Компьютерное проектирование на голографическом интерфейсе

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Многие писатели фантасты 20-ого века описывали в своих произведениях вещи, которые хорошо нам известны в 21 веке. Например Научный фантаст Артур Кларк в своей книге «Мир без проводов» за десятилетия до появления спутников «ввел» их в наш мир. В книге Жюля Верна «С Земли на Луну», изданной в 1865 году можно было прочесть о лунных модулях, солнечных парусах и высадке человека на Луну. Спустя сто лет эти «предсказания» известного фантаста стали правдой. Прогресс человечества шагает семимильными шагами, и уже нам не кажется чем-то необычным мобильный планшет, интернет и очеловеченный робот. Все что мечталось и виделось фантастам и кинорежиссерам, добрые ученые и инженеры пытаются воплотить в жизнь. Вот и в этой работе пойдет речь о давней мечте многих фантастах - о голографическом интерфейсе.

В известном научно-фантастическом боевике ''Железный человек'' есть эпизод, где главный герой Тони Старк проектировал свой железный костюм с помощью голографической модели, которая с лёгкостью крутилась и изменялась лёгким движением руки в воздухе. Это казалось эффектным и очень удобном способом проектирования. Используя этот замечательный эффект голограммы можно быстрее и качественней моделировать различные устройства, архитектурные здания и космические корабли. Это бы очень помогало проектировать, сразу учитывая тонкости размера, качества и красоты сборочных деталей. На сегодняшний день существуют несколько технологий и развивающихся в этом направлений, способных уже сегодня показать все потрясающие возможности голограммы в действии.

1. Голография

Но для начала нам нужно разобраться что такое голография. Голографию изобрел (и придумал название) английский физик Деннис Габор в 1947, исследуя законы построения изображений в оптике и работая над совершенствованием электронного микроскопа. Он пришел к выводу, что зарегистрировать полное изображение предмета можно без объектива, используя только пучок когерентного монохроматичного света.

Голография (от греч. холос - полный и графо - пишу) - способ получения объемных изображений предметов на фотопластинке при помощи когерентного излучения лазера. Голограмма фиксирует не само изображение предмета, а структуру отраженной от него световой волны (ее амплитуду и фазу). Для получения голограммы необходимо, чтобы на фотографическую пластинку одновременно попали два когерентных световых пучка: предметный, отраженный от снимаемого объекта, и опорный - приходящий непосредственно от лазера. Свет обоих пучков интерферирует, создавая на пластинке чередование очень узких темных и светлых полос - картину интерференции.

На экспонированной таким образом и проявленной пластинке отсутствует какое-либо изображение, однако его в зашифрованном виде содержит система интерференционных полос, и если голограмму просветить, как диапозитив, лазерным светом той же частоты, что была использована при записи, возникнет «восстановленная голограмма» - объемное изображение снятого предмета, словно висящего в пространстве. Меняя точку наблюдения, можно заглянуть за предметы на первом плане и увидеть детали, ранее скрытые от взгляда, Свет, проходя сквозь систему черно-белых полос голограммы, испытывает дифракцию и воспроизводит волновой фронт, исходивший от снятого предмета. Аналогичным образом лазерный луч, пропущенный сквозь отверстие очень малого диаметра, даст на фотопластинке, поставленной за отверстием, систему колец («кольца Френеля»). А световой пучок, проходящий сквозь их изображение («зонную пластинку»), сойдется в точку. Кольца Френеля представляют собой простейшую голограмму - голограмму точки.

Явление, лежащее в основе голограммы, - это интерференция, то есть паттерн, возникающий в результате наложения двух или более волн.

Голограмма создается, когда одиночный луч лазера расщепляется на два отдельных луча. Первый луч отражается от фотографируемого объекта. Затем второй луч сталкивается с отраженным светом первого. При этом они создают интерференционную картинку, которая затем записывается на пленку.

Современная технология позволяет копировать объемные голограммы типографским способом. Для этого голограмму получают в особом светочувствительном материале - фоторезисте. После экспонирования материал обрабатывают растворителем, который смывает его слой до зон почернения. Образуется микрорельеф, с которого снимают отпечаток - матрицу. При помощи этой матрицы в пластическом материала печатают копии голографического рельефа, покрывают их слоем металла и прозрачной защитной пленкой. Таким способом изготавливают защитные марки на упаковках пищевых продуктов и документах. Подделать их практически невозможно.

Голографические изображения можно получать при помощи любых когерентных волн, например, акустических, возбужденных в жидкости синхронно работающими вибраторами. Интерференция звуковых волн создает на поверхности жидкости рябь, с которой эту акустическую голограмму восстанавливают лазерным лучом.

