Исследователи используют экран смартфона для создания трехмерных многослойных голографических изображений

Исследователи разработали метод полноцветного трехмерного отображения, в котором для создания голографических изображений используется экран смартфона, а не лазер. Показаны результаты их экспериментов, в которых наблюдается непрерывный переход от первого слоя ко второму. Автор: Рёичи Хорисаки, Токийский университет

Исследователи разработали метод полноцветного трехмерного отображения, в котором для создания голографических изображений используется экран смартфона, а не лазер. При дальнейшем развитии новый подход может быть полезен для дисплеев дополненной или виртуальной реальности.

Независимо от того, используются ли дисплеи дополненной и виртуальной реальности для игр, образования или других приложений, включение 3D-дисплеев может создать более реалистичный и интерактивный пользовательский опыт.

«Хотя методы голографии могут создать очень реалистичное трехмерное представление объектов, традиционные подходы непрактичны, поскольку они основаны на лазерных источниках», — сказал руководитель исследовательской группы Рёичи Хорисаки из Токийского университета в Японии. «Лазеры излучают когерентный свет, которым легко управлять, но они делают систему сложной, дорогой и потенциально вредной для глаз».

В журнале Optics Letters исследователи описывают свой новый метод, основанный на компьютерной голографии (CGH). Благодаря новому алгоритму, который они разработали, они смогли использовать только iPhone и оптический компонент, называемый пространственным модулятором света, для воспроизведения цветного трехмерного изображения, состоящего из двух голографических слоев.

«Мы считаем, что этот метод в конечном итоге может быть полезен для минимизации использования оптики, снижения затрат и уменьшения потенциального вреда для глаз в будущих визуальных интерфейсах и приложениях для 3D-дисплея», — сказал Отоя Сигемацу, первый автор статьи. «В частности, он потенциально может повысить производительность окологлазных дисплеев, например тех, которые используются в высококачественных гарнитурах виртуальной реальности».

Более практичный подход

Хотя CGH использует алгоритмы для создания изображений, для отображения этих голографических изображений обычно требуется когерентный свет лазера. В предыдущем исследовании ученые показали, что пространственно-временной некогерентный свет, излучаемый светодиодом на плате белого чипа, может быть использован для CGH. Однако для этой установки требовалось два пространственных модулятора света — устройства, управляющие волновыми фронтами света, — что непрактично из-за их дороговизны.

В новом исследовании ученые разработали менее дорогой и более практичный метод некогерентного CGH. «Эта работа соответствует фокусу нашей лаборатории на компьютерной визуализации, области исследований, посвященной инновационным системам оптической визуализации путем интеграции оптики с информатикой», — сказал Хорисаки. «Мы фокусируемся на минимизации оптических компонентов и устранении непрактичных требований в обычных оптических системах».

Новый подход пропускает свет от экрана через пространственный модулятор света, который представляет несколько слоев полноцветного трехмерного изображения. Хотя это может показаться простым, потребовалось тщательно смоделировать процесс распространения некогерентного света от экрана, а затем использовать эту информацию для разработки нового алгоритма, который координировал бы свет, исходящий от экрана устройства, с помощью одного пространственного модулятора света.

Голографические изображения со смартфона

«Голографические дисплеи, использующие свет с низкой когерентностью, могут обеспечить реалистичное 3D-изображение, потенциально снижая затраты и сложность», — сказал Сигемацу. «Хотя несколько групп, в том числе и наша, продемонстрировали голографические дисплеи с использованием света с низкой когерентностью, мы довели эту концепцию до крайности, используя дисплей смартфона».

Чтобы продемонстрировать новый метод, исследователи создали двухслойную оптическую репродукцию полноцветного 3D-изображения, отобразив один голографический слой на экране iPhone 14 Pro, а второй слой — на пространственном модуляторе света. Полученное изображение имело размеры в несколько миллиметров с каждой стороны.

Сейчас исследователи работают над улучшением технологии, чтобы она могла отображать более крупные 3D-изображения с большим количеством слоев. Дополнительные слои сделают изображения более реалистичными за счет улучшения пространственного разрешения и позволяют объектам появляться на разной глубине или расстоянии от зрителя.

Источник: Optica