Volumetrijski hologrami

Slika koja doista zauzima prostor

Svi prikazi iz prethodnih jedinica imaju zajedničko svojstvo: svjetlost izlazi iz jedne plohe, a dojam prostora nastaje u oku. Volumetrijski prikaz (volumetric display) radi drukčije. U njemu svjetlost izlazi iz samih točaka prostora — ondje nastaje ili se ondje raspršuje — pa se slika ponaša kao predmet: vidljiva je iz svih smjerova, svi je gledatelji vide istodobno i svaki iz svojeg kuta, a oko je izoštrava na pravu udaljenost.

Osnovni element takvog prikaza naziva se voksel (voxel), prostorni parnjak piksela. Piksel ima dvije koordinate i boju; voksel ima tri koordinate, svjetlinu i najčešće boju. Model se za volumetrijski prikaz ne priprema kao mreža trokuta nego kao popis svijetlih točaka, jer se ploha bez debljine u prostoru ne može prikazati.

Iz načina rada slijedi i najveće ograničenje takvih prikaza. Voksel svijetli u sve smjerove i ništa ne zaklanja, pa je slika uvijek prozirna: stražnja se strana predmeta vidi kroz prednju. Za prikaz oblaka točaka, putanje ili presjeka to je prednost; za prikaz stroja s kućištem to je ozbiljan nedostatak jer se gubi dojam pune, neprozirne površine.

Tri izvedbe

Načina da se svjetlost dovede u točku prostora ima nekoliko i međusobno su vrlo različiti.

Brisanoprostorni prikaz (swept-volume display) mehanički je najjednostavniji. Ploha prekrivena svjetlećim elementima brzo se vrti ili njiše kroz prostor. Dok prolazi kroz neki položaj, uključe se oni elementi koji u tom položaju trebaju svijetliti. Oko zbog tromosti zadržava trag svjetlosti otprilike desetinku sekunde, pa niz trenutačnih presjeka doživljava kao cjelovito tijelo. Da bi slika bila mirna, ploha se mora okretati najmanje dvadesetak puta u sekundi.

Prednost je velika svjetlina i pristojna razlučivost. Nedostatci su mehaničke naravi: pokretni dio mora biti uravnotežen, glasan je, troši energiju i zauzima prostor u koji nitko ne smije posegnuti. Zbog toga se takvi uređaji zatvaraju u prozirnu kupolu, što slici odmah oduzima dojam da lebdi slobodno.

Statički volumetrijski zapis nema pokretnih dijelova. U blok prozirnog fotopolimera ili stakla usmjeri se jedan oštro fokusiran laserski impuls. Samo u žarištu, i nigdje drugdje, jakost je dovoljna da pokrene trajnu promjenu materijala — nastaje sitno zrnce promijenjenog lomnog indeksa ili mikroskopska pukotinica. Pomicanjem žarišta upisuje se voksel po voksel. Za razliku od preostalih dviju izvedbi takva točka svjetlost ne stvara nego raspršuje onu koja u blok dolazi izvana, pa se zapis vidi tek kad se blok osvijetli. Rezultat je nepomičan predmet u staklu, poznat iz izložbenih i darovnih predmeta, koji ne troši struju i traje godinama, ali se ne može promijeniti.

Plazmeni prikaz u slobodnom prostoru ide najdalje. Snažan laser s vrlo kratkim impulsima usmjeri se tako da se u žarištu zrak ionizira. Nastaje sićušna kuglica plazme koja kratko zasvijetli. Pomicanjem žarišta zrcalima izriše se niz takvih iskri, a oko ih zbroji u sliku koja doista visi u zraku, bez ikakvog nositelja.

Plazmeni prikaz i njegove brojke

Da bi se zrak ionizirao, a da se pritom ne zagrije i ne opeče, energija se mora isporučiti u iznimno kratkom trenutku. Koriste se femtosekundni laseri s trajanjem impulsa od približno 30 do 270 fs. Femtosekunda je bilijunti dio tisućinke sekunde; u toj vremenskoj mjeri svjetlost prijeđe manje od desetinke milimetra.

Kratkoća impulsa ima još jednu posljedicu. Što je impuls kraći, to je veća trenutačna snaga pri istoj energiji, pa za ionizaciju zraka dostaje vrlo mala energija po impulsu — reda mikrodžula. Upravo iz toga slijedi dodirljivost: pojedina iskra nosi premalo energije da bi opekla, a međudjelovanje s kožom traje neusporedivo kraće od vremena u kojem se tkivo stigne zagrijati. Zato se pri najkraćim impulsima i najmanjim energijama plazma može dodirnuti prstom bez opekline, pa su izvedene i inačice kod kojih slika reagira na dodir. To ne znači da je postupak bezopasan — opasan je iz drugih razloga, o kojima govori sljedeći odjeljak.

Ograničenje je brzina ispisa. Zrcala koja pomiču žarište ne mogu se pomicati beskonačno brzo, pa uobičajene izvedbe ispisuju do 4000 voksela u sekundi. Iz te jedne brojke slijedi sve ostalo.

Model od četiri tisuće voksela pri toj brzini iscrtava se točno jednu sekundu, dakle prikaz se osvježava jednom u sekundi. To je dovoljno za nepomičan natpis ili jednostavan znak, ali ne i za sliku koja se miče. Da bi se dobilo deset osvježenja u sekundi, model smije imati najviše četiristo voksela — otprilike koliko treba za nekoliko slova.

Treći izlaz prikaza računa koliko laser ukupno svijetli tijekom jedne sekunde rada. Pri impulsima od 100 fs i 4000 voksela u sekundi to je svega 0,4 nanosekunde. Sav ostatak sekunde laser ne svijetli. Upravo zato srednja snaga takvih uređaja ostaje umjerena iako je trenutačna snaga u impulsu golema.

Prikazi koji izgledaju volumetrijski, a nisu

Uz tri prave izvedbe postoji i skupina rješenja koja daju sličan dojam, a rade posve drukčije. Vrijedi ih razlikovati jer se u ponudama redovito nalaze pod istim nazivom, a stoje mnogo manje.

Projekcija na maglu ili vodenu zavjesu. Sitne kapljice raspršene u zraku tvore plohu koja raspršuje svjetlost, pa se na nju može projicirati kao na platno. Slika se doima kao da lebdi jer se ploha ne vidi, a kroz nju se može proći. Ipak je riječ o plosnatoj slici na jednoj plohi: promjena položaja gledatelja ništa ne otkriva, a strujanje zraka sliku trese.

Rotirajuća traka sa svjetlećim elementima. Niz elemenata na kraku koji se vrti ispisuje sliku u zraku, slično brisanoprostornom prikazu, ali samo u jednoj ravnini. Rezultat je svijetao i jeftin, a često se koristi u izlozima. Slika je plosnata i vidljiva s obiju strana, što se lako zamijeni s prostornošću.

Prividna slika na kosom staklu. Već opisana u prvoj jedinici ovog modula; u većim izvedbama daje lik u prirodnoj veličini na pozornici. Dojam je snažan, ali gledatelj mora biti u uskom rasponu smjerova, a iza plohe mora biti tama.

Razlikovanje se svodi na jedno pitanje postavljeno dobavljaču: mijenja li se slika kad se gledatelj pomakne ustranu za korak. Ako je odgovor niječan, riječ je o plosnatoj slici bez obzira na to kako se rješenje naziva u ponudi.

Mjere zaštite pri radu s laserom

Uređaji iz ove jedinice rade s laserima koji su po opasnosti u najvišim razredima. Za razliku od laserskog pokazivača, ovdje je i raspršena svjetlost opasna, a kod plazmenog prikaza opasnost ne dolazi samo od zrake.

Uz tehničke mjere idu i organizacijske. Prostorija se označava na ulazu, vrata se blokiraju tako da otvaranje isključi izvor, a u prostoriji ne smije biti nitko bez zaštitnih naočala primjerenih upravo toj valnoj duljini — naočale za jedan laser ne štite od drugoga. Put zrake vodi se u visini koja nije visina očiju ni sjedećeg ni stojećeg čovjeka, a svaki se snop završava upijačem, nikada slobodnim zidom.

Vrijedi zapamtiti i pravilo koje vrijedi bez iznimke: prije prvog uključivanja izvora obilazi se radni prostor i uklanja sve što sjaji. Najviše nesreća s laserima nije posljedica izravne zrake nego odbljeska od nečega što ondje uopće nije trebalo biti.

Domet i granice volumetrijskih prikaza

Nakon svega vrijedi trezveno usporediti što te tehnike daju, a što ne.

Za projekt HT-1 zaključak je isti kao u prethodnoj jedinici, samo iz drugog razloga. Ćelija u mjerilu 1:1 ima obujam od nekoliko desetaka kubičnih metara, a najveći volumetrijski prikazi mjere se u litrama. Razlika nije u cijeni nego u redu veličine, i nijedna se poboljšica ne približava toj razlici.

To ne znači da su volumetrijski prikazi bez uporabe. Ondje gdje je predmet malen, a prozirnost prednost — prikaz putanje alata, ispitivanje rasporeda točaka mjerenja, prikaz unutrašnjosti sklopa — oni daju nešto što nijedan zaslon ne može: predmet oko kojega više ljudi stoji i pokazuje prstom na istu točku.

Vrijedi dodati i napomenu o pripremi sadržaja. Model namijenjen volumetrijskom prikazu ne priprema se kao mreža trokuta nego kao popis točaka, pa se iz postojećeg modela izvodi uzorkovanjem površine ili presijecanjem nizom ravnina. Broj točaka pritom se mora spustiti na razinu koju uređaj stigne ispisati, što za plazmeni prikaz znači svega nekoliko stotina. U praksi to znači da se prikazuje obris, os ili putanja, a ne cijelo tijelo.

Za tehničara je najkorisnija pouka ove jedinice pojmovna. Kad se u ponudi pojavi riječ hologram, pitanja koja razdvajaju ozbiljnu ponudu od reklame uvijek su ista: gdje nastaje svjetlost, koliki je obujam prikaza, koliko puta u sekundi se osvježava i zaklanja li bliži dio dalji. Odgovori na ta četiri pitanja svrstavaju svaki uređaj na svoje mjesto.

Ključni pojmovi

Provjeri se

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