Casa > Exposició > Contingut

La visualització volumètrica representa una representació visual d'un objecte en tres dimensions físiques

Apr 22, 2017

Visualització volumètrica

De Viquipèdia, l'enciclopèdia lliure

Un dispositiu de visualització volumètrica és un dispositiu de visualització gràfica que configura una representació visual d'un objecte en tres dimensions físiques , a diferència de la imatge plana de les pantalles tradicionals que simulen la profunditat a través d'una sèrie d'efectes visuals diferents. Una de les definicions que ofereixen els pioners en el camp és que les pantalles volumètriques creen imatges 3D a través de l'emissió, dispersió o retransmissió de la il·luminació de regions ben definides en l'espai (x, y, z). Tot i que no hi ha consens entre els investigadors en el camp, pot ser raonable admetre pantalles hologràfiques i multivíliques a la família de visualització volumètrica si fan un treball raonable de projectar un camp de llum tridimensional dins d'un volum.

La majoria, si no totes, les pantalles tridimensionals volumètriques són autosterescòpiques o automàtices ; És a dir, creen una imatge 3D visible a simple vista. Tingueu en compte que alguns tecnòlegs de la pantalla reserven el terme "autostereoscòpic" per a pantalles de paralaje espacialment multiplexades de panell pla, com ara pantalles de lenticulars . Tanmateix, gairebé totes les pantalles 3D que no siguin les que requereixen barrets, per exemple, ulleres de música estèreo i pantalles estereoscòpies, són autostereoscòpiques. Per tant, un grup molt ampli d'arquitectures de visualització es considera adequadament autostereoscòpica.

Les pantalles 3D volumètriques incorporen només una família de pantalles 3D en general. Altres tipus de pantalles 3D són: estereogrames / estereoscopis, pantalles visuals de seqüència, pantalles hologràfiques, pantalles de "dues vistes" paralaje i panoràmes de paralaje (que normalment són sistemes multiplexats espacialment, com ara pantalles lenticulars i pantalles de barrera paralaxi), re Sistemes de simulació i altres.

Encara que primer es va postular el 1912, i un element bàsic de la ciència ficció , les pantalles volumètriques encara estan en desenvolupament i encara no han arribat a la població general. Amb una varietat de sistemes proposats i en ús en petites quantitats, principalment en l'àmbit acadèmic i en diversos laboratoris de recerca, les pantalles volumètriques continuen sent accessibles només per als acadèmics, les corporacions i els militars.


Continguts

[ Amaga ]


Tipus [ edita ]

S'han fet molts intents per produir dispositius d'imatge volumètrics. [1] No hi ha una " taxonomia " oficialment acceptada de la varietat de pantalles volumètriques, un problema complicat per les nombroses permutacions de les seves característiques. Per exemple, la il·luminació dins d'una pantalla volumètrica pot arribar directament a l'ull des de la font o bé a través d'una superfície intermèdia, com ara un mirall o un vidre; De la mateixa manera, aquesta superfície, que no necessita ser tangible, pot sofrir moviments com l'oscil·lació o la rotació. Una categorització és la següent:

Visualització de volum escombrada [ edita ]

Les pantalles tridimensionals de volum de superfície (o "escombrades en volum") es basen en la persistència humana de la visió per fusionar una sèrie de talls de l'objecte 3D en una sola imatge en 3D. S'han creat diverses pantalles de volum escombrades.

Els LEDs de moviment ràpid generen un objecte de 360 graus en l'aire en aquest prototip per la University College Sedaya International

Per exemple, l'escena en 3D es descompta de forma computacional en una sèrie de "rodanxes", que poden ser rectangulars, en forma de disc o helicoïdals transversals, de manera que es projecten en una superfície de visualització o en moviment. La imatge a la superfície 2D (creada per projecció a la superfície, LEDs incrustats a la superfície o altres tècniques) canvia a mesura que la superfície es mou o gira. A causa de la persistència de la visió, els éssers humans perceben un volum continu de llum. La superfície de visualització pot ser reflectiva, transmissiva o una combinació d'ambdós.

