Lynhurtige algoritmer kan lette belastningen af ​​3-D hologramgenerering

Forskere fra Tokyo Metropolitan University har udviklet en ny måde at beregne simple hologrammer til heads-up displays (HUD'er) og near-eye displays (NED'er). Metoden er op til 56 gange hurtigere end konventionelle algoritmer og kræver ikke strømkrævende grafikprocessorenheder (GPU'er), i stedet kører på normale pc-computerkerner. Dette åbner vejen for at udvikle kompakte, strømeffektive augmented reality-enheder, inklusive 3-D navigation på bilruder og briller.

Udtrykket hologram kan stadig have en sci-fi-ring over sig, men holografi, videnskaben om at lave 3D-registreringer af lys, bruges overalt, fra mikroskopi, forebyggelse af svindel på sedler til avanceret datalagring. Overalt, det er, bortset fra dens mest åbenlyse potentielle anvendelse:ægte 3D-skærme. Udbredelsen af ​​3D-skærme, der ikke kræver specielle briller, er endnu ikke blevet udbredt. Nylige fremskridt omfatter virtual reality (VR) teknologier, men langt de fleste er afhængige af optiske tricks, der overbeviser det menneskelige øje til at se ting i 3D. Dette er ikke altid muligt og begrænser dets omfang.

En af grundene er, at generering af et hologram af vilkårlige 3D-objekter er en regnemæssig tung øvelse. Dette gør enhver beregning langsom og strømkrævende, en alvorlig begrænsning, når du vil vise store 3D-billeder, der ændrer sig i realtid. Langt de fleste kræver specialiseret hardware som GPU'er, de energislugende chips, der driver moderne spil. Dette begrænser i høj grad, hvor 3D-skærme kan implementeres.

Dermed, et hold ledet af adjunkt Takashi Nishitsuji så på, hvordan hologrammer blev beregnet. De indså, at ikke alle applikationer havde brug for en fuld gengivelse af 3-D polygoner. Ved udelukkende at fokusere på at tegne kanten omkring 3D-objekter, det lykkedes dem at reducere den beregningsmæssige belastning af hologramberegninger markant. I særdeleshed, de kunne undgå at bruge fast-Fourier-transformationer (FFT'er), de intensive matematiske rutiner, der driver hologrammer med fulde polygoner.

Holdet kombinerede simuleringsdata med rigtige eksperimenter ved at vise deres hologrammer på en rumlig lysmodulator (SLM) og belyse dem med laserlys for at producere et ægte 3D-billede. Ved høj opløsning, de fandt ud af, at deres metode kunne beregne hologrammer op til 56 gange hurtigere, og at billederne sammenlignes positivt med dem, der er lavet med langsommere, konventionelle metoder. Vigtigt, holdet brugte kun en normal pc-computerkerne uden selvstændig grafikbehandlingsenhed, gør hele processen væsentligt mindre ressourcekrævende.

Hurtigere beregninger på enklere kerner betyder lettere, mere kompakte strømbesparende enheder, der kan bruges i en bredere vifte af indstillinger. Holdet forfølger udviklingen af ​​heads-up displays (HUD'er) på bilforruder til navigation, og endda augmented reality-briller til at videregive instruktioner om praktiske tekniske procedurer, begge spændende udsigter for den nærmeste fremtid.