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光场实验室,将虚拟照进现实

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引言:长期以来,全息视频的梦想一直是科幻小说的主要内容——《星球大战》中R2-D2显示的莱娅公主形象、《星际迷航:下一代》中的全息甲板,以及《回到未来II》是其中三个典型例子。现在,这种近乎幻想的显示效果将走进现实,而且其显示原理一点也不会违反物理定律。实现这一全息视屏显示的公司叫做光场实验室(Light Field Lab),它是一家来自美国硅谷的初创公司,开发了世界上第一种真正的全息数字显示技术。

Light Field Lab

Light Field Lab公司位于美国加利福尼亚州圣何塞市,目前已经获得众多知名风险投资公司和战略企业合作伙伴的支持。公司为一举打破一直沉溺于平面显示的世界已经开展了近两年的工作,使真正的全息显示成为现实。

Light Field Lab联合创始人之前曾在Lytro公司合作设计出世界上第一个专业光场捕获系统。而Light Field Lab则以创始人的集体专业知识为基础,推进光场内容的显示、交付和互动。

有几种方式可以使观众相信他们正在看“3D画面”,最广泛的传播方式是立体投影。这里的内容实际上是任何图像的两个副本,左眼和右眼各一个。但是你需要戴眼镜来控制每只眼睛看到的东西,重要的是,无论在哪个位置,你都会在立体投影中看到相同的图像。

比如屏幕上有一辆汽车,不管它有多么逼真,但是不管你怎么移动位置,你所看到的画面没有区别,永远看不到汽车的另一面。从某种程度来说,这种呈现方式被称为“伪3D”。

而Light Field Lab所能达到的真实的全息图投影是在3D空间中物体的精确视觉表现。那些安装在旋转风扇叶片上的LED、裸眼3D、甚至AR或VR耳机都令人印象深刻,但达不到全息投影这个定义,真正的全息投影更像是一种身临其境的视听体验。

那么,Light Field Lab是如何创建没有头戴式装备就能裸眼看到的真实全息图?

Light Field Lab的图像显示不会追踪用户的视角,显示器也不会识别用户,用户在屏幕显示器前的任何位置都能看到准确且有内容的画面,因此他们不需要佩戴特殊的眼镜。

▲具有位置跟踪功能的VR头戴式耳机

▲裸眼可见的全息图

Light Field Lab的技术是通过生成大量的视角来重新创建光学、物理学中所谓的屏幕外投影物体的“真实图像”。


这些视角可以像现实世界的光场一样正确地改变视角和位置,通过直接发射,模块化和平板显示器表面与复杂系列波导耦合来实现。通过这种实施方式,当观察者在任何方向上移动时看到周围的物体,能保持运动视差,呈现正确反射和折射,并且眼睛能自由地聚焦在空中形成的物品上,能看到真正的3D图像。

Light Field Lab采用较小的全息图像组件并将其组装成非常大的图像。该公司就展示了其生产的两英寸透视全息图像作为其基本核心构建模块,模块尺寸约为2英寸x2英寸,显示分辨率大概为16K*10K像素。体验过程中,显示器没有头部跟踪,没有眩晕,也没有延迟。

▲最初的原▲足够的Light Field Lab模块可以堆叠成整个全息墙或房间
显示屏幕获取大量数据,其中包含的图像数量超过了用户在一瞬间所能看到的数据。从概念上讲,屏幕是一系列的玻璃球。
球的表面瞄准你的眼睛,对于不同的视角,屏幕会提供了一个对于该角度来说正确的像素。成千上万的“球”每个只显示正确角度的正确颜色和内容,每只眼睛都会看到不同的图像,每个站在一起的人都会看到不同的图像。屏幕也始终生成所有相关角度准确的内容或像素颜色。

去年10月7日,Light Field Lab公司宣布推出SolidLight™,这是有史以来业界设计的最高分辨率全息显示平台。Light Field Lab的全息显示技术结合了前所未有的尺寸、分辨率和像素密度,以便在物理空间中精确投射移动、折射和反射的 SolidLight™对象。原理上,这种直接发光且模块化的SolidLight全息设备,其表面会聚集来自数十亿像素分辨率的密集波前(Wavefront)。SolidLight™不受设备本身限制,可以让观众在物理世界中体验脱离屏幕且与现实无法区分的数字对象。

LightField Lab全息方案广告图

据Light Field Lab官网显示,SolidLight™是一种交钥匙型全息显示解决方案(Turnkey Solution),借助其专有的WaveTracer™硬件和软件,它还支持实时交互性。另外结合多个自发光无边框SolidLight表面显示器,它能够通过形成模块化全息视频墙来为用户提供真正的全息体验。这些 SolidLight™表面显示器可根据实际需求进行扩展,以适应下一代各种不同的娱乐、广告和商业应用,同时还会考虑到未来消费市场的大规模生产。”


众所周知,目前平板显示器制造商在扩展显示尺寸、分辨率和像素密度方面渐渐达到了上限。现在,Light Field Lab公司提出的技术组合方案,其表现远远超过现有的显示解决方案,这将为未来真正的全息体验提供动力。据介绍,每个28英寸的SolidLight™表面显示器可以为最终生成的全息对象体积贡献25亿像素。另外,这种模块化的SolidLight™表面显示器可以扩展以形成更大尺寸的显示器,这样更是可以借助数千亿像素设计来适应各种不同应用体验。


虽然每个面板都能够独立工作,但它们也可以组合在一起,创建任何尺寸的 3D 全息显示屏。从营销公司到娱乐场所,每个人都可以制作出巨大的视频墙,上面有逼真的 3D 全息图,这些全息图与现实生活几乎无异。

以下是从 SolidLight 平台(由 Light Field Lab 提供)的参数信息:

  • SolidLight 表面面板- 没有遮挡的 28 英寸屏幕,可无缝与其他屏幕进行拼接,具有无限的拓展性和定制型,并且自身可生成25亿像素的全息物体体积,有效密度为每平方米 100 亿像素。

  • 固体光继电器 - 允许生成的全息物体体积定位在物理环境中的附加功能,包括真实世界的透明度/遮挡控制。

  • 固体光波跟踪器™ -专有的实时和离线渲染软件和插件,用于内容开发。内容可以与任何 3D 场景实时创建和离线渲染。

  • 计算硬件-包括服务器、GPU、同步和网络,以无缝管理固光表面显示器。

  • 支持与维护-可提供快速的现场响应服务与支持。

光场实验室首席执行官 Jon Karafin 在官方发布会上说:“SolidLightis不同于你以前看到过的任何现象。因为只有在你伸手触摸固体光对象后,你才意识到它实际上并不存在。SolidLight 重新定义了更真实的虚拟视觉,重塑了视觉沟通、观众参与度和客户体验。“

它将完全改变现有的娱乐概念,这种身临其境的体验将不同于电影,而不同于立体投影,会带来完全沉浸式体验。如此充分的沉浸将超越VR,成为一个协作,沉浸式的共享体验,并以此来展示一些前所未有的变革。

除了大型的娱乐体验,还能提供体验类型的设备,适用于所有消费者家庭,例如全息电视机、游戏机等产品。在未来第二代或第三代技术中,Light Field Lab还希望引入触摸,感受和与全息图交互的功能。

也许真实世界和合成世界之间的融合将发生在不久的未来,拭目以待吧!


素材来源:

http://vr.sina.com.cn/news/hot/2021-10-11/doc-iktzscyx9016933.shtml
https://www.163.com/dy/article/EN4GNIK305168DTE.html
https://www.sohu.com/a/494868433_159067
https://zhuanlan.zhihu.com/p/50110692

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