SolidLight от Light Field Lab предлагает настоящий голографический видеодисплей
Мечта о голографическом видео долгое время была одним из основных элементов научной фантастики: изображение принцессы Леи, переданное с R2-D2 в «Звездных войнах», голопалуба в «Звездном пути: Следующее поколение» и акула, которая появляется у Марти МакФлая в «Назад в мир». Future II — это всего лишь три примера. Что ж, эта фантазия теперь готова стать реальностью, но без нарушения законов физики. Стартап из Силиконовой долины под названием Light Field Lab разработал первую в мире по-настоящему голографическую технологию цифрового дисплея, которую я имел честь лично увидеть во время визита в офис компании на этой неделе.
Прежде чем я скажу вам, что это такое, позвольте мне сказать вам, чем это не является. Это не технология, которая использовалась для воскрешения Тупака Шакура на концертной сцене Coachella в 2012 году; это 160-летний эффект под названием Pepper’s Ghost, который буквально использует дым и зеркала для отражения 2D-плавающих изображений. И уж точно не автостереоскопическое 3D, которое годами демонстрируют такие компании, как Samsung, Sony, Looking Glass и Stream TV. Эта технология представляет отдельные 2D-изображения для каждого глаза — пока вы находитесь в нужном месте — и иногда вызывает головокружение и тошноту из-за так называемого конфликта вергенции и аккомодации, который также может мешать стереоскопическим изображениям на очках и дисплеям на голове. .
Компания Light Field Lab, основанная в 2017 году, разработала технологию под названием SolidLight, которая точно воспроизводит поведение света в реальном мире. Когда вы смотрите на объект в реальном мире, свет от солнца или другого источника отражается от объекта во многих разных точках в разных направлениях, некоторые из которых попадают в ваши глаза (см. рис. 1а). Когда вы перемещаетесь вокруг объекта, в ваши глаза попадают различные световые лучи — или, точнее, волновые фронты, и вы видите разные перспективы. Кроме того, объекты за ним блокируются из поля зрения (окклюдируются) по-разному.
Лаборатория светового поля
Рисунок 1а: В реальной жизни свет отражается от объектов в разных точках и в разных направлениях. Часть этого света попадает в ваши глаза.
Если бы вы могли генерировать все эти световые волновые фронты, излучаемые в разных направлениях из разных мест без физического объекта, вы бы создали настоящее голографическое воссоздание этого объекта (см. рис. 1b). Это именно то, что делает SolidLight. Обычные стереоскопические изображения не могут этого сделать — весь свет исходит из одной плоскости. Даже если каждому глазу представить слегка смещенную двухмерную точку обзора, это изображения, а не объекты — ни в коем случае не настоящая голограмма.
Лаборатория светового поля
Рис. 1b: Лаборатория светового поля SolidLight воссоздает те же световые волновые фронты, которые вы видите в реальной жизни, что означает, что вы видите объекты, как если бы они были реальными.
Проблемы, решаемые Light Field Lab, включают масштабирование, плотность и вычисления. Чтобы эффективно сформировать настоящий голографический объект, вам необходимо генерировать и контролировать направление и амплитуду десятков или сотен миллиардов волновых фронтов, которые соответствуют пикселям на 2D-дисплее. Имейте в виду, что дисплей 4K имеет 8,3 миллиона пикселей, а современный дисплей 8K имеет 33 миллиона пикселей; сравните это с 10 миллиардами пикселей на квадратный метр, генерируемыми SolidLight!
Важно понимать, что все волновые фронты для сцены присутствуют одновременно, и ваши глаза могут сфокусироваться на любой точке сцены в любое время, как и в реальной жизни. Области, на которых вы не фокусируетесь, демонстрируют размытие сетчатки — опять же, как и в реальной жизни. Все атрибуты света в реальном мире — отражение, преломление, дифракция и т. д. — точно воспроизведены. И самое главное, не требуются специальные очки, трекинг головы и другие аксессуары.
Лаборатория светового поля
Панель SolidLight состоит из источника (на этой схеме фотонный массив и плоскость амплитудной модуляции объединены в один блок) и оптического PhaseGuide, которые вместе воссоздают световые волновые фронты, соответствующие реальным объектам. Ваш глаз не может отличить настоящее от голографического, потому что нет никакой визуальной разницы.
Технология слоеного пирога
Как это делает Light Field Lab? С технологией, на которую уже подано более 300 патентных заявок. Оборудование представляет собой модульную видеостену SolidLight Surface с тремя основными компонентами. Первый слой представляет собой фазированную матрицу светоизлучающих устройств на основе кремния, которую компания называет «полимером с наночастицами». гораздо более высокая плотность, чем даже панель microLED.Этот слой также включает в себя всю электронику, которая обеспечивает серьезную вычислительную мощность.
Средний слой представляет собой плоскость с модулированной амплитудой, которая, как следует из названия, модулирует амплитуду волновых фронтов света от фотонной матрицы под управлением электроники. Как и фотонная матрица, матрица модуляторов света состоит из индивидуально управляемых субмикронных наночастиц. Этот слой формирует волновые фронты для последнего слоя; если бы вы посмотрели на световой выход из плоскости с модулированной амплитудой, это было бы просто кучкой шума.
Лаборатория светового поля
Настольная версия позволит формировать 3D-изображение поверх поверхности.
