С голограммой

Голограммы — неотъемлемый атрибут любого фантастического боевика, но насколько эта технология развита в жизни? Давайте разберемся, что же представляют собой голограммы, где они используются и можно ли создать голограмму своими руками.

Что такое голограмма и как ее создают

Голограммы показывают объекты в трехмерном пространстве. Зрителю не нужно использовать специальные очки, чтобы увидеть предмет сверху, снизу и со всех сторон. Эта технология используется в разных сферах — на презентациях, в музеях и при проведении рекламных кампаний. В статье рассказываем о том, как создают голограммы, чем они полезны для бизнеса и каковы их перспективы развития.

Что такое голография

С изобретением фотоаппарата у нас появилась возможность запечатлеть момент точнее, чем это может сделать профессиональный художник. В свое время эта технология произвела настоящий фурор, но даже у нее есть существенные ограничения. Насколько бы точной ни была картинка, изображение все равно остается двухмерным.

Свет – это удивительная форма энергии, которая проносится через наш мир с невероятной скоростью: 300 000 километров в секунду — этого достаточно, чтобы пролететь от Солнца до Земли всего за 8 минут. Мы видим мир вокруг, потому что наши глаза являются сложными детекторами света: они постоянно улавливают световые лучи, отражающиеся от близлежащих объектов, в результате чего мозг может создавать постоянно меняющуюся картину об окружающем мире. Единственная проблема заключается в том, что мозг не способен вести постоянную запись того, что видят глаза. Мы можем вспомнить то, что, как нам казалось, мы видели, и распознать образы, которые мы видели в прошлом, но мы не можем легко воссоздать образы неповрежденными, как только они исчезли из поля зрения.

Существует гипотеза, согласно которой наша Вселенная – самая настоящая голограмма

Голограмма — это трехмерная запись отраженного от объекта света. Она точно копирует контуры предмета и показывает его с разных сторон в постоянном движении.

Для создания такого изображения используют лазерный луч. Его делят на две волны:

• опорную — она идет от источника света;
• объектную — она отражается от предмета записи.

Поверхности имеют разную отражательную способность, поэтому интенсивность объектной волны меняется в зависимости от того, на какую точку объекта попадает луч лазера. Отраженный свет объектной волны фиксируется на фотопластинке — так формируется голограмма.

Похожим образом работает фотопленка. Однако она фиксирует только двухмерное изображение объектов, а чтобы рассмотреть снимок, необходимо распечатать его на бумаге. Фотопластинка «запоминает» образ предмета со всех сторон. Чтобы снова увидеть его, достаточно осветить фотопластинку волной, близкой к опорной. Фотопластинка преобразует луч света в тот, который отражался от объекта записи, и мы увидим его в трехмерном пространстве.

Не путайте голографию с 3D-изображением. Последнее показывает предмет только с одной точки обзора, а голография — со всех. 3D-картинки создают путем соединения двух изображений — того, что видит левый глаз, и того, что видит правый. Так возникает стереоэффект — нам кажется, что мы видим объект в объеме.

Что такое голограмма?

Голограммы немного похожи на вечные фотографии. Это своего рода «фотографические призраки»: они выглядят как трехмерные фотографии, которые каким-то образом попали в ловушку внутри стекла, пластика или металла. Когда вы наклоняете голограмму кредитной карты, то видите изображение чего-то вроде птицы, движущейся «внутри» карты. Как она туда попадает и что заставляет голограмму двигаться? Чем она отличается от обычной фотографии?

Предположим, вы хотите сфотографировать яблоко. Вы держите камеру перед собой, и когда вы нажимаете кнопку спуска затвора, чтобы сделать снимок, объектив камеры ненадолго открывается и пропускает свет, чтобы попасть на пленку (в старомодной камере) или на светочувствительный чип датчика изображения (чип в цифровой камере). Весь свет, исходящий от яблока, исходит из одного направления и попадает в один объектив, поэтому камера может записывать только двумерную картину света, темноты и цвета.

Голограмма слона выглядит так

Если вы смотрите на яблоко, происходит что-то другое. Свет отражается от поверхности яблока в оба ваших глаза, и мозг сливает их в одно стереоскопическое (трехмерное) изображение. Если вы слегка повернете голову, лучи света, отраженные от яблока, будут двигаться по несколько иным траекториям, чтобы встретиться с вашими глазами, и части яблока теперь могут выглядеть светлее, темнее или и вовсе быть другого цвета. Ваш мозг мгновенно все пересчитывает и вы видите несколько иную картину. Вот почему глаза видят трехмерное изображение.

Голограмма – это нечто среднее между тем, что происходит, когда вы фотографируете, и тем, что происходит, когда вы смотрите на что-то реально. Как и фотография, голограмма – это постоянная запись отраженного от объекта света. Но голограмма также выглядит реальной и трехмерной и движется, когда вы смотрите вокруг нее, точно так же, как реальный объект. Это происходит из-за уникального способа, которым создаются голограммы.

▍ Что такое голограмма?

Реальное трёхмерное изображение-проекция ДНК, сделанное при помощи системы зеркал

Голограмма — удивительное технологическое достижение. Изображение, напечатанное на двумерной плоскости, при правильном освещении кажется реально трёхмерным, и при изменении углов зрения правильно воспринимается глазами — относительные расстояния до разных частей трёхмерного изображения выглядят так, как нужно. Кажется, будто бы за двумерной поверхностью голограммы существует настоящий трёхмерный мир, детали которого можно рассмотреть так, будто мы наблюдаем за ним в зеркале.

Это получается благодаря тому, что голограмма — не просто статичное изображение, а световая карта трёхмерного объекта. При создании голограммы вместе сходятся свет, оптика и физика, и они кодируют набор информации из мира с большим количеством измерений на поверхности с меньшим количеством измерений.

В отличие от голограммы, фотография работает гораздо проще. Мы берём свет, испускаемый или отражённый объектом, фокусируем его при помощи линз и записываем картинку, падающую на плоскую поверхность. Точно так же наши глаза воспринимают окружающий мир — линза глазного яблока фокусирует свет на сетчатке, там изображение кодируют палочки и колбочки, отправляют его в мозг, а он уже его обрабатывает.

Однако при использовании когерентного света (например, от лазера) и особой эмульсии вы уже не будете ограничены записью плоского изображения — вы сможете записать и создать карту целого светового поля. И часть закодированной информации — это трёхмерные координаты всех объектов изображения, включая такие вещи, как вариации плотности, текстуры, прозрачность и расстояние между ними.

Всё это кодируется в световом поле и честно переносится на двумерную поверхность голограммы. Затем, когда эту поверхность правильно подсвечивают, наблюдателю предстаёт весь набор записанной трёхмерной информации с любой точки обзора. Таким образом — можно создать обычную голограмму, напечатав двумерную карту светового поля на металлической плёнке.

Фото голограммы из музея MIT. Она выглядит, как трёхмерный объект, но на самом деле представляет собой двумерное световое поле, закодированное на поверхности голограммы. При правильной подсветке удаётся увидеть трёхмерные свойства этого поля

Коротко о главном

• Голограмма — трехмерное изображение объекта в движении.
• Существуют физический и цифровой методы создания голограммы. Первый — наиболее сложный в реализации. Компьютерный метод используют в разработке очков смешанной реальности.
• Псевдоголограммы — двухмерные изображения на пленке с голографическим эффектом. Их используют в производстве и торговле, чтобы защитить оригинальный продукт от подделок.
• во многих сферах. Уже сейчас развивается технология голографических коммуникаций, когда собеседники видят проекции друг друга на специальных экранах. Также голограммы эффективны при продвижении товаров и услуг — с их помощью создают креативную и запоминающуюся рекламу.
• Ученые обещают, что в обозримом будущем голограмму можно будет потрогать руками, у нее появятся температура и запах.

Эффект голограммы

Создание голограммы очень напоминает фотосъемку, с той разницей, что фотография печатается на бумаге, а для изготовления голограммы нужно «проявлять» ее на пластине. Кроме того, снимки плоские, а голограммы объемные. Почему так происходит?

Каждый объект в мире рассеивает свет. При помощи линзы фотоаппарат фокусирует его на фотопленке, благодаря чему мы получаем фотографию. При просмотре этого снимка наши глаза воспринимают одну и ту же информацию, только под разными углами. Благодаря этому наш мозг понимает, что изображение плоское.

Как же устроена голограмма? Каждая ее точка моделирует все лучи, рассеянные всеми точками предмета, в то время как на снимке оказываются лишь лучи сфокусированные. В этом и причина, почему голограммы дают ощущение объема. Они точно воспроизводят световые волны, рассеянные объектом.

Можно ли сохранить луч света?

Сколько голограмм в вашем кошельке? Если у вас есть какие-то деньги, ответ, вероятно, будет: «довольно много.» Голограммы – это блестящие металлические узоры с призрачными изображениями внутри банкнот, которые помогают бороться с фальшивомонетчиками, так как их очень трудно воспроизвести. На кредитных картах тоже есть голограммы. Но для чего еще можно использовать голограммы?

Еще в 19 веке гениальные изобретатели помогли решить эту проблему, открыв способ захвата и хранения изображений на химически обработанной бумаге. Фотография, как известно, произвела революцию в том, как мы видим мир и взаимодействуют с ним – и она дала нам фантастические формы развлечений в 20-м веке в виде фильмов и телевидения. Но как бы реалистично или художественно ни выглядела фотография, о ее реальности не может быть и речи. Мы смотрим на фотографию и мгновенно видим, что изображение – это застывшая история: свет, который захватил объекты на фотографии, исчез давным-давно и никогда не может быть восстановлен.

Еще больше увлекательных статей на самые разные темы ищите на нашем канале в Яндекс.Дзен. Там выходят статьи, которых нет на сайте.

Голограмма безопасности на банкноте помогает остановить фальшивомонетчиков – их труднее воспроизвести, чем другие устройства безопасности.

Голограмма и ее применение

Каждый человек сталкивался с простыми голограммами-наклейками, предназначающимися для борьбы с контрафактом. Но этим сфера применения голограмм отнюдь не ограничивается.

Расстояние перестает быть препятствием для общения. Доказательство тому — знаменитый видеозвонок между главами американской компании Verizon и корейской Korea Telecom, совершенный в 2017 году. Пообщаться генеральные директора смогли при помощи сети 5G, которая отличается высокой пропускной способностью. Звонок примечателен еще и тем, что собеседники видели голограммы друг друга.

Генеральный директор Verizon Лоуэлл Мак-Адам и генеральный директор Korea Telecom Чанг-Гю Хванг

Голограммы — отличный инструмент в руках умелых маркетологов. Интерактивные изображения позволяют презентовать продукт и привлечь внимание клиентов. Так, в 2017 году Barbie с помощью голограммы показала роботизированную куклу, реагирующую на голосовые команды. Эта продвинутая игрушка со встроенным будильником способна поддерживать простые беседы с пользователем.

https://youtube.com/watch?v=xnqZ6rZy6Oo%3Ffeature%3Demb_title

Дистанционное образование набрало большую популярность в период пандемии, но существенных успехов в этой сфере удалось достичь еще до коронавируса. Так, в 2015 году профессор физики Стэнфордского университета Карл Виман смог выступить в Наньянском технологическом университете в Сингапуре. Примечательно, что для этого нобелевскому лауреату даже не пришлось покидать США. Выступление профессора транслировали при помощи голограммы.

Голография может создать полную иллюзию личного присутствия лектора на занятии, что позитивно скажется на успеваемости. К тому же голограмму можно транслировать сразу в нескольких университетах. Это позволит охватить большую аудиторию и сэкономить время преподавательского состава.

В 2013 году в Лондонском университете Святого Георгия наглядно показали, как можно использовать голограммы в медицине. Сотрудникам университета удалось создать полноценные интерактивные модели почек, черепа и других органов. Подобные голограммы органов вполне можно использовать для обучения студентов и в медицинской практике.

У нас уже была новость о немецком цирке, заменившем настоящих животных голограммами. Также с помощью голограмм можно создавать виртуальные копии предметов искусства или даже внедрять в музеи цифровых экскурсоводов. В пример можно привести электронного экскурсовода Нюшу из Музея истории Костромского края.

В последние годы популярность набирают голографические шоу и даже полноценные концерты с участием цифровых звезд.

Голограмма человека — уже не редкость, и людям доступны выступления электронных копий ушедших знаменитостей. Пара видео для ознакомления:

https://youtube.com/watch?v=jDRTghGZ7XU%3Ffeature%3Demb_title

Несложные оптические трюки со смартфоном

Время на прочтение

Для начала, рассмотрим два забавных DIY-трюка с использованием смартфона. Для них не требуется почти никаких дополнительных компонентов, а те, что есть, стоят недорого. Всё работает, голограмма парит в воздухе, проектор выводит изображение, в приемлемом качестве. Работа предстоит с бумагой, ножницами, клеем.

В качестве руководства будем использовать видеолекции курса «Galaxy Upcycling – новая жизнь старого смартфона» который можно посмотреть на YouTube канале «IT ШКОЛЫ Samsung». Курс подготовлен российским Исследовательским центром Samsung (Samsung Research Russia) сотрудником которого я являюсь. При создании курса было решено двигаться в сторону образования и экспериментов. Основу курса составляют практико-ориентированные занятия с обучающими примерами, объясняющими, как превратить старый гаджет на платформе Android в новое устройство: мини-проектор, часы, умную гирлянду и т.д.

Два видеоруководства, разобранные в этой статье, пригодятся и педагогам: каждая поделка собирается за один-два школьных урока и для домашних занятий родителей с детьми. Хотя что там дети, такой мастер-класс отлично зайдет и для взрослых — поработать руками и включить мелкую моторику оказалось неожиданно приятно и полезно.

Как будет развиваться голография

Технологию активно используют в разработке head-mounted дисплеев. Характерный пример — автопром. Голограммы заменяют габаритную и точную оптику — это позволяет снизить стоимость транспортных средств и сделать их более безопасными. Прозрачный дисплей наклеивают на лобовое стекло машины, и водитель получает возможность одновременно следить за ситуацией на дороге и за основными датчиками машины.

Согласно прогнозам, в течение нескольких лет голографические дисплеи запустят в массовое производство. Производители стремятся сделать их компактными и недорогими.

Технология позволит оптимизировать трудозатраты в разных производственных сферах и, в том числе, улучшить качество дистанционных переговоров. Собеседники могут находиться в разных городах и странах и при этом чувствовать, что их разделяет один лишь стол.

Голографический принцип

Объемные изображения стали возможны благодаря свойствам света: дифракции и интерференции. Эти термины сводятся к перераспределению интенсивности света и преломлению двух световых волн: предметной и опорной. Опорную волну создает лазер, а предметная, как понятно из названия, формируется, отражаясь от предмета, который мы хотим записать. Попадая на фотопластину, они и создают интерференционную картину, то есть голограмму.

Голограммы не может получиться без линзы — полупрозрачного зеркала, разделяющего пучки света из лазера надвое. Каждый полупучок, отражаясь от зеркал, попадает на объект, который мы хотим снять, и, уже отразившись на него, оказывается на фотопленке. Под воздействием световолны, близкой к опорной, проявляется голограмма.

Сферы использования

Голограммы используют повсеместно. В сфере образования они позволяют сделать процесс обучения более наглядным. В 2013 году студентам Университета Святого Георгия в Лондоне голограммы внутренних органов человека. Объемные и очень большие изображения — длина одной почки достигала четырех метров — позволяли рассмотреть каждый миллиметр в теле человека.

В медицине очки смешанной реальности помогают врачам просматривать историю болезни пациента, результаты анализов и снимки прямо во время операции. При этом их руки остаются свободными. В 2022 году в Сингапуре операция, в ходе которой хирурги в очках Hololens 2 видели голограмму сердца пациента. Ее создали на основе снимков компьютерной томографии. Профессор, который руководил процессом, отметил, что благодаря этой технологии можно точно прогнозировать результат операции.

Современные музыканты тоже активно используют эту технологию. В 2006 году на премии «Грэмми» Мадонна на одной сцене с группой Gorillaz, мультяшные образы которых воспроизвели с помощью голографии. Группа ABBA в 2021 году целое голографическое турне.

Также голограммы набирают все большую популярность в различных бизнес-отраслях, рекламе и коммуникациях. На этом остановимся подробнее.

Компании все чаще используют голографию для продвижения товаров и услуг. Объемные изображения, на которых можно рассмотреть каждую деталь, впечатляют потребителей намного сильнее, чем обычные фото и текстовые описания.

В 2013 году компания Nike жителям Амстердама первую в мире голографическую рекламу: в центре города появился стеклянный куб, в центре которого парила модель новых кроссовок.

В 2014 году на одной из улиц Лондона автобусная остановка, в которую был встроен экран с технологией . Зайдя внутрь, люди могли видеть, как улицу атакуют пришельцы, или с неба падают метеориты. Остановка была создана в рамках рекламной кампании Pepsi.

В 2017 году американский производитель игрушек Mattel голографическую куклу Barbie Hello Hologram, которая реагирует на голосовые команды, повторяет фразы, рассказывает сказки и будит по утрам.

Пока бренды создают голографическую рекламу и инновационные продукты, Calltouch помогает делать маркетинг более эффективным. Используйте систему Сквозной аналитики, чтобы определить, какие каналы приводят клиентов, а какие — лишь сливают бюджет. Сервис формирует наглядные отчеты, собирая всю необходимую информацию в одном окне, чтобы вы оценивали результативность маркетинга на основе полных и достоверных данных.

Сквозная аналитика Calltouch

• Анализируйте воронку продаж от показов до денег в кассе
• Автоматический сбор данных, удобные отчеты и бесплатные интеграции

В 2017 году первый международный голографический звонок. В нем приняли участие генеральные директора телекоммуникационных компаний Verizon и Korea Telecom. Голограммы, изображенные на дисплее экспериментального устройства, детально воспроизводили жесты и мимику собеседников, которые находились во время разговора в разных странах — США и Южной Корее.

Чтобы общаться с помощью голографии, нужна максимальная пропускная способность сети. Поэтому такая коммуникация доступна только при наличии 5G.

Разработчики стремятся сделать голограммы осязаемыми. В 2021 году сотрудники Университета Глазго визуальный образ с имитацией тактильных ощущений. Специальные датчики фиксируют движения пользователя, и когда он «прикасается» к голограмме, подаются струи воздуха — именно они создают эффект прикосновения. Специалисты отметили, что будут менять температуру подаваемого воздуха и тестировать разные ароматы.

В 2017 году сотрудники Мюнхенского технического университета технологию получения трехмерных голограмм помещений с помощью Wi-Fi-роутера. Они позволяют воссоздавать любые интерьеры, от небольших квартир до огромных бизнес-центров. В будущем технологию планируют использовать не только в строительстве и дизайне, но и для спасения людей, оказавшихся под обрушившимися зданиями.

голограммы для виртуальной примерки одежды — в торговых точках устанавливают роботизированные программы.

Правда ли, что наша Вселенная — это голограмма?

Наверняка вы задумывались над тем, что реальность может быть чем-то большим, чем то, что мы можем увидеть, ощущать неким другим образом, обнаружить или вообще хоть как-то наблюдать. Одна из интересных, хотя и совершенно умозрительных идей последнего времени в науке, состоит в том, что в нашей Вселенной, кроме трёх пространственных и одного временного измерения, могут существовать дополнительные измерения, нами не воспринимаемые.

На основе этих идей, — красивых, но умозрительных, — более 20 лет назад была построена теория «вселенной-голограммы». И всё это время теория остаётся сколь занимательной, столь и проблемной.

Голографическая пирамидка

Вот видеоруководство и дальше текстовая расшифровка, для тех, кто не любит смотреть, но любит читать:

Итак, голографическая пирамидка. Звучит круто, выглядит соответствующе. Чтобы спроецировать изображение, парящее в темноте как голограмма, нужно склеить пирамидку из прозрачного пластика, и поставить ее в темноте на экран смартфона или планшета.

• Смартфон или планшет — без разницы, подойдет и то, и другое. Конечно, на планшете будет круче смотреться. Но можно и на смартфоне. Конкретная модель не важна.
• Бумага в клеточку

Здесь вызвать затруднения может только прозрачный пластик. Где его взять:

• Пластик от упаковки техники, например наушников, бритвы и так далее. Единственное условие, пластик нужен гладкий и не изогнутый, то есть бутылка не подойдет.
• Другой вариант — коробочка от компакт-диска. Но этот вариант хуже, потому что там пластик жесткий и не гнется, а ломается, причем с трещинами по краям. И придется делать в четыре раза больше работы, при этом итог, скорее всего, не порадует. Если честно, никому не советую. Мне не удалось аккуратно отрезать такой пластик без трещин.
• Листы пластика для брошюровки. Используются в качестве обложки документа. В магазине канцтоваров называются “Обложки для переплета пластиковые” формата А4. Только ни в коем случае не берите матовый, нужен именно прозрачный. На примере таких листов я и буду показывать.

Итак, начнем делать нашу крутую 3D-пирамиду. Нужно нарисовать развертку пирамиды на бумаге, вырезать, наложить, и потом склеить уже из прозрачного пластика. Развертка будет выглядеть так:

Понятно, что она состоит из четырех трапеций. Я не буду подгонять размеры под диагональ экрана конкретного смартфона. Размер трапеции для смартфона будет такой: 1 сантиметр ширина верхнего основания, 3,5 сантиметров высота, 6 сантиметров ширина нижнего основания. А для планшета то же, но в два раза больше.

Чертеж трапеции для телефона и для планшета.

Нужно четыре такие трапеции, начну с одной. Понадобится линейка. На клетчатой бумаге выйдет так:

Вырежем, получится одна грань пирамиды. Теперь прикладываем и обводим вырезанную трапецию четыре раза.

Получается то, что нужно — развертка пирамиды. Вырезаем:

Главное делать аккуратно. Я делала неаккуратно, и моя пирамида потом норовила завалиться вбок.

Так, вырезали бумажную пирамиду. Теперь возьмем пластик и на него это перенесем. Смело рисуйте маркером или фломастером, их легко смыть с пластика водой и губкой с чистящим средством.

Чтобы знать, как сгибать, подложу вниз бумажный чертеж и линии сгиба тоже нарисую на пластике.

Осталось вырезать и сложить. Сгибая, используйте линейку.

Склеим конструкцию тонким кусочком скотча, чтобы не разваливалась.

Давайте тестировать. Беру смартфон, открываю YouTube, там много готовых видео для 3D-пирамидки. Ищете просто по запросу “3d hologram”. Чаще всего это видео с рыбками, цветочками, иногда еще и с музыкой.

Ставлю пирамидку по центру. Она будет падать, если вы криво согнули или неаккуратно вырезали. Если снизу мешают острые углы, можно обрезать ножницами.

Теперь, если выключим свет, увидим, что медуза как бы плавает в воздухе, с какой бы грани ни посмотрели.

Теперь удивляйте друзей забавной игрушкой!

Как это работает

Этот забавный пример, иллюстрирующий базовые законы геометрической оптики, давно известен в театре и цирке. Эффект впервые описал итальянский ученый еще в 17 веке. Называется “Призрак Пеппера”, по фамилии британского инженера, который начал использовать трюк в театральных постановках, например, по повести Чарльза Диккенса “Призрачный человек”.

Стекло стоит под углом 45 градусов. Снизу и впереди сцены комната с окрашенными черной краской стенами, в ней ярко освещенный актер. Отражение актера на стекле видят зрители.

В современности эта техника используется в телесуфлерах. Там между видеокамерой и спикером установлено стекло, на котором бегут строчки. Эти строчки — отражение экрана планшета, лежащего горизонтально под стеклом. Кстати, еще один пример того, как использовать старый планшет с пользой — тоже Upcycling. У нас в видеостудии Иследовательского центра Samsung так и сделано, планшет лежит в суфлере и его никогда не достают оттуда.

Ещё трюк используется в концертной индустрии для создания голограмм исполнителей. К примеру, изображение рэпера Тупака Шакура было представлено на сцене вместе с Доктором Дре и Снуп Догом в 2012 году. А в 2014 году таким же образом состоялось выступление Майкла Джексона.

Еще это единственный способ организовать выступление виртуального персонажа. Мультяшный вокалоид Мику Хатсуне только таким образом может петь и танцевать на сцене, в окружении реальных музыкантов. Потому что физически она не существует. Или например, группа Gorillaz, которая выступила вместе с Мадонной.

Есть современные примеры применения этой технологии в цирке: немецкий цирк Roncalli отказался от номеров с животными и заменил их голограммами. Слоны, лошади и рыбы выступают теперь в представлениях виртуально.

И конечно, если вы внимательно смотрели этот опыт, то понимаете, что здесь не настоящая голограмма, а оптическая проекция, не объемное изображение, а скорее псевдо-объемное. Но название трюка закрепилось такое — 3D голограмма — и искать в Интернете о нем информацию следует с таким названием.

Мини-проектор

Продолжаем рассказ о том, как проводить забавные эксперименты при помощи смартфона. Следующая лекция из видеокурса «Galaxy Upcycling – новая жизнь старого смартфона», также представленная на YouTube канале «IT ШКОЛЫ Samsung» — о том, как сделать мини-проектор:

Да, он показывает видео на стене! Пусть и не лучшем качестве. Причем изображение на стене будет гораздо крупнее того, что видите на экране смартфона, то есть свою задачу он выполняет. Здесь по-честному.

Конструкция такая: коробка из-под обуви, с крышкой, выкрашенная изнутри черной гуашью, с линзой в отверстии. Внутри подставка для смартфона. Подставка не фиксированная, подвижная, чтобы менять расстояние до линзы.

• Смартфон любой модели
• Коробка из-под обуви. Рекомендую взять компактную, не сильно широкую. Но в нее, конечно, должен пролезать смартфон.
• Линза. Подойдет лупа для чтения. В продаже можно встретить трехкратные, с ними вы тоже можете сделать проектор, правда с удручающим качеством картинки. Поэтому рекомендую 7-кратную, она ненамного дороже. Проектор будет как настоящий!
• Картон, чтобы сделать подставку для телефона

Приступаем. Берем коробку. Исхожу из того, что вы не хотите портить лупу и отпиливать у нее ручку — все-таки это полезная в хозяйстве вещь.

Поэтому придется взять коробку побольше, в которую лупа свободно помещается вместе с ручкой. Это скорее коробка от кроссовок или от сапог. Когда выбираете коробку, примеряйте лупу, чтобы подходила по размеру.

Чтобы вырезать отверстие, я разобрала коробку и отрезала лишние боковые стенки и верхнюю часть, потому что иначе линза не входила. Главное, что коробка все еще закрывается и не разваливается на части.

Нарисуем отверстие для линзы. Это сделать сложно, если нет циркуля. В этом случае найдите круглый предмет по диаметру немного меньше линзы — чашку, крем, бутылку. Мне идеально подошла стеклянная банка для туши. Здесь важно, что отверстие меньше линзы, потому что в коробку должно проникать минимум света, поэтому никаких свободных краев.

Теперь рисуем отверстие и вырезаем его. Картон толстый, ножницами будет трудно сделать это аккуратно. Я решила воспользоваться канцелярским ножом, но будьте осторожны, не порежьтесь. Другой вариант, если боитесь испортить стол: ножницы, только лучше не канцелярские (они большие), а маникюрные: ровнее получится вырезать окружность.

Теперь пристраиваем внутрь лупу. Возьму ленточку тонкого скотча и надрежу через промежутки, чтобы получились такие лепестки.

Отгибаем в стороны всю эту красоту. Приклеили, вот так линза держится.

Итак, исходим из того, что линза держится в коробке, и осталось придумать, как закрепить смартфон. Но хорошая новость в том, что вы уже можете протестировать конструкцию!

Для этого запустите видео, к примеру, с YouTube, на смартфоне. Желательно мультфильм с яркими заметными цветами. Яркость экрана поставьте на максимум. Пробовать нужно в темноте. Поставьте смартфон внутрь коробки и запустите видео.

Двигая смартфон вперед-назад рукой, заметите, что видео вдруг приобрело резкость. Вау! Вы проецируете мультфильм на стену!

Если не работает, то вероятно вы: криво закрепили линзу, взяли линзу с небольшим увеличением, неровно держите смартфон.

Итак, первый рабочий прототип готов! Теперь начинаем доводить наш мини-проектор до совершенства!

Чтобы не мешали посторонние отражения от стенок коробки, проектор стоит покрасить черной краской внутри или обклеить черной бумагой. Никаких щелочек быть не должно. Заклейте все отверстия в коробке. Я беру гуашь и кисточку, и будем заниматься приятным делом — красить коробку изнутри.

Смартфон неудобно держать рукой. Он должен стоять сам внутри коробки, поэтому будем делать для него картонную подставку. Мне было лень клеить отдельную конструкцию, и я сделала подставку, разрезав ненужную картонную коробку. Смартфон перевешивает подставку, поэтому утяжелите ее или сделайте из остатков картона опору. А сам смартфон приклейте к подставке скотчем.

Ура! Самодельный проектор готов и работает! Конечно, он не заменит настоящего проектора. Но зато вы собрали его сами.

А теперь, когда всё получилось и пора хвастаться друзьям своим самодельным проектором, давайте разберемся, как же тут всё устроено.

Здесь ответы на два базовых вопроса:

• почему изображение после линзы вверх ногами
• на каком расстоянии расположить смартфон

Чтобы объяснить, я нарисовала картинки в онлайновом Open Source-симуляторе Ray Optics Simulator.

Это физика, 8 класс. Линзы бывают собирающие (слева) и рассеивающие (справа).

В нашем случае мы имеем дело с собирающей двояковыпуклой линзой.

Фокус линзы — это точка, в которой соберутся лучи после прохождения через собирающую линзу. Представим, что пустили пучок лучей, идущих параллельно. Лучи прошли через линзу и оказались вот тут, в фокусе.

Через оптический центр линзы лучи проходят без преломления.

Эта линия еще называется главная оптическая ось линзы.

Посмотрим, как будет формироваться изображение точки, лежащей не на главной оптической оси линзы, а в стороне от нее.

Луч, проходящий через оптический центр линзы, пройдет прямолинейно.

А другой луч переломится через линзу и пройдет через фокус. На пересечении этих двух лучей и будет изображение точки.

