SolidLight von Light Field Lab bietet eine echte holografische Videoanzeige
Der Traum von holografischen Videos ist seit langem ein fester Bestandteil der Science-Fiction – das Bild von Prinzessin Leia, das von R2-D2 in Star Wars ausgestrahlt wird, das Holodeck in Star Trek: The Next Generation und der Hai, der Marty McFly in Back to entgegenspringt the Future II sind nur drei Beispiele. Nun, diese Fantasie ist jetzt bereit, Realität zu werden, aber ohne die Gesetze der Physik zu brechen. Ein Silicon-Valley-Startup namens Light Field Lab hat die weltweit erste wirklich holografische Digitalanzeigetechnologie entwickelt, die ich diese Woche bei einem Besuch in den Büros des Unternehmens mit eigenen Augen sehen durfte.
Bevor ich Ihnen sage, was es ist, lassen Sie mich Ihnen sagen, was es nicht ist. Es ist nicht die Technologie, die verwendet wurde, um Tupac Shakur 2012 auf der Konzertbühne des Coachella wiederzubeleben; Das ist ein 160 Jahre alter Effekt namens Pepper’s Ghost, der buchstäblich Rauch und Spiegel verwendet, um schwebende 2D-Bilder zu reflektieren. Und es ist sicherlich kein autostereoskopisches 3D, was Unternehmen wie Samsung, Sony, Looking Glass und Stream TV seit Jahren demonstrieren. Diese Technologie präsentiert jedem Auge separate 2D-Bilder – solange Sie sich an der richtigen Stelle befinden – und verursacht manchmal Schwindel und Übelkeit aufgrund eines sogenannten Vergenz-Akkommodations-Konflikts, der auch brillenbasierte stereoskopische Bilder und am Kopf montierte Displays plagen kann .
Das 2017 gegründete Light Field Lab hat eine Technologie namens SolidLight entwickelt, die genau nachbildet, wie sich Licht in der realen Welt verhält. Wenn Sie ein Objekt in der realen Welt betrachten, wird Licht von der Sonne oder einer anderen Quelle von dem Objekt an vielen verschiedenen Punkten in viele verschiedene Richtungen reflektiert, von denen einige in Ihre Augen eintreten (siehe Abb. 1a). Wenn Sie sich um das Objekt herum bewegen, treten verschiedene Lichtstrahlen – oder besser gesagt Wellenfronten – in Ihre Augen ein, und Sie sehen unterschiedliche Perspektiven. Außerdem werden dahinter liegende Objekte auf unterschiedliche Weise gesperrt (verdeckt).
Lichtfeldlabor
Abbildung 1a: Im wirklichen Leben wird Licht von Objekten an vielen verschiedenen Punkten in viele verschiedene Richtungen reflektiert. Etwas von diesem Licht dringt in deine Augen ein.
Wenn Sie all diese Lichtwellenfronten erzeugen könnten, die von vielen verschiedenen Orten in viele verschiedene Richtungen ausstrahlen, ohne ein physisches Objekt, würden Sie eine echte holografische Nachbildung dieses Objekts erstellen (siehe Abb. 1b). Genau das macht SolidLight. Herkömmliche stereoskopische Bilder können das nicht – das gesamte Licht kommt aus einer Ebene. Selbst wenn jedem Auge ein leicht versetzter 2D-Blickpunkt präsentiert wird, handelt es sich um Bilder, nicht um Objekte – keineswegs um ein echtes Hologramm.
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Abb. 1b: Light Field Lab SolidLight bildet die gleichen Lichtwellenfronten nach, die Sie im wirklichen Leben sehen würden, was bedeutet, dass Sie die Objekte sehen, als wären sie echt.
Zu den Problemen, die Light Field Lab gelöst hat, gehören Skalierung, Dichte und Berechnung. Um ein echtes holografisches Objekt effektiv zu bilden, müssen Sie die Richtung und Amplitude von zehn oder hundert Milliarden Wellenfronten erzeugen und steuern, die Pixeln auf einer 2D-Anzeige entsprechen. Denken Sie daran, dass ein 4K-Display 8,3 Millionen Pixel hat, während ein hochmodernes 8K-Display 33 Millionen Pixel hat; Vergleichen Sie das mit den 10 Milliarden Pixeln pro Quadratmeter, die SolidLight erzeugt!
