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可顯示25億像素全息圖像,這家公司欲將“全息甲板”變成現實?

   2021-10-14 中國全息網3790
導讀

提起全息顯示技術,目前市面上已經有各種不同的方案,比如:基于高速飄浮粒子的投影方案,或是通過多層過濾器處理光線來實現的3D相框等等。大多數全息顯示方案的規模比較小,僅用來展示規模較小的3D模型。相比之下,從2018年開始一家叫Light Field Lab的公司就開始研發空間級的全息顯示技術,他們的愿景是將全息與周圍物理

提起全息顯示技術,目前市面上已經有各種不同的方案,比如:基于高速飄浮粒子的投影方案,或是通過多層過濾器處理光線來實現的3D相框等等。大多數全息顯示方案的規模比較小,僅用來展示規模較小的3D模型。相比之下,從2018年開始一家叫Light Field Lab的公司就開始研發空間級的全息顯示技術,他們的愿景是將全息與周圍物理空間融合,營造一種酷似《星際迷航》中“全息甲板”的視覺體驗。也就是說,用全息圖像來營造一種虛擬環境。

據青亭網了解,技術細節Light Field Lab成立于2017年,創始人包括Karafin、Brendan Bevensee、Ed Ibe,他們此前來自光場捕捉和顯示廠商Lytro。在2019年時,Light Field Lab曾展示其全息顯示模組,當時該模組僅能顯示1.6億像素、60Hz刷新率的圖像。


近期Light Field Lab公布了全新的模塊化全息顯示方案SolidLight,通過排列組合,它可顯示高達25億像素以上的圖像。


據悉,Light Field Lab稱之為有史以來分辨率最高的全息顯示方案。從公布的實拍視頻來看,其視覺效果(包括色彩等)看起來足夠生動,雖然能看出是全息圖像,但已經達到電影中描繪的效果。


為了展示SolidLight的效果,Light Field Lab CEO Jon Karafin帶體驗者進入了一間暗室,在這個房間中,布置了一個類似于熱帶雨林的模擬場景,同時背景還播放了應景的音效。在熱帶雨林中央,可以看到一個以全息形式顯示的變色龍,這是一個動態的變色龍,它不時會伸舌頭吃掉周圍的蒼蠅。有趣的是,它的舌頭碰到周圍植物時,植物也會開始顫動,好像變色龍是真實存在的一樣。



當然,仔細觀看還是可以發現,變色龍是由像素組成的,而且與周圍的實物相比,看起來比較模糊。不過,它是一個肉眼可見的3D模型,你可以從多個角度查看它的外觀。


體驗者表示,雖然全息變色龍看起來是簡單的概念,但細看卻非常復雜。它可以在逼真視覺(會聚的波陣面)和虛擬(發散的波陣面)之間切換。


產品細節

SolidLight方案是由規模較小的子模塊組成,每個子模塊包含16kx10k的像素,尺寸為6x4英寸(15.24x10.15厘米)。每15個子模塊,可組成一個28英寸的全息顯示屏,可顯示25億顆像素。據Light Field Lab稱,SolidLight的像素密度可達到每米100億顆像素。


Light Field Lab CEO Jon Karafin


應用場景方面,Light Field Lab將瞄準大規模展示(比如劇院、商場、娛樂中心等等),將全息顯示模塊組成規模更大的視頻墻,顯示數千億像素的3D模型,比如博物館中的恐龍等等。

據了解,SolidLight完整的交鑰匙方案包含四塊:


  • 1,SolidLight Surface 模塊化顯示模組;

  • 2,計算硬件,包括服務器、GPU、網絡與同步裝置;

  • 3,WaveTracer:SolidLight實時或離線渲染軟件和插件;

  • 4,后續升級與技術支持。


Karafin表示:我們的目標是,通過逼真的全息技術改變視覺交互,并重新定義真實與虛擬。同時,我們也首次公布技術參數,我相信,它展示的是以前從未出現過的真實技術,因此接下來,將面向市場推出。目前,SolidLight開始支持預定,預計發貨時間是明年。


從2019年開始,Light Field Lab就開始發售一些非量產的系統,目前已售出的系統可用于開發商業應用,預計在未來1-3年內陸續進入市場。此外,SolidLight交鑰匙解決方案開始面向部分客戶陸續交貨,應用場景包括展覽展示、零售產品可視化、廣告、娛樂等等。未來,Light Field Lab還將面向C端市場,探索量產的可能性。


目前在量產方面,Light Field Lab還需要解決成本、設計等問題,比如:除了全息顯示模組外,SolidLight系統還包括GPU、FPGA等計算元件,其中FPGA是客制化的。為了進一步簡化系統設計,未來Light Field Lab計劃開發定制芯片,從而降低成本,用于開發C端產品。


技術細節

在了解SolidLight背后技術之前,首先需要明確全息顯示的定義。通常,全息指的是記錄和投影光線的技術,比如全息防偽標志,也是一種記錄和顯示光的方案。而通常用于形容AR、全息技術的光場概念,則描述了光子在空間中的移動,以及和物質表面的相互作用。



我們肉眼能看見周圍的光線也是同樣的道理,這些光線是光能的集合,光在進入人眼后,會通過大腦的視覺皮層進行處理,轉化成色彩信號。換句話說,你眼睛里看到的畫面,實際上是由一束束光線,聚焦在視網膜上而形成的。


在Karafin看來,理想的全息技術需要具備以下幾個特征:可跟隨觀看角度動態變化、具有雙目視差、符合光學物理規律。也就是說,全息圖像只位于觀看者和全息光源之間,在視線內才能看見。為了實現逼真的全息圖像,顯示系統需要能渲染高分辨率場景,并模擬真實物體。



而Light Field Lab的技術原理是類似于3D浮空投影,即通過投影方案來重現“實像”,其特點是生成不同視角的圖像變化,因此像真實物體一樣具有3D觀感。具體來講,SolidLight采自發光的模塊化顯示面板,面板上配備了一系列復雜的光波導,可用來調節密集的平行光線場。


據悉,SolidLight方案可準確、實時地渲染雙目視差、光線反射和衍射等效果,而且可顯示無限焦距的全息圖像,也就是說人眼可以聚焦在圖像上任意一點,有種在看真實物體的感覺。不過,當你你伸出手觸摸時,會發現這是全息圖像,不是真的。


Karafin表示:你可以看到光子與物質表面的相互作用,形成的波陣面肉眼可見,而且可以自然對焦。這是平面顯示屏無法實現的,而通過Light Field Lab的全息顯示屏,觀看者不需要戴額外的眼鏡就能看到逼真的3D,而且不容易產生眩暈,顯示幾乎沒有延遲。



體驗者表示:SolidLight顯示的全息變色龍是可觸摸、用手可以穿過的,此外遠離全息顯示屏后,變色龍會從視線中消失。而靠近觀看變色龍時,會發現類似于紗窗的效果,組成變色龍的部分像素肉眼可見。他表示:目前SolidLight技術在顯示尺寸、規模和密度上,還存在局限。


目前,盡管SolidLight的顯示效果還不夠完美,和真實物體的觀感依然有明顯區別,但未來其分辨率等視覺效果有望進一步提升。實際上,在2018年時Light Field Lab僅能顯示1.6億像素、60Hz刷新率的圖像,而現在通過組合全息模塊,可以顯示高達25億像素以上的圖像。


從2D到3D的升級

與全息顯示技術相比,2D顯示技術更加成熟、應用也更加廣泛。不過現有的2D顯示技術,在尺寸和分辨率上已經達到一種極致,而且無法正確顯示3D內容。因此,Light Field Lab希望通過全息技術,進一步提升3D顯示效果。


與科幻電影中的描述不同,基于真實物理規律的全息圖像通常需要借助顯示屏(介質)才能反射光線。比如Tupac、邁克爾·杰克遜虛擬演唱會,就是采用一種叫佩珀爾幻象的全息方案制作的,原理是將2D圖像投影到半透明的表面上,這種方案常用于馬戲團表演、博物館、演唱會、劇院等場景。

而市面上的3D全息顯示屏,則是通過疊加多個平面圖像,來模擬3D模型的深度。3D電影,則是配合3D眼鏡來營造固定的雙目視差,模擬立體觀感,不過焦點平面是單一的,容易讓觀眾產生視覺輻輳調節沖突。實際上,人持續處于動態,因此視角也在不斷改變,大腦對于雙目視差的微小變化足夠敏感,如果雙目視差和焦點變化不夠自然,會讓人產生不真實的觀感。


相比之下,真正的全息顯示效果應該更加自然,就像是存在于物理空間的3D場景那樣,這也是Light Field Lab未來的開發目標。Karafin表示:SolidLight展現了一種全新的顯示效果,它可以用光線來組成3D物體。

 
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