Un altre tipus de visualització en 3D que és un membre candidat a la classe de pantalles tridimensionals amb escombratge és l'arquitectura del mirall varifocal. Una de les primeres referències a aquest tipus de sistema és a partir de 1966, en la qual un tambor reflexiu vibrant reflecteix una sèrie de patrons d'una font d'imatge 2D d'alta velocitat de fotogrames, com ara una visualització vectorial, a un conjunt corresponent de superfícies de profunditat.

Volum estàtic [ edita ]

Les pantalles tridimensionals de volum anomenat "volum estàtic" creen imatges sense cap component macroscòpic del volum de la imatge. No està clar si la resta del sistema ha de romandre estacionari per ser membre d'aquesta classe de visualització.

Aquesta és probablement la forma més "directa" de visualització volumètrica. En el cas més senzill, un volum d'espai directament creat es crea a partir d'elements actius que són transparents en estat apagat , però són opacs o lluminosos en l'estat encesa . Quan els elements (anomenats voxels ) estan activats, mostren un patró sòlid dins de l'espai de la pantalla.

Diverses pantalles 3D volumètriques de volum estàtic utilitzen llum làser per fomentar la radiació visible en un sòlid, líquid o gas. Per exemple, alguns investigadors han confiat en una conversió a dos passos dins d'un material poc freqüentat per la Terra quan s'il·luminen per intersecció de raigs làser d'infraroig de les freqüències adequades. [2] [3]

Els avenços recents s'han centrat en implementacions no tangibles (espai lliure) de la categoria de volum estàtic, que eventualment permetran la interacció directa amb la pantalla. Per exemple, una pantalla de boira amb múltiples projectors pot representar una imatge 3D en un volum d'espai, resultant en una pantalla volumètrica de volum estàtic. [4] [5]

Una tècnica presentada el 2006 elimina el mitjà de visualització per complet, utilitzant un làser infraroig polsat centrat (uns 100 polsos per segon, cadascun amb un nanosegon ) per crear boles de plasma brillant en el punt focal en l'aire normal. El punt focal està dirigit per dos miralls mòbils i una lent corredissa, que permet dibuixar formes en l'aire. Cada pols crea un so emergent, de manera que el dispositiu s'esquerda quan s'executa. Actualment pot generar punts en qualsevol lloc dins d'un metre cúbic. Es pensa que el dispositiu es podria ampliar a qualsevol mida, permetent que es generin imatges en 3D al cel. [6] [7]

Algunes modificacions posteriors, com l'ús d'una barreja de gas neó / argó / xenó / heli similar a un globus de plasma i un sistema ràpid de reciclatge de gas que utilitza bombes de caputxa i buit, podrien permetre que aquesta tecnologia aconsegueixi dos colors (R / W) i possiblement RGB Canviant l'ample del pols i la intensitat de cada pols per ajustar els espectres d'emissió del cos de plasma lluminós.

Interfícies d'ordinador humà [ edita ]

Les propietats úniques de les pantalles volumètriques, que poden incloure: visualització de 360 graus, acord de convergència i indicacions d'allotjament, i la seva inherent "tridimensionalitat", permeten noves tècniques d'interfície d'usuari . Hi ha treballs recents que investiguen els beneficis de velocitat i precisió de les pantalles volumètriques, [8] noves interfícies gràfiques d'usuari, [9] i aplicacions mèdiques realitzades per pantalles volumètriques. [10] [11]

A més, existeixen plataformes de programari que ofereixen contingut natiu i llegit 2D i 3D a pantalles volumètriques. [12]

Ús artístic [ edita ]

Hologífies: ús artístic de les pantalles volumètriques, que inclouen pel·lícules volumètriques i música

S'ha explorat un artform anomenat Hologlicphs des de 1994, que combina elements d' holografia , música , síntesi de vídeo , cinema visionari, escultura i improvisació . S'ha demostrat que les pel·lícules volumètriques visiten el públic en festivals de cinema, galeries d'art i esdeveniments musicals. Diverses pantalles volumètriques i matrius multi-altaveus envolten un públic. Les pel·lícules es mostren conjuntament amb música, ja sigui en directe o gravades amb animacions volumètriques.

El propòsit original era combinar l' holografia amb la música i, finalment, les pantalles volumètriques es resolien com a mitjà artístic. Molts efectes especials de pel·lícules i vídeos tradicionals s'han adaptat a pel·lícules hologífiques, a més de molts efectes especials únics que s'han desenvolupat per a visualitzacions volumètriques. Aquests inclouen efectes d'esborrat volumètric, flexió de trama, morfisme, efecte de caleidoscopi i mirall, rotacions experimentals, efectes espacials de deformació i seqüenciació d'imatges.

Les pel·lícules Hologlifes també es poden realitzar en temps real, com un sintetitzador de vídeo , controlat per teclats musicals, sensors de moviment, panells de control i instruments acústics. El sistema de generació d'imatges és majoritàriament digital, però alguns dels generadors i processadors d'imatges originals són analògics i continuen en ús.

Inconvenients [ edita ]

Les tecnologies de visualització volumètrica conegudes també tenen diversos inconvenients que s'exhibeixen en funció de les compensacions escollides pel dissenyador del sistema.

Sovint es diu que les pantalles volumètriques no són capaços de reconstruir escenes amb efectes dependents de la posició del visor, com ara l'oclusió i l'opacitat. Aquesta és una idea errònia; Una pantalla amb vòxels que tenen perfils de radiació no isòtrops capaços de representar efectes dependents de la posició. Actualment, les visualitzacions volumètriques aptes per a l'oclusió requereixen dues condicions: (1) la imatge es representa i es projecta com una sèrie de "vistes", en comptes de "rodanxes", i (2) la superfície d'imatge variable no és uniforme Difusor Per exemple, els investigadors han demostrat demostracions volumètriques de pantalla giratòria amb pantalles reflectants i / o verticalment difuses, les imatges del qual mostren oclusió i opacitat. Un sistema [13] [14] va crear imatges 3D HPO amb un camp de visió de 360 graus mitjançant projecció obliqua en un difusor vertical; Un altre [15] projecta 24 vistes en una superfície giratòria de difusió controlada; I un altre [16] proporciona imatges de 12 vistes que utilitzen un panell orientat verticalment.

Fins ara, la capacitat de reconstruir escenes amb oclusió i altres efectes dependents de la posició ha estat a costa del paralaje vertical, ja que l'escena en 3D apareix distorsionada si es visualitza des d'ubicacions diferents de les que es generava l'escena.

Una altra consideració és la gran quantitat d'ample de banda requerit per alimentar les imatges a una pantalla volumètrica. Per exemple, un estàndard de 24 bits per píxel , resolució de 1024 × 768, pantalla plana / 2D requereix uns 135 MB / s per enviar-los al maquinari de la pantalla per suportar 60 fotogrames per segon, mentre que un 24 bits per voxel , 1024 × 768 × 1024 (1024 "capes de píxels" a l'eix Z) la pantalla volumètrica haurà d'enviar al voltant de tres ordres de magnitud (135 GB / s ) al maquinari de la pantalla per suportar 60 volums per segon. Igual que amb el vídeo 2D normal, es podria reduir l'ample de banda necessari, simplement enviant menys volums per segon i deixant que el maquinari de la pantalla repeteixi marcs en el moment intermedi, o enviant només dades suficients per afectar aquelles àrees de la pantalla que cal actualitzar, com És el cas dels formats de vídeo moderns amb pèrdua de compressió com ara MPEG . A més, una pantalla volumètrica 3D requeriria de dos a tres ordres de magnitud més potència de CPU i / o GPU més enllà del necessari per a imatges 2D de qualitat equivalent, degut almenys en part a la gran quantitat de dades que s'han de crear i enviar a la Mostrar el maquinari. Tanmateix, si només la superfície exterior del volum és visible, el nombre de voxels requerits seria del mateix ordre que el nombre de píxels en una pantalla convencional. Això només seria el cas si les voxels no tenen valors "alpha" o de transparència.

Mercat [ edita ]

Actualment hi ha un grapat d'empreses dedicades al desenvolupament de tecnologies de visualització volumètrica en 3D. Les següents empreses tenen tecnologia de visualització volumètrica que s'ha exhibit públicament i està disponible per a la venda:

Aquesta és una llista que inclou totes les empreses que han experimentat amb alguna forma de tecnologia de visualització volumètrica: