Новые измерения и Глубокое погружение

Окончание истории «Трансформируя реальность» – про дисплеи во всем их разнообразии (по состоянию на осень 2003 года). Начало см. тут.

Новые измерения

Особый интерес представляют дисплеи, формирующие объемное изображение — стереоскопической либо голографической природы. Пока что более доступными для массового использования представляется технологии стереоэкранов.

Так, в октябре 2003 года японская корпорация Sharp начала продажи «3D-ноутбуков» с 15-дюймовым жидкокристаллическим дисплеем 2D/3D, переключаемым между режимами обычного и объемного изображения (2,8-гигагерцевый процессор Pentium 4, графический контроллер GeForce 4 440 Go, ориентировочная цена ноутбука 3300 долларов). Правда, смотреть на таком компьютере пока что особо нечего, но в Sharp надеются, что появление на рынке соответствующей техники подтолкнет разработчиков-программистов к созданию содержательного 3D-контента.

Совсем недавно, в марте созданный 3D-консорциум фирм, заинтересованных в продвижении технологии, к осени уже насчитывал 142 члена. Аналогичного назначения стереоэкраны создавались и раньше, но главное достоинство разработки Sharp в том, что здесь для восприятия объемных изображений не требуется никаких специальных очков.

Новый 3D-дисплей состоит из двух ЖК-панелей, причем одна из них имеет множество узких щелей, который действуют как шторки при формировании раздельных образов для каждого глаза. Главным партнером Sharp на данном направлении сейчас является компания Dynamic Digital Depth, поскольку ее программное обеспечение создает 3D-изображения и объемные фильмы из уже имеющегося обычного 2D-контента.

Принципиально иные голографические дисплеи и проекторы пока что оказываются существенно дороже вследствие сложностей технологии. Но и в этой области рынок уже понемногу формируется. Одним из пионеров является британско-американская компания Teleportec (www.teleportec.com), предлагающая состоятельным клиентам свою аппаратуру «голографической телепортации», т.е. устройство телеконференций с голографической передачей изображения выступающих.

После известных событий 11 сентября 2001 года высшее руководство многих транснациональных компаний стало по возможности воздерживаться от авиаперелетов, а фирма Teleportec, соответственно, ощутила заметный прилив клиентуры. Например, исполнительные директора таких компаний, как British Petroleum и Nortel Networks прибегают к услугам голографической телепортации, чтобы не покидая штаб-квартиры «объемно и зримо» выступать перед своими сотрудниками в других регионах.

Созданная в Teleportec технология обеспечивает передачу голографического видеоизображения по высокоскоростным сетям передачи данных (начиная от 384 Кбит/с либо три пары линий ISDN). Оборудование совместимо с нынешними протоколами телеконференций, так что «голографически представленный» человек и его аудитория имеют все возможности для интерактивного общения в реальном масштабе времени.

Камера специальной конструкции снимает изображение, оцифровывает его и транслирует удаленному адресату. На приемном конце сигнал камеры пропускается через устройство расщепления луча, а затем проецированием двух лучей на специальную стеклянную панель воссоздается эффект трехмерного присутствия собеседника.

Базовый комплект оборудования воспроизводит человека реального размера в «рабочем пространстве» шириной 1 м и высотой 75 см, что соответствует изображению от пояса и с захватом движения рук. Имеются также варианты аппаратуры как для портативной «голографической телепортации», так и для «телепортационных театров» с размером рабочего пространства 7 на 4 метра. Стоимость такого сервиса, правда, пока что весьма велика — разовая аренда конференц-зала, оборудованного голографической технологией телеконференции, стоит порядка 500 долларов в час, цена месячной подписки — около 5000 долларов.

Нельзя не отметить, что хотя технология трехмерных голографических изображений освоена уже давным давно, но даже в своем традиционном, статичном виде голограммы так и не смогли пока что получить сколь-нибудь масштабного коммерческого распространения. Для создания качественных, полноценных голограмм требуются серьезные лазеры, большие затраты времени и средств. В итоге же снимки получаются все равно далекими от идеала — ограниченными в размерах, в передаче цветовой гаммы, в качестве изображения объекта и в углах его обзора.

По этой причине фирмы-разработчики активно ищут обходные пути, с помощью дополнительных ухищрений пытаясь создавать большие и полноцветные 3D-изображения. Заметных успехов в этом деле добилась американская фирма Zebra Imaging (www.zebraimaging.com). За последние годы здесь создали удачную технологию формирования крупномасштабных и ярких голограмм с помощью компьютера.

Суть метода «Зебры» сводится к тому, что большая и четкая голограмма создается из множества маленьких, причем исходный цифровой образ генерируется компьютером с помощью специальной графической программы.

Как и в традиционной голографии, здесь также происходит расщепление лазерного луча, но не для освещения фотопластины со снимком-голограммой, а для пропускания через прозрачный жидкокристаллический проекционный экран, состоящий из мелких cекций- «хогелей» площадью 2 кв. мм, управляемых программой (термин hogel образован от HOloGraphic ELement). При складывании этого предметного луча со вторым, опорным, на специальной пленке экспозиционного экрана рождается голограмма, как бы висящая над землей.

Главное достоинство новой технологии — возможность неограниченного увеличения размеров голограммы по желанию заказчика, что достигается простым наращиванием размеров экрана, состоящего из базовых панелей площадью 0,1 кв. метра. Эффектная технология уже успела привлечь внимание и заказы таких компаний, как Ford, Boeing и Exxon.

Автогигант Ford, например, с помощью «Зебры» демонстрирует на автосалонах голограммы своих новейших концепт-каров в натуральную величину. Для нефтегазовых компаний в Zebra Imaging создают 3-мерные модели подземных слоев в регионах месторождений, для авиастроительных фирм — навигационные приборы, делающие видимым рельеф местности сквозь облака, для рекламного бизнеса — стенды и витрины со сменными объемными экспонатами. Поскольку изображение формируется компьютером, имеются отчетливые перспективы и для создания голографических кинотеатров.

Еще одна родственная область исследований — голографические устройства ввода, т.е. висящие в воздухе виртуальные клавиатуры и приборные панели, вполне реально, однако, реагирующие на прикосновения пользователя.

Имеется и небольшая американская фирма HoloTouch (www.holotouch.com), занимающаяся исключительно этим направлением и уже имеющая готовый работоспособный прототип такого устройства. Но вещь эта пока совсем новая, надежность и точность ее работы пока протестированы слабо, так что о сколь-нибудь заметном интересе и спросе на подобную технику говорить еще рано.

Глубокое погружение

Последний раздел нашего обзора посвятим наиболее экзотическим технологиям дисплеев. Порождаемая ими необычная гамма ощущений, по свидетельству испытавших устройства, поначалу всерьез озадачивает человеческие органы восприятия, совершенно непривычные к подобным сочетаниям эффектов.

Группа разработчиков Токийского университета во главе с Юки Сугихарой начиная с 1999 года демонстрирует на выставках разные варианты своего изобретения под названием «Водяной купол» (www.star.t.u-tokyo.ac.jp/~yuki/index-e.html). По сути своей, это особая разновидность фонтана, формирующего полую сплошную полусферу из потока воды, которая одновременно служит трехмерным экраном.

Зрители находятся внутри купола, диаметр которого обычно 8 метров, но вообще говоря может быть самым разным. Стена из воды практически полностью изолирует внешние звуки и увеличивает акустические эффекты внутренней реверберации. В сочетании с проецируемыми на купол изображениями система формирует у зрителей необычное «чувство пространства и космоса». Другое странное ощущение — «словно полностью покрыт водой, но при этом не намокаешь»…

Чем-то напоминает японскую разработку, но при этом является более практичным в быту другое, совсем недавнее изобретение финских исследователей из Технологического университета Тампере, получившее название «дымовой экран». За этим скучноватым именем стоит оригинальное устройство, словно ни из чего формирующее экран со стабильным изображением высокого качества, которое может быть как полупрозрачным, так и визуально непроницаемым.

