Шестимерные фото предметов кажутся подлинниками
Учёные создали фотографию, которая реагирует на трансформацию в направлении и силе внешнего освещения. Стеклянная бутылка на снимке меняет игру бликов на собственных боках и отбрасывает верную тень в зависимости от перемещения внешнего источника света так, как если бы перед нами был настоящий объект. Авторы разработки утверждают, что она есть прообразом шестимерных дисплеев будущего.
Нынешние совокупности создания объёмных изображений — 3D-дисплеи разных конструкций и голограммы — смогут показаться детскими игрушками на фоне устройства, над которым трудится несколько под управлением Рамеша Раскара (Ramesh Raskar), доктора наук Массачусетского технологического университета (MIT).
Он кроме этого есть сотрудником исследовательской лаборатории Mitsubishi Electric (MERL), которая частично финансировала данный проект. Соавторами же данной работы выступили пара экспертов из университета информатики Макса Планка (MPI Informatik).
Опять бутылка, которую вы уже видели на снимке под заголовком. Дабы продемонстрировать потенциал разработки, фото поставили на подоконник в лаборатории и отсняли видео в течение дня. На взятых кадрах видно, что тень на снимке перемещается синхронно с перемещением Солнца по небу (кадр MIT).
За прошлые годы инженеры в различных государствах приложили много упрочнений, дабы трёхмерные изображения получались всё более и более точными.
Но с одним фактом они ничего сделать не могли: картина на дисплее зависела только от того, что записано в памяти компьютера (так же как образ на голограмме — от того, что зафиксировано на пластике), тогда как настоящие тела в окружающем нас мире меняют собственный вид, среди другого, и в зависимости от внешнего освещения.
Лишь представьте, какое яркое впечатление должно создавать объёмное изображение предмета, отбрасывающего тень в нужную сторону, в случае если осветить его сбоку фонариком. Либо демонстрирующее броское пятно от лампы в вашей комнате.
Какие конкретно просторы раскрываются для презентаций, игр либо обучающих программ!
Как раз таковой эффект снабжают прототипы, созданные в ходе проекта «Пассивные шестимерные отражательные дисплеи светового поля» (Passive 6D Reflectance Field Displays).
Что страно, трудятся они только за счёт армии хитроумно расположенных маленьких линз и экранчиков. Никакой никаких датчиков и электроники внешнего освещения тут нет.
Но перед тем как перейти к их начинке, мало поясним, из-за чего авторы новинки говорят о «шестимерности».
Двухмерная картина — это простое фото либо изображение на дисплее. В случае если фотография (либо, опять-таки, дисплей) показывает две различные картины для двух глаз, — получается эффект количества, другими словами трёхмерное представление того либо иного тела.
Частенько это достигается путём помещения перед слоем пикселей вертикальных лентикулярных линз, благодаря которым левый и правый глаз видят различный комплект точек. На таковой экран стереопара выводится в один момент («левые» и «правые» пиксели чередуются через один).
Отличие 3D-дисплея (слева) от шестимерного. В первом случае замечаемая картина зависит от положения глаз зрителя, во втором — и от него, и кроме этого от положения внешней подсветки (иллюстрация MIT).
Но смещение головы вверх-вниз при работе с 3D-дисплеем не ведет к трансформации картины. И, скажем, взглянуть на вазу не снизу, а сверху (привстав со стула) так, дабы посмотреть в её горлышко, у вас не окажется. В случае если лишь сам компьютер не выяснит каким-либо образом, что наблюдатель переместился (к примеру, при помощи камеры, направленной на лицо человека) и не подгрузит вам другую картину.
Соответственно, в случае если в совокупности трёхмерного отображения вы имеете возможность разглядывать предмет с различных сторон, легко смещаясь правее либо левее, выше либо ниже, — возможно сказать уже о четырёхмерной картине.
Но кроме того такие продвинутые дисплеи никак не будут реагировать на то, включили ли вы настольную лампу сбоку от экрана либо верхний свет в помещении. В это же время настоящая ваза, стоящая на вашем столе, и в том и другом случае «продемонстрирует» вам новые блики и движущиеся тени.
Так вот, в случае если аппарат, формирующий для вас 4D-образ, будет ещё и поменять его синхронно с перемещением внешнего света вправо-влево либо вверх-вниз, — это и окажутся дополнительные два измерения отображаемого предмета. Возьмём 6D.
Разная глубина представления образа. Слева внизу — плоская картина. Слева вверху — четырёхмерноe изображение (оно не просто объёмно, но и верно изменяется при смещении зрителя вправо-влево и вверх-вниз).
Справа продемонстрировано отображение предметов, в котором учитывается не только положение наблюдателя, но и положение внешнего источника (в этом случае — сзади предмета). Внизу — плоская картина, вверху — объёмная. Соответственно, правая верхняя схема демонстрирует неспециализированный принцип 6D-изображений (иллюстрация MIT).
Устройство, талантливое на таковой трюк, Рамеш именует ultimate synthetic display.
Вправду, куда уж «предельнее и синтетичнее». Посильнее объёмного образа, отбрасывающего тени от фонарика в вашей собственной руке, возможно лишь объёмное изображение, которое ещё и пощупать возможно. Но это — в будущем.
А до тех пор пока посмотрим, что сделали Раскар и его коллеги.
Они сделали вывод, что объёмный образ тела возможно вырабатывать за счёт не лентикулярных, но маленьких квадратных линз, заставляющих глаза видеть лишь необходимые пиксели в зависимости от положения наблюдателя.
В противном случае: при перемещении точки зрения не только по горизонтали, но и по вертикали в любой из глаз попадает лишь предназначенная ему картина. Это как «переливные» календарики, лишь с дополнительным измерением.
Первый прототип совокупности. Комплект линзочек, пластинка с «паттернами», несущими ответственность за трансформацию проходящего света, рассеивающий экран (кадр MIT).
Но это только добрая половина дела. Основное — такая иллюстрация обязана оживать вместе с игрой внешнего света.
Дабы достигнуть этого, исследователи создали комплект особых маленьких линз, собирающих лучи от задней подсветки, и особую матрицу — модулятор.
В зависимости от принятой оптической схемы дисплея последняя может пребывать в той же плоскости, что и линзы (другими словами в них), или в их фокусе.
Модулятор — это пластинка с комплектом прозрачных и непрозрачных участков, расположенных так, что картина света, проходящего через линзы, изменяется в зависимости от угла падения лучей.
К такому устройству остаётся лишь приспособить принцип переливного календарика, для получения объёмной картинки, на которой предмет будет изменяться в один момент как с перемещением наблюдателя, так и сообразно перемещению внешнего источника света.
Подробности возможно отыскать в статье (PDF-документ), подготовленной авторами новинки для конференции по компьютерной технике SIGGRAPH 2008, на которой Раскар и представил собственное изобретение.
Неспециализированный принцип шестимерного дисплея. Внешний свет падает слева и, пройдя первичные и вторичные линзы (с модулятором в последних), попадает на рассеивающий экран.
По мере смещения источника света модулятор корректирует и выводимый дисплеем образ (иллюстрация MIT).
Тут, кстати, мы видим сходство новой разработки с прошлым впечатляющим достижением Раскара — необычной камерой, талантливой наводить резкость в кадре уже по окончании его съёмки.
В том месте также находилась узкая кодирующая пластина со особым паттерном, размещённая в нужной точке на пути лучей, идущих к светочувствительной матрице. На снимке того либо иного предмета она была совсем не видна, но её присутствие драматичным образом поменяло всё.
Вот и в новом изобретении Раскара рисунок модулятора, что благодаря законам оптики сам на просвет не виден, формирует отклик снимка на изменяющиеся внешние условия.
А уж что закодировать в матрице-модуляторе — дело авторов. Возможно ту же самую тень от Солнца, а возможно — легко комплект букв, цифр либо фигур , каковые будут сменять друг друга по мере перемещения подсветки.
Умелая 6D-установка из 49 линз с модулятором света (кадры MIT).
Прототип для того чтобы дисплея и был выстроен в Массачусетском технологическом. Авторы проекта собрали решётку из 49 (7 х 7) линз с модулятором. Коробку эту поставили в чёрном коридоре.
Сзади поднялся человек с лампой, а на некоем расстоянии перед решёткой установили камеру.
При перемещении руки с лампой вправо, влево, вверх либо вниз камера видела на месте коробки самые различные символы — растущий и сжимающийся ромб, вспыхивающий квадрат и без того потом.
Фотография с бутылкой устроена несложно. С обратной стороны снимка размещён комплект маленьких линзочек с матрицей, составляющих совместно так называемый «экран селективной прозрачности». Он и заставляет блики и тени верным образом переливаться по мере перемещения Солнца либо лампы сзади рамки (кадр MIT).
Учёные выстроили множество прототипов аналогичных оптических «игрушек», каковые помогли разобраться с работой тех либо иных вариаций обрисованной схемы.
Раскар и его соратники по проекту отмечают, что все эти вещицы далеки до тех пор пока от того шестимерного дисплея, о котором грезят исследователи. Так как в совершенстве данную разработку ещё предстоит совместить с жидкокристаллической матрицей. К тому же нужно поработать над понижением цены 6D-аппаратов.
Так, в умелых устройствах, очевидно не отличающихся громадным разрешением, затраты составили $30 на любой пиксель изображения. Если вы желаете выстроить 6D-дисплей хотя бы на мегапиксель, вы обязаны предложить какую-то недорогую разработку для создания нужной модулирующей матрицы.
А ведь хотелось бы, дабы картина на таком экране была ещё и подвижной (пока же учёные трудились с отображением фото, а не с видео).
На решение всех этих вопросов потребуется ещё 10 лет, утверждает Рамеш. Но адаптация данной разработки к объёмным дисплеям, показывающим «шестимерную анимацию», настояща, заверяет экспериментатор. Займётся ли он потом экранами, отображающими осязаемые картины, – изобретатель не говорит.
