Голографические смартфоны

Когда в смартфонах появится голографическая Анна Семенович или хотя бы принцесса Лея. Изучаем перспективные технологии.

Каждый любитель фантастики смотрел фильмы о будущем, в которых некий оператор водит руками в воздухе, передвигая голографические объекты для выполнения утилитарной функции. В настоящем когнитивном 3D-пространстве, в космосе, навигационные карты должны быть 3D, иметь глубину и быть связанными с реальным объемом пространства, не меняя его истинное положение относительно наблюдателя при демонстрации.

В любом случае, даже если у нас еще нет звездолетов, голографическое изображение имеет значительные перспективы как для производителей, так и для рядовых пользователей. Первые смогут повышать продажи при помощи голографической рекламы, а вторые – получать передовой развлекательный контент. В том случае, если технологию удастся реализовать в конечном потребительском устройстве – смартфоне. Для этого необходимы две вещи – некий рабочий объем для развертывания самой голограммы и система датчиков, которая позволяла бы управлять иллюзорными объектами с помощью рук. И если система управления (аппаратный и программный интерфейс) давно готова, то технология трансляции голограммы топчется на месте уже не первую сотню лет. Но обо всем по порядку.

Система управления

Реакция ПО на вождение в воздухе руками принципиально не требует никаких научных прорывов и давно уже отработана на концептах и потребительских устройствах. Подходы бывают самые разные, начиная от применения микроскопических радаров и ИК-датчиков и заканчивая программным обеспечением для камеры, которая отслеживает движение. Наиболее успешным решением вопроса дистанционного управления, как мне кажется, является применение ИК-сенсора в Sony Xperia Touch. Вы можете освежить память о нем, если прочитаете обзор от Сергея Кузьмина или просто посмотрите это видео.

Представленный в далеком 2017 году, этот проектор на Android OS был верхом технологий и внутренне мало чем отличался от передовых на то время смартфонов. Несмотря на несомненный успех, второе поколение подобных устройств так и не вышло, возможно, из-за высокой цены (конечная цена в России крутилась вокруг 80 000 рублей) и низкого по сравнению с умными телевизорами качества изображения. Тем не менее, система управления иллюзорным интерфейсом работала прекрасно и не вызвала нареканий ни у кого.

«Полуголограмма», или 2D+

Промежуточным звеном между 2D и настоящим 3D-изображением можно считать технологии, аналогичные примененным в LG Optimus 3D. Почитайте обзор или посмотрите видео, чтобы освежить память.

Наверняка большинство из нас помнят бабушкины «стереооткрытки» из времен СССР, между ними и экраном LG Optimus 3D нет принципиальной разницы.

Экран смартфона, как и «стереооткрытка», содержит в себе линии преломления света (треугольная призма, если смотреть сбоку) и выдает разное изображение для левого и правого глаза, создавая объем и глубину. Как вы понимаете, человек с травмой одного из глаз никакой глубины не увидит, да и обойти такое изображение, чтобы посмотреть на «вид сзади», не получится.
И все-таки это привносило хоть что-то новое в отрасль, возбуждало интерес. Как и в случае с Sony Xperia Touch технология в конце концов заглохла, и теперь смартфоны с 2,5D-экранами не производят.

Эффект голограммы при сквозном проецировании

Правильно поставленный свет, проектор позади частично пропускающего свет экрана – и вот уже в полной темноте появляется «голограмма». Благодаря прекрасной компьютерной графике и тому, что объект как бы сам излучает свет, и создается эффект глубины.

На подобном эффекте давно построены и успешно зарабатывают деньги виртуальные артисты. Самый яркий пример – это японская поп-дива Мику Хацунэ вместе со своими друзьями.

Электромеханическая голограмма

Самой неэффективной системой демонстрации голограммы, как мне кажется, является использование мультипликационного эффекта. Мы не замечаем разрывов между кадрами, когда смотрим мультики, а виной тому адаптивность нашего мозга. Если у кого-то есть много денег и ему хочется «понтануться» перед общественностью, или он рассчитывает подзаработать за счет технически неграмотных миллионеров, которые тоже хотят «понтануться», то нет ничего проще, чем сделать почти настоящую голограмму, которую можно будет рассмотреть почти со всех сторон. С очень низким разрешением и постоянным жужжанием встроенного двигателя, крутящего штангу с лампочками, включающимися на краткий миг в определенном месте и в определенное время.

Крайне низкое разрешение голограммы вызвано тем, что условный голографический пиксель формируется с помощью светодиода и его физической способности мгновенно включаться и гаснуть. И там и там нет особого прогресса, и сам прибор, построенный на древнем принципе, — это скорее игрушка, неприменимая в смартфонах.

Голограмма в пыльной камере

Чтобы зажечь светящуюся точку в произвольном месте пространства, необходимо, чтобы направленный луч света от чего-нибудь отразился в этом самом месте. И тогда он превратится в голографический пиксель. Увы, поток фотонов пролетит между молекулами воздуха в нужном нам месте, как коронавирус сквозь дешевую защитную маску, рассеиваясь согласно законам оптики. А вот если в закрытую камеру поместить взвесь более крупных объектов, обладающих высокой отражающей способностью, то получится относительно реалистичная голограмма.

Старые пылевые камеры для получения голограммы использовали крупные зерна отражающей «пыли», что приводило к низкому разрешению, вынуждало оснащать камеру устройством для поддержания взвеси в воздухе, а также было необходимо само наличие камеры, чтобы избежать вылета частиц из рабочего пространства. Однако Дэниэлю Смолли из университета Бригама Янга (штат Юта, США) удалось сфокусировать лазеры на обычной комнатной пыли, которой более чем достаточно в большинстве помещений. На данный момент технология далека от реализации в потребительском секторе, но с плотностью изображения 1600 dpi (1600 точек на кубический дюйм в контексте голограммы) уже можно рисовать отдельные волоски в бороде гнома или удаленно проводить хирургические операции.

И эта технология наиболее близка к тому, что можно назвать настоящей голограммой.

Голограмма в склейке прозрачных экранов

Первые прозрачные экраны для телефонов появились давно, и было несколько попыток выпустить такие устройства в продажу. Более подробно об этом можно почитать здесь. На этом фоне нечего удивляться тому, что в чью-то светлую голову пришла мысль склеить несколько таких экранов в один массив для формирования объемного изображения путем отрисовки разных его частей на разных экранах. Идея оказалась настолько простой в реализации, что изготовить прототип смогла небольшая команда энтузиастов.

К сожалению, физическая толщина матрицы отдельно взятого OLED-дисплея не позволила добиться большой глубины изображения, но если когда-нибудь удастся изготовить прозрачный экран толщиной в сотые доли миллиметра, мы получим настоящую голограмму, ограниченную только размерами самого экрана. И она будет видна со всех сторон. И эта технология является реальным кандидатом для появления голографического смартфона.

Заключение

Мы все смотрим фантастические фильмы и завидуем продвинутым технологиям людей будущего. И мало кто задумывается о том, что все наши идеи мы черпаем из собственной природы. Обладая глубиной зрения и алгоритмами расчета расстояния до объекта, человек хочет перенести это ощущение погружения в устройство, в которое пялится несколько часов каждый день (согласно отчету Statista.com за 2017 год, не менее 46% пользователей смотрят в смартфон более 5 часов в день). Технологии голографии дороги в разработке, требуют значительных трудовых ресурсов и пока не могут выйти на рынок в качестве, сравнимом с привычными экранами по плотности изображения и точности передачи цвета. Но когда это произойдет, количество смартфоно-часов может вырасти до абсолютно ненормальных цифр. А как это примерно будет выглядеть, можно узнать уже сейчас, если установить приложение Hologram Pyramid Videos (и ему подобные) и скотчем склеить из прозрачного корпуса для DVD-диска (который вообще уже никому не нужен) или папки для документов (как на видео ниже) четырехгранную пирамиду. Примерно так: