El uso de láseres para capturar partículas microscópicas revela imágenes holográficas en 3D en el aire

¿Cómo simular el efecto de diálogo holográfico en "Star Wars" y mostrar imágenes en el aire sin monitor? Imagine que en un espacio oscuro, si enciende una linterna, es posible que vea partículas de polvo iluminadas. Incluso sin una pantalla, puede ver la imagen de la luz golpeando el polvo y reflejándose hacia el ojo humano. Entonces, ¿se puede utilizar un principio similar para mostrar imágenes holográficas en el aire?

Recientemente, el Laboratorio de Holografía Electrónica de la Universidad Brigham Young desarrolló una solución sin pantalla (pantalla de trampa óptica) que utiliza rayos láser para controlar partículas de microfibra para mostrar hologramas tridimensionales a todo color a simple vista. se puede mostrar en el espacio. En el futuro, cuando se combine con la tecnología de seguimiento ocular, también podrá ajustar dinámicamente la profundidad y el fondo según la perspectiva del observador, simulando un área de visualización infinita.

Se informa que el principio de este programa es utilizar un rayo láser para arrastrar micropartículas para que se muevan y, al mismo tiempo, el rayo láser ilumina las micropartículas debido al principio de persistencia de la visión. El ojo humano, cuando las micropartículas iluminadas se mueven a alta velocidad, puede simular una imagen holográfica de volumen estacionario visible a simple vista. De hecho, es similar a Voxon y otras soluciones holográficas 3D a simple vista, excepto que no utiliza un plano en movimiento de alta velocidad, pero reduce aún más la unidad de visualización a micropartículas. Más flexible y admite pantalla multicolor.

Se entiende que esta solución puede mostrar tanto imágenes estáticas de teleobjetivo como imágenes holográficas dinámicas. Todo el dispositivo se puede hacer lo suficientemente pequeño como para que el tamaño del área de visualización sea proporcional al tamaño del dispositivo. Además, debido a que las pequeñas partículas se mueven lo suficientemente rápido, puede mostrar colores independientes e imágenes virtuales casi simultáneamente.

Dado que el esquema de visualización se basa en partículas que se mueven rápidamente, la imagen holográfica mostrada tendrá un volumen real, lo que significa que tocarla con la mano puede interferir con la visualización holográfica. Para explorar el modo de interacción de la tecnología holográfica tridimensional, los investigadores simularon el efecto de un dibujo holográfico de un personaje caminando sobre la superficie de un dedo.

Además, dado que el tamaño del área de visualización es proporcional al tamaño del dispositivo, para mostrar más contenido sin aumentar el tamaño del dispositivo, los investigadores siguieron la perspectiva del observador y simularon dinámicamente durante más tiempo. Las imágenes holográficas (proyección en perspectiva) producen el efecto de mostrar imágenes holográficas fuera del área de visualización, lo que teóricamente simula una distancia y un alcance de visualización infinitos. Además, los principios de seguimiento de la mirada y de paralaje del movimiento también se pueden utilizar para cambiar la imagen en tiempo real de acuerdo con los cambios en los ángulos de visión, haciendo que el área real parezca más grande que el área real. En el futuro, incluso puede ser posible simular el área real. Efecto de mostrar imágenes holográficas fuera de la habitación o fuera de la ventana.

Según Qingting.com, el Laboratorio de Holografía Electrónica de la Universidad Brigham Young comenzó a intentar utilizar partículas controladas por láser para mostrar imágenes holográficas en 3D en 2018. Al igual que las pantallas tradicionales forman imágenes a través de múltiples píxeles emisores de luz, Brigham Holográfica 3D de Young La solución utiliza partículas individuales en movimiento de alta velocidad para mostrar/rellenar la imagen holográfica, utilizando el principio de persistencia de la visión humana para que parezca una imagen holográfica compuesta de múltiples partículas.

En detalle, la solución de utilizar láser para mover partículas se basa en el principio fotorresistente de las partículas, es decir: cuando pequeñas partículas suspendidas en gas (aerosol) o líquido se exponen a una luz intensa, comenzará moverse en la dirección de la fuente de luz principal. La razón por la que esto ocurre está relacionada con la distribución desigual de la temperatura de la luz. En un proyecto de investigación y desarrollo de la Universidad Brigham Young, los investigadores están utilizando láseres para capturar partículas de celulosa y controlar su movimiento mediante principios fotorresistentes.

Actualmente, la pantalla holográfica tridimensional desarrollada por la Universidad Brigham Young puede mostrar un volumen de aproximadamente 1 centímetro cúbico. Para mantener un efecto de visualización estable, las partículas deben moverse repetidamente más de 10 veces por segundo. en este espacio de 1 centímetro cúbico (refiriéndose al número de veces por segundo que una partícula atraviesa un píxel de holograma completo a través de una trayectoria vectorial), de modo que el ojo humano no puede detectar el movimiento de la partícula. Por tanto, el ojo humano no puede discernir el movimiento de las partículas. Además, cómo mostrar la mayor cantidad de contenido posible en 1 centímetro cúbico de espacio también es un problema que debe resolverse.

Por lo tanto, basándose en el programa de visualización 3D a simple vista de 2018, los investigadores ajustaron dinámicamente la profundidad de la imagen según la perspectiva del observador para crear una gama más amplia de vistas de visualización.

Los investigadores dijeron que el programa de captura de partículas láser basado en el principio de fotoluminiscencia puede simular de manera flexible imágenes de diferentes volúmenes. En teoría, puede mostrar imágenes holográficas de más de 1 centímetro cúbico, pero cuanto mayor es el área de visualización, cuanto mayor sea el volumen del equipo, mayor. Por lo tanto, siguiendo principios cinematográficos, la profundidad es sugerida por un fondo plano que contiene señales tridimensionales, como la carretera que se extiende en la distancia (pista de perspectiva), la oclusión entre montañas (pista de oclusión) y el desvanecimiento de las montañas (pista ambiental, simulando mayor distancia y mayor espacio).

Además, en las escenas del teatro moderno se utilizan proyecciones para simular fondos lejanos, creando así un efecto de paralaje. Dado que el fondo distante está lo suficientemente lejos, no hace que el ojo humano enfoque (modulación de convergencia visual).

Así que los investigadores aplicaron el mismo principio a una escena holográfica fotosensible, representando un holograma estereoscópico tridimensional en primer plano mientras simulaban una profundidad distante a través de un holograma no estereoscópico en el fondo. . Para optimizar aún más el efecto estereoscópico de la imagen de fondo, los investigadores sugirieron utilizar dos conjuntos de partículas que admitan la dispersión anisotrópica para simular el paralaje binocular y reducir los conflictos de ajuste de la visión estereoscópica.

Por supuesto, además de simular un rango de visualización más amplio, la imagen holográfica tridimensional también se puede enriquecer aumentando el número de partículas de fibra capturadas por el láser y cambiando el material, el tamaño y la estructura de las partículas. En el siguiente paso, los investigadores planean agregar efectos como oclusión y desenfoque a la solución para optimizar aún más la fidelidad de la holografía tridimensional.

Investigación similar

Hace dos años, investigadores de la Universidad de Sussex en Brighton, Reino Unido, también desarrollaron una solución holográfica similar, pero era diferente de la partícula atrapada por láser de la Universidad Brigham Young. La diferencia es que la Universidad de Sussex utiliza ultrasonido para controlar partículas de poliestireno de 1 a 2 milímetros de diámetro, en lugar de utilizar láseres para capturar y controlar las partículas directamente.

Se informa que esta solución se basa en el principio de levitación acústica, utilizando ondas ultrasónicas generadas por altavoces para controlar el movimiento de partículas, con una frecuencia de actualización de hasta 100 veces/segundo. En cuanto a la fuente de luz, está iluminada por LED y admite una pantalla RGB a todo color.

Otra característica de la solución de la Universidad de Sussex es que se pueden utilizar ondas sonoras para generar retroalimentación táctil al mismo tiempo. Los investigadores dijeron: Las ondas ultrasónicas pueden cambiar rápidamente entre partículas suspendidas y retroalimentación somatosensorial y modos de sonido tan rápido que el cuerpo humano no puede detectarlo, de modo que quien los experimenta puede escuchar sonidos o sentir el tacto mientras ve el holograma.

Según los experimentadores, si colocas tu mano dentro del rango ultrasónico del programa, puedes sentir un flujo suave similar al aire.

Sin embargo, el área de visualización de esta solución también está limitada por el tamaño del dispositivo si se puede combinar con la última propuesta de la Universidad Brigham Young para ampliar la imagen holográfica perceptible por el ojo humano mediante simulación. Profundidad de larga distancia, es posible ir más lejos Optimice la solución. Referencias: VRScout, BYU