Lisätty ja virtuaalitodellisuus
Muurien Murtaminen: Hologrammien Tekeminen Todellakin Vuorovaikutteisiksi
Hologrammit, jotka ennen nähtiin vain tieteiskirjallisuudessa, on nyt onnistuneesti esitelty tutkijaryhmän toimesta. Ryhmä on itse asiassa luonut ensimmäisen koskaan kosketettavan kolmiulotteisen hologrammin.
Tämä läpimurto 3D-näyttötekniikassa on saavutettu Navarran julkisessa yliopistossa (UPNA) työskentelevien tutkijoiden toimesta, mikä mahdollistaa luonnollisen käden vuorovaikutuksen virtuaalisten esineiden kanssa elastisen diffuusorin ja nopeiden projektioiden avulla. Johtavan tutkimuksen tekijän, tohtori Elodie Bouzbibin, mukaan UPNA:
“Mitä näemme elokuvissa ja kutsumme hologrammeiksi, ovat tyypillisesti volumetrisia näyttöjä. Nämä ovat grafiikkaa, joka ilmestyy ilmassa ja voidaan nähdä eri kulmista ilman virtuaalitodellisuuslaseja (tai -kuulokkeita).”
Kutsuen näitä todellisiksi 3D-grafiikoiksi “erityisen mielenkiintoisiksi”, Bouzbib totesi, että ne mahdollistavat “tule- ja vuorovaikutus”-paradigman. Tämä tarkoittaa, että käyttäjä voi yksinkertaisesti lähestyä laitetta ja alkaa käyttää sitä. Voit tarkastella selittävää videota samassa täällä:
Näin viimeisin innovaatio tuo mullistavan muutoksen siihen, miten koemme hologrammit, rikkoen fyysisen ja virtuaalisen maailman väliset esteet ja johtaa uuteen aikakauteen, jossa 3D-näytöt ovat todella vuorovaikutteisia.
Uusi Aikakausi Virtuaalisen Vuorovaikutuksen
Mielenkiintoista on, että volumetristen näyttöjen prototyypit ovat jo kaupallisesti saatavilla markkinoilla.
Voxon Photonics on yksi tällainen yritys, joka luo interaktiivisia volumetrisia hologrammeja VLED-teknologiansa avulla, joka on yhdistelmä grafiikkaprosessointiohjelmistoa, multipleksaus, pakkaus, siirto, spatiaalinen LED-matriisin kuvankäsittely ja palaute.
Yrityksen tuotteisiin kuuluu VX2, seuraavan sukupolven volumetrinen hologrammiteknologia, joka on yhteensopiva standardien 3D-tiedostomuotojen ja työnkulkujen kanssa, sekä VX2-XL, joka tarjoaa paremman visuaalisen tarkkuuden ja suuremman näyttöalueen ja on suunniteltu kaupalliseen käyttöön.
Brightvox on toinen yritys, joka tarjoaa kuvantamisjärjestelmän, jonka avulla käyttäjät voivat nauttia 3D-virtuaalisesta sisällöstä mistä tahansa kulmasta todellisessa tilassa.
Vaikka kaupallisia hologrammiprototyyppejä on jo olemassa, mikään niistä ei todellisuudessa salli suoraa vuorovaikutusta niiden kanssa. Tämä sisältää kyvyn asettaa kädet ja napata virtuaaliset esineet.
Suora vuorovaikutus on vain luonnollinen tapa olla vuorovaikutuksessa virtuaalisten entiteettien kanssa. Tässä renderöidyt grafiikat, jotka muodostavat lähtötilan, on kohdistettu vuorovaikutusalueeseen, joka on syöttötila, aivan kuten vuorovaikutamme todellisten esineiden kanssa todellisessa maailmassa.
Näemme jo tämän tyyppisen vuorovaikutuksen monikosketuslevyillä, joissa painamme nappeja sormellamme, mikä mahdollistaa kuvakkeiden siirtämisen tai esineiden kiertämisen, aivan kuten tekisimme tosielämässä.
