могут быть представлены оригиналами.
Удивительное изобретение 20-го в. не редкость теперь и в частных коллекциях. В них можно встретить даже марки с голограммой. Первые 3,5 млн. таких марок выпустило почтовое ведомство Австрии. Чтобы подольше сохранить ягоды, их замораживают. Перед употреблением, естественно, размораживают. Нечто подобное делается в голографической лаборатории со световыми лучами (разумеется, это не надо понимать в буквальном смысле).
Первое, что мы заметим, это лазер. Он применяется здесь в качестве источника света, так как только лазеры дают свет, обладающий способностью «замораживаться». Лучи от лазера попадают сначала на полупрозрачное зеркало; в результате часть их проходит дальше, а часть отклоняется и падает на предмет (пусть это будет уже знакомое нам яблоко). Лучи, прошедшие сквозь зеркало, образуют так называемый опорный световой пучок, а отразившиеся от яблока — предметный. На месте их пересечения помещают специальную фотопластинку с очень большим разрешением. С помощью микроскопа на ней можно различить две тончайшие параллельные линии, отстоящие друг от друга всего на 0,001 мм. Складываясь друг с другом, опорный и предметный световые пучки создают на фотопластинке крайне сложный «рисунок» из великого множества тончайших линий, образующих замысловатые узоры.
В результате фотообработки этот «рисунок» закрепляют. Процесс «замораживания» предметного светового пучка на этом заканчивается. По-научному он называется записью голограммы предмета. Вот перед нами голограмма яблока. Она нисколько не похожа на фотографию яблока. Бесполезно пытаться различить какие-либо его очертания в сложной картине пятен и замысловатых узоров. Можно лишь подивиться тому, что именно в этой картине и хранится в «замороженном виде» предметный световой пучок.
Конечно, голограмма сохраняет не его, а только информацию о предмете, которая содержалась в пучке после того, как он отразился от поверхности предмета. Важно, что здесь записана настолько полная информация, что она дает возможность восстановить реальный предметный световой пучок. Чтобы его «разморозить», надо осветить голограмму точно таким же световым пучком, который на этапе ее записи играл роль опорного пучка. Встанем перед голограммой и направим сзади на нее опорный световой пучок от лазера. Тотчас же, как по волшебству, она просветлится, в ней возникнет прозрачное окно, в глубине которого мы и увидим наше яблоко. Видно, что тот же самый предметный пучок, который падал на фотопластинку, теперь продолжает распространяться от голограммы к наблюдателю. В результате он реально воспринимает наблюдаемый предмет, как если бы тот продолжал находиться на прежнем месте.
Мы уже говорили, что сама по себе голограмма — это «рисунок». Он может быть в принципе рассчитан на электронно-вычислительной машине (ЭВМ). Более того, с помощью ее этот «рисунок» можно нанести на фотопластинку. Одним словом, голограмму можно изготовить искусственно. При считывании такой голограммы мы увидим объемную копию предмета, которого в действительности вообще не существовало. Вместо того чтобы делать некоторую модель из материала, мы можем предварительно получить и изучить ее «световую копию».
Представьте, что вам подарили голограмму. «Зачем мне она? — спросите вы. — Ведь без лазера я не «прочитаю» ее». Не огорчайтесь. Существуют голограммы, для считывания которых лазер не нужен — годится солнечный свет и даже свет от обычной лампы, висящей под потолком комнаты. Такие голограммы можно использовать в качестве иллюстраций в книгах. Допустим, вы садитесь за соответствующим образом освещенный стол, раскрываете учебник — и перед вами объемная картинка или совсем необычный объемный график. По такому учебнику заниматься значительно интереснее: объемные изображения помогают лучше разобраться в материале. Пока еще таких учебников нет, но со временем они непременно появятся.
Список литературы
МУНИЦИПАЛЬНОЕ АВТОНОМНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «ГИМНАЗИЯ № 1 г. БЛАГОВЕЩЕНСКА»
Итоговый индивидуальный проект
Тема: «Оптическая голография в современной жизни человека»
Предметная область: «физика»
Выполнила: Бегун Ксения
Александровна,
ученица 9Г класса
МАОУ «Гимназия № 1
г.Благовещенска»
Руководитель: Юдина Татьяна Анатольевна,
учитель физики
МАОУ «Гимназия № 1
г.Благовещенска»
г.Благовещенск – 2019г
Оглавление
Введение 4
I. Теоретическая часть
I.1. История голографии 5
I.2. Теория голографии 7
I.3. Принципы работы голографмческой пирамиды и её создание 8
I.4. Применение и реализация голограмм 9
I.5. Развитие голографии в будущем 10
II. Практическая часть 12
Заключение 14
Список литературы 15
ВВЕДЕНИЕ
Оптика — раздел физики, в котором изучаются оптическое излучение (свет), его распространение и явления, наблюдаемые при взаимодействии света с веществом, — относится к числу наиболее старых и хорошо освоенных областей науки. Интерес к оптическим явлениям понятен. Около 85% информации об окружающем мире человек получает через зрение. Оптические явления воспринимаются совершенным оптическим прибором — человеческим глазом, который является основным орудием познания мира. Оптические явления всегда наглядны и поддаются количественному анализу. Очень многие основополагающие понятия, такие, как интерференция, дифракция, поляризация пришли в физику из оптики и в настоящее время широко используются в областях, далеких от оптики. Одним из таких разделов оптики является голография.
Цель проекта: Изучить феномен голографии с научной точки зрения и воссоздать псевдоголографическое изображение с помощью четырехугольной усеченной призмы, собранной в домашних условиях.
Задачи проекта:
1. Изучить теорию голографии
2. Изучить принципы работы голографической пирамиды
3. Создать голографическую пирамиду в домашних условиях
Актуальность
С развитием науки и техники человечество прошло путь от использования голографических изображений в кино и индустрии развлечений до создания полноценных голографических лекториев, в которых один человек может вести трансляцию с эффектом присутствия на многомиллионную аудиторию, находящуюся в разных концах света. Оцифровать разрушающиеся объекты культурного наследия для потомков, создать объемные изображения внутренних органов для будущих врачей — все это возможности голографии. Количество объектов дополненной реальности, которые окружают нас в повседневной жизни, растет с каждым днем. Чтобы взаимодействовать с этими объектами важно понимать их сущность и происхождение, знать как они работают. В своем проекте мы хотим исследовать истоки появления первых голографических изображений, понять принципы их работы и воссоздать собственное голографическое изображение в экспериментальных условиях.
I. Теоретическая часть
I.1. История голографии
Примерно до середины XX столетия казалось, что оптика как наука закончила развитие. Однако в последние десятилетия в этой области физики произошли революционные изменения, связанные как с открытием новых закономерностей (принципы квантового усиления, лазеры), так и с развитием идей, основанных на классических и хорошо проверенных представлениях. Здесь, прежде всего, имеется в виду голография, которая значительно расширяет область практического использования волновых явлений и дает толчок теоретическим исследованиям.
Первая голограмма была получена в 1947 году Денешом Габором в ходе экспериментов по повышению разрешающей способности электронного микроскопа. Габор придумал само слово «голография», от греческого слова «holos» — «полный» и «graphe» — «пишу», которым хотел подчеркнуть полную запись оптических свойств объекта. Голограммы Габора отличались низким качеством, поскольку в качестве когерентного источника света Габор использовал единственно доступные ему газоразрядные лампы с очень узкими линиями в спектре испускания. Но это никак не уменьшает значения его работы, за которую автор получил Нобелевскую премию по физике в 1971 году.
Известный российский учёный Юрий Денисюк разработал метод записи отражающих 2-D голограмм на прозрачных фотопластинках, позволяющих записывать голограммы самого высокого качества.
В 1977 году Ллойд Кросс, американский ученый, создал мультиплексную голограмму – или, как мы говорим сегодня, изображение в 3-D формате. Такая голограмма принципиально отличается от всех остальных голограмм тем, что состоит из десятков или даже сотен отдельных плоских ракурсов, видимых под разными углами.
Мультиплексная голография превосходит по качеству все остальные способы создания объёмных изображений на основе отдельных ракурсов.
I.2. Теория голографии
Голография — это один из способов регистрации информации. С ее помощью можно записывать, а потом воспроизводить изображения трехмерных объектов, которые похоже на реальные.
Голограмма фиксирует не само изображение предмета, а структуру отраженной от него световой волны, ее амплитуду и фазу. Для получения голограммы необходимо, чтобы на фотографическую пластинку одновременно попали два когерентных световых пучка: предметный, отраженный от снимаемого объекта, и опорный – приходящий непосредственно от лазера. Свет обоих пучков интерферирует, создавая на пластинке чередование очень узких темных и светлых полос – картину интерференции.
На экспонированной и проявленной, таким образом, пластинке отсутствует какое-либо изображение, однако его в зашифрованном виде содержит система интерференционных полос, и если голограмму просветить, как диапозитив, лазерным светом той же частоты, что была использована при записи, возникнет «восстановленная голограмма» – объемное изображение снятого предмета, словно висящего в пространстве. Меняя точку наблюдения, можно заглянуть за предметы на первом плане и увидеть детали, ранее скрытые от взгляда. Свет, проходя сквозь систему черно-белых полос голограммы, испытывает дифракцию и воспроизводит волновой фронт, исходивший от снятого предмета. Аналогичным образом лазерный луч, пропущенный сквозь отверстие очень малого диаметра, даст на фотопластинке, поставленной за отверстием, систему колец, так называемые «кольца Френеля». А световой пучок, проходящий сквозь их изображение — «зонную пластинку», сойдется в точку. Кольца Френеля представляют собой простейшую голограмму – голограмму точки.
I.3. Принципы работы
голографической пирамиды и ее создание
Для того чтобы изготовить голографическую картину своими руками, требуется современное дорогостоящее, труднодоступное оборудование. Поэтому мною было решено изготовить мультиплексную 3D-голограмму с помощью самодельной пирамиды.
Голографическая пирамида — это устройство, которое позволяет создавать трёхмерные изображения внутри прозрачного визора — пирамиды. Принцип её действия основан на псевдоголографии — отражении изображения, созданного по специальной раскладке по количеству сторон пирамиды на черном фоне. Голографическая 3D-пирамида представляет собой проекционную поверхность, на которую проецируется созданное по специальной раскладке видео или изображение.
Пирамида дает плоское отображение действительных предметов, когда ее прозрачная поверхность преломляет попадающий на него свет, так получается эффект объемности. В голографической пирамиде можно продемонстрировать любой объект, предварительно спроектировав его в 3D.
Голограмма, которую мы получаем в собранной мною голографической установке, представляет собой четыре плоских изображения одного объекта, созданные с четырех различных сторон. Эти четыре изображения, попадая в одну точку, воспринимаются человеческим глазом как единое объемное изображение. Процесс получения одного из этих четырех изображений аналогичен процессу получения изображения в плоском зеркале.
Большинство зеркал делают из листов стекла, задняя сторона которых покрыта тонким слоем отражающих материалов или металлов, в том числе серебра. Мы видим все вокруг, потому что световые волны отражаются от объектов и попадают нам в глаза, создавая образы, которые распознает наш мозг. Но такое двойное отражение создает странный эффект – все кажется повернутым в обратную сторону. Если мы, например, поднесем к зеркалу раскрытую книгу, то увидим напечатанный в ней текст не слева направо, а, наоборот, справа налево. Таким же образом создается голограмма: четыре части видео отражаются в четырех гранях призмы, сливаясь в одно объемное изображение. Наилучшего качества изображения можно достичь, когда голограмма рассматривается в затемненном помещении.
В сети Интернет я нашла несколько готовых видео, обработанных с помощью компьютерных программ для создания мультиплексных голограмм и представляющих собой четыре изображения одного объекта с разных сторон. Изображения для голограммы должны быть исключительно на черном фоне.
I.4. Применение и реализация голограмм
Наиболее широкое применение голография находит в науке и технике. Голографическими методами контролируют точность изготовления изделий сложной формы, исследуют их деформации и вибрации. Для этого деталь, подлежащую контролю, облучают светом лазера, и отраженный свет пропускают сквозь голограмму эталонного образца. При отклонении размеров от эталонных, искажении формы и появлении поверхностных напряжений возникают полосы интерференции, число и расположение которых характеризует степень отличия изделия от образца или величину деформаций. Аналогичным образом исследуют обтекание тел потоками жидкости и газа: голограммы позволяют не только увидеть в них вихри и области уплотнений, но и оценить их интенсивность.
Голографическими методами можно распознавать образы, т.е. искать объекты, идентичные заданному, среди множества других, похожих на него. Такими объектами могут быть геометрические фигуры, фотографии людей, буквы или слова, отпечатки пальцев. На пути лазерного луча устанавливают сначала кадр, на котором может находиться искомый объект, а за ним – голограмму этого объекта. Появление яркого пятна на выходе говорит, что объект в кадре присутствует. Такая оптическая фильтрация может производиться автоматически и с большой скоростью.
Методами акустической голографии удается получать объемные изображения предметов в мутной воде, где обычная оптика бессильна.
Голограммы музейных редкостей уже стали довольно обыденной вещью: они не только экспонируются на выставках, но и продаются в сувенирных ларьках. Начинают появляться объемные книжные иллюстрации.
Разновидность пропускающих голограмм, изобретенных американцем Стивеном Бентоном, называют радужными, потому что трехмерные изображения на таких голограммах наблюдаются на фоне радуги. Они ориентированы на массовое производство. Их используют в рекламе, из них делают акцизные марки, пломбы сохранности. Вообще радужные голограммы используют для защиты от подделок, потому что мошенники пока плохо освоили метод голографии (в отличие от полиграфического способа нанесения рисунков).
I.5. Развитие голографии в будущем
Активнее всего развивается область голографии, связанная с head-up дисплеями. Их устанавливают в шлемах, самолетах, автомобилях (технологии HMD (head-mounted дисплей) — это размещение дисплея непосредственно на голове зрителя или лобовом стекле автомобиля или самолета — это HUD (Head-Up Display). Когда человека полностью изолируют от окружающей обстановки — это дисплеи VR, виртуальной реальности (virtual reality). Голографические дисплеи уже делают для пилотов, чтобы датчики целеуказания находились перед глазами. Но их конструируют на базе объемной оптики и обычного плоского зеркального бим-сплиттера. Это громоздкая система, и на новом этапе разрабатываются более простые конструкции, которые можно было бы применять и в быту.
Есть разработки дисплея для автомобилей с голографическим и оптическим бим-сплиттером. Такой дисплей прозрачный и наклеивается на лобовое стекло. Сейчас изображение монохромное, но скоро появится и многоцветное. Габаритную и точную оптику заменяют голограммами, чтобы снизить финальную стоимость изделия, к тому же это гораздо безопаснее.
II. Практическая часть
Цель: Собрать голографическую пирамиду и продемонстрировать её работу за счет показа псевдоголографического изображения с заранее подготовленным видео контентом
Оборудование: Органическое стекло, прозрачный клей, на основе цианоакрилатов, в качестве проекционного аппарата был использован школьный планшет.
Ход работы:
Пирамида состоит из четырех идентичных друг-другу частей в форме трапеции. Размер оснований трапеции зависит от длин сторон источника видеоизображения и от формата этого видеоизображения. А по закону отражения света в плоском зеркале:
1. Лучи — падающий и отражённый, а также перпендикуляр к отражающей поверхности, проведённый в точку падения, лежат в одной плоскости.
2. Угол отражения равен углу падения.
По этому закону, проводим следущие расчеты для того, чтобы изображение проецировалось под углом 90 °:
Из этого следует что угол наклона пирамиды относительно источника изображения должен составлять 45 °. Далее из имеющихся данных составляем схему для конструирования пирамиды:
Затем переносим получившеюся схему на органическое стекло, вырезаем и склеиваем.
Вывод: Мы изучили и объяснили способ создания голографических пирамид, спроектировали и собрали собственный образец, продемонстрировали его работу.
Заключение
В ходе выполнения проектной работы мы изучили историю появления голографии, принципы создания голографического изображения, направления развития голографии в будущем. А также выяснили, что голограмма является крайне перспективным носителем информации. Голографические технологии внедряются в различных отраслях, в частности в машиностроении, телевидении, связи. Выполнили своими руками псевдоголографическую модель в домашних условиях и продемонстрировали ее работу.
Список литературы
Андреева О.В., Парамонов А.А., Андреева Н.В. Прикладная голография. Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики, 2008 г. С.-152.
Алексеев В.Е. Малгаров И.И. Самодельная голографическая 3D пирамида. Юный ученый № 4, 2016 г. С.107-109
Кольер, Р., Беркхарт К., Лин Л. Оптическая голография. М.: Мир, 1973.–686 с.
Слабко В.В. Принципы голографии. Соросовский обозревательный журнал № 7, 1997 г. С.-87-94.