2. Свойства голограмм

1. В любую точку плоской голограммы попадает свет, отраженный от всех точек предмета. Это означает, что любой, самый маленький ее участок содержит зрительную информацию обо всем предмете. Голограмму можно разбить на несколько кусков, и каждый будет полностью воспроизводить первоначальное изображение. Отпечаток голограммы, где черные полосы стали прозрачными и наоборот, дает то же изображение, что исходная голограмма. Например, если часть голографической пленки, содержащей изображение яблока, разрезать на две половинки и затем осветить лазером, каждая половинка будет содержать целое изображение яблока! Даже если каждую из половинок снова и снова делить пополам, целое яблоко по-прежнему будет появляться на каждом маленьком кусочке пленки (изменяется только качество изображения).

2. Голографическое изображение можно увеличить на стадии восстановления. Когда голограмму записывают параллельным световым пучком, а восстанавливают расходящимся, изображение увеличивается пропорционально углу расхождения (геометрический коэффициент увеличения kг). Если запись ведется излучением длиной волны l1, а восстановление - кратной ему l2 > l1, изображение станет больше в k = l2/l1 раз (волновой коэффициент увеличения kв). Полное увеличение равно произведению обоих коэффициентов; например, для рентгеновского микроскопа (l1 = 10-2 мкм, l2 = 0,5 мкм) с kг = 200 полное увеличение k = 106.

3. Если на одну пластинку записать несколько голограмм, используя разные, но не кратные, длины волн, все они могут быть считаны независимо при помощи лазеров с соответствующим излучением. Таким же образом можно записать и полноцветное изображение.

4. Голограмму можно рассчитать и нарисовать при помощи компьютера и даже вручную. Так, зонную пластинку Френеля нетрудно начертить, получив простейшую голограмму одной точки, но чем сложнее объект, тем более запутанной становится такая искусственная голограмма.

К сожалению на момент написания этой работы широкодоступных устройств с голографическим интерфейсом нет. Но уже существуют разные технологические заготовки и проекты. Я, насколько мне было возможно, провел исследование и собрал ТОП наиболее удачных и подходящих для проектирования на голографическом интерфейсе на мой взгляд разработок. Итак, как сказал Юрий Алексеевич Гагарин - << Поехали >>.

Голографическая пирамида.

Голографические пирамиды, или как их еще называют проекционные пирамиды, голографические проекторы, 3D пирамиды - инсталляции на основе ЖК панелей и стекол, обработанных четырьмя видами химических материалов, позволяющих добиваться высококачественной 2D картинки, при совмещении которой с аналогами мы видим псевдо 3D изображение.Это продукт собственного производства компании АНСИЛЮМ, позволяющая демонстрировать не только объекты в 3D пространстве, но и совмещать в одной объемной плоскости предметы реальной действительности и 3D изображения, достигая эффекта голограммы.

3D пирамиды делятся на несколько видов - 3-х сторонние - предполагаемое размещение возле стены, 4-х сторонние - обзор 360 градусов, 1-сторониие, - их еще называют голографический куб.

Мультипликаторы нарисуют любой по сложности видео-контент для 3D решений - от самого простого - на выставку - анимированный лого компании, до шедевра мультипликации, который с гордостью можно демонстрировать перед первыми лицами государства и руководителями федеральных подразделений.

Представьте! - внутрь Голографической пирамиды мы ставим предмет - например бутылку воды. И на активных поверхностях комплекса мы обыгрываем бутылку голографическими 3D элементами - она обрастает льдом, от нее идет пар, ее приходят лилипуты и пытаются открыть и так далее… ограничения - только лишь Ваша фантазия! Инженеры могут делать пирамиды разных размеров, от шириной основания 42 см до 15 метров, где размер голограммы впечатляет!

Похожее устройство можно сделать на обычном стекле. ClearView - прозрачное остекление, позволяющее добиваться эффекта «голографических изображений будущего». Прозрачная проекционная пленка наносится на любое существующее стекло (аналогично защитной или тонирующей пленке).

Основное применение этих устройств - РЕКЛАМА! Да - это очень красиво и даже потрясает,когда видишь это чудо в живую, но это устройство неудобно и неприспособленно для проектирование - за что и получает свое 5 место.

iWatch - супер часы от компании Apple.

Такая известная американская корпорация как Apple не может не использовать голограмму в своих интересах. Слухи насчет этого ходят уже давно. И вот уже становится понятно что разработки и вправду ведутся. iWatch - неофициальное название, просто появившиеся в сети, для нового проекта Apple - «Умные часы». Ещё мало что известно о новой разработке Apple, проект создается и, предположительно, будет представлен в 2014 году. Но ни название, ни дата релиза не являются официальными. Разрабатываемые Apple «умные» часы iWatch будут заряжаться с помощью беспроводных технологий. данный. Девайс оснастят беспроводным модулем Bluetooth 4.0, а за счет оптимизации ПО, он будет обладать хорошим временем автономной работы - примерно одна неделя! Возможно, что iWatch будут подзаряжаться от движения руки. В чудо-часы встроят сенсоры и датчики, которые смогут фиксировать медицинские показатели человеческого тела. Затем их будет обрабатывать приложение Healthbook, которое появится в iOS 8. Таким образом часы будут работать в комплексе с iPhone или iPad. В основе управления часами будет лежать голографический интерфейс. Это устройство призвано быть посредником между человеком и окружающими его различными устройствами : компьютером смартфоном фотоаппаратом и др. iWatch - это личный пульт человека от всего на свете. Ну это пока в мечтах. Если это представить, понимаешь как легко и свободно можно будет управлять любыми информационными процессами, в том числе и проектированием. Легким движением руки, сидя на диване и попивая свой любимый напиток, можно будет разрабатывать какой-нибудь новый сверхбыстрый свездалет. Ну или свой удобный и красивый дом.

Да безусловно - у этой задумки есть великое будущее! Но это будущее еще пока не близко. Поэтому я и присвоил этому устройству 4 место.

CastAR - Интерактивные очки.

CastAR -- это новые очки дополненной реальности, с двумя интегрированными проекторами, которые создают стереоскопическое изображение, и камерой посередине. В комплекте прилагается специальный джойстик с инфракрасным маркером для взаимодействия с виртуальными объектами. Очки получают видеосигнал через интерфейс HDMI, а камера подключается к компьютеру посредством USB.

Система работает по принципу 3D-кинотеатра. В оправу очков встроены два микро-проектора, которые проецируют стереоскопическое изображение. Отражённый свет попадает в линзы с активным затвором, которые показывают разную картинку для левого и правого глаза, что приводит к появлению эффекта 3D. В комплекте с очками идёт специальная отражающая «скатерть», на которую нанесены инфракрасные метки. Небольшая камера, расположенная между проекторами, находит эти метки и использует их для отслеживания местоположения очков, а специальное программное обеспечение подстраивает картинку. В первую очередь castAR ориентирован на настольные игры, поэтому под отражающей скатертью расположен большой RFID считыватель, который может отслеживать меченые игровые фигурки и другие игровые аксессуары. Для разработчиков доступен SDK и заявлена поддержка Unity. В будущем планируют добавить поддержку других движков и обещают подумать насчёт подключения очков к мобильным устройствам. Два микро проекторов, подключены к пучку изображений очков от окон или от андроидного устройства на передвижной площадке. Эта специальная светоотражающая площадка отсылает эти лучи обратно на ваше лицо 120 раз в секунду, так что вы видите эти изображения в трех измерениях в HD 720p, с 24 бит цвета. Глаза принимают эти изображения, как полностью реальные. Благодаря этому человек находится в полном погружении в виртуальную реальность. Однако такое "насилие" над органами чувств человека и повышенная нагрузка на мозг вызывает напряжение зрения и головные боли у некоторых людей. Поэтому, для того, что бы сделать настоящее трехмерное телевидение требуются технологии, способные создавать реальные трехмерные изображения, другими словами, голографические проекторы. Поэтому даже если это и реально хорошая альтернатива голограмме - но это все же не голографический интерфейс.

Получай же свое законное 3 место.

Vermeer - голографический дисплей от Microsoft Research.

Подавляющее большинство систем голографических дисплеев создают свои голограммы позади стеклянных поверхностей, а в случае с Vermeer голографическое изображение "парит" прямо в воздухе, в стиле "Звездных войн". По словам Microsoft, для создания голографического изображения используется проекция на два противопоставленных параболических зеркала. Именно они создают оптическую иллюзию цветного объемного изображения, которое можно увидеть под любым углом одновременно. Принцип работы дисплея Vermeer основан на эффекте оптического обмана, называемом мираскоп, который с помощью двух параболических зеркал делает точную голографическую проекцию реального объекта, помещенного внутрь пространства между этими зеркалами. В обычном использовании мираскоп создает только статические изображения, но нет никаких причин, почему бы он не мог создавать движущиеся изображения.

Специалисты из Microsoft Research установили внутри мираскопа малогабаритный проектор со сложной отражающей оптической системой, которые способны воспроизвести около 3000 изображений в секунду. Это позволяет демонстрировать голографической изображение, составленное из изображений, проецируемых из 192 различных точек с частотой 15 кадров в секунду. Поскольку изображение формируется без всякого обмана мозга и человеческого восприятия, оно видимо под любым углом зрения и без всяких очков

Поскольку доступ к голографическому изображению не перекрыт никаким экраном Вы можете касаться его сколько угодно. И голограмма будет реагировать на эти действия. Это реализовано с помощью системы инфракрасной подсветки и следящей камеры, отслеживающей движения рук человека и посредством компьютера позволяющей пользователю взаимодействовать в голографическими объектами. 3д изображение генерируется не без помощи Kinect, который в свою очередь определяет местоположение человека, и голограмма всегда смотрит в сторону собеседника. Да, у этой замечательной разработки есть все шансы сделать наш заветный голографический интерфейс и породить новую эволюцию в способах проектирования! Смело присуждаю ей 2 место!

Компьютер SpaceTop 3D с голографическим интерфейсом.

И наконец-то 1 место. Компьютер SpaceTop 3D с голографическим интерфейсом Kinect: новый стандарт в IT от Microsoft и Samsung.

Звучит не плохо, не правда ли!

В Лос-Анджелесе на конференции TED-2013 компания Microsoft и компания Samsung представили новый совместный продукт - революционный компьютер SpaceTop 3D с прозрачным дисплеем и внутренним голографическим 3D интерфейсом из серии Kinect, который позволяет в буквальном смысле вручную управлять 3D-элементами рабочего стола.

Сотрудник компании Microsoft и автор проекта Джинха Ли так охарактеризовал SpaceTop 3D в своём докладе: «Порой разница между тем, как думает дизайнер и тем, как думает компьютер - огромная. Но если Вы сможете задействовать руки непосредственно внутри компьютера и тем самым обрабатывать цифровой контент, Вы сможете реализовывать свои идеи и выражать свои мысли более полно...».

Внешний вид SpaceTop 3D напоминает перевёрнутый ноутбук. Клавиатура и тачпад этого необычного компьютера расположены на тыльной стороне прозрачного дисплея, а окна и прочие элементы рабочего стола отображаются между дисплеем и клавиатурой на псевдотрёхмерной сетке. Такой оригинальный выход в 3D-пространство даёт возможность пользователям "прикоснуться" к цифровому интерфейсу компьютера и к элементам Windows. Правда, никаких тактильных ощущений при контакте с 3D голограммой не будет. Эффект восприятия исключительно визуальный.

В выключенном состоянии и во время работы ОLED-дисплей выглядит прозрачным, но это не мешает ориентироваться в изображениях на рабочем столе. Инновационная технология Kinect Microsoft подразумевает использование в дисплеи прозрачных светодиодов и встроенных нано-камер, которые передают изображения высокого качества. При этом никаких 3D-очков для восприятия картинки не требуется.

Голографический интерфейс Kinect имитирует работу с осязаемыми объектами, являющихся на самом деле компьютерной голограммой. При этом Kinect отслеживает жесты рук, фиксирует все передвижения каждого отдельного пальца и даже следит за направлением взгляда пользователя по положению головы, что сводит к минимуму возможность некорректного отображения картинки. Для выполнения более сложных задач, где жесты должны быть более точными, в SpaceTop 3D имеется тачпад, при помощи которого в некоторых случаях можно проще и точнее манипулировать 3D-моделями. Ну и, конечно, 3D-интрфейсом можно управлять при помощи обычной клавиатуры.

Если некоторые участники конференции успели предположить, что даже новый компьютер от Samsung и Microsoft будет неудобным в повседневном использовании, то вероятно поначалу сторонников у SpaceTop 3D будет и вовсе немного. Однако, авторы проекта объясняют подобные опасения не столько сложным управлениям машины, сколько необычностью самой новинки. Стоит освоить этот новый язык общения между человеком и компьютером, и SpaceTop 3D сможет стать идеальным помощником, например, для архитекторов или дизайнеров. Учёные и программисты тоже должны по достоинству оценить новый компьютер. В целом, разработчики уверены, что у SpaceTop 3D есть будущее, и в течение ближайших 10-ти лет изобретение будет постепенно внедряться на IT-рынок, где, безусловно, займёт свою нишу.

По задумке производителей, работа с таким ПК должна выйти на интуитивный уровень восприятия компьютера, заставить человека думать образно. И тогда возможно компьютер и человек наконец-то найдут общий, понятный для обоих, язык. Имея возможно делать все действия на компьютере руками и в привычном режиме, инженер сможет с легкостью проектировать, учитывая свойства материала, его размер и красоту. Это идеальный вариант! И я присуждаю сей замечательному устройству заветное 1 место! Думаю что заслуженно.

Заключение

голография стереоскопический проектор фотопластинка

Проанализировав современные разработки я убедился, что наше светлое будущее не за горами. Надо всего лишь немного потрудиться и открыть у себя все окна в кардинально новую жизнь, совершенно не похожую на все предыдущие жизни. Еще не много труда - и все наши фантастические фильмы воплотятся в реальной жизни!

Размещено на Allbest.ru