Light Field Lab’s SolidLight oferuje prawdziwy holograficzny wyświetlacz wideo
Marzenie o holograficznym wideo od dawna jest podstawą fantastyki naukowej — obraz księżniczki Lei przesyłany z R2-D2 w Gwiezdnych wojnach, holodeck w Star Trek: Następne pokolenie i rekin, który wyskakuje z Marty’ego McFly’ego w Back to the Future II to tylko trzy przykłady. Cóż, ta fantazja ma teraz szansę stać się rzeczywistością, ale bez łamania praw fizyki. Startup z Doliny Krzemowej o nazwie Light Field Lab opracował pierwszą na świecie prawdziwie holograficzną technologię wyświetlania cyfrowego, którą miałem zaszczyt zobaczyć na własne oczy podczas wizyty w biurach firmy w tym tygodniu.
Zanim powiem ci, co to jest, pozwól, że powiem ci, czym to nie jest. To nie technologia użyta do wskrzeszenia Tupaca Shakura na scenie koncertowej Coachelli w 2012 roku; to 160-letni efekt o nazwie Pepper’s Ghost, który dosłownie wykorzystuje dym i lustra do odbijania unoszących się obrazów 2D. I na pewno nie jest to autostereoskopowe 3D, które od lat demonstrują takie firmy jak Samsung, Sony, Looking Glass i Stream TV. Ta technologia przedstawia oddzielne obrazy 2D dla każdego oka – o ile jesteś we właściwym miejscu – i czasami powoduje zawroty głowy i nudności z powodu czegoś, co nazywa się konfliktem wergencji i akomodacji, który może również nękać obrazy stereoskopowe oparte na okularach i wyświetlacze montowane na głowie .
Założona w 2017 roku firma Light Field Lab opracowała technologię o nazwie SolidLight, która dokładnie odwzorowuje zachowanie światła w prawdziwym świecie. Kiedy patrzysz na obiekt w prawdziwym świecie, światło słoneczne lub inne źródło odbija się od obiektu w wielu różnych punktach w wielu różnych kierunkach, z których część wpada do twoich oczu (patrz ryc. 1a). Kiedy poruszasz się po obiekcie, różne promienie światła – a właściwie fronty fal – wpadają do twoich oczu i widzisz różne perspektywy. Ponadto obiekty za nim są inaczej blokowane (zasłaniane).
Laboratorium pola świetlnego
Rysunek 1a: W prawdziwym życiu światło odbija się od obiektów w wielu różnych punktach w wielu różnych kierunkach. Część tego światła dostaje się do twoich oczu.
Gdybyś mógł wygenerować wszystkie te fronty fal świetlnych promieniujące w wielu różnych kierunkach z wielu różnych miejsc bez fizycznego obiektu, stworzyłbyś prawdziwe holograficzne odtworzenie tego obiektu (patrz ryc. 1b). To właśnie robi SolidLight. Konwencjonalne obrazy stereoskopowe nie są w stanie tego zrobić — całe światło pochodzi z jednej płaszczyzny. Nawet jeśli każde oko jest prezentowane z nieco przesuniętym punktem obserwacyjnym 2D, to są to obrazy, a nie obiekty – w żadnym wypadku nie jest to prawdziwy hologram.
Laboratorium pola świetlnego
Rys. 1b: Laboratorium pola świetlnego SolidLight odtwarza te same fronty fal świetlnych, które można zobaczyć w prawdziwym życiu, co oznacza, że widzisz obiekty tak, jakby były prawdziwe.
Problemy rozwiązane przez Light Field Lab obejmują skalę, gęstość i obliczenia. Aby skutecznie utworzyć prawdziwy obiekt holograficzny, należy wygenerować i kontrolować kierunek i amplitudę dziesiątek lub setek miliardów frontów falowych, które odpowiadają pikselom na wyświetlaczu 2D. Należy pamiętać, że wyświetlacz 4K ma 8,3 miliona pikseli, podczas gdy najnowocześniejszy wyświetlacz 8K ma 33 miliony pikseli; porównaj to z 10 miliardami pikseli na metr kwadratowy generowanymi przez SolidLight!
Ważne jest, aby zrozumieć, że wszystkie fronty fal dla sceny są obecne jednocześnie, a twoje oczy mogą skupić się na dowolnym punkcie sceny w dowolnym momencie, tak jak w prawdziwym życiu. Obszary, na których nie skupiasz uwagi, wykazują rozmycie siatkówkowe — znowu, tak jak w prawdziwym życiu. Wszystkie atrybuty światła w świecie rzeczywistym — odbicie, załamanie, dyfrakcja itp. — są wiernie odwzorowane. A co najważniejsze, nie są wymagane żadne specjalne okulary, śledzenie głowy ani inne akcesoria.
Laboratorium pola świetlnego
Panel SolidLight składa się ze źródła (na tym schemacie układ fotoniczny i płaszczyzna modulacji amplitudy są połączone w jedną całość) oraz optycznego przewodnika fazowego, które razem odtwarzają fronty fal świetlnych odpowiadające rzeczywistym obiektom. Twoje oko nie może odróżnić rzeczywistego od holograficznego, ponieważ nie ma różnicy wizualnej.
Technologia warstwowego ciasta
Jak to robi Light Field Lab? Dzięki technologii, która wygenerowała już ponad 300 zgłoszeń patentowych. Sprzęt to modułowa ściana wideo SolidLight Surface z trzema podstawowymi komponentami. Pierwsza warstwa to oparty na krzemie układ fazowy emitujących światło urządzeń, które firma nazywa „polimerem nanocząstek". Przedstawiciele firmy nie określili dokładnie, czym są te urządzenia; najwyraźniej nie są to diody LED i są wypełnione znacznie większą gęstość niż nawet panel microLED.W tej warstwie znajduje się również cała elektronika, która zapewnia poważną moc obliczeniową.
Warstwa środkowa to płaszczyzna o modulowanej amplitudzie, która, jak sama nazwa wskazuje, moduluje amplitudę frontów świetlnych z matrycy fotonicznej pod kontrolą elektroniki. Podobnie jak układ fotoniczny, układ modulatorów światła składa się z indywidualnie kontrolowanych nanocząstek submikronowych. Warstwa ta kondycjonuje czoła fal dla warstwy końcowej; gdybyś spojrzał na strumień świetlny z płaszczyzny modulowanej amplitudy, byłby to po prostu szum.
Laboratorium pola świetlnego
Wersja stołowa umożliwiłaby utworzenie obrazu 3D na powierzchni.
Wreszcie płaszczyzna modulacji PhaseGuide jest statyczną warstwą optyczną zaprojektowaną we współpracy z innymi warstwami w celu uzyskania ostrości wyświetlanych obiektów. Klient może skonfigurować dokładne właściwości optyczne tych komponentów — na przykład, czy chce, aby obiekty znajdowały się dwie stopy przed ekranem, za ekranem, czy gdzieś indziej?
Podstawowym elementem konstrukcyjnym jest bezramkowy submoduł o wymiarach ponad 6 × 4 cale i rozdzielczości 16 000 × 10 000 pikseli — to 160 milionów pikseli na około 27 calach kwadratowych! Piętnaście podmodułów łączy się, tworząc kwadratowy modułowy panel o boku około pół metra z oszałamiającą liczbą 2,5 miliarda pikseli, co przekłada się na 10 miliardów pikseli na metr kwadratowy. Wiele paneli jest następnie układanych w kafelki, aby utworzyć ścianę wideo SolidLight Surface o niemal dowolnym rozmiarze, podobnie jak każdy inny modułowy system ściany wideo LED. Jak zapewnia firma, nie ma problemu z precyzyjnym rozmieszczeniem elementów świecących, jak to ma miejsce w wyświetlaczach microLED; wyrównanie i kalibracja są wykonywane w oprogramowaniu.
Prawie dowolne dane sceny 3D z systemów CGI, takich jak Unity, Unreal, Maya, Blender lub cokolwiek innego z informacjami o głębi, mogą być renderowane przez oprogramowanie SolidLight WaveTracer w czasie rzeczywistym bez konieczności „wstępnego przygotowania”. Zakodowany, wektorowy sygnał fotoniczny jest analogiczny do wektoryzowanego przestrzennego sygnału audio Dolby Atmos. System może nawet syntezować informacje o głębi w obrazach 2D.
Mówiąc ogólnie, SolidLight może wyświetlać 10-bitowe WCG (szeroka gama kolorów) z szybkością 60 klatek na sekundę. Może działać z większą liczbą klatek na sekundę, jeśli ma to być priorytetem dla klientów Light Field Lab w przyszłości. Może również używać niższych szybkości, aby wywołać rozmycie ruchu w celu uzyskania efektu artystycznego.
