Grenzen Durchbrechen: Hologramme Wirklich Interaktiv Machen

Hologramme, die einst nur in der Science-Fiction zu sehen waren, wurden nun erfolgreich von einem Forscherteam demonstriert. Das Team hat tatsächlich das allererste berührbare dreidimensionale Hologramm geschaffen.

Dieser Durchbruch in der 3D-Anzeigetechnologie wurde von Forschern der Public University of Navarra (UPNA) erzielt, die eine natürliche Handinteraktion mit virtuellen Objekten mittels eines elastischen Diffusors und Hochgeschwindigkeitsprojektionen ermöglicht. Laut der leitenden Studienautorin, Dr. Elodie Bouzbib, von der UPNA:

“Was wir in Filmen sehen und Hologramme nennen, sind typischerweise volumetrische Anzeigen. Dabei handelt es sich um Grafiken, die in der Luft erscheinen und aus verschiedenen Blickwinkeln betrachtet werden können, ohne dass man eine Virtual-Reality-Brille (oder Headsets) tragen muss.”

Indem sie diese echten 3D-Grafiken als „besonders interessant“ bezeichnet, erklärte Bouzbib, dass sie das „Komm-und-Interagiere“-Paradigma ermöglichen. Das bedeutet, dass ein Benutzer einfach zum Gerät gehen und es benutzen kann. Sie können das erklärende Video hier ansehen:

Auf diese Weise führt die neueste Innovation einen bahnbrechenden Wandel darin ein, wie wir Hologramme erleben, indem sie die Barrieren zwischen physischen und virtuellen Welten durchbricht und zu einer neuen Ära wirklich interaktiver 3D-Anzeigen führt.

Eine Neue Ära der Virtuellen Interaktion

Interessanterweise sind die Prototypen volumetrischer Anzeigen bereits kommerziell auf dem Markt erhältlich.

Voxon Photonics ist ein solches Unternehmen, das interaktive volumetrische Hologramme mit seiner VLED‑Technologie erstellt, die eine Kombination aus Grafikverarbeitungssoftware, Multiplexing, Kompression, Übertragung, räumlicher LED‑Matrix‑Bilddarstellung und Feedback darstellt.

Zu den Produkten des Unternehmens gehören VX2, eine Next‑Gen‑Volumetric‑Hologramm‑Technologie, die mit gängigen 3D‑Dateiformaten und Workflows kompatibel ist, sowie VX2‑XL, das eine höhere visuelle Klarheit und eine größere Anzeigefläche bietet und für den kommerziellen Einsatz konzipiert ist.

Brightvox ist ein weiteres Unternehmen, das ein Bildgebungssystem anbietet, das Nutzern ermöglicht, 3D‑virtuellen Inhalt aus jedem Winkel im realen Raum zu genießen.

Obwohl kommerzielle Hologramm‑Prototypen bereits existieren, erlauben sie keine direkte Interaktion damit. Dazu gehört die Möglichkeit, die Hände einzuführen und die virtuellen Objekte zu greifen.

Direkte Interaktion ist nichts anderes als eine natürliche Art, mit virtuellen Entitäten zu interagieren. Hier sind die gerenderten Grafiken, die den Ausgabebereich darstellen, mit dem Interaktionsbereich, dem Eingabebereich, ausgerichtet – ähnlich wie wir mit realen Objekten in der realen Welt interagieren.

Wir sehen diese Art der Interaktion bereits in Multi‑Touch‑Flachbildschirmen, bei denen wir die Tasten mit dem Finger drücken, was uns ermöglicht, Symbole zu verschieben oder Objekte zu drehen, ähnlich wie im echten Leben.

“Wir sind es gewohnt, direkt mit unseren Telefonen zu interagieren, indem wir eine Schaltfläche antippen oder ein Dokument direkt mit dem Finger auf dem Bildschirm ziehen – das ist für Menschen natürlich und intuitiv.”

– Leitender Forscher Asier Marzo

Volumetrische Anzeigen können uns dasselbe ermöglichen, indem sie den Großteil der visuellen Elemente, die wir aus der realen Welt wahrnehmen, bereitstellen. Mit den aktuellen Technologien können wir jedoch noch nicht in das Hologramm greifen und direkt mit den virtuellen Objekten interagieren. Das war bisher nicht möglich.

Diese Studie, die Teil des InteVol‑Projekts ist, dessen Fokus auf der Entwicklung und Implementierung eines Systems für Interaktionen mit volumetrischen Anzeigen liegt, ermöglicht es den Nutzern, natürlich mit 3D‑Grafiken zu interagieren und ihre angeborenen Fähigkeiten der 3D‑Vision und -Manipulation zu nutzen.

Echte 3D‑Displays Ändern Alles

In unserer realen Welt ist alles 3D, und das ist, woran wir gewöhnt sind, aber die virtuelle Welt funktioniert nicht auf dieselbe Weise. Unser Sehvermögen interpretiert den Raum um uns herum und wir greifen mit unseren Händen einfach die Objekte und manipulieren sie nach Belieben.

Im Gegensatz dazu bieten Grafiken, die auf einem 2D‑Bildschirm gerendert werden, uns Okklusion (bei der ein Objekt ein anderes aus der Sicht verdeckt und dadurch Realismus in virtuellen Anzeigen simuliert), Schatten und das Abstand‑Größen‑Verhältnis, können jedoch keine Konvergenz, binokulare Disparität und Fokus‑Akkommodation darstellen.

Tragbare Geräte wie Head‑Mounted‑Displays (HMDs), die visuelle Informationen direkt in die Augen des Benutzers projizieren, liefern Tiefenhinweise, indem sie jedem Auge ein unterschiedliches Bild zeigen. Das erzeugt binokulare Disparität, aber HMDs bieten in der Regel keine Konvergenz und Fokus‑Akkommodation, was bedeutet, dass Nutzer ihre Hände und nahe Objekte nicht korrekt fokussieren können.

Fortgeschrittene HMDs erforschen derzeit Eye‑Tracking oder holografische Nahfeld‑Displays, um diese Fähigkeiten zu unterstützen.

Aber natürlich muss der Nutzer dann immer noch das Display tragen, was die Möglichkeit einschränkt, dass ein oder mehrere Nutzer einfach zum System gehen und es benutzen können.

Ein echtes 3D‑Display hingegen rendert Grafiken, die aus verschiedenen Blickwinkeln betrachtet werden können. Solche Anzeigen zwingen den Nutzer nicht, ein Gerät zu tragen, bieten jedoch dennoch die visuellen Hinweise, die 2D‑Displays nicht bieten.

Unter den verschiedenen 3D‑Technologien bieten volumetrische Anzeigen und Hologramme alle Tiefenhinweise. Wie die Studie feststellte, ist ein volumetrisches Display den Hologrammen überlegen, weil es Lichtpunkte aus jeder Position innerhalb eines Volumens emittiert. Hologramme hingegen weisen Probleme wie Clipping und verbotene Geometrien auf.

Jetzt werden volumetrische Anzeigen hauptsächlich in drei Kategorien eingeteilt:

• Fest
• Durchlaufend
• Freiraum

Der Nutzer kann jedoch seine Hand nicht in diese einführen, weil es nicht nur physisch unmöglich ist, ein virtuelles Objekt zu berühren, da dies die Levitation zum Stillstand bringen würde, sondern es kann auch das Display oder den Nutzer beschädigen.

Um dies zu ermöglichen, schlugen die Forscher vor, die bestehenden starren Diffusoren durch gescannte volumetrische Anzeigen zu ersetzen.

Klicken Sie hier, um zu erfahren, wie holografisches 3D‑Drucken Forschern ermöglichen kann, im menschlichen Körper zu drucken.

Hin zu Natürlicher, Intuitiver Virtueller Interaktion

Volumetrische Anzeigen projizieren Bilder synchron mit hoher Geschwindigkeit. Diese Bilder werden auf ein schnell schwingendes Blatt projiziert, das als Diffusor bezeichnet wird. Die Bildprojektionen erfolgen in unterschiedlichen Höhen, aber die Nachleuchteigenschaft unseres Sehvermögens lässt uns sie als ein vollständiges Volumen wahrnehmen.

Das Problem hierbei ist, dass die optischen Diffusoren, die diese Anzeigen verwenden, in der Regel starr sind. Wenn sie während des Schwingens mit unseren Händen in Kontakt kommen, können die Diffusoren brechen oder uns verletzen. Daher wird die Interaktion indirekt über eine Tastatur oder eine 3D‑Maus durchgeführt.

Um dieses Problem zu lösen, führten die Forscher das FlexiVol‑Konzept ein. Gefördert vom European Research Council (ERC) verwendete die Studie einen elastischen Diffusor anstelle eines starren.

Die Modifizierung volumetrischer Anzeigen mit einem elastischen optischen Diffusor ermöglicht Deformationen, ohne das Display zu beschädigen oder den Nutzer zu verletzen. Das bedeutet, dass Nutzer ihre Hand in das Rendering‑Volumen einführen und direkt mit räumlich überlagerten echten 3D‑Grafiken interagieren können. Dies bietet eine kohärente Fokus‑Akkommodation, die eine verbesserte Tiefenwahrnehmung ermöglicht.

Dafür testeten die Forscher verschiedene Materialien hinsichtlich ihrer mechanischen und optischen Eigenschaften. Elastan, auch bekannt als Spandex, Lycra oder Dorlastan, ist das am häufigsten verwendete Material für elastische Projektionsleinwände und wurde daher als Ausgangspunkt für die Studie verwendet.

Die Herausforderung bei elastischen Materialien besteht darin, dass sie elastisch sind, was bedeutet, dass sie Verformungen verursachen und daher eine Bildkorrektur erforderlich ist. Statt einer durchgehenden Membran entschied das Team, ein Array von Streifen mit einer Breite von 20 mm zu verwenden, die dem Finger entsprechen. Wenn der Nutzer sie drückt, werden nur die gedrückten Streifen verzerrt.

Alle im Studium verwendeten Stoffe wurden entlang ihrer elastischen Dimension mit einem Laser in 200 × 20 mm²‑Streifen geschnitten, wobei Materialien wie Silikon auf einer Acrylplatte mit einem nach Wunsch gewählten Abstandshalter ausgehärtet wurden.

Testen der Menschlichen Reaktion auf Berührbare Hologramme

Eine Nutzerstudie wurde anschließend durchgeführt, um die Benutzerfreundlichkeit von FlexiVol zu bewerten und mit direkter Interaktion mittels einer 3D‑Maus zu vergleichen.

In dieser Bewertung nahmen 18 Teilnehmende im Alter von 20 bis 40 Jahren teil. Nur zwei Teilnehmende hatten bereits Erfahrung mit einer 3D‑Maus, während einige Gaming‑Enthusiasten Erfahrung mit Joysticks hatten. Eine Handvoll von ihnen (fünf) hatten Inhalte auf einem volumetrischen Display visualisiert, jedoch nie über eine 3D‑Maus interagiert.

Die Nutzerstudie umfasste drei Aufgaben – Auswahl, Verfolgung und Andocken –, um die Gültigkeit des Designraums von FlexiVol zu bewerten.

Die Ergebnisse zeigten eine Präferenz für die Durchdringungstechnik von 89 %, während nur zwei Teilnehmende die 3D‑Maus‑Bedingung wählten. Mehr als die Hälfte der Teilnehmenden bemerkte spontan, dass es sich „einfacher und natürlicher anfühlte, mit den Fingern zu interagieren.“

Auf die Frage hin sagten vier Teilnehmende, es sei „intuitiver“, und zwei weitere ergänzten, wir seien mehr „gewohnt, mit unseren Händen zu interagieren.“ Die meisten Teilnehmenden fanden es zudem spaßig, in den Diffusor zu greifen.

Was etwaige Bedenken angeht, dachten alle, es könnte unangenehm oder schmerzhaft sein, stellten jedoch fest, dass dem nicht so war. Tatsächlich erwähnten fast alle Teilnehmenden die Weichheit der Interaktion, was im Gegensatz zu ihrer anfänglichen Annahme stand, dass sie hart sei.

Die Nutzerstudie zeigte zudem, dass alle Teilnehmenden bis auf einen glaubten, sie hätten bei der Aufgabenerfüllung mit den Händen eine bessere Leistung. Nur sechs fühlten sich mit der 3D‑Maus genauer, und zwölf fühlten sich beim Einsatz ihrer Hände sicherer.

Obwohl die Bearbeitungszeit mit der Durchdringungsmethode deutlich kürzer war als mit der 3D‑Maus, stellte die Studie einen Kompromiss zwischen Bearbeitungszeit und Genauigkeit fest.

Jenseits von Bildschirmen: FlexiVols Futuristische Wirkung

Was die Anwendungsfälle betrifft, zeigten die Teilnehmenden Interesse daran, es zur Visualisierung von 3D‑Plänen und zur Zusammenarbeit mit Freunden zu nutzen sowie für medizinische Zwecke wie Operationen, Filmbearbeitung und Spiele. Sie erwähnten zudem den Wunsch, die ganze Hand in das Volumen zu legen und das Objekt zu greifen.

Derzeit hat der elastische Diffusor dem Team ermöglicht, neue Interaktionsmöglichkeiten mit 3D‑Grafiken einzuführen – das natürliche Greifen und Manipulieren virtueller Objekte. Beispielsweise kann man ein virtuelles Objekt wie einen Würfel zwischen Zeigefinger und Daumen greifen und bewegen. Das Team stellte fest:

“Anzeige­geräte wie Bildschirme und Mobilgeräte sind in unserem Leben für Arbeit, Lernen oder Unterhaltung präsent. Drei‑dimensionale Grafiken, die direkt manipuliert werden können, finden Anwendung im Bildungsbereich – zum Beispiel beim Visualisieren und Zusammenbauen von Motorteilen.”

Diese Innovation kann zudem mehreren Nutzern eine kollaborative Interaktion ermöglichen, ohne dass Virtual‑Reality‑Headsets erforderlich sind. In der realen Welt können diese volumetrischen Anzeigen speziell in Museen nützlich sein, wo Besucher dem Inhalt näherkommen und interagieren können.

Bezüglich der Einschränkungen erwähnt die Studie den Bedarf an langfristigen Ermüdungs‑ und Verschleißtests, das Testen fortschrittlicher Materialien für ein kommerzielles FlexiVol‑Gerät, ein ergonomischeres Layout zur Reduzierung der physischen Belastung sowie Verbesserungen bei Displaygröße und Auflösung.

In ihrer zukünftigen Arbeit liegt der Fokus hingegen auf der Entwicklung elastischer helicaler Diffusoren, der Verwendung eines adaptiven Rendering‑Algorithmus, der die Projektion an die Berührung des Nutzers anpasst, dem Hinzufügen von Haptik‑Technologien, um taktiles Feedback im gesamten Volumen zu bieten, sowie der Einführung der Möglichkeit, andere Objekte in das Anzeigervolumen einzufügen und Grafiken um sie herum zu rendern.

Insgesamt sind die Forscher der Ansicht, dass diese einfache, aber bedeutende Verbesserung von volumetrischen Anzeigen neue Möglichkeiten eröffnet, die einzigartigen Vorteile von volumetrischen Anzeigen und direkter Durchdringungs‑Interaktion zu erforschen.

Innovative Unternehmen

Immersion Corporation (IMMR )

Im Bereich der 3D‑Anzeige‑Technologie, Augmented Reality (AR) und Virtual Reality (VR) gibt es mehrere Unternehmen, die den Fortschritt in diesem Bereich vorantreiben.

Zum Beispiel tun dies Technologieriesen wie Meta Platforms (META ) und Apple (AAPL ) über die Oculus‑ bzw. Vision‑Pro‑Headsets. Microsoft Corporation (MSFT ) investiert ebenfalls in volumetrische Anzeigen, während Alphabet Inc. (GOOG ) (GOOGL ) in 3D‑Visualisierung, ARCore und virtuelle Erlebnisse tätig ist.

Heute sprechen wir über Immersion Corporation, das sich auf Haptik‑Technologie spezialisiert hat, die es Nutzern ermöglicht, taktiles Feedback durch Berührung zu erhalten und häufig in Wearables, Fahrzeugsystemen, Gaming und VR eingesetzt wird, um das Nutzererlebnis zu verbessern.

Haptik‑Technologie ist ein wachsender Markt, von dem erwartet wird, dass er von 3,30 Mrd. $ im Jahr 2024 auf über 9 Mrd. $ bis 2032 wächst.

Immersion entwickelt und lizenziert hier eine Reihe von Software und IPs, die die Berührungssinne der Nutzer bei der Bedienung digitaler Geräte vollständig ansprechen. Zu den Segmenten gehören Immersion und Barnes & Noble Education. Zielanwendungsbereiche sind Wearables, Mobilgeräte, virtuelle und erweiterte Realität, Konsolenspiele, Automotive und Medizin.

Zu den vom Unternehmen angebotenen Produkten gehören TouchSense Technology zur Optimierung von Aktuatoren und haptischen Treiber‑ICs für bessere Leistung, Active Sensing Technology, um Haptik mit Bewegungserkennung und intelligenter Steuerungstechnologie auf die nächste Stufe zu heben, sowie Kinesthetic and Force Feedback Technology für neue Nutzererlebnisse.

Das Ziel von Immersion ist es, überall in der digitalen Welt Berührung zu ermöglichen. Derzeit nutzen über 3 Milliarden Geräte seine Technologie, mit mehr als 150 lizenzierten Kunden.

Erst im letzten Jahr schloss das Unternehmen Lizenzvereinbarungen mit drei Giganten ab. Im Feb. kündigte Immersion an, dass es eine Lizenz mit Meta unterzeichnet hat, um ihnen zu helfen, hochwertige Haptik in ihren Geräten bereitzustellen. Gemäß der Vereinbarung stellt Immersion seine Patente für das Unternehmen von Mark Zuckerberg und dessen Tochterunternehmen im Bereich Hardware, Software, VR und Gaming zur Verfügung.

Dies folgte der Verlängerung seiner Lizenz mit Nintendo, um Immersions Patente weiterhin dem Videospielunternehmen und dessen Tochtergesellschaften zur Verfügung zu stellen. Im Mai letzten Jahres erneuerte der Entwickler von Haptik‑Technologie zudem eine Lizenz mit Samsung Electronics, um die Geräteinteraktionen und Software‑Erfahrungen des südkoreanischen multinationalen Elektronikkonzerns durch seine hochwertige Touch‑Feedback‑Technologie weiter zu verbessern.

Immersion Corporation hat eine Marktkapitalisierung von 240 Mio. $, wobei die Aktien zum Zeitpunkt der Erstellung bei 7,41 $ gehandelt werden, ein Rückgang von über 15 % im Jahresverlauf. Das Unternehmen weist ein EPS (TTM) von 2,06, ein KGV (TTM) von 3,60 und eine Eigenkapitalrendite (ROE) (TTM) von 33,11 % auf. Die Dividendenrendite beträgt 2,43 %.

Im März meldete das Unternehmen die Finanzergebnisse für das dritte Quartal des Geschäftsjahres 2025, wonach der Gesamtumsatz in den drei Monaten bis zum 31. Januar 2025 474,8 Mio. $ betrug.

Der GAAP‑Nettogewinn (Verlust) betrug 15,5 Mio. $, bzw. 0,47 $ pro verwässerter Aktie, und der Non‑GAAP‑Nettogewinn (Verlust) lag bei 20,8 Mio. $, bzw. 0,63 $ pro verwässerter Aktie. Gleichzeitig beliefen sich die GAAP‑Betriebskosten auf 79,6 Mio. $, und die Non‑GAAP‑Betriebskosten auf 74,2 Mio. $.

In diesem Zeitraum hat das Unternehmen über 9 Mio. $ an seine Aktionäre durch Dividenden und Aktienrückkäufe zurückgezahlt.

“Immersion erzielte im Quartal eine starke finanzielle Leistung. Wir bleiben laser‑fokussiert darauf, unser Geschäft auszubauen und langfristigen Aktionärswert zu schaffen.”

‑ CEO Eric Singer

Letzten Sommer erwarb das Unternehmen 42 % von Barnes & Noble Education (BNED ), wodurch es über die von Immersion ernannten fünf Vorstandsplätze die Kontrolle über das Unternehmen erlangte. Dieser Schritt wurde unternommen, um das Geschäft und die Diversität im Bildungssektor auszubauen. Zum 31. Januar 2025 sank der Aktienanteil von Immersion auf 32,3 % aufgrund zusätzlicher Ausgaben der Buchhandelsaktien an nicht beherrschende Aktionäre.

Neueste Informationen zu Immersion Corporation

Fazit 

Hologramme waren lange Zeit ein Element der Science‑Fiction, und obwohl mehrere Versuche unternommen wurden, sie zur Realität zu machen, wurde die direkte Interaktion damit bisher nicht erreicht. Indem Nutzern ermöglicht wird, natürlich in virtuelle Objekte zu greifen und sie zu manipulieren, können berührbare Hologramme uns einen transformativen Sprung von passiven 3D‑Displays zu wirklich interaktiven Erlebnissen ermöglichen.

Damit erweitert die FlexiVol‑Studie mit ihrer Fähigkeit, direkte Durchdringungs‑Interaktionen zu ermöglichen, die Grenzen virtueller Schnittstellen und beweist die Machbarkeit elastischer Diffusoren für sichere, natürliche Handinteraktion.

Dieses volumetrische Display legt im Grunde die Grundlage für einen neuen Standard im 3D‑Interaktionsdesign, wobei weitere Fortschritte bei Materialien, Haptik und adaptivem Rendering erforderlich sind, um dies kommerziell zu nutzen und Kreativität, Schulung und kollaboratives Arbeiten neu zu definieren. Mit leistungsstarken Anwendungsmöglichkeiten in Bildung, Unterhaltung, Medizin und darüber hinaus demonstriert diese Entwicklung das Potenzial, die digitale und physische Welt nahtloser als je zuvor zu verbinden.

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