Ολογράμματα που δημιουργούνται από υπολογιστή (CGH)έφεραν επανάσταση στον τομέα της ολογραφίας επιτρέποντας την ψηφιακή δημιουργία και προβολή τρισδιάστατων εικόνων χωρίς την ανάγκη παραδοσιακών υλικών ολογραφικής εγγραφής. Αυτά τα ολογράμματα αξιοποιούν υπολογιστικούς αλγόριθμους για την προσομοίωση των μοτίβων παρεμβολής που θα δημιουργηθούν από ένα πραγματικό αντικείμενο, επιτρέποντας τη δημιουργία ολογραφικών εικόνων που μπορούν να εμφανιστούν χρησιμοποιώντας μια ποικιλία τεχνικών. Σε αυτό το άρθρο, θα διερευνήσουμε τα βασικά βήματα που εμπλέκονται στη δημιουργία ενός ολογράμματος που δημιουργείται από υπολογιστή, με έμφαση στα ολογράμματα που βασίζονται στο Fourier, τα οποία αντιπροσωπεύουν μια σημαντική κατηγορία CGH.
Βήμα 1: Κατανόηση των Αρχών της Ολογραφίας
Πριν βουτήξετε στις ιδιαιτερότητες της δημιουργίας ενός ολογράμματος που δημιουργείται από υπολογιστή, είναι απαραίτητο να έχετε μια θεμελιώδη κατανόηση της ολογραφίας. Στον πυρήνα της, η ολογραφία είναι μια τεχνική για την καταγραφή και την ανακατασκευή της τρισδιάστατης δομής ενός αντικειμένου συλλαμβάνοντας τα μοτίβα παρεμβολής μεταξύ των κυμάτων φωτός που ανακλώνται ή εκπέμπονται από το αντικείμενο και μιας δέσμης αναφοράς. Αυτά τα μοτίβα παρεμβολής, όταν φωτίζονται με την κατάλληλη πηγή φωτός, μπορούν να ανασυνθέσουν μια τρισδιάστατη εικόνα του αρχικού αντικειμένου.
Βήμα 2: Προετοιμασία των δεδομένων του αντικειμένου
Το πρώτο βήμα για τη δημιουργία ενός ολογράμματος που δημιουργείται από υπολογιστή είναι να αποκτήσετε ή να δημιουργήσετε τα δεδομένα που αντιπροσωπεύουν το αντικείμενο που θέλετε να εμφανίσετε ολογραφικά. Αυτά τα δεδομένα μπορούν να προέρχονται από διάφορες πηγές, συμπεριλαμβανομένων τρισδιάστατων σαρώσεων, μοντέλων υπολογιστών ή ακόμα και εικόνων αντικειμένων του πραγματικού κόσμου. Μόλις έχετε αυτά τα δεδομένα, θα πρέπει να τα μετατρέψετε σε μορφή που μπορεί να χρησιμοποιηθεί από τον αλγόριθμο CGH. Αυτό συνήθως περιλαμβάνει την αναπαράσταση του αντικειμένου ως μια σειρά σημείων ή πολυγώνων, μαζί με το χρώμα και τις ιδιότητες υλικού που σχετίζονται με αυτά.
Βήμα 3: Υπολογισμός του πεδίου φωτός
Με τα δεδομένα του αντικειμένου στα χέρια, το επόμενο βήμα είναι να υπολογιστεί το πεδίο φωτός που θα παρατηρούσε ένας παρατηρητής που βλέπει το αντικείμενο από μια συγκεκριμένη θέση και προσανατολισμό. Αυτό το φωτεινό πεδίο περιέχει πληροφορίες σχετικά με το πλάτος και τη φάση των κυμάτων φωτός που προέρχονται από το αντικείμενο, καθώς και την κατευθυντικότητά τους. Στο πλαίσιο των ολογραμμάτων που βασίζονται στο Fourier, αυτό το πεδίο φωτός τυπικά υπολογίζεται στο μακρινό επίπεδο παρατηρητή, το οποίο αντιπροσωπεύει ένα υποθετικό επίπεδο που βρίσκεται σε σημαντική απόσταση από το αντικείμενο.
Βήμα 4: Μετασχηματισμός Fourier στο επίπεδο φακού
Μόλις υπολογιστεί το πεδίο φωτός στο μακρινό επίπεδο παρατηρητή, το επόμενο βήμα είναι να χρησιμοποιήσετε έναν μετασχηματισμό Fourier για να μετατρέψετε αυτό το πεδίο πίσω στο επίπεδο του φακού. Ο μετασχηματισμός Fourier είναι μια μαθηματική πράξη που αποσυνθέτει μια συνάρτηση στα συστατικά της συχνότητας, τα οποία σε αυτή την περίπτωση αντιπροσωπεύουν τις διαφορετικές γωνίες και τα μήκη κύματος του φωτός που εκπέμπεται από το αντικείμενο. Εφαρμόζοντας έναν μετασχηματισμό Fourier στο πεδίο φωτός στο μακρινό επίπεδο παρατηρητή, μπορούμε να λάβουμε ένα ολογραφικό μοτίβο που, όταν φωτιστεί με μια συνεκτική πηγή φωτός και προβληθεί μέσω ενός κατάλληλου φακού, θα ανακατασκευάσει την αρχική τρισδιάστατη εικόνα.
Βήμα 5: Εμφάνιση τουΟλόγραμμα που δημιουργείται από υπολογιστή
Τέλος, αφού υπολογιστεί το ολογραφικό μοτίβο, μπορεί να εμφανιστεί χρησιμοποιώντας μια ποικιλία τεχνικών. Για τα ολογράμματα που βασίζονται σε Fourier, αυτό συνήθως περιλαμβάνει τη χρήση ενός διαμορφωτή χωρικού φωτός (SLM), όπως μια οθόνη LCD ή LED, για τη διαμόρφωση του πλάτους και της φάσης μιας συνεκτικής πηγής φωτός (π.χ. ενός λέιζερ) σύμφωνα με το υπολογισμένο ολογραφικό μοτίβο . Στη συνέχεια, τα κύματα φωτός που προκύπτουν παρεμβάλλονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν την ανακατασκευασμένη τρισδιάστατη εικόνα, η οποία μπορεί να προβληθεί από έναν παρατηρητή που βρίσκεται στην κατάλληλη απόσταση και γωνία.
Δημιουργώντας ένα γολόγραμμα που δημιουργείται από υπολογιστήπεριλαμβάνει πολλά βασικά βήματα, συμπεριλαμβανομένης της προετοιμασίας των δεδομένων του αντικειμένου, του υπολογισμού του πεδίου φωτός, της εφαρμογής ενός μετασχηματισμού Fourier και, τέλος, της εμφάνισης του ολογραφικού σχεδίου. Ενώ τα ολογράμματα που βασίζονται στο Fourier αντιπροσωπεύουν μόνο μία προσέγγιση στο CGH, έχουν αποδειχθεί ότι είναι ένα ισχυρό εργαλείο για τη δημιουργία και την εμφάνιση τρισδιάστατων εικόνων. Καθώς η τεχνολογία συνεχίζει να προοδεύει, μπορούμε να περιμένουμε να δούμε ακόμη πιο εξελιγμένες και ευέλικτες μεθόδους για τη δημιουργία και την εμφάνιση ολογραμμάτων που δημιουργούνται από υπολογιστή τα επόμενα χρόνια.
