SolidLight від Light Field Lab пропонує справжній голографічний відеодисплей
Мрія про голографічне відео вже давно є основною частиною наукової фантастики — зображення принцеси Леї, що висвітлюється з R2-D2 у «Зоряних війнах», голодеки у «Зоряному шляху: Наступне покоління» та акули, яка вискакує на Марті Макфлая у «Назад до». Майбутнє II – лише три приклади. Що ж, ця фантазія тепер готова стати реальністю, але без порушення законів фізики. Стартап із Силіконової долини під назвою Light Field Lab розробив першу в світі справді голографічну технологію цифрового дисплея, у чому я мав честь переконатися на власні очі під час візиту до офісів компанії цього тижня.
Перш ніж я скажу вам, що це таке, дозвольте мені сказати вам, що це не так. Це не технологія, використана для воскрешення Тупака Шакура на концертній сцені Coachella в 2012 році; це ефект 160-річної давнини під назвою Pepper’s Ghost, який буквально використовує дим і дзеркала для відображення 2D плаваючих зображень. І це точно не автостереоскопічне 3D, яке роками демонстрували такі компанії, як Samsung, Sony, Looking Glass і Stream TV. Ця технологія представляє окремі 2D-зображення для кожного ока, якщо ви перебуваєте в потрібному місці, і іноді викликає запаморочення та нудоту через щось, що називається конфліктом вергенції та акомодації, який також може зашкодити стереоскопічним зображенням в окулярах і дисплеям, встановленим на голові. .
Лабораторія Light Field Lab, заснована в 2017 році, розробила технологію під назвою SolidLight, яка точно повторює те, як світло поводиться в реальному світі. Коли ви дивитесь на об’єкт у реальному світі, світло від сонця чи іншого джерела відбивається від об’єкта в багатьох різних точках у багатьох різних напрямках, деякі з яких потрапляють у ваші очі (див. рис. 1а). Коли ви рухаєтеся навколо об’єкта, різні світлові промені — або, точніше, хвильові фронти — потрапляють у ваші очі, і ви бачите різні точки зору. Крім того, об’єкти за нею по-іншому блокуються для перегляду (закриваються).
Лабораторія світлового поля
Малюнок 1a: У реальному житті світло відбивається від об’єктів у багатьох різних точках у багатьох різних напрямках. Частина цього світла проникає у ваші очі.
Якби ви могли генерувати всі ці світлові хвильові фронти, що випромінюються в багатьох різних напрямках з багатьох різних місць без фізичного об’єкта, ви б створили справжнє голографічне відтворення цього об’єкта (див. рис. 1b). Це саме те, що робить SolidLight. Звичайні стереоскопічні зображення не можуть цього зробити — все світло йде з однієї площини. Навіть якщо кожне око має трохи зміщену двовимірну точку огляду, це зображення, а не об’єкти, аж ніяк не справжня голограма.
Лабораторія світлового поля
Рис. 1b: Лабораторія світлового поля SolidLight відтворює ті самі хвильові фронти світла, які ви бачите в реальному житті, тобто ви бачите об’єкти так, ніби вони справжні.
Проблеми, які вирішує Light Field Lab, включають масштаб, щільність і обчислення. Щоб ефективно сформувати справжній голографічний об’єкт, вам потрібно згенерувати й контролювати напрямок і амплітуду десятків чи сотень мільярдів хвильових фронтів, які відповідають пікселям на 2D-дисплеї. Майте на увазі, що дисплей 4K має 8,3 мільйона пікселів, тоді як сучасний дисплей 8K має 33 мільйони пікселів; Порівняйте це з 10 мільярдами пікселів на квадратний метр, які створює SolidLight!
Важливо розуміти, що всі хвильові фронти для сцени присутні одночасно, і ваші очі можуть сфокусуватися на будь-якій точці сцени в будь-який час, як і в реальному житті. Ділянки, на яких ви не фокусуєтеся, демонструють розмиття сітківки — знову ж таки, як і в реальному житті. Усі атрибути світла в реальному світі — відбиття, заломлення, дифракція тощо — точно відтворено. А головне, не потрібні спеціальні окуляри, стеження за головою та інші аксесуари.
Лабораторія світлового поля
Панель SolidLight складається з джерела (на цій діаграмі фотонний масив і площина амплітудної модуляції об’єднані в один блок) і оптичного PhaseGuide, які разом відтворюють фронти світлових хвиль, що відповідають реальним об’єктам. Ваше око не може відрізнити реальне від голографічного, тому що немає візуальної різниці.
Листкова техніка
Як це робить Light Field Lab? З технологією, яка вже створила понад 300 патентних заявок. Апаратне забезпечення являє собою модульну відеостіну SolidLight Surface з трьох основних компонентів. Перший шар — це кремнієва фазова матриця світловипромінювальних пристроїв у тому, що компанія називає «полімером наночастинок». Представники компанії не хочуть уточнювати, що це за пристрої; очевидно, вони не світлодіоди, і вони упаковані з набагато вища щільність, ніж навіть панель microLED.Цей рівень також включає всю електроніку, яка забезпечує серйозну обчислювальну потужність.
Середній шар — це площина модульованої амплітуди, яка, як випливає з назви, модулює амплітуду фронтів світлових хвиль від фотонного масиву під керуванням електроніки. Як і фотонний масив, масив модуляторів світла складається з індивідуально керованих субмікронних наночастинок. Цей шар обумовлює хвильові фронти для останнього шару; якби ви подивилися на світловий вихід із площини модульованої амплітуди, це була б просто купа шуму.
Лабораторія світлового поля
Настільна версія дозволить сформувати 3D-зображення поверх поверхні.
Нарешті, площина модуляції PhaseGuide — це статичний оптичний шар, розроблений разом з іншими шарами, щоб фокусувати проектовані об’єкти. Точні оптичні властивості цих компонентів можуть бути налаштовані замовником, наприклад, вони хочуть, щоб об’єкти були на два фути перед екраном, за екраном чи десь ще?
Основним будівельним блоком є безрамковий субмодуль розміром понад 6 × 4 дюйми з роздільною здатністю 16 000 × 10 000 пікселів — це 160 мільйонів пікселів приблизно на 27 квадратних дюймів! П’ятнадцять підмодулів об’єднані в квадратну модульну панель розміром близько півметра з приголомшливими 2,5 мільярдами пікселів, що означає 10 мільярдів пікселів на квадратний метр. Кілька панелей потім об’єднуються, щоб створити відеостіну SolidLight Surface будь-якого розміру, як і будь-яку іншу модульну світлодіодну систему відеостіни. За словами компанії, немає проблеми з точним розміщенням світловипромінювальних елементів, як це відбувається в дисплеях microLED; вирівнювання та калібрування виконуються програмним забезпеченням.
Практично будь-які дані 3D-сцени з систем CGI, таких як Unity, Unreal, Maya, Blender, або будь-які дані з інформацією про глибину можуть бути відтворені за допомогою програмного забезпечення WaveTracer від SolidLight у режимі реального часу без необхідності «попередньої обробки». Закодований векторизований фотонний сигнал аналогічний векторизованому просторово-аудіосигналу Dolby Atmos. Система може навіть синтезувати інформацію про глибину в 2D-зображеннях.
У загальноприйнятих термінах відео SolidLight може відображати 10-бітний WCG (широкий діапазон кольорів) зі швидкістю 60 кадрів на секунду. Він може працювати з вищою частотою кадрів, якщо це стане пріоритетом для клієнтів Light Field Lab у майбутньому. Він також може використовувати повільніші темпи, щоб викликати розмиття руху для художнього ефекту.
Демо час
Сама демонстрація була найбільш вражаючою. Одна 28-дюймова (діагональна) панель була встановлена позаду книжкової шафи й оточена фізичними пластиковими рослинами. Голографічний хамелеон, якого ласкаво називали Чеммі, повільно рухався по гілці та змінював колір. Я міг ходити перед рептилією, і голограма повністю закривала реальні рослини позаду неї, ніби це був справжній твердий об’єкт. (Рослини за Кеммі були фактично приховані збоку, а їхнє зображення було «передано» в демонстраційну зону та об’єднано з зображенням хамелеона. Вони не могли бути там, де здавалося, фізично, тому що це заблокувало б світло від панелі.)
Мене запросили простягнути руку і «доторкнутися» до Кеммі, але, звісно, я не зміг, тому що там не було нічого фізичного. Піднесення лупи до об’єкта виглядало так само, як і фізичний хамелеон. На звук дзижчання мухи язик Кеммі висунувся, і одна з фізичних рослин перед нею затряслася у відповідь завдяки синхронізованому приводу — дуже розумно!
Система була налаштована на відображення об’єктів в об’ємі діагоналлю 14 дюймів і глибиною 6 дюймів приблизно в двох футах перед самою панеллю з кутом огляду щонайменше 100 градусів і цільовою відстанню огляду близько трьох футів. Усі ці параметри збалансовані в межах загального «бюджету фотонів»; ви можете збільшити один, зменшивши інші, або ви можете збільшити загальний бюджет фотонів, додавши більше панелей SolidLight Surface. Крім того, яскравість об’єкта була відкалібрована до 100-200 ніт для застосування всередині приміщень, хоча він міг би бути набагато яскравішим із підвищеною напругою та меншим терміном служби, як і будь-який інший емісійний дисплей.
Лабораторія світлового поля
Одним із перших застосувань SolidLight будуть голографічні дисплеї в таких місцях, як музеї.
Я також бачив іншу демонстрацію, про яку я не можу багато сказати через NDA (угоду про нерозголошення). Я можу сказати, що це був інтерактивний голографічний об’єкт, який реагував на мої рухи в режимі реального часу, що було справді неймовірно!
Коли можна купити?
Першими застосуваннями, ймовірно, будуть громадські розважальні заклади, такі як музеї, корпоративні відеостіни та засоби трансляції/віртуального виробництва, які ми зможемо побачити лише через один-три роки. Насправді компанія вже попередньо продала весь свій перший випуск. Далі в плані розробки продукту — настільні дисплеї для візуалізації продукту та ігор. Тоді стіна телеприсутності дозволить віддаленим колегам взаємодіяти з тим самим голографічним об’єктом. Нарешті, ми можемо побачити споживчі відеостіни для домашнього встановлення в не дуже віддаленому майбутньому.
А вартість? Лабораторія Light Field Lab каже, що вона конкурентоспроможна з великими високоякісними відеостінами microLED 8K; Велика світлодіодна стіна Sony Crystal легко обійдеться вам у семизначну суму. Зрозуміло, що SolidLight ще деякий час не буде доступним для більшості споживачів, але інституційні клієнти можуть відмовитися від таких грошей на щось таке надзвичайне.
Насправді фінансування такого амбітного проекту надійшло від таких компаній, як Comcast/NBCUniversal, Samsung, Verizon, Bosch та інших — ключових зацікавлених сторін у бізнесі технологій відображення, виробництва, зв’язку та ЗМІ, які, очевидно, вірять, що це Наступна велика річ. Я не можу дочекатися, коли технологія SolidLight розгорнеться на комерційному майданчику, і я з нетерпінням чекаю, щоб з великим інтересом стежити за її прогресом.