Η βασική αρχή τουυπολογιστική ολογραφίαείναι να χρησιμοποιήσετε έναν υπολογιστή για να λύσετε τη φάση ή το πλάτος του Φωτός, να δημιουργήσετε ένα ψηφιακό ολόγραμμα και στη συνέχεια να διαμορφώσετε τη φάση ή το πλάτος του φωτός μέσω οπτικών διαμορφωτών όπως το Spatial Light Modulator (SLM) και, τέλος, να χρησιμοποιήσετε συνεκτικό φως για να ακτινοβολήσετε το SLM. Ένα αναζωογονητικό πεδίο φωτός δημιουργείται για να σχηματίσει μια δυναμική ολογραφική τρισδιάστατη εικόνα.
Διαφορετικό από την παραδοσιακή γενιά ολογραμμάτων,υπολογιστική ολογραφίαδεν απαιτεί δύο δέσμες φωτός για να είναι φυσικά συνεπείς, απλοποιώντας έτσι τη διαδικασία δημιουργίας ολογραμμάτων. Ωστόσο, η γενιά υψηλής ακρίβειας τουυπολογιστικά ολογράμματαεξακολουθεί να αντιμετωπίζει πολλές προκλήσεις, όπως ο μεγάλος όγκος υπολογισμών, οι υψηλές απαιτήσεις υπολογιστικής ισχύος και οι περιορισμοί ανάλυσης και μεγέθους των χωρικών διαμορφωτών φωτός.
Η γενιά υψηλής ακρίβειας τουυπολογιστικά ολογράμματαεξαρτάται από αλγόριθμους βελτιστοποίησης. Δεδομένου ότι η βελτιστοποίηση ολογράμματος είναι ουσιαστικά ένα αντίστροφο πρόβλημα με κακή ρύθμιση, συνήθως λύνεται με τη βοήθεια μη κυρτών αλγορίθμων βελτιστοποίησης. Η επιλογή και η ρύθμιση παραμέτρων του αλγορίθμου βελτιστοποίησης θα επηρεάσει άμεσα την ποιότητα και την υπολογιστική απόδοση της παραγωγής ολογραμμάτων.
Τα κοινά πλαίσια βελτιστοποίησης περιλαμβάνουν εναλλακτική μέθοδο προβολής και μέθοδο gradient descent. Η εναλλακτική μέθοδος προβολής βρίσκει τη βέλτιστη λύση που ικανοποιεί τους περιορισμούς δύο κλειστών συνόλων με εναλλακτική προβολή μεταξύ δύο κλειστών συνόλων. Η μέθοδος gradient descent καθορίζει την κατεύθυνση της πτώσης της συνάρτησης απώλειας μέσω του υπολογισμού της κλίσης, έτσι ώστε να βρεθεί η βέλτιστη λύση που να ικανοποιεί τις συνθήκες περιορισμού.
Χωρικός διαμορφωτής φωτός
Ο χωρικός διαμορφωτής φωτός είναι μια βασική συσκευήυπολογιστική ολογραφία, το οποίο μπορεί να μετατρέψει ψηφιοποιημένα ολογράμματα σε διαμόρφωση φωτεινού πεδίου. Επί του παρόντος, τα περισσότερα υπολογιστικά ολογραφικά συστήματα βασίζονται σε συσκευές προβολής όπως το SLM ή το Digital Micromirror Device (DMD). Ωστόσο, αυτές οι συσκευές έχουν εγγενείς περιορισμούς στην απόδοση της οθόνης, όπως πολύ μικρή γωνία οπτικού πεδίου και περίθλαση πολλαπλών τάξεων.
Για να αντιμετωπιστούν αυτά τα ζητήματα, οι ερευνητές εξερευνούν την ολογραφία με βάση την επιφάνεια. Το Metasurface μπορεί να εισάγει μεταλλάξεις στις βασικές ιδιότητες του ηλεκτρομαγνητικού κύματος, όπως το πλάτος και τη φάση, και να επιτύχει πολλά φαινόμενα διαμόρφωσης που είναι δύσκολο να επιτευχθούν σε παραδοσιακές συσκευές διαμόρφωσης. Η ολογραφία που βασίζεται σε Metasurface έχει σημειώσει μεγάλη πρόοδο σε μεγάλο οπτικό πεδίο, απεικόνιση χωρίς χρώμα, έγχρωμη απεικόνιση, επέκταση χωρητικότητας πληροφοριών, πολυδιάστατη πολυπλεξία και ούτω καθεξής.
Δυναμική ολογραφική οθόνη
Η δυναμική ολογραφική απεικόνιση είναι ένα σημαντικό πεδίο εφαρμογήςυπολογιστική ολογραφία. Το παραδοσιακό σύστημα ολογραφικής απεικόνισης έχει συχνά τα προβλήματα του μεγάλου υπολογισμού και του χαμηλού ρυθμού καρέ εμφάνισης, γεγονός που περιορίζει την εφαρμογή του σε προηγμένες οθόνες, όπως η προηγμένη αλληλεπίδραση ανθρώπου-υπολογιστή. Προκειμένου να πραγματοποιηθεί δυναμική ολογραφική απεικόνιση με υψηλή ευφράδεια, οι ερευνητές εξερευνούν αποτελεσματικάυπολογιστικό ολόγραμμαμεθόδους παραγωγής και τεχνικές εμφάνισης.
Για παράδειγμα, μια ομάδα από το Εθνικό Ερευνητικό Κέντρο για την Οπτοηλεκτρονική της Γουχάν στο Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας Huazhong έχει προτείνει μια τεχνολογία δυναμικής ολογραφίας μεταεπιφανειών interbit (Bit-MH) με υψηλούς ρυθμούς καρέ υπολογιστών και οθόνης. Η τεχνική επιτυγχάνει αποτελεσματική δυναμική ανανέωση και αλληλεπίδραση σε πραγματικό χρόνο διαιρώντας τη λειτουργία εμφάνισης της μεταεπιφάνειας σε διαφορετικές χωρικές περιοχές (δηλαδή χωρικά κανάλια) και προβάλλοντας ένα ανακατασκευασμένο υπο-ολογραφικό μοτίβο σε κάθε κανάλι.
Η υπολογιστική ολογραφία έχει ευρεία προοπτική εφαρμογής στον τομέα της τρισδιάστατης απεικόνισης. Με τα ολογράμματα που δημιουργούνται από υπολογιστή, μπορεί να επιτευχθεί διαμόρφωση μετώπου κύματος υψηλής ακρίβειας για τη δημιουργία τρισδιάστατων σκηνών με συνεχή αίσθηση βάθους. Αυτή η τεχνολογία δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο στον τομέα της ψυχαγωγίας και των παιχνιδιών, αλλά και στην εκπαίδευση, την κατάρτιση, την ιατρική και άλλους τομείς για να παρέχει μια πιο ρεαλιστική και διαισθητική τρισδιάστατη οπτική εμπειρία.
Οπτική αποθήκευση και επεξεργασία πληροφοριών
Υπολογιστική ολογραφίαμπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για αποθήκευση και επεξεργασία οπτικών πληροφοριών. Με τη δημιουργία ψηφιακών ολογραμμάτων, οι πληροφορίες μπορούν να αποθηκευτούν στο μέσο με τη μορφή φωτεινού πεδίου για να επιτευχθεί αποθήκευση και ανάγνωση πληροφοριών υψηλής πυκνότητας και υψηλής ταχύτητας. Εξάλλου,υπολογιστική ολογραφίαμπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί σε τομείς όπως η οπτική κρυπτογράφηση και η καταπολέμηση της παραχάραξης για τη βελτίωση της ασφάλειας και της αξιοπιστίας των πληροφοριών.
