Uvod u hologramsku tehnologiju

Jedna riječ, dva značenja

Grčke riječi holos i gramma zajedno znače cjelovit zapis. To ime nije slučajno. Obična fotografija bilježi samo koliko je svjetlosti palo na svaku točku filma, dakle jakost. Podatak o tome u kojem je dijelu titraja val bio kad je stigao — faza — nepovratno se gubi. Zato je fotografija plosnata: iz nje se ne može saznati je li neka točka predmeta bila bliže ili dalje.

Hologram bilježi i jakost i fazu. Trik je u tome što se faza ne može mjeriti izravno, pa se mjeri posredno: uz svjetlost s predmeta na medij se pušta i druga, neometana zraka iz istog izvora. Te dvije zrake se na mediju zbroje i daju uzorak svijetlih i tamnih pruga. Razmak i zakrivljenost tih pruga zapis su razlike faza. Kad se kasnije medij osvijetli sličnom zrakom, pruge skrenu svjetlost i obnove valni oblik koji je nekoć dolazio s predmeta. Oko tada vidi predmet ondje gdje je bio, s dubinom i s promjenom pogleda pri pomaku glave.

Drugo značenje riječi nastalo je izvan laboratorija. Hologramom se danas naziva svaki prikaz koji se doima kao da lebdi u zraku: lik pjevača na pozornici, svjetleći natpis iznad izloga, digitalni stroj koji se kroz naočale vidi kako stoji na podu radionice. Nijedan od tih prikaza nije hologram u izvornom smislu jer u njima nema ni interferencije ni zapisa faze. Ipak je to značenje toliko rašireno da se naziv hologramska tehnologija u struci koristi upravo za skupinu uređaja koji daju dojam prostorne slike.

Za tehničara je razlika važna iz posve praktičnog razloga. Pravi hologram traži koherentan izvor, miran stol i mrak; prikaz kroz naočale traži procesor, senzore i bateriju. Ako se ta dva svijeta pomiješaju u razgovoru s naručiteljem, obećanje i isporuka neće se poklopiti.

U ovom se sadržaju oba značenja koriste, ali uvijek označena. Kad se misli na zapis interferencije, piše optički hologram. Kad se misli na prostornu sliku koju stvara uređaj, piše hologramski prikaz. Ondje gdje stoji samo hologram, iz rečenice se vidi na što se misli.

Odnos prema produženoj stvarnosti

Hologramski prikaz rijetko dolazi sam. U istom se razgovoru pojavljuju virtualna, proširena i miješana stvarnost te krovni pojam produžene stvarnosti. Ta se skupina pojmova podrobno obrađuje u susjednom području, pa se ovdje samo postavlja odnos prema hologramu. Za razgraničenje tih pojmova pogledajte Proširena stvarnost, jedinica 2.1.

Za hologram je bitno jedno pitanje: gdje nastaje svjetlost koju oko vidi. Odgovor dijeli sve prikaze u dvije skupine. U prvoj svjetlost nastaje na zaslonu ili u optici pred okom, a dojam prostora stvara mozak iz dviju različitih slika. U drugoj svjetlost doista dolazi iz smjera u kojem se predmet čini da jest, pa dubina nastaje jednako kao kod stvarnog predmeta.

Iz tablice se vidi zašto se naočale za miješanu stvarnost često nazivaju hologramskima premda to nisu. One daju istu korist — digitalni predmet koji stoji u prostoriji i ne miče se kad se korisnik pomakne — ali potpuno drugim putem. U projektu HT-1 upravo su naočale glavni uređaj, jer prikaz cijele ćelije u mjerilu 1:1 nijedan stolni zaslon ne može dati.

Vrijedi zapamtiti i obrnuto. Pravi optički hologram ne treba ni struju ni računalo, ali prikazuje samo ono što je snimljeno i ništa drugo. Naočale prikazuju bilo što, ali samo dok traje baterija i samo osobi koja ih nosi. Izbor između njih nije pitanje kvalitete nego namjene.

Što hologram nije

Tri se prikaza u javnosti redovito zamjenjuju s hologramom. Vrijedi ih prepoznati jer se na njih nailazi i u ponudama dobavljača.

Prividna slika na kosom staklu. Ako se pred pozornicu razapne tanka prozirna folija pod kutom od približno 45 stupnjeva, a slika se projicira odozdo ili odozgo, gledatelj vidi lik koji se doima kao da stoji na pozornici. Postupak je star više od stoljeća i potječe iz kazališne tehnike. Slika je plosnata, vidi se samo iz uskog raspona kutova i nema nikakve dubine; dojam prostora daje okolina iza folije, a ne sam prikaz.

Piramida od prozirnih pločica. Jeftina izvedba iste zamisli: četiri kose pločice iznad zaslona tableta zrcale četiri slike prema četirima stranama. Gledatelj sa svake strane vidi svoj odraz koji lebdi u sredini piramide. Opet je riječ o zrcaljenju, a ne o hologramu; svaka je od četiriju slika plosnata.

Stereoskopski zaslon. Zaslon koji šalje dvije slike, po jednu za svako oko, daje uvjerljivu dubinu, ali samo jednu — onu koju je odabrao autor snimke. Ako gledatelj pomakne glavu ustranu, prikaz se ne promijeni, pa predmet kao da se okreće za njim. Kod pravog holograma i kod svjetlosnog polja pomak glave otkriva ono što je bilo skriveno iza ruba.

Razlikovanje nije sitničavost. Naručitelj koji očekuje da će oko prikaza moći obići, a dobije prividnu sliku vidljivu iz jednog smjera, s pravom će smatrati da je isporučeno nešto drugo. Zato se u ponudi uz naziv uvijek navodi kut iz kojeg je prikaz vidljiv i mijenja li se s položajem promatrača.

Kratak pregled razvoja

Holografija je nastala kao usputni rezultat posve drugog posla. Dennis Gabor je sredinom dvadesetog stoljeća tražio način da poboljša sliku elektronskog mikroskopa i pritom je opisao postupak zapisivanja cjelovitog valnog oblika. Postupak je radio, ali loše, jer u to doba nije postojao dovoljno koherentan izvor svjetlosti. Trebalo je pričekati laser.

U pregledu se vidi obrazac koji se ponavlja u cijelom području. Ideja je gotovo uvijek starija od izvedbe, a izvedbu omogući neka posve druga tehnika: laser, poluvodički senzor, grafički procesor. Zato se pri procjeni nove ponude isplati pitati koja je točno komponenta postala dostupna, jer o njoj obično ovisi hoće li rješenje raditi izvan laboratorija.

Jedan podatak iz pregleda ima izravnu posljedicu za rad. Zaštitne oznake na dokumentima, karticama i ambalaži doista jesu hologrami u izvornom smislu, otisnuti u foliju. Time je hologram tehnika s kojom se svakodnevno susrećemo, ali u obliku u kojem je nitko ne primjećuje kao takvu.

Zajednički zadatak modula: projekt HT-1

Da pojmovi ne ostanu apstraktni, kroz cijelo se područje provlači isti zadatak. Projekt HT-1 traži hologramski prikaz robotske ćelije u mjerilu 1:1 na praznom podu radionice. Ćelija se tek planira, pa je cilj da voditelj pogona može obići oko nje, provjeriti prolaze i vidjeti hoće li vrata ormara otvoriti bez smetnje — sve prije nego što se išta naruči.

Dva izmjerena odstupanja iz tablice bit će tema više jedinica. Brzina od 58 sl/s malo je ispod cilja, što se najčešće rješava smanjenjem broja trokuta ili pojednostavnjenjem materijala. Pomak sidra od 6 mm na 2 m veći je problem jer ovisi o tome kako uređaj mjeri prostor, a prazan pod velike radionice jedan je od najtežih slučajeva: nema rubova ni uzoraka za koje bi se praćenje uhvatilo.

Podatak o osvjetljenju objašnjava jedno svojstvo prozirnih zaslona koje iznenađuje pri prvom susretu. Slika nastaje dodavanjem svjetla na ono što se već vidi, pa tamni dijelovi modela jednostavno nisu vidljivi — crna boja postaje prozirna. Što je okolno svjetlo jače, to je razlika između holograma i pozadine manja. Iznad približno 1500 lx, koliko ima uz veliki krovni prozor po sunčanom danu, prikaz vidljivo blijedi.

Ploha prostora i mjerilo prikaza

Prije bilo kakve nabave korisno je izračunati s čime se radi. Dvije veličine određuju gotovo sve ostalo: ploha koju uređaj mora izmjeriti i mjerilo u kojem se model prikazuje. Iz prve slijedi koliko će mreže prostora uređaj nositi u memoriji, a iz druge koliko će prostora hologram doista zauzeti i hoće li oko njega ostati mjesta za prolaz.

Prikaz namjerno računa i tlocrtnu plohu holograma i slobodni pojas oko njega. Slobodni pojas je ono što se u planiranju najčešće zaboravi: model može stati na pod, a da oko njega nema mjesta da promatrač prođe i pogleda ga sa svih strana. Za projekt HT-1 uzima se da je slobodni pojas upotrebljiv ako je širi od 0,8 m. Taj pojas nije isto što i prolaz operatera od 900 mm iz prvog modula: prolaz operatera mjera je same ćelije i provjerava se u hologramu, a slobodni pojas prostor je koji u radionici mora ostati oko holograma da bi se on uopće mogao obići.

Veličina mreže prostora procijenjena je iz plohe poda, uz uobičajenu finoću mreže. Ta procjena pokazuje zašto velike prazne prostorije nisu jednostavne: mreža raste s plohom, a podataka iz kojih bi se gradila ima malo jer je pod jednoličan. Uređaj tada troši memoriju na opis nečega što nema obilježja, a upravo o tim obilježjima ovisi postojanost sidra.

Pokušajte u prikazu postaviti mjerilo na 1:2. Hologram se smanji, slobodni pojas naraste i sve izgleda bolje — ali zadatak više nije riješen, jer se u umanjenom mjerilu ne može provjeriti hoće li čovjek proći između ćelije i zida. Upravo je to razlog zašto se u projektu HT-1 mjerilo 1:1 drži kao nepromjenjiv zahtjev.

Ključni pojmovi

Provjeri se

Kratka provjera prije prelaska na sljedeću jedinicu. Odgovor se potvrđuje klikom, a obrazloženje se prikazuje odmah.