[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 виртуальный мир как реальный. 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 статью 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 работе со светом. «Обычный дисплей передает изображение через интенсивность света, а голограмма управляет не только его интенсивностью, но и фазой, благодаря чему изображения 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, стереоскопическое зрение, 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 сотрудник Чжон 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 поле зрения становится уже при увеличении экрана. 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. 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 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 статье 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.