Теперь уже нетрудно понять, как формируется изображение. Предположим некий предмет. Для определенности, поставлю его на расстоянии, превышающем фокусное, но не сильно. Дальше объясню, почему.

Рисуем путь лучей, как в предыдущем примере с точкой. Первый луч проходит через оптический центр линзы.

Второй луч проводим перпендикулярно линзе, дальше он преломляется и идет в точку фокуса. На пересечении этих двух лучей и получается точка.

Опускаем из нее перпендикуляр. Вот так будет выглядеть изображение. Видим, что оно увеличенное.

Далеко не всегда картинка будет увеличенная, и вы можете убедиться в этом, проводя эксперименты с самодельным проектором.

• Предмет между фокусом и двойным фокусом. Изображение перевернутое, увеличенное.
• Предмет в двойном фокусе. Изображение перевернутое, равное.
• Предмет за двойным фокусом. Изображение перевернутое, уменьшенное.

Человеческий глаз тоже устроен как линза, и изображение попадает на нашу сетчатку перевернутым. Но мозг научился переворачивать изображение.

Заключение

Если знаете еще нетривиальные примеры использования смартфона в образовании, научных экспериментах, в системе Умного дома, в качестве игрушки или гаджета, пишите в личку. Мы хотим продолжить снимать новые серии видеокурса «Galaxy Upcycling – новая жизнь старого смартфона», и ваши идеи с благодарностью могут быть использованы для создания новых лекций курса, с указанием авторства.

Татьяна Волкова, куратор трека по Интернету вещей социально-образовательной программы для вузов «IT Академия Samsung»

▍ Как ещё можно применить эту идею?

В физике повсеместно используется идея того, что можно изучить поверхность с меньшим количеством разрешений и получить не только много информации о закодированной на ней реальности с бо́льшим количеством измерений, но и всю информацию о наборе физических свойств этой реальности. Поверхность с меньшим количеством измерений служит барьером для пространства с бо́льшим количеством измерений. Если вы понимаете законы, действующие в этом пространстве, и измерили достаточно свойств, закодированных на поверхности, тогда вы сможете делать выводы о физическом состоянии пространства.

Такое возможно, к примеру, в электромагнетизме: вы можете решить любую из трёх краевых задач: задачу Дирихле, Неймана или Робена. Что-то похожее есть в Общей теории относительности — только там, если многообразие пространства-времени не замкнуто, нужно добавить ещё один краевой член. Вообще, во многих областях физики зная законы, управляющие поведением границы, и поведением ограниченного ею пространства, можно, измеряя свойства границы, определять весь набор физических свойств того, что находится внутри.

Такого рода рассуждения годятся даже для чёрных дыр — правда, эта теория проверялась только в моделях; для проверки теории на реальной чёрной дыре её ещё предстоит как следует измерить.

Но, в теории, когда отдельный квант падает в чёрную дыру — трёхмерный объект, существующий в нашей трёхмерной Вселенной — они уносят с собой всю квантовую информацию. Однако при распаде чёрной дыры в результате излучения Хокинга это самое излучение должно обладать только спектром абсолютно чёрного тела — без всякой информации о массе, заряде, спине, поляризации, барионном или лептонном числе тех квантов, которые породили их, упав в чёрную дыру. Это свойство несохранения известно как парадокс исчезновения информации в чёрной дыре, и тут возможно только два варианта. Либо информация реально не сохраняется, либо ей как-то удаётся сбежать из тесных объятий чёрной дыры в процессе испарения.

Так вот, вполне вероятно, что на горизонте чёрной дыры есть двумерная поверхность, на которой сохраняется вся информация, попавшая в чёрную дыру или излучённая из неё. Возможно, что этот голографический принцип вполне может разрешить информационный парадокс, и спасти принцип унитарности (грубо говоря, идею о том, что сумма всех вероятностей всех возможных вариантов развития событий равна 1).

Виды голограмм

Сложные сценические голограммы можно условно разделить на два типа.

Голограммы, работающие на отражении

За самой пленкой могут располагаться уже артисты и декорации. Таким образом реальность и иллюзия становятся одним целым.

https://youtube.com/watch?v=GOTvvyl1JLM%3Ffeature%3Demb_title

Этот вид голограмм устроен еще проще. Он предполагает обратную проекцию на прозрачную пленку или стекло. Пример такой голограммы — уже знакомая нам Хацунэ Мику.

Конструкцию для создания такой голограммы куда проще смонтировать, но есть пара нюансов. Если вы хотите, чтобы ваши голограммы буквально парили в воздухе, нужно оборудовать затемненный фон, за которым не должно располагаться никаких объектов.

Как сделать голограмму

Голограммы выглядят завораживающе, поэтому многим кажется, что для их создания нужен дорогостоящий проектор. Так сколько же стоит голограмма? Конечно, с профессиональным оборудованием ваши возможности существенно вырастут, но создать простенькую голограмму можно даже в домашних условиях с минимальными затратами. Вот что для этого потребуется:

• кусок прозрачного пластика,
• и совсем немного времени.

Из пластика нужно вырезать 4 трапеции с нижним основанием в 6 см и верхним в 1 см. Высота каждой фигурки должна равняться 3,5 см. Если вы хотите изготовить проектор побольше, можно сделать все стороны трапеции вдвое длиннее. Скрепив фигурки скотчем, мы получаем наш мини-проектор. Теперь осталось положить его на дисплей смартфона, включить видео для голограмм (таких предостаточно на YouTube) и наслаждаться.

Голограмма — продукт голографии, объемное изображение, создаваемое с помощью лазера, воспроизводящего изображение трехмерного объекта. Голографии прочат будущее визуальных развлечений, поскольку до сегодняшнего дня этот способ был самым многообещающим способом визуализации трехмерных сцен. За изобретение метода голографии в 1947 году Дэннис Габор получил Нобелевскую премию по физике в 1971 году. Все просто: вы буквально видите реальный объект, который на самом деле является объемной картинкой. Его можно обойти, рассмотреть со всех сторон, можно придать мощную глубину, которой не может похвастать никакая другая технология 3D-отображения.

Что такое голограмма и как ее сделать?

Вы, наверняка, помните реалистичные голограммы из научно-фантастических фильмов. В течение очень долгого времени голограммы пользовались большой популярностью в кинематографе, как например в “Звездных войнах”, где голография использовалась в качестве одной из форм легкого общения. Несмотря на то, что после создания фильма прошло уже чуть более 40 лет, голограммы в фильмах выглядят до сих пор впечатляющими и футуристичными. Но, очевидно, вместе с развитием современных технологий, голография станет совсем скоро привычным способом телекоммуникаций. Возможно ли применение нового способа телекоммуникации в реальной жизни? Давайте попробуем разобраться вместе в данной статье.

Новое устройство позволяет создавать голограммы при помощи ультразвука.

Исследователи из Университета Сассекса (Великобритания), по всей видимости, являются фанатами серии фильмов «Звездные Войны». Но даже если это и не так, то они создали устройство, которое очень похоже на голографические интерфейсы, что использовались в «далекой-далекой Галактике». Новая разработка при помощи ультразвука способна создавать анимированные 3D объекты, которые могут разговаривать и взаимодействовать с наблюдателями.

ИИ поможет голографическим технологиям выйти на новый уровень.

В рамках двух новых исследований ученые из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) использовали нейронные сети для реконструкции голограмм. Обе работы не только демонстрируют уровень развития голографических технологий, но еще и обещают открыть этим технологиям дверь в медицину, где они смогут произвести настоящую революцию.

Американский стартап работает над созданием голопалубы из Star Trek.

Разработчики из калифорнийского стартапа Light Field Lab уже к концу 2018 года планируют выпустить первый рабочий прототип правдоподобной парящей в воздухе голограммы, которую можно будет видеть без специальных гарнитур. Для продолжения работы над проектом компания уже привлекла семь миллионов долларов инвестиций.

Как это работает? | Голографический дисплей.

Первая голограмма была получена венгерским физиком Денешом Габором в 1947 году в ходе экспериментов по повышению разрешающей способности электронных микроскопов. Он придумал само слово «голограмма», желая подчеркнуть полную запись оптических свойств объекта. Денеш немного опередил свое время: его голограммы отличались низким качеством из-за использования газоразрядных ламп. После изобретения в 1960 году рубиново-красного и гелий-неонового лазеров голография начала активно развиваться. В 1968 году советский учёный Юрий Николаевич Денисюк разработал схему записи голограмм на прозрачных фотопластинках и получил высококачественные голограммы. А 11 годами позже Ллойд Кросс создал мультиплексную голограмму, состоящую из нескольких десятков ракурсов, каждый из которых можно увидеть только под одним углом. Как же работает современный голографический дисплей — об этом в сегодняшнем выпуске!

RED сообщила новые подробности о «голографическом» смартфоне.

В июле 2017 года стало известно, что компания RED работает над смартфоном с «голографическим» экраном. При этом подробностей было озвучено совсем немного. С приближением выхода новинки на рынок компания рассказала больше о ней. Более того, в Сети появился также видеоролик длительностью более пяти минут, показывающий смартфон Hydrogen One.

Компания RED анонсировала первый смартфон с голографическим дисплеем.

Согласитесь, что в последнее время смартфоны перестали нас чем-то удивлять. Производители стремятся сделать их тоньше, легче, уменьшить рамки вокруг экрана, но всё это столь незначительные улучшения, что никто им особо не радуется. Революции в данной области не было уже очень много лет. И знаменитая компания RED, профессиональными цифровыми камерами которой пользуются практически все режиссёры Голливуда, собирается совершить эту самую революцию. Она анонсировала первый в мире смартфон с голографическим экраном, который называется RED Hydrogen One.

Голосовой ассистент Cortana получил голографический аватар.

Голосовые ассистенты наподобие Cortana от Microsoft или Siri от Apple уже давно прочно вошли в нашу жизнь. Несмотря на пока еще несовершенную технологию общения, для полноценного восприятия голосовым помощникам не хватает «реального воплощения». Эти же мысли посетили и Джарема Арчера, известного в Сети под ником unt1tled, который создал для «Кортаны» из операционной системы Windows 10 что-то наподобие «голографического аватара», по функциям ничем не уступающего «обычной» версии.

KT и Verizon провели первый в истории сеанс голографической связи.

Исследования в области голографических технологий и интерфейсов в последнее время становятся все более популярными в научной среде. Несмотря на то, что полноценное внедрение голограмм в нашу жизнь произойдет не скоро, практически не остается сомнений в том, что за этими технологиями будущее. Но вполне возможно, что будущее это ближе, чем кажется, ведь недавно специалисты компании KT Corporation (одного из крупнейших южнокорейских операторов мобильной связи) совместно с коллегами из Verizon провели первый в истории сеанс голографической связи, используя для этого возможности мобильных сетей стандарта 5G.

Как сделать голограмму?

Создать голограмму можно отражая лазерный луч от объекта, который вы хотите захватить. На самом деле, вы разделяете лазерный луч на две отдельные половины, просвечивая его через полузеркало (кусок стекла, покрытый тонким слоем серебра, так что половина лазерного света отражается и половина проходит через него). Одна половина луча отражается от зеркала, попадает на объект и отражается на фотопластинке, внутри которой будет создана голограмма. Это называется объектным лучом. Другая половина луча отражается от другого зеркала и попадает на ту же самую фотопластинку. Это – опорный луч. Голограмма образуется там, где два луча в пластине встречаются.

▍ Является ли наша Вселенная голограммой?

Мы, судя по всему, находимся в четырёхмерном пространстве-времени, с тремя пространственными и одним временным измерением. Но что, если это не полная картина реальности? Вдруг существует больше измерений, нам недоступных, и то, что мы воспринимаем в виде четырёхмерной вселенной, на самом деле является границей некоего объекта с бо́льшим числом измерений, который и является «настоящей» Вселенной?

Эта довольно странная идея произрастает из, казалось бы, не совсем связанной с данной темой теории струн. Эта теория выросла из струнной модели, пытавшейся объяснить сильные взаимодействия, происходящие внутри таких составных частиц, как протоны, нейтроны и в других барионах (и мезонах). Правда, модель давала всякие безумные предсказания, вроде существования частиц со спином 2. Но если задрать шкалу энергий повыше, теория струн в принципе может объединить фундаментальные взаимодействия с гравитацией.

Идея того, что все взаимодействия и частицы являются проявлениями одной общей теории, очень привлекательно. Однако для неё требуются дополнительные измерения, а также куча дополнительных частиц и взаимодействий. Против теории струн говорит то, что она пока не дала ни одного проверяемого предсказания, а также то, что некоторые её свойства не соответствуют наблюдаемой нами Вселенной — по крайней мере, по текущим представлениям.

Однако свойство (или недостаток — как посмотреть) этой попытки обрести «святой Грааль» физики состоит в том, что для этой теории требуется множество дополнительных измерений. И как тогда получить нашу Вселенную с тремя пространственными измерениями из той многомерной, которую даёт нам теория? И какая из теорий струн является правильной (поскольку её можно реализовать множеством способов)?

Может быть, множество разных моделей теорий струн являют собой разные аспекты одной и той же фундаментальной теории, на которую мы смотрим с разных точек зрения. В математике эквивалентные системы называются дуальными; одним из неожиданных открытий стало то, что иногда две дуальные друг другу системы обладают разным количеством измерений. И тут мы подходим к голограмме.

Весь сыр-бор в физике на эту тему связан с тем, что в 1997 году физик Хуан Малдасена предложил АдС/КТП соответствие — оно же «калибровочно-гравитационная дуальность» или просто «голографическая дуальность». Суть его в том, что наша Вселенная с тремя пространственными и одним временным измерением и квантовыми теориями поля, описывающими элементарные частицы и их взаимодействия, дуальна пространству-времени с бо́льшим количеством измерений (Антидеситтеровскому пространству), задействованному в квантовых теориях гравитации.

За прошедшие 25 лет физики и математики изучили это соответствие вдоль и поперёк, и оказалось, что его можно с пользой применять к разным системам в физике конденсированных состояний и твёрдых тел. Но что касается применения этого соответствия ко всей Вселенной, и, в частности, к теории струн, в которой у нас есть не менее 10 пространственных измерений, — тут мы натыкаемся на целый букет проблем, которые оказывается не так-то легко решить.

Во-первых, мы вполне уверены, что не живём в Антидеситтеровском пространстве, поскольку мы измерили воздействие тёмной энергии, и получается, что ускоренное расширение Вселенной соответствует случаю, в котором космологическая константа положительна. А пространство-время с положительной космологической константой похоже на Деситтеровское пространство, поскольку в Антидеситтеровском пространстве космологическая константа должна быть отрицательной. А поскольку в Деситтеровском пространстве возникает несколько математических проблем, мы указанное соответствие построить не можем.

Во-вторых, единственные примеры дуальности, открытые нами, связаны с тем фактом, что пространство с бо́льшим количеством измерений отличается от пространства с меньшим их количеством ровно на одно измерение. Двумерные голограммы могут записывать только трёхмерную информацию. Четырёхмерные конформные теории поля, входящие в АдС/КТП соответствие, применимы только к пятимерным Антидеситтеровским пространствам. В результате вопрос компактификации — как прийти к пространству с количеством измерений не больше пяти — остаётся открытым.

Но есть ещё один интригующий аспект АдС/КТП соответствия. Да, конечно, у нас есть две реальные проблемы — неправильный знак у космологической константы и неправильное количество измерений. Но когда два пространства с разным количеством измерений дуальны друг другу, в некоторых случаях можно получить больше информации о пространстве с бо́льшим количеством измерений, чем можно было бы подумать изначально. Конечно, на границе пространства, у которой измерений меньше, содержится меньше информации, чем внутри всего того объёма, который она ограничивает. Из этого следует, что когда вы измеряете один процесс, происходящий на поверхности границы, вы можете узнать гораздо больше о том, что происходит внутри более крупного пространства с бо́льшим числом измерений.

И одна интересная особенность, потенциально связанная с нобелевской премией по физике 2022 года, касающейся квантовой запутанности, состоит в том, что нечто, происходящее в многомерном пространстве может связать два разных, вроде бы не связанных между собой, участка маломерной границы. Если вам не нравится тот факт, что измеряя свойства одной из запутанных частиц, вы мгновенно получаете информацию о второй из запутанных частиц, так, будто бы передача информации происходит быстрее света — тогда лучшим претендентом на роль спасателя для вас будет голографический принцип.

И всё-таки за эти 25 лет мы так и не приблизились к тому, чтобы найти эти дополнительные измерения, понять, связаны ли они каким-то образом с нашей реальностью, или выдать какие-то важные теоретические идеи, которые помогли бы нам лучше понять нашу Вселенную. Но дуальность отрицать нельзя — это просто математический факт. АдС/КТП соответствие не теряет математической привлекательности, хотя остаются нерешёнными два важных вопроса — то, что оно даёт неправильный знак для тёмной энергии, и то, что оно работает только для пяти измерений, а не десяти (или более), необходимых для теории струн.

Возможно, что теория голографической Вселенной когда-нибудь приведёт нас к теории квантовой гравитации. Но пока мы не решим две этих загадки, представить, как мы сможем туда прийти, не получится.

Telegram-канал с полезностями и уютный чат

Первая голограмма в мире

Термин «голография» — заслуга английского физика венгерского происхождения Денниса Габора. Это слово происходит от древнегреческого выражения holo graphy, что переводится как «пишу все». Термин был введен обиход в конце 40-х годов предыдущего столетия, когда Габор придумал голографический принцип. А в 1971 году ученый даже получил за это Нобелевскую премию.

Первая голограмма была невысокого качества. Причина тому — ртутные дуговые лампы, использовавшиеся в те годы. Они давали излучение низкого качества, поэтому и изображения были плохими. По-настоящему реалистичными голограммы стали в 60-х годах с появлением лазерных технологий.

Первая лазерная голограмма была создана в 1964 году американскими физиками Эмметтом Лейтом и Юрисом Упатниексом. На ней были изображены игрушечный поезд и птица. В 1968 году в создании лазерных голограмм преуспел советский ученый Ю.Н. Денисюк. А спустя еще 11 лет значительного прогресса в этой области достиг американский исследователь Ллойд Кросс. С тех пор голограммы активно развиваются и используются в самых разных областях.