Pantalla 3D holográfica de campo de luz: visión clara sin distorsión para realidad aumentada

• Nuevo método eliminaría distorsiones visuales en pantallas 3D sin óptica adicional más pesada.
• El sistema crea una imagen 3D clara en el espacio, lo que lo hace adecuado para aplicaciones de RA.

Interactuamos mayormente con contenido digital a través de teclados y paneles táctiles 2D. Sin embargo, tecnologías como Realidad Virtual (RV) y Realidad Aumentada (RA) prometen hoy más libertad frente a estas restricciones.

Los dispositivos RV/RA tienen sus desventajas, por ejemplo, tendencia a inducir fatiga visual, mareos y cinetosis debido a sus diseños basados en estereoscopía. El uso prolongado de estos dispositivos podría aumentar la sensación de náuseas y distorsión, también conocida como enfermedad de realidad virtual.

Para superar estas limitaciones, investigadores en Bélgica y Japón han empezado a explorar una combinación de holografía y tecnología de campo de luz. Aunque esto requiere equipo adicional, han intentado mantener el tamaño y coste bajos para lograr éxito comercial.

¿Cómo funciona?

Las características de los objetos (tamaño, color, textura, altura, distancia) se definen por la luz dispersada por ellos en diferentes direcciones a distintas intensidades. Los ojos humanos ven estos rayos modulados y envían señales al cerebro donde se recrean esas características.

Las pantallas 3D reales como la holografía y los dispositivos de visualización de campo de luz pueden generar los mismos rayos modulados sin la presencia de un objeto real. Sin embargo, reconstruir con precisión todas las características del objeto es un proceso costoso.

Por eso, los investigadores primero calcularon la modulación requerida y luego transformaron los datos en señales de luz usando una pantalla LCD. Estas señales se alimentan luego a otros instrumentos ópticos como combinadores de haz, espejos y lentes.

Desarrollaron un elemento óptico holográfico con una capa delgada de elemento fotosensible capaz de replicar las funciones de varios módulos ópticos. Está hecho mayormente de vidrio que determina la calidad y rendimiento de la pantalla.

Para grabar/imprimir varios componentes ópticos de una vez, el equipo desarrolló un método llamado Elemento Óptico Holográfico Diseñado Digitalmente (DDHOE, por sus siglas en inglés). Este método puede grabar todas las características de diferentes componentes ópticos, sin requerir que los componentes reales estén físicamente presentes.

Fuente: The Optical Society

Básicamente, el objetivo es medir el holograma de las características de todos los componentes y recrearlos ópticamente juntos usando un láser y LCD. Las señales ópticas finales se asemejan a la misma luz modulada por todos los componentes reales juntos. El holograma grabado se proyecta finalmente sobre la lámina delgada de material fotosensible.

(a) Array de lentes DDHOE, (c) escena 3D generada por computadora, (d) Imagen 3D final | Crédito: Boaz Jessie Jackin

El equipo ya ha probado esta técnica en una pantalla 3D de campo de luz tipo head-up. Al ser un sistema see-through que genera imágenes/videos 3D, la tecnología podría tener variedad de aplicaciones en RA.

Para mostrar imágenes multi-vista en un vidrio (película de array de microlentes), el sistema usa un proyector 2D convencional. Esta película delgada modula la luz que viene del proyector y recrea la imagen en 3D en el espacio.

¿En qué se diferencia de otros métodos?

En técnicas tradicionales, la luz del proyector se dispersa antes de golpear el array de microlentes. Esto distorsiona la imagen 3D final en el espacio. Para corregir esto, necesita colimar las luces del proyector en un haz paralelo.

Sin embargo, si quiere una pantalla más grande, tiene que aumentar el tamaño de las lentes de colimación, lo que eleva el coste de los componentes —la principal razón por la que estas técnicas no han logrado éxito comercial.

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El nuevo método, en cambio, incorpora las funciones de colimación en el propio array de microlentes fabricándolo con DDHOE. Esto elimina la necesidad de ópticas de colimación más pesadas. Los investigadores creen que su técnica pronto reemplazará los modelos existentes que usan componentes ópticos voluminosos.