Arkusze ze sztucznych materiałów mogą rozszerzyć możliwości holografii
Wyświetlacze holograficzne znajdują się w czołówce technologii wizualizacji 3D, zdolnych do tworzenia wysoce realistycznych scen z pełną paralaksą ruchową. To pozorne przesunięcie obrazu holograficznego w sposób, który naśladuje wygląd obiektów w świecie rzeczywistym pod różnymi kątami, sprawia, że wyglądają one tak, jakby naprawdę istniały w trzech wymiarach. Technologia holograficzna kryje obietnicę dla szerokiego zakresu zastosowań, w tym rzeczywistości rozszerzonej i wirtualnej, obrazowaniu medycznym, interaktywnych wyświetlaczach i mapowaniu 3D. Dziedzina ta napotyka jednak na fundamentalną przeszkodę badawczą. Hologramy zawierają znacznie więcej szczegółów i złożoności niż to, co potrafią pokazać dzisiejsze przestrzenne modulatory światła (SLM). Wynika to z ograniczonej zdolności tych urządzeń do radzenia sobie ze szczegółowymi obrazami ze względu na ich mały rozmiar i niską rozdzielczość. Zasadniczo, SLM nie mają wystarczająco dużo miejsca lub przepustowości, aby dokładnie odwzorować skomplikowane szczegóły występujące w hologramach, co wpływa na jakość generowanych obrazów 3D. Aby w pełni wykorzystać możliwości wyświetlaczy holograficznych, konieczne jest stworzenie bardziej wydajnych technik, które będą w stanie obsługiwać szerokie i szczegółowe wzory świetlne — szeroki zakres optyczny — niezbędne do tworzenia realistycznych obrazów holograficznych 3D. Takie ulepszenie sprawiłoby, że wizualizacje byłyby bardziej wciągające i przekonujące dla widzów.
Metapowierzchnie odblokowują szerszy kąt widzenia w holografii
„Do opracowania wysokiej jakości holograficznych wyświetlaczy wideo 3D kluczowe są trzy krytyczne elementy: system optyczny zdolny do wyświetlania szerokokątnych widoków, SLM o wysokiej przepustowości i szybkie algorytmy generowania hologramów komputerowych” — zauważa Luis Sanchez-Soto, koordynator finansowanego ze środków UE projektu HoloWS. „Projekt HoloWS skupił się na opracowaniu systemu, który zapewnia szerszy kąt widzenia”. W tym celu naukowcy pracowali nad nowatorskim podejściem mającym na celu przezwyciężenie ograniczeń związanych z SLM i osiągnięcie prawdziwie immersyjnych wyświetlaczy holograficznych 3D. Technika ta wykorzystuje kontrolę czoła fali opartą na metapowierzchni, co zasadniczo pozwala na znaczne rozszerzenie pola widzenia poza to, co oferują tradycyjne wyświetlacze hologramowe wykorzystujące transformatę Fouriera. Ograniczenie to od dawna stanowi wyzwanie w dziedzinie holografii. Kontrola czoła fali za pomocą metapowierzchni to zaawansowana technologia optyczna, która manipuluje właściwościami fal świetlnych — takimi jak ich kierunek, faza i amplituda — przy użyciu ultracienkich powierzchni o zaprojektowanej strukturze. Są one znane jako metapowierzchnie i składają się z maleńkich, sztucznie ustrukturyzowanych jednostek, które w określony sposób mogą zmieniać zachowanie przechodzących fal świetlnych.
Przygotowane gruntu pod przełom
Dziedzina wyświetlaczy holograficznych wymaga jeszcze znacznych postępów, aby możliwe było uzyskanie prawdziwie fotorealistycznych holograficznych wyświetlaczy wideo 3D. Jednak opracowanie przez HoloWS systemu o wysokim iloczynie rozmiar-przepustowość stanowi istotny kamień milowy na drodze do tego celu. Ten iloczyn rozmiaru i przepustowości odzwierciedla kompromis między rozmiarem obrazu, który można wyświetlić, a jego rozdzielczością. Postępy dokonane w ramach projektu są obietnicą uzyskania nowych możliwości stworzenia większych i szerszych wyświetlaczy holograficznych, które pokonają obecne ograniczenia SLM. „Oczekuje się, że nasza praca zainspiruje falę innowacyjnych badań w obszarach takich jak holograficzne wyświetlacze przezierne typu HUD oraz holograficzne oświetlenie wykorzystujące próbkowanie kompresyjne”, podkreśla Sanchez-Soto. „Angażujemy się w dalsze udoskonalanie algorytmów renderowania holograficznego i rozszerzanie zakresu badań o aplikacje interaktywne i większe formaty wyświetlania”.
Słowa kluczowe
HoloWS, wyświetlacze holograficzne, obraz, metapowierzchnia, przepustowość, kontrola czoła fali, przestrzenne modulatory światła