Наконец, плоскость модуляции PhaseGuide представляет собой статический оптический слой, разработанный совместно с другими слоями для фокусировки проецируемых объектов. Точные оптические свойства этих компонентов могут быть настроены заказчиком — например, хотят ли они, чтобы объекты находились в двух футах перед экраном, за экраном или где-то еще?
Основным строительным блоком является безрамочный субмодуль размером более 6×4 дюймов с разрешением 16 000×10 000 пикселей — это 160 миллионов пикселей на площади около 27 квадратных дюймов! Пятнадцать субмодулей объединены в квадратную модульную панель со стороной около полуметра и ошеломляющими 2,5 миллиардами пикселей, что соответствует 10 миллиардам пикселей на квадратный метр. Затем несколько панелей объединяются для создания видеостены SolidLight Surface практически любого размера, как и любая другая модульная система светодиодной видеостены. По словам компании, нет проблем с точным размещением светоизлучающих элементов, как в дисплеях microLED; настройка и калибровка выполняются в программном обеспечении.
Практически любые данные 3D-сцены из систем CGI, таких как Unity, Unreal, Maya, Blender или чего-либо еще с информацией о глубине, могут быть визуализированы программным обеспечением SolidLight WaveTracer в режиме реального времени без необходимости «предварительного запекания». Закодированный векторизованный фотонный сигнал аналогичен векторизованному пространственно-аудиосигналу Dolby Atmos. Система может даже синтезировать информацию о глубине в 2D-изображениях.
Говоря обычным языком, SolidLight может отображать 10-битный WCG (широкий цветовой охват) со скоростью 60 кадров в секунду. Он может работать с более высокой частотой кадров, если это станет приоритетом для клиентов Light Field Lab в будущем. Он также может использовать более медленные скорости, чтобы вызвать размытие движения для художественного эффекта.
Демонстрационное время
Сама демонстрация была самой впечатляющей. Одна 28-дюймовая (по диагонали) панель была установлена за книжным шкафом и окружена физическими пластиковыми растениями. Голографический хамелеон, которого ласково называли Чамми, медленно двигался по ветке и менял цвет. Я мог ходить перед рептилией, и голограмма полностью заслоняла собой растения реального мира позади нее, как если бы это был настоящий твердый объект. (Растения позади Кэмми были на самом деле спрятаны в стороне, и их изображение было «перенесено» в демонстрационную зону и объединено с изображением хамелеона. Они не могли быть там, где казались физически, потому что это заблокировало бы свет от панели.)
Меня пригласили протянуть руку и «тронуть» Камми, но я, конечно, не мог, потому что там не было ничего физического. Поднесение увеличительного стекла к объекту выглядело точно так же, как с физическим хамелеоном. При звуке жужжащей мухи Кэмми высунула язык, и одно из физических растений перед ним на самом деле затряслось в ответ благодаря синхронизированному приводу — очень умно!
Система была сконфигурирована для представления объектов в пределах объема с диагональю 14 дюймов и глубиной 6 дюймов примерно в двух футах перед самой панелью с углом обзора не менее 100 градусов и целевым расстоянием просмотра около трех футов. Все эти параметры сбалансированы в рамках общего «фотонного бюджета». вы можете увеличить одну, уменьшив другие, или вы можете увеличить общий бюджет фотонов, добавив больше панелей SolidLight Surface. Кроме того, яркость объекта была откалибрована на 100-200 нит для использования в помещении, хотя она могла быть намного ярче с увеличением напряжения и сокращением срока службы, как и любой другой излучающий дисплей.
Лаборатория светового поля
Одним из первых применений SolidLight будут голографические дисплеи в таких местах, как музеи.
Я также видел еще одно демо, о котором не могу много говорить из-за NDA (соглашение о неразглашении). Могу сказать, что это был интерактивный голографический объект, который реагировал на мои движения в режиме реального времени, что было поистине потрясающе!
Когда вы сможете купить один?
Первыми приложениями, скорее всего, станут общественные развлекательные заведения, такие как музеи, корпоративные видеостены и вещательные/виртуальные производственные объекты, которые мы сможем увидеть всего через один-три года. Фактически, компания уже предпродала весь свой первый производственный цикл. Следующими в плане разработки продуктов являются настольные дисплеи для визуализации продуктов и игр. Затем стена телеприсутствия позволит удаленным коллегам взаимодействовать с одним и тем же голографическим объектом. Наконец, в недалеком будущем мы сможем увидеть потребительские видеостены для домашней установки.
И стоимость? Light Field Lab заявляет, что она может конкурировать с большими видеостенами премиум-класса 8K microLED; большая светодиодная стена Sony Crystal обойдется вам в семизначную сумму. Очевидно, что SolidLight не будет доступен большинству потребителей в течение некоторого времени, но институциональные клиенты могут отказаться от таких денег за что-то столь экстраординарное.
На самом деле, финансирование такого амбициозного проекта поступило от таких компаний, как Comcast/NBCUniversal, Samsung, Verizon, Bosch и других — ключевых заинтересованных сторон в области технологий отображения, производства, коммуникаций и средств массовой информации, которые, очевидно, считают, что это Следующая большая вещь. Мне не терпится увидеть развертывание технологии SolidLight в коммерческих целях, и я с большим интересом наблюдаю за ее развитием.