Es ist wichtig zu verstehen, dass alle Wellenfronten für eine Szene gleichzeitig vorhanden sind und Ihre Augen jederzeit auf jeden Punkt in der Szene fokussieren können, genau wie im wirklichen Leben. Bereiche, auf die Sie sich nicht konzentrieren, weisen eine Netzhautunschärfe auf – wieder genau wie im wirklichen Leben. Alle Attribute des Lichts in der realen Welt – Reflexion, Brechung, Beugung usw. – werden originalgetreu reproduziert. Und das Wichtigste: Es sind keine speziellen Brillen, Headtracking oder sonstiges Zubehör erforderlich.
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Das SolidLight-Panel besteht aus einer Quelle (in diesem Diagramm sind das photonische Array und die Amplitudenmodulationsebene zu einer Einheit kombiniert) und einem optischen PhaseGuide, die zusammen Lichtwellenfronten nachbilden, die tatsächlichen Objekten entsprechen. Ihr Auge kann den Unterschied zwischen echt und holographisch nicht erkennen, da es keinen visuellen Unterschied gibt.
Schichtkuchen-Technologie
Wie macht Light Field Lab das? Mit einer Technologie, die bereits über 300 Patentanmeldungen hervorgebracht hat. Die Hardware ist eine modulare SolidLight Surface Videowand mit drei Grundkomponenten. Die erste Schicht ist ein phasengesteuertes Array aus Licht emittierenden Geräten auf Siliziumbasis in einem, wie das Unternehmen es nennt, „Nanopartikel-Polymer“. viel höhere Dichte als selbst ein microLED-Panel.Diese Schicht enthält auch die gesamte Elektronik, die eine ernsthafte Rechenleistung bietet.
Die mittlere Schicht ist eine Ebene mit modulierter Amplitude, die, wie der Name schon sagt, die Amplitude von Lichtwellenfronten aus dem photonischen Array unter der Kontrolle der Elektronik moduliert. Wie das photonische Array besteht das Array von Lichtmodulatoren aus einzeln steuerbaren Nanopartikeln im Submikrometerbereich. Diese Schicht bereitet die Wellenfronten für die letzte Schicht vor; Wenn Sie sich die Lichtausgabe aus der Ebene mit modulierter Amplitude ansehen würden, wäre dies nur ein Haufen Rauschen.
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Eine Tischversion würde es ermöglichen, dass sich ein 3D-Bild auf der Oberfläche bildet.
Schließlich ist die PhaseGuide-Modulationsebene eine statische optische Schicht, die in Koordination mit den anderen Schichten entwickelt wurde, um projizierte Objekte in den Fokus zu bringen. Die genauen optischen Eigenschaften dieser Komponenten können vom Kunden konfiguriert werden – möchten sie beispielsweise, dass sich die Objekte zwei Fuß vor dem Bildschirm, hinter dem Bildschirm oder woanders befinden?
Der Grundbaustein ist ein rahmenloses Submodul mit einer Größe von über 6 x 4 Zoll und einer Auflösung von 16.000 x 10.000 Pixeln – das sind 160 Millionen Pixel auf etwa 27 Quadratzoll! Fünfzehn Submodule werden zu einem quadratischen modularen Panel mit einer Seitenlänge von etwa einem halben Meter und unglaublichen 2,5 Milliarden Pixeln verschmolzen, was 10 Milliarden Pixeln pro Quadratmeter entspricht. Mehrere Paneele werden dann gekachelt, um eine SolidLight Surface-Videowand in nahezu jeder Größe zu erstellen, wie jedes andere modulare LED-Videowandsystem. Nach Angaben des Unternehmens gibt es kein Problem mit der präzisen Platzierung von lichtemittierenden Elementen wie bei Mikro-LED-Displays; Ausrichtung und Kalibrierung erfolgen in der Software.
Nahezu alle 3D-Szenendaten aus CGI-Systemen wie Unity, Unreal, Maya, Blender oder alles mit Tiefeninformationen können von SolidLights WaveTracer-Software in Echtzeit gerendert werden, ohne dass sie „vorgebacken“ werden müssen. Das codierte, vektorisierte photonische Signal ist analog zu einem vektorisierten Dolby Atmos-Raumaudiosignal. Das System kann sogar Tiefeninformationen in 2D-Bildern synthetisieren.
In allgemeiner Videosprache kann SolidLight 10-Bit WCG (Wide Color Gamut) mit 60 Bildern pro Sekunde anzeigen. Es kann mit höheren Bildraten betrieben werden, wenn dies für die Kunden von Light Field Lab in Zukunft Priorität haben sollte. Es kann auch langsamere Raten verwenden, um Bewegungsunschärfe für künstlerische Effekte zu induzieren.
Demo-Zeit
Die Demo selbst war am beeindruckendsten. Eine 28-Zoll-Platte (diagonal) wurde hinter einem Bücherregal montiert und mit physischen Plastikpflanzen umgeben. Ein holografisches Chamäleon, liebevoll Chammie genannt, bewegte sich langsam an einem Ast entlang und wechselte dabei seine Farbe. Ich konnte vor dem Reptil herumlaufen, und das Hologramm verdeckte die realen Pflanzen dahinter vollständig, als wäre es ein echtes, solides Objekt. (Die Pflanzen hinter Cammie waren tatsächlich seitlich versteckt, und ihr Bild wurde in den Demobereich „übertragen“ und mit dem des Chamäleons kombiniert. Sie konnten nicht dort sein, wo sie physisch zu sein schienen, denn das hätte sie blockiert Licht von der Platte.)
Ich wurde eingeladen, Cammie zu erreichen und zu „berühren“, aber das konnte ich natürlich nicht, weil da nichts Körperliches war. Wenn man eine Lupe an das Objekt hielt, sah es genauso aus wie bei einem physischen Chamäleon. Beim Geräusch einer summenden Fliege schoss Cammies Zunge heraus und eine der physischen Pflanzen davor zitterte dank eines synchronisierten Auslösers tatsächlich – sehr schlau!
Das System war so konfiguriert, dass es Objekte innerhalb eines Volumens mit einer Diagonale von 14 Zoll und einer Tiefe von 6 Zoll etwa zwei Fuß vor dem Panel selbst mit einem Betrachtungswinkel von mindestens 100 Grad und einem Zielbetrachtungsabstand von etwa drei Fuß präsentierte. Diese Parameter werden alle innerhalb eines Gesamt-"Photonenbudgets" ausgeglichen; Sie können eine erhöhen, indem Sie andere verringern, oder Sie können das gesamte Photonenbudget erhöhen, indem Sie weitere SolidLight Surface-Platten hinzufügen. Außerdem wurde die Objekthelligkeit für Innenanwendungen auf 100–200 Nits kalibriert, obwohl sie mit erhöhter Spannung und verringerter Lebensdauer wie bei jedem anderen emittierenden Display viel heller sein könnte.
Lichtfeldlabor
Eine der ersten Anwendungen von SolidLight werden holografische Displays an Orten wie Museen sein.
Ich habe auch eine andere Demo gesehen, über die ich aufgrund einer NDA (Geheimhaltungsvereinbarung) nicht viel sagen kann. Ich kann sagen, es war ein interaktives holografisches Objekt, das in Echtzeit auf meine Bewegungen reagierte, was wirklich erstaunlich war!
Wann kann man einen kaufen?
Die ersten Anwendungen werden wahrscheinlich öffentliche Unterhaltungseinrichtungen wie Museen, Unternehmensvideowände und Rundfunk-/virtuelle Produktionseinrichtungen sein, die wir in nur ein bis drei Jahren sehen könnten. Tatsächlich hat das Unternehmen bereits seinen gesamten ersten Produktionslauf vorverkauft. Als nächstes in der Produktentwicklungs-Roadmap stehen Tabletop-Displays für Produktvisualisierung und Gaming. Dann würde eine Telepräsenzwand es entfernten Kollegen ermöglichen, mit demselben holografischen Objekt zu interagieren. Schließlich könnten wir in nicht allzu ferner Zukunft Consumer-Videowände für die Heiminstallation sehen.
Und die Kosten? Light Field Lab sagt, dass es mit großen, hochwertigen 8K-microLED-Videowänden konkurrenzfähig ist; Eine große Sony Crystal LED-Wand wird Sie leicht siebenstellig zurückzahlen. Natürlich wird SolidLight für eine ganze Weile nicht in Reichweite der meisten Verbraucher sein, aber institutionelle Kunden könnten diese Art von Geld für etwas so Außergewöhnliches ausgeben.
Tatsächlich stammt die Finanzierung für ein solch ehrgeiziges Projekt von Unternehmen wie Comcast/NBCUniversal, Samsung, Verizon, Bosch und anderen – Schlüsselakteure im Geschäft mit Display-Technologie, Fertigung, Kommunikation und Medien, die offensichtlich glauben, dass dies der Fall ist Das nächste große Ding. Ich kann es kaum erwarten, die SolidLight-Technologie in einem kommerziellen Bereich einzusetzen, und ich freue mich darauf, ihre Fortschritte mit großem Interesse zu verfolgen.