Hologram ze smartfonu

Hologram wraca do łask

Mimo wielu lat istnienia gogli VR, wciąż wolimy oglądać filmy na tradycyjnym ekranie – telewizora lub komputera. Z jednego powodu: obraz generowany jako rzeczywistość wirtualna (VR) wywołuje u wielu użytkowników nudności i powoduje zmęczenie oczu. Wszystko to dlatego, że VR daje iluzję oglądania 3D, chociaż użytkownik w rzeczywistości patrzy na wyświetlacz 2D i to ze stałej odległości. Sposobem na rozwiązanie tego problemu może być znana od lat 60. technika przerobiona na potrzeby świata cyfrowego: hologramy.
Hologramy tworzą wyjątkową reprezentację 3D otaczającej nas rzeczywistości. Poza tym – co tu dużo mówić – są piękne. Jeśli masz wątpliwości, spójrz na holograficzną gołębicę na swojej karcie Visa! Albo przypomnij sobie niesamowite projekcje galaktyk, układów planetarnych oraz jaskiń w wersji 3D „Prometeusza". Hologramy zapewniają zmienną perspektywę w zależności od pozycji widza i pozwalają oku na regulację głębi obrazu, aby naprzemiennie skupiać się na pierwszym planie i tle.
Naukowcy od dawna starali się wymyślić metodę, która pozwoliłaby na generowanie hologramów za pomocą komputera. Jednak każdy hologram, aby stworzyć iluzję głębi w całym obrazie, koduje olbrzymią ilość danych. W związku z tym generowanie holograficznego wideo często wymagało mocy obliczeniowej superkomputerów.
Aby wprowadzić holograficzne projekcje do masowego użytku, badacze wypróbowywali wiele różnych strategii. Na przykład zmniejszali ilość potrzebnych obliczeń, zastępując złożone symulacje fizyczne prostymi tabelami przeglądowymi. Zawsze jednak odbywało to kosztem jakości obrazu.

Cuda ze smartfonu

Z kolei w przypadku tworzenia symulacji fizycznych postaci cały proces okazywał się zwyczajnie czasochłonny – otrzymanie obrazu holograficznego trwało wiele sekund lub nawet minut, a wyniki i tak nie były zbyt realistyczne. Dlatego do tej pory żyliśmy w przekonaniu, że wykonywanie obliczeń holograficznych 3D w czasie rzeczywistym za pomocą przeciętnego laptopa czy smarfonu to marzenie ściętej głowy. – Panowała opinia, że masowo dostępne wyświetlacze holograficzne pojawią się za 10 lat… Jednak to stwierdzenie jest znane od dziesięcioleci – mówi Liang Shi, szef zespołu badawczego z Wydziału Elektrotechniki i Informatyki MIT.
Metoda holografii tensorowej, opracowana przez bostońskich naukowców, ma w końcu zmienić ten stan rzeczy. System oparty na mechanizmach uczenia głębokiego jest tak wydajny, że można go uruchomić na niemal dowolnym urządzeniu przenośnym. Artykuł na temat możliwości innowacyjnego systemu ukazał się w magazynie Nature.

W sekundzie

Trenowanie sztucznych sieci neuronowych, które z grubsza naśladowałyby sposób, w jaki ludzie przetwarzają informacje wizualne, wymagało dużego ilości danych o wysokiej jakości. I tu naukowcy stanęli przed pierwszym wyzwaniem: taki zbiór hologramów 3D nie istniał. Z tego powodu zbudowali niestandardową bazę danych zawierającą aż 4000 par obrazów wygenerowanych komputerowo (każda para z informacją o kolorze i głębi każdego piksela).


Eksperymentalna demonstracja projekcji holograficznej 2D i 3D. Zdjęcie po lewej stronie skupia się na zabawce (w żółtej ramce) bliżej aparatu, a zdjęcie po prawej na wiecznym kalendarzu na biurku (w niebieskiej ramce). źródło: MIT

