Bewegend 3D beeld is niet ver weg meer

Weer een techniek uit de sciencefiction waarbij het ‘fiction’ bijna kan worden weggelaten. Onderzoekers van de University of Arizona (VS) presenteerden 3 november in Nature een scherm waarmee je een verre neef zo als 3D-hologram in je kamer kunt zien staan.

door

Een inkoppertje, maar toch: het bekendste voorbeeld van een hologram is die van Princess Leia in de film Star Wars I: A New Hope (zie fragment hieronder). Een projectie waarbij het net lijkt of het object echt in de kamer staat.

Hoewel het nog niet helemaal zo ver is, hebben wetenschappers van de University of Arizona (VS) een grote stap in de goede richting gezet. Ze ontwikkelden een scherm dat niet alleen een 3D-hologram kan tonen, maar dat ook semi-realtime kan updaten. Dat is een belangrijke punt, want hierdoor is het mogelijk om iemand van de andere kant van de wereld inclusief zijn bewegingen in 3D in de kamer te zien.

Speciaal materiaal

Kijken -oftewel een object zien- is in feite niets anders dan (weerkaatst) licht dat vanaf een object op je oog valt, omzetten naar een plaatje. Het doel van holografie is om iemand op diezelfde manier een niet-bestaand driedimensionaal object te laten zien. Door licht op een speciale manier na te bootsen, lijkt het voor de kijker net alsof dat licht weerkaatst wordt door een werkelijk aanwezig object. En dus ‘ziet’ de toeschouwer dat object, terwijl het er eigenlijk niet is.

Statische hologrammen worden inmiddels al gebruikt. Dat zijn hologrammen die altijd hetzelfde beeld tonen. Dynamische hologrammen -hologrammen waarbij het beeld steeds verandert- daarentegen zijn nog zeldzaam. Ze zijn er al wel, maar vooralsnog hebben ze geen ‘geheugen’. Hierdoor kunnen ze het beeld niet opslaan en moet het dus extreem snel ververst worden om flikkeren te voorkomen. Een hologram vergt echter heel veel data en dus kan zo’n hoge updatesnelheid alleen behaald worden als het object klein en simpel is.

Statische hologrammen

Voor architecten is het een heel handige manier om een goed beeld van een nieuw gebouw te krijgen. Een andere toepassing is in het leger, zodat militairen van tevoren het landschap goed kunnen bekijken.

In 2008 presenteerde het team in Arizona echter een systeem dat wél een geheugen heeft. Ze gebruikten een scherm van zogenaamde photorefractive polymers. Een scherm gemaakt van dit materiaal kan licht op zo’n manieren reflecteren dat het voor een kijker net lijkt alsof het object voor het scherm staat.

Verbeterde versie

Telepresence

‘Tele-aanwezigheid’ is de letterlijk vertaling van telepresence. Het houdt in dat iemand eigenlijk op grote afstand staat, maar toch ‘lijfelijk aanwezig’ lijkt te zijn. “Holografische telepresence houdt in dat we een 3D-beeld op locatie A opnemen en dat dan op locatie B tonen: in realtime, waar ook ter wereld”, legt hoofdonderzoeker Nasser Payghambarian uit.

Hoewel het scherm in 2008 al heel bijzonder was, had het wel een aantal nadelen. Het beeld was monochroom (in grijswaarden, dus niet ‘in kleur’) en de ververssnelheid was laag: een update kostte 4 minuten. Vooral dat laatste is een probleem, want voor echte ‘telepresence’ moet het beeld een stuk sneller kunnen verversen.

En dat kan het scherm wat ze nu in Nature beschrijven. Het nieuwe systeem kan het beeld elke 2 seconden verversen. Nog niet genoeg voor échte realtime video (dan zou het 30 keer per seconde moeten), maar zeker een grote stap in de goede richting aangezien het meer dan 100 keer sneller is dan eerst.

Hieronder zie je een illustratie van het nieuwe systeem, de uitleg vind je eronder.

Illustratie_holografiesysteem
  1. De eerste stap is het opnemen van het beeld, bijvoorbeeld van je verre neef in Amerika. Met 16 camera’s wordt hij vanuit alle hoeken gefilmd en deze beelden worden opgeslagen op de computer.
  2. De computer stuurt de data via internet naar de computer van het holografiesysteem. De beeldinformatie wordt daar omgezet naar ‘hogels’. Dat zijn de beeldpunten van een hologram: pixels, maar dan met veel meer informatie, want in de hogels staat opgeslagen hoe het beeldpunt er vanuit meerdere gezichtspunten uitziet.
  3. Een laser schrijft de hogels op het speciale scherm. Ze worden hierin opgeslagen en door het speciale materiaal blijven ze daar een tijdje in staan.
  4. Een lichtbron achter het scherm zorgt er vervolgens voor dat de hogels zichtbaar worden voor degene die voor het scherm staat. Die kan nu het object -de verre neef uit Amerika- ervaren alsof deze in levende lijve voor hem staat.

Het resultaat kun je zien in het filmpje hieronder (wel Engels gesproken).

Plannen voor de toekomst

Het ziet er allemaal spannend uit, maar je kijkt dus nog steeds naar een plat scherm: het líjkt alleen 3D. Wat dat betreft is het nog steeds een beetje als kijken naar een 3D-film als Avatar. Ook daarbij staat het beeld gewoon op een plat scherm, maar zie je (door de bril) een 3D-wereld.

Toch zien de onderzoekers een grote toekomst. “Bij 3D-films als Avatar zie je maar 2 perspectieven, eentje voor het linkeroog en eentje voor het rechter. Bij ons systeem gebruiken we 16 kijkhoeken, en de technologie zou honderden perspectieven aankunnen. Dat benadert erg goed de manier waarop mensen hun omgeving waarnemen”, aldus Nasser Payghambarian, hoofdonderzoeker van het team.

Nasser_peyghambarian_-_gargaszphotos.com-university_of_arizona

Dit is Nasser Payghambarian. Op de achtergrond zie je het scherm met een 3D-hologram ervoor. Het echte 3D-effect is op de foto natuurlijk niet zo duidelijk; daarvoor zou je het met eigen ogen moeten zien. gargaszphotos.com-University of Arizona

Voor commercieel gebruik moet nog het één en ander gebeuren. Het scherm is te klein (maximaal 17 inch / 43 cm diagonaal) en de updatesnelheid is nog steeds te laag. Voor vloeiend, realtime bewegend beeld moet het scherm ten minste 30 keer per seconde opnieuw beschreven worden. De 2 seconden die nu nodig zijn, geldt alleen in zwart-wit: in kleur gaat het nog steeds langzamer.

“De benodigde verbeteringen in het materiaal aanbrengen, zal wat tijd kosten. Net als het verbeteren van de laser. Maar over ongeveer twee tot drie jaar zouden we dat voor elkaar moeten hebben”, vertelt Payghambarian. “Het onderzoek vertalen naar een echt product kost daarna ook weer drie tot vier jaar. Volgens mij is er echter geen natuurkundige reden om zo’n product niet te kunnen maken.”

Bronnen

  • Blanche et al., ‘Holographic three-dimensional telepresence using large-area photorefractive polymer’, Nature 468 (p.80–83), 04 November 2010, DOI: 10.1038/nature09521
  • Tay et al., ‘An Updatable Holographic Display for 3D Visualization’, Nature 451 (p.694-698), 7 February 2008, DOI: doi:10.1038/nature06596

Lees meer over holografie op Kennislink: