ГОЛОГРАММЫ — ТАК МЕЧТЫ СТАНОВЯТСЯ РЕАЛЬНОСТЬЮ

Голография — одно из замечательных достижений современной науки и техники. Голограммы обладают уникальным свойством — восстанавливать полноценное объемное изображение реальных предметов. Может быть, не каждый человек знает, что такое голограмма, но каждый будет восхищен, увидев ее.

Простыми словами, голограмма — это многослойная вариация изображения, каждый слой которой отражает свет по-своему. Голограмма — это трёхмерная фотография, получаемая посредством интерференции двух лазерных лучей. У голографии и фотографии общие задачи: запись, хранение и воспроизведение зрительных объектов. Но изображения трехмерных голографических объектов в высшей степени похожи на реальные, т. к. голограмма позволяет точно воссоздать пространственную структуру рассеиваемого объектом светового поля.

Идея голографии была впервые высказана Деннисом Габором (Великобритания, 1948 г.), однако техническая реализация метода оказалась чрезвычайно сложной и голограммы не получали распространения. Для создания голограммы требуются источники света с высокой пространственной и временной когерентностью при требовании к мощности несовместимой с обычными источниками света. Но с появлением лазеров в 60-х годах прошлого столетия, открылись многочисленные и разнообразные возможности практического использования голограмм в радиоэлектронике, оптике, физике и различных областях техники [2].

В ходе экспериментов по увеличению разрешающей способности электронного микроскопа Д. Габор обнаружил, что если пучок когерентного света разделить на два и осветить регистрируемый объект только одной частью пучка, направив вторую часть на фотографическую пластинку, то лучи, отраженные от объекта, будут интерферировать с лучами, попадающими непосредственно на пластину от источника света. Пучок света, падающий на пластину, назвали «опорным», а пучок, отраженный или прошедший через объект, «предметным». Учитывая, что эти пучки получены из одного источника излучения, можно быть уверенным в том, что они когерентны. В таком случае интерференционная картина, образующаяся на пластинке, будет устойчива во времени, т. е. образуется изображение стоячей волны.

Полученная интерференционная картина является кодированным изображением, описывающим объект таким, каким он виден из всех точек фотопластинки. В этом изображении сохраняется информация, как об амплитуде, так и о фазе отраженных от объекта волн и, следовательно, заложена информация о трехмерном (объемном) объекте.

Фотографическая запись картины интерференции предметной волны и опорной волны обладает свойством восстанавливать изображение объекта, если на такую запись снова направить опорную волну. Т. е. при освещении записанной на пластине картины опорным пучком восстановится изображение объекта, которое зрительно невозможно отличить от реального. Если смотреть через пластинку под разными углами, можно наблюдать изображение объекта в перспективе с разных сторон. Конечно, полученную таким способом фотопластинку нельзя назвать фотографией. Это — голограмма. Так создается оптическая копия визуально неотличимая от оригинала.

Рисунок 1 Схема создания голограммы

Чтобы понять, как создаются голограммы, необходимо рассмотреть схему создания голограммы. Объект помещается на подставку с магнитным основанием, которое прочно удерживает его на металлическом столе. Стол должен быть абсолютно неподвижным, т. к. интерференционный узор, проецируемый на экран, чрезвычайно чувствителен к малейшей вибрации. Если вибрация превысит 0,1 часть длины волны лазера, то голограмма будет испорчена.

Исследуемый объект освещается пучком света лазера, предварительно расширенным простым оптическим устройством. Затем перед объектом помещается стекло и через определённую точку проходит лазерный луч. Расширитель разделяет луч на два потока, направляет один из них за объект, а другой — за него. Поток, направленный на фронтальную часть объекта, — предметный поток. Опорный поток проходит через линзу фотообъектива, которая рассеивает свет, затем отражается параболическим зеркалом, которое не даёт ему потерять интенсивность.

Мощность светового потока составляет 250 милливатт. Стандартное время выдержки для объекта — 1 секунда. Однако некоторые голограммы, сделанные при помощи импульсного лазера, подвергаются воздействию света всего 12 наносекунд — это бесконечно малый промежуток времени. Рассеянная объектом световая волна, а также исходная (опорная) волна, отраженная от зеркала попадает на фотопластинку, на которой регистрируется возникающая интерференционная картина. Пластинка проявляется обычным образом. Она содержит всю информацию об объекте. Эта пластина и называется — голограмма. Внешне она не отличается от равномерно засвеченной пластинки, лишь под микроскопом можно заметить упорядоченную микроструктуру, возникающую в результате интерференции световых волн.

В основе голографии лежит дифракция света. Голограмма в общем случае представляет собой сложную структуру пятен, расстояние между которыми порядка длины волны, в связи с этим для изготовления голограмм требуются специальные высококачественные фотоматериалы.

Кроме амплитудных голограмм, существуют фазовые основанные на преобразовании не амплитуды фронта волны, а фазы.

Записать цветное голографическое изображение можно методом Денисюка. Так на одну голограмму можно записать изображения предмета для трех длин волн: красный, синий, зеленый. При восстановлении голограммы будут формироваться сразу три изображения предмета в красных, синих и зеленых тонах, с последующим формированием одного цветного.

В фильме «Звездные войны» мы видим голограммы, обладающие интерактивной составляющей. Наверное, в этот момент, у каждого появляется чувство сожаления относительно того, что такие технологии еще очень далеки от воплощения их в действительности. Конечно, в настоящее время уже существует ряд голографических проекторов, но все они отличаются от той универсальности, демонстрируемой голограммами из фантастических фильмов. Но, с большой вероятностью, такая ситуация может измениться в ближайшем будущем, компания Provision 3D Media, одна из ведущих мировых компаний в области 3D-проецирования и создания голографических изображений, планирует заняться разработкой того, чем наверняка захочет обладать каждый из нас — проектором, способным создавать интерактивные голографические изображения в натуральную величину.

Компания Provision 3D Media обещает, что технология HoloVision, которая будет разработана, пригласит голограмму в каждый дом. Это будет трехмерное изображение в натуральную величину, свободно «плавающее» в пространстве, которое будет создаваться на максимальном расстоянии чуть более двух метров от проектора. Это будет полноцветное изображение с насыщенными цветами. Пока компания ищет деньги на рабочий прототип системы создания голограмм в натуральную величину. По словам главного исполнительного директора Provision 3D Media Курта Торнтона, HoloVision отличается от голограмм, создаваемых с помощью лазера. Для получения голографического изображения размером в человеческий рост компания собирается использовать новый «фирменный источник света». К. Торнтон не раскрывает подробности технологии, но сообщает, что проект является «началом воплощения голливудской фантастики в жизнь». Полноразмерные голограммы могут найти широкое применение в игровой индустрии, розничной торговле, бизнесе и других сферах [5].

Сегодня многие компании работают в этом направлении. Еще в 2010 году команда физиков из Университета Аризоны разработала технологию передачи и просмотра движущихся трехмерных изображений в реальном времени. Разработчики из Аризоны называют свою работу прототипом «голографического трехмерного телеприсутствия». В реальности показанная сегодня технология представляет собой первую в мире практическую трехмерную систему передачи подлинно трехмерных изображений без необходимости использования стереоскопических очков.

«Голографическое телеприсутствие означает, что мы можем записать трехмерное изображение в одном местоположении и показать его в трехмерном режиме при помощи голограммы в другом, которое будет удалено на многие тысячи километров. Показ может проводиться в реальном времени», — говорит руководитель исследований Нассер Пейгамбарьян [10].

В сердце новой системы находится новой фотографический полимер, разработанный калифорнийской исследовательской лабораторией Nitto Denko, работающей с электронными материалами.

Профессор Пейгамбарьян прогнозирует, что примерно через 7—10 лет в домах у обычных потребителей могут появиться первые голографические системы видеосвязи. «Созданная технология абсолютно устойчива ко внешним факторам, таким как шумы и вибрация, поэтому она подходит и для промышленного внедрения», — говорит разработчик.

«Живая» 3D голограмма в реальном времени с эффектом телеприсутствия уже находит практическое применение. Технология Musion Eyeliner позволяет создавать движущиеся 3D голограммы в натуральную величину. 3D голограммы, созданные по этой технологии, отличаются превосходным качеством и яркостью. Эта технология сегодня используется не только для создания интерактивных трехмерных шоу, но и для корпоративных совещаний, дистанционного участия в судебных процессах, рекламы в розничной торговле и так далее. Эта технология будет развиваться, так как человек всегда стремился к улучшению связи со всем остальным миром. 3D голограмма с эффектом телеприсутствия — новый скачок в этом направлении.

Сегодня есть хороший пример применения голограммы — это виртуальный работник. И некоторые компании уже могут предложить приобрести такого работника по цене 2000 евро за базовый комплект. «Виртуальный работник» запрограммирован выполнять заданные ему функции — продвигать товары и услуги компании, сообщать необходимую информацию, привлекать внимание потенциальных клиентов, в зависимости от поставленной задачи. У него может быть фигура человека, или любая другая (животное, мультипликационный, корпоративный герой или любые другие нестандартные силуэты). Видеоряд «Виртуального работника» может сопровождаться компьютерной графикой, а так же фото и видеоматериалами, гармонично дополняющими речь работника.

Первые в мире голографические «работники» появились в 2011 г. в парижском аэропорту Орли (Orly airport). Аэропорт Орли относят к одному из двух международных аэропортов Франции, которым пассажиры обычно пользуются для перелётов внутри самого государства. В зале ожидания № 40 с сидячими местами и комнатой на 400 ожидающих произвели установку трех агентов (в виде голограмм), занимающихся встречей и посадкой пассажиров. Им доверено управление процессом посадки пассажиров в самолет. Эти двухмерные голограммы являются намного более простыми в реализации, чем их трехмерные аналоги, к примеру, известная японская поп-звезда Хацуне Мику, но их использование вызывает у посетителей аэропорта немалый интерес. Эти виртуальные сотрудники создаются с помощью обычного проектора, отображающего изображение говорящего и двигающегося человека на экран из прозрачного органического стекла. Когда самолет готов принять на борт пассажиров сотруднику аэропорта стоит только нажать на соответствующую кнопку, и перед пассажирами появится привлекательный «виртуальный» сотрудник, который объявит о начале посадки и даст пассажирам необходимые указании и рекомендации. Использование виртуальных сотрудников имеет преимущество перед использованием сотрудников-людей. Виртуальный голографический сотрудник никогда не будет недовольным, он не подвержен перепадам настроения, он никогда не болеет и не требует повышения заработной платы. Качественно записанное сообщение совместно с локальной аудио — системой обеспечат то, что пассажиры расслышат сообщение ясно и четко, а не искаженно, как это иногда происходит при работе системы громкого оповещения аэропорта.

Шарль Телитсин, директор западного терминала Орли говорит: «Новая система информирует наших пассажиров вместо плазменного экрана. Понятно, что это производит на наших клиентов ошеломляющий эффект, привлекая детей и побуждая пассажиров подойти посмотреть. Иногда это помогает скоротать время в зале ожидания» [8].

Конечно, еще более привлекательной для посетителей эта голографическая система станет, если добавить ей немного интерактивности. Способность системы прочитать сообщение на различных языках по просьбе пассажиров, способность ответить на типовые задаваемые вопросы и другие функции станут дальнейшим этапом развития этой системы.

В Москве 17 ноября 2013 г. в ГУМе состоялось открытие уникальной выставки «Французское женское белье — XIX—XXI». Организаторами выставки выступили Lingerie Française, Promincor. В экспозиции уникальной столичной выставки предстали более двух сотен предметов эксклюзивного белья для женщин таких знаменитых брендов, как Maison Lejaby, Barbara, Audade, Princesse tam.tam, Passionata, Chantelle и многие другие. Самым пикантным моментом этой выставки оказалось шоу, на котором великолепное белье самых разных эпох продемонстрировала «красотка-девушка», а именно голографическая модель. Все зрители мероприятия могли наблюдать за очаровательной неосязаемой моделью, а также за тем, как белье разных эпох меняло фигуру дам и позволяло им становиться привлекательными [7].

Интерес к голограммам активно используется в реальной постановочной деятельности. Голографическая проекция — уникальный продукт идеально подходящий для проведения презентаций, форумов, продвижения новых продуктов, визуализации брендов компании. Это инновационная проекционная система для создания свободно плавающего голографического изображения. Её можно применять на сцене, подиуме, в павильонах магазинов и торговых центрах, при проведении различных мероприятий: выставки, презентации, конференции, шоу-программы и прочее. При помощи разработанного оборудования можно моделировать движущиеся и статичные объекты. Для этих целей используется уникальный экран, практически незаметный для глаза. На него проецируется изображение, которое заранее создают специалисты. Живые люди или анимированные персонажи появляются на сцене и взаимодействуют с другими голографическими объектами как в лучших фантастических фильмах.

Удивительное шоу прошло в марте 2014 г. на фестивале в американском Остине. Японский пианист Ёсики сыграл дуэт сам с собой. Первой на сцене появилась голограмма музыканта. Когда голография «сыграла» вступление, на сцене появился сам японский виртуоз Ёсики. Он был одет, как и голограмма, — в кимоно. Зрелище получилось поистине впечатляющим, а дует — завораживающим. В течение шоу копия не повторяла игру настоящего Ёсики, а лишь виртуозно ее дополняла. Время от времени пианист обменивался с голографией жестами, приводя публику в еще больший восторг. Выступление завершилось бурными овациями.

В планы пианиста входит проведение мирового классического тура, в котором также будут задействованы номера с использованием голографического эффекта. Совмещать музыку и новые технологии пришло в голову не только японскому музыканту. В 2015 г. в Лондоне планируется открытие необычного музея, в котором можно будет увидеть «оживших» Фредди Меркьюри, Джона Леннона и других легендарных личностей мира музыки. Музей голограмм будет называться «Зал славы музыки». У посетителей будет возможность «выступить» с кумиром на сцене и получить диск с записью выступления в подарок [3].

Другим предложением для конференции является использование голографической комнаты, работающей под управлением Microsoft DVE Immersion Room, которую представила в январе 2014 г. компания Digital Video Enterprises. Операционная система Windows теперь может находиться не на экранах компьютеров или планшетов, а прямо посреди комнаты в воздухе. Люди могут взаимодействовать с различными объектами, вроде видео, изображениями или 3D-моделями. Кроме того, такие специальные приложения, как PowerPoint и Lync, способны работать в режиме дополненной реальности и показывать 3D-объекты для всех присутствующих в комнате. Используя Microsoft Kinect, можно на удалённом расстоянии передать своё изображение и взаимодействовать с другими голографическими объектами в такой комнате. Уже сейчас существуют брифинг — центры нового поколения, залы заседаний и телестудии, которые сотрудничают с DVE по использованию Immersion Room [6].

Большой интерес вызывает любая возможность познакомиться с голограммами. Уникальная международная выставка художественных голограмм «Голография-2014. Минск» открылась 25 апреля в Национальном историческом музее Беларуси. На выставке представлены лучшие работы художественной голографии, созданные белорусскими предприятиями ООО «Магия света» и ЗАО «Голографическая индустрия». Каждый посетитель экспозиции может изучить в мельчайших деталях голограммы креста Евфросинии Полоцкой, Жировичской иконы Божией Матери, Даров волхвов [9].

4—5 июня 2014 года в МВЦ «Сокольники», состоится VIII Международная специализированная игорно-развлекательная выставка-форум Russian Gaming Week. Благодаря развитию самых современных технологий, Hololoto предлагает нашему вниманию совершенно новую, запатентованную лотерейную систему, действующую на основе голографических технологий, создающих действительно трехмерную визуализацию. Это позволяет объединить неповторимые образы персонажей, проводящих тираж и постоянно развивающиеся миры сказочных локаций с невероятной графикой и динамичной игрой. Hololoto не оставит равнодушными игроков любых возрастов и взглядов, позволит испытать свою удачу в любой точке земного шара [4].

Мы видим, как то, что совсем недавно считалось фантастикой, становится нашей реальностью. Голограмма, несомненно, одна из основных технологий будущего, на которой будет основана вся жизнь человека. Как утверждала Элеонора Рузвельт: «Будущее принадлежит тем, кто верит в красоту своей мечты» [1]. Я знаю, что голограмма — это красиво. А как думаете вы?

Список литературы:
1.    Библиографии. Анна Элеонора Рузвельт — [Электронный ресурс] — Режим доступа. — http://www.epwr.ru/quotauthor/211/txt1.php (дата обращения 17.05.2014).
2.    Большая советская энциклопедия — [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://dic.academic.ru/dic.nsf/bse/80157 #sel (дата обращения 24.04.2014).
3.    Век (новостной портал) Пианист из Японии сыграл в дуэте со своей голограммой— [Электронный ресурс] — Режим доступа. — http://wek.ru/pianist-iz-yaponii-sygral-v-duyete-so-svoej-gologrammoj (дата обращения 23.05.2014)
4.     Городской журнал Минск. Выставки. — [Электронный ресурс] — Режим доступа. — http://whereminsk.by/minsk/event/weekend (дата обращения 24.04.2014)
5.     Новости высоких технологий. Голограммы в натуральную величину воплощаются в жизнь— [Электронный ресурс] — Режим доступа. — http://hi-news.ru/technology/gologrammy-v-naturalnuyu-velichinu-voploshhayutsya-v-zhizn.html (дата обращения 24.04.2014)
6.     Портал о КПК. Первая в мире голографическая комната от DVE и Microsoft — [Электронный ресурс] — Режим доступа. — http://4pda.ru/2014/01/16/135915/ (дата обращения 04.05.2014)
7.     Российская газета. В Москве открылась выставка французского женского белья XIX-XXI веков— [Электронный ресурс] — Режим доступа. — http://www.rg.ru/2013/11/22/belie-site-anons.html (дата обращения 24.05.2014)
8.     Телеканал NTD. Весь мир у вас дома — [Электронный ресурс] — Режим доступа. — http://ntdtv.ru/ntdtv_ru/news/2011-08-31/426126905042.html (дата обращения 24.04.2014)
9.     RUSSIAN GAMING WEEK 2014 О выставке— [Электронный ресурс] — Режим доступа. — http://rgweek.ru/ru/o-vystavke (дата обращения 24.04.2014)
10.     FUTURE24 Разработана технология передачи и просмотра движущихся трехмерных изображений — [Электронный ресурс] — Режим доступа. — http://future24.ru/razrabotana-tekhnologiya-peredachi-i-prosmotra-dvizhushchikhsya-trekhmernykh-izobrazhenii (дата обращения 24.05.2014)