Erweiterte und virtuelle Realität
Grenzen durchbrechen: Hologramme wirklich interaktiv machen
Hologramme, die einst nur in der Science-Fiction zu sehen waren, wurden jetzt von einem Team von Forschern erfolgreich demonstriert. Das Team hat tatsächlich das erste berührbare dreidimensionale Hologramm geschaffen.
Durchbruch in der 3D-Display-Technologie wurde von Forschern der öffentlichen Universität Navarra (UPNA) erreicht, die es ermöglicht, mit Hilfe eines elastischen Diffusors und Hochgeschwindigkeitsprojektionen natürliche Handinteraktion mit virtuellen Objekten zu ermöglichen. Laut dem Leiter der Studie, Dr. Elodie Bouzbib, von der UPNA:
“Was wir in Filmen sehen und Hologramme nennen, sind typischerweise volumetrische Anzeigen. Diese sind Grafiken, die in der Luft erscheinen und von verschiedenen Winkeln aus betrachtet werden können, ohne dass virtuelle Realitätsbrillen (oder Headsets) benötigt werden.”
Bouzbib bezeichnete diese echten 3D-Grafiken als “besonders interessant” und erklärte, dass sie das “‘Komm-und-interagiere’-Paradigma ermöglichen. Was dies bedeutet, ist, dass ein Benutzer einfach auf das Gerät zugehen und es beginnen kann zu verwenden. Sie können sich das erklärende Video hier ansehen:
Auf diese Weise führt die neueste Innovation eine grundlegende Veränderung in der Art und Weise ein, wie wir Hologramme erleben, und durchbricht die Barrieren zwischen physischer und virtueller Welt, um eine neue Ära wirklich interaktiver 3D-Displays zu ermöglichen.
Eine neue Ära der virtuellen Interaktion
Interessanterweise sind Prototypen von volumetrischen Anzeigen bereits kommerziell verfügbar.
Voxon Photonics ist ein solches Unternehmen, das interaktive volumetrische Hologramme mit seiner VLED-Technologie erstellt, die eine Kombination aus Grafikverarbeitungs-Software, Multiplexing, Komprimierung, Übertragung, räumlicher LED-Matrix-Bildwiedergabe und Rückmeldung ist.
Die Produkte des Unternehmens umfassen VX2, eine nächste Generation von volumetrischer Hologramm-Technologie, die mit Standard-3D-Dateiformaten und Workflows kompatibel ist, und VX2-XL, das eine erhöhte visuelle Klarheit und eine größere Anzeigefläche bietet und für den kommerziellen Einsatz konzipiert ist.
Brightvox ist ein weiteres Unternehmen, das ein Bildsystem anbietet, das es Benutzern ermöglicht, 3D-Virtual-Inhalte aus jedem Winkel im realen Raum zu genießen.
Obwohl bereits kommerzielle Hologramm-Prototypen existieren, ermöglichen sie keine direkte Interaktion. Dies umfasst die Fähigkeit, die Hand in sie einzuführen und virtuelle Objekte zu greifen.
Direkte Interaktion ist nichts anderes als eine natürliche Art, mit virtuellen Entitäten zu interagieren. Hier sind die gerenderten Grafiken, die Ausgaberaum sind, mit dem Interaktionsbereich, der Eingaberaum ist, ausgerichtet, ähnlich wie wir mit realen Objekten in der realen Welt interagieren.
“Wir sind es gewohnt, direkt mit unseren Telefonen zu interagieren, wo wir auf eine Schaltfläche tippen oder ein Dokument direkt mit unserem Finger auf dem Bildschirm verschieben – es ist natürlich und intuitiv für Menschen.”
– Leitender Forscher Asier Marzo
Volumetrische Anzeigen können uns ermöglichen, dies zu tun, indem sie die meisten visuellen Elemente bereitstellen, die wir aus der realen Welt wahrnehmen. Allerdings können wir mit currenten Technologien noch nicht in das Hologramm eintauchen und direkt mit den virtuellen Objekten interagieren. Das ist, bis jetzt.
Diese Studie, die Teil des InteVol-Projekts ist, dessen Schwerpunkt auf der Entwicklung und Implementierung eines Systems für Interaktionen mit volumetrischen Anzeigen liegt, ermöglicht es den Benutzern, natürliche Interaktionen mit 3D-Grafiken durchzuführen 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 sind wir gewohnt, aber die virtuelle Welt funktioniert nicht auf die gleiche Weise. Unsere Vision interpretiert den Raum um uns herum, und dann greifen wir mit unseren Händen einfach die Objekte und manipulieren sie, wie wir möchten.
Anders als dies sind Grafiken, die auf einem 2D-Bildschirm gerendert werden, uns Occlusion (wo ein Objekt ein anderes aus dem Blickwinkel verdeckt und so Realismus in virtuellen Anzeigen simuliert), Schatten und die Entfernung-Größe-Beziehung, aber sie können nicht Konvergenz, binokulare Disparität und Fokuspunkt-Akkommodation anzeigen.
Tragbare Geräte wie Head-Mounted-Displays (HMDs), die visuelle Informationen direkt an die Augen des Benutzers anzeigen, bieten Tiefenhinweise, indem sie unterschiedliche Bilder für jedes Auge anzeigen. Dies erzeugt binokulare Disparität, aber HMDs bieten in der Regel keine Konvergenz und Fokuspunkt-Akkommodation, was bedeutet, dass Benutzer nicht richtig auf ihre Hände und nahe gelegene Objekte fokussieren können.
Fortgeschrittene HMDs erforschen derzeit Eye-Tracking oder holografische Near-Field-Displays, um diese Fähigkeiten zu unterstützen.
Aber natürlich muss der Benutzer auch dann das Display tragen, und das begrenzt die Fähigkeit von einem oder mehreren Benutzern, einfach auf ein System zuzugehen und es zu verwenden.
Ein echter 3D-Display rendert Grafiken, die von verschiedenen Winkeln aus betrachtet werden können. Solche Anzeigen zwingen den Benutzer nicht, ein Gerät zu tragen, und bieten dennoch die visuellen Hinweise, die 2D-Anzeigen nicht bieten.
Unter den verschiedenen 3D-Technologien bieten volumetrische Anzeigen und Hologramme alle Tiefenhinweise. Wie die Studie feststellte, ist eine volumetrische Anzeige einer Hologramm-Anzeige überlegen, da sie Lichtpunkte von jeder Position innerhalb eines Volumens emittiert. Hologramme haben dagegen Probleme wie Clipping und verbotene Geometrien.
Jetzt sind volumetrische Anzeigen hauptsächlich in drei Arten kategorisiert:
- Fest
- Geschwungen
- Freiraum
Der Benutzer kann jedoch nicht seine Hand hineinstecken, da es nicht nur physisch nicht möglich ist, ein virtuelles Objekt zu berühren, da dies die Levitation stoppen würde, sondern es auch das Display oder den Benutzer beschädigen kann.
Um dies möglich zu machen, schlugen die Forscher vor, die vorhandenen starren Diffusoren durch geschwungene volumetrische Anzeigen zu ersetzen.
Auf dem Weg zu natürlicher, intuitiver virtueller Interaktion
Was volumetrische Anzeigen tun, ist, dass sie Bilder synchron bei hoher Geschwindigkeit projizieren. Diese Bilder werden auf einer schnell oszillierenden Folie projiziert, die als Diffusor bezeichnet wird. Die Bildprojektionen erfolgen bei verschiedenen Höhen, aber unsere Sehschärfe ermöglicht es uns, sie als vollständiges Volumen wahrzunehmen.
Jetzt ist das Problem hier, dass die optischen Diffusoren, die diese Anzeigen verwenden, in der Regel starr sind. Wenn sie mit unseren Händen in Berührung kommen, während sie oszillieren, können die Diffusoren brechen oder uns verletzen.
Um dieses Problem zu lösen, führten die Forscher das Konzept von FlexiVol ein. Mit Unterstützung des Europäischen Forschungsrats (ERC) verwendeten sie einen elastischen Diffusor anstelle eines starren.
Die Modifizierung von volumetrischen Anzeigen mit einem elastischen optischen Diffusor ermöglicht Verformungen, ohne das Display oder den Benutzer zu beschädigen. Dies bedeutet, dass Benutzer ihre Hand in das Render-Volumen einfügen und direkt mit räumlich überlappenden echten 3D-Grafiken interagieren können.
Um dies zu erreichen, testeten die Forscher verschiedene Materialien auf ihre mechanischen und optischen Eigenschaften. Elastan, auch bekannt als Spandex, Lycra oder Dorlastan, ist das am häufigsten verwendete Material für elastische Projektionsfolien, sodass es auch als Ausgangspunkt für die Studie verwendet wurde.
Testen der menschlichen Reaktion auf berührbare Hologramme
Eine Benutzerstudie wurde durchgeführt, um die Benutzbarkeit von FlexiVol zu bewerten und es mit direkter Interaktion mittels einer 3D-Maus zu vergleichen.
In dieser Bewertung nahmen 18 Teilnehmer im Alter von 20 bis 40 Jahren teil. Nur zwei Teilnehmer hatten Erfahrung mit einer 3D-Maus, während einige Gaming-Enthusiasten Erfahrung mit Joysticks hatten.
Die Benutzerstudie umfasste drei Aufgaben, um die Gültigkeit des FlexiVol-Designraums zu bewerten.
