Мы привыкли видеть в фантастических фильмах голограммы как объёмные картинки, парящие в воздухе. В реальности всё иначе: голография уже используется в науке, технике и защите документов.
Как это работает и насколько современные разработки приблизились к фантастике — рассказываем в статье.
Свет как носитель информации
Голограмма — это изображение, созданное с помощью света особым способом. Она сохраняет информацию о том, как свет отражался от объекта.
В классической голографии лазерный луч разделяют на два. Один направляют на объект, а второй используют как опорный. Затем оба луча встречаются на специальной пластине и образуют сложный световой узор. В нём сохраняется информация, которая позволяет позже восстановить объёмное изображение объекта.
Этот принцип используют в разных областях — например, при создании защитных элементов на документах и банкнотах.
Чем голограмма отличается от 3D-картинки
3D-картинка на обычном экране остаётся плоской. Ощущение глубины создают перспектива, тени, стереоэффект и другие визуальные приёмы.
Как работают современные голографические дисплеи
Современные системы компьютерной голографии управляют световыми волнами, чтобы сформировать трёхмерное изображение. Для этого используют, например, пространственные световые модуляторы — SLM.
Оборудование пока остаётся сложным и дорогим, но его уже применяют в научных исследованиях и специализированных устройствах.
Зачем здесь нейросети
Одна из главных проблем компьютерной голографии — большие вычислительные затраты. Чтобы создать голографическое изображение, нужно рассчитать, как световые волны будут распространяться от разных частей объекта.
Нейросети помогают ускорить эти расчёты. Например, в 2021 году исследователи из MIT представили технологию Tensor Holography. Она использует нейросеть для создания компьютерных голограмм и позволяет значительно сократить время расчётов.
Почему важен дефокус
Когда человек смотрит на реальный объект, глаза фокусируются на определённом расстоянии. Предметы, расположенные ближе или дальше, могут выглядеть размытыми.
Обычные 3D-дисплеи не всегда могут естественно воспроизводить этот эффект.
Это может помочь уменьшить зрительный дискомфорт, связанный с использованием отдельных видов 3D-дисплеев и устройств виртуальной реальности.
Где голографию и похожие технологии уже применяют
Голографические методы используют в системах защиты, научных исследованиях и визуализации. При этом словом «голограмма» часто называют и другие технологии создания объёмных изображений.
В медицине и обучении врачей
Для работы с анатомическими данными используют трёхмерные модели, дополненную реальность, специальные дисплеи и другие технологии визуализации. Они помогают врачам и студентам рассматривать расположение органов и других анатомических структур.
Например, есть системы, которые позволяют изучать цифровую модель органа перед операцией. Но такое оборудование может быть дорогим и требует специальной подготовки.
Безочковые 3D-дисплеи
Компания Looking Glass Factory выпускает дисплеи, на которых можно рассматривать 3D-модели без специальных очков. Их используют в музеях, дизайне и других сферах для демонстрации объектов. Такие устройства часто называют голографическими, хотя их принцип работы отличается от классической голографии.
Исследователи также разрабатывают экраны, которые могут переключаться между обычной картинкой и 3D-режимом без очков. Пока многие такие разработки есть только в виде прототипов.
В музеях и на концертах
То, что зрители часто называют голограммой на концерте, обычно ею не является. Один из известных способов создать подобный эффект — иллюзия Пеппера. Изображение отражается от прозрачной поверхности и создаёт впечатление, будто объект находится прямо на сцене.
Голограммы в кино и фантастике: где заканчивается реальность
В фильмах голограммы часто выглядят как говорящие копии, которые сложно отличить от настоящих людей и животных. Современные технологии пока не позволяют создавать их также просто и универсально, как это показывают на экранах.
Почему голограмма из «Звёздных войн» пока остаётся фантастикой
Многие современные системы для создания объёмных изображений используют экран, прозрачную поверхность или специальное оптическое устройство. Есть и экспериментальные способы формирования изображений в воздухе.
Исследователи также изучают метаповерхности — тонкие материалы со специальной структурой, которые позволяют изменять характеристики проходящего или отражённого света. Такие разработки могут сделать оптические устройства компактнее, но до голограмм из фантастических фильмов пока далеко.
Что используют вместо таких голограмм
Для создания эффекта присутствия уже используют технологии виртуальной и дополненной реальности. AR и VR позволяют работать с цифровыми объектами в трёхмерном пространстве. А безочковые 3D-дисплеи могут пригодиться для просмотра моделей и создания интерфейсов.
Какие технологии можно попробовать дома
Получить эффект объёмной картинки можно и без сложного оборудования.
Пирамидка для смартфона
Прозрачная пирамида, которую устанавливают на экран смартфона, создаёт иллюзию объёмного объекта. В её основе лежит отражение света. Такую конструкцию часто называют домашней голограммой, но с точки зрения физики это не голография.
«Голографические» вентиляторы
Вращающиеся LED-дисплеи часто называют голографическими вентиляторами. На их лопастях расположены светодиоды, которые быстро вращаются и последовательно включаются, создавая у зрителя впечатление целостной картинки.
Такие устройства используют в рекламе и для оформления витрин. Их стоимость зависит от размера, разрешения и назначения модели.
Что будет дальше
Развитие этой области зависит от нескольких факторов: вычислительных мощностей, стоимости оборудования и появления более компактных оптических компонентов.
Голографические звонки
Технологии трёхмерной передачи изображения уже есть. Для этого могут использовать специальные камеры, системы захвата движения и 3D-дисплеи. Но такие решения пока сложнее и дороже обычной видеосвязи. Поэтому «голографические звонки», как в фантастических фильмах, ещё не стали частью повседневной жизни.
ИИ и голография
Искусственный интеллект может ускорить создание компьютерных голограмм и упростить обработку исходных данных.
Это может сделать создание контента для 3D- и голографических дисплеев дешевле и доступнее. Но массовое распространение таких устройств будет зависеть от программного обеспечения и стоимости самих экранов и оптических компонентов.
Защита документов
Голографические и другие оптические элементы уже используют для защиты документов и ценных бумаг от подделки. Исследователи продолжают разрабатывать материалы и оптические структуры, которые по-разному взаимодействуют со светом в зависимости от угла обзора или освещения. Такие решения могут применяться для защиты информации.
Заключение
Голография уже используется в системах защиты, научных исследованиях и специализированных устройствах. Одновременно развиваются 3D-визуализация, компьютерная голография и новые оптические материалы.
Некоторые решения уже стали массовыми, другие пока остаются дорогими или экспериментальными. По мере развития вычислительных мощностей и оптики объёмные изображения могут появляться во всё большем количестве устройств.
