Os pesquisadores desenvolveram um método de exibição 3D colorido que usa a tela de um smartphone em vez de um laser para criar imagens holográficas. Com um maior desenvolvimento, a nova abordagem poderá ser útil para exibições de realidade aumentada ou virtual.
Quer os monitores de realidade aumentada e virtual sejam usados para jogos, educação ou outras aplicações, a incorporação de monitores 3D pode criar uma experiência de usuário mais realista e interativa.
“Embora as técnicas de holografia possam criar uma representação 3D de objetos com aparência muito real, as abordagens tradicionais não são práticas porque dependem de fontes de laser”, disse o líder da equipe de pesquisa, Ryoichi Horisaki, da Universidade de Tóquio, no Japão. “Os lasers emitem luz coerente que é fácil de controlar, mas tornam o sistema complexo, caro e potencialmente prejudicial aos olhos.”
In Letras ópticas, os pesquisadores descrevem seu novo método, baseado em holografia gerada por computador (CGH). Graças a um novo algoritmo que desenvolveram, eles conseguiram usar apenas um iPhone e um componente óptico chamado modulador de luz espacial para reproduzir uma imagem colorida 3D que consistia em duas camadas holográficas.
“Acreditamos que este método poderia eventualmente ser útil para minimizar a óptica, reduzir custos e diminuir o dano potencial aos olhos em futuras interfaces visuais e aplicações de exibição 3D”, disse Otoya Shigematsu, primeiro autor do artigo. “Mais especificamente, tem o potencial de melhorar o desempenho de monitores próximos, como os usados em headsets de realidade virtual de última geração.”
Uma abordagem mais prática
Embora o CGH use algoritmos para produzir imagens, normalmente é necessária luz coerente de um laser para exibir essas imagens holográficas. Em um estudo anterior, os pesquisadores mostraram que a luz espaço-temporalmente incoerente emitida por um diodo emissor de luz branco chip-on-board poderia ser usada para CGH. No entanto, esta configuração exigiu dois moduladores de luz espacial – dispositivos que controlam as frentes de onda da luz – o que é impraticável devido ao seu custo.
No novo estudo, os pesquisadores desenvolveram um método CGH incoerente, mais barato e mais prático. “Este trabalho está alinhado com o foco do nosso laboratório em imagens computacionais, um campo de pesquisa dedicado a sistemas inovadores de imagens ópticas, integrando a óptica com a ciência da informação”, disse Horisaki. “Nosso foco é minimizar os componentes ópticos e eliminar requisitos impraticáveis em sistemas ópticos convencionais.”
A nova abordagem passa a luz da tela através de um modulador de luz espacial, que apresenta múltiplas camadas de uma imagem 3D colorida. Embora isso possa parecer simples, foi necessário modelar cuidadosamente o processo de propagação incoerente da luz na tela e, em seguida, usar essas informações para desenvolver um novo algoritmo que coordenasse a luz vinda da tela do dispositivo com um único modulador de luz espacial.
Imagens holográficas de um smartphone
“As exibições holográficas que usam luz de baixa coerência podem permitir exibições 3D realistas e, ao mesmo tempo, reduzir potencialmente os custos e a complexidade”, disse Shigematsu. “Embora vários grupos, incluindo o nosso, tenham demonstrado exibições holográficas usando luz de baixa coerência, levamos esse conceito ao extremo usando uma tela de smartphone.”
Para demonstrar o novo método, os pesquisadores criaram uma reprodução óptica de duas camadas de uma imagem 3D colorida, exibindo uma camada holográfica na tela de um iPhone 14 Pro e uma segunda camada em um modulador de luz espacial. A imagem resultante media alguns milímetros de cada lado.
Os investigadores estão agora a trabalhar para melhorar a tecnologia para que possa exibir imagens 3D maiores com mais camadas. Camadas adicionais tornariam as imagens mais realistas, melhorando a resolução espacial e permitindo que os objetos aparecessem em várias profundidades ou distâncias diferentes do observador.