Light Field Labs SolidLight erbjuder en äkta holografisk videovisning

Drömmen om holografisk video har länge varit en bas i science fiction – bilden av prinsessan Leia strålade från R2-D2 i Star Wars, holodäcket i Star Trek: The Next Generation och hajen som dyker upp på Marty McFly i Back to the Future II är bara tre exempel. Tja, den fantasin är nu redo att bli verklighet, men utan att bryta mot fysikens lagar. En Silicon Valley-startup som heter Light Field Lab har utvecklat världens första riktigt holografiska digitala display-teknik, som jag hade förmånen att se själv under ett besök på företagets kontor denna vecka.

Innan jag berättar vad det är, låt mig berätta vad det inte är. Det är inte tekniken som användes för att återuppliva Tupac Shakur på konsertscenen på Coachella 2012; det är en 160 år gammal effekt som kallas Pepper’s Ghost som bokstavligen använder rök och speglar för att reflektera svävande 2D-bilder. Och det är verkligen inte autostereoskopisk 3D, vilket företag som Samsung, Sony, Looking Glass och Stream TV har demonstrerat i flera år. Den tekniken presenterar separata 2D-bilder för varje öga – så länge du är på rätt ställe – och orsakar ibland yrsel och illamående på grund av något som kallas konflikt med gränsöverskridande boende, vilket också kan plåga glasögonbaserade stereoskopiska bilder och huvudmonterade skärmar .

Light Field Lab grundades 2017 och har utvecklat en teknik som kallas SolidLight, som replikerar exakt hur ljus beter sig i den verkliga världen. När du tittar på ett föremål i den verkliga världen reflekteras ljus från solen eller annan källa från föremålet på många olika punkter i många olika riktningar, av vilka en del kommer in i dina ögon (se fig. 1a). När du rör dig runt objektet kommer olika ljusstrålar – eller rättare sagt vågfronter – in i dina ögon och du ser olika perspektiv. Objekt bakom den är också blockerade från synen (ockkluderade) på olika sätt.

Ljusfältslabb

Figur 1a: I verkligheten reflekteras ljus från föremål på många olika punkter i många olika riktningar. En del av det ljuset kommer in i dina ögon.

Om du kunde generera alla dessa ljusvågfronter som strålar ut i många olika riktningar från många olika platser utan ett fysiskt objekt, skulle du skapa en sann holografisk återskapande av det objektet (se Fig. 1b). Detta är precis vad SolidLight gör. Konventionella stereoskopiska bilder kan inte göra det – allt ljus kommer från ett plan. Även om varje öga presenteras med en något förskjuten 2D-utsiktspunkt, är det bilder, inte objekt – inte ett sant hologram på något sätt.

Ljusfältslabb

Fig. 1b: Light Field Lab SolidLight återskapar samma ljusvågfronter som du skulle se i verkligheten, vilket betyder att du ser objekten som om de vore verkliga.

Problemen som Light Field Lab har löst inkluderar skala, densitet och beräkning. För att effektivt bilda ett riktigt holografiskt objekt måste du generera och kontrollera riktningen och amplituden för tiotals eller hundratals miljarder vågfronter, som motsvarar pixlar på en 2D-skärm. Tänk på att en 4K-skärm har 8,3 miljoner pixlar, medan en toppmodern 8K-skärm har 33 miljoner pixlar; jämför det med de 10 miljarder pixlar per kvadratmeter som genereras av SolidLight!

Det är viktigt att förstå att alla vågfronter för en scen är närvarande på en gång, och dina ögon kan fokusera på vilken punkt som helst i scenen när som helst, precis som i verkligheten. Områden du inte fokuserar på uppvisar näthinneoskärpa – igen, precis som i verkligheten. Alla ljusets attribut i den verkliga världen – reflektion, refraktion, diffraktion, etc. – återges troget. Och viktigast av allt, inga speciella glasögon, huvudspårning eller andra tillbehör krävs.

Ljusfältslabb

SolidLight-panelen består av en källa (i det här diagrammet är fotonmatrisen och amplitudmoduleringsplanet kombinerade till en enhet) och en optisk PhaseGuide som tillsammans återskapar ljusvågfronter som motsvarar faktiska objekt. Ditt öga kan inte se skillnaden mellan verklig och holografisk eftersom det inte finns någon visuell skillnad.

Layer-cake tech

Hur gör Light Field Lab det? Med teknik som redan har genererat över 300 patentansökningar. Hårdvaran är en modulär SolidLight Surface-videovägg med tre grundläggande komponenter. Det första lagret är en kiselbaserad fasad uppsättning av ljusemitterande enheter i vad företaget kallar en "nanoparticle polymer." Företagsrepresentanter skulle inte specificera exakt vad dessa enheter är; tydligen är de inte lysdioder, och de är packade med mycket högre densitet än till och med en microLED-panel.Detta lager innehåller också all elektronik som ger en viss processorkraft.

Mellanskiktet är ett modulerad amplitudplan, som, som namnet antyder, modulerar amplituden av ljusvågfronter från fotonmatrisen under kontroll av elektroniken. Liksom den fotoniska arrayen består arrayen av ljusmodulatorer av individuellt kontrollerbara sub-mikron nanopartiklar. Detta lager konditionerar vågfronterna för det sista lagret; om du skulle titta på ljusutgången från det modulerade amplitudplanet, skulle det bara vara ett gäng brus.

Ljusfältslabb

En bordsversion skulle tillåta en 3D-bild att bildas ovanpå ytan.

Slutligen är PhaseGuide-moduleringsplanet ett statiskt optiskt lager designat i samordning med de andra lagren för att fokusera projicerade objekt. De exakta optiska egenskaperna för dessa komponenter kan konfigureras av kunden – vill de till exempel att objekten ska vara två fot framför skärmen, bakom skärmen eller någon annanstans?

Den grundläggande byggstenen är en ramlös undermodul som mäter över 6×4 tum med en upplösning på 16 000×10 000 pixlar – det är 160 miljoner pixlar på cirka 27 kvadrattum! Femton undermoduler smälts samman för att bilda en kvadratisk modulär panel som mäter cirka en halv meter på en sida med svindlande 2,5 miljarder pixlar, vilket översätts till 10 miljarder pixlar per kvadratmeter. Flera paneler kaklas sedan för att skapa en SolidLIght Surface-videovägg av nästan vilken storlek som helst, som alla andra modulära LED-videoväggssystem. Enligt företaget är det inga problem med precisionsplacering av ljusemitterande element som det är i microLED-skärmar; justering och kalibrering görs i mjukvara.

Nästan alla 3D-scendata från CGI-system som Unity, Unreal, Maya, Blender eller vad som helst med djupinformation kan renderas av SolidLights WaveTracer-programvara i realtid utan att behöva "förbakas". Den kodade, vektoriserade fotoniska signalen är analog med en Dolby Atmos vektoriserad rumslig ljudsignal. Systemet kan till och med syntetisera djupinformation i 2D-bilder.

I vanliga videotermer kan SolidLight visa 10-bitars WCG (brett färgomfång) med 60 bilder per sekund. Det kan fungera med högre bildhastigheter om det skulle vara en prioritet för Light Field Labs kunder i framtiden. Den kan också använda långsammare hastigheter för att framkalla rörelseoskärpa för konstnärlig effekt.

Demotid

Själva demot var mest imponerande. En 28-tums (diagonal) panel monterades bakom en bokhylla och omgavs med fysiska plastväxter. En holografisk kameleont, kärleksfullt kallad Chammie, rörde sig långsamt längs en gren och ändrade färg. Jag kunde gå runt framför reptilen, och hologrammet blockerade helt de verkliga växterna bakom den, precis som om det vore ett riktigt, fast föremål. (Växterna bakom Cammie var faktiskt gömda åt sidan, och deras bild "förmedlades" till demoområdet och kombinerades med kameleontens. De kunde inte vara där de verkade vara fysiskt, eftersom det skulle ha blockerat ljus från panelen.)

Jag blev inbjuden att sträcka ut mig och "röra" Cammie, men det kunde jag naturligtvis inte, för det fanns inget fysiskt där. Att hålla ett förstoringsglas mot föremålet såg ut precis som det skulle göra med en fysisk kameleont. Vid ljudet av en surrande fluga sköt Cammies tunga ut, och en av de fysiska växterna framför den skakade faktiskt som svar tack vare ett synkroniserat manöverdon – mycket smart!

Systemet konfigurerades för att presentera objekt inom en 14-tums diagonal och 6-tums djup volym cirka två fot framför själva panelen med en betraktningsvinkel på minst 100 grader och ett målavstånd på cirka tre fot. Dessa parametrar är alla balanserade inom en total "fotonbudget." du kan öka en genom att minska andra, eller så kan du öka den totala fotonbudgeten genom att lägga till fler SolidLight Surface-paneler. Objektets ljusstyrka kalibrerades också till 100-200 nits för inomhusapplikationer, även om den kunde vara mycket ljusare med ökad spänning och minskad livslängd som vilken annan emissiv skärm som helst.

Ljusfältslabb

En av de första tillämpningarna av SolidLIght kommer att vara holografiska visningar på platser som museer.

Jag såg också en annan demo som jag inte kan säga så mycket om på grund av en NDA (sekretessavtal). Jag kan säga att det var ett interaktivt holografiskt objekt som svarade på mina rörelser i realtid, vilket var verkligen fantastiskt!

När kan man köpa en?

De första applikationerna kommer sannolikt att vara nöjesställen som museer, företagsvideoväggar och sändnings-/virtuella produktionsanläggningar, som vi kunde se om så lite som ett till tre år. Faktum är att företaget redan har försålt hela sin första produktionsserie. Nästa i färdplanen för produktutveckling är bordsskärmar för produktvisualisering och spel. Sedan skulle en telenärvarovägg tillåta fjärrkollegor att interagera med samma holografiska objekt. Slutligen kunde vi se konsumentvideoväggar för heminstallation inom en inte alltför avlägsen framtid.

Och kostnaden? Light Field Lab säger att det är konkurrenskraftigt med stora, premium 8K microLED-videoväggar; en stor Sony Crystal LED-vägg kommer enkelt att ställa tillbaka sju siffror. Det är klart att SolidLIght inte kommer att vara inom räckhåll för de flesta konsumenter på ett bra tag, men institutionella kunder kan släppa den typen av pengar för något så extraordinärt.

Faktum är att finansieringen för ett så ambitiöst projekt har kommit från sådana som Comcast/NBCUniversal, Samsung, Verizon, Bosch och andra – nyckelintressenter inom branschen för bildskärmsteknik, tillverkning, kommunikation och media som uppenbarligen tror att detta är Nästa stora sak. Jag kan inte vänta med att se SolidLight-tekniken distribueras på en kommersiell plats, och jag ser fram emot att följa dess framsteg med stort intresse.