3D голограмма – будущее сегодня

Введение

Современность не перестаёт удивлять разнообразием способов обработки большого количества информации. Не секрет, что информация представляется в виде мультимедиа, анимации, текста, фотоизображений. 3D голограмма представляет инновационную технологию, с помощью которой можно создать трехмерное изображение. Технология 3D голограммы актуальна для изучения, потому что её продвижение может изменить мир к лучшему. Во многих фантастических фильмах часто используют 3D голограммы, так неужели на рубеже 2100 года такие голограммы не появятся?  Хотя сейчас эта технология не до конца изучена и не воплощена в полной мере, я считаю, что на рубеже 2100 года метод 3D голограмм будет являться основным методом вывода данных, а так же использоваться почти во всех сферах жизни людей.

Цель моего проекта:

Привлечь внимание к технологии 3D голограммы.

Для достижения цели я поставил следующие задачи:

1. Изучить литературные источники по данной теме;
2. Узнать, где на сегодняшний день применяется голограмма;
3. Выяснить, откуда появилось понятие голограмма;
4. Найти способ создания голограммы;
5. Сравнить цену голографического проектора в магазине, на сайте с самодельным проектором.
6. Сконструировать прибор, который будет выдавать 3D голограммы.

Объект исследования: 3D голограмма.

Предмет исследования: потенциальные возможности использования 3D голограммы.

Методы исследования:

1. Изучение и обобщение информационных источников
2. Создание прибора и программы для вывода 3D голограммы
3. Тестирование прибора и программы
4. Анализ полученных результатов

Гипотеза: технология 3D голограммы одна из передовых технологий и её можно воссоздать в домашних условиях.

1.Теоретическая часть

1.1 Голограмма

Голограмма означает некий проецируемый образ объекта либо существа, применяющийся в коммуникационных целях.[1] Основоположником голографии (от др.-греч. ὅλος – полный и γράφω – пишу) – направления о технологиях для точной записи, трансляции и изменения волновых полей оптического электромагнитного излучения, создающих трёхмерные изображения, – часто называют венгерского физика Д. Габора, описавшего данный принцип в 1947 г. и введшего термин «голограмма» в научный оборот. Академик РАН, один из отечественных основоположников голографии Ю.Н. Денисюк отмечал, что его побудила к исследованию объёмных изображений в рамках разработки трёхмерной голографии фантастическая повесть советского палеонтолога И.А. Ефремова «Звездные корабли», написанная в 1946 и опубликованная в 1947 гг. Ю.Н. Денисюк в собственных исследованиях учёл принцип, что человек видит не сами объекты, а их световые образы. У него возникла идея записать на фотопластинке само световое поле, а после этого плоскую световую волну нацелить на пластинку, чтобы восстановить образ отсутствующего объекта. Запись интерференционной картины данного объекта не только в двух измерениях, но и в глубине позже стала называться методом Денисюка или методом трёхмерной фиксации. Кроме применения лазеров, учёных к созданию полноценной объёмной голограммы приблизил дифракционный эффект Брэгга, когда появляются интенсивно засвеченные плоскости, где и возникает голограмма.

Голландский физик Герардт Хоофт вообще выдвинул гипотезу голографической Вселенной. Эту идею полностью подтвердить пока не удалось.

1.2 Из чего состоит голограмма

Основным фотоматериалом для записи голограмм являются специальные фотопластинки на основе традиционного бромида серебра. Кроме того, иногда применяются фотопластинки на основе бихромированной желатины, которые обладают ещё большей разрешающей способностью, позволяют записывать очень яркие голограммы (до 90% падающего света преобразуется в изображение), однако они чувствительны только в области коротких волн. Наряду с фотографическими мелкозернистыми галогенсеребряными средами, применяются так называемые фотохромные среды, изменяющие спектр поглощения под действием записывающего света.[2]

Одними из эффективнейших среди фотохромных кристаллов являются щёлочно-галоидные кристаллы, из которых наилучшие результаты были получены на аддитивно окрашенных кристаллах хлорида калия. При голографической записи, в качестве регистрирующей среды, так же широко используются сегнетоэлектрические кристаллы. В основном это ниобат лития — LiNbO3. Однако, эти кристаллы обладают недостатками присущими фотохромным материалам. Трудность состоит в низкой величине голографической чувствительности. В последние годы интенсивно разрабатываются регистрирующие среды на базе голографических фотополимерных материалов, представляющих собой многокомпонентную смесь органических веществ, нанесенную в виде аморфной пленки толщиной 10-150 мкм на стеклянную или пленочную подложку. Фотополимерные пленки, менее дорогостоящие чем кристаллы ниобата лития, не так громоздки и имеют по сути большую величину изменения коэффициента преломления, что приводит к большим значениям дифракционной эффективности и большей яркости голограммы. Однако, с другой стороны ниобат лития, из-за его толщин, способен сохранять большие объёмы информации, чем фотополимерные пленки, толщины которых ограничены.

1.3 Виды голографии

Так как голографический метод применим ко всем волнам: электронным, рентгеновским, световым, микроволнам, акустическим и сейсмическим при условии наличия когерентных источников этих волн, пригодных для формирования соответствующих голографических полей.

Голография может быть:

• Цифровая
• Рентгеновская
• Оптическая
• Акустическая
• Сейсмическая

Наибольшее распространение в настоящее время получила оптическая голография, что объясняется, в первую очередь, доступностью лазеров – источников когерентного излучения, и средств регистрации и наблюдения восстановленных изображений. Активно ведутся работы по рентгеновской голографии, основанной на использовании ондуляторов – синхротронных источников когерентного рентгеновского излучения, и цифрового восстановления голограмм в виртуальном пространстве компьютера, однако широкого распространения эти методы пока еще не получили. Что касается акустической и сейсмической голографии, то в настоящее время они практически не развиваются, поскольку не могут серьезно конкурировать по информативности с широко используемыми в интроскопии методами компьютерной томографии.

1.4 Разделение оптических голограмм

• Согласно записанной информации — 2D голограмма.

Этот тип голограмм выглядит как 2D — картинка, с зонами, окрашенными четырьмя основными цветами и палитрой их взаимных переходов. При изменении угла зрения меняется её цвет или же происходит изменения графических контуров или структуры

• Комбинация голограмм — 2D/3D голограмма.

Компромиссом между качеством освещения и глубиной голограммы является запись 2D — графики. Так можно в пространстве по отношению друг к другу расположить несколько плоских графических изображений. Необходимо следить за тем, чтобы размеры отдельных изображений были такими, чтобы за них можно было «заглянуть»

• Трехмерная голограмма – 3D голограмма.

Объемная картинка, созданная благодаря уникальному фотографическому методу – голографии. По факту, при помощи специального лазера в воздухе возникает трехмерное изображение, которое невероятно похоже на реальный объект. Такую картинку можно обойти со всех сторон, сделать ее более или менее точной, изменить размер и даже прикоснуться к ней. О данной голограмме и пойдет дальнейшая речь.

1.5 Способ создания 3D голограммы

Создание объемной фигуры в воздухе – не самое простое занятие, ведь оно требует исполнения многих физических принципов. Для того, чтобы понять механизм возникновения голограммы необходимо знать два определения:

• Интерференция волн – одновременное уменьшение или увеличение яркости двух или более световых волн при их наложении друг на друга.
• Когерентность – согласованность нескольких процессов в физике.

Для создания 3d голограммы необходимо наличие минимум двух световых волн, одна из которых будет опорной, а другая – объектной, то есть направленной на объект. Также необходимо понимать, что источник света имеет огромное значение, ведь важно, чтобы частоты лучей точно совпадали между собой. В современной голографии используются специальные лазеры, до изобретения которых создание объемных изображений в воздухе было практически невозможным.

Таким образом, для создания голограммы 3d необходимо два лазера, один из которых дает опорную волну, а второй накладывается на него. При их пересечении происходит интерференция волн и возникает трехмерная картинка.

1.6 Путь от простейшего к сложному

• Создана первая цветная 3D-голограмма. 2013 год.[3]

Специалистами южнокорейского института ETRI (Electronics and Telecommunications Research Institute) разработана технология, позволяющая формировать цветные трехмерные голограммы и просматривать их с помощью настольного дисплея.

На нее можно смотреть со всех сторон, изменение цветов достигается за счет эффекта интерференции между лучами нескольких лазеров.

Размер голограммы составляет приблизительно 7,5 см, и учитывая сложность ее получения, это пока максимум, но уже в 2021 году исследователи планируют увеличить размер проецируемого объекта до 25 см.

•  В Саратовском техническом университете изобрели 3D-изображение, которое может имитировать все что угодно. 14 апреля 2014.[4]

Оригинальной идеей прославился технический университет в Саратове. Студенты воплотили в жизнь то, что раньше мы могли видеть только в фантастических фильмах. Трехмерное изображение, висящее в воздухе, может имитировать все, что угодно. К тому же им можно управлять руками. Специалисты в один голос говорят о большом будущем изобретения.

Легким движением руки – хоть деталь космического аппарата, хоть девушку с обложки – студент технического университета Максим Железов создает прямо в воздухе. Он и его научная группа разработали уникальную технологию 3D-макетов, или иначе объемных голограмм. В отличие от всех существующих аналогов, их голограммы реагируют на прикосновения и обладают цветом и яркостью. Проектом уже заинтересовались в Сколково.

• Ученые создали голограмму, которую можно потрогать и послушать.      16 ноября 2019.[5]

Исследователи из Сассекского университета создали анимированную 3D-голограмму, которую можно не только видеть со всех сторон, но и потрогать, а также услышать. Об этом сообщает Gizmodo.

Основана технология на звуковых волнах и крошечном шарике диаметром два миллиметра. Волны заставляют шарик двигаться с неуловимой глазом скоростью и выписывать в полете запрограммированную фигуру. Человек видит законченную трехмерную модель, а если поднести к голограмме руку, можно ощутить перемещения шарика.

Дополнительно шарик можно заставить вибрировать на частотах, которые создают звуковые волны. Таким образом, получается крошечный левитирующий динамик.

Хотя голограмма с шариком и далека от технологий «Звездных войн» или «Стартрека», Gizmodo уверен, что у нее большое будущее. Возможно, в ближайшее время ее усовершенствованная версия заменит людям очки виртуальной реальности

1.7 Работа голографических проекторов

Создатели современных гаджетов предлагают огромное количество разнообразных голографических проекторов для разных целей и возможностей. Некоторые из них выглядят, как стандартные проекторы, некоторые формируют изображения внутри куба или другой геометрической фигуры. Есть также своеобразные проекторы-вентиляторы, которые создают изображения посредством быстрого вращения и остаются незамеченными зрителями.

Но все эти разновидности объединяют общие особенности:

• программное обеспечение для работы за компьютером или ноутбуком;
• дистанционное управление;
• высокое качество картинки;
• наличие ярких светодиодов для реальности визуализации;
• большая площадь охвата изображения;
• небольшой размер;
• возможность считывания SD-карт для оперативной смены контента и т. д.

Все это делает голографический проектор удобным в использовании на любых локациях, будь то кинотеатр, кафе, сцена, офис, школа, университет или дом.

Какой бы вид голографического проектора не выбрать, он однозначно упростит любую задачу и привлечет внимание к деятельности выступающего.

1.8 Способы применения 3D голограммы

• Политика

Мир сегодняшнего политического субъекта сложно представить без грамотного конструирования его виртуального образа – партии нужен узнаваемый бренд, а политическому лидеру – имиджевая конструкция, ориентированная на его целевую аудиторию. То, что сейчас принято называть «виртуальным», равнозначно не только сети Интернет, но и голограммам.

• Маркетинг и реклама

Стандартная и скучная реклама в виде буклетов, видеороликов, баннеров, всплывающих окон, радиовещания уже не привлекают большого количества клиентов, ведь современный человек научился не обращать на все это внимание, так как это его привычное окружение. Именно поэтому голограммы в воздухе станут отличным решением для успешного продвижения товара или услуги.

• Бизнес

Для качественного и быстрого развития важно заинтересовать не только клиентов, но и партнеров по бизнесу. В этом случае голограмма также станет незаменимой, ведь она презентует планы и намерения с наилучшей стороны.

• Шоу-бизнес

Для того, чтобы удивить зрителя уже недостаточно прекрасной актерской игры или вокальных данных. Не спасут даже харизма и пестрые костюмы. А вот голограмма в воздухе точно заинтригует и позволит создать незабываемое шоу.

• Медицина

Даже такая сложная отрасль человеческой деятельности становится намного проще и безопаснее благодаря голографии. Голограмма была уже не раз успешно использована для малоинвазивных операций, когда врач минимизирует вмешательство в организм пациента. 3D голограмма нужного органа позволяет в деталях рассмотреть все особенности и избежать врачебной ошибки. При этом доктору не придется лишний раз отвлекаться на очки виртуальной реальности или прочие гаджеты.

• Обучение

Благодаря реалистичности изображения необходимый предмет можно рассматривать со всех сторон, увеличивая его отдельные детали. Такая точность визуализации позволяет качественнее ознакомиться с любым материалом, а также усвоить его не только на уровне теории, но и на практике.

• Развлечения

Ну, и куда же без развлечений. Очевидно, что 3D голограммы являются отличным способом занять личное время, ведь можно прикоснуться к любимому персонажу, визуализировать концерт у себя дома, а также с головой окунуться в виртуальный мир компьютерных игр.

1.9 Примеры использования 3D голограмм в различных областях

Эмпирическая реклама

WWF: #StopWildlifeTrafficking  

Чтобы привлечь внимание общества к проблеме торговли животными, WWF и The People’s Postcode Lottery представили голограмму слона в полный рост, который целую неделю бродил по улицам Лондона. Также в рамках кампании на нескольких пешеходных переходах организаторы нанесли следы морских черепах, снежных барсов и тигров — тех животных, которые больше всего страдали от браконьеров.

