Kolmiulotteista holografiaa videona

Kolmiulotteinen holografinen kuva HORN-8:n esittämästä videosta.

Japanilaiset tietotekniikkatutkijat ovat onnistuneet kehittämään erikoiskäyttöön tarkoitetun tietokoneen, joka voi tuottaa laadukasta kolmiulotteista (3D) holografiaa videona.

Chiba Universityn professori Tomoyoshi Ito on tehostanut holografisten projektioiden nopeutta kehittämällä uutta laitteistotekniikkaa.

Kun digitalisoidaan analogisia holografiatekniikoita ja kehitetään elektroniholografian tekniikoita projektoida kolmiulotteisia holografiakuvia videona, tarvitaan laskentatehoa yli 10 kuvakehykselle sekunnissa ja 1 biljoonalle pikselille kehystä kohden. Siksi laitteiston kehittäminen sekä vastaava ohjelmistokehitys edustavat alan tutkijoiden suurimpia haasteita.

Myös 3D-objektin tekemiseksi kaksiulotteisesta datasta, on otettava huomioon sellaisia tekijöitä kuten binokulaarinen parallaksi, liikeparallaksi, lähentymiskulma, tarkennuksen säätö ja ihmisen kokemukseen perustuvat arviot.

Tällä hetkellä yleiset 3D-televisiot käyttävät binokulaarista parallaksia stereoskopiaan, mutta se saattaa vahingoittaa lasten terveyttä. Siksi monet tutkijat ovat tutkineet videoholografiaa, mikä mahdollistaisi myös lasten nauttia 3D-televisiosta turvallisesti.

Tomoyoshi Ito on tutkinut ja kehitellyt erityistä HORN holografialaskentakonetta. HORN-8 toteutti laskentaa amplitudityyppisesti ja se tunnustettiin maailman nopeimmaksi holografiseksi tietokoneeksi Nature Electronics -julkaisussa keväällä 2018.

Äskettäin kehitetyn vaihetyyppisen HORN-8:n kanssa toteutettiin laskentamenetelmä valon vaiheen säätämiseksi ja tutkijat onnistuivat projektoimaan holografiatietoja 3D-videoiksi laadukkailla kuvilla.

HORN-8:ssa on kahdeksan FPGA (Field Programmable Gate Array) –piiriä yhdellä piirilevyllä. Niiden kytkennät mahdollistavat prosessinopeuden pullonkaulan ongelman välttämisen laskentamenetelmällä, jolla piirejä estetään kommunikoimasta keskenään. Tällä lähestymistavalla HORN-8 kasvattaa laskentanopeutta suhteessa piirien lukumäärään.

Yksi piirikortti saavuttaa 4 480 hologrammin laskentapiirin rinnakkaisen toiminnan ja kahdeksan kortin yhdistelmällä rinnakkaisten laskelmien määrää nousee 35 840:een.

Käyttämällä 7 877 pistettä sisältävää 3D-kuvaa, tutkijat osoittivat, että 10⁸ pikselin hologrammeja voidaan päivittää videonopeudella, mikä mahdollistaa 3D-elokuvien projisoinnin.

Järjestelmä toimii 0,25 gigahertsin nopeudella, mikä vastaa 0,5 petaflopsia (10¹⁵liukulukuoperaatiota sekunnissa), mikä vastaa korkean suorituskyvyn omaavaa tietokonetta.

Aiheesta aiemmin:

Reaaliaikainen holografianäyttö

Maailman ohuin hologrammi