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可显示25亿像素全息图像,这家公司欲将“全息甲板”变成现实?
发布时间:2021-10-15 10:12 来源:青亭网

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提起全息显示技术,目前市面上已经有各种不同的方案,比如:基于高速飘浮粒子的投影方案,或是通过多层过滤器处理光线来实现的3D相框等等。大多数全息显示方案的规模比较小,仅用来展示规模较小的3D模型。相比之下,从2018年开始一家叫Light Field Lab的公司就开始研发空间级的全息显示技术,他们的愿景是将全息与周围物理空间融合,营造一种酷似《星际迷航》中“全息甲板”的视觉体验。也就是说,用全息图像来营造一种虚拟环境。

据青亭网了解,技术细节Light Field Lab成立于2017年,创始人包括Karafin、Brendan Bevensee、Ed Ibe,他们此前来自光场捕捉和显示厂商Lytro。在2019年时,Light Field Lab曾展示其全息显示模组,当时该模组仅能显示1.6亿像素、60Hz刷新率的图像。

近期Light Field Lab公布了全新的模块化全息显示方案SolidLight,通过排列组合,它可显示高达25亿像素以上的图像。

据悉,Light Field Lab称之为有史以来分辨率最高的全息显示方案。从公布的实拍视频来看,其视觉效果(包括色彩等)看起来足够生动,虽然能看出是全息图像,但已经达到电影中描绘的效果。

为了展示SolidLight的效果,Light Field Lab CEO Jon Karafin带体验者进入了一间暗室,在这个房间中,布置了一个类似于热带雨林的模拟场景,同时背景还播放了应景的音效。在热带雨林中央,可以看到一个以全息形式显示的变色龙,这是一个动态的变色龙,它不时会伸舌头吃掉周围的苍蝇。有趣的是,它的舌头碰到周围植物时,植物也会开始颤动,好像变色龙是真实存在的一样。

当然,仔细观看还是可以发现,变色龙是由像素组成的,而且与周围的实物相比,看起来比较模糊。不过,它是一个肉眼可见的3D模型,你可以从多个角度查看它的外观。

体验者表示,虽然全息变色龙看起来是简单的概念,但细看却非常复杂。它可以在逼真视觉(会聚的波阵面)和虚拟(发散的波阵面)之间切换。

产品细节

SolidLight方案是由规模较小的子模块组成,每个子模块包含16kx10k的像素,尺寸为6x4英寸(15.24x10.15厘米)。每15个子模块,可组成一个28英寸的全息显示屏,可显示25亿颗像素。据Light Field Lab称,SolidLight的像素密度可达到每米100亿颗像素。

Light Field Lab CEO Jon Karafin

应用场景方面,Light Field Lab将瞄准大规模展示(比如剧院、商场、娱乐中心等等),将全息显示模块组成规模更大的视频墙,显示数千亿像素的3D模型,比如博物馆中的恐龙等等。

据了解,SolidLight完整的交钥匙方案包含四块:

  • 1,SolidLight Surface 模块化显示模组;

  • 2,计算硬件,包括服务器、GPU、网络与同步装置;

  • 3,WaveTracer:SolidLight实时或离线渲染软件和插件;

  • 4,后续升级与技术支持。

Karafin表示:我们的目标是,通过逼真的全息技术改变视觉交互,并重新定义真实与虚拟。同时,我们也首次公布技术参数,我相信,它展示的是以前从未出现过的真实技术,因此接下来,将面向市场推出。目前,SolidLight开始支持预定,预计发货时间是明年。

从2019年开始,Light Field Lab就开始发售一些非量产的系统,目前已售出的系统可用于开发商业应用,预计在未来1-3年内陆续进入市场。此外,SolidLight交钥匙解决方案开始面向部分客户陆续交货,应用场景包括展览展示、零售产品可视化、广告、娱乐等等。未来,Light Field Lab还将面向C端市场,探索量产的可能性。

目前在量产方面,Light Field Lab还需要解决成本、设计等问题,比如:除了全息显示模组外,SolidLight系统还包括GPU、FPGA等计算元件,其中FPGA是客制化的。为了进一步简化系统设计,未来Light Field Lab计划开发定制芯片,从而降低成本,用于开发C端产品。

技术细节

在了解SolidLight背后技术之前,首先需要明确全息显示的定义。通常,全息指的是记录和投影光线的技术,比如全息防伪标志,也是一种记录和显示光的方案。而通常用于形容AR、全息技术的光场概念,则描述了光子在空间中的移动,以及和物质表面的相互作用。

我们肉眼能看见周围的光线也是同样的道理,这些光线是光能的集合,光在进入人眼后,会通过大脑的视觉皮层进行处理,转化成色彩信号。换句话说,你眼睛里看到的画面,实际上是由一束束光线,聚焦在视网膜上而形成的。

在Karafin看来,理想的全息技术需要具备以下几个特征:可跟随观看角度动态变化、具有双目视差、符合光学物理规律。也就是说,全息图像只位于观看者和全息光源之间,在视线内才能看见。为了实现逼真的全息图像,显示系统需要能渲染高分辨率场景,并模拟真实物体。

而Light Field Lab的技术原理是类似于3D浮空投影,即通过投影方案来重现“实像”,其特点是生成不同视角的图像变化,因此像真实物体一样具有3D观感。具体来讲,SolidLight采自发光的模块化显示面板,面板上配备了一系列复杂的光波导,可用来调节密集的平行光线场。

据悉,SolidLight方案可准确、实时地渲染双目视差、光线反射和衍射等效果,而且可显示无限焦距的全息图像,也就是说人眼可以聚焦在图像上任意一点,有种在看真实物体的感觉。不过,当你你伸出手触摸时,会发现这是全息图像,不是真的。

Karafin表示:你可以看到光子与物质表面的相互作用,形成的波阵面肉眼可见,而且可以自然对焦。这是平面显示屏无法实现的,而通过Light Field Lab的全息显示屏,观看者不需要戴额外的眼镜就能看到逼真的3D,而且不容易产生眩晕,显示几乎没有延迟。

体验者表示:SolidLight显示的全息变色龙是可触摸、用手可以穿过的,此外远离全息显示屏后,变色龙会从视线中消失。而靠近观看变色龙时,会发现类似于纱窗的效果,组成变色龙的部分像素肉眼可见。他表示:目前SolidLight技术在显示尺寸、规模和密度上,还存在局限。

目前,尽管SolidLight的显示效果还不够完美,和真实物体的观感依然有明显区别,但未来其分辨率等视觉效果有望进一步提升。实际上,在2018年时Light Field Lab仅能显示1.6亿像素、60Hz刷新率的图像,而现在通过组合全息模块,可以显示高达25亿像素以上的图像。

从2D到3D的升级

与全息显示技术相比,2D显示技术更加成熟、应用也更加广泛。不过现有的2D显示技术,在尺寸和分辨率上已经达到一种极致,而且无法正确显示3D内容。因此,Light Field Lab希望通过全息技术,进一步提升3D显示效果。

与科幻电影中的描述不同,基于真实物理规律的全息图像通常需要借助显示屏(介质)才能反射光线。比如Tupac、迈克尔·杰克逊虚拟演唱会,就是采用一种叫佩珀尔幻象的全息方案制作的,原理是将2D图像投影到半透明的表面上,这种方案常用于马戏团表演、博物馆、演唱会、剧院等场景。

而市面上的3D全息显示屏,则是通过叠加多个平面图像,来模拟3D模型的深度。3D电影,则是配合3D眼镜来营造固定的双目视差,模拟立体观感,不过焦点平面是单一的,容易让观众产生视觉辐辏调节冲突。实际上,人持续处于动态,因此视角也在不断改变,大脑对于双目视差的微小变化足够敏感,如果双目视差和焦点变化不够自然,会让人产生不真实的观感。

相比之下,真正的全息显示效果应该更加自然,就像是存在于物理空间的3D场景那样,这也是Light Field Lab未来的开发目标。Karafin表示:SolidLight展现了一种全新的显示效果,它可以用光线来组成3D物体。接下来,Light Field Lab计划通过模块化、可扩展的设计,来显示更大规模的全息图像。

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