Bryta barriärer: Göra hologrammer riktigt interaktiva

Hologram, som tidigare bara sågs i science fiction, har nu framgångsrikt demonstrerats av ett forskarteam. Teamet har faktiskt skapat det första någonsin rörbara tredimensionella hologrammet.

Detta genombrott inom 3D-displayteknik har uppnåtts av forskare från den offentliga universitetet i Navarra (UPNA), vilket möjliggör naturlig handinteraktion med virtuella objekt med hjälp av en elastisk diffusor och högfrekventa projektioner. Enligt huvudförfattaren av studien, Dr. Elodie Bouzbib, från UPNA:

“Det vi ser i filmer och kallar hologram är vanligtvis volymetriska skärmar. Detta är grafik som visas i luften och kan ses från olika vinklar utan att behöva bära virtuella verklighetsglasögon (eller headset).”

Att kalla dessa äkta 3D-grafik “särskilt intressant” sade Bouzbib att de möjliggör “kom-och-interagera”-paradigmet. Det betyder att en användare helt enkelt kan närma sig enheten och börja använda den. Du kan titta på den förklarande videon på samma ställe här:

På så sätt introducerar den senaste innovationen ett banbrytande skifte i hur vi upplever hologram, bryter barriärerna mellan fysiska och virtuella världar och leder till en ny era av verkligen interaktiva 3D-skärmar.

En ny era av virtuell interaktion

Intressant nog är prototyper av volymetriska skärmar redan kommersiellt tillgängliga på marknaden.

Voxon Photonics är ett sådant företag som skapar interaktiva volymetriska hologram med sin VLED-teknik, som är en kombination av grafikbearbetningsprogramvara, multiplexning, komprimering, överföring, rumslig LED-matris bildrendering och återkoppling.

Företagets produkter inkluderar VX2, en nästa generations volymetrisk hologramteknik som är kompatibel med standard 3D-filformat och arbetsflöden, samt VX2-XL, som ger ökad visuell klarhet och ett större displayområde och är avsedd för kommersiell användning.

Brightvox är ett annat företag som erbjuder ett bildsystem som låter användare njuta av 3D-virtuellt innehåll från vilken vinkel som helst i verklig rymd.

Även om kommersiella hologramprototyper redan finns, tillåter ingen av dem verkligen någon direkt interaktion med dem. Detta inkluderar möjligheten att föra in dina händer och greppa de virtuella objekten.

Direkt interaktion är inget annat än ett naturligt sätt att interagera med virtuella enheter. Här är de renderade grafikerna, som är utskriftsutrymmet, anpassade med interaktionsområdet, som är inmatningsutrymmet, på samma sätt som vi interagerar med verkliga objekt i den verkliga världen.

Vi ser redan denna typ av interaktion i multitouch-platta skärmar, där vi trycker på knapparna med fingret, vilket låter oss flytta ikoner eller rotera objekt, precis som vi skulle göra i verkliga livet.

“Vi är vana vid direkt interaktion med våra telefoner, där vi trycker på en knapp eller drar ett dokument direkt med fingret på skärmen – det är naturligt och intuitivt för människor.”

– Ledande forskare Asier Marzo

Volymetriska skärmar kan låta oss göra samma sak genom att tillhandahålla majoriteten av de visuella element vi uppfattar från den verkliga världen. Med nuvarande tekniker kan vi dock ännu inte nå in i hologrammet och interagera direkt med de virtuella objekten. Det är tills nu.

Denna studie, som är en del av InteVol-projektet, vars fokus är på att utveckla och implementera ett system för interaktion med volymetriska skärmar, möjliggör för användarna att naturligt interagera med 3D-grafik och utnyttja deras medfödda förmågor för 3D-syn och manipulation.

Sanna 3D-skärmar förändrar allt

I vår verkliga värld är allt 3D, och det är vad vi är vana vid, men den virtuella världen fungerar inte på samma sätt. Vår syn tolkar rymden omkring oss, och sedan, med våra händer, greppar vi helt enkelt objekten och manipulerar dem som vi vill.

Till skillnad från detta ger grafik som renderas på en 2D-skärm oss ocklusion (där ett objekt blockerar ett annat från vyer och därmed simulerar realism i virtuella skärmar), skuggor och avstånd-storleksförhållandet, men kan inte visa konvergens, binokulär disparitet och fokuseringsanpassning.

Bärbara enheter som Head-Mounted-Displays (HMD) som visar visuell information direkt till användarens ögon, ger djupindikationer genom att presentera olika bilder för varje öga. Detta skapar binokulär disparitet, men HMD:er ger vanligtvis inte konvergens och fokuseringsanpassning, vilket betyder att användare inte kan fokusera korrekt på sina händer och närliggande objekt.

Avancerade HMD:er utforskar för närvarande ögonspårning eller holografiska närfältsdisplayer för att stödja dessa funktioner.

Men naturligtvis, även då måste användaren bära displayen, och det begränsar möjligheten för en eller flera användare att bara närma sig ett system och börja använda det.

En sann 3D-display renderar dock grafik som man kan se från olika vinklar. Sådana skärmar tvingar inte användaren att bära någon enhet men ger ändå de visuella ledtrådar som 2D-skärmar saknar.

Bland olika 3D-tekniker ger volymetriska skärmar och hologram alla djupindikationer. Som studien noterade är en volymetrisk display överlägsen hologram eftersom den avger ljuspunkter från varje position inom en volym. Hologram å andra sidan har problem som klippning och förbjudna geometrier.

Nu kategoriseras volymetriska skärmar främst på tre sätt:

• Solid
• Svept
• Fritt utrymme

Användaren kan dock inte föra in sin hand i dessa eftersom det inte bara är fysiskt omöjligt att röra ett virtuellt objekt, då det skulle få levitationen att sluta fungera, utan det kan också skada displayen eller användaren.

För att göra detta möjligt föreslog forskarna att ersätta de befintliga stela diffusorerna med svepande volymetriska skärmar.

Klicka här för att lära dig hur holografisk 3D-utskrift kan möjliggöra för forskare att skriva ut inuti människokroppen.

Mot naturlig, intuitiv virtuell interaktion

Vad volymetriska skärmar gör är att de projicerar bilder synkront med hög hastighet. Dessa bilder projiceras på ett snabbt oscillerande blad, som kallas en diffusor. Bildprojektionerna sker på olika höjder, men vår syns beständighet gör att vi uppfattar dem som en komplett volym.

Problemet här är att de optiska diffusorerna som dessa skärmar använder vanligtvis är stela. När de kommer i kontakt med våra händer under oscillation kan diffusorerna gå sönder eller orsaka skada. Därför utförs interaktion indirekt med antingen ett tangentbord eller en 3D-mus.

Så, vad forskarna gjorde för att lösa detta problem var att introducera FlexiVol-konceptet. Finansierat av European Research Council (ERC) använde studien en elastisk diffusor i stället för en stel.

Att modifiera volymetriska skärmar med en elastisk optisk diffusor möjliggör deformationer utan att skada displayen eller skada användaren. Detta innebär att användare kan föra in sin hand i renderingsvolymen och direkt interagera med rumsligt överlappade äkta 3D-grafiker. Detta ger koherent fokusanpassning, vilket möjliggör förbättrad djupuppfattning.

För detta testade forskarna olika material för deras mekaniska och optiska egenskaper. Elastan, även känt som Spandex, Lycra eller Dorlastan, är det mest använda materialet för elastiska projektionsskärmar, så det användes också som utgångspunkt för studien.

Utmaningen med elastiska material är att de är elastiska, vilket innebär att de orsakar deformation och därmed kräver bildkorrigering. Så, istället för ett kontinuerligt membran, bestämde sig teamet för att använda en rad remsor med en bredd på 20 mm för att matcha fingret. Så när användaren trycker på dem, blir bara de tryckta remsorna förvrängda.

Alla tyger som användes i studien skars med laser till 200 ×20mm2 remsor längs deras elastiska dimension med material som silikon härdat ovanpå ett akrylskiva med ett avståndsstycke av önskad tjocklek.

Testa mänsklig respons på rörbara hologram

En användarstudie genomfördes sedan för att bedöma användbarheten av FlexiVol och jämföra den med direkt interaktion med en 3D-mus.

I denna utvärdering deltog 18 deltagare, i åldern 20 till 40 år. Endast två deltagare hade tidigare erfarenhet av en 3D-mus, medan några var spelentusiaster med erfarenhet av joysticks. Ett fåtal av dem (fem) hade visualiserat innehåll på en volymetrisk display, men de interagerade aldrig med den via en 3D-mus.

Användarstudien involverade tre uppgifter, Urval, Spårning och Dockning, för att utvärdera FlexiVols designrumsvaliditet.

Resultaten visade en preferens för deras genomträngningsteknik på 89%, medan bara två deltagare valde 3D-musvillkoret. Över hälften av deltagarna kommenterade spontant att det kändes “enklare och mer naturligt att interagera med sina fingrar.”

När de frågades om det sade fyra deltagare att det var “mer intuitivt,” med två andra som tillade att vi är mer “vanade att interagera med våra händer.” De flesta deltagare fann det samtidigt roligt att nå in i diffusorn.

När det gäller eventuella farhågor kände alla att det skulle få dem att känna sig på ett visst sätt – skadade och besvärade – men upptäckte att det inte gjorde det. Faktum är att nästan alla deltagare nämnde mjukheten i interaktionen, vilket stod i kontrast till deras initiala uppfattning om att den var hård.

Användarstudien avslöjade dessutom att alla deltagare utom en trodde att de hade bättre prestation när de slutförde uppgifter med sina händer. Endast sex kände sig mer precisa med 3D-mus, och tolv kände sig mer självsäkra när de använde sina händer.

Även om slutförtiden var avsevärt kortare med genomträngningsmetoden än med 3D-mus, noterade studien en avvägning mellan slutförtid och noggrannhet.

Bortom skärmar: FlexiVols futuristiska påverkan

När det gäller användningsfall delade deltagarna intresse för att använda det för att visualisera 3D-planer och samarbeta med vänner, samt för medicinska ändamål som kirurgi, filmredigering och spel. Deltagarna nämnde också att de ville lägga hela handen i volymen och greppa objektet.

För närvarande har den elastiska diffusorn gjort det möjligt för teamet att introducera nya sätt att interagera med 3D-grafik – naturligt greppa och manipulera virtuella objekt. Till exempel kan man greppa ett virtuellt objekt som en kub mellan pekfingret och tummen och flytta det. Teamet noterade:

“Skärmar som skärmar och mobila enheter finns i våra liv för arbete, lärande eller underhållning. Att ha tredimensionell grafik som kan manipuleras direkt har tillämpningar inom utbildning – till exempel att visualisera och montera delarna av en motor.”

Denna innovation kan också möjliggöra att flera användare interagerar samarbetande utan att behöva virtuella verklighetsheadset. I den verkliga världen kan dessa volymetriska skärmar specifikt vara användbara i museer, där besökare kan närma sig och interagera med innehållet.

När det gäller begränsningar nämner studien behovet av längre tidsperioder för trötthets- och slitagetester, testning av avancerade material för en kommersiell FlexiVol-enhet, en mer ergonomisk layout för att minska fysisk belastning samt förbättring av displaystorlek och upplösning.

I deras framtida arbete kommer fokus att ligga på att designa elastiska helixformade diffusorer, använda en adaptiv renderingsalgoritm som anpassar projektionen som svar på användarens beröring, lägga till haptik-teknologier för att ge taktil återkoppling i hela volymen, samt introducera möjligheten att föra in andra objekt i displayvolymen och rendera grafik runt dem.

Sammanfattningsvis tror forskarna att “denna enkla men betydande förbättring av volymetriska skärmar skapar nya möjligheter att utforska de unika fördelarna med volymetriska skärmar och direkt genomträngningsinteraktion.”

Innovativa företag

Immersion Corporation (IMMR )

Inom området 3D-displayteknik, förstärkt verklighet (AR) och virtuell verklighet (VR) finns flera företag som hjälper till att driva utvecklingen framåt.

Till exempel gör teknikjättar som Meta Platforms (META ) och Apple (AAPL ) detta genom Oculus respektive Vision Pro-headset. Microsoft Corporation (MSFT ) gör också investeringar i volymetriska skärmar, medan Alphabet Inc. (GOOG ) (GOOGL ) är involverat i 3D-visualisering, ARCore och virtuella upplevelser.

Idag kommer vi att prata om Immersion Corporation, som specialiserar sig på haptik-teknik som möjliggör för användare att få taktil återkoppling genom beröring och som ofta används i bärbara enheter, fordonssystem, spel och VR för att förbättra användarupplevelsen.

Haptik-teknik är en växande marknad, beräknad att växa från 3,30 miljarder dollar år 2024 till över 9 miljarder dollar år 2032.

Immersion utvecklar och licensierar här ett sortiment av mjukvara och immateriella rättigheter som fullt ut engagerar användarnas känsla för beröring när de använder digitala enheter. Dess segment inkluderar Immersion och Barnes & Noble Education. Dess målområden är bärbara enheter, mobila enheter, virtuell och förstärkt verklighet, konsolspel, fordonsindustri och medicin.

Företagets produkter inkluderar TouchSense Technology för att optimera aktuatorer och haptiska drivrutins-IC:er för bättre prestanda, Active Sensing Technology för att ta haptik till nästa nivå med rörelsesensorer och smart styrteknik, samt Kinesthetic and Force Feedback Technology för nya användarupplevelser.

Målet för Immersion är att möjliggöra beröring överallt i den digitala världen. För närvarande använder över 3 miljarder enheter deras teknik med mer än 150 licensierade kunder.

Precis förra året skrev företaget licensavtal med tre jättar. I februari meddelade Immersion att de har tecknat ett licensavtal med Meta för att hjälpa dem leverera högkvalitativ haptik i deras enheter. Enligt avtalet gör Immersion sina patent tillgängliga för Mark Zuckerbergs företag och dess dotterbolags hårdvara, mjukvara, VR- och spelprodukter.

Detta följde förnyelsen av deras licens med Nintendo för att fortsätta göra Immersions patent tillgängliga för videospelföretaget och dess dotterbolag. I maj förra året förnyade utvecklaren av haptik-teknik också en licens med Samsung Electronics för att fortsätta förbättra den sydkoreanska multinationella konsumentelektronikföretagets enhetsinteraktioner och mjukvaruupplevelser genom sin högkvalitativa beröringsåterkopplingsteknik.

Immersion Corporation har ett börsvärde på 240 miljoner dollar, med sina aktier som vid skrivande stund handlas till 7,41 dollar, ned mer än 15 % år till datum. Med detta har de ett EPS (TTM) på 2,06, ett P/E (TTM) på 3,60 och ett ROE (TTM) på 33,11 %. Företaget betalar en utdelningsavkastning på 2,43 %.

I mars rapporterade de finansiella resultat för tredje kvartalet av räkenskapsåret 2025, enligt vilka den totala intäkten var 474,8 miljoner dollar för de tre månaderna som avslutades den 31 januari 2025.

GAAP nettoresultat (förlust) var 15,5 miljoner dollar, eller 0,47 dollar per utspädd aktie, och icke-GAAP nettoresultat (förlust) var 20,8 miljoner dollar, eller 0,63 dollar per utspädd aktie. Samtidigt var GAAP rörelsekostnader 79,6 miljoner dollar, och icke-GAAP rörelsekostnader 74,2 miljoner dollar.

Under denna period återförde företaget över 9 miljoner dollar till sina aktieägare genom utdelningar och återköp av aktier.

“Immersion levererade stark finansiell prestation under kvartalet. Vi fortsätter att vara laserfokuserade på att bygga vår verksamhet och skapa långsiktigt aktieägarvärde.”

– VD Eric Singer

Förra sommaren förvärvade företaget 42 % av Barnes & Noble Education (BNED ), och fick därigenom kontroll över företaget genom de fem styrelseplatser som Immersion utsåg. Detta steg gjordes i ett försök att expandera sin verksamhet och diversifiera inom utbildningssektorn. Per den 31 januari 2025 har Immersions aktieinnehav minskat till 32,3 % på grund av ytterligare emissioner av bokhandelns stamaktier till icke-kontrollerande aktieägare.

Senaste om Immersion Corporation

Slutsats 

Hologram har länge varit en del av science fiction, och även om flera försök har gjorts för att göra dem till verklighet, har direkt interaktion med dem ännu inte uppnåtts. Genom att låta användare naturligt nå in i och manipulera virtuella objekt kan rörbara hologram hjälpa oss att ta ett transformerande språng från passiva 3D-skärmar till verkligt interaktiva upplevelser.

Så, FlexiVol-studien, med sin förmåga att möjliggöra direkta genomträngningsinteraktioner, tänjer på gränserna för virtuella gränssnitt samt bevisar hållbarheten hos elastiska diffusorer för säker, naturlig handinteraktion.

Denna volymetriska display lägger i princip grunden för en ny standard inom 3D-interaktionsdesign, även om ytterligare framsteg inom material, haptik och adaptiv rendering behövs för att kommersialisera detta och omdefiniera kreativitet, utbildning och samarbetsarbete. Med kraftfulla möjligheter för tillämpningar inom utbildning, underhållning, medicin och mer, visar denna utveckling potentialen att förena den digitala och fysiska världen på ett smidigare sätt än någonsin tidigare.

Klicka här för en lista över de bästa aktierna inom förstärkt verklighet (AR) och virtuell verklighet (VR).