Ugrás a tartalomhoz

3D megjelenítési technikák

Dr. Fekete Róbert Tamás, Dr. Tamás Péter, Dr. Antal Ákos, Décsei-Paróczi Annamária (2014)

BME-MOGI

16. fejezet - Háromdimenziós tartalmak további létrehozásának lehetőségei

16. fejezet - Háromdimenziós tartalmak további létrehozásának lehetőségei

Mélységérzetet keltő képtartalom sokféleképpen készíthető. Például két kamerával (az emberi szemtávolsággal egyező távolságban (63,5 mm) elhelyezve egymástól), annak érdekében, hogy két perspektívából rögzítse az eseményeket. Egy sztereoszkópikus kamerával, amelyet már megtalálhatunk a nagyobb gyártók kínálatában is. Térhatású képtartalom számítógépes animációval is megvalósítható . Végül a valós rögzítésből származó másodlagos kép beillesztésével vagy generálásával. Ez elvégezhető mind a kijelzőben, mind pedig a stúdióban lévő nagyteljesítményű számítógéppel. Ez utóbbi esetben természetesen jobb eredményre lehet számítani.

A háromdimenziós tartalom televíziós tárolására és közvetítésére is számos módszer létezik. Egyik ilyen módszer az előzetes színezés, például piros-zöld, piros-ciánkék vagy ColorCode színezéssel. Két csatorna használatával, külön adatcsatornaként, mindkettő teljes sávszélességgel. Egy képként vetítve, de nem egyesítve, például két torzított kép egymás mellett, vagy sakktáblához hasonló mintázattal, vagy váltott sorosan kivetíteni. Kiegészítő adatfolyam alkalmazásával, amely lényegében csak a második és az első kép közti különbségeket tartalmazza. Tárolás és átvitel, mint 2D-s kép mélységinformációval, amely a térbeli elhelyezkedését tartalmazza az objektumoknak 2 dimenziós képátvitele mélységinformációval.

A háromdimenziós technikák és a holográfia

A holográfia, mint háromdimenziós képrögzítési és rekonstruálási eljárás alkalmazása során, a hologramlemez segítségével a szemlélő egy ablakon keresztül látja a rögzített és rekonstruált tárgyat, a felvételi körülmények által meghatározott térrész határai között. A rögzítésen, vagy a hologram készítésén a holografikus lemez, mint rögzítőeszköz megvilágítását és exponálását értjük. A rekonstrukció pedig egy hullámfront átbocsátását jelenti a hologramlemezen. Ha a hagyományos hologram készítését egy fotofizikai folyamatnak fogjuk fel, akkor az exponálás és a rekonstrukció között egy fotokémia folyamat során, stabil formában állítjuk elő a hologramot.

A holográfia kifejezés görög eredetű, jelentése: teljes írás. Lényegében a holográfia egy kétlépcsős eljárás, amely során egy tárgyat koherens fénnyel megvilágítunk, hogy az interferenciajelenséget hozzon létre egy érzékelő közegen, ami lehet ezüsthalogén emulzió vagy más fotofizikai érzékelő, de legújabban elektronikus detektort is használhatunk. A létrejövő interferenciaképet hullámfronttal rekonstruálva újra létrehozzuk az eredeti tárgyról érkező hullámfrontot, azaz a háromdimenziós képét. A folyamat végén látható jelenség az eredetivel megegyezőnek tűnik, így a görög eredetű megnevezésnek megfelelően annak teljes háromdimenziós képe jön létre.

A holográfia megszületését Gábor Dénesnek köszönhetjük, aki 1947 és 1948 között végzett kísérleteket ezen a téren. Megállapításaival egy teljesen új tudományágat alapozott meg, és meghatározó úttörő munkát végzett. A problémát az elektronmikroszkópokhoz kapcsolódó kutatásai vetették fel, ugyanis az alkalmazott leképző elemek korlátozták a felbontóképességet, a diffrakciót. A diffrakció adta korlátok nem voltak áthághatók, a kép minősége nem volt megfelelő, új ötletre volt szükség az objektumról beszerezhető információk tárolásának vonatkozásában. A megoldás a problémára, hogy az érzékelő felületen, a fény intenzitása mellett, a fázis is rögzítésre került, mégpedig egy a tárgyról visszaverődő, valamint egy egyszerű sík- vagy gömbhullám – ami referenciahullámnak, vagy viszonyításnak tekinthető – szuperpozíciójaként. Az így elkészült képet átvilágítva a referenciahullámmal, a tárgy háromdimenziós képét lehetett megfigyelni, amely tartalmazta a tárgyról készült információt, természetesen az aberrációk kíséretében.

Tudománytörténeti tény, hogy a holográfia alapelveit először Gábor Dénes ismertette (Imperial College of Science and Technology, University of London). A találmány tulajdonképpen az elektronmikroszkóppal kapott képek felbontásának javítására szolgáló módszer volt. Az alapelveket, az elméleti megfontolásokat, a rekonstrukcióról szóló elképzeléseit Gábor Dénes 1948-ban publikálta. Ötletével akkor, elsősorban technikai korlátok miatt, nem igazán foglalkoztak, és a lézer 1960-as megjelenéséig elgondolásai csak korlátozott lehetőségek közötti laboratóriumi kísérleteknek számítottak. A szakmai elismerés azonban nem késett, hiszen 1971-ben módszeréért (holográfia) fizikai Nobel-díjat kapott.

Az így elkészült háromdimenziós rekonstruált hullámfront már kísérletileg használható volt, de szerény minőséggel. Ezen probléma megoldására 1962-ben került sor, amikor Emmeth Leith és Juris Upatnieks először alkalmazott lézert a holografikus kísérletekhez, amelynek intenzitása valamint koherenciája sokszorosa volt a Gábor Dénes által korábban alkalmazott higanyívfényű fényforrásnak. A lézeres fényforrásokkal már jó minőségű hologramok is előállíthatóvá valamint rekonstruálhatóvá váltak. A tárgyhullám fázisának mérése és kiértékelése akkor még nem volt közvetlenül lehetséges. A következő lépést, a technológia és a számítógépek jelentették a digitális holográfia irányába:

  • a számítógépek kapacitásának fejlődése lökést adott a technológia elterjedésének,

  • a fotográfiában használt film helyett digitális képrögzítő eszközökre (elsősorban CCD detektor) történő rögzítés – ugyan erős megkötésekkel –, de megvalósítható,

  • az elektronikus úton történő rögzítés segítségével a hullám intenzitása és fázisa egyaránt reprodukálható és mérhető,

  • a hatás tárolható, módosítható vagy felhasználható lett egy későbbi szimuláció során,

  • az így nyert hologramok általi mérés akár később, akár valós időben is megjeleníthető és módosítható.

Az ehhez szükséges programok egy része ingyenesen beszerezhető, kutatási célokra szabadon használható.

Bár a holográfia széles irodalommal rendelkezik a módszerek és felhasznált eszközök terén, de részben a digitális feldolgozás elterjedésének köszönhetően, újabb és újabb alkalmazási területek jelennek meg. A skála igen széles, a holográfia a méréstechnikai alkalmazásokon túlmenően, különböző tudományos és művészeti területeken is megjelenik. A méréstechnikában legelterjedtebb alkalmazási mód az úgynevezett kétexpozíciós hologram, amikor egy tárgyról két egymás utáni felvétel készül, az egyik nyugalmi, a másik pedig deformált (például mechanikai feszültség hatására bekövetkező alakváltozás utáni) állapotban. Feldolgozva a két állapot közötti különbségeket, a felületen megjelenő interferenciacsíkokból egyértelműen meghatározható és számítható a változást okozó hatás.

Az időátlagoló holografikus interferometriával egy tárgy rezgési állapotának kvalitatív mérése valósítható meg, például mérhető lesz az amplitúdója. A dombornyomott hologramokat a biztonságtechnikai és csomagolástechnikai eszközöknél használják az egyedi és hamisíthatatlan azonosítás céljából.

A számítástechnikában, a számítógépes adattárolásban és az informatikában egyre nagyobb teret hódít a holografikus adattárolás. A jelenleg alkalmazott térbeli megjelenítés érzetét keltő televíziós megjelenítők kiváltására, a jobb hatás elérése érdekében intenzíven fejlesztik – a valós térbeli hatást nyújtó – holografikus megjelenítőket.

A holográfia lehetővé teszi, hogy kétdimenziós hordozófelületen térbeli hatású műalkotást rögzítsünk. A művészetben alapvetően két területen alkalmaznak hologramokat. Egyrészt lehetővé teszik a nem mozgatható műtárgyak távoli helyeken, szállítás nélküli tanulmányozását. Másrészt a nonfigurális hologramok elsősorban emocionális hatásuk által fejtik ki hatásukat. A fenti összefoglalóból is jól érzékelhető, hogy a felhasználás nagyon széles skálán mozog, ami egyre bővül, és egyre nagyobb teret hódít.

Rendkívül fontos terület - a fentieken túl - a holografikus adattárolás, melynek célja, hogy úgynevezett holografikus memóriákat alkalmazzon digitális információk tárolására, hologramok formájában. Az információ tárolása a hagyományos rendszerekben vonal mentén, vagyis egy dimenzióban valósul meg. A megfelelő technológia alkalmazásával ezt a struktúrát helyezik el a tároló eszköz felületén. A holografikus adattárolás során az információ tárolása általában két vagy három dimenzióban történik, bizonyos formátumú kép vagy alakzat formájában. Előnye a nagy adatsűrűség, ugyanis itt a térfogatban is tárolódhat adat. A tárolt információ egységes formájában, egyszerre olvasható ki, ez szintén növeli az olvasási sebességet. Külön előny, hogy a hologram redundánsan tárolja az információt, így rendkívül nagy az adatbiztonság, nem érzékeny a sérülésekre.

Irodalmak

[16.1.] Dr. Lois, László, Daróczy, Bálint, Lustyik, Tamás, Agócs, Tibor, és Balogh, Tibor. Többnézetű videó megjelenítés és kódolás. Híradástechnika. LX. Évfolyam. 2005/9.

[16.2.] Benton, S. A.. Practical Holography. XII. SPIE. 1998.

[16.3.] Bjelkhagen, H. I. és Caulfield, H. J.. Selected Papers on Fundamental Techniques in Holography. Milestone Series MS171. SPIE. 2001.

[16.4.] Caulfield, H. J., Leith, E. N., és Denisiuk, I. N.. The Art and Science of Holography. Press Monograph SPIE. Vol. PM124.. 2004.

[16.5.] Hariharan, P.. Basics of Interferometry. Academic Press. 2006.

[16.6.] Hariharan, SZO. Optical Interferometry. Academic Press. 2003.

[16.7.] Hariharan, V. Basics of Holography. Cambridge University Press. 2002.

[16.8.] Hariharan, H. Optical Holography. Cambridge University Press. 1996.

[16.9.] Johnston, S. F.. Holographic Visions: A history of New Science. Science and Computing Series. Oxford University Press. 2006.

[16.10.] Kasper, J. E. és Feller, S. A.. The Complete Book of Holograms: How They Work and How to Make Them. John Wiley & Sons. 1987.

[16.11.] Saxby, G.. Practical Holography. Taylor & Francis. 2003.

[16.12.] Hariharan, P.. Selected Papers on Interferometry. Milestone Series MS28. SPIE. 1991.

[16.13.] Nussbaum, A. és Phillips, R.A.. Modern optika mérnököknek és kutatóknak. Műszaki Könyvkiadó. Budapest . 1982.

[16.14.] Jenkins F., Optika. Panem. Budapest. 1997.

[16.15.] Dr. Sevcsik, Fényképészet és Hefelle. MK. Budapest. 1980.

[16.16.] Antal, Ákos. Sztereomegjelenítés. Természet Világa. 141. évfolyam, 4. szám. 2010.

[16.17.] Imre, Gábor és Lőrincz, Béla. 3D – álom vagy valóság. HTE. 2009.

[16.18.] Guenther, R.. Modern Optics. J. Wiley & Sons Inc.. 1990.

[16.19.] Lang, János. Fizika Laboratóriumi Gyakorlatok. Tankönyvkiadó. Budapest . 1976.