Политика

3D-голограмма премьера Турции выступила перед его сторонниками.[6]

Премьер-министр Турции Тайип Эрдоган, приглашенный на церемонию презентации кандидатов на пост мэра города Измир, предстал перед собравшимися в виде 3D-голограммы. В правящей Партии справедливости и развития заявили, что занятость помешала главе государства посетить мероприятие лично.

 «Мы хотели пригласить поучаствовать и Тайипа Эрдогана, но он не смог приехать из-за плотного графика. Тогда мы использовали нестандартный ход – голографическое изображение главы партии. Это не просто красивый и оригинальный предвыборный ход, но одновременно и послание нашим сторонникам», – рассказал РИА» Новости» глава пресс-службы измирского отделения ПСР Танер Алкан.

«Мы собираемся на выборы в тени атак, подготовленных предательскими сетями. Я призываю всех моих кандидатов в мэры не тратить свое время на них», – заявил Эрдоган.

Первым политиком, использующим данную технологию, стал индиец Нарендра Моди, один из лидеров националистической Индийской народной партии. Моди использовал технологию по полной, одновременно выступив перед избирателями сразу на 53 предвыборных мероприятиях.

 

Медицина

Израильские ученые разработали аппарат, создающий 3D-голограмму внутренних органов

В Израиле разработали уникальную технологию, которая позволяет врачам видеть внутренние органы пациента, как на ладони. Новый аппарат создает в операционной объемную 3D-голограмму, которой можно управлять прямо руками.

Технология, разработанная израильскими учеными, позволит хирургам рассмотреть любой внутренний орган человека. Первые 3D-голограммы планируют использовать для проведения кардиоопераций.

3D-голограмма строится с помощью анализа данных пациента и световых лучей. Все происходит в реальном времени, так что врач может рассмотреть даже самые мелкие изменения и реакции, происходящие в организме человека во время операции или процедуры.

Еще одно важное достоинство трехмерного изображения — заболевания какого-либо органа человека можно будет заметить на самой ранней стадии и сразу приступить к лечению. При таком раскладе, многие пациенты смогут обойтись даже без хирургического вмешательства.

Ученые надеются, что новая система поможет сократить процент врачебных ошибок. Разработчики не сообщают, когда начнут внедрять новую методику. Но убеждены, что спрос на неё будет расти во всем мире.

Шоу-бизнес

Цифровизация современного общества предполагает, что научные открытия в области голографии всё больше обретают не только теоретическую, но и прикладную значимость. Активным интересантом, применяющим 3D голограммы, стал бизнес, а именно шоу-бизнес. В 2014 г. на телевизионной церемонии Billboard Music Awards американская компания Pulse Evolution явила миру голограмму Майкла Джексона, «выступившую» под песню «Slave to the Rhythm». Сотрудники компании признались, что использовали принципы иллюзионистской практики XIX столетия – так называемый «Призрак Пеппера». Подобный приём применялся в 2012 г. для создания голограммы рэпера Тупака Шакура, появившейся на музыкальном фестивале Coachella. Правда, разработчики искусственного изображения отмечают, что это на деле является не полноценной голограммой, а эффектной иллюзией, в создании которой используются не самые инновационные технологии, а напротив, традиционные. Метод этой технологии кроется в проецировании определённого образа на большой расположенный перед наблюдателями лист стекла или пластика, установленный под углом в 45 градусов. Для создания изображения М. Джексона применялись более сложные технологии: сначала специальные камеры сняли фон, состоящий из золотого трона поп-короля и живых актёров, после этого на компьютере подготовили цифровую копию певца и продумали анимационный сценарий.

Развлечения

В Гонконге для детей показали голографическое шоу. На глазах у зрителей практически из воздуха начали появляться различные предметы, персонажи мультиков и видеоигр. Выглядят предметы так натурально, что хочется к ним прикоснуться.

 

2.Практическая часть

Рассмотрев историю открытия и дальнейшего развития различных видов голограмм, а также другие теоретические аспекты, я постарался самостоятельно получить 3D-голограмму и создать проектор для её выведения.

2.1 Проектор

Можно было купить проектор, но после сравнения цен я понял, что лучше сделать его своими руками (Приложение6). В начале я разработал чертеж (Приложение1). После чего выбрал материал. Для создания проектора мне требовалось 4 отражающие поверхности. Наиболее подходящим вариантом стало оргстекло, так как оно довольно легко поддается обработке и не может разбиться как обычное стекло. Далее я склеил 4 обработанных оргстекла в виде пирамиды. Проектор готов (Приложение2).

2.2 Проблемы с проектором и их решение

При испытании начальной версии проектора было замечено двойное изображение, что нарушало ощущение реальности объекта, который мы видим. Данная проблема, как оказалось, возникла из-за ширины оргстекла. Для решения проблемы можно уменьшить ширину стекла. Но я решил просто затонировать оргстекло. В итоге получил не только четкое изображение, но и более яркое (Приложение3).

2.3 Программное обеспечение

Для того чтобы на мой проектор выводилось изображение максимально похожее на трехмерный объект, потребовалось расположить изображение объекта в 4 областях экрана. Если данное мне изображение объекта было статично и не имело фона, то расположить его в 4 областях не составляло труда. Для создания голограммы я использовал видеозапись, сделанную оператором в рекламном агентстве «Лайм» и видеоредактор Movavi Video Editor Plus, который я выбрал по причине интуитивно понятного каждому человеку интерфейса.

После того как я разместил видеоизображение в 4 областях экрана, нужно было убрать лишние детали, поставить звуковую дорожку и загрузить полученное видео на устройство. При удалении не нужных объектов возникла проблема с мощностью ЦПУ, которой не хватало для столь весомой работы. Решения этому не нашлось, так что пришлось около 6 часов ждать, пока загрузится видео и включать максимальное охлаждение, чтобы процессор не перегрелся. В итоге я получил 3D-голограмму в движении.

2.4 Проблемы с ПО

В ходе работы я понял, что включение отдельных голограмм занимает большое количество времени и при поставленном на экран проекторе не совсем удобно. Поэтому мне пришлось думать о включении голограмм из вне, например, с помощью жестов или голоса. Поскольку для управления голограммы при помощи жестов потребовались бы сенсорные экраны, этот вариант остался в разработке. Второй же вариант, управление голограмм голосом, я начал воплощать в реальность. За основу была взята программа Laitis, которая позволяла управлять встроенным в Windows программным обеспечением. Чтобы не перегружать Laitis, пришлось убрать из нее все функции управления и оставить лишь голосовой ввод. После очистки программы, были введены команды голосового управления, которые могли использовать лишь заданные им пути. Также для удобства был добавлен самостоятельно созданный голографический помощник по имени Майкл (Приложение 4). По завершению работы от Laitis осталось лишь название и функция голосового ввода. Так как прошлое название уже не подходит, я называл программу именем голографического помощника, ведь именно он встречает нас, когда мы начинаем работу с голограммами.

 

Заключение

Результат практической работы

1. Собран и доработан голографический проектор.

2. Созданы видеоролики для голографического проектора.

3. Создан голографический помощник «Майкл».

4. Составлена однолинейная работа «Майкла» и некоторые ответвления.

 Недоработки практической работы

1. По причине нехватки аппаратуры голограмма со всех сторон имеет одно изображение.

2. По причине автономной работы Майкла оборудование должно быть подключено к сети.

3. Временное отсутствие разнообразия различных путей работы «Майкла».

При работе над данным проектом я:

1. Изучил литературные источники по данной теме.

2. Выяснил где на сегодняшний день применяют голограммы.

3. Узнал откуда появилось понятие голограммы.

4. Нашел способ создания голограммы.

5. Сконструировал прибор, который выдает 3D голограммы.

6. Создал голографический помощник.

7. Создал видеофайлы для голографического проектора.

8. Воссоздал технологию 3D голограммы в домашних условиях.

9. Сравнил цены голографических проекторов в магазинах со стоимостью самодельного проектора.

Мои выводы:

Голограмма — продукт голографии, объемное изображение, создаваемое различными способами, воспроизводящими изображение трехмерного объекта. Голографии прочат будущее визуальных развлечений, поскольку до сих пор этот способ остается самым многообещающим способом визуализации трехмерных сцен.

Человечество постепенно выходит на новый этап развития, когда достижения предыдущих десятилетий отходят на второй план, а современные технологии обретают все большую популярность. И это не удивительно, ведь инновации позволяют намного быстрее и качественнее выполнять привычные действия и громко заявлять о себе. Именно поэтому в независимости от вида деятельности и профессии так важно идти в ногу со временем. И считается, что на рубеже 2100 года время станет на этап  развития 3D голограмм, ведь скорее всего не только новые технологии позволят воссоздать всеми желаемую голограмму из фильма «Star wars», но и современные умы смогут понять как остановить или «связать в узел» свет, чтобы голограмма была полностью самостоятельной.

Итоги:

Воссозданная мной технология 3D голограмм не только работает, но и имеет свои индивидуальные функции и способности. Сделанный мною проектор намного дешевле проекторов, созданных по той же технологии и продаваемых в магазинах, а также в отличие от магазинных проекторов изображение с него хорошо видно даже при дневном свете.

Таким образом, цель достигнута и гипотеза доказана.

Я считаю, что сделанное мной сейчас далеко не предел возможностей данной технологии, поэтому я буду продолжать улучшать свою работу.

Список литературы

1. Ефремов И.А. «Звездные корабли». – М.: АСТ, 2018. – 384 с.

2. Талбот Майкл «Голографическая Вселенная. Новая теория реальности». – М.: София, 2014. – 384 с.

3.Федорченко С.Н. Политическая голограмма: новая возможность коммуникации или скрытая угроза 3D манипулирования цифровым обществом? /Вестник Московского государственного областного университета (электронный журнал) 2018 №2

Интернет-ресурсы

1. ITC.ua https://itc.ua/blogs/sozdana-pervaya-tsvetnaya-3d-gologramma/
2. 3600. Новости https://360tv.ru/news/tekst/kak-nastojaschaja-uchenye-sozdali-gologrammu-kotoruju-mozhno-uslyshat-i-potrogat/ —
3. Новости. Первый канал https://www.1tv.ru/news/2014-04-14/48089-v_saratovskom_tehnicheskom_universitete_izobreli_3d_izobrazhenie_kotoroe_mozhet_imitirovat_chto_ugodno
4. Политическая голограмма https://cyberleninka.ru/article/n/politicheskaya-gologramma-novaya-vozmozhnost-kommunikatsii-ili-skrytaya-ugroza-3d-manipulirovaniya-tsifrovym-obschestvom/viewer -.
5. Вологодская областная универсальная научная библиотека  https://www.booksite. ru/fulltext/1/001/008/011/360.htm -.
6. Новости IT и высоких технологий http://information-technology.ru/sci-pop-articles/23-physics/259-chto-takoe-gologramma —
7. Техкульт https://www.techcult.ru/technology/5215-chto-takoe-gologramma

Полезные самоделки https://www.freeseller.ru/5422-3d-gologramma-svoimi-rukami.html

[1] https://www.techcult.ru/technology/5215-chto-takoe-gologramma

[2] https://hi-news.ru/eto-interesno/kak-eto-rabotaet-golograficheskij-displej.html

[3] https://itc.ua/blogs/sozdana-pervaya-tsvetnaya-3d-gologramma/

[4] https://www.1tv.ru/news/2014-04-14/48089-v_saratovskom_tehnicheskom_universitete_izobreli_3d_izobrazhenie_kotoroe_mozhet_imitirovat_chto_ugodno

[5] https://360tv.ru/news/tekst/kak-nastojaschaja-uchenye-sozdali-gologrammu-kotoruju-mozhno-uslyshat-i-potrogat/

[6] https://cyberleninka.ru/article/n/politicheskaya-gologramma-novaya-vozmozhnost-kommunikatsii-ili-skrytaya-ugroza-3d-manipulirovaniya-tsifrovym-obschestvom/viewer

Голограммы: что это, где используют и будут ли в будущем

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).

Как работает голограмма

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.

Презентация Hololens 2

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.

Выступление Хацунэ Мику

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.

Использование искусственного интеллекта для создания 3D-голограмм в режиме реального времени | MIT News

Несмотря на многолетнюю шумиху, гарнитуры виртуальной реальности еще не вытеснили экраны телевизоров или компьютеров в качестве популярных устройств для просмотра видео. Одна из причин: VR может заставить пользователей чувствовать себя плохо. Тошнота и усталость глаз могут возникнуть из-за того, что виртуальная реальность создает иллюзию 3D-просмотра, хотя на самом деле пользователь смотрит на 2D-дисплей с фиксированным расстоянием. Решение для лучшей 3D-визуализации может заключаться в технологии 60-летней давности, переделанной для цифрового мира: голограммах.

Голограммы обеспечивают исключительное трехмерное представление окружающего нас мира. Кроме того, они прекрасны. (Давай, посмотри на голографического голубя на своей карте Visa.) Голограммы предлагают смещающуюся перспективу в зависимости от положения зрителя и позволяют глазу регулировать глубину фокуса, чтобы попеременно фокусироваться на переднем и заднем планах.

Исследователи давно пытались создать компьютерные голограммы, но этот процесс традиционно требовал суперкомпьютера для обработки физических симуляций, что отнимает много времени и может давать далеко не фотореалистичные результаты. Исследователи Массачусетского технологического института разработали новый способ практически мгновенного создания голограмм, и этот метод, основанный на глубоком обучении, настолько эффективен, что его можно запустить на ноутбуке в мгновение ока, говорят исследователи.

«Раньше люди думали, что с существующим аппаратным обеспечением потребительского класса невозможно выполнять вычисления трехмерной голографии в реальном времени», — говорит Лян Ши, ведущий автор исследования и аспирант кафедры электротехники и компьютерных наук Массачусетского технологического института (EECS). ). «Часто говорят, что коммерчески доступные голографические дисплеи появятся через 10 лет, однако это заявление звучало уже несколько десятилетий».

Ши считает, что новый подход, который команда называет «тензорной голографией», наконец приблизит эту неуловимую 10-летнюю цель. Прогресс может способствовать проникновению голографии в такие области, как виртуальная реальность и 3D-печать.

Ши работал над исследованием, опубликованным сегодня в Nature , вместе со своим советником и соавтором Войцехом Матусиком. Среди других соавторов — Бейхен Ли из EECS и Лаборатории компьютерных наук и искусственного интеллекта Массачусетского технологического института, а также бывшие исследователи Массачусетского технологического института Чангил Ким (сейчас работает в Facebook) и Петр Келлнхофер (сейчас работает в Стэнфордском университете).

В поисках лучшего 3D

Типичная фотография, сделанная объективом, кодирует яркость каждой световой волны — фотография может точно воспроизводить цвета сцены, но в конечном итоге дает плоское изображение.

Напротив, голограмма кодирует как яркость, так и фазу каждой световой волны. Эта комбинация обеспечивает более точное изображение параллакса и глубины сцены. Таким образом, в то время как фотография «Водяных лилий» Моне может подчеркнуть цветовую гамму картины, голограмма может оживить работу, передавая уникальную трехмерную текстуру каждого мазка кисти. Но, несмотря на их реалистичность, создавать голограммы и делиться ими непросто.

Первые голограммы, разработанные в середине 1900-х годов, записывались оптическим способом. Это потребовало разделения лазерного луча, при этом половина луча использовалась для освещения объекта, а другая половина использовалась в качестве эталона для фазы световых волн. Эта ссылка создает уникальное ощущение глубины голограммы. Полученные изображения были статичными, поэтому они не могли зафиксировать движение. И они были только в печатном виде, что затрудняло их воспроизведение и распространение.

Компьютерная голография позволяет обойти эти проблемы, имитируя оптическую установку. Но этот процесс может быть вычислительным утомлением. «Поскольку каждая точка сцены имеет разную глубину, вы не можете применять одни и те же операции ко всем из них», — говорит Ши. «Это значительно увеличивает сложность». Направление кластерного суперкомпьютера для запуска этих физических симуляций может занять секунды или минуты для одного голографического изображения. Кроме того, существующие алгоритмы не моделируют окклюзию с фотореалистичной точностью. Поэтому команда Ши выбрала другой подход: позволить компьютеру обучать физику самому себе.

Они использовали глубокое обучение для ускорения компьютерной голографии, что позволило создавать голограммы в реальном времени. Команда разработала сверточную нейронную сеть — метод обработки, который использует цепочку обучаемых тензоров, чтобы примерно имитировать то, как люди обрабатывают визуальную информацию. Для обучения нейронной сети обычно требуется большой высококачественный набор данных, которого раньше не существовало для 3D-голограмм.

Команда создала специальную базу данных из 4000 пар компьютерных изображений. Каждая пара сопоставляла изображение, включая информацию о цвете и глубине для каждого пикселя, с соответствующей голограммой. Для создания голограмм в новой базе данных исследователи использовали сцены со сложными и переменными формами и цветами, с равномерным распределением глубины пикселей от фона к переднему плану и с новым набором физических вычислений для обработки окклюзии. Такой подход привел к фотореалистичным обучающим данным. Далее алгоритм заработал.

Изучая каждую пару изображений, тензорная сеть настраивала параметры собственных вычислений, последовательно улучшая свою способность создавать голограммы. Полностью оптимизированная сеть работала на несколько порядков быстрее, чем расчеты, основанные на физике. Такая эффективность удивила саму команду.

«Мы поражены тем, насколько хорошо он работает, — говорит Матусик. Всего за миллисекунды тензорная голография может создавать голограммы из изображений с информацией о глубине, которая предоставляется типичными изображениями, сгенерированными компьютером, и может быть рассчитана с помощью многокамерной установки или датчика LiDAR (оба являются стандартными для некоторых новых смартфонов). Это достижение прокладывает путь к трехмерной голографии в реальном времени. Более того, для компактной тензорной сети требуется менее 1 МБ памяти. «Это ничтожно мало, учитывая десятки и сотни гигабайт, доступные на последнем сотовом телефоне», — говорит он.

Исследование «показывает, что настоящие трехмерные голографические дисплеи практичны лишь при умеренных вычислительных требованиях», — говорит Джоэл Коллин, главный оптический архитектор Microsoft, не участвовавший в исследовании. Он добавляет, что «эта статья демонстрирует заметное улучшение качества изображения по сравнению с предыдущей работой», что «добавит реализма и комфорта зрителю». Коллин также намекает на возможность того, что голографические дисплеи, подобные этому, могут даже быть настроены в соответствии с офтальмологическими рецептами зрителя. «Голографические дисплеи могут корректировать аберрации в глазах. Это позволяет отображать изображение на дисплее более четко, чем то, что пользователь может видеть в контактных линзах или очках, которые исправляют только аберрации низкого порядка, такие как фокусировка и астигматизм».

«Значительный скачок»

3D-голография в реальном времени улучшит множество систем, от виртуальной реальности до 3D-печати. Команда говорит, что новая система может помочь зрителям виртуальной реальности погрузиться в более реалистичные пейзажи, устраняя при этом нагрузку на глаза и другие побочные эффекты длительного использования виртуальной реальности. Эту технологию можно легко развернуть на дисплеях, которые модулируют фазу световых волн. В настоящее время самые доступные дисплеи потребительского уровня модулируют только яркость, хотя стоимость дисплеев с фазовой модуляцией упадет, если они будут широко распространены.

Трехмерная голография также может способствовать развитию объемной 3D-печати, говорят исследователи. Эта технология может оказаться более быстрой и точной, чем традиционная послойная 3D-печать, поскольку объемная 3D-печать позволяет одновременно проецировать весь 3D-шаблон. Другие области применения включают микроскопию, визуализацию медицинских данных и дизайн поверхностей с уникальными оптическими свойствами.

«Это значительный скачок, который может полностью изменить отношение людей к голографии», — говорит Матусик. «Мы чувствуем, что нейронные сети были созданы для этой задачи».

Работа частично поддержана Sony.

3D-голограммы для уникальной презентации мероприятия – HOLOCO

3D-голограммы завораживают зрителя, но откуда берется это очарование?

Большинство людей знакомы с голограммами только из голливудских фильмов; научно-фантастические фильмы, в частности, полны футуристических голограмм. Однако 3D-голограммы — это уже не вымысел, а уже осязаемая реальность.

Определение

A Трехмерная голограмма — это трехмерная проекция, созданная путем преломления света, которая парит в пространстве. В отличие от 3D-телевизоров, приложений виртуальной реальности (VR) или дополненной реальности (AR) 3D-голограммы может увидеть любой человек без дополнительных устройств.

Проекции голограмм создают эффект парадокса для зрителя. Хотя глаз воспринимает трехмерный объект, парящий в пространстве, мозг знает, что внешний вид не может быть реальным. Несоответствие между тем, что вы видите, и тем, что осознает ум, создает Продолжительность концентрации внимания выше среднего.

Таким образом, голография идеально подходит для передачи информации о продукте или для создания изображения . В отличие от обычного фильма, 2-3-минутная голографическая презентация не теряет внимания зрителя.

Какова сфера применения трехмерной голограммы?

1. 3D-голограммы — это новое и впечатляющее решение для инновационного объяснения продуктов и представления их УТП в понятной форме

   В отличие от традиционных форм презентации, таких как 2D-фильмы о продуктах, голограммы производят гораздо более реалистичное впечатление. С помощью голографии цифровой двойник становится живым виртуальным образом реального объекта. 3D-голограммы выводят презентации на новый уровень, они привлекают внимание.

2. Для создания визуальных миров опыта

   3D-голограммы уникальным образом демонстрируют товары. Изделия из бетона могут эффектно сочетаться с такими визуальными эффектами, как огонь, вода или дым. Можно создать новый визуальный язык, визуально привлекательный и идеально подходящий для соответствующего продукта.

1. Объяснять технически сложные вещи простым языком

   Трехмерные голограммы

   решают проблему , представляя сложную корреляцию в ясной и понятной форме. Например, процессы фильтрации, потоки жидкости или химические процессы могут быть реалистично изображены на реальном экспонате.

2. Чтобы удивить вашего клиента

   
   Вы можете впечатляюще удивить своего клиента трехмерной презентацией. Содержание остается закрепленным в его памяти. Благодаря использованию голограммной техники ассоциированная компания также воспринимается зрителем как инновационная, что означает неоценимое конкурентное преимущество.

 

 

• голографический проектор (также называемый голографическим дисплеем ), который обеспечивает голографическую трехмерную проекцию
• содержание голограммы , позволяющее свободно парить в космосе
• настоящий продукт или компонент, окруженный голограммой, чтобы сделать оптическое очарование совершенным

Голо-дисплей

Анимация/контент

Ваш продукт

Вау-опыт

Где возможны

приложений для 3D голограмм?

• Выставочные залы
• События
• Торговые ярмарки
• Музеи
• Торговля и розничная торговля
• Роуд-шоу
• Конгрессы
• Фойе/Рецепция

Примеры

Идеальная голограмма — гарантирована!

Каждый случай и место разные — как и наши голографические решения.