Επαυξημένη πραγματικότητα και εικονική πραγματικότητα
Υπολογιστική ολογραφίαέχει επίσης πιθανές εφαρμογές στον τομέα της επαυξημένης πραγματικότητας (AR) και της εικονικής πραγματικότητας (VR). Με τη δημιουργία ρεαλιστικών τρισδιάστατων ολογραφικών εικόνων, μπορεί να επιτευχθεί φυσική αλληλεπίδραση και καθηλωτικές εμπειρίες σε συστήματα AR και VR. Για παράδειγμα, σε συστήματα AR,υπολογιστική ολογραφίαΗ τεχνολογία επιτρέπει στους χρήστες να εστιάζουν φυσικά στο περιεχόμενο που εμφανίζεται σε πολλά βάθη του επιπέδου, λύνοντας το πρόβλημα προσαρμογής διένεξης οπτικής σύγκλισης (VAC) και βελτιώνοντας την άνεση του χρήστη.
Κατεργασία με λέιζερ και σχεδιασμός μεταεπιφανειών
Υπολογιστική ολογραφίαμπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί σε τομείς όπως η επεξεργασία λέιζερ και ο σχεδιασμός μετα-επιφανειών. Με τη δημιουργία ολογραμμάτων υψηλής ακρίβειας, μπορεί να επιτευχθεί ακριβής έλεγχος της δέσμης λέιζερ και μπορεί να επιτευχθεί επεξεργασία λέιζερ υψηλής ακρίβειας και κατασκευή μικρο-νανο. Εξάλλου,υπολογιστική ολογραφίαμπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για το σχεδιασμό και τη βελτιστοποίηση μεταεπιφανειών για την επίτευξη πιο σύνθετων και αποτελεσματικών επιδράσεων διαμόρφωσης ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων.
Με τη συνεχή ανάπτυξη της τεχνολογίας των υπολογιστών και τη συνεχή καινοτομία των οπτικών συσκευών,υπολογιστική ολογραφίαΗ τεχνολογία σημειώνει συνεχώς νέες προόδους και καινοτομίες. Ωστόσο,υπολογιστική ολογραφίαεξακολουθεί να αντιμετωπίζει πολλές προκλήσεις και προβλήματα, όπως μεγάλη ποσότητα υπολογισμού, υψηλή απαίτηση υπολογιστικής ισχύος, περιορισμός ανάλυσης και μεγέθους του διαμορφωτή χωρικού φωτός. Για να λύσουν αυτά τα προβλήματα, οι ερευνητές εξερευνούν νέους αλγόριθμους και τεχνικές, όπως μεθόδους παραγωγής ολογραμμάτων που βασίζονται σε βαθιά μάθηση, ολογραφία βασισμένη σε μετα-επιφάνεια κ.λπ.
Στο μέλλον,υπολογιστική ολογραφίαΗ τεχνολογία αναμένεται να εφαρμοστεί και να διαδοθεί σε περισσότερους τομείς. Για παράδειγμα, στο σύστημα οθόνης HUD του οχήματος, η υπολογιστική ολογραφική τεχνολογία μπορεί να πραγματοποιήσει πιο ρεαλιστική και διαισθητική τρισδιάστατη πλοήγηση και απεικόνιση πληροφοριών. Στον ιατρικό τομέα, η υπολογιστική ολογραφική τεχνολογία μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε τομείς όπως η χειρουργική πλοήγηση και η τηλεϊατρική για τη βελτίωση του ιατρικού επιπέδου και της αποτελεσματικότητας.
Εν ολίγοις, η υπολογιστική ολογραφία, ως τεχνολογία με δυνατότητα μετασχηματισμού, προωθεί συνεχώς την ανάπτυξη της οπτικής και της επιστήμης της πληροφορίας. Με τη συνεχή πρόοδο της τεχνολογίας και τη συνεχή επέκταση των πεδίων εφαρμογών, η υπολογιστική ολογραφία αναμένεται να επιτύχει ανακαλύψεις και καινοτομίες σε περισσότερους τομείς, φέρνοντας περισσότερη άνεση και εκπλήξεις στην ανθρωπότητα.
We use cookies to offer you a better browsing experience, analyze site traffic and personalize content. By using this site, you agree to our use of cookies.
Privacy Policy
