Gunakan Kecerdasan Buatan untuk Menghasilkan Hologram 3D secara Real Time di Smartphone

Peneliti MIT telah mengembangkan cara untuk menghasilkan hologram hampir secara instan. Mereka bilang metode berbasis deep learning sangat efektif sehingga bisa bekerja dengan smartphone. Kredit: Gambar: MIT News, dengan gambar dari iStockphoto

Metode baru yang disebut holografi tensor dapat memungkinkan pembuatan hologram untuk realitas virtual, pencetakan 3D, pencitraan medis, dan banyak lagi – dan dapat bekerja dengan ponsel cerdas.

Meskipun bertahun-tahun berjuang, headset realitas virtual tidak akan lagi menyentuh TV atau layar komputer sebagai perangkat yang dapat diakses untuk menonton video. Salah satu alasannya: VR dapat membuat pengguna merasa mual. Mual dan ketegangan mata dapat terjadi karena VR menciptakan ilusi visualisasi 3D meskipun pengguna sebenarnya sedang melihat tampilan jarak tetap 2D. Solusi untuk visualisasi 3D yang lebih baik terletak pada teknologi berusia 60 tahun yang dibuat ulang untuk dunia digital: hologram.

Hologram memberikan representasi luar biasa dari dunia 3D di sekitar kita. Plus, mereka cantik. (Silakan – periksa kisaran holografik pada kartu Visa Anda.) Hologram menawarkan perspektif yang berubah berdasarkan posisi pemirsa, dan memungkinkan mata untuk menyesuaikan kedalaman fokus untuk melihat secara bergantian pada lantai pertama dan bawah.

Para peneliti telah lama berusaha membuat hologram yang dihasilkan komputer, tetapi proses tersebut secara tradisional membutuhkan superkomputer untuk berubah menjadi simulasi fisika, yang memakan waktu dan dapat memberikan hasil fotorealistik yang lebih sedikit. Sekarang, Dengan peneliti telah mengembangkan cara baru untuk menghasilkan hologram hampir secara instan – dan metode yang didasarkan pada pembelajaran mendalam sangat efisien sehingga dapat bekerja di laptop dalam sekejap mata, kata para peneliti.

Demonstrasi Eksperimental Proyeksi Holografik 2D dan 3D

Gambar ini menunjukkan demonstrasi eksperimental proyeksi holografik 2D dan 3D. Foto di sebelah kiri difokuskan pada tombol mouse (dalam kotak kuning) yang paling dekat dengan kamera, dan foto di sebelah kanan difokuskan pada kalender desktop abadi (dalam kotak biru). Kredit: Atas kebaikan para peneliti

“Orang-orang pada awalnya mengira bahwa dengan perangkat keras konsumen yang ada, tidak mungkin melakukan komputasi dalam holografi 3D secara real time,” kata Liang Shi, penulis utama studi dan mahasiswa doktoral di Departemen Teknik Listrik dan Komputer (EECS) MIT. “Sering dikatakan bahwa tampilan holografik yang tersedia di pasar akan bertahan dalam 10 tahun, namun pernyataan ini telah ada selama beberapa dekade.”

Shi yakin pendekatan baru, yang oleh tim disebut “holografi tensor,” pada akhirnya akan membawa sasaran 10 tahun yang sulit dicapai ini dalam jangkauan. Kemajuan dapat memicu limpahan holografik di bidang seperti VR dan pencetakan 3D.

Shi mengerjakan studi tersebut, yang diterbitkan pada 10 Maret 2021, di Alam, dengan penasihat dan penulis bersama Wojciech Matusik. Rekan penulis lainnya termasuk Beichen Li EECS dan Laboratorium Ilmu Komputer dan Kecerdasan Buatan MIT, serta mantan peneliti MIT Changil Kim (sekarang di Facebook) dan Petr Kellnhofer (sekarang di Universitas Stanford).

Mencari 3D yang lebih baik

Foto berbasis lensa yang khas menyandikan kecerahan setiap gelombang cahaya – foto dapat mereproduksi warna pemandangan sebagaimana aslinya, tetapi pada akhirnya memberikan gambar yang datar.

Sebaliknya, hologram mengkodekan kecerahan dan fase setiap gelombang cahaya. Kombinasi ini menawarkan representasi paralaks dan kedalaman pemandangan yang lebih akurat. Jadi, meskipun foto “Nymphs” Monet dapat menonjolkan palet warna lukisan, hologram dapat menghidupkan karya tersebut, menampilkan struktur 3D unik dari setiap sapuan kuas. Namun terlepas dari realisme mereka, hologram adalah tantangan untuk dibuat dan dibagikan.

Pertama kali dikembangkan pada pertengahan 1900-an, hologram pertama direkam secara optik. Ini membutuhkan pembagian sinar laser, dengan separuh sinar digunakan untuk menerangi subjek dan separuh lainnya digunakan sebagai acuan untuk fase gelombang cahaya. Referensi ini menghasilkan pengertian kedalaman yang unik dari sebuah hologram. Gambar yang dihasilkan bersifat statis, sehingga tidak dapat menangkap gerakan. Dan itu hanya hard copy, yang membuatnya sulit untuk direproduksi dan dibagikan.

Holografi yang dihasilkan komputer menghindari tantangan ini dengan mensimulasikan instalasi optik. Tapi prosesnya bisa menjadi slogan komputasi. “Karena setiap titik dalam adegan memiliki kedalaman yang berbeda, Anda tidak dapat menerapkan operasi yang sama untuk semua orang,” kata Shi. “Ini meningkatkan kompleksitas secara signifikan.” Pengarahan superkomputer yang dikelompokkan untuk melakukan simulasi berbasis fisika ini bisa memakan waktu beberapa detik atau menit untuk satu gambar holografik. Selain itu, algoritma yang ada tidak memodelkan oklusi dengan akurasi fotorealistik. Jadi, tim Shi mengambil pendekatan berbeda: membiarkan ilmu komputer mengajarkan fisika sendiri.

Mereka menggunakan pembelajaran mendalam untuk mempercepat holografi yang dihasilkan komputer, memungkinkan pembuatan hologram secara real time. Tim merancang jaringan saraf konvolusional – teknik transformasi yang menggunakan rantai tensor yang dapat dilatih untuk meniru secara kasar cara manusia memproses informasi visual. Pembentukan jaringan saraf biasanya membutuhkan sekumpulan besar data berkualitas tinggi, yang sebelumnya tidak ada untuk hologram 3D.

Tim membangun database kustom yang terdiri dari 4.000 pasang gambar yang dihasilkan komputer. Setiap pasangan mencocokkan gambar – termasuk informasi warna dan kedalaman untuk setiap piksel – dengan hologram yang sesuai. Untuk membuat hologram dalam database baru, para peneliti menggunakan pemandangan dengan bentuk dan warna yang kompleks dan bervariasi, dengan kedalaman piksel yang didistribusikan secara merata dari latar belakang ke latar depan, dan dengan satu set perhitungan berbasis fisika baru untuk menangani oklusi. Pendekatan itu menghasilkan data pelatihan fotorealistik. Kemudian, algoritme bekerja.

Belajar dari setiap pasangan gambar, jaringan tensor memodifikasi parameter perhitungannya sendiri, kemudian meningkatkan kemampuannya untuk membuat hologram. Jaringan yang dioptimalkan sepenuhnya mengoperasikan lipat lebih cepat daripada kalkulasi berbasis fisika. Efisiensi ini mengejutkan tim itu sendiri.

“Kami kagum dengan penampilannya,” kata Matusik. Dalam beberapa milidetik, holografi tarik dapat membuat hologram dari gambar dengan informasi kedalaman – yang disediakan oleh gambar yang dihasilkan komputer dan dapat dihitung dari konfigurasi multi-kamera atau sensor LiDAR (keduanya standar di beberapa smartphone baru). Kemajuan ini membuka jalan bagi holografi 3D real-time. Selain itu, jaringan tegangan kompak membutuhkan kurang dari 1 MB memori. “Ini tidak signifikan, mengingat puluhan dan ratusan gigabyte tersedia di ponsel terbaru,” katanya.

Penelitian “menunjukkan bahwa layar holografik 3D yang sebenarnya praktis dengan hanya persyaratan komputasi yang moderat,” kata Joel Kollin, seorang arsitek optik terkemuka di Microsoft yang tidak terlibat dalam penelitian tersebut. Dia menambahkan bahwa “dokumen ini menunjukkan peningkatan yang nyata dalam kualitas gambar dibandingkan karya sebelumnya,” yang “akan menambah realisme dan kenyamanan bagi pemirsa.” Kollin juga menyebutkan kemungkinan bahwa layar holografik seperti ini juga dapat disesuaikan menurut resep oftalmik pemirsa. “Manifestasi holografik dapat memperbaiki penyimpangan pada mata. Hal ini memungkinkan gambar tampilan yang lebih tajam daripada yang dapat dilihat pengguna dengan kontak atau kacamata, yang hanya dikoreksi untuk aberasi tingkat rendah seperti fokus dan astigmatisme. “

“Lompatan yang cukup besar”

Holografi 3D waktu nyata meningkatkan banyak sistem, dari VR hingga pencetakan 3D. Tim tersebut mengatakan sistem baru ini dapat membantu membenamkan pemirsa VR dalam skenario yang lebih realistis, menghilangkan ketegangan mata dan efek samping lain dari penggunaan VR jangka panjang. Teknologi ini dapat dengan mudah diimplementasikan pada tampilan yang memodulasi fase gelombang cahaya. Saat ini, sebagian besar layar yang dapat diakses tingkat konsumen hanya memodulasi kecerahan, meskipun biaya tampilan modulasi fase akan turun jika diadopsi secara luas.

Holografi tiga dimensi juga dapat merangsang perkembangan pencetakan volumetrik 3D, kata para peneliti. Teknologi ini dapat mendemonstrasikan pencetakan 3D lapis demi lapis yang lebih cepat dan lebih akurat daripada pencetakan lapis biasa, karena pencetakan volumetrik 3D memungkinkan proyeksi simultan dari keseluruhan skema 3D. Aplikasi lain termasuk mikroskop, visualisasi data medis, dan konsepsi permukaan dengan sifat optik yang unik.

“Ini adalah lompatan besar yang dapat sepenuhnya mengubah sikap orang terhadap holografi,” kata Matusik. “Kami pikir jaringan saraf lahir untuk tugas ini.”

Referensi: “Menuju holografi fotorealistik 3D real-time dengan jaringan saraf yang dalam” oleh Liang Shi, Beichen Li, Changil Kim, Petr Kellnhofer dan Wojciech Matusik, 10 Maret 2021, Alam.
DOI: 10.1038 / s41586-020-03152-0

Situs Proyek: Tensor Holography

Pekerjaan itu didukung, sebagian, oleh Sony.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ada lebih banyak genetika daripada DNA

Ahli biologi di Inggris dan Austria telah mengidentifikasi 71 gen baru pada tikus. Ahli biologi di Universitas Bath dan Wina telah menemukan 71 gen baru...

Untuk mencegah kelaparan, adaptasi iklim membutuhkan miliaran investasi tahunan tambahan

Investasi dalam penelitian pertanian, pengelolaan air, infrastruktur dapat mencegah pertumbuhan kelaparan yang disebabkan oleh iklim. Untuk mencegah dampak perubahan iklim pada tahun 2050, yang memaksa...

Teknologi Ultra Tipis Canggih untuk Merevolusi Penglihatan Malam – “Kami Membuat Yang Tak Terlihat Terlihat”

Dr. Rocio Camacho Morales mengatakan para peneliti membuatnya "tidak terlihat, terlihat." Kredit: Jamie Kidston, Universitas Nasional Australia Biar ringan! Film ultra-tipis suatu hari...

Maju dalam dekomposisi CO2 dengan efisiensi tinggi

ARA. 1: Metode sintesis fotokatalis tiga komponen baru. Sebuah nanotube karbon enkapsulasi molekul yodium direndam dalam larutan perak nitrat (AgNO3) berair untuk menghasilkan...

Satelit Terkemuka di Lautan – Copernicus Sentinel-6 – Hidup!

Copernicus Sentinel-6 menggunakan mode inovatif yang diselingi dengan altimeter radar frekuensi ganda Poseidon-4 (C- dan Ku-band), yang telah meningkatkan kinerja dibandingkan dengan desain altimeter...

Newsletter

Subscribe to stay updated.