SolidLight di Light Field Lab offre un vero display video olografico

Il sogno del video olografico è stato a lungo un punto fermo della fantascienza: l’immagine della Principessa Leia trasmessa da R2-D2 in Star Wars, il ponte ologrammi in Star Trek: The Next Generation e lo squalo che salta fuori da Marty McFly in Back to il Future II sono solo tre esempi. Bene, quella fantasia è ora pronta a diventare realtà, ma senza infrangere le leggi della fisica. Una startup della Silicon Valley chiamata Light Field Lab ha sviluppato la prima vera tecnologia di visualizzazione digitale olografica al mondo, che ho avuto il privilegio di vedere di persona durante una visita agli uffici dell’azienda questa settimana.

Prima di dirti cos’è, lascia che ti dica cosa non è. Non è la tecnologia utilizzata per resuscitare Tupac Shakur sul palco del concerto al Coachella nel 2012; questo è un effetto di 160 anni chiamato Pepper’s Ghost che usa letteralmente fumo e specchi per riflettere immagini fluttuanti in 2D. E non è certamente il 3D autostereoscopico, come hanno dimostrato per anni aziende come Samsung, Sony, Looking Glass e Stream TV. Quella tecnologia presenta immagini 2D separate per ciascun occhio, purché tu sia nel punto giusto, e talvolta provoca vertigini e nausea a causa di qualcosa chiamato conflitto di accomodamento vergence, che può anche affliggere immagini stereoscopiche basate su occhiali e display montati sulla testa .

Fondato nel 2017, Light Field Lab ha sviluppato una tecnologia chiamata SolidLight, che replica esattamente il comportamento della luce nel mondo reale. Quando guardi un oggetto nel mondo reale, la luce del sole o di un’altra fonte viene riflessa dall’oggetto in molti punti diversi in molte direzioni diverse, alcune delle quali entrano nei tuoi occhi (vedi Fig. 1a). Mentre ti muovi intorno all’oggetto, diversi raggi di luce – o, più propriamente, fronti d’onda – entrano nei tuoi occhi e vedi prospettive diverse. Inoltre, gli oggetti dietro di esso sono bloccati dalla vista (occlusi) in modo diverso.

Laboratorio di campo luminoso

Figura 1a: Nella vita reale, la luce viene riflessa dagli oggetti in molti punti diversi in molte direzioni diverse. Parte di quella luce entra nei tuoi occhi.

Se potessi generare tutti quei fronti d’onda di luce che si irradiano in molte direzioni diverse da molte posizioni diverse senza un oggetto fisico, creeresti una vera ricreazione olografica di quell’oggetto (vedi Fig. 1b). Questo è esattamente ciò che fa SolidLight. Le immagini stereoscopiche convenzionali non possono farlo: tutta la luce proviene da un piano. Anche se a ogni occhio viene presentato un punto di osservazione 2D leggermente spostato, si tratta di immagini, non di oggetti, non di un vero ologramma in alcun modo.

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Fig. 1b: Light Field Lab SolidLight ricrea gli stessi fronti d’onda della luce che vedresti nella vita reale, il che significa che vedi gli oggetti come se fossero reali.

I problemi risolti da Light Field Lab includono scala, densità e calcolo. Per formare efficacemente un vero oggetto olografico, è necessario generare e controllare la direzione e l’ampiezza di decine o centinaia di miliardi di fronti d’onda, che corrispondono ai pixel su un display 2D. Tieni presente che un display 4K ha 8,3 milioni di pixel, mentre un display 8K all’avanguardia ha 33 milioni di pixel; confrontalo con i 10 miliardi di pixel per metro quadrato generati da SolidLight!

È importante capire che tutti i fronti d’onda di una scena sono presenti contemporaneamente e che i tuoi occhi possono concentrarsi su qualsiasi punto della scena in qualsiasi momento, proprio come nella vita reale. Le aree su cui non ti concentri mostrano sfocatura retinica, di nuovo, proprio come nella vita reale. Tutti gli attributi della luce nel mondo reale – riflessione, rifrazione, diffrazione, ecc. – sono riprodotti fedelmente. E, cosa più importante, non sono richiesti occhiali speciali, tracciamento della testa o altri accessori.

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Il pannello SolidLight è costituito da una sorgente (in questo diagramma, l’array fotonico e il piano di modulazione di ampiezza sono combinati in un’unica unità) e una PhaseGuide ottica che insieme ricreano i fronti d’onda della luce corrispondenti agli oggetti reali. Il tuo occhio non può distinguere tra reale e olografico perché non c’è differenza visiva.

Tecnologia a strati

Come funziona Light Field Lab? Con una tecnologia che ha già generato oltre 300 depositi di brevetti. L’hardware è un video wall modulare SolidLight Surface con tre componenti di base. Il primo strato è un phased array a base di silicio di dispositivi che emettono luce in quello che l’azienda chiama "polimero di nanoparticelle". I rappresentanti dell’azienda non specificano esattamente cosa sono questi dispositivi; a quanto pare, non sono LED e sono pieni densità molto più elevata persino di un pannello microLED.Questo strato include anche tutta l’elettronica che fornisce una notevole potenza di elaborazione.

Lo strato intermedio è un piano ad ampiezza modulata che, come suggerisce il nome, modula l’ampiezza dei fronti d’onda della luce dall’array fotonico sotto il controllo dell’elettronica. Come l’array fotonico, l’array di modulatori di luce è costituito da nanoparticelle sub-micron controllabili individualmente. Questo strato condiziona i fronti d’onda per lo strato finale; se dovessi guardare l’emissione di luce dal piano di ampiezza modulata, sarebbe solo un mucchio di rumore.

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Una versione da tavolo consentirebbe la formazione di un’immagine 3D sulla superficie.

Infine, il piano di modulazione PhaseGuide è uno strato ottico statico progettato in coordinamento con gli altri strati per mettere a fuoco gli oggetti proiettati. Le precise proprietà ottiche di questi componenti possono essere configurate dal cliente, ad esempio, vogliono che gli oggetti siano due piedi davanti allo schermo, dietro lo schermo o da qualche altra parte?

L’elemento costitutivo di base è un sottomodulo senza cornice che misura oltre 6×4 pollici con una risoluzione di 16.000×10.000 pixel, ovvero 160 milioni di pixel in circa 27 pollici quadrati! Quindici sottomoduli sono fusi per formare un pannello modulare quadrato che misura circa mezzo metro di lato con l’incredibile cifra di 2,5 miliardi di pixel, che si traduce in 10 miliardi di pixel per metro quadrato. Più pannelli vengono quindi affiancati per creare un video wall SolidLIght Surface di qualsiasi dimensione, come qualsiasi altro sistema video wall LED modulare. Secondo l’azienda, non ci sono problemi con il posizionamento di precisione degli elementi che emettono luce come nei display microLED; l’allineamento e la calibrazione vengono eseguiti nel software.

Quasi tutti i dati di scene 3D da sistemi CGI come Unity, Unreal, Maya, Blender o qualsiasi cosa con informazioni sulla profondità possono essere renderizzati dal software WaveTracer di SolidLight in tempo reale senza bisogno di essere "precotti". Il segnale fotonico codificato e vettorizzato è analogo a un segnale audio spaziale vettorizzato Dolby Atmos. Il sistema può anche sintetizzare informazioni sulla profondità in immagini 2D.

In termini video comuni, SolidLight può visualizzare WCG a 10 bit (ampia gamma di colori) a 60 fotogrammi al secondo. Può funzionare a frame rate più elevati se questa dovesse essere una priorità per i clienti di Light Field Lab in futuro. Può anche utilizzare velocità più basse per indurre il motion blur per effetti artistici.

Tempo di dimostrazione

La demo stessa è stata davvero impressionante. Un pannello da 28 pollici (diagonale) è stato montato dietro una libreria e circondato da piante di plastica fisiche. Un camaleonte olografico, affettuosamente chiamato Chammie, si mosse lentamente lungo un ramo e cambiò colore. Potevo camminare davanti al rettile e l’ologramma occludeva completamente le piante del mondo reale dietro di esso, proprio come se fosse un oggetto reale e solido. (Le piante dietro Cammie erano effettivamente nascoste di lato e la loro immagine è stata "ritrasmessa" nell’area demo e combinata con quella del camaleonte. Non potevano essere fisicamente dove sembravano essere, perché ciò avrebbe bloccato il luce dal pannello.)

Sono stato invitato a raggiungere e "toccare" Cammie, ma ovviamente non ho potuto, perché non c’era niente di fisico lì. Tenere una lente d’ingrandimento sull’oggetto sembrava esattamente come sarebbe con un camaleonte fisico. Al suono di una mosca che ronza, la lingua di Cammie è scattata fuori e una delle piante fisiche davanti a lei ha tremato in risposta grazie a un attuatore sincronizzato: molto intelligente!

Il sistema è stato configurato per presentare oggetti all’interno di un volume di 14 pollici di diagonale e 6 pollici di profondità a circa due piedi davanti al pannello stesso con un angolo di visione di almeno 100 gradi e una distanza di visualizzazione del bersaglio di circa tre piedi. Questi parametri sono tutti bilanciati all’interno di un "budget fotonico" totale; puoi aumentarne uno diminuendo altri, oppure puoi aumentare il budget totale di fotoni aggiungendo più pannelli SolidLight Surface. Inoltre, la luminosità dell’oggetto è stata calibrata a 100-200 nits per applicazioni indoor, anche se potrebbe essere molto più luminosa con una maggiore tensione e una durata ridotta come qualsiasi altro display emissivo.

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Una delle prime applicazioni di SolidLIght saranno i display olografici in luoghi come i musei.

Ho anche visto un’altra demo di cui non posso dire molto a causa di un NDA (accordo di non divulgazione). Posso dire che è stato un oggetto olografico interattivo che ha risposto ai miei movimenti in tempo reale, il che è stato davvero sorprendente!

Quando puoi acquistarne uno?

Le prime applicazioni saranno probabilmente luoghi di intrattenimento pubblico come musei, video wall aziendali e strutture di trasmissione/produzione virtuale, che potremmo vedere tra uno o tre anni. In effetti, l’azienda ha già pre-venduto l’intera prima serie di produzione. Successivamente nella roadmap di sviluppo del prodotto ci sono i display da tavolo per la visualizzazione del prodotto e il gioco. Quindi, un muro di telepresenza consentirebbe ai colleghi remoti di interagire con lo stesso oggetto olografico. Infine, potremmo vedere video wall di consumo per l’installazione domestica in un futuro non troppo lontano.

E il costo? Light Field Lab afferma di essere competitivo con i video wall microLED 8K di grandi dimensioni; un grande Sony Crystal LED wall ti riporterà facilmente indietro di sette cifre. Chiaramente, SolidLIght non sarà alla portata della maggior parte dei consumatori per un bel po’ di tempo, ma i clienti istituzionali potrebbero buttare quei soldi per qualcosa di così straordinario.

In effetti, il finanziamento per un progetto così ambizioso è arrivato da aziende come Comcast/NBCUniversal, Samsung, Verizon, Bosch e altri, attori chiave nel settore della tecnologia dei display, della produzione, della comunicazione e dei media che ovviamente credono che questo sia il La prossima grande cosa. Non vedo l’ora di vedere la tecnologia SolidLight implementata in un luogo commerciale e non vedo l’ora di seguirne i progressi con grande interesse.