I zaczęli „karmić” tymi danymi sztuczną inteligencję. Algorytm zdobywał informacje i błyskawicznie się uczył, sukcesywnie zwiększając swoją zdolność do jeszcze sprawniejszego tworzenia hologramów. W pełni zoptymalizowana sieć działała o rzędy wielkości szybciej niż obliczenia oparte na fizyce. Ta skuteczność zaskoczyła nawet badaczy. – Byliśmy zdumieni, jak dobrze zadziałał ten proces – mówi Wojciech Matusik z zespołu badawczego MIT.
Metoda holografii tensorowej pozwala w ciągu zaledwie milisekund tworzyć hologramy na podstawie informacji o głębi ostrości, które są dostarczane z typowymi obrazami generowanymi komputerowo i mogą być one obliczane na podstawie konfiguracji obrazów z wielu kamer lub z czujników LiDAR (Light Detection and Ranging). A obie te funkcje są już standardem w niektórych smartfonach, np. w najnowszych modelach iPhone'a.
System opracowany przez badaczy wymaga mniej niż 620 kilobajtów pamięci i może generować 60 kolorowych hologramów 3D na sekundę z rozdzielczością 1920 na 1080 pikseli na pojedynczym GPU klasy konsumenckiej. Naukowcy mogli uruchomić go na iPhonie 11 Pro z prędkością 1,1 hologramów na sekundę i na Google Edge TPU z szybkością 2 hologramów na sekundę. Oznacza to, że pewnego dnia za pomocą holografii tensorowej będziemy mogli bez przeszkód generować hologramy w czasie rzeczywistym na zestawach rzeczywistości wirtualnej i rzeczywistości rozszerzonej (AR).
Trójwymiarowe projekcje świetlne tworzone „poręcznie” za pomocą własnego smartfonu czy laptopa – na ten moment czekają przede wszystkim miłośnicy gier i filmów SF. To tu hologramy rozgościły się na dobre. Rozmowa z bohaterem wyświetlanym jako trójwymiarowy hologram to coś, co świetnie znamy z takich filmów jak jak „Star Trek”, czy „Gwiezdne Wojny”. A scena z księżniczką Leią wyświetloną przez projektor holograficzny R2-D2 rozpalała wyobraźnię. I narobiła apetytu na znacznie więcej.


Źródło: Lucasfilm Ltd.

Na konferencji

Innowacyjny system opracowany przez naukowców MIT może ucieszyć jednak nie tylko fanów rozrywki. Dość nieoczekiwanie hologramy już wkrótce mogą stać się częścią rutyny każdego z nas. Powód jest oczywisty. W czasach pracy zdalnej hologramowe projekcje wydają się pomysłem wręcz idealnym. Nic więc dziwnego, że firmy technologicznie prześcigają się obecnie w pracach nad takimi projektami. Jednym z nich jest HoloPod, trójwymiarowy system wyświetlania, opracowany przez kanadyjską firmę ARHT Media. HoloPod przenosi pracowników na spotkania i konferencje, w których nie byliby w stanie uczestniczyć. Już w grudniu ubiegłego roku (2020) Kanadyjczycy pokazali, jak mogłaby wyglądać konferencja z wykorzystaniem hologramów, wysyłając kierownika z Los Angeles do Singapuru, aby przemawiał targach innowacji. Oczywiście generowanie hologramów o tak wysokiej rozdzielczości wymaga zespołu techników zajmujących się projekcją – znamy to z pokazów hologramów na koncertach muzycznych. Jednak HoloPod jest systemem typu plug-and-play, czyli znacznie łatwiejszym do wdrożenia. Rzecz jasna, kiedy patrzymy na trójwymiarowy hologram prezentujący osobę naturalnej wielkości, rzutowany na odblaskową siatkę, dobrze wiemy, że to tylko iluzja. Mimo to wrażenie jest niesamowite.

Szef w moim pokoju

Przybij cyfrową piątkę

W ubiegłym roku nowa platforma do współpracy zdalnej Spatial umożliwiła wirtualne spotkania w stylu holograficznym za pomocą Oculus Quest. Dzięki temu po utworzeniu awatara możesz dołączać do różnych pokoi i wchodzić w interakcje z bardzo realistycznymi awatarami swoich znajomych lub współpracowników. Możesz z nimi rozmawiać, poruszać się po pomieszczeniu, wspólnie oglądać filmy i przybijać piątki. Jak widać, czas kiedy będziemy spotykać się z cyfrowymi klonami swoich współpracowników w domowym zaciszu jest bliższy niż nam się wydaje. Tylko czy na pewno jesteśmy na to gotowi?

Bibliografia

Daniel Ackerman, Using artificial intelligence to generate 3D holograms in real-time, materiały prasowe Massachusetts Institute of Technology; [dostęp: 11.04.2021].

Dalvin Brown, Will holograms be the next innovation in the post-pandemic workplace?, serwis internetowy The Washington Post, [dostęp: 11.04.2021]

Adam Clark Estes, We’re closer to holographic meetings than you think, serwis Vox, [dostęp: 11.04.2021]