Các nhà nghiên cứu Tây Ban Nha vừa đưa ra một bằng chứng khái niệm ấn tượng: họ đã thiết kế ra hệ thống hiển thị ảnh ba chiều đầu tiên có thể chạm vào và điều khiển được.
Ảnh ba chiều là một tác phẩm kinh điển của khoa học viễn tưởng, thường được dùng làm phương tiện truyền thông hoặc hệ thống điều khiển. Nhưng hiện tại, những hình ảnh ba chiều trôi nổi này vẫn còn khá xa vời so với những gì chúng ta thấy trong các tác phẩm như Star Wars.
Để ghi lại, chúng tôi sử dụng sóng ánh sáng tham chiếu thứ hai, khi nó gặp sóng phát ra từ vật thể, sẽ tạo ra sự giao thoa. Sau đó, chúng có thể được sử dụng như một biểu diễn gián tiếp của đối tượng; Từ đó, bằng cách kết hợp một số tia laser theo một cách rất cụ thể sử dụng các mô hình toán học khác nhau, chúng ta có thể tái tạo mặt sóng ban đầu, để mắt chúng ta cảm nhận nó như một bản tái tạo của vật thể trong ba chiều.
Vấn đề là kỹ thuật này đòi hỏi phải chụp các mẫu giao thoa với độ phân giải cực cao, điều này khó đạt được trong thực tế. Do đó, hầu hết các ảnh ba chiều thực đều nhỏ và chỉ giới hạn trong các phòng thí nghiệm nghiên cứu có thiết bị quang học tiên tiến.
Và độ phức tạp của vấn đề tăng theo cấp số nhân khi tương tác với các ảnh ba chiều này. Để có thể điều khiển chúng, cần phải thiết kế một hệ thống quang học phức tạp hơn nữa. Nó cũng phải được hỗ trợ bởi một máy tính đủ mạnh để giải nhiều phương trình phức tạp theo thời gian thực, chẳng hạn như biến đổi Fourier nổi tiếng. Điều này giải thích tại sao các máy chiếu ảnh ba chiều thương mại hiếm như của Voxon hay Brightvox, mặc dù rất ấn tượng, nhưng lại chỉ giới hạn ở các ảnh ba chiều tương đối nhỏ, với độ phân giải khá thấp và không tương tác.
Để xây dựng hệ thống này, các nhà nghiên cứu đã tái chế khái niệm về bộ khuếch tán thể tích. Thuật ngữ này dùng để chỉ một hệ thống dựa vào tính lưu lại của võng mạc - hiện tượng mà hình ảnh mất khoảng 1/18 giây để biến mất sau khi được chiếu lên võng mạc. Sự bền bỉ này có thể được khai thác bằng cách chiếu một hình ảnh lên một bề mặt dao động rất nhanh. Điều này tạo ra nhiều "lớp" ánh sáng khác nhau mà não bộ sẽ diễn giải thành hình ảnh 3D hoàn chỉnh của vật thể.
Vấn đề là các bộ khuếch tán loại này thường cứng. Do đó không thể tương tác với hình ảnh; việc đưa ngón tay vào khoảng trống mà nó xuất hiện sẽ chặn bộ khuếch tán, ngăn không cho hình ảnh ba chiều hình thành. Do đó, nhóm nghiên cứu đã thiết kế một bộ khuếch tán cực mỏng và trên hết là có tính đàn hồi, bộ khuếch tán này sẽ biến dạng thay vì dừng lại hoặc vỡ khi gặp vật thể khác.
Khó khăn là phương pháp này làm thay đổi hoàn toàn cách chúng ta tiếp cận phép chiếu hình ảnh. Vì bề mặt bị biến dạng nên cần phải điều chỉnh phép chiếu này theo thời gian thực để nó luôn nhất quán với bề mặt của bộ khuếch tán. Đây là bước đòi hỏi nhiều công sức nhất từ các nhà nghiên cứu, những người phải mô hình hóa hành vi của bề mặt với độ chính xác cao để hiệu chỉnh hình ảnh cuối cùng. Nhưng những nỗ lực này đã được đền đáp: khi kết thúc quá trình, họ đã thu được bộ khuếch tán thể tích tương tác đầu tiên trên thế giới, cho phép xoay hình ảnh của vật thể bằng cách véo nó.
Ví dụ, các tác giả đề xuất sử dụng nó cho mục đích giáo dục. Một học viên cơ khí có thể sử dụng nó để hình dung việc lắp ráp động cơ, trong khi một sinh viên phẫu thuật có thể trực tiếp thao tác mô phỏng giải phẫu của bệnh nhân. Nhóm nghiên cứu cũng trích dẫn các bảo tàng, nơi loại thiết bị này có thể cung cấp cho du khách một cách mới để quan sát các đồ vật quá quý giá để trưng bày ngoài trời.
Trong khi chờ đợi các ảnh ba chiều tương tác và miễn phí thực sự xuất hiện, sẽ rất thú vị khi xem liệu công nghệ này có thể tìm được một vị trí nhỏ cho riêng mình trong một trong những lĩnh vực này hay không.
Văn bản của nghiên cứu bản in trước có sẵn tại đây.
Ảnh ba chiều là một tác phẩm kinh điển của khoa học viễn tưởng, thường được dùng làm phương tiện truyền thông hoặc hệ thống điều khiển. Nhưng hiện tại, những hình ảnh ba chiều trôi nổi này vẫn còn khá xa vời so với những gì chúng ta thấy trong các tác phẩm như Star Wars.
