Голограмма что это такое
Что такое голограмма и где она используется
Однако качество первых голограмм было невысоким по причине использования для их создания примитивных газоразрядных ламп. Все изменилось в 60-е годы с изобретением лазеров, что поспособствовало стремительному развитию голографических технологий. Первые высококачественные лазерные голограммы были получены советским физиком Ю. Н. Денисюком в 1968 году, а спустя 11 лет, его американский коллега Ллойд Кросс создал еще более сложную мультиплексную голограмму.
Принцип формирования голограммы
В процессе визуализации голограммы в определенной точке пространства происходит сложение двух волн – опорной и объектной, образовавшихся в результате разделения лазерного луча. Опорную волну формирует непосредственно источник света, а объектная отражается от записываемого объекта. Здесь же размещается фотопластина, на которой «отпечатываются» темные полосы в зависимости от распределения электромагнитной энергии (интерференции) в данном месте.
Аналогичный процесс происходит и на обычной фотопленке. Однако для воспроизведения изображения с нее требуется распечатка на фотобумаге, тогда как с голограммой все происходит несколько иначе. В данном случае для воспроизведения «портрета» объекта достаточно «осветить» фотопластину волной, близкой к опорной, которая преобразует ее в близкую к объектной волну. В результате мы увидим почти что точное отражение самого объекта при отсутствии его в пространстве.
3D-голограмма и ее применение
Как работают голографические проекторы
В ряду новейших технологий передачи информации – видеоконференции и интерактивная голография, формирующая эффект висящей в воздухе прозрачной поверхности.
Возможности голографических проекторов по мере развития современных технологий постоянно расширяются, а качество изображений улучшается. Они становятся доступнее и компактнее. Сегодня на вечеринках и в ночных клубах можно встретить лазерные голографические мини-проекторы, создающие сложные лазерные «рисунки», которые сочетаются с дымовыми эффектами.
Голограмма человека
О том, что с тех пор голография совершила головокружительный технологический рывок, стало ясно 19 мая 2014 года в Лас-Вегасе при вручении премии Billboard Music Awards, когда перед потрясенными зрителями, как в старые добрые времена спел и станцевал… покойный Майкл Джексон. Чудесное «воскресение» стало возможным, благодаря великолепной голограмме, которую сотворила компания Pulse Evolution.
Голография на дисплее смартфона
С появлением мобильных телефонов, а позже смартфонов, стало ясно, что однажды пути этих двух знаковых технологий XXI века пересекутся. Так и случилось. И вот уже YouTube переполнен советами пользователей по превращению смартфона в голографический мини-проектор.
Свежую идею подхватил один из лидеров по производству цифровых фото- и видеокамер компания RED. В июле прошлого года она представила первый в мире смартфон с 5,7 дюймовым голографическим экраном – RED Hydrogen One. Кроме привычных 2D-изображений он воспроизводит трехмерный контент без помощи специальных очков, а также контент для виртуальной и дополненной реальностей.
Голограммы из будущего
Свою лепту внесла Microsoft, разработав технологию голопортации. Она предполагает передачу объемного отсканированного изображения собеседника в режиме онлайн и создания его трехмерной модели.
Специалисты лаборатории Digital Nature Group из Японии научились с помощью фемтосекундных лазеров создавать голограммы, которые к тому же можно потрогать руками, не опасаясь нежелательных последствий. Это стало возможным за счет сокращения длительности лазерных импульсов с нано- до фемтосекунд.
Что такое голограмма и как ее сделать?
Свет – это удивительная форма энергии, которая проносится через наш мир с невероятной скоростью: 300 000 километров в секунду — этого достаточно, чтобы пролететь от Солнца до Земли всего за 8 минут. Мы видим мир вокруг, потому что наши глаза являются сложными детекторами света: они постоянно улавливают световые лучи, отражающиеся от близлежащих объектов, в результате чего мозг может создавать постоянно меняющуюся картину об окружающем мире. Единственная проблема заключается в том, что мозг не способен вести постоянную запись того, что видят глаза. Мы можем вспомнить то, что, как нам казалось, мы видели, и распознать образы, которые мы видели в прошлом, но мы не можем легко воссоздать образы неповрежденными, как только они исчезли из поля зрения.
Существует гипотеза, согласно которой наша Вселенная – самая настоящая голограмма
Можно ли сохранить луч света?
Сколько голограмм в вашем кошельке? Если у вас есть какие-то деньги, ответ, вероятно, будет: «довольно много.» Голограммы – это блестящие металлические узоры с призрачными изображениями внутри банкнот, которые помогают бороться с фальшивомонетчиками, так как их очень трудно воспроизвести. На кредитных картах тоже есть голограммы. Но для чего еще можно использовать голограммы?
Еще в 19 веке гениальные изобретатели помогли решить эту проблему, открыв способ захвата и хранения изображений на химически обработанной бумаге. Фотография, как известно, произвела революцию в том, как мы видим мир и взаимодействуют с ним – и она дала нам фантастические формы развлечений в 20-м веке в виде фильмов и телевидения. Но как бы реалистично или художественно ни выглядела фотография, о ее реальности не может быть и речи. Мы смотрим на фотографию и мгновенно видим, что изображение – это застывшая история: свет, который захватил объекты на фотографии, исчез давным-давно и никогда не может быть восстановлен.
Еще больше увлекательных статей на самые разные темы ищите на нашем канале в Яндекс.Дзен. Там выходят статьи, которых нет на сайте.
Голограмма безопасности на банкноте помогает остановить фальшивомонетчиков – их труднее воспроизвести, чем другие устройства безопасности.
Что такое голограмма?
Голограммы немного похожи на вечные фотографии. Это своего рода «фотографические призраки»: они выглядят как трехмерные фотографии, которые каким-то образом попали в ловушку внутри стекла, пластика или металла. Когда вы наклоняете голограмму кредитной карты, то видите изображение чего-то вроде птицы, движущейся «внутри» карты. Как она туда попадает и что заставляет голограмму двигаться? Чем она отличается от обычной фотографии?
Предположим, вы хотите сфотографировать яблоко. Вы держите камеру перед собой, и когда вы нажимаете кнопку спуска затвора, чтобы сделать снимок, объектив камеры ненадолго открывается и пропускает свет, чтобы попасть на пленку (в старомодной камере) или на светочувствительный чип датчика изображения (чип в цифровой камере). Весь свет, исходящий от яблока, исходит из одного направления и попадает в один объектив, поэтому камера может записывать только двумерную картину света, темноты и цвета.
Голограмма слона выглядит так
Если вы смотрите на яблоко, происходит что-то другое. Свет отражается от поверхности яблока в оба ваших глаза, и мозг сливает их в одно стереоскопическое (трехмерное) изображение. Если вы слегка повернете голову, лучи света, отраженные от яблока, будут двигаться по несколько иным траекториям, чтобы встретиться с вашими глазами, и части яблока теперь могут выглядеть светлее, темнее или и вовсе быть другого цвета. Ваш мозг мгновенно все пересчитывает и вы видите несколько иную картину. Вот почему глаза видят трехмерное изображение.
Голограмма – это нечто среднее между тем, что происходит, когда вы фотографируете, и тем, что происходит, когда вы смотрите на что-то реально. Как и фотография, голограмма – это постоянная запись отраженного от объекта света. Но голограмма также выглядит реальной и трехмерной и движется, когда вы смотрите вокруг нее, точно так же, как реальный объект. Это происходит из-за уникального способа, которым создаются голограммы.
Чтобы всегда быть в курсе последних новостей из мира высоких технологий и популярной науки, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram.
Как сделать голограмму?
Создать голограмму можно отражая лазерный луч от объекта, который вы хотите захватить. На самом деле, вы разделяете лазерный луч на две отдельные половины, просвечивая его через полузеркало (кусок стекла, покрытый тонким слоем серебра, так что половина лазерного света отражается и половина проходит через него). Одна половина луча отражается от зеркала, попадает на объект и отражается на фотопластинке, внутри которой будет создана голограмма. Это называется объектным лучом. Другая половина луча отражается от другого зеркала и попадает на ту же самую фотопластинку. Это – опорный луч. Голограмма образуется там, где два луча в пластине встречаются.
Когда голограммы войдут в повседневную жизнь
Краткий разбор по созданию голограмм и реальные примеры их применения.
Голограммы позволяют отражать объекты в трёхмерном пространстве даже без применения специальных очков. Такое изображение можно использовать на презентациях, деловых мероприятиях, в музеях, во флагманских магазинах — везде, где важно взаимодействие с объектом.
Есть два способа создания голограмм: компьютерный — для очков дополненной реальности и физический — для оптических дисплеев.
Microsoft — первая компания, которая представила голографические очки HoloLens. На презентации в 2015 году компания заявила, что новое устройство перевернёт представления о технологии дополненной реальности. Windows Holographic — это виртуальные объекты, встроенные в реальный мир.
Для создания голограмм для HoloLens разработчики используют инструмент HoloStudio. Приложение умеет импортировать файлы из других сервисов или создавать 3D-объекты с помощью интерфейса.
В физике голография — это особый фотографический метод, при котором сначала с помощью лазера регистрируются, а затем восстанавливаются максимально приближенные к реальным 3D-изображения. При освещении лазером голограммы формируют точный 3D-клон объекта и копируют его свойства. Например, изменение перспективы при перемещении смотрящего.
В самом элементарном случае испускаемый лазером луч расширяется и делится на две части. Одна часть падает на фотопластинку и отражается от зеркала — это опорный луч. Другая отражается от объекта и называется предметным лучом.
Оба пучка лучей должны иметь одинаковую длину волны и двигаться в одной фазе. Опорный и предметный лучи складываются на фотопластинке и образуют интерференционную картину (чередование повышенной и пониженной интенсивности света). При максимальной интенсивности эмульсия засвечивается сильнее, при минимальной — слабее.
Чтобы восстановить изображение, проявленную фотопластинку помещают в то же место, где она находилась при фотографировании, и освещают опорным пучком света. Часть лазерного пучка, которая освещала предмет, перекрывается.
Опорный пучок огибает (дифрагирует) на голограмме. В результате получается точно такая же волна, как у отражённого предмета. Эта волна и даёт изображение предмета.
В апреле 2017 года два крупнейших оператора Verizon (США) и Korea Telecom (Южная Корея) совершили первый международный голографический звонок с помощью технологии 5G. При звонке формируются голограммы собеседника, которые полностью передают эмоции и жестикуляцию пользователя. Во время теста голограмма собеседника отражалась на экране экспериментального устройства.
Технология голографической коммуникации требует высокой пропускной способности, поэтому пока что она возможна только в сетях 5G, которые в 10-100 раз быстрее существующих сетей.
С помощью голографии можно транслировать лектора с другого конца света. Например, в 2015 году нобелевский лауреат и профессор физики в Стэнфордском университете Карл Виман выступил в Наньянском технологическом университете (Сингапур), не покидая США. Подготовка и настройка голографического дисплея заняла три недели. А планирование презентации, включая тестирование интернет-скорости, — пять месяцев.
Профессор НТУ отметил, что таким образом преподаватели мирового уровня могут одновременно выступать в разных частях мира и охватить более широкую аудиторию, не тратя время на перелёты.
Также с помощью голографии можно создавать интерактивные модели для обучения. В 2013 году Лондонский университет Святого Георгия представил голограммы внутренних органов. В презентации показали трёхмерные изображения почек длиной четыре метра, череп и другие органы человека.
На Петербургском международном экономическом форуме НИУ «Высшая школа экономики» создал для гостей мероприятия лекторий, в котором выступали голографические проекции учёных университета. Преподаватели рассказывали об «умных» городах, современных медиа и будущем планеты.
В мае 2017 года учёные из Технологического университета Мюнхена разработали метод получения трёхмерных голограмм с помощью Wi-Fi-роутера. Описанный в исследовании метод позволяет создавать копии помещений, отображая предметы вокруг них.
Таким образом физики научились «проникать сквозь стены». В будущем технологию можно использовать для нахождения и спасения жертв под лавиной или обрушившимися зданиями.
С помощью голографии можно оцифровывать предметы искусства. В 2015 году Университет ИТМО и музей Фаберже создали голографические копии некоторых яиц из коллекции. А в мае 2017 года в музее мадам Тюссо установили первую голограмму — образ немецкого видеоблогера Бьянки «Биби» Хайнике.
В Музее истории Костромского края работает электронный экскурсовод Нюша, которая встречает гостей. В Еврейском музее Москвы можно поучаствовать в традиционной трапезе с голографией еврейской семьи или посетить свадьбу. А в ярославском Центре имени Валентины Терешковой посетители могут увидеть смоделированную галактику.
Голограммы продукта — новый маркетинговый ход, который помогает захватить внимание клиента. С помощью голограмм можно увеличить 3D-копию продукта и сделать её обозреваемой со всех сторон.
В феврале 2017 года Barbie презентовала голографическую куклу-бота, которая реагирует на голосовые команды. Игрушка умеет отвечать на вопросы о погоде, может повторять фразы и будить.
Российский стартап HoloGroup разрабатывает голографические решения для смешанной реальности. Проект создаёт приложения для очков дополненной реальности Microsoft HoloLens. В 2017 году ФРИИ инвестировал в компанию 23 млн рублей. Компания сотрудничала с «Уралкалий», Hyundai, «Новатэк», «Ашан».
WayRay — российская компания с офисами в Швейцарии и России. Проект создаёт навигационную систему Navion, основанную на технологии дополненной реальности. В устройство входит голографическая плёнка, которая наносится на лобовое стекло автомобиля.
Корреспондент vc.ru узнал у генерального директора компании Hologroup Александра Якубова, какие перспективы ждут голографию в бизнесе.
В ближайшие пять-семь лет человечество переживёт очередную информационную революцию, которая изменит подход работы с данными.
Больше не нужны будут физические инструменты для отображения информации: экраны ноутбуков, телевизоры, проекторы, билборды, телефоны. Зачем нам физические экраны, если они могут быть голографическими: любого размера и количества, в любом месте и проецироваться нам прямо в глаза.
Мы попали в первую волну разработчиков для Hololens (очки смешанной реальности Microsoft) и сразу начали поиск прикладного применения для бизнеса и в других сферах деятельности. За полтора года мы для себя определили три основных направления, где голографию можно эффективно использовать уже сейчас.
Реклама и маркетинг
Мы реализовали десяток проектов для L’Oreal, «Новотэка», «УралКалия», Hyundai и других компаний, в которых презентовали продукты и услуги компаний с использованием голограмм. Технология помогает проводить 3D-презентации, интегрированные в реальное окружение выставочных пространств, шоу-румов, корпоративных музеев.
Такое изображение глубоко воздействует на аудиторию при маркетинговом контакте и уже активно применяется практике. Например, на презентации бренда Genesis на Восточном экономическом форуме компания использовала голографические технологии как основной инструмент коммуникации, а не вспомогательный, как часто бывает с новыми технологиями.
В строительной индустрии есть несколько типов проблем, которые решаются с помощью технологии смешанной реальности. Сейчас разработчики учатся применять BIM-проектирование — когда изменение одного из параметров проецируемого объекта влечёт изменение других параметров. При традиционном подходе затрачиваются большие ресурсы на контроль за ходом работ и проверкой на соответствие между запланированным и построенным.
Смешанная реальность позволяет многократно упростить процедуру, ускорить и повысить качество, так как в очках Hololens можно визуально совместить реальный строительный объект и его цифровую модель. Это помогает быстро выявлять коллизии, опережение или отставание от плана. Например, наши продукты применяет компания IBCON, которая контролирует крупнейшие стройки для газовой и добывающей индустрий.
Также голографию начинают применять для согласования дизайна интерьеров офисов и магазинов. Это решает проблему, когда у заказчиков часто отсутствует пространственное восприятие, и архитекторам приходится долго объяснять, чтобы донести до заказчика свои концепции и идеи. Смешанная реальность помогает визуализировать будущий интерьер на реальном пространстве и быстро принять решение.
Один из наших клиентов, компания Auchan Holding, в рекордные сроки открыла новый формат магазинов на Тверской, так как с помощью голографической модели можно было пройтись по недостроенному магазину и посмотреть, будет ли удобно ходить между стеллажами, видна ли реклама от входной группы.
Индустриальные компании и сложное оборудование
Меняется система обучения работе с оборудованием или на производстве: персонал получает визуальные инструкции прямо на месте. В этом направлении сейчас запускают больше пилотных проектов, чем внедряют технологию масштабно. Но с учётом уровня воздействия на бизнес-процессы и возможности экономить огромные ресурсы, это очень перспективное направление.
Сейчас мы делаем совместный проект с компанией Enel Russia, которая владеет и эксплуатирует энергогенерирующие станции в разных частях страны. Одна из задач — упростить и повысить надёжность при выполнении инструкций по эксплуатации сложного оборудования техническим персоналом станции.
Персонал станции тестирует выполнение различных операций с голографическим руководством и инструкциями, привязанными к конкретному оборудованию. Также разрабатывается система удалённого мониторинга и контроля действий сотрудников на местах из операционного центра.
Несмотря на новаторство подобного подхода, сотрудники на местах с большим энтузиазмом воспринимают подобные изменения и чувствуют, что это может существенно упростить их трудовую деятельность и быть реально полезным.
Некоторые производители сложного оборудования и техники тоже интересуются голографическими технологиями для послепродажного обслуживания. Это позволяет снабжать продукцию инструкциями по эксплуатации, ремонту и пользованию в голографической реальности, что снижает сложность обучения своих клиентов и последующее обслуживание.
Есть сложности, связанные с новой для бизнеса технологией. Условно их можно разделить на три направления. Первое — это слишком новаторская технология, у бизнеса и людей нет практического опыта взаимодействия со смешанной реальностью и голограммами. Поэтому разработчикам и производителям оборудования приходится по сути создавать новый рынок.
Сложно представить, что сейчас в компаниях на совещании по одной из бизнес-проблем кто-то предложит: «Давайте рассмотрим, как мы можем решить эту проблему с использованием голограмм?»
Мы разработали программное обеспечение, которое позволяет создавать голографические экскурсии. Это достаточно просто, не сложнее PowerPoint. Но сколько людей в мире правильно может интерпретировать и ассоциировать со своим опытом фразу «голографическая экскурсия»? Поэтому одна из проблем — необходимость донести до бизнеса возможности новых технологий.
Вторая сложность — ни один человек в мире ещё не знает рецепта идеального пользовательского опыта при работе с цифровыми данными, интегрированными в окружающую среду. Разработчики получили Hololens полтора года назад, это действительно перевернуло представление о работе с информацией.
Наша компания получила устройство одной из первых. Мы специализируемся только на смешанной реальности, но нам часто требуются дополнительные эксперименты и пилотные проекты — пользовательский опыт поможет сделать решение применимым.
Третье направление — ограниченные возможности устройств для работы с голограммами. Устройства вроде Microsoft Hololens находятся на острие возможностей технологического прогресса, но всё равно имеют ограничения производительности, размера, заряда батареи, угла обзора и другие. С этими проблемами приходится считаться разработчикам при удовлетворении потребностей бизнеса.
Последние достижения в области художественной голографии связаны с созданием оптоклонов — ультрареалистичных полноцветных голограмм. Воссоздаваемые ими изображения объектов практически неотличимы от самих оригиналов.
Эту технологию разработали на основе комплексных исследований, включающих в себя новые фоторегистрирующие среды, новые оптические компоновки лазерных RGB-систем и специальные светодиодные устройства с управляемым спектром.
Результатами таких научно-исследовательских работ стали: голографические фотопластины со стабильно высокими качественными показателями; мобильные голографические камеры, приспособленные для работы непосредственно в музейных помещениях; возможность индивидуальной настройки осветителей для каждого создаваемого оптоклона.
Для бизнеса — это возможность создания предельно точных объёмных аналоговых изображений практически любых артефактов, музейных сокровищ или уникальных экспонатов, которые по тем или иным причинам не могут широко экспонироваться. Это позволяет значительно расширить аудиторию зрителей, легко организовывать музейные филиалы или выездные экспозиции, максимально детально документировать образы исторически значимых объектов.
Если говорить о современной голографии в общем смысле, то помимо уже описанной художественной голографии, имеется ряд уникальных технических и научных приложений: синтезирование компьютерных голограмм на основе разнообразных источников информации — медицинской томографии, систем интровидения, геофизических (например, сейсмических) данных, CAD-CAM проектов архитектурных объектов или инженерных сетей, трёхмерного картографирования и тому подобное.
В отличие от компьютерных 3D-моделей, цифровые голограммы не подвержены воздействию электронных помех и полностью отвечают эргономическим требованиям когнитивной визуализации — представления сложных объектов, которое существенно облегчает их понимание.
В данном случае мы даже не говорим о самом массовом применении голограмм, как маркировка товаров или защитные элементы платёжных или иных документов. Существующие и создаваемые сейчас элементы голографической памяти наверняка станут одним из важнейших компонентов искусственного интеллекта.
Примеров можно привести множество — от голограмм мозга пациента (для лучшей его диагностики), многоракурсных голограмм проектируемых инноградов (для более наглядной презентации проектов) или актуальных голографических карт, создаваемых прямо в полевых условиях.
Но сегодня в центре внимания находятся голографические дисплеи. Движущиеся голографические образы уже демонстрируются наиболее продвинутыми ИТ-компаниями, например, южно-корейскими и американскими. На сегодня это достаточно уникальные, дорогие и массивные конструкции.
Для их повсеместного внедрения остаётся решить две технических проблемы: на порядок уменьшить размер экранного пикселя и существенно повысить мощность процессора для пересчёта исходной интерференционной картины в режиме реального времени.
По общему мнению, через 10-15 лет прозрачные круговые ЖК-дисплеи позволят нам в домашних условиях смотреть голографическое кино без специальных очков с любого ракурса в максимальном разрешении. И будет обидно, если эта грядущая революция в области систем визуализации состоится без участия нашей страны.
Сейчас постепенно внедряется цифровая голография, но в основном для решения специальных вопросов. Если говорить о классической голографии, появились голограммы, которые восстанавливаются при обычном свете. Такие голографические изображения можно рассматривать как обычную картинку, не используя каких-либо дополнительных инструментов.
Классическое голографическое изображение можно посмотреть только с использованием лазера, а голограмма Денисюка требует направленного источника света (им может быть солнце или прожектор). Такие новые голограммы сейчас выпускаются в Новосибирске.
Голография — это высококачественное, объёмное изображение. Поэтому, голографические устройства можно использовать для проведения каких-либо выставочных мероприятий. Кроме этого, производные от голографии методы используются в исследовательских работах для измерения деформаций металлических элементов.
Например, на выставке голограмм в Институте оптики и оптических технологий Сибирского государственного университета геосистем и технологий в Новосибирске мне запомнилось изображение человека, надувающего мыльный пузырь. При этом голова человека была изображена за стеклом, а мыльный пузырь — перед стеком.
В сфере бизнеса голограммы могут использоваться для изготовления сувенирной и рекламной продукции. Также с помощью голограмм сегодня изготавливают оптические элементы. Например, дифракционные решётки.