“Olemme tottuneet suoraan vuorovaikutukseen puhelimiemme kanssa, jossa napautamme painiketta tai vedämme asiakirjaa suoraan sormellamme näytöllä – se on luonnollista ja intuitiivista ihmisille.”
– Johtava tutkija Asier Marzo
Volumetriset näytöt voivat mahdollistaa saman tarjoamalla suurimman osan visuaalisista elementeistä, jotka havaitsemme todellisesta maailmasta. Nykyisillä tekniikoilla emme kuitenkaan vielä pysty ulottumaan hologrammin sisään ja vuorovaikuttamaan suoraan virtuaalisten esineiden kanssa. Tämä on nyt muuttumassa.
Tämä tutkimus, joka on osa InteVol-projektia, jonka tavoitteena on kehittää ja toteuttaa järjestelmä volumetristen näyttöjen vuorovaikutukseen, mahdollistaa käyttäjien luonnollisen vuorovaikutuksen 3D-grafiikoiden kanssa ja hyödyntää heidän synnynnäisiä 3D-näkö- ja manipulaatiokykyjään.
Todelliset 3D-näytöt Muuttavat Kaikkea
Todellisessa maailmassamme kaikki on 3D:ta, ja siihen olemme tottuneet, mutta virtuaalimaailma ei toimi samalla tavalla. Näköaistimme tulkitsee ympärillämme olevan tilan, ja sitten käsiemme avulla napamme esineet ja manipuloimme niitä haluamallamme tavalla.
Toisin kuin tämä, 2D-näytöllä renderöidyt grafiikat tarjoavat meille peittävyyden (kun yksi esine estää toisen näkymisen ja näin simuloidaan realismia virtuaalinäytöissä), varjot ja etäisyys-koko -suhteen, mutta eivät pysty näyttämään konvergenssia, binokulaarista epäsymmetriaa eikä tarkennuspisteen säätöä.
Kannettavat laitteet kuten päänäytöt (Head-Mounted-Displays, HMD) näyttävät visuaalisen tiedon suoraan käyttäjän silmiin ja tarjoavat syvyysvihjeitä esittämällä eri kuvia kummallekin silmälle. Tämä luo binokulaarisen epäsymmetrian, mutta HMD:t eivät yleensä tarjoa konvergenssia eikä tarkennuksen säätöä, mikä tarkoittaa, että käyttäjät eivät voi tarkentaa oikein käsiinsä ja lähellä oleviin esineisiin.
Edistyneet HMD:t tutkivat parhaillaan silmänseurantaa tai holografisia lähi- kenttä -näyttöjä tukeakseen näitä ominaisuuksia.
Mutta tietysti, vaikka näin, käyttäjän täytyy edelleen käyttää näyttöä, mikä rajoittaa yhden tai useamman käyttäjän mahdollisuutta vain lähestyä järjestelmää ja aloittaa sen käyttö.
Todellinen 3D-näyttö kuitenkin renderöi grafiikkaa, jota voi tarkastella eri kulmista. Tällaiset näytöt eivät pakota käyttäjää käyttämään laitetta, mutta tarjoavat silti visuaalisia vihjeitä, joita 2D-näytöt eivät.
Erilaisissa 3D-teknologioissa volumetriset näytöt ja hologrammit tarjoavat kaikki syvyysvihjeet. Kuten tutkimus totesi, volumetrinen näyttö on parempi kuin hologrammit, koska se lähettää valopisteitä jokaisesta pisteestä tilavuudessa. Hologrammit puolestaan aiheuttavat ongelmia, kuten leikkaamisen ja kiellettyjen geometrioiden.
Nyt volumetriset näytöt luokitellaan pääasiassa kolmeen tapaan:
- Kiinteä
- Pyyhkäisty
- Vapaata tilaa
Käyttäjä ei kuitenkaan voi asettaa kättään näihin, koska ei ole fyysisesti mahdollista koskettaa virtuaalista esinettä, sillä se pysäyttäisi leijutuksen toimimisen, ja lisäksi se voi vahingoittaa näyttöä tai käyttäjää.
Tämän mahdollistamiseksi tutkijat ehdottivat olemassa olevien jäykkojen diffuusorien korvaamista pyyhkäisyllä varustetuilla volumetrisilla näytöillä.
Kohti Luonnollista, Intuitiivista Virtuaalivuorovaikutusta
Mitä volumetriset näytöt tekevät, on projisoida kuvia synkronoidusti suurilla nopeuksilla. Nämä kuvat projisoidaan nopeasti värähtelevälle levyille, jota kutsutaan diffuusoriksi. Kuvaprojektio tapahtuu eri korkeuksilla, mutta näköaistimme pysyvyys mahdollistaa niiden havaitsemisen yhtenäisenä tilavuutena.
Ongelma on, että näiden näyttöjen käyttämät optiset diffuusorit ovat yleensä jäykkiä. Kun ne koskettavat käsiämme värähdellessä, diffuusorit voivat rikkoutua tai aiheuttaa vammoja. Tämän vuoksi vuorovaikutus tapahtuu epäsuorasti joko näppäimistön tai 3D-hiiren avulla.
Joten, mitä tutkijat tekivät tämän ongelman ratkaisemiseksi, oli esittää FlexiVol-konsepti. Euroopan tutkimusneuvoston (ERC) rahoittamana tutkimus käytti elastista diffuusoria jäykän tilalla.
Volumetristen näyttöjen muokkaaminen elastisella optisella diffuusorilla mahdollistaa muodonmuutokset vahingoittamatta näyttöä tai käyttäjää. Tämä tarkoittaa, että käyttäjät voivat asettaa kätensä renderöintitilavuuteen ja olla suoraan vuorovaikutuksessa tilallisesti päällekkäisten todellisten 3D-grafiikoiden kanssa. Tämä tarjoaa yhtenäisen tarkennuksen säätelyn, mikä parantaa syvyyshavaintoa.
Tätä varten tutkijat testasivat erilaisia materiaaleja niiden mekaanisten ja optisten ominaisuuksien osalta. Elastaani, joka tunnetaan myös nimillä Spandex, Lycra tai Dorlastan, on yleisimmin käytetty materiaali elastisille projektioskille, joten sitä käytettiin myös tutkimuksen lähtökohtana.
Haaste elastisten materiaalien kanssa on niiden joustavuus, mikä aiheuttaa muodonmuutoksia ja vaatii kuvan korjausta. Siksi tiiviin kalvon sijaan tiimi päätti käyttää 20 mm leveitä nauhoja, jotka vastaavat sormea. Kun käyttäjä painaa niitä, vain painetut nauhat muuntuvat.
Kaikki tutkimuksessa käytetyt kankaat leikattiin laserilla 200 ×20 mm² nauhoiksi niiden elastisessa suunnassa, ja materiaaleja kuten silikonia kovetettiin akryylilevyn päälle halutun paksuisella etäisyydellä.
Ihmisen Reaktion Testaaminen Kosketettaviin Hologrammeihin
Tämän jälkeen suoritettiin käyttäjätesti FlexiVolin käytettävyyden arvioimiseksi ja sen vertaamiseksi suoraan vuorovaikutukseen 3D-hiiren avulla.
Tässä arvioinnissa 18 osallistujaa, iältään 20–40 vuotta, osallistuivat. Vain kahdella osallistujalla oli aiempaa kokemusta 3D-hiirestä, kun taas muutama oli peliharrastaja, jolla oli kokemusta joystickeista. Viisi heistä on visualisoinut sisältöä volumetrisella näytöllä, mutta eivät koskaan vuorovaikuttaneet sen kanssa 3D-hiiren kautta.
Käyttäjätesti sisälsi kolme tehtävää: Valinta, Jäljittäminen ja Kiinnitys, jotta voitaisiin arvioida FlexiVolin suunnittelutilan pätevyyttä.
Tulokset osoittivat 89 %:n suosimuksen heidän läpikulku-tekniikastaan, kun taas vain kaksi osallistujaa valitsi 3D-hiiren. Yli puolet osallistujista huomautti spontaanisti, että se tuntui “helpommalta ja luonnollisemmalta vuorovaikutukselta sormillaan.”
Kun heitä kysyttiin, neljä osallistujaa sanoi sen olevan “intuitiivisempi”, ja kaksi muuta lisäsi, että olemme enemmän “tottuneet vuorovaikuttamaan käsillämme.” Useimmat osallistujat taas pitivät hauskana ulottua diffuusorin sisään.
Mitä tulee mahdollisiin pelkoihin, kaikki uskoivat sen aiheuttavan kipua ja epämukavuutta, mutta havaitsivat, ettei näin ollut. Itse asiassa lähes kaikki osallistujat mainitsivat vuorovaikutuksen pehmeyden, mikä oli ristiriidassa heidän alun perin kovana koetun käsityksen kanssa.
Käyttäjätesti paljasti lisäksi, että kaikki osallistujat paitsi yksi uskoivat suoriutuvansa paremmin tehtävistä käyttäen käsiään. Vain kuusi koki olevansa tarkempi 3D-hiiren kanssa, ja kaksitoista tunsi olonsa itsevarmemmaksi käyttäessään käsiään.
Vaikka suoritusaika oli merkittävästi lyhyempi läpikulku-menetelmällä kuin 3D-hiirellä, tutkimus huomautti, että suoritusaika ja tarkkuus olivat tasapainossa.
Näyttöjen Ulkopuolella: FlexiVolin Tulevaisuuden Vaikutus
Käyttötapauksia tarkasteltaessa osallistujat ilmaisivat kiinnostuksensa käyttää sitä 3D-suunnitelmien visualisointiin ja yhteistyöhön ystävien kanssa, sekä lääketieteellisiin tarkoituksiin kuten leikkauksiin, elokuvien editointiin ja pelien pelaamiseen. Osallistujat myös halusivat asettaa koko kätensä tilavuuteen ja napata esineen.
Tällä hetkellä elastinen diffuusori on antanut tiimille mahdollisuuden esittää uusia tapoja olla vuorovaikutuksessa 3D-grafiikoiden kanssa – luonnollisesti napaten ja manipuloiden virtuaalisia esineitä. Esimerkiksi virtuaalinen kuutio voidaan napata etusormen ja peukalon väliin ja siirtää sitä. Tiimi totesi:
“Näytöt kuten ruudut ja mobiililaitteet ovat läsnä elämässämme työskentelyyn, oppimiseen tai viihteeseen. Kolmiulotteisten grafiikoiden, joita voidaan manipuloida suoraan, käyttökelpoisuus on esimerkiksi koulutuksessa – visualisoida ja koota moottorin osia.”
Tämä innovaatio voi myös mahdollistaa useiden käyttäjien yhteistyövuorovaikutuksen ilman virtuaalitodellisuuslaseja. Todellisessa maailmassa nämä volumetriset näytöt voivat olla erityisen hyödyllisiä museoissa, joissa kävijät voivat lähestyä ja olla vuorovaikutuksessa sisällön kanssa.
Rajoituksista tutkimus mainitsee pitkän aikavälin väsymys- ja kulutustestien tarpeen, kehittyneiden materiaalien testaamisen kaupallista FlexiVol-laitetta varten, ergonomisemman asettelun, joka vähentäisi fyysistä rasitusta, sekä näytön koon ja tarkkuuden parantamisen.
Tulevassa työssään tiimi keskittyy elastisten spiraalidiffuusorien suunnitteluun, adaptiivisen renderöintialgoritmin käyttöön, joka mukauttaa projektioita käyttäjän kosketukseen, haptisten teknologioiden lisäämiseen, jotka tarjoavat taktiilista palautetta koko tilavuudessa, sekä mahdollisuuden asettaa muita esineitä näyttötilavuuteen ja renderöidä grafiikkaa niiden ympärille.
Kaiken kaikkiaan tutkijat “uskovat, että tämä yksinkertainen mutta merkittävä parannus volumetrisiin näyttöihin luo uusia mahdollisuuksia tutkia volumetristen näyttöjen ainutlaatuisia etuja ja suoraa läpikulku-vuorovaikutusta.”
Innovatiiviset Yritykset
Immersion Corporation (IMMR )
3D-näyttötekniikan, lisätyn todellisuuden (AR) ja virtuaalitodellisuuden (VR) alalla on useita yrityksiä, jotka edistävät tätä aluetta.
Esimerkiksi teknologiajättiläiset kuten Meta Platforms Meta Platforms (META ) ja Apple Apple (AAPL ) tekevät tätä Oculus- ja Vision Pro -päälaitteiden kautta. Microsoft Corporation (MSFT ) investoi myös volumetrisiin näyttöihin, kun taas Alphabet Inc. (GOOGL ) on mukana 3D-visualisoinnissa, ARCore:ssa ja virtuaalikokemuksissa.
Tänään puhumme Immersion Corporationista, joka on erikoistunut haptiseen teknologiaan, jonka avulla käyttäjät saavat taktiilista palautetta kosketuksen kautta, ja jota käytetään yleisesti kannettavissa laitteissa, autoteollisuuden järjestelmissä, pelaamisessa ja VR:ssä parantamaan käyttäjäkokemuksia.
Haptinen teknologia on kasvava markkina, jonka odotetaan kasvavan 3,30 miljardi dollarista vuonna 2024 yli 9 miljardiin dollariin vuoteen 2032 mennessä.
Immersion kehittää ja lisensoi täällä laajan valikoiman ohjelmistoja ja immateriaalioikeuksia, jotka sitouttavat käyttäjien tuntoaistin digitaalisia laitteita käytettäessä. Sen segmentteihin kuuluvat Immersion ja Barnes & Noble Education. Kohdealueita ovat kannettavat laitteet, mobiililaitteet, virtuaali- ja lisätty todellisuus, konsolipelaaminen, autoteollisuus ja lääketiede.
Yrityksen tarjoamiin tuotteisiin kuuluvat TouchSense Technology, joka optimoi toimilaitteita ja haptisia ohjaimia paremman suorituskyvyn saavuttamiseksi, Active Sensing Technology, joka vie haptisen teknologian seuraavalle tasolle liikkeentunnistuksella ja älykkäällä ohjausteknologialla, sekä Kinesthetic ja Force Feedback Technology uusien käyttäjäkokemusten luomiseksi.
Immersionin tavoitteena on mahdollistaa kosketus kaikkialla digitaalisessa maailmassa. Tällä hetkellä yli 3 miljardia laitetta käyttää sen teknologiaa, ja sillä on yli 150 lisensoitua asiakasta.
Vain viime vuonna yritys solmi lisenssisopimuksia kolmen jättiläisen kanssa. Helmikuussa Immersion ilmoitti, että se on allekirjoittanut lisenssin Metalle auttaakseen heitä tarjoamaan korkealaatuista haptista tekniikkaa laitteissaan. Sopimuksen mukaan Immersion tekee patenttinsa saataville Mark Zuckerbergin yritykselle ja sen tytäryhtiöiden laitteisto-, ohjelmisto-, VR- ja pelituotteille.
Tämä seurasi lisenssin uusimista Nintendon kanssa, jotta Immersionin patentit olisivat edelleen saatavilla videopeliyritykselle ja sen tytäryhtiöille. Viime vuoden toukokuussa haptista teknologiaa kehittävä yritys uusitti myös lisenssin Samsung Electronicsin kanssa jatkaakseen Etelä-Korean monikansallisen kulutuselektroniikkayrityksen laitteiden vuorovaikutuksen ja ohjelmistokokemusten parantamista korkealaatuisen kosketuspalaute-tekniikan avulla.
Immersion Corporatiolla on markkina-arvo 240 miljoonaa dollaria, ja sen osakkeet kaupankäynnissä hintaan 7,41 $, alhaisempi yli 15 % vuoden alusta. Sen EPS (TTM) on 2,06, P/E (TTM) 3,60 ja ROE (TTM) 33,11 %. Yritys maksaa osinkotuoton 2,43 %.
(IMMR
)
Maaliskuussa se raportoi talouslukunsa vuoden 2025 kolmannesta neljänneksestä, jonka mukaan kokonaisliikevaihto oli 474,8 miljonaa dollaria kolmen kuukauden ajalta, joka päättyi 31. tammikuuta 2025.
GAAP:n nettotulos (tappio) oli 15,5 miljonaa dollaria, eli 0,47 $ laimennettua osaketta kohden, ja non-GAAP:n nettotulos (tappio) oli 20,8 miljonaa dollaria, eli 0,63 $ laimennettua osaketta kohden. Samaan aikaan GAAP:n toiminta- kulut olivat 79,6 miljonaa dollaria, ja non-GAAP:n toimintakulut 74,2 miljonaa dollaria.
Tänä aikana yritys palautti yli 9 miljoonaa dollaria osakkeenomistajille osinkojen ja osakkeiden takaisinoston kautta.
“Immersion saavutti vahvan taloudellisen suorituksen neljänneksellä. Jatkamme laser-tarkkaa keskittymistä liiketoimintamme rakentamiseen ja pitkäaikaisen osakkeenomistajaarvon luomiseen.”
– Toimitusjohtaja Eric Singer
Viime kesänä yritys hankki 42 %:n osuuden Barnes & Noble Educationista (BNED ), jolloin se sai hallinnan yritykseen Immersionin nimeämien viiden hallituksen paikan kautta. Tämä siirto tehtiin yrityksen liiketoiminnan ja monimuotoisuuden laajentamiseksi koulutussektorilla. Tammikuun 31. päivänä 2025 Immersionin osakeomistus on laskenut 32,3 %:iin lisäosakkeiden liikkeellelaskun vuoksi, jotka on myyty kirjakaupan tavalliseen osakkeeseen ei-hallitseville osakkeenomistajille.
Latest on Immersion Corporation
Yhteenveto
Hologrammit ovat olleet pitkään tieteiskirjallisuuden aihe, ja vaikka useita yrityksiä on tehty niiden toteuttamiseksi, suoraa vuorovaikutusta niiden kanssa ei ole saavutettu. Antamalla käyttäjien luonnollisesti ulottua ja manipuloida virtuaalisia esineitä, kosketettavat hologrammit voivat auttaa meitä ottamaan mullistavan harppauksen passiivisista 3D-näytöistä todellisesti interaktiivisiin kokemuksiin.
Joten FlexiVol-tutkimus, jonka kyky sallii suorat läpikulku-vuorovaikutukset, työntää virtuaali-rajapintojen rajoja sekä todistaa elastisten diffuusorien toimivuuden turvalliselle, luonnolliselle käden vuorovaikutukselle.
Tämä volumetrinen näyttö luo pohjan uudelle standardille 3D-vuorovaikutussuunnittelussa, vaikka lisäedistys materiaaleissa, haptisessa teknologiassa ja adaptiivisessa renderöinnissä on tarpeen tämän kaupallisen sovelluksen viemiseksi ja luovuuden, koulutuksen ja yhteistyötyön uudelleenmäärittelyyn. Vahvojen mahdollisuuksien kanssa sovelluksissa koulutuksessa, viihteessä, lääketieteessä ja muussa, tämä kehitys osoittaa potentiaalin yhdistää digitaalinen ja fyysinen maailma saumattomammin kuin koskaan aikaisemmin.
