Mada se o tome priča već godinama, VR naglavnici još uvijek nisu istisnuli zaslone televizora ili računala. Jedan od razloga je i taj što virtualna stvarnost kod gledatelja može izazvati mučninu i probleme s očima jer stvara iluziju 3D gledanja dok korisnik zuri u 2D zaslon na fiksnoj udaljenosti. Rješenje za bolju 3D vizualizaciju moglo bi se nalaziti u 60-godišnjoj tehnologiji preuređenoj za digitalni svijet: hologramima.

Trenutna izrada holograma

Hologrami pružaju izuzetan prikaz 3D svijeta oko nas. Oni nude promjenjivu perspektivu koja se mijenja ovisno o položaju gledatelja i omogućuju oku prilagodbu dubine fokusa kako bi se naizmjenično usredotočili na prvi plan i pozadinu.

Istraživači već dugo pokušavaju izraditi računalno generirane holograme, ali postupak tradicionalno zahtijeva upotrebu superračunala, često s upitnim rezultatima. Sada su istraživači s MIT-a razvili novi način za gotovo trenutnu izradu holograma. Metoda zasnovana na dubokom učenju toliko učinkovita da u tren oka može raditi na prijenosnom računalu, barem tako tvrde istraživači.

"Mislilo se da je s postojećim hardverom potrošačke klase nemoguće raditi 3D holografiju u stvarnom vremenu", kaže Liang Shi, vodeći autor studije i doktorand na MIT-ovom Odjelu za elektrotehniku i računarstvo (EECS). 

Već desetljećima se priča o tome kako će se komercijalno dostupni holografski prikazi pojaviti za 10 godina. Shi vjeruje da će novi pristup "tenzorske holografije" napokon omogućiti dosizanje tog nedostižnog cilja. To bi moglo potaknuti širenje holografije na virtualnu stvarnost i 3D ispise.

Potraga za boljim 3D-om

Tipična fotografija temeljena na leći kodira svjetlinu svakog svjetlosnog vala; fotografija može vjerno reproducirati boje scene, ali u konačnici daje ravnu sliku. Suprotno tome, hologram kodira i svjetlinu i fazu svakog svjetlosnog vala. Ta kombinacija pruža istinitiji prikaz paralaksa i dubine scene. 

Rani hologrami snimljeni su optički. To je zahtijevalo razdvajanje laserske zrake, pri čemu se polovica zraka koristila za osvjetljenje subjekta, a druga polovica koristila se kao referenca za fazu svjetlosnih valova. Ova referenca stvara hologramski jedinstveni osjećaj dubine.

Dobivene slike bile su statične pa nisu mogle zabilježiti pokret. I bili su samo u tiskanom obliku, što ih je činilo teškim za reprodukciju i dijeljenje.

Računalno generirana holografija zaobilazi ove izazove simulirajući optičke postavke. Ali taj proces može biti izuzetno zahtjevan za računala, a za izradu samo jedne holografske slike potrebne su sekunde, pa čak i minute. Uz to, takve slike i nisu baš realistične. 

Konvolucijska neuronska mreža

Shiov tim zauzeo je drugačiji pristup: koristili su duboko učenje kako bi ubrzali računalno generiranu holografiju, omogućujući stvaranje holograma u stvarnom vremenu. Izgradili su konvolucijsku neuronsku mrežu i stvorili prilagođenu bazu podataka od 4000 parova računalno generiranih slika. Svaki je par sadržavao sliku s podacima o boji i dubini za svaki piksel i pripadajući hologram. 

Da bi stvorili holograme u novoj bazi podataka, istraživači su koristili scene složenih i promjenjivih oblika i boja, s ravnomjerno raspoređenom dubinom piksela i s novim nizom fizikalnih izračuna. 

Učeći iz svakog para slika, mreža tenzora je dotjerala parametre vlastitih izračuna, sukcesivno poboljšavajući svoju sposobnost stvaranja holograma. 

Stvar funkcionira nevjerojatno dobro. U nekoliko milisekundi tenzorska holografija može izraditi holograme s informacijama o dubini. Ovaj napredak utire put 3D holografiji u stvarnom vremenu.

Štoviše, kompaktna tenzorska mreža zahtijeva manje od 1 MB memorije. A to je doista zanemarivo s obzirom na desetke i stotine gigabajta dostupnih na novijim mobitelima, kažu istraživači.

Veliki iskorak

3D holografija u stvarnom vremenu poboljšala bi mnoštvo sustava, od VR-a do 3D ispisa. Istraživači kaže da bi novi sustav mogao gledateljima omogućiti pogled na realnije prizore, istodobno eliminirajući naprezanje očiju i druge nuspojave dugotrajne uporabe VR-a.

Tehnologija se lako može primijeniti na zaslonima koji moduliraju fazu svjetlosnih valova. Trenutno najpristupačniji zasloni moduliraju samo svjetlinu, iako bi troškovi fazno modulirajućih zaslona pali kad bi bili široko prihvaćeni.

Trodimenzionalna holografija mogla bi potaknuti i razvoj volumetrijskog 3D ispisa, kažu istraživači. Ova bi se tehnologija mogla pokazati bržom i preciznijom od tradicionalnog slojevitog sloja 3D ispisa, jer volumetrijski 3D ispis omogućuje istodobnu projekciju cijelog 3D uzorka. Ostale primjene uključuju mikroskopiju, vizualizaciju medicinskih podataka i dizajn površina s jedinstvenim optičkim svojstvima.