[Интервью] Исследователи Samsung открывают новую главу в области голографических дисплеев

Голограммы поражают воображение людей с момента своего изобретения в 1947 году. Невероятная особенность голограмм заключается в том, что они позволяют наблюдать реальный и виртуальный миры одновременно. Они уже долгое время считаются наиболее совершенным способом изображения объектов с помощью света, но их широкая коммерциализация до сих пор сдерживается из-за технологических ограничений.

(Слева направо) Главный научный сотрудник Института перспективных исследований и разработок Samsung (SAIT) Чжон Квэн Ан (Jungkwuen An), штатный научный сотрудник Кан Хи Вон (Kanghee Won) и Хон Сок Ли (Hong-Seok Lee)

В поисках способов применения голограмм в более широком диапазоне областей исследователи из Института перспективных исследований и разработок Samsung (SAIT), в котором уже давно осознали безграничный потенциал голограмм, приступили к изучению разработки голографических дисплеев¹. После восьми лет работы команда ученых опубликовала диссертацию о тонкопанельных голографических видеодисплеях во всемирно известном научном журнале Nature Communications.

Что означает исследование SAIT для изучения и разработки голограмм, и как эта технология сможет применяться в повседневной жизни людей? На эти и другие вопросы Samsung Newsroom ответили эксперт Хон Сок Ли из Института перспективных исследований и разработок Samsung, а также главный научный сотрудник Чжон Квэн Ан и штатный исследователь Кан Хи Вон.

Создание реалистичных объектов с помощью света

Голограммы способны отображать не существующие в реальности объекты. По качеству изображения они похожи на дисплеи высокого разрешения, которые широко используются в повседневной жизни людей. Ключевое различие между ними относится к измерениям, в которых представлен контент. «Обычный дисплей передает изображение через интенсивность света, а голограмма управляет не только его интенсивностью, но и фазой, благодаря чему изображении выглядят трехмерными», – объяснил Хон Сок Ли.

По словам Чжон Квэн Ана, основная причина, по которой голографические дисплеи считаются оптимальной формой 3D-дисплея, заключается в том, как люди воспринимают глубину. «Человеческий глаз использует различные сигналы для восприятия глубины, включая бинокулярный параллакс, два угла зрачка, регулировку фокуса и параллакс движения²,  для распознавания глубины объекта, – отметил Ан. – Большинство методов трехмерного отображения предоставляют только некоторые из этих сигналов, голограмма же объединяет их все. Она идеально воспроизводит объекты с помощью света, создавая изображения, которые выглядят так же реалистично, как и физические объекты».

Главный научный сотрудникЧжон Квэн Ан.

Путь к коммерческому использованию голограмм

Потенциал применения голограмм широк и разнообразен, от виртуального посещения больницы пациентами, находящимися на карантине, до создания виртуальных навигационных сигналов и даже проекций древних артефактов. Однако, прежде чем эта технология сможет использоваться в большем количестве областей, исследователям необходимо устранить одно из самых серьезных препятствий на пути ее повсеместной коммерциализации, связанное с корреляцией между размером экрана и углом обзора.

Одно из ключевых ограничений технологии голограмм заключается в том, что оптимальный угол обзора становится уже при увеличении экрана, а размер экрана уменьшается при увеличении угла обзора. Это означает, что если голографический дисплей Full HD размером 2 x 1 мм имеет угол обзора 30°, то увеличение размера голограммы до 200 x 100 мм сузит угол обзора до 0,3°.

 Штатный научный сотрудник Кан Хи Вон

Для решения этой проблемы группа ученых SAIT, изучающих голографические дисплеи, разработала специальный оптический элемент – блок управляемой подсветки (S-BLU). Как объяснил Кан Хи Вон, «S-BLU состоит из тонкого источника света в форме панели, который называется блоком когерентной задней подсветки (C-BLU) и преобразует падающий луч света в коллимированный луч, а также дефлектора, который может регулировать падающий свет под нужным углом. Обычный экран разрешением 4K с диагональю 10 дюймов предлагает очень малый угол обзора 0,6°. Но этот показатель можно увеличить примерно в 30 раз, наклонив изображение по направлению к зрителю с помощью S-BLU».

Стремясь решить проблему, связанную с углом обзора, в SAIT создали новый вид голографического дисплея с тонкой плоской панелью, такой же, как представленные сегодня на рынке. Еще одним заметным достижением работы ученых стал новый метод создания голографических изображений 4K в реальном времени, используя однокристальную программируемую пользователем вентильную матрицу (FPGA)³ для вычислений. Для этого применяется так называемый «послойный» расчет, в то время как в большинстве методов используется процесс, известный как «расчет на основе облака точек».

Благодаря вычислению в реальном времени на FPGA, новый метод оптимизирует алгоритм, предотвращая потерю информации и чрезмерную выборку. Эти достижения, по словам Ли, могут помочь применять голограммы во многих аспектах повседневной жизни. «Мы разработали цельную систему, чтобы обеспечить возможность коммерциализации голограмм, от их создания до отображения», – подчеркнул Ли.

Будущее дисплеев

Безусловно, мысль о том, что голограммы станут частью повседневной жизни, завораживает, но исследователи подчеркивают, что технологии еще предстоит пройти долгий путь, прежде чем голограммы станут похожи на те, что мы видим в научно-фантастических фильмах. Это связано с тем, что для обыденного использования голограмм нужны не только дисплеи, но и голографический контент, устройства для голографической съемки и возможности для передачи огромных объемов данных, которые будут генерировать голограммы.

Однако, как отметил Вон, в ряде контекстов эта технология может начать появляться в нашей жизни уже скоро. «Например, голограммы могут использоваться для производства таких вещей, как клавиатуры или даже голографические меню, – рассказал он. – По мере того, как голограммы будут становиться все более распространенными, мы также начнем видеть расширение использования бесконтактных пользовательских интерфейсов на основе жестов пальцев, голоса, отслеживания взгляда, распознавания мозговых волн и других форматов ввода».

Эксперт Хон Сок Ли

В своей диссертации ученые предполагают, что внедрение новой основы для голографических дисплеев станет ключом к устранению самого важного препятствия на пути коммерциализации технологии. «Мы продолжим прилагать все усилия для создания голограмм как будущего дисплеев», – заключил Ли.

¹ Изображение, созданное с помощью технологии голограммы, называется голографическим изображением. Устройство, которое производит голографические изображения, называется голографическим дисплеем.

² Параллакс движения относится к тому факту, что объекты, движущиеся с постоянной скоростью, кажутся движущимися быстрее, если они находятся ближе к наблюдателю, и медленнее – если находятся дальше от них.

³ FPGA – это тип программируемого полупроводника без памяти. В отличие от обычных полупроводников, схема которых не может быть изменена, FPGA можно перепрограммировать для достижения необходимой цели.

: