Объемные изображения сверхбольших габаритов

1. Современное состояние

Получение объемных изображений сверхбольших размеров (5 метров в одном измерении и более) является одной из перспективных задач оптики, актуальность решения которой обуславливается практическим применением в рекламе, пропаганде и улучшения архитектурного дизайна городов.

История получения сверхбольших изображений практически началась в годы первой мировой войны проекцией изображения иконы Богоматери с целью психологического воздействия на войска противника, и продолжена в 20-х годах в рекламном деле созданием суперфотографий площадью свыше 200 кв.м.

Среди объемных изображений наибольшую известность получило изображение в натуральную величину (высотой 2,18 м) скульптуры Венеры Милосской из Лувра, восстанавливаемой белым светом из голограммы размером 1м х 1,5м, изготовленной в лаборатории общей физики и оптики г.Безансон (Франция) в 1987 г. Эффектное голографическое изображений серпа и молота, висящее на расстоянии 5 м от плоскости голограммы размером 1м х 1м, было изготовлено в 1983 г. в Институте Физики АН БССР. Одной из последних разработок в области синтеза трехмерных изображений является проекционное устройство 3D Suspend Image System, разработанное Нью-йоркской корпорацией DMA, которое обеспечивает угол обзора до 120^о при размере объемного изображения в поперечнике от 10 см до 6 м. Технология получения изображения является секретом фирмы DMA¹).

Наиболее серьезно и целенаправлено разработки в области получения сверхбольших объемных изображений проводятся с осени 1985 г. в бюро перспективного проектирования фирмы Advanced Vehicle Engineering отделения С-Р-С при финансировании и в интересах корпорации General Motors под руководством профессора С.Бентона²). Начальная стадия проекта, продолжавшаяся примерно четыре года и потребовшая для финансирования около $1млрд. (по частному сообщению проф.С.Бентона в г.Киев в 1989 г.), завершилась созданием комплекса лабораторий, обеспечивающих изготовление голограмм, восстанавливающих объемное изображение размером до 3/8 от габаритов реального автомобиля.

_________________________________________________

¹)”Техника-молодежи”, 1996, №5, с.1.

²)К.Коффман. Голография в помощь конструктарам./ Автомобильная промышленность США. 1989, №5, с.13-19.

Цель, поставленная перед исполнителями проекта корпорацией General Motors, заключается в разработке способа вывода информации из компьютера в голографической форме и, в частности, в исключении из процесса проектирования новых автомобилей этапа пластилинового проектирования внешнего дизайна новых моделей автомобиля. К концу 1989 г. в результате выполнения проекта были созданы лаборатории Media и Spatial Imaging , обеспечивающие изготовление “альковных” голограмм, восстанавливающих изображение с углом обзора 180^о “плаваюшее” над поверхностью пленочной голограммы. При записи и восстановлении таких голограмм используются специальные конические и цилиндрические зеркала. Для построения изображения используется суперкомпьютер The Connection Machine фирмы Thinking Machines, а сама голограмма синтезируется из большого числа компьютерных изображений (от 100 до 900 ракурсов). Практическими результатами работ по проекту можно считать изображение автомобиля Cherry “Camaro”, наблюдаемое парящим в полусфере пространства, ограниченным криволинейным альковом, и разработку дисплея для индикации показаний приборов на ветровом стекле автомобиля. Следующими этапами работ по проекту С.Бентона являются получение цветной голограммы и обеспечение диалогового режима работы всей системы.

Систему вывода компьютерного изображения в голографическом виде разработала фирма Dutch Holographic Laboratory BV (Нидерланды)³). Такой голографический принтер синтезирует голограмму путем последовательной записи щелевых голограмм размером 0,12 мм х 200 мм. Для голограммы форматом А4 необходим набор из 2500 щелевых голограмм. Угол между предметным и опорным пучками составляет 40^о. Полная голограмма формата А4 изготавливается за 15 мин. Эта же фирма сейчас разрабатываетголографический принтер для синтеза голограмм на фотополимерной пленке размером 150 см х 30 см.

Таким образом, в настоящее время имеются предварительные научно-технические результаты, делающие реальным решение задачи по синтезу сверхбольших трехмерных изображений.

2. Перспективные технологии.

Способы формирования объемных изображений можно разделить на две группы - проекционные и дисплейные.

2.1. Проекционные способы более удобны для применения в архитектуре и наружной рекламе, поскольку менее зависят от атмосферных

_____________________________________________

³)W.Spierings, E.van Nuyland. The Office Holoprinter at work/ “OE Reports”, March 1996, №3,р.13.

условий. Примерами успешной реализации этих способов являются голографический кинематограф (проекция кадров форматом 24 х 70 мм на экран размером 100 х 150 см) и лазерные сканирующие системы для построения изображений (например, на водном фонтане - размер до 25 х 25 м).

Перспективными для разработки среди таких способов следует считать системы сканирования и проекционные, строящие трехмерные изображения в виде набора плоских изображений, располагающихся на определенных различных расстояниях от наблюдателя.

2.2. Дисплейные способы формирования изображений основываются, как правило. на голографических принципах и предполагают наличие экранов (дисплеев), сравнимых по размерам с итоговым изображением. Большие размеры дисплеев накладывают жесткие требования на систему крепления и разгрузки носителя изображения. Носитель изображения - голограмма - может быть как на стеклянной, так и на пленочной основе и быть как цельным, так и составленным по мозаичному принципу.

Наиболее реальным для осуществления в настоящее время представляются технологии мультиплексных и радужных голограмм. В качестве источников света для восстановления голограмм могут использоваться лазеры, прожекторные системы и солнечный свет. В последнем случае необходима специальная система управления зеркалом, направляющего солнечный свет на голограмму.

Единовременная запись крупногабаритных (площадью более 2 м²) голограмм по схеме Ю.Н.Денисюка представляется затруднительной, поскольку требует очень высоких мощностей лазерного излучения и специальной пылезащищенной оптики, исключающей, в частности. явления оптического пробоя воздуха в местах фокусировки излучения.

3. Возможная организация НИР и ОКР.

На первом этапе работ проводится отработка технологии получения большеразмерных изображений, восстанавливаемых с мозаичной дисплейной голограммы, составленной из отдельных голограмм - фрагментов размером до 1 м². Для формирования исходных изображений могут использоваться различные методы: макетно-натурный. интегрально-оптический, голографический, лазерного сканирования, компьютерного синтеза. Также необходима разработка системы монтажа дисплея и осветительной системы.

Общая стоимость первого этапа составляет примерно $20млн. срок - 1 год.

На втором этапе проводится разработка систем оптического увеличения объемных изображений и методов получения цветных объемных изображений. Также проводится разработка методов отображения компьютерной информации в голографическом виде. Общая стоимость второго этапа составляет примерно $200млн, срок - 4 года.

4. Общая характеристика необходимого оборудования

Для проведения работ необходимо специальное здание, обладающее экспериментальным залом площадью до 300 м² и высотой до 15-20 м, оборудованным кран-балками. Специализированное оборудование включает в себя суперкомпьютер, лазеры различного типа, системы изготовления регистрирующих сред, оптико-механические станки, управляемый координатно-позиционирующий стол и др. Для ускорения работ на начальном этапе целесообразно приобретение готового зарубежного оборудования и патентов.