В то же время экран остается абсолютно проницаемым физически и неощутимым для человека. В основу необычного дисплея заложена созданная финскими разработчиками машина, генерирующая широкий ламинарный поток воздуха, т.е. очень ровную, лишенную каких-либо турбулентных завихрений воздушную стену. В этот поток вдувается сухой дым, который благодаря физическим свойствам «ламинарной стены» также сохраняется в виде очень ровного и тонкого слоя, благодаря чему появляется возможность проецировать на этот экран высококачественные изображения.

Технологию уже начинают применять в музеях, на выставках и в театральных постановках, поскольку она дает широкий простор для спецэффектов и устройства оригинальных «входов-переходов». Для коммерческого продвижения разработки создана специальная компания FogScreen (www.fogscreen.com). В США независимо от финских исследований похожую дисплейно-дымовую (точнее, паровую) технологию пытается вывести на рынок калифорнийская компания IO2 Tech (www.io2technology.com).

Наиболее же мощной по степени воздействия на зрение дисплейной технологией является, скорее всего, непосредственное формирование изображения на сетчатке глаза с помощью специальных лазерных микропроекторов (энергия фотонов таких лазеров не превышает энергии лучей от обычных мониторов). Развившаяся за последние лет десять, эта технология наиболее известна под названиями Virtual Retinal Display (VRD) и Retinal Direct Imaging.

Дисплеем VRD примерно с 1993 года занимается американская компания Microvision (www.mvis.com) в сотрудничестве с Лабораторией интерфейсных технологий Вашингтонского университета (www.hitl.washington.edu). Основное преимущество непосредственного формирования изображения на сетчатке в том, что при таком способе не используется хрусталик глаза (линза, перенастраивающая фокус при изменении расстояния до объекта), поэтому сведение лучей от виртуальных и реальных объектов происходит в одной точке.

Другими словами, удается преодолеть слабое место практически всех головных дисплеев, с помощью компьютера строящих виртуальную или расширенную реальность и имеющих фиксированное фокусное расстояние. Задействовав три лазера, в Microvision научились строить не только монохромные, но и полноценные цветные изображения.

В 1997-98 гг. новая перспективная технология головных дисплеев получила несколько престижных премий, о ней немало писала пресса, но наибольший интерес (с соответствующей финансовой поддержкой) проявил к VRD военно-аэрокосмический комплекс США. В результате работы оказались засекречены и сейчас на сайте Microvision нет никаких упоминаний о VRD — лишь головные дисплеи NOMAD на базе SVGA и лазерные сканеры штрих-кодов (подробно о Virtual Retinal Display можно прочесть здесь http://www.cs.nps.navy.mil/people/faculty/capps/4473/projects/fiambolis/vrd/vrd_full.html).

В 2000 году аналогичную, но уже голографическую технологию под названием Retinal Direct Imaging представил на конференции SIGGRAPH японский разработчик Такахиса Андо из научно-исследовательского центра Image information Science and Technology компании SANYO Electric.

В основе этого 3D-дисплея положен голографический оптический элемент (HOE), который сводит когерентные лучи лазера в центре глазного зрачка, непосредственно возбуждая нейроны сетчатки. Интересно, что кроме скупых строк отчета конференции SIGGRAPH-2000 (www.siggraph.org/~fujii/etech/2000_276.html) в Интернете не отыскивается практически больше никакой дополнительной информации об Андо и его изобретении.

По сути дела, глаз человека при непосредственном проецировании изображения на сетчатку уже перестает различать реальные и виртуальные объекты, а значит — цель полного погружения в сконструированную, подвластную человеческой воле реальность в каком-то смысле можно считать достигнутой…

Но тут возникает проблема уже совсем иного рода. Вот что говорит об этом одна из испытательниц технологии VRD:

«Однако, когда это тестировали на мне, я могла различать действительную и виртуальную реальность — было очевидно, что виртуальная реальность находится под контролем кого-то еще. Очень пугающее ощущение…»

Так что причины засекречивания информации об этих технологиях могут быть и значительно глубже. Зачем пугать людей раньше времени.

# # #