Czas demonstracyjny
Największe wrażenie zrobiło samo demo. Jeden 28-calowy (przekątna) panel został zamontowany za regałem na książki i otoczony fizycznymi plastikowymi roślinami. Holograficzny kameleon, pieszczotliwie nazywany Chammie, poruszał się powoli wzdłuż gałęzi i zmieniał kolor. Mogłem chodzić przed gadem, a hologram całkowicie zasłaniał znajdujące się za nim rośliny z prawdziwego świata, tak jakby to był prawdziwy, solidny obiekt. (Rośliny za Cammie były w rzeczywistości ukryte z boku, a ich obraz został „przeniesiony” do obszaru demonstracyjnego i połączony z obrazem kameleona. Nie mogły znajdować się tam, gdzie wydawały się być fizycznie, ponieważ zablokowałoby to światło z panelu).
Zaproszono mnie, żebym wyciągnęła rękę i „dotknęła” Cammie, ale oczywiście nie mogłam, bo nie było tam nic fizycznego. Trzymanie szkła powiększającego w kierunku obiektu wyglądało dokładnie tak, jak w przypadku fizycznego kameleona. Na dźwięk brzęczącej muchy język Cammie wystrzelił, a jedna z fizycznych roślin przed nim faktycznie zatrzęsła się w odpowiedzi dzięki zsynchronizowanemu siłownikowi — bardzo sprytnie!
System został skonfigurowany do prezentowania obiektów o przekątnej 14 cali i głębokości 6 cali, około dwóch stóp przed samym panelem, z kątem widzenia co najmniej 100 stopni i docelową odległością widzenia około trzech stóp. Wszystkie te parametry są zrównoważone w ramach całkowitego „budżetu fotonów”; możesz zwiększyć jeden, zmniejszając inne, lub możesz zwiększyć całkowity budżet fotonów, dodając więcej paneli SolidLight Surface. Również jasność obiektu została skalibrowana na 100-200 nitów do zastosowań wewnętrznych, chociaż może być znacznie jaśniejsza przy zwiększonym napięciu i zmniejszonej żywotności, jak każdy inny wyświetlacz emisyjny.
Laboratorium pola świetlnego
Jednym z pierwszych zastosowań SolidLight będą wyświetlacze holograficzne w miejscach takich jak muzea.
Widziałem też inne demo, o którym niewiele mogę powiedzieć ze względu na NDA (umowa o zachowaniu poufności). Mogę powiedzieć, że był to interaktywny obiekt holograficzny, który reagował na moje ruchy w czasie rzeczywistym, co było naprawdę niesamowite!
Kiedy można go kupić?
Pierwszymi zastosowaniami będą prawdopodobnie miejsca rozrywki publicznej, takie jak muzea, korporacyjne ściany wideo oraz obiekty nadawcze/wirtualne, które będziemy mogli zobaczyć już za rok do trzech lat. W rzeczywistości firma sprzedała już całą pierwszą serię produkcyjną. Następnym punktem planu rozwoju produktu są wyświetlacze stołowe do wizualizacji produktów i gier. Następnie ściana teleobecności umożliwiłaby zdalnym współpracownikom interakcję z tym samym obiektem holograficznym. Wreszcie, w niezbyt odległej przyszłości mogliśmy zobaczyć konsumenckie ściany wideo do instalacji w domu.
A koszt? Light Field Lab twierdzi, że jest konkurencyjny w stosunku do dużych, wysokiej jakości ścian wideo 8K microLED; duża ściana LED Sony Crystal z łatwością cofnie Cię o siedem cyfr. Najwyraźniej SolidLight nie będzie jeszcze przez jakiś czas dostępny dla większości konsumentów, ale klienci instytucjonalni mogą wydać tyle pieniędzy na coś tak niezwykłego.
W rzeczywistości finansowanie tak ambitnego projektu pochodziło od firm takich jak Comcast/NBCUniversal, Samsung, Verizon, Bosch i innych — kluczowych interesariuszy w branży technologii wyświetlania, produkcji, komunikacji i mediów, którzy najwyraźniej wierzą, że jest to Następna wielka rzecz. Nie mogę się doczekać, kiedy technologia SolidLight zostanie wdrożona w miejscu komercyjnym i z wielkim zainteresowaniem śledzę jej postępy.