Glem alt om 3D-briller og hologrammer: Lys idé giver flotte 3D-billeder

by Jörn

Små partikler med drøn på kan give gennembruddet for tredimensionelle displays.

»Help me, Obi Wan Kenobi. You’re my only hope!«

De fleste vil nok genkende dette citat fra Star Wars. Prinsesse Leia dukker op som et hologram frembragt af R2-D2, og så skal Luke Skywalker på eventyr.

Tredimensionale objekter, som tilsyneladende svæver frit i luften, og som tilskuerne kan bevæge sig rundt omkring og betragte fra mange forskellige vinkler, kendes fra mange science fiction-film.

Til gengæld er de ikke blevet til det store i virkeligheden, men det kan ny teknologi måske lave om på.

I hvert fald har fysikere fra Brigham Young University i USA udviklet et såkaldt volumetrisk display, der fungerer på en helt ny og opfindsom måde. Displayet beskrives i en videnskabelig artikel i tidsskriftet Nature.

Historien kort
  • En partikel flyttet rundt af en laserstråle kan skabe et billede i tre dimensioner.
  • Teknikken kan føre til 3D-displays, hvor 3D-scener kan ses fra alle vinkler.
  • Forskerne arbejder på at fintune teknologien, så billederne fremstår mindre spøgelsesagtige.

En partikel med fart på

Forskerne har fundet ud af, hvordan de kan kontrollere bevægelserne af ganske små partikler på en meget præcis måde. Når en partikel flyttes lynhurtigt rundt, samtidig med at den reflekterer lys i forskellige farver, kan den optegne et tredimensionelt billede af et objekt.

Det menneskelige øje opfatter ikke den mikrometer-store partikel eller dens bevægelse, men kun det lys, den kaster tilbage. Fordi det hele går så stærkt, ser man et samlet billede i tre dimensioner.

I eksperimentet brugte forskerne små cellulose-partikler med størrelser fra 5 til godt 100 mikrometer (tusindedele af en millimeter). Cellulose kendes fra cellevæggene i planteceller.

Partiklen holdes på plads og flyttes rundt af en usynlig laserstråle, der skaber en ‘optisk fælde’ for den – et område, den ikke så nemt kan slippe væk fra. De amerikanske fysikere kalder da også systemet for ‘optical trap display’, optisk fælde-skærm.

Kontakten svæver i luften

»Det lyder rigtig spændende og ret så relevant for fremtidige displays. En super idé,« lyder reaktionen fra professor Lene Oddershede fra Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet.

Jordkloden 3D-display

Dette billede af jordkloden, svævende over en finger, er skabt af en lille partikel, der suser lynhurtigt rundt og reflekterer forskellige farver. (Foto: Dan Smalley Lab, Brigham Young University)

Hun er ekspert i kunsten at fastholde og flytte rundt på partikler med lys, og hun er ganske imponeret af, hvad de amerikanske fysikere har fået ud teknikken:

»Det er begyndelsen på at have tredimensionelle displays. Tredimensionelle billeder giver en utrolig god illustration af ting, der er svære at forstå todimensionelt. Det kan få stor anvendelse.«

»Næste skridt kan være tredimensionelle kontakter, der svæver i luften. Så kan man for eksempel tænde lyset ved at trykke på 3D-billedet af kontakten. Det ville være fuldstændig fantastisk.«

Video i tre dimensioner

Indtil videre er det lykkedes at frembringe 3D-farvebilleder i centimeterstørrelse, og de er synlige fra stort set alle vinkler.

Ved løbende at regulere lysstyrken af tre laserdioder, der lyste rødt, grønt og blåt, kunne forskerne frembringe alverdens farver. Hvert 3D-billedpunkt kunne være ned til 10 mikrometer i størrelse, hvilket giver et meget detaljeret billede.

Billederne kan være i bevægelse, så man ender med en form for 3D-video. Forskerne er kommet op på 12,8 billeder i sekundet for simple former, og det er nok til, at billedet ikke flimrer – omend det er i underkanten af, hvad man kunne ønske sig, hvis man vil gengive livagtige bevægelser.

Det er næsten kun fantasien, der sætter grænser for, hvad et 3D-display – eller volumetrisk display, som det også kaldes – kan bruges til. Et første bud kunne være displays, der viser flyveledere, hvor fly befinder sig i luftrummet.

Bedre end hologrammer

Når snakken går på 3D-displays, hører man ellers mest om hologrammer, hvor illusionen om et 3D-objekt frembringes af lys, der kastes tilbage fra en holografisk film. Filmen rummer informationer om det lys, objektet reflekterer fra forskellige vinkler, og for betragteren ser det ud, som om objektet svæver frit i luften.

Sommerfugle i 3D

Flere objekter kræver flere partikler samtidig. Her er to sommerfugle skabt af to partikler holdt fast af hver sin laserstråle. (Foto: Dan Smalley Lab, Brigham Young University)

Men hologrammer har en række begrænsninger. Dels er forskerne ikke nået ret langt i forhold til at frembringe alle farver og få billederne til at bevæge sig, og dels kan hologrammer ikke ses fra alle vinkler.

»Den store forskel er, at med den nye teknik kan man se objektet fra alle vinkler. Det ser rigtigt ud, ligegyldigt hvor, man betragter det fra, og farverne er rigtige og kan ændre sig løbende. Det er ikke statiske strukturer med statiske farver,« siger Lene Oddershede og fortsætter:

»Og det er ikke en teknologi, man skal være bekymret for rent sundhedsmæssigt. Laserne er ikke særlig stærke, og partiklerne er af cellulose, der er absolut uskadeligt.«

Pas på med at nyse

Forskerne arbejder videre på teknikken, så der kan komme endnu bedre styr på de små partikler, og der kan være flere af dem på spil samtidig.

Så kan 3D-billederne blive større, og 3D-video kan blive mere livagtigt.

»Jeg tror, den største udfordring lige nu er, at partiklen ikke er så stabil. Det kan holde til, at man trækker vejret eller bevæger sig i nærheden af det, men hvis man nyser, bliver den lille kugle skubbet ud af fælden, og så forsvinder billedet,« siger Lene Oddershede.

Slut med spøgelser

Med den nuværende teknologi ser et 3D-objekt desuden ret spøgelsesagtigt ud, for man ser ikke kun forsiden af objektet, der optegnes – man kan se lige igennem det og se bagsiden også.

Men det kan der laves om på, skriver førsteforfatter til den videnskabelige artikel Daniel Smalley til Videnskab.dk:

»Vi arbejder på noget, der efter min mening er endnu mere spændende, nemlig noget vi kalder ‘occlusion in freespace volumetric displays’. I denne sammenhæng betyder okklusion, at et billede er i stand til at skygge for dele af sig selv, så det ser solidt ud.«

»Hvis man ser et 3D-billede af en person bagfra, vil man kun se ryggen af personen. Hvis man både ser ryggen og forsiden, vil det ligne et spøgelse, men med okklusion kan man få et billede, der ser mere ugennemsigtigt ud.«

Forskerne vil beskrive denne nye teknik i en fremtidig videnskabelig artikel.

Det er svært at fange et 3D-objekt på video, især når objektet tegnes af en partikel med fuld fart på. Men her beskrives teknologien i hvert fald. (Video: Nature)

You may also like

Leave a Comment