Một công nghệ phức tạp
Những gì chúng ta gọi là ánh sáng thực chất là một dạng sóng điện từ đặc biệt. Sóng này lan truyền theo những mô hình rất cụ thể, phụ thuộc đặc biệt vào hình dạng và kết cấu của vật thể mà nó phản xạ. Các mô hình này được biểu diễn trong cái gọi là mặt trận sóng, một bề mặt biểu diễn các điểm mà ánh sáng có cùng pha tại một thời điểm nhất định. Trên thực tế, việc tạo ra ảnh ba chiều tương đương với việc tái tạo mặt trước của sóng ánh sáng đã "chạm" vào một vật thể.Để ghi lại, chúng tôi sử dụng sóng ánh sáng tham chiếu thứ hai, khi nó gặp sóng phát ra từ vật thể, sẽ tạo ra sự giao thoa. Sau đó, chúng có thể được sử dụng như một biểu diễn gián tiếp của đối tượng; Từ đó, bằng cách kết hợp một số tia laser theo một cách rất cụ thể sử dụng các mô hình toán học khác nhau, chúng ta có thể tái tạo mặt sóng ban đầu, để mắt chúng ta cảm nhận nó như một bản tái tạo của vật thể trong ba chiều.
Vấn đề là kỹ thuật này đòi hỏi phải chụp các mẫu giao thoa với độ phân giải cực cao, điều này khó đạt được trong thực tế. Do đó, hầu hết các ảnh ba chiều thực đều nhỏ và chỉ giới hạn trong các phòng thí nghiệm nghiên cứu có thiết bị quang học tiên tiến.
Và độ phức tạp của vấn đề tăng theo cấp số nhân khi tương tác với các ảnh ba chiều này. Để có thể điều khiển chúng, cần phải thiết kế một hệ thống quang học phức tạp hơn nữa. Nó cũng phải được hỗ trợ bởi một máy tính đủ mạnh để giải nhiều phương trình phức tạp theo thời gian thực, chẳng hạn như biến đổi Fourier nổi tiếng. Điều này giải thích tại sao các máy chiếu ảnh ba chiều thương mại hiếm như của Voxon hay Brightvox, mặc dù rất ấn tượng, nhưng lại chỉ giới hạn ở các ảnh ba chiều tương đối nhỏ, với độ phân giải khá thấp và không tương tác.
Các ảnh ba chiều tương tác đầu tiên
Đây chính là lúc các tác giả của nghiên cứu mới này vào cuộc. Họ đã thiết kế một hệ thống giả ảnh ba chiều không cho phép hình ảnh xuất hiện ở giữa không gian trống, nhưng vẫn cung cấp khả năng thao tác hình ảnh đó theo thời gian thực.Để xây dựng hệ thống này, các nhà nghiên cứu đã tái chế khái niệm về bộ khuếch tán thể tích. Thuật ngữ này dùng để chỉ một hệ thống dựa vào tính lưu lại của võng mạc - hiện tượng mà hình ảnh mất khoảng 1/18 giây để biến mất sau khi được chiếu lên võng mạc. Sự bền bỉ này có thể được khai thác bằng cách chiếu một hình ảnh lên một bề mặt dao động rất nhanh. Điều này tạo ra nhiều "lớp" ánh sáng khác nhau mà não bộ sẽ diễn giải thành hình ảnh 3D hoàn chỉnh của vật thể.
Vấn đề là các bộ khuếch tán loại này thường cứng. Do đó không thể tương tác với hình ảnh; việc đưa ngón tay vào khoảng trống mà nó xuất hiện sẽ chặn bộ khuếch tán, ngăn không cho hình ảnh ba chiều hình thành. Do đó, nhóm nghiên cứu đã thiết kế một bộ khuếch tán cực mỏng và trên hết là có tính đàn hồi, bộ khuếch tán này sẽ biến dạng thay vì dừng lại hoặc vỡ khi gặp vật thể khác.
Khó khăn là phương pháp này làm thay đổi hoàn toàn cách chúng ta tiếp cận phép chiếu hình ảnh. Vì bề mặt bị biến dạng nên cần phải điều chỉnh phép chiếu này theo thời gian thực để nó luôn nhất quán với bề mặt của bộ khuếch tán. Đây là bước đòi hỏi nhiều công sức nhất từ các nhà nghiên cứu, những người phải mô hình hóa hành vi của bề mặt với độ chính xác cao để hiệu chỉnh hình ảnh cuối cùng. Nhưng những nỗ lực này đã được đền đáp: khi kết thúc quá trình, họ đã thu được bộ khuếch tán thể tích tương tác đầu tiên trên thế giới, cho phép xoay hình ảnh của vật thể bằng cách véo nó.
Ứng dụng bê tông thực tế
Phải thừa nhận rằng hệ thống này vẫn còn khá thô sơ - phải thừa nhận rằng kết quả thu được khá khác xa so với những gì thường được mô tả là ảnh ba chiều. Nhưng dù sao thì đây cũng là bước đầu tiên rất thú vị, một khi được cải tiến, vẫn có thể mang lại lợi ích cụ thể - ngay cả ở dạng hiện tại.Ví dụ, các tác giả đề xuất sử dụng nó cho mục đích giáo dục. Một học viên cơ khí có thể sử dụng nó để hình dung việc lắp ráp động cơ, trong khi một sinh viên phẫu thuật có thể trực tiếp thao tác mô phỏng giải phẫu của bệnh nhân. Nhóm nghiên cứu cũng trích dẫn các bảo tàng, nơi loại thiết bị này có thể cung cấp cho du khách một cách mới để quan sát các đồ vật quá quý giá để trưng bày ngoài trời.
Trong khi chờ đợi các ảnh ba chiều tương tác và miễn phí thực sự xuất hiện, sẽ rất thú vị khi xem liệu công nghệ này có thể tìm được một vị trí nhỏ cho riêng mình trong một trong những lĩnh vực này hay không.
Văn bản của nghiên cứu bản in trước có sẵn tại đây.
