I en studie ledd av forskare vid Princeton University har forskare kommit ett steg närmare att blanda den verkliga och den virtuella världen i ett par vanliga glasögon med hjälp av högupplösta 3D-holografiska bilder, vilket banar väg för en ny era av immersiva skärmar.
Holografiska bilder har ett verkligt djup eftersom de är tredimensionella, medan bildskärmar bara simulerar djup på en 2D-skärm. Eftersom vi ser i tre dimensioner kan holografiska bilder integreras sömlöst i vår normala syn på den vardagliga världen.
Resultatet är en skärm för virtuell och förstärkt verklighet som har potential att bli verkligt uppslukande, där man kan röra huvudet normalt utan att förlora de holografiska bilderna ur sikte.
”För att få en liknande upplevelse med en bildskärm skulle du behöva sitta precis framför en bioduk”, säger Felix Heide, biträdande professor i datavetenskap och huvudförfattare till en artikel med titeln ”Neural étendue expander for ultra-wide-angle high-fidelity holographic display”, som publicerades den 22 april i Nature Communications.
Och du skulle inte behöva ha en skärm framför ögonen för att få den här uppslukande upplevelsen. De optiska element som krävs för att skapa dessa bilder är mycket små och skulle kunna rymmas i ett par vanliga glasögon. Virtual reality-skärmar som använder en bildskärm, vilket de nuvarande skärmarna gör, kräver ett komplett headset. Och de tenderar att vara skrymmande eftersom de måste rymma en skärm och den hårdvara som krävs för att driva den.
”Holografi kan göra skärmar för virtuell och förstärkt verklighet lättanvända, bärbara och ultratunna”, säger Heide. De kan förändra hur vi interagerar med våra miljöer, allt från att få vägbeskrivningar när vi kör bil, till att övervaka en patient under en operation eller få tillgång till VVS-instruktioner när vi gör en reparation hemma.
Neural étendue-expansion för hologram med ultravid vinkel och hög naturtrogenhet. Kredit: Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-46915-3
En av de viktigaste utmaningarna är kvaliteten. Holografiska bilder skapas av en liten chipliknande enhet som kallas en spatial ljusmodulator. Hittills har dessa modulatorer bara kunnat skapa bilder som antingen är små och tydliga eller stora och suddiga. Denna avvägning mellan bildstorlek och skärpa resulterar i ett smalt synfält, för smalt för att ge användaren en uppslukande upplevelse.
”Om man tittar mot hörnen av skärmen kan hela bilden försvinna”, säger Nathan Matsuda, forskare vid Meta och medförfattare till artikeln.
Heide, Matsuda och Ethan Tseng, doktorand i datavetenskap, har skapat en enhet för att förbättra bildkvaliteten och potentiellt lösa detta problem. Tillsammans med sina medarbetare har de byggt ett andra optiskt element som ska fungera tillsammans med den spatiala ljusmodulatorn. Deras enhet filtrerar ljuset från den spatiala ljusmodulatorn för att utöka synfältet samtidigt som bildens stabilitet och precision bevaras. Det skapar en större bild med endast en minimal försämring av kvaliteten.
Bildkvaliteten har varit en central utmaning som förhindrat praktiska tillämpningar av holografiska displayer, säger Matsuda. ”Forskningen tar oss ett steg närmare att lösa denna utmaning”, säger han.
Det nya optiska elementet är som en mycket liten specialbyggd bit frostat glas, säger Heide. Mönstret som etsas in i det frostade glaset är nyckeln. Den etsade ytan har utformats med hjälp av AI och optisk teknik och sprider ljus som skapas av den spatiala ljusmodulatorn på ett mycket exakt sätt, vilket gör att vissa element i en bild hamnar i frekvensband som inte är lätta att uppfatta för det mänskliga ögat. Detta förbättrar den holografiska bildens kvalitet och utvidgar synfältet.
Det finns dock fortfarande hinder för att skapa en fungerande holografisk bildskärm. Bildkvaliteten är ännu inte perfekt, säger Heide, och tillverkningsprocessen för de optiska elementen måste förbättras. ”Det är mycket teknik som måste samverka för att göra det här möjligt”, säger Heide. ”Men den här forskningen visar en väg framåt.”
Ytterligare information: Ethan Tseng et al, Neural étendue expander for ultra-wide-angle high-fidelity holographic display, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-46915-3
