Jak wynika z badania prowadzonego przez naukowców z Uniwersytetu Princeton, przygotowując grunt pod nową erę wyświetlaczy immersyjnych, badacze są o krok bliżej do połączenia świata rzeczywistego i wirtualnego w zwykłych okularach przy użyciu holograficznych obrazów 3D o wysokiej rozdzielczości.
Obrazy holograficzne mają prawdziwą głębię, ponieważ są trójwymiarowe, podczas gdy monitory jedynie symulują głębię na ekranie 2D. Ponieważ widzimy w trzech wymiarach, obrazy holograficzne można płynnie zintegrować z naszym normalnym spojrzeniem na codzienny świat.
W rezultacie powstał wyświetlacz rzeczywistości wirtualnej i rozszerzonej, który może naprawdę wciągnąć i dzięki któremu można normalnie poruszać głową, nie tracąc przy tym holograficznych obrazów. „Aby uzyskać podobne wrażenia, korzystając z monitora, trzeba usiąść tuż przed ekranem kinowym” – powiedział Felix Heide, adiunkt informatyki i starszy autor artykułu opublikowanego 22 kwietnia w Nature Communications.
I nie musisz nosić ekranu przed oczami, aby doświadczyć tego wciągającego doświadczenia. Elementy optyczne potrzebne do stworzenia tych obrazów są maleńkie i potencjalnie mieszczą się w zwykłych okularach. Wyświetlacze rzeczywistości wirtualnej, które korzystają z monitora, podobnie jak obecne wyświetlacze, wymagają pełnego zestawu słuchawkowego. Zwykle są nieporęczne, ponieważ muszą pomieścić ekran i sprzęt niezbędny do jego obsługi.
„Holografia może sprawić, że wyświetlacze rzeczywistości wirtualnej i rozszerzonej będą łatwe w użyciu, poręczne i ultracienkie” – powiedział Heide. Mogą zmienić sposób, w jaki współdziałamy z otoczeniem – od uzyskiwania wskazówek podczas jazdy, przez monitorowanie pacjenta podczas operacji, aż po dostęp do instrukcji hydraulicznych podczas naprawy w domu.
Jednym z najważniejszych wyzwań jest jakość. Obrazy holograficzne tworzone są przez małe urządzenie przypominające chip, zwane przestrzennym modulatorem światła. Do tej pory modulatory te mogły tworzyć jedynie obrazy albo małe i wyraźne, albo duże i niewyraźne. Ten kompromis między rozmiarem obrazu a przejrzystością skutkuje wąskim polem widzenia, zbyt wąskim, aby zapewnić użytkownikowi wciągające wrażenia. „Jeśli spojrzysz w stronę rogów wyświetlacza, cały obraz może zniknąć” – powiedział Nathan Matsuda, naukowiec w Meta i współautor artykułu.
Heide, Matsuda i Ethan Tseng, doktorant informatyki, stworzyli urządzenie poprawiające jakość obrazu i potencjalnie rozwiązujące ten problem. Wraz ze swoimi współpracownikami zbudowali drugi element optyczny współpracujący z przestrzennym modulatorem światła. Ich urządzenie filtruje światło z przestrzennego modulatora światła, aby poszerzyć pole widzenia, zachowując jednocześnie stabilność i wierność obrazu. Tworzy większy obraz przy minimalnym spadku jakości.
Jakość obrazu jest głównym wyzwaniem uniemożliwiającym praktyczne zastosowanie wyświetlaczy holograficznych, powiedział Matsuda. „Badania przybliżają nas o krok do rozwiązania tego wyzwania” – stwierdził.
Nowy element optyczny przypomina bardzo mały, wykonany na zamówienie kawałek matowego szkła, powiedział Heide. Kluczem jest wzór wyryty w matowym szkle. Zaprojektowana przy użyciu sztucznej inteligencji i technik optycznych, trawiona powierzchnia rozprasza światło wytwarzane przez przestrzenny modulator światła w bardzo precyzyjny sposób, spychając niektóre elementy obrazu w pasma częstotliwości trudno dostrzegalne dla ludzkiego oka. Poprawia to jakość obrazu holograficznego i poszerza pole widzenia.
Mimo to nadal istnieją przeszkody na drodze do stworzenia działającego wyświetlacza holograficznego. Jakość obrazu nie jest jeszcze doskonała, stwierdził Heide, a proces wytwarzania elementów optycznych wymaga ulepszenia. „Aby było to wykonalne, konieczne jest połączenie wielu technologii” – powiedział Heide. „Ale te badania wskazują drogę naprzód”.