Die Ergebnisse zeigten eine Präferenz für ihre Reach-through-Technik bei 89%, während nur zwei Teilnehmer die 3D-Maus-Bedingung wählten.
Über die Hälfte der Teilnehmer bemerkte spontan, dass es “einfacher und natürlicher” sei, mit ihren Fingern zu interagieren.
Jenseits von Bildschirmen: Die futuristische Auswirkung von FlexiVol
Wenn es um Anwendungsfälle geht, teilten die Teilnehmer Interesse an der Verwendung von FlexiVol, um 3D-Pläne zu visualisieren und mit Freunden zu kollaborieren, und für medizinische Zwecke wie Chirurgie, Film-editing und Spielen.
Für jetzt hat der elastische Diffusor es dem Team ermöglicht, neue Wege zur Interaktion mit 3D-Grafiken zu introduzieren – natürliche Greifen und Manipulation von virtuellen Objekten.
Diese Innovation kann auch mehrere Benutzer ermöglichen, kollaborativ ohne virtuelle Realitätsbrillen zu interagieren.
In der realen Welt können diese volumetrischen Anzeigen insbesondere in Museen nützlich sein, wo Besucher sich nähern und mit dem Inhalt interagieren können.
Innovative Unternehmen
Immersion Corporation (IMMR )
Im Bereich der 3D-Display-Technologie, erweiterter Realität (AR) und virtueller Realität (VR) gibt es mehrere Unternehmen, die den Raum vorantreiben.
Zum Beispiel helfen Technologie-Giganten wie Meta Platforms (META ) und Apple (AAPL ) dies durch Oculus- und Vision-Pro-Headsets.
Heute werden wir über Immersion Corporation sprechen, die sich auf Haptik-Technologie spezialisiert hat, die es Benutzern ermöglicht, taktilen Feedback durch Berührung zu erhalten und häufig in tragbaren Geräten, Automotive-Systemen, Gaming und VR verwendet wird, um Benutzererfahrungen zu verbessern.
Haptik-Technologie ist ein wachsender Markt, der von 3,30 Milliarden Dollar im Jahr 2024 auf über 9 Milliarden Dollar bis 2032 wachsen soll.
Immersion entwickelt und lizenziert eine Reihe von Software und IPs, die die Sinne der Benutzer vollständig einbeziehen, wenn sie digitale Geräte bedienen. Die Zielanwendungsgebiete umfassen Wearables, Mobile-Geräte, virtuelle und erweiterte Realität, Console-Gaming, Automotive und Medizin.
Das Unternehmen bietet Produkte wie TouchSense-Technologie, um Aktuatoren und Haptic-Treiber-ICs für bessere Leistung zu optimieren, Active-Sensing-Technologie, um Haptik auf das nächste Level zu heben, und Kinesthetic- und Force-Feedback-Technologie für neue Benutzererfahrungen.
Das Ziel von Immersion ist es, Berührung überall in der digitalen Welt zu ermöglichen.
Im letzten Jahr unterzeichnete das Unternehmen Lizenzvereinbarungen mit drei Giganten.
Im Februar kündigte Immersion an, dass es eine Lizenzvereinbarung mit Meta unterzeichnet hat, um hochwertige Haptik in ihren Geräten zu liefern.
Immersion Corporation hat eine Marktkapitalisierung von 240 Millionen Dollar, und seine Aktien werden, zum Zeitpunkt des Schreibens, bei 7,41 Dollar gehandelt, was einem Rückgang von über 15% seit Jahresbeginn entspricht.
Letztes von Immersion Corporation
Schlussfolgerung
Hologramme waren die längste Zeit ein Thema der Science-Fiction, und obwohl mehrere Versuche unternommen wurden, sie zu realisieren, wurde direkte Interaktion noch nicht erreicht.
Indem Benutzern ermöglicht wird, natürliche Reichweite in und Manipulation von virtuellen Objekten zu erreichen, können berührbare Hologramme uns helfen, einen transformierenden Sprung von passiven 3D-Anzeigen zu wirklich interaktiven Erfahrungen zu machen.
Die FlexiVol-Studie, mit ihrer Fähigkeit, direkte Reach-through-Interaktionen zu ermöglichen, erweitert die Grenzen von virtuellen Schnittstellen und beweist die Machbarkeit von elastischen Diffusoren für sichere, natürliche Handinteraktion.
Diese volumetrische Anzeige legt im Grunde die Grundlage für einen neuen Standard im 3D-Interaktionsdesign, obwohl weitere Fortschritte in Materialien, Haptik und adaptiver Wiedergabe erforderlich sind, um dies kommerziell zu machen und Kreativität, Schulung und kollaborative Arbeit neu zu definieren.
