სიახლეები
ვირტუალური რეალობა (VR) კომპიუტერულად სიმულირებული გარემოა, რომლითაც ასევე სიმულირებულ ფიზიკურ რეალობაში ვმოგზაურობთ. მაგრამ ის საზიანოა ჩვენი თვალებისთვის, რადგან ბრტყელ ეკრანზე გვიქმნის სამგანზომილებიანი სივრცის ილუზიას. უკეთესი 3D ვიზუალიზაციისთვის გამოიყენება დაახლოებით 60 წლის წინ შემუშავებული ფოტოგრაფირების პრინციპულად ახალი მეთოდი - ჰოლოგრაფია (ბერძნ. - სრული ჩანაწერი).
ჰოლოგრამების კომპიუტერულად გენერირებისთვის, საჭირო იყო საკმაოდ ხანგრძლივი და რთული სიმულაციები სუპერკომპიუტერების გამოყენებით. ჟურნალ Nature-ს 2021 წლის მარტის ნომერში დაიბეჭდა მასაჩუსეტსის ტექნოლოგიური ინსტიტუტის (MIT) მკვლევარების სტატია რომელიც ეძღვნება 3D ჰოლოგრამების შექმნის ალტერნატიულ მიდგომას.
“ხალხს ეჭვი ეპარებოდა 3D ჰოლოგრამების შექმნის შესაძლებლობაში. მათი აზრით, ეს მინიმუმ ათი წელი ვერ მიიღწეოდა.” ამბობს MIT-ის ელექტრული ინჟინერიისა და კომპიუტერული მეცნიერების დოქტორანტი Liang Shi. მისი აზრით, „ტენზორული ჰოლოგრაფიით“ ამ მიზნის მიღწევა ბევრად ადრე და ბევრად მარტივად მოხდება. მეტიც, შესაძლებელი გახდება ჰოლოგრაფიის დანერგვა ისეთ სფეროებში, როგორებიცაა VR და 3D ბეჭდვა.
ფოტოგრაფირებისგან განსხვავებით, ჰოლოგრამის შექმნისას ვაფიქსირებთ საგნიდან არეკლილი ტალღის ამპლიტუდასაც და ფაზასაც სივრცული გამოსახულების (პარალაქსი, სიღრმე) მისაღებად. მაგალითად, კლოდ მონეს ნამუშევრის „შროშანების“ ფოტოსურათი ხაზს უსვამს გამოყენებულ ფერთა პალიტრას, ხოლო ჰოლოგრამას შეუძლია ფუნჯის თითოეული მოსმის 3D წარმოდგენა, ანუ ნახატის „გაცოცხლება“.
თავდაპირველად ჰოლოგრამებს იწერდნენ ოპტიკურად. საჭირო იყოს ლაზერის სხივი, რომლის ნახევარი საგანს გაანათებდა და მეორე ნახევარი კი გამოყენებული იქნებოდა სინათლის ტალღის ფაზის ასათვლელად. ამ უკანასკნელის წყალობით ჩნდება ჰოლოგრამების სიღრმე. ამ მეთოდით მიღებული სურათები იყო სტატიკური, მოძრაობას ვერ აფიქსირებდა და იმავდროულად რთული იყო მათი გამრავლება/გაზიარება.
კომპიუტერულად გენერირებული ჰოლოგრაფია (CGH) გვერდს უვლის ამ სიძნელეებს ოპტიკური მონაცემების სიმულირებით. მაგრამ ჰოლოგრაფიის მიღების პროცესში შესაძლოა გამოთვლებში გავიხლართოთ. Shi-ს თქმით, „რადგან აღსაქმელ თითოეულ წერტილს საკუთარი, განსხვავებული სიღრმე აქვს, მათზე ერთი და იმავე ოპერაციებით ვერ ვიმოქმედებთ. ეს გარჩევადობას ძალიან ართულებს.” სუპერკომპიუტერების ჯგუფს ამ სიმულაციების განხორციელება და შესაბამისად ერთი ჰოლოგრაფიული სურათის შექმნა საშუალოდ რამდენიმე წუთის განმავლობაში შეუძლია. ამას ემატება ისიც, რომ არსებული ალგორითმებით ვერ ხერხდება ფოტორეალისტური სიზუსტის მიღწევა. ამიტომაც Shi-ს ჯგუფმა გამოიყენა სრულად სხვა მიდგომა - მათ ფიზიკის შესწავლა თავად კომპიუტერს „მიანდეს“.
შეიმუშავეს კონვოლუციური ნეირონული ქსელი (ხელოვნური ინტელექტი - CNN) - ადამიანის მიერ ვიზუალური ინფორმაციის აღქმის მისაბაძად შექმნილი ტენზორული ჯაჭვი. ხელოვნური ინტელექტის „ვარჯიში“ როგორც წესი მოითხოვს მრავალ, მაღალი ხარისხის მონაცემებს, რაც მანამდე არ არსებობდა 3D ჰოლოგრამებისთვის.
ჯგუფმა საწყისი მონაცემების სახით გამოიყენა კომპიუტერულად გენერირებული სურათების 4,000 წყვილი; ყოველი წყვილი აღწერდა თითოეულ პიქსელს (ფერს, სიღრმეს); ახალი მონაცემებით ჰოლოგრამების შესაქმნელად მეცნიერებმა გამოიყენეს რთული, განსხვავებული ფორმის ობიექტებიანი სცენები, რომლებშიც პიქსელები სიღრმის მიხედვით თანაბრად იყო განაწილებული წინადან უკანა ფონამდე. ხარვეზების თავიდან ასაცილებლად ასევე გამოყენებულ იქნა ახალი, ფიზიკურ ამოცანებზე დაყრდნობით მიღებული გამოთვლები.
თითოეული სურათების წყვილის შესწავლით, ტენზორული ქსელი თავად ასწორებდა და არგებდა პარამეტრებს საკუთარ გამოთვლებს, რითაც ზრდიდა ჰოლოგრამის მიღების შესაძლებლობებს. მეთოდის ეფექტურობამ თავად მკვლევარებიც გააოცა, ხელოვნური ინტელექტი მოქმედებდა უკვე ნახსენებ გამოთვლებზე გაცილებით სწრაფად.
კვლევების ხელმძღვანელის Wojciech Matusik-ის თქმით, კომპიუტერულად გენერირებული სურათებისგან ჰოლოგრამების მისაღებად „ტენზორული ჰოლოგრაფირების“ მეთოდით სულ რაღაც მილი-წამებია საჭირო. ეს წინ გადადგმული ნაბიჯია 3D ჰოლოგრაფიისკენ რეალურ დროში. აღსანიშნავია ისიც, რომ კომპაქტური ტენზორული ქსელი მეხსიერების 1 MB-ზე ნაკლებს იკავებს.
რეალურ დროში მიმდინარე 3D ჰოლოგრაფიის მეთოდით გაუმჯობესდება მთელი რიგი სისტემები, მათ შორის VR და 3D ბეჭდვა. მკვლევართა თქმით, მისი გამოყენებით VR უფრო დამაჯერებელი და რეალური იქნება. იმავდროულად თავიდან იქნება აცილებული VR-ის გვერდითი ეფექტები - თვალის დაძაბვა, დაზიანება... მარტივი იქნება ამ ტექნოლოგიის გამოყენება ეკრანებზე, რომლებზეც სინათლის ტალღების ფაზის მოდულაცია ხდება. ჯერჯერობით, ყველაზე ხელმისაწვდომ ეკრანებს მხოლოდ სიკაშკაშის მოდულაცია შეუძლია, მაგრამ ფაზის მცვლელი ეკრანების ფასიც მისაღები იქნება მათი ფართოდ გავრცელების შემთხვევაში.
როგორც ვთქვით, 3D ჰოლოგრაფია ბიძგი იქნება 3D ბეჭდვის მიმართულებისთვის. შესაძლებელი იქნება უფრო ზუსტი შედეგების ბევრად სწრაფად მიღება ტრადიციულ ფენა-ფენა ბეჭდვასთან შედარებით - 3D სივრცული ბეჭდვით მთლიანი გამოსახულების ერთდროული აღქმა იქნება შესაძლებელი. 3D ჰოლოგრაფიას გამოყენება ექნება ასევე მიკროსკოპიებში, სამედიცინო მონაცემების ვიზუალიზაციაში და განსაკუთრებული ოპტიკური პარამეტრების მქონე ზედაპირების შესწავლაში.
Matusik-ის თქმით, „ეს მნიშვნელოვანი ნახტომია, რამაც სრულიად უნდა შეცვალოს ადამიანების შეხედულებები ჰოლოგრაფიის მიმართ.“ ჯგუფის აზრით, ჰოლოგრაფია არის ის მიზეზი და მიზანი, რის გამოც ნეირონულ ქსელები შეიქმნა.
წყარო:
