Метаанализ технологий визуализации показал, насколько мы близки к настоящей потоковой голографии

112

Пионеры голографии (Габор, Лейт, Упатниекс и Денисюк) очень рано предсказали, что массовые трёхмерные дисплеи будут основаны на технологиях из их области. Это убеждение базировалось на том факте, что голография — единственный подход, который может передать все оптические сигналы, интерпретируемые зрительной системой человека. Голографические 3D-дисплеи были мечтой на протяжении многих лет, сталкиваясь с проблемами на всех фронтах: в вычислениях, передаче данных и визуализации. С такими требуемыми показателями, как 6,6×1015 флопов, необходимых для вычислений, 3×1015 бит/с скорости передачи данных и 1,6×1012 фазовых пикселей, задача была сложной.

В свежей статье, опубликованной в журнале «Light: Advanced Manufacturing», профессор Пьер-Александр Бланше (Pierre-Alexandre Blanche) из Университета Аризоны рассматривает последние достижения в области голографических 3D-дисплеев, в частности, разработки в области машинного обучения и алгоритмов нейронных сетей, демонстрирующие, что компьютерные голограммы близки к расчётам в реальном времени. Он уверяет, что будущее 3D-дисплеев — голография — совсем рядом. Правда, по меркам науки, а это означает десятилетия.

Бланше заключает, что проблему передачи данных можно решить с помощью хитроумных алгоритмов сжатия и оптоволоконных линий. А последнее препятствие для голографического 3D-дисплея, оборудование для визуализации, почти вышло из экспериментальной стадии.

Приблизительная величина битовой скорости различных телекоммуникационных устройств в зависимости от года их выпуска. Отсчёт идёт с оптического телеграфа (или Семафора братьев Шапп), подаренного Наполеону Бонапарту в 1798 году, с типичной скоростью передачи примерно от 2 до 3 символов в минуту или 0,4 бит/с. За ним последовал электрический телеграф, ставший популярным в начале 1840-х годов с использованием кода Сэмюэля Морзе, достигающий скорости около 100 бит/с. Телефон Грэма Белла был представлен в 1876 году и поддерживал передачу голоса на скорости до 64 кбит/с. Раннее чёрно-белое электронное телевидение NTSC, которое было доступно с 1940-х годов, имело 525 строк в чересстрочной развёртке и отображало изображения со скоростью 29,97 кадров в секунду при скорости передачи данных 26 Мбит/с. Цветной формат NTSC ввели 10 лет спустя, утроив полосу пропускания чёрного и белого цветов для включения красного, зелёного и синего каналов. В последнее время формат цифрового видео упрощает рост скорости передачи данных на основе количества пикселей (без сжатия) с HDTV 720p при 1,33 Гбит/с в 1990 году до UHDTV 2160p (4K) при 12,7 Гбит/с в 2010 году и нынешнего формата 4320p (8K) при 47,8 Гбит/с. Ожидается, что голографические 3D-дисплеи будут иметь скорость передачи данных 3×1015 бит/с, а путём экстраполяции предыдущей технологии прогнозируется их коммерческое появление к 2100 году, хотя эта оценка крайне приблизительна.

С появлением более крупных и быстрых пространственных модуляторов света (spatial light modulators, SLM) системы голографической проекции постоянно совершенствуются. Количество пикселей на жидких кристаллах на кремнии (liquid crystal on silicon, LCoS), а также в фазовых дисплеях на основе микроэлектромеханических систем (micro electro-mechanical system, MEMS) увеличивается на миллионы, и новые фазированные матрицы на фотонных интегральных схемах достигают реального прогресса. Вопрос времени, когда эти системы покинут лаборатории и войдут в мир потребительских устройств.

Голография остаётся передовой технологией, которая позволит визуализировать все оптические сигналы, необходимые для визуальной системы человека, чтобы видеть проецируемые изображения в 3D. Все другие технологии, такие как автостереоскопия, световое поле или объёмные дисплеи, страдают от компромиссов, которые ограничивают 3D-рендеринг. Тем не менее, эти технологии, вероятно, окажутся ступеньками, ведущими к лучшему визуальному комфорту, пока прогресс не достигнет голографических дисплеев.

Некоторые из дверей, которые препятствовали появлению голографического телевидения всего несколько лет назад, уже открыты. Быстрое вычисление трёхмерных голограмм для правильного управления окклюзией и параллаксом теперь в пределах досягаемости, как и решение проблемы передачи данных. Точная архитектура сети неясна, но более высокая степень сжатия и всё более быстрые телекоммуникационные инфраструктуры, поддерживающие мобильную и интернет-связь, делают возможной потоковую трансляцию.

Но некоторые проблемы лишь предстоит решить. Двумя основными препятствиями на момент написания работы её автор назвал расчёт фотореалистичных 3D-голограмм за разумное время и подходящие электронные устройства для воспроизведения больших голографических 3D-изображений с высоким разрешением. Совмещение же всех технологий в массовом продукте может состояться в этом столетии.

Подробнее с работой Бланше вы можете ознакомиться в PDF.

Не пропускайте важнейшие новости о дополненной и виртуальной реальности — подписывайтесь на Голографику в Telegram, ВК, Twitter и Facebook!

Далее: Стэнфордцы используют ИИ для приближения